能量之源-光合作用.ppt

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第5章細胞的能量供應和利用,第4節(jié)能量之源—光與光合作用,,天津五中雷致洪,考點一：綠葉中色素的提取和分離,實驗原理：提取(無水乙醇)、分離(層析液)目的要求：綠葉中色素的提取和分離及色素的種類材料用具：新鮮的綠葉、定性濾紙等、無水乙醇等方法步驟：1.提取綠葉中的色素2.制備濾紙條3.畫濾液細線4.分離綠葉中的色素5.觀察和記錄討論：1.濾紙條上色帶的數(shù)目、排序、寬窄？2.濾紙條上的濾液細線，為什么不能觸及層析液？,,,,方法與步驟：,稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加少許的石英砂（充分研磨）和碳酸鈣(防止研磨中色素被破壞)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進行過濾。,,,,,色素分離實驗及作用,色素有那些功能呢？,吸收、傳遞、轉換光能,葉綠體中色素提取和分離實驗中幾個關鍵問題,,取葉要新鮮，濾液中含有較多的色素；研磨要迅速充分，防止丙酮揮發(fā)，同時可以得到色素濃度較大的濾液；畫濾液細線要重復２－３次，以便色素帶清晰；濾液細線要細、直，防止色素帶重疊；濾液細線勿浸入層析液，防止色素溶解在層析液中；層析時，燒杯要加蓋，避免苯等有毒物質揮發(fā)出來污染空氣；實驗結束，要用肥皂洗手，因為實驗中可能接觸了苯等有毒物質；濾紙條要避光保存，防止褪色,葉綠體中的色素：,葉綠素,,葉綠素a（藍綠色）,葉綠素b（黃綠色）,吸收紅光和藍紫光,3/4,,,,,類胡蘿卜素,胡蘿卜素（橙黃色）,葉黃素（黃色）,吸收藍紫光,1/4,,一捕獲光能的色素和結構,1、捕獲光能的色素,（藍綠色）,（黃綠色）,（橙黃色）,（黃色）,含量約占3/4,含量約占1/4,葉片中的葉肉細胞,,綠葉,,葉肉細胞亞顯微結構模式圖,葉綠體亞顯微結構模式圖,,,,,2、捕獲光能的結構—葉綠體,基質,酶,?,外膜,內膜,類囊體,基粒,色素,酶,葉綠體亞顯微結構模式圖,,考點二：光合作用的發(fā)現(xiàn)及概念,光合作用的概念：光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。光合作用的探究歷程：,植物體內全部營養(yǎng)物質都是從土壤中獲得的嗎？,一、光合作用的發(fā)現(xiàn)2000多年前，古希臘著名的哲學家亞里士多德認為：植物體是“土壤汁”構成的，即植物生長發(fā)育所需的物質完全來自土壤。,1648年比利時海爾蒙特實驗,,圖A土壤(烘干)100公斤幼樹2.5公斤,圖B只澆雨水(幾乎不含任何養(yǎng)料),圖C5年后樹長大了,圖D土壤烘干后稱重，只比原來減輕了0.1公斤，樹增加了32公斤,柳樹生長之謎,植物增重主要來自于水，土壤提供極少量的物質,實驗結論：,,普里斯特利實驗,,薩克斯實驗的應用：,驗證光合作用生成淀粉時要注意的問題？,1、實驗前應黑暗處理（饑餓處理）；2、用碘液鑒定前應先脫色、漂洗。,,1、為什么水綿是合適的實驗材料？2、他是如何控制實驗條件的？3、他是如何對照的？,水綿具有細而長的葉綠體，便于觀察,選用黑暗、無空氣的環(huán)境：排除環(huán)境中光線和氧氣的影響,選用極細的光束，并用好氧細菌檢測：準確判斷釋放氧氣的部位,討論：此實驗在設計上有什么巧妙之處？分以下幾個問題：,自身對照,,實驗的選材、設計有哪些巧妙之處？,1、選用水綿、好氧細菌做實驗材料（便于觀察）2、選用黑暗沒有空氣的環(huán)境（單一變量原則）3、先在黑暗條件下用極細的光束，再完全曝光（對照原則）,恩吉爾曼實驗的結果,分析：這一巧妙的實驗說明了什么？,葉綠體中的色素對不同波長的吸收的強度不同，主要吸收紅光與藍紫光，幾乎不吸收綠光,積極思維,返回,20世紀40年代，卡爾文(M.Calvin),用14C標記的CO2供小球藻實驗，追蹤檢測其放射性。探明CO2中的C的轉移途徑。,卡爾文循環(huán)：CO2→C3→(CH2O),,4能量之源——光與光合作用,1771年，普里斯特利(JosephPriestley)：,1785年，才明確綠色植物在光照下釋放氧氣，吸收二氧化碳。