3.2.3光能的捕獲和利用一、光合作用的原理和應(yīng)用光合作用的概念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(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。二、光合作用探索歷程科學(xué)成果都是后人繼承前人的經(jīng)驗(yàn)，又經(jīng)過多次的探索和研究才獲得的。光合作用的發(fā)現(xiàn)就是一個(gè)典型的例子。漫長(zhǎng)的探索之旅……1、公元前3世紀(jì)—亞里士多德的觀點(diǎn)沒有通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)自己的理論?你同意他的觀點(diǎn)嗎？?不足之處在哪里？漫長(zhǎng)的探索之旅……2、1642年—海爾蒙特的柳樹實(shí)驗(yàn)漫長(zhǎng)的探索之旅……海爾蒙特的實(shí)驗(yàn)說明了什么？水分是建造植物體的唯一原料海爾蒙特認(rèn)為建造植物體的原料只是水，這一結(jié)論是否合理？為什么？未考慮空氣和光照對(duì)植物生長(zhǎng)的影響想一想漫長(zhǎng)的探索之旅……3、1771年—普里斯特利的實(shí)驗(yàn)漫長(zhǎng)的探索之旅……普里斯特利的結(jié)論是：植物能夠更新空氣普里斯特利的實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功，有時(shí)失?。柯L(zhǎng)的探索之旅……實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功是在有光的環(huán)境中；而無光的環(huán)境中，不能進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，小鼠就會(huì)窒息而亡，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗結(jié)論：植物只有在光照的情況下才能更新空氣4、1779年—英格豪斯的實(shí)驗(yàn)漫長(zhǎng)的探索之旅……5、1864年—薩克斯的實(shí)驗(yàn)漫長(zhǎng)的探索之旅……漫長(zhǎng)的探索之旅……漫長(zhǎng)的探索之旅……(1)為什么對(duì)天竺葵先進(jìn)行暗處理？

(2)為什么讓葉片的一半曝光，另一半遮光？

(3)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明什么問題？對(duì)照6、1880年—恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn)漫長(zhǎng)的探索之旅……水綿和好氧細(xì)菌臨時(shí)裝片缺氧暗處理極細(xì)光束照射全部暴露在光下（1）為什么選用水綿做實(shí)驗(yàn)材料？（2）為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境分析討論：水綿是單細(xì)胞連接的絲狀體，不需做切片，且葉綠體細(xì)而長(zhǎng)呈帶狀，便于直接觀察和分析研究。排除了氧氣和光的干擾（3）為什么先用極細(xì)光束照射水綿，而后又讓水綿完全暴露在光下？（4）該實(shí)驗(yàn)可得出什么結(jié)論？分析討論：明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的葉綠體是光合作用的場(chǎng)所，光合作用需要光并產(chǎn)生氧氣。7、1941年—魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)(1)魯賓—卡門的兩組實(shí)驗(yàn)是如何設(shè)計(jì)的？寫出兩組實(shí)驗(yàn)中光合作用的反應(yīng)式。（2）同位素標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)成功密不可分。你能否舉出其他的科學(xué)與技術(shù)相互促進(jìn)共同發(fā)展的例子？試一試:第一組小球藻懸液提供H218O和CO2，給第二組小球藻懸液提供H2O和C18O2，分別檢測(cè)光合作用釋放的氧氣是否含有放射性。第一組：CO2+H218O→（CH2O）+O2第二組：C18O2+H2O→（CH2O）+O2顯微鏡技術(shù)與細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)、研究年代科學(xué)家結(jié)論1771普利斯特利植物可以更新空氣1779英格豪斯只有在光照下只有綠葉才可以更新空氣1845R.梅耶植物在光合作用時(shí)把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲(chǔ)存起來1864薩克斯綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉1880恩格爾曼氧由葉綠體釋放出來。葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。1939魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀(jì)40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2原料：二氧化碳水產(chǎn)物：糖類氧氣場(chǎng)所：葉綠體條件：光多種酶2)、光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、條件是什么？3)、你能用一個(gè)化學(xué)反應(yīng)式表示出來嗎?1）分析了光合作用的探究歷程，你有何感悟？思考與討論：光能葉綠體CO2+H2*

