第四节能量之源-光与光合作用(jacky).ppt
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1、一、捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素和结构对大多数生物,活细胞所需能量的最终源头是对大多数生物,活细胞所需能量的最终源头是_。太阳能太阳能绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离1、提取色素的原理?、提取色素的原理?2、二氧化硅的作用?、二氧化硅的作用?3、碳酸钙的作用?、碳酸钙的作用?4、分离色素的原理?、分离色素的原理?色素能溶解在有机溶剂无水乙醇色素能溶解在有机溶剂无水乙醇(或丙酮)(或丙酮)各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的则在滤纸上扩散得快。则在滤纸上扩散得快。使研磨更加充分使研磨更加充分防止色素被分解防止色素被分解实验:实
2、验:绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离实验原理:实验原理:提取提取(无水乙醇无水乙醇)、分离、分离(层析液层析液)目的要求:目的要求:绿叶中色素的提取和分离及色素的种类绿叶中色素的提取和分离及色素的种类材料用具:材料用具:新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤:方法步骤:1.提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条制备滤纸条 3.画滤液细线画滤液细线 4.分离绿叶中的色素分离绿叶中的色素 5.观察和记录观察和记录讨论:讨论:1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄?滤纸条上色带的数目、排序、宽窄?2.滤纸条上的滤液细线,为什么不能触及层析液?滤
3、纸条上的滤液细线,为什么不能触及层析液?4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用方法与步骤:方法与步骤:称取称取称取称取5g5g5g5g左右的鲜左右的鲜左右的鲜左右的鲜叶,剪碎,放入研钵叶,剪碎,放入研钵叶,剪碎,放入研钵叶,剪碎,放入研钵中。加少许的中。加少许的中。加少许的中。加少许的石英砂石英砂石英砂石英砂(充分研磨)(充分研磨)(充分研磨)(充分研磨)和和和和碳酸碳酸碳酸碳酸钙钙钙钙 (防止研磨中色素被防止研磨中色素被防止研磨中色素被防止研磨中色素被破坏破坏破坏破坏)与与与与10ml10ml10ml10ml无水乙无水乙无水乙无水乙醇
4、。在研钵中快速研醇。在研钵中快速研醇。在研钵中快速研醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过磨。将研磨液进行过磨。将研磨液进行过磨。将研磨液进行过滤。滤。滤。滤。4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用一、捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素和结构捕捕获获光光能能的的色色素素类胡萝类胡萝卜素卜素叶绿素叶绿素胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b(占占1/4)(占占3/4)滤纸上色带的排列顺序如何?宽窄如何?说明什么?滤纸上色带的
5、排列顺序如何?宽窄如何?说明什么?(橙黄色)(橙黄色)(黄色)(黄色)(蓝绿色)(蓝绿色)(黄绿色)(黄绿色)叶绿体中的叶绿体中的色素提取液色素提取液四种色素对光的吸收四种色素对光的吸收叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收_类胡萝卜素主要吸收类胡萝卜素主要吸收_蓝紫光蓝紫光蓝紫光、红光蓝紫光、红光1、树叶为什么是绿色?、树叶为什么是绿色?2、P97问题探讨?问题探讨?叶绿体的结构叶绿体的结构外膜外膜内膜内膜基粒基粒基质基质类囊体类囊体捕获光能的色素分布在捕获光能的色素分布在_类囊体的薄膜上类囊体的薄膜上叶绿体的功能叶绿体的功能恩格尔曼实验的结恩格尔曼实验的结论是什么?论是什么?O2是由叶绿体产生的是由
6、叶绿体产生的 叶绿体是进行叶绿体是进行光合作用的场所。光合作用的场所。它内部的它内部的巨大膜表面上,分布了许多巨大膜表面上,分布了许多吸收光能的色素分吸收光能的色素分子,子,还有许多进行还有许多进行光合作用的酶。光合作用的酶。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用 绿色植物通过绿色植物通过_,利用,利用_,把,把_转化成储存能量的转化成储存能量的_,并释放出,并释放出_的过程。的过程。光合作用的探究历程(光合作用的探究历程(P101102)光能光能叶绿体叶绿体O2有机物有机物CO2和和H2O结论:植物可以更新空气结论:植物可以更新空气有人重复了普利斯特利的实验,得到相反的结有人重复了