,1779年，英格豪斯（J.Ingen-housz）發(fā)現(xiàn)：,普里斯特利的實驗只有在光下才能成功；植物體只有綠葉才能更新污濁的空氣。,植物可以更新空氣，但忽略了光的作用。,,,,,,4能量之源——光與光合作用,1845年，德國科學家梅耶（R.Mayer）：,根據(jù)能量轉化與守恒定律明確指出，植物在進行光合作用時，把光能轉化成化學能儲存起來了。,1864年，薩克斯(JuliusvonSachs)的實驗：,,,綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生淀粉,1880年，恩吉爾曼的實驗：,氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是進行光合作用的場所。,,4能量之源——光與光合作用,1940年，美國科學家魯賓、卡門同位素標記實驗：,光合作用釋放的氧氣全部來自于水,20世紀40年代，美國科學家卡爾文的實驗：,CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑---卡爾文循環(huán),光合作用吸收二氧化碳并放出氧氣，光合作用需要光。（原料、產(chǎn)物和條件）,綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。（產(chǎn)物）,氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是進行光合作用的場所。（產(chǎn)物和場所）,光合作用釋放的氧全部來自水。（原料與產(chǎn)物的關系）,普利斯特利等實驗,薩克斯實驗,,光,,二氧化碳,,水,,氧氣,有機物,二氧化碳+水氧氣+有機物,CO2,O2,,光照,H2O,葉綠體,葉綠體,光合作用,表達式：,色素：基粒類囊體的薄膜上酶：基粒類囊體的薄膜上和葉綠體基質中,,考點三：光合作用的過程及實質,4能量之源——光與光合作用,,場所:,類囊體薄膜,葉綠體基質,,,,,,,,,,,,,H2O,類囊體膜,酶,,,,,1.光反應階段,酶,光、,色素、,葉綠體內的類囊體膜上,,水的光解：,（還原劑）,ATP的合成：,光能轉變?yōu)榛钴S的化學能貯存在ATP中,CO2,糖類,五碳化合物C5,蛋白質,脂質,CO2的固定,三碳化合物2C3,,,C3的還原,基質多種酶,2.暗反應階段,CO2的固定：,C3的還原：,葉綠體的基質中,多種酶、,,[H]、ATP,光反應階段與暗反應階段的比較,囊狀結構的薄膜上,葉綠體的基質中,需光、色素和酶,不需光、色素;需多種酶,光能轉變?yōu)锳TP中活潑的化學能,ATP中活潑的化學能轉化為糖類等有機物中穩(wěn)定的化學能,思考:,原料和產(chǎn)物的對應關系：,（CH2O）,,C,H,O,,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,,能量的轉移途徑：,碳的轉移途徑：卡爾文循環(huán),光能,,,ATP中活躍的化學能,(CH2O)中穩(wěn)定的化學能,,CO2,C3,（CH2O）,,,4能量之源——光與光合作用,,,,,CO2+H2O*(CH2O)+O2*,光合作用總反應式：,4能量之源——光與光合作用,,6CO2+12H2O*C6H12O6+6O2*+12H2O,四、光合作用的實質,物質變化：,把簡單的無機物轉變?yōu)閺碗s的有機物,能量變化：,把光能轉變成儲存在有機物中的化學能,物質變化：,無機物,能量變化：,光能,,有機物,糖類等有機物中的化學能,化能合成作用：,,,,利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來把無機合成有機物。少數(shù)的細菌，如硝化細菌。,2HNO2+O22HNO3+能量,,硝化細菌,舉例：,6CO2+6H2OC6H12O6+6O2,,能量,,自養(yǎng)生物:,以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著的能量。,異養(yǎng)生物:,只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。,所需的能量來源不同（光能、化學能）,例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。