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(共35张PPT)
主讲老师：
§5-4 光合作用与能量转化
高中生物必修一
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
【讨论】
靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
问题探讨
捕获光能的色素
绿叶中色素的提取和分离
实验原理
色素提取的原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
色素分离的原理：绿叶中的各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
材料用具
方法步骤
目的要求
1．进行绿叶中色素的提取和分离。
2．探究绿叶中含有几种色素。
见下页
实验材料：新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）
实验器材：干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒（10mL），天平等。
实验药品：无水乙醇，层析液，二氧化硅和碳酸钙。
色素的提取
称取5g绿色叶片
剪碎，放入研钵中。
向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙
向研钵中再加入5～10mL无水乙醇
进行迅速、充分的研磨。
将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
色素的提取
将干燥的定性滤纸剪成宽和长略小于试管直径和长度的滤纸条
再将滤纸条一端剪去两角
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀画出一条细线。待滤液干后，重画一到两次。
在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线
色素的分离
将适量层析液倒入试管，将滤纸条有滤液细线的一端朝下轻轻插入层析液，随后用棉塞塞紧试管口。
可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。
观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄。将观察结果记录下来。
色素的分离
绿叶中色素的提取和分离
实验结果
颜色 色素 溶解度 扩散速度 宽度 含量
橙黄色 胡萝卜素 最高 最快 最窄 最少
黄色 叶黄素 较高 较快 较窄 较少
蓝绿色 叶绿素a 较低 较慢 最宽 最多
黄绿色 叶绿素b 最低 最慢 较宽 较多
叶绿体中色素的种类
绿叶中的色素
叶绿素
(含量约占3/4)
类胡萝卜素
(含量约占1/4)
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
色素的功能
光合色素吸收可见的太阳光，用于光合作用。
叶绿素主要吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
叶绿素
类胡萝卜素
光合作用的场所
光合作用的场所
——叶绿体
叶绿体的形态和结构
外膜
内膜
类囊体
基粒
基质
叶绿体的结构模式图
叶绿体的电镜照片
形态：
一般呈扁平的椭球形或球形
结构：
堆叠
(色素分布在类囊体膜上)
叶绿体的功能
第一个实验
该实验的结论是什么？
恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
叶绿体的功能
第二个实验
该实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域，为什么？
光合作用的定义
光合作用的定义
　　光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
场所
发生范围
能量来源
原料
产物
产物
能量去向
发生范围：绿色植物（主要）
物质变化：二氧化碳＋水→有机物＋氧气
能量变化：光能→有机物中的化学能
知识
归纳
反应式：
CO2＋H2O　　　　(CH2O)＋O2
光能
叶绿体
光合作用的原理
19世纪末，科学界普遍认为
1928年，科学家发现
甲醛对植物有毒害作用，也不能通过光合作用转化成糖。
CO2
O2
C
+ H2O
甲醛
H
H
O
C
(CH2O)
糖类
缩合
O2
C
释放
说明水的光解产生氧气。
时间：
1937年
释放出氧气
英国植物学家
希尔（R.Hill）
发现：
结论：
科学家：
英国植物学家希尔（R.Hill）
像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。
离体叶绿体
悬浮液(无CO2)
铁盐或其他氧化剂
+
光照
英国植物学家
希尔（R.Hill）
思考：
希尔的实验是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
美国科学家
鲁宾(S.Ruben)
时间：
1941年
科学家：
美国科学家鲁宾和卡门
美国科学家
卡门(M.Kamen)
实验：
光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水。
结论：
18O2
光照下的
小球藻悬液
C18O2
O2
H2O
CO2
美国科学家
阿尔农(D.Arono)
科学家：
美国科学家阿尔农
时间：
1954年
发现：
在光照下，叶绿体可合成ATP。
这一过程总是与水的光解相伴随。
1957年
归纳总结：
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2O
O2
光反应
NADP+
NADPH
ADP+Pi
ATP
类囊体
基粒
叶绿体基质
光合作用的过程
H+
美国科学家
卡尔文(M.Calvin)
时间：
20世纪40年代
科学家：
美国科学家卡尔文
用14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测放射性。
实验：
结论：
CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳。
H2O
CO2
O2
(CH2O)
暗反应
光反应
NADP+
NADPH
ADP+Pi
ATP
2C3
C5
类囊体
基粒
叶绿体基质
光合作用的过程
H+
光合作用原理的应用
光合作用强度
是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
探究光照强弱对光合作用强度的影响
实验原理
通过抽动活塞的方式降低注射器内气压，使常压下隐匿于叶圆片中的气泡变大，最后逃逸出来，而留下的空隙就会被水所占据，从而达到排除叶肉细胞间隙中空气的目的。
在水环境中，由于叶片光合作用产生的氧气可附着在叶肉细胞的间隙或叶片的表面，使叶片的密度降低，造成叶片上浮。因此，可以通过比较不同光照条件下同一时间段内小圆形叶片浮起的数量，以此来判断叶片进行光合作用的强度。
材料用具
打孔器，注射器，40W台灯，烧杯，绿叶（如菠菜叶片）。
方法步骤
实验目的
探究光照强弱对光合作用强度的影响
见下页
打孔
材料处理
将小圆形叶片置于吸入清水的注射器中，排出注射器内残留空气，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内气体逸出。(重复几次)
将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
叶片细胞间隙充满水而全都沉到水底。
取生长旺盛的绿叶，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片。
注意避开大的叶脉。
抽气
备用
分组组装
取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水。分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片。
事先可用口通过玻璃管向清水内吹气。
控制光照
用3盏40W台灯分别向3个实验装置进行强、中、弱三种光照。
也可通过调节台灯与实验装置间的距离来控制。
观察并记录叶片浮起的数量。
影响光合作用强度的因素
原料
水、CO2（环境中CO2浓度，叶片气孔开闭情况，会因影响CO2的供应量而影响光合作用的进行。）
光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素（如温度），也是影响因子。
动力
光能
场所
影响叶绿体的形成和结构的因素，如无机营养、病虫害，也会影响光合作用强度。
酶
其他制造有机物的方式
方式
少数细胞内没有叶绿素的细菌，能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
举例
硝化细菌能将土壤中的氨（NH3）氧化成亚硝酸（HNO2），进而将亚硝酸氧化成硝酸（HNO3）。硝化细菌利用两个化学反应中释放出的化学能将CO2和水合成糖类，供硝化细菌维持自身的生命活动。

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