生物（蘇教版）高中生物必修一第三章細(xì)胞中能量的轉(zhuǎn)換和利用第二節(jié)光合作用——光能的捕獲和轉(zhuǎn)換“青青園中葵，朝露待日稀。陽春布德澤，萬物生光輝?！边@首古詩描述的景象，可以說是對“萬物生長靠太陽”最唯美的詮釋。沒有植物的光合作用（photosynthesis)就沒有草木威霾、鳥獸成群的和諧景象，更沒有我們?nèi)祟惖纳婧桶l(fā)展（圖4-20)。光合作用的機(jī)理是什么？光能是如何被捕獲并儲存的？人們對光合作用的探究經(jīng)歷了怎樣的歷程？第3節(jié)光合作用——光能的捕獲和轉(zhuǎn)換01捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)一、解開光合作用之迷發(fā)現(xiàn)光合作用發(fā)現(xiàn)光合作用1771-1785年，英國化學(xué)家普里斯特利（J.Priestley)和荷蘭醫(yī)生英根豪斯（J.Ingenhousz)先后發(fā)現(xiàn)，植物在光下能“凈化”空氣。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家又進(jìn)行了一系列探索，逐步認(rèn)識了光合作用的過程和本質(zhì)。

[資料1]1864年，德國植物生理學(xué)家薩克斯（J.Sachs)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把天竺葵放在暗處幾小時(shí)，然后選擇一片長勢旺盛的葉片，一半葉片曝光，另一半遮光。一段時(shí)間后，用碘蒸氣處理葉片，發(fā)現(xiàn)只有曝光的一半呈深藍(lán)色(下圖)。由此證明，植物的光合作用產(chǎn)生了淀粉。薩克斯創(chuàng)新的碘染色測定淀粉、數(shù)氣泡法測定光合速率等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，至今還在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)光合作用薩克斯的實(shí)驗(yàn)中，把天竺葵放在暗處幾小時(shí)的目的是什么？一、解開光合作用之迷[資料2]1881年，德國科學(xué)家恩格爾曼（C.Engelmann)把載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧菌的臨時(shí)裝片放在無氧的黑暗環(huán)境里，然后用極細(xì)的光束照射水綿。通過顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)需氧菌只集中在葉綠體受光照部位附近（圖a)。如果把上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下，需氧菌則集中在葉綠體所有受光照部位周圍（圖b)。發(fā)現(xiàn)光合作用一、解開光合作用之迷發(fā)現(xiàn)光合作用[資料3]1941年，美國生物化學(xué)家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)制備了含有少量同位素18O的水和碳酸氫鹽，其中碳酸氫鹽能為水生植物提供二氧化碳。在適宜光照下，給3組小球藻提供含有不同比率18O的水和碳酸氫鹽，一段時(shí)間后檢測光合產(chǎn)物氧氣中含18O的比率，結(jié)果見下表。發(fā)現(xiàn)光合作用水中18O比率（%）碳酸氫鹽中18O比率（%）氧氣中18O比率（%）第1組0.850.610.86第2組0.200.400.20第3組0.200.570.20從魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)可以看出，光合作用產(chǎn)生的氧氣來自哪種物質(zhì)？一、解開光合作用之迷綠葉中色素的提取和分離1.實(shí)驗(yàn)原理（1）色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中。（2）不同種色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。2.方法步驟(1)提取綠葉中的色素（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞）(2)制備濾紙條(3)畫濾液細(xì)線(要重復(fù)畫一到兩次，每次待濾液干后再畫)。（4）分離綠葉中的色素（注意：不能讓濾液細(xì)線觸及層析液，否則濾液細(xì)線中的色素會被層析液溶解，而不能在濾紙上擴(kuò)散。）（5）觀察與記錄二、捕獲光能的色素綠葉中色素的提取和分離

二、捕獲光能的色素二、捕獲光能的色素1.色素種類和顏色綠葉中的色素葉綠素（含量約占3/4）類胡蘿卜素（含量約占1/4）葉綠素a(藍(lán)綠色)葉綠素b(黃綠色)胡蘿卜素(橙黃色)葉黃素(黃色)2.葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光二、捕獲光能的色素三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用[資料4]1881年，德國科學(xué)家恩格爾曼（C.Engelmann)把載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧菌的臨時(shí)裝片放在無氧的黑暗環(huán)境里，然后用極細(xì)的光束照射水綿。通過顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)需氧菌只集中在葉綠體受光照部位附近（圖a)。如果把上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下，需氧菌則集中在葉綠體所有受光照部位周圍（圖b)。葉綠體的功能三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用緊接著，他又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域?！举Y料5】在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。討論1.恩格爾曼第一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？2.恩格爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？3.在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域，為什么？4.綜合上述資料，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？葉綠體的功能三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1.恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結(jié)合其他的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，科學(xué)家們得出葉綠體是光合作用的場所這一結(jié)論。

2.在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。這是葉綠體捕獲光能、進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。三、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用02光合作用的過程1.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(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。一、光合作用2.總反應(yīng)式CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體二、光合作用的原理

[資料6]19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。1937年，英國植物學(xué)家希爾（R.Hill)發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O,沒有CO2),在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考·討論討論1.希爾的實(shí)驗(yàn)說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？2.希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？二、光合作用的原理[資料7]1941年，美國科學(xué)家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標(biāo)記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)：第一組給植物提供H2O和C18O2,第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。[資料8]1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)（D.Arnon)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考·討論討論3.分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。1.光合作用兩個(gè)階段（1）光反應(yīng)階段（光合作用第一個(gè)階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行）（2）暗反應(yīng)階段（光合作用第二個(gè)階段的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進(jìn)行）二、光合作用的原理二、光合作用的原理2.光合作用過程圖解3.光合作用過程二、光合作用的原理注：H2O→H++O2NADP++H+→NADPH

聯(lián)系比較光反應(yīng)、暗反應(yīng)光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP葉綠體類囊體膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的還原ATP中活躍化學(xué)能光能ATP中活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供[H]和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi。二、光合作用的原理4.比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)利用環(huán)境中某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來把無