,4能量之源——光與光合作用,,光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用：提高光合作用強度，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。例如：控制光照的強弱和溫度的高低，適當增加作物環(huán)境中二氧化碳的濃度，等等。,影響光合作用的主要外界因素：1）光照2）CO23）溫度,影響光合作用的因素及其相關原理在生產(chǎn)實踐中的應用,,考點四：影響光合作用的因素,葉齡,OA段：,AB段：,BC段：,幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉內葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合作用速率不斷提高,壯葉，葉片的面積、葉綠體和葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率也基本穩(wěn)定。,老葉，隨著葉齡的增加，葉片內葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。,應用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當摘除老葉、殘葉及莖葉蔬菜及時換新葉，可降低其細胞呼吸消耗有機物。,影響光合作用的因素及其相關原理在生產(chǎn)實踐中的應用,,考點四：影響光合作用的因素,★單因子變量對光合作用的影響,光合作用強度表示方法1、單位時間內光合作用產(chǎn)生有機物（糖）的數(shù)量（即植物重量或有機物的增加量）。2、單位時間內光合作用吸收C02的量(或實驗容器內CO2減少量)。3、單位時間內光合作用放出02的量(或實驗容器內02增加量)。,★單因子變量對光合作用的影響,①光照時間：②光照強度：③光質：,時間越長，產(chǎn)生的光合產(chǎn)物越多,在一定光照強度范圍內，增加光照強度可提高光合作用速率。,[1]光照,→光反應,光照強度,②光照強度,→NADPH、ATP,→暗反應C3還原,（CH20）←,,,②光照強度,A點：,AB段：,B點：,BC段：,C點：,光照強度為0時只進行細胞呼吸，釋放C02量代表此時的呼吸強度,隨光照強度增強，光合作用逐漸增強，C02的釋放量逐漸減少,因一部分用于光合作用,光補償點,此時細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=細胞呼吸速率,隨光照強度不斷增強，光合作用不斷增強,光飽和點,光照強度達到一定值時，光合作用不再增強,凈,,,②光照強度,凈,,,真正光合速率＝凈光合速率+呼吸速率,→光反應,光照強度,②光照強度,光補償點,光飽和點,,,→NADPH、ATP,→暗反應C3還原,（CH20）←,,,不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水層對光波中的紅、橙部分吸收顯著多于對藍、綠部分的吸收，即到達深水層的光線是相對富含短波長的光，所以吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方,,,→光反應,光照強度,②光照強度,,陽生植物,陰生植物,光補償點,光飽和點,,,→NADPH、ATP,→暗反應C3還原,（CH20）←,,,從海的不同深度采集到4種類型的浮游植物（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ），測定了每種類型的光合作用，如下圖所示。在最深處采集到的是哪種類型的浮游植物？,,→光反應,光照強度,據(jù)光照強度可制定的農(nóng)作物增產(chǎn)措施,②光照強度,→NADPH、ATP,→暗反應C3還原,（CH20）←,,過度密植減產(chǎn)的原因,從生理學角度看：,過度密植使得植物下半部的葉片受到的光照強度過弱（小于光補償點），使這部分葉片光合作用強度小于呼吸作用強度造成大量消耗有機物導致農(nóng)作物減產(chǎn)。