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(共48张PPT)
第四章第4节
叶绿体通过光合色素捕获光能
问题探讨
植物工厂
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的蔬菜工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。
讨论
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
现代温室大棚的“神器”
红色日光灯
红色/蓝色LED灯
二氧化碳发生器
一、捕获光能的色素
1.提取绿叶的色素
原理：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取色素。
①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
注意事项：
选材时应注意选择鲜嫩、色浓绿、无浆汁的叶片如菠菜叶、棉花叶、洋槐叶等。
（一）实验——绿叶中色素的提取与分离
②放入少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇
③迅速、充分地研磨
目的：二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
④将研磨液迅速倒入玻
璃漏斗中进行过滤。
⑤收集滤液,封口。
2.制备滤纸条
铅笔线
画铅笔细线
3.画滤液细线
★要求：细、直、齐 ；重复2—3次
4.分离绿叶中的色素
原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快;反之，则慢。
层析液
培养皿
★层析液不能没及滤液线
5.注意事项
1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。
2.在研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了研磨充分，有利于色素的提取；加少许碳酸钙的目的是为了防止研磨过程中，叶绿体中的色素受到破坏。
3.分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为色素易溶解在层析液中，导致色素带不清晰，影响实验效果。
6.实验结果
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约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）
绿叶中的色素
功能：吸收、传递和转化光能
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
对比分析
（二）色素吸收的光谱
类胡萝卜素：吸收蓝紫光
叶绿素：吸收蓝紫光和红光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
类囊体薄膜上
类囊体薄膜和基质
色素分布：
酶分布：
1.叶绿体结构
结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
水绵
好氧细菌
黑暗处理
极细光束照射
暴露在光下
2.恩格尔曼的实验
恩格尔曼实验的巧妙之处
1、为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。
好氧细菌可确定释放O2的部位。
2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
3、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？
用极细光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
光合作用与能量转化
绿叶中色素的提取和分离
叶绿体的结构适于进行光合作用
实验原理
实验过程
实验结论
无水乙醇，层析液
叶绿素
类胡萝卜素
红光
蓝紫光
蓝紫光
色素
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
（蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
含量约占3/4
含量约占1/4
形态:
结构:
功能: 叶绿体是进行光合作用的场所
课堂小结：
第四章第4节
光合作用的过程及原理的应用
导入新课
绿色植物储存在有机物中的能量来自哪呢？
太阳能
太阳的光能又是
通过什么途径进
入植物体内的？
地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物。
地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.11*10^18KJ,这个数字大约相当于240000个三门峡水电站所发出的电力。
一、光合作用
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。
①概念：
②反应式：
③实质：
合成有机物，储存能量
探究光合作用原理的部分实验
1、19世纪末 甲醛→糖
2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
（有H2O，无CO2）
3、1937年，希尔
高铁盐
低铁盐
希尔反应：
O2全部来自于H2O吗？
水的光解产生氧气。
结论：
光合作用产生的O2来自于H2O。
4、1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法）
结论：
H2O
H218O CO2
O2 O2
O2
O2 O2
O2
C18O2
O2
O2
O2 O2
O2
O2 O2 O2
O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
5、1954年，阿尔农
结论：
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：
在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
1957年 这一过程总是与水的光解相伴
光合作用原理的部分探索实验
19世纪末 甲醛→糖 甲醛对植物有毒
1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年 希尔反应，水的光解产生氧气
1941年 鲁宾和卡门，同位素标记法光合作用氧气来自于水
1954年 阿尔农，光照下叶绿体合成ATP
二、光合作用过程
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
光反应
暗反应
阅读课文P103—104思考：
光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、物质变化、能量转换方面的内容
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
①光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量（光能) ATP
酶
光能→活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化：
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
O2
②暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
NADPH 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADP+
NADPH
NADPH
(CH2O)
H2O
光能
叶绿体中
的色素
水在光下分解
O2
﹝H﹞
ADP+PI
ATP
酶
供能
（CH2O）
CO2
2C3
固定
C5
还原
多种酶
参加催化
光反应
暗反应
（类囊体的薄膜）
（叶绿体基质）
供氢
酶
光合作用的过程
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
光反应
暗反应
光合作用的第一阶段
必须有光才能进行
光合作用的第二阶段，
有没有光都可以进行
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
两阶段相同点 光合作用实质 光反应
暗反应
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质
叶绿体色素、酶、光能
酶
H2O [H] +O2
酶
ADP+Pi+能量 ATP
酶
CO2被固定C3被还原形成糖类等有机物
光能→活跃的化学能
活跃的化学能→稳定的化学能
[H] ATP O2
ADP Pi （CH2O ） C5
都包括物质变化和能量变化
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
ATP → ADP+Pi+能量
酶
光反应与暗反应的比较
三、化能合成作用
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的合成作用。
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2
能量
自养生物
异养生物
如人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
四、光合作用原理的应用
原料
条件
产物
CO2浓度
水 分
光 照
矿质元素
温 度
1、光合作用的强度：
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
探究.实践——
探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用强度的影响
1.打孔
2.处理叶片
3.自变量处理
4.观察记录
2.影响光合作用的因素
（1）光照强度
A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。
C点对应的横坐标：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
光补偿点
光饱和点
AB段：光合<呼吸
BC段：光合>呼吸
1.间作套种
2.通过轮作,延长光合作用时间
3.通过合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长
应用：
（2）CO2浓度
A点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
B和B′点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
应用：1.多施有机肥
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等
3.大田中还要注意通风透气
（2）CO2浓度
（3）温度
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。
应用：1.适时播种
2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温
3.植物“午休”现象的原因之一
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
（4）矿质元素
应用：合理施肥
（5）水
光合作用强度
O
时间
A
7 12 14 18
1.水是光合作用的原料
2.水是体内各种化学反应的介质
3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体
应用：预防干旱 合理灌溉
内因：
外因：
基因决定酶种类数量不同
水分—应用：合理灌溉
矿质元素—应用：合理施肥
温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”
CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰……
光质（光的颜色）
光照
光照时间： （应用：延长光照时间：一年两/三熟）
光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高
光强度，间作套种（提高光能的利用率）
不同植物光合作用不同；
不同部位（叶）光合作用不同；
不同叶龄的叶光合作用不同。
影响光合作用因素总结
（应用：大棚种植用红光或
蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）
光合作用与能量转化
光合作用
光合作用应用
概念
反应式
探究历程
影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素
硝化细菌
光合作用原理
过程
光反应：类囊体薄膜
暗反应：叶绿体基质
化能合成作用
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
课堂小结：

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