O

（CH2O)+*O24)、光合作用的實(shí)質(zhì)把二氧化碳和水合成糖類等有機(jī)物。

光能ATP中化學(xué)能有機(jī)物中化學(xué)能

合成有機(jī)物儲(chǔ)存能量二、葉綠體的結(jié)構(gòu)內(nèi)膜外膜基粒類囊體基質(zhì)（一）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能1、葉綠體的結(jié)構(gòu)（1）如果將葉綠體長(zhǎng)時(shí)間置于暗處，葉綠體轉(zhuǎn)變成不含色素的

或只有類胡蘿卜素的

，但光照后又可恢復(fù)為具有葉綠素的

。

白色體有色體葉綠體（2）光學(xué)顯微鏡下能否看到葉綠體？呈

形。（3）在電鏡下可看到葉綠體的表面有

，內(nèi)部有許多綠色柱狀的

。每個(gè)基粒有數(shù)十個(gè)扁平囊狀的

組成，基粒間還有

與

相連，從而使各類囊體的腔彼此相通。能扁平的橢球形或球雙層膜基粒類囊體基質(zhì)類囊體基粒類囊體（4）線粒體和葉綠體增大膜面積方式不同，分別是怎樣的？（5）與光反應(yīng)有關(guān)的色素和酶都分布在

；與暗反應(yīng)有關(guān)的酶則分布在

中；葉綠體還含有少量的

，因此被稱為

。類囊體膜上基質(zhì)線粒體—嵴，葉綠體—基粒DNA、RNA半自主性細(xì)胞器2、葉綠體的功能：

（一）葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能光合作用的場(chǎng)所（二）葉綠體色素的提取與分離目的要求：1、掌握提取和分離葉綠體色素的方法2、了解葉綠體中色素的種類實(shí)驗(yàn)材料：菠菜【提取原理】綠葉中的色素能溶解于

溶劑（如

）中，可以用其提取綠葉中的色素。【分離原理】不同色素在

中

不同，

的隨

在濾紙上擴(kuò)散的快；反之則慢。這樣，幾分鐘之后，綠葉中的色素在濾紙上分離開。這樣的分離方法叫

。有機(jī)層析液溶解度溶解度大層析液紙層析法丙酮、無水乙醇【方法步驟】1、葉綠體色素的提取用天平稱取5克菠菜葉，剪碎少許二氧化硅、碳酸鈣+2ml丙酮取單層尼龍布折疊，放入漏斗將研磨液迅速倒入漏斗中進(jìn)行過濾。將濾液收集到試管中，及時(shí)用棉塞塞緊試管口防止丙酮揮發(fā)，并充分溶解色素。二氧化硅：為了使研磨充分；碳酸鈣：保護(hù)色素免受破壞；丙酮：色素的溶劑。

防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化研缽迅速、充分地進(jìn)行研磨

相比濾紙，尼龍布不易吸附色素2、葉綠體色素的分離剪角，1cm處用鉛筆畫線用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫一條細(xì)而直的細(xì)線，風(fēng)干后重復(fù)2-3次燒杯中倒入層析液，將濾紙條帶有色素的一端插入（不要沒過濾液線），培養(yǎng)皿蓋住小燒杯防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過快。直、細(xì)、齊：使分離的色素帶平整、不重疊重復(fù)多次：增加色素含量，使分離的色素帶清晰，便于觀察。

防止色素直接溶解到燒杯內(nèi)的層析液中防止層析液揮發(fā)和色素分子被氧化【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】【探究深化】①②③④寫出左側(cè)濾紙條上四條色素帶對(duì)應(yīng)的色素種類及顏色：

類胡蘿卜素（含量占1/4，主要吸收藍(lán)紫光）葉綠素（含量占3/4，主要吸收紅光、藍(lán)紫光）胡蘿卜素橙黃色葉黃素葉綠素a葉綠素b黃色藍(lán)綠色黃綠色注：植物幾乎不吸收綠光其中在層析液中溶解度最大，隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散速度最快的色素是

，

最慢的是

。

最寬，即

含量最多；

最窄，即

含量最少；相鄰色素帶之間

與

距離最近；

與

距離最遠(yuǎn)。①②③④胡蘿卜素葉綠素b葉綠素a葉綠素a胡蘿卜素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素葉綠素溶液吸收傳遞轉(zhuǎn)化光能2.色素的功能：葉綠體中的吸收光譜色素的吸收光譜圖