,③光的性質,白光>紅光、藍紫光>……>綠光,⑴溫室大棚塑料薄膜的顏色最好是：,無色透明,⑵綠色植物生理實驗的安全燈顏色：,綠色,⑶水域植物（藻類—水深）的垂直分布：,綠藻,紅藻,褐藻,[2]光照面積,OA段：,A點：,OB段：,BC段：,OC段：,…隨葉面積的不斷增大，光合作用實際量不斷增大,光合作用面積的飽和點,隨葉面積的增大，光合作用不再增強，原因是有很多葉被遮擋，光照強度在光補償點以下,…干物質量隨光合作用增強而增加,隨葉面積的不斷增加，干物質積累量不斷降低,隨葉面積的不斷增加，呼吸量不斷增加,[2]光照面積,應用：適當間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長。封行過早，使中下層葉片所受的光照往往在光補償點以下，白白消耗有機物，造成不必要的浪費。,→C3的生成,CO2濃度,→暗反應C3還原,→（CH20）,,,A,B,[3]CO2濃度,A點：,AB段：,B點：,進行光合作用所需CO2的最低濃度,在一定范圍內，隨C02濃度的提高，植物的光合速率加快,表示C02的飽和點，CO2超過該濃度，光合速率達到最大不再提高。,→C3的生成,CO2濃度,→暗反應C3還原,→（CH20）,,,A,B,→C3的生成,CO2濃度,→暗反應C3還原,→（CH20）,,,A,B,思考：1、在溫度適宜、CO2含量超過B點對應的濃度的條件下，如何進一步提高光合效率？2、若光照充足、溫度適宜，造成B點的原因是什么？3、若再繪另一光照更弱條件下的該曲線，則圖中A點向什么方向移動。,[3]CO2濃度,[3]CO2濃度,應用：農(nóng)作物增產(chǎn)措施,（2）溫室栽培，晴天適當增加CO2濃度,,①施有機肥（農(nóng)家肥）,②施用NH4HCO3肥料,（1）合理密植使農(nóng)田通風良好“正其行，通其風”,③CO2發(fā)生器,[4]H2O,→H+的生成,H2O,→暗反應C3還原,→（CH20）,→NADPH的生成,含水量,1、光合作用的原料；2、植物體內各種生化反應的介質；3、影響氣孔的開閉。,應用：根據(jù)作物需水規(guī)律合理灌溉；預防干旱洪澇,OA段：在一定范圍內，水越充足，光合作用速率越快,[5]礦質元素,礦質元素,礦質元素直接或間接影響光合作用。如可促進葉片面積增大，提高酶的合成速率，作為酶的激活劑等，提高光合作用速率。,應用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。,[6]溫度,→酶活性,1、溫度,→NADPH、ATP生成量,暗反應,（CH20）生成量,→光反應,,,,主,次,2、溫度是影響氣孔開閉的因素之一,[6]溫度,應用：農(nóng)作物增產(chǎn)措施,⑴晴天：白天適當升溫，晚上適當降溫以保持較高的晝夜溫差,⑵連續(xù)陰雨天：白天和晚上均降溫,1、適時播種；2、溫室栽培：3、防止“午休”現(xiàn)象,★多因子對光合作用速率的影響,P點：,Q點：,限制光合速率的因素為橫坐標所表示的因子，隨該因子的不斷加強，光合速率不斷提高,橫坐標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子的方法,★多因子對光合作用速率的影響,溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當充加C02，進一步提高光合速率。當溫度適宜時，可適當增加光照強度和C02濃度以提高光合速率。總之，可根據(jù)具體情況，通過增加光照強度，調節(jié)溫度或增加CO2濃度來充分提高光合速率，以達到增產(chǎn)的目的,,,,關于光合作用和呼吸作用的關系,各項生命活動,光合作用與有氧呼吸的比較,葉綠體,主要在線粒體,光、溫度、酶等,O2、溫度、酶等,無機物合成有機物,有機物分解成無機物,光能轉變成穩(wěn)定的化學能,有機物中的化學能釋放出來，轉移給ATP,有機物,O2,CO2,,氧氣釋放量（CO2吸收量、葡萄糖生產(chǎn)量）=光合量-呼吸量,在暗處或植物體的非綠色部分：,氧氣吸收量（CO2釋放量、葡萄糖消耗量）=呼吸量,,光合作用、呼吸作用都進行,只進行呼吸作用,4.（04北京）在相同光照和溫度條件下，空氣中CO2含量與植物光合產(chǎn)量（有機物積累量）的關系如圖所示。理論上某種C3植物能更有效地利用CO2，使光合產(chǎn)量高于m點的選項是A.若a點在a2，b點在b2時B.若a點在a1，b點在b1時C.若a點在a2，b點在b1時D.