第4节能量之源—光与光合作用oxl.ppt

一、捕获光能的色素和结构,2011.02.22,第4节 能量之源光与光合作用,一、捕获光能的色素和结构,1,、捕获光能的色素,目的要求：绿叶中色素的提取和分离,探究绿叶中色素的种类,实验原理：,材料用具：,方法步骤：,1.,提取绿叶中的色素,(,无水乙醇,),2.,制备滤纸条,3.,画滤液细线,4.,分离绿叶中的色素,(,层析液,),5.,观察和记录,实验,绿叶中色素的提取与分离,实验方法步骤,称取,5g,左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂和碳酸钙与,10ml,无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。,(,黄色,),(,黄色,),(,蓝绿色,),(,黄绿色,),(,橙黄色,)叶绿素,a,(,蓝绿色,),叶绿素,b,(,呈黄绿色,),叶绿素,类胡萝卜素,胡萝卜素,(,呈橙黄色,),叶黄素,(,呈黄色,),(,含量约占,总量的,3/4),(,含量约占,总量的,1/4),一、捕获光能的色素和结构,1,、绿叶中的色素对光的吸收,1,、绿叶中的色素对光的吸收,1,、绿叶中的色素对光的吸收,主要吸收蓝紫光和红光,主要吸收蓝紫光,叶绿素,a,和叶绿素,b,胡萝卜素和叶黄素,1,、,秋天来了，树叶为什么会变黄？,问题探讨二,2,、捕获光能的结构,叶绿体,叶绿体立体结构示意图,1880,年,美国科学家,恩格尔曼,(,C.Engelmann,),水绵特点,：由许多个结构相同的长筒状细胞连接而,成，,叶绿体呈带状,，螺旋排列在细胞里。,答：为了排除实验前环境中光和氧的影响，,确保实验的准确性。,答：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物,进行光合作用的场所。,3,好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？,1,为什么选用黑暗并且没有空气的环境？,2,为什么先用极细光束照射水绵，而后又让,水绵完全暴露在光下？,答：先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断,水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全暴光的,水绵与之做对照。,吸收、传递和转化光能。,1,、类囊体上的色素有什么作用？,2,、叶绿体作为光合作用的场所，在结构与功能上有什么相适应的特点？,叶绿体的双层膜是透明的，有利于光的透过；叶绿体内部巨大膜面积上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。,问题探讨三,二、光合作用的原理和应用,2011.02.23,第4节 能量之源光与光合作用,光合作用的探究历程,古希腊哲学家亚里士多德认为，植物生长所需的,物质全来源于土中。,1627,年，荷兰人范,埃尔蒙做了盆栽柳树称重实验,得出植物的重量主要不是来自土壤而是来自水的推论,他没有认识到,空气中的物质参与了有机物的形成,1771,年，英国的普里斯特利,(,J.Priestely,),发现植物,可以恢复因,蜡烛,燃烧而变“坏”了的空气。,局限,:,没有考,虑光的,作用,1779,年，荷兰科学家英格,豪斯（,Ingen-housz,）,重复,普里斯特利,实验,发现植物只有在光下才能成功更新空气,光的作用是什么？,1785,年,，,发现了空气组成，,明确绿叶在光下放出氧气,吸收二氧化碳,1845,年，德国的科学家,(,R.Mayer,),指出植物把太阳能转化成了化学能。,1864,年，德国的萨克斯发现光合作用产生淀粉。,1880,年，德国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所。,叶绿体中的色素与光合作用有什么关系,?,1913,年,，德国的,威尔斯泰特,对叶绿素分子进行了研究。在阐明了它的化学性质之后，研究了叶绿素与光合作用的关系。,他发现：在光下，叶绿素的含量较高时，,CO,2,转化为糖类的反应速率较快。,推论：,叶绿素在光合作用中有重要作用。,光合作用产生的,O,2,来自于,。,第一组,H,2,18,0,C0,2,H,2,0,C,18,O,2,第二组,18,0,2,0,2,1939,年，鲁宾和卡门的实验,同位素标记法,H,2,O,质疑：光的作用是什么？,1937,年,英国剑桥大学的,希尔,用离体的叶绿体做实验。,在光下，叶绿体能将水分解成,O,2,和,H,。,结论：,他将离体的叶绿体加到具有,H,受体,的,水,溶液中，在无,CO,2,的条件下给予光照，发现叶绿体中有,O,2,放出。,1954,年,美国,阿尔农,等用离体的叶绿体做实验。,结论,1,：,实验,1在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给,ADP,、,Pi,和,H,受体时，体系中就会有,ATP,和,H,产生。,在光下，叶绿体中生成了,ATP,和,H,。