400500600700nm10050吸收光能百分比葉綠素類胡蘿卜素可見光區(qū)葉綠素：吸收藍(lán)紫光和紅光類胡蘿卜素：吸收藍(lán)紫光葉綠素a和合葉綠素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。注：因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。結(jié)論：?jiǎn)栴}：這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較場(chǎng)所條件物質(zhì)變化能量變化光反應(yīng)暗反應(yīng)聯(lián)系基粒片層結(jié)構(gòu)薄膜葉綠體基質(zhì)中光、色素、酶、水、ADP、Pi[H]、ATP、酶、CO2、C5水的光解ATP的生成CO2的固定C3的還原光能→ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能1、光反應(yīng)為暗反應(yīng)準(zhǔn)備了還原劑[H]和能量ATP；2、暗反應(yīng)為光反應(yīng)補(bǔ)充消耗掉的ADP和Pi。光反應(yīng)條件：葉綠體中的色素光能H2O

水在光下分解O2[H]光、酶、色素過程：場(chǎng)所：類囊體的薄膜上物質(zhì)H2O光酶[H]+O2ADP+Pi+光能酶ATP能量光能ATP中活躍化學(xué)能ADP+Pi酶ATP暗反應(yīng)co2C5固定2c3[H]供氫酶(CH2O)[糖類]場(chǎng)所：條件：過程：葉綠體基質(zhì)酶多種酶參加催化co2+C5酶2c32c3酶(CH2O)C5[H]ATPATP酶ADP+Pi+能量物質(zhì)能量ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類中穩(wěn)定的化學(xué)能還原酶ATP供能ADP+Pi色素分子可見光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)光合作用總過程：光反應(yīng)H2O→2[H]+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：能量變化暗反應(yīng)CO2的還原：

2C3+[H](CH2O)+C5酶ATPCO2的固定：

CO2+C5→2C3酶總結(jié)：原料和產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉(zhuǎn)移途徑：碳的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2C3（CH2O）（1）圖中H過程表示____，I過程表示____。（2）圖中A代表______，其生理功能主要是_______。（3）產(chǎn)生B的過程稱為_____；寫出反應(yīng)式_________。（4）圖中C在葉綠體中形成的部位是____，其生物作用是____。（5）圖中D物質(zhì)所含的能量最后貯存到___（填字母）。光反應(yīng)暗反應(yīng)色素吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能水的光解類囊體供能供氫J2H2O4H++O2+4e光（6）ATP的轉(zhuǎn)移方向是從____________向____________

ADP的轉(zhuǎn)移方向是從______________向______________

葉綠體基質(zhì)葉綠體基質(zhì)類囊體薄膜類囊體薄膜2、在其他條件適宜的情況下，在供試植物正常進(jìn)行光合作用時(shí)突然停止光照，并在黑暗中立即開始連續(xù)取樣分析，在短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C3和C5化合物含量的變化是(

)A．C3和C5都迅速減少B．C3和C5都迅速增加C．C3迅速增加，C5迅速減少D．C3迅速減少，C5迅速增加C3、下列物質(zhì)轉(zhuǎn)變過程屬于光反應(yīng)的是(

)

A．①③⑤⑦B．①②④⑧C．②③⑦⑧D．①④⑦⑧ＤA光補(bǔ)償點(diǎn)B光飽和點(diǎn)光強(qiáng)吸收CO2CO2放出光合速率

在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨著光照強(qiáng)度的增加而加快，在光補(bǔ)償點(diǎn)，光合速率等于呼吸速率，當(dāng)超過光飽和點(diǎn)后，光合速率不再隨光照強(qiáng)度增加而增加。（此時(shí)主要受酶和色素的含量、溫度、CO2濃度等因素的限制）1.影響光合作用效率的因素—光照強(qiáng)度

2.CO2濃度CO2飽和點(diǎn)ACO2濃度0光合速率

CO2含量很低時(shí)，綠色植物不能制造有機(jī)物，只有當(dāng)外界CO2濃度達(dá)到一定值后，光合作用才啟動(dòng)、在一定濃度范圍內(nèi)，隨著CO2濃度的增加，光合作用速率加快，到了CO2飽和點(diǎn)后，光合作用不再隨