主講老師：§5-4光合作用與能量轉(zhuǎn)化高中生物必修一你參觀或聽(tīng)說(shuō)過(guò)植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營(yíng)養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見(jiàn)的是紅色、藍(lán)色和白色的光源?！居懻摗靠咳斯す庠瓷a(chǎn)蔬菜有什么好處？為什么要控制二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液成分和溫度等條件？問(wèn)題探討捕獲光能的色素綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)原理色素提取的原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中，所以，可以用無(wú)水乙醇提取綠葉中的色素。色素分離的原理：綠葉中的各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。這樣，綠葉中的色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開(kāi)。材料用具方法步驟目的要求1．進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離。2．探究綠葉中含有幾種色素。見(jiàn)下頁(yè)實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）實(shí)驗(yàn)器材：干燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管，剪刀，藥匙，量筒（10mL），天平等。實(shí)驗(yàn)藥品：無(wú)水乙醇，層析液，二氧化硅和碳酸鈣。色素的提取稱(chēng)取5g綠色葉片剪碎，放入研缽中。向研缽中放入少許二氧化硅和碳酸鈣向研缽中再加入5～10mL無(wú)水乙醇進(jìn)行迅速、充分的研磨。將濾液收集到試管中，及時(shí)用棉塞將試管口塞嚴(yán)。漏斗基部放一塊單層尼龍布，將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過(guò)濾。色素的提取將干燥的定性濾紙剪成寬和長(zhǎng)略小于試管直徑和長(zhǎng)度的濾紙條再將濾紙條一端剪去兩角用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻畫(huà)出一條細(xì)線。待濾液干后，重畫(huà)一到兩次。在距這一端底部1cm處用鉛筆畫(huà)一條細(xì)的橫線色素的分離將適量層析液倒入試管，將濾紙條有濾液細(xì)線的一端朝下輕輕插入層析液，隨后用棉塞塞緊試管口?？捎眯嬖嚬?，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯。觀察試管內(nèi)濾紙條上出現(xiàn)了幾條色素帶，以及每條色素帶的顏色和寬窄。將觀察結(jié)果記錄下來(lái)。色素的分離綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果顏色色素溶解度擴(kuò)散速度寬度含量橙黃色胡蘿卜素最高最快最窄最少黃色葉黃素較高較快較窄較少藍(lán)綠色葉綠素a較低較慢最寬最多黃綠色葉綠素b最低最慢較寬較多葉綠體中色素的種類(lèi)綠葉中的色素葉綠素(含量約占3/4)類(lèi)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）色素的功能光合色素吸收可見(jiàn)的太陽(yáng)光，用于光合作用。葉綠素主要吸收藍(lán)紫光和紅光類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光葉綠素類(lèi)胡蘿卜素光合作用的場(chǎng)所光合作用的場(chǎng)所——葉綠體葉綠體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)外膜內(nèi)膜類(lèi)囊體基?；|(zhì)葉綠體的結(jié)構(gòu)模式圖葉綠體的電鏡照片形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形結(jié)構(gòu)：堆疊(色素分布在類(lèi)囊體膜上)葉綠體的功能第一個(gè)實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？恩格爾曼在選材、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上有什么巧妙之處？葉綠體的功能第二個(gè)實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)中，大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光的區(qū)域，為什么？光合作用的定義光合作用的定義光合作用是指綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過(guò)程。場(chǎng)所發(fā)生范圍能量來(lái)源原料產(chǎn)物產(chǎn)物能量去向發(fā)生范圍：綠色植物（主要）物質(zhì)變化：二氧化碳＋水→有機(jī)物＋氧氣能量變化：光能→有機(jī)物中的化學(xué)能知識(shí)歸納反應(yīng)式：CO2＋H2O