,叶绿体中,色素,光能,H,2,O,1/2,O,2,H,ATP,ADP+Pi,水在光下分解,酶,酶,光反应阶段,光、,色素、,酶,条件：,场所：,物质变化,基粒（类囊体膜）,水的光,解：,H,2,O H+O,2,光、酶,色素,ATP,的合成：,ADP,Pi,光能,ATP,酶,条件：,光、,色素、,酶,场所：,物质变化,水的光,解：,ATP,的合成：,基粒（类囊体膜）上,H,2,O H+O,2,光、酶,色素,ADP,Pi,光能,ATP,酶,能量转变：,产物：,H、O,2,、ATP,光能,转变为活跃的,化学能,贮存在,ATP,中,光反应阶段,实验,2,：,在,黑暗,条件下，只要供给了,ATP,和,H,，叶绿体就能将,CO,2,转变为糖,。,结论,2,：,在黑暗条件下，,ATP,和,H,是,CO,2,转化为糖的必要条件。,1954,年,美国,阿尔农等,用离体的叶绿体做实验。,问题,:,将,CO,2,合成为有机物的反应究竟如何进行？,从,1946,年,开始，美国的,卡尔文等,研究了小球藻等植物进行光合作用时,CO,2,转化为糖类的路线。,结论,1,：,向反应体系中充入一定量的,14,CO,2,，光照,30,秒后检测产物，,将光照时间逐渐缩短至,几分之一秒,时发现，,90,的放射性出现在一种,三碳化合物,（,C,3,）中。,在,5,秒钟,的光照后，卡尔文等,同时,检测到了含有放射性的,五碳化合物（,C,5,）,和六碳糖（,C,6,）。,C,的转移路径是,CO,2,C,3,C,6,C,5,检测到了多种带,14,C,标记的化合物,。,卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有,光照,和,CO,2,供应,的条件下，,C,3,和,C,5,的浓度很快达到饱和并保持稳定。,但是，当改变,其中一个,实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：,停止,CO,2,供应时，,C,3,的浓度急速,降低,，,C,5,的浓度急速,升高,。,停止,光照,时，,C,3,的浓度急速,升高,，,C,5,的浓度急速,降低,。,CO,2,2C,3,C,5,（CH,2,O）,多种酶,H,酶,ATP,ADP+Pi,酶,供能,酶,物质变化：,能量变化：,ATP,中化学能,有机物,中化学能,条件：,与光无关、多种酶,CO,2,+C,5,2C,3,酶,2C,3,+H,（CH,2,O）+C,5,酶,ATP,ADP,+Pi,酶,暗反应阶段,光反应阶段,叶绿体中,色素,光能,H,2,O,1/2,O,2,H,ATP,ADP+Pi,水在光下分解,酶,酶,CO,2,2C,3,C,5,（CH,2,O）,多种酶,酶,酶,供能,酶,叶绿体基粒,叶绿体基质,光反应阶段,暗反应阶段,区,别,场所,条件,物质变化,能量变化,联 系,囊状结构薄膜,叶绿体基质,光、色素、酶,H,、,ATP,、,酶,水的光解,ATP,的形成,CO,2,的固定,C,3,的还原,光能,活跃的化学能,活跃化学能,稳定化学能,光反应为暗反应提供,ATP,和,H,问题,光反应,阶段,和暗反应,阶段是,在,叶绿体的什么部位进行的,？,相关实验：,暗反应阶段是在叶绿体基质进行的。,用温和方法分离得到的叶绿体结构完整，这样的叶绿体能够完成整个光合作用，包括,CO,2,的固定和糖类的生成。,用剧烈方法分离得到的叶绿体含有很少或者根本,没有叶绿体基质,。这样的叶绿体能在光下产生,O,2,、,ATP,、,H,、但是,不能固定,CO,2,。,影响光合作用的外界因素,(,一,),光照：主要影响光反应,在一定的光照强度范围内,光合速率随光照强度增加而加快,（因为光反应产生的,H,和,ATP,增多,使暗反应加快,光合作用产物增加）,当达到某一光照强度,光合速率不再加快,(,主要原因是受暗反应中酶和,CO,2,供应量等的限制,).,1,、光照强度,光照强度,光合作用强度,0,A,B,C,光 照 强 度,关键点含义：,A,点：,只进行呼吸作用,B,点：,光补偿点（光合作用强度,=,呼吸作用强度）,C,点：,光饱和点,CO2,吸收,CO,2,释放,0,光照强度,A,B,C,阳生植物,阴生植物,影响光合作用的外界因素红光和蓝紫光有利于提高光合效率,;,黄绿光不利于提高光合效率,;,白光为复合光，光合作用最强。,2,、光质（光谱成分）,3,、光照时间,不改变光合速率，但可以影响有机物产量,(,二,),温度,:,主要影响暗反应,温度主要影响,酶的活性,.,即在一定温度范围内,随着温度的升高,光合速率不断加快,但超过一定的温度,随着温度的升高,光合速率逐渐减慢。,影响光合作用的外界因素,率,光,合,速,温度,0,温 度,关键点含义,：,B,点：,最适宜温度,应用：,光合速率,0,10,20,30,40,50,A,B,C,影响光合作用的外界因素,光合速率,二氧化碳浓度,0,(,三,),二氧化碳浓度,:,主要影响暗反应,二氧化碳浓度太低，不能进行光合作用；在一定浓度范围里，随着二氧化碳浓度的升高，光合速率加快；当二氧化碳浓度超过一定浓度时,光合速率不再加快。,二氧化碳,关键点含义：,A,点：,植物进行光合作用的最低,CO,2,浓度,B,点：,CO,2,饱和点,应用：,光合速率,0,CO,2,浓度,A,B,如何提高温室中二氧化碳的浓度？,1,施用干冰。,2,使用农家肥。,3,将植物的秸秆深耕埋于地下。,4,使用,NH,4,HCO,3,做肥料。,5,合理密植和通风透光。,矿质元素,水分,叶龄,光合速率的日变化,光合作用强度,6,时间,8,10,12,14,16,18,B,C,A,D,E,光合作用原理的应用,农业生产中如何提高农作物光合作用强度？,3,、适当提高,CO,2,浓度,4,、适当提高温度,5,、适当增加植物体内的含水量,6,、适当增加矿质元素的含量,2,、合理密植,1,、适当提高光照强度、延长光照时间,