第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)換靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成的減產(chǎn)。同時(shí)，人工光源的強(qiáng)度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長(zhǎng)的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件?影響光合作用的因素很多，既有植物自身?xiàng)l件也有外界條件，二氧化碳濃度，營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長(zhǎng)的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)那么植物用于捕獲光能的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)是什么呢？思考植物工廠問題探討可見：植物正常生長(zhǎng)需要光能,而葉片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)。玉米白化苗的葉片不含綠色色素不能進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會(huì)死去。白化玉米植株（白色）綠葉中有哪些色素呢？正常玉米植株（綠色）過渡分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)(1)提取原理綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中1.提取綠葉中的色素漏斗基部放一塊

，將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過濾剪去主葉脈剪碎,放入研缽中,加少許

，再加入5-10mL

，迅速、充分地研磨稱取5g

,剪碎,放入研缽中綠葉二氧化硅和碳酸鈣無水乙醇單層尼龍布棉塞取材研磨過濾收集(3)實(shí)驗(yàn)步驟試管收集濾液，及時(shí)用棉塞將試管口塞嚴(yán)，防止

;分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)乙醇揮發(fā)和色素氧化分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)(2)實(shí)驗(yàn)用品及作用無水乙醇：溶解色素；使研磨更加充分；保護(hù)色素免于被破壞碳酸鈣：二氧化硅：?jiǎn)螌幽猃埐迹哼^濾1.提取綠葉中的色素(1)分離色素的方法：層析液培養(yǎng)皿“紙層析法”(2)分離色素的原理：不同色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴(kuò)散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴(kuò)散速度慢。2.分離綠葉中的色素分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)濾液細(xì)線層析液（蓋住，因?qū)游鲆阂讚]發(fā)，有一定毒性）層析液不能浸沒濾液細(xì)線,防止色素溶解在層析液中(3)實(shí)驗(yàn)步驟“紙層析法”制備濾紙條制備濾紙條,剪去

，使

；在距離剪角一端

處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線畫濾液細(xì)線分離濾液色素毛細(xì)吸管吸取少量濾液將適量的層析液倒入試管中沿鉛筆線畫出一條細(xì)線(細(xì)、齊、直)待濾液干后，再畫一兩次(增加色素的含量)將濾紙條輕輕插入層析液中用棉塞塞緊試管口分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)兩角色素?cái)U(kuò)散均勻1cm分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)濾紙條上的色素帶分布說明了綠葉中的色素有4種，它們?cè)趯游鲆褐械娜芙舛炔煌?，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散的快慢也不同。同時(shí)由于4種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長(zhǎng)的光。胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色黃色藍(lán)綠色黃綠色分析提取和分離綠葉中色素的實(shí)驗(yàn)3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析色素帶色素種類色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度吸收光胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色最少最高最快黃色較少較高較快藍(lán)綠色最多較低較慢黃綠色較多最低最慢葉綠素由C、H、O、N、Mg構(gòu)成葉綠素（含量約占3/4）類胡蘿卜素（含量約占1/4）綠葉中光合素色的種類及吸收光譜藍(lán)紫光和紅光藍(lán)紫光白光可見光760nm400nm光譜紅外光紫外光陽光通過三棱鏡時(shí)，不同波長(zhǎng)的光會(huì)分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜紅橙黃綠青藍(lán)紫光是一種電磁波，分為可見光和不可見光?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)是400-760nm。不同波長(zhǎng)的光，顏色不同。葉綠素說明葉綠素主要吸收什么光？白光白光類胡蘿卜素說明類胡蘿卜素主要吸收什么光？045050055060065070040050100波長(zhǎng)/nm類胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b綠葉中色素的吸收光譜結(jié)合色素的吸收光譜分析實(shí)際問題學(xué)以致用植物工廠植物工廠里為什么不用發(fā)綠的光源？綠色光源發(fā)出綠色的光，這種波長(zhǎng)的光線不能被光合色素吸收，因此無法用于光合作用中制造有機(jī)物。無色。因?yàn)樘柟庥善呱饨M成，所以用無色薄膜，植物可以獲得更多的光能。冬季時(shí)，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，應(yīng)該選紅色、藍(lán)色還是無色的大棚塑料薄膜？為什么？大棚蔬菜結(jié)合色素的吸收光譜分析實(shí)際問題學(xué)以致用陰天時(shí)，為了增加蔬菜的產(chǎn)量，在功率相同的情況下，應(yīng)選擇什么顏色(“藍(lán)紫光和紅光”或“白光”)的照明燈為蔬菜補(bǔ)充光源？為什么？藍(lán)紫光和紅光。在照明燈功率相同的情況下，選用藍(lán)紫光和紅光的照明燈補(bǔ)充光源，植物利用光能的效率更高。1.下列關(guān)于高等植物細(xì)胞內(nèi)色素的敘述，錯(cuò)誤的是（）A.所有植物細(xì)胞中都含有4種色素B.有些植物細(xì)胞的液泡中也含有色素C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能D.植物細(xì)胞內(nèi)的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類A對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練課堂檢測(cè)2.某人做葉綠體中色素分離實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用的是圓形濾紙，裝置如下圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)在圓形濾紙上形成四個(gè)同心色素圓環(huán)，則最內(nèi)圈所呈顏色為()A.橙黃色B.黃色C.藍(lán)綠色D.黃綠色D對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練課堂檢測(cè)如果把水稻、蘋果等被子植物的葉肉細(xì)胞放在光學(xué)顯微鏡下觀察，可以看到葉綠體一般呈扁平的橢球形或球形。不過，葉綠體內(