若a點在a1，b點在b2時,,D,4．（04廣東）下列關于光合作用和呼吸作用的敘述，正確的是A．光合作用和呼吸作用總是同時進行B．光合作用形成的糖類能在呼吸作用中被利用C．光合作用產(chǎn)生的ATP主要用于呼吸作用D．光合作用與呼吸作用分別在葉肉細胞和根細胞中進行,C,5．（04廣東）光合作用暗反應階段中直接利用的物質是A．O2和C3化合物B．葉綠體色素C．H20和O2D．氫[H]和ATP,D,7．（04江蘇）光合作用的過程可分為光反應和暗反應兩個階段，下列說法正確的是（）A．葉綠體的類囊體膜上進行光反應和暗反應B．葉綠體的類囊體膜上進行暗反應，不進行光反應C．葉綠體基質中可進行光反應和暗反應D．葉綠體基質中進行暗反應，不進行光反應,l．（04湖南）下列關于光合作用強度的敘述，正確的是A．葉片從幼到老光合作用強度不變B．森林或農(nóng)田中植株上部葉片和下部葉片光合作用強度有差異C．光合作用強度是由基因決定的，因此是固定不變的D．在相同光照條件下，各種植物的光合作用強度相同,B,21．（上海）葉綠體含多種色素，其中一種色素能接受其它色素所吸收的光能，該色素是A．胡蘿卜素B．葉黃素C．葉綠素aD．葉綠素b,C,2.（06北京）夏季，在晴天、陰天、多云.高溫干旱四種天氣條件下，獼猴桃的凈光合作用強度（實際光合速率與呼吸速率之差）變化曲線不同，表示晴天的曲線圖是,B,5、（05北京）為驗證光是植物生長發(fā)育的必要條件，設計如下實驗：選擇生長狀況一致的小麥幼苗200株，隨機均分為實驗組和對照組，分別處理并預期結果。下面是關于實驗組或對照組的處理方法和預期結果的幾種組合，其中正確的是①實驗組②對照組③黑暗中培養(yǎng)④在光下培養(yǎng)⑤生長育好⑥生長不良A、②③⑤B、①③⑥C、①④⑤D、②④⑥,B,例1：科學家用14C標記二氧化碳，發(fā)現(xiàn)碳原子在一般植物體內光合作用中的轉移途徑是A．二氧化碳→葉綠素→葡萄糖B．二氧化碳→ATP→葡萄糖C．二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖D．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖,D,4能量之源——光與光合作用,,例2：在一定時間，綠色植物在一定強度的_________的照射下，放出的氧最多A．白光B．紅光和藍紫光C．藍紫光和綠光D．紅光和綠光,A,4能量之源——光與光合作用,,例3：生長旺盛的葉片，剪成5mm見方的小塊，抽去葉內氣體，做下列處理，如圖，這四個處理中，沉入底部的葉片小塊最先浮起的是,A,4能量之源——光與光合作用,,例4：將一株植物培養(yǎng)在H218O中并進行光照，過一段時間后18O存在于A．光合作用生成的水中B．僅在周圍的水蒸氣中C．僅在植物釋放的氧氣中D．植物釋放的氧氣和周圍的水蒸氣中,D,4能量之源——光與光合作用,,例5：將置于陽光下的盆栽植物移至黑暗處，則細胞內三碳化合物與葡萄糖的生成量的變化是A．C3增加，葡萄糖減少B．C3與葡萄糖都減少C．C3與葡萄糖都增加D．C3突然減少，葡萄糖突然增加,A,4能量之源——光與光合作用,,(1)該裝置進行的實驗是_______________。(2)該實驗中用煮沸又冷卻的葡萄糖溶液的目的是______________________。(3)圖中溶液A是。(4)酵母菌產(chǎn)生的氣體是。寫出其反應式,,例6：根據(jù)下圖回答問題：,酵母菌能否無氧呼吸?產(chǎn)物是否有CO2,殺滅葡萄糖液中的其它生物,除掉溶液中的氧氣。,澄清石灰水,CO2,C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量,,酶,4能量之源——光與光合作用,,例7：下圖表示某植物生理作用與環(huán)境因素之間的關系。請據(jù)圖回答問題：,,(1)甲圖中，A點表示植物只能進行作用，B點表示與_________________達到相等。,呼吸,呼吸作用釋放的CO2量,光合作用吸收的CO2量,4能量之源——光與光合作用,,(2)上述甲、乙兩圖表示影響光合作用的因素包括。(3)甲圖曲線E、F表示20℃和30℃的環(huán)境中所得到的曲線，其中表示20℃時光合作用效率的是曲線。,,光照強度，CO2濃度，溫度,F,4能量之源——光與光合作用,,