(CH2O)＋O2光能葉綠體光合作用的原理19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，也不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖。CO2O2C+H2O甲醛HHOC(CH2O)糖類(lèi)縮合O2C釋放說(shuō)明水的光解產(chǎn)生氧氣。時(shí)間：1937年釋放出氧氣英國(guó)植物學(xué)家希爾（R.Hill）發(fā)現(xiàn)：結(jié)論：科學(xué)家：英國(guó)植物學(xué)家希爾（R.Hill）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(chēng)作希爾反應(yīng)。離體葉綠體懸浮液(無(wú)CO2)鐵鹽或其他氧化劑+光照英國(guó)植物學(xué)家希爾（R.Hill）思考：希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來(lái)自水？希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？美國(guó)科學(xué)家魯賓(S.Ruben)時(shí)間：1941年科學(xué)家：美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)美國(guó)科學(xué)家卡門(mén)(M.Kamen)實(shí)驗(yàn)：光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來(lái)自水。結(jié)論：18O2光照下的小球藻懸液C18O2O2H2OCO2美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)(D.Arono)科學(xué)家：美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)時(shí)間：1954年發(fā)現(xiàn)：在光照下，葉綠體可合成ATP。這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。1957年歸納總結(jié)：嘗試用示意圖來(lái)表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。H2OO2光反應(yīng)NADP+NADPHADP+PiATP類(lèi)囊體基粒葉綠體基質(zhì)光合作用的過(guò)程H+美國(guó)科學(xué)家卡爾文(M.Calvin)時(shí)間：20世紀(jì)40年代科學(xué)家：美國(guó)科學(xué)家卡爾文用14CO2供小球藻進(jìn)行光合作用，追蹤檢測(cè)放射性。實(shí)驗(yàn)：結(jié)論：CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳。H2OCO2O2(CH2O)暗反應(yīng)光反應(yīng)NADP+NADPHADP+PiATP2C3C5類(lèi)囊體基粒葉綠體基質(zhì)光合作用的過(guò)程H+光合作用原理的應(yīng)用光合作用強(qiáng)度是指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類(lèi)的數(shù)量。探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)原理通過(guò)抽動(dòng)活塞的方式降低注射器內(nèi)氣壓，使常壓下隱匿于葉圓片中的氣泡變大，最后逃逸出來(lái)，而留下的空隙就會(huì)被水所占據(jù)，從而達(dá)到排除葉肉細(xì)胞間隙中空氣的目的。在水環(huán)境中，由于葉片光合作用產(chǎn)生的氧氣可附著在葉肉細(xì)胞的間隙或葉片的表面，使葉片的密度降低，造成葉片上浮。因此，可以通過(guò)比較不同光照條件下同一時(shí)間段內(nèi)小圓形葉片浮起的數(shù)量，以此來(lái)判斷葉片進(jìn)行光合作用的強(qiáng)度。材料用具打孔器，注射器，40W臺(tái)燈，燒杯，綠葉（如菠菜葉片）。方法步驟實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗庹諒?qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響見(jiàn)下頁(yè)打孔材料處理將小圓形葉片置于吸入清水的注射器中，排出注射器內(nèi)殘留空氣，用手堵住注射器前端的小孔并緩緩拉動(dòng)活塞，使小圓形葉片內(nèi)氣體逸出。(重復(fù)幾次)將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。葉片細(xì)胞間隙充滿(mǎn)水而全都沉到水底。取生長(zhǎng)旺盛的綠葉，用直徑為1cm的打孔器打出小圓形葉片30片。注意避開(kāi)大的葉脈。抽氣備用分組組裝取3只小燒杯，分別倒入20mL富含CO2的清水。分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片。事先可用口通過(guò)玻璃管向清水內(nèi)吹氣?？刂乒庹沼?盞40W臺(tái)燈分別向3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照。也可通過(guò)調(diào)節(jié)臺(tái)燈與實(shí)驗(yàn)裝置間的距離來(lái)控制。觀察并記錄葉片浮起的數(shù)量。影響光合作用強(qiáng)度的因素原料水、CO2（環(huán)境中CO2濃度，葉片氣孔開(kāi)閉情況，會(huì)因影響CO2的供應(yīng)量而影響光合作用的進(jìn)行。）光合作用需要眾多的酶參與，因此影響酶活性的因素（如溫度），也是影響因子。動(dòng)力光能場(chǎng)所影響葉綠體的形成和結(jié)構(gòu)的因素，如無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)、病蟲(chóng)害，也會(huì)影響光合作用強(qiáng)度。酶