7、普利斯特利的实验,得到相反的结果,所以有人认为植物也能使空气变污浊?果,所以有人认为植物也能使空气变污浊?17791779年,荷兰的英格豪斯年,荷兰的英格豪斯 普利斯特利的实验只有在普利斯特利的实验只有在阳光照射阳光照射下才能成功;植物体下才能成功;植物体只有绿叶才能只有绿叶才能更新空气更新空气。到到1785年,发现了空气的组年,发现了空气的组成,人们才明确绿叶在光下放出成,人们才明确绿叶在光下放出的是的是O2,吸收的是吸收的是CO2。光光能能化化学学能能储存在什储存在什么物质中么物质中?德国德国梅耶梅耶18641864年,德国萨克斯实验年,德国萨克斯实验18641864年,德国萨克斯实验年,
8、德国萨克斯实验黑暗处理黑暗处理一昼夜一昼夜让一张叶片一半让一张叶片一半曝光一半遮光曝光一半遮光绿叶在绿叶在光光下能制造下能制造淀粉淀粉。用碘蒸气处理这片叶,用碘蒸气处理这片叶,发现曝光的一半呈深发现曝光的一半呈深蓝色,遮光的一半则蓝色,遮光的一半则没有颜色变化。没有颜色变化。光合作用释放的光合作用释放的O2来自来自CO2还是还是H2O?18801880年,恩格尔曼年,恩格尔曼(C.EngelmannC.Engelmann)的实验:的实验:4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用极极极极细细细细的的的的光光光光束束束束没没有有氧氧气气的的黑
9、黑暗暗环环境境没没有有氧氧气气的的有有光光环环境境第第一一组组光合作用产生的光合作用产生的O2来自于来自于H2O。H218OCO2H2OC18O2第第二二组组18O2O2美国鲁宾和卡门实验(同位素标记法)美国鲁宾和卡门实验(同位素标记法)光合作用产生的有机物又是怎样合成的?光合作用产生的有机物又是怎样合成的?美国卡尔文美国卡尔文用用1414C C标记标记1414COCO2 2,供小球藻,供小球藻进行光合作用,探明了进行光合作用,探明了COCO2 2中的中的C C转化成有机物中转化成有机物中的碳,称为卡尔文循环。的碳,称为卡尔文循环。反应物、条件、反应物、条件、场所、生成物场所、生成物 CO2+
10、H2O (CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体光合作用过程光合作用过程光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分依据:反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能有光才能反应有光才能反应有光、无光都能反应有光、无光都能反应H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATP光反应阶段光反应阶段光、色素、酶、光、色素、酶、H2O叶绿体内的叶绿体内的类囊体薄膜类囊体薄膜上上水的光解:水的光解:H2O H +O2光能光能(还原氢)(还原氢)ATP的合成:的合成:ADPPi酶酶光能光能转变为转变为活跃的化学能活跃的化学能贮存在贮存在ATP中中H场所:场所:条件:条件:物质变化物质变化能量变化能量变化进入叶绿
11、进入叶绿体基质,体基质,参与暗反参与暗反应应供暗反供暗反应使用应使用ATP光光CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPH糖类糖类卡尔文循环卡尔文循环暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定:的固定:CO2C5 2C3酶酶C3的还原:的还原:ATPH、叶绿体的叶绿体的基质基质中中 ATP中中活跃活跃的的化学能化学能转变为转变为糖类糖类等等 有机物中有机物中稳定稳定的的化学能化学能2C3 (CH2O)C5酶酶糖类糖类H、ATP、酶、酶、CO2场所:场
12、所:条件:条件:物质变化物质变化能量变化能量变化CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶糖类糖类ATPH 联系联系比较光反应、暗反应比较光反应、暗反应光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段条件条件场所场所物质变化物质变化能量变化能量变化光光、色素、酶、色素、酶不需光、酶、不需光、酶、H、ATP叶绿体叶绿体类囊体薄膜类囊体薄膜叶绿体叶绿体基质基质中中水水的光解;的光解;ATP的生成的生成CO2的固定;的固定;C3的还原的还原 ATP中中活活 跃跃化学能化学能光能光能ATP中活中活 跃化学能跃化学能有机物中有机物中稳稳
13、定定化学能化学能光反应是暗反应的基础,光反应是暗反应的基础,为暗反应提供为暗反应提供HH和和ATPATP,暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供ADPADP和和Pi Pi。光反应光反应H2O 2 H+1/2O2+Pi+光能光能ATP酶酶ADP水的光解:水的光解:ATP的形成:的形成:暗反应暗反应C C3 3的还原:的还原:2C2C3 3+H (CH+H (CH2 2O)+CO)+C5 5酶酶ATPATPCOCO2 2的固定:的固定:CO2+C5 2C3酶酶4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用原料和产物的对应关系:原料和产物的对应关系:(
14、CH2O)CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径:能量的转移途径:碳的转移途径:卡尔文循环碳的转移途径:卡尔文循环光能光能ATPATP中活跃中活跃的化学能的化学能(CH2O)中中稳定稳定的化学能的化学能CO2C3(CH2O)4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用 CO2+H2O (CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体物质转变物质转变能量转变能量转变 光合作用的实质光合作用的实质将无机物合成有机物将无机物合成有机物将光能转变成化学能将光能转变成化学能4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合
15、作用光与光合作用场所:类囊体薄膜叶绿体基质 光合作用光合作用有氧呼吸有氧呼吸场所场所条件条件物质变化物质变化能量变化能量变化实质实质联系联系比较光合作用、呼吸作用比较光合作用、呼吸作用光光、色素、酶、色素、酶、H2O和和CO2叶绿体叶绿体细胞质基质、线粒体细胞质基质、线粒体O2、酶、酶、H2O、C6H12O6 ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能糖类等有机物中稳糖类等有机物中稳定化学能定化学能C6H12O6等有机物稳等有机物稳定的化学能定的化学能 ATP中活中活 跃化学能跃化学能和热能和热能合成有机物,储存合成有机物,储存能量能量分解有机物,释放分解有机物,释放能量能量光合作用为呼吸作用提
16、供物质(有机物、光合作用为呼吸作用提供物质(有机物、O2););呼吸作用为光合作用提供原料(呼吸作用为光合作用提供原料(CO2)C C3 3、C C5 5、H H、ATPATP以及以及(CH(CH2 2O)O)合成量的动态变化合成量的动态变化条件条件C C3 3C C5 5H H和和ATPATP(CH(CH2 2O)O)合成合成量量停止光照停止光照COCO2 2供供应应不不变变增加增加下降下降减少或没有减少或没有减少或没有减少或没有突然光照突然光照COCO2 2供供应应不不变变减少减少增加增加增加增加增加增加光照不光照不变变停止停止COCO2 2供供应应减少减少 增加增加增加增加减少或没有减少
17、或没有光照不光照不变变COCO2 2供供应应增加增加增加增加减少减少减少减少增加增加光照不光照不变变COCO2 2供供应应不不变变(CH(CH2 2O)O)运运输输受受阻阻增加增加减少减少增加增加减少减少色素种类色素种类 叶绿素叶绿素a a 叶绿素叶绿素b b 胡萝卜素胡萝卜素 叶黄素叶黄素吸收光谱吸收光谱主要吸收红光和蓝紫光主要吸收红光和蓝紫光 主要吸收蓝紫光主要吸收蓝紫光化学化学性质性质四种色素都不溶于水易溶于酒精丙酮等有机溶剂四种色素都不溶于水易溶于酒精丙酮等有机溶剂 叶绿素的化学性质没有类胡萝卜素稳定,叶绿素的合叶绿素的化学性质没有类胡萝卜素稳定,叶绿素的合成易受光照温度和矿质元素的影
18、响这些条件对类胡萝卜成易受光照温度和矿质元素的影响这些条件对类胡萝卜素的影响较小素的影响较小植植物物叶叶色色正常正常绿绿 色色正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的数量比正常叶子的叶绿素和类胡萝卜素的数量比3 3:1 1所以正常所以正常叶片总是绿色叶片总是绿色叶色叶色变变 黄黄叶绿素分子被破坏类胡萝卜素较稳定显示出类胡萝卜素叶绿素分子被破坏类胡萝卜素较稳定显示出类胡萝卜素的颜色,叶子呈黄色。的颜色,叶子呈黄色。叶色叶色变变 红红秋天降温植物体内积累了较多的可溶性糖有利于形成液秋天降温植物体内积累了较多的可溶性糖有利于形成液泡中的花青素泡中的花青素,而叶绿素因寒冷降解而叶绿素因寒冷降解,叶子呈红色。叶子
19、呈红色。色素与叶色色素与叶色化能合成作用:化能合成作用:利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物。少数的细菌,如硝化细菌。来把无机合成有机物。少数的细菌,如硝化细菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量能量硝化细菌硝化细菌举例:举例:6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量能量4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用自养生物自养生物:以以COCO2 2和和H H2 2O O(无机物)为原料合成糖类无机物)为原料合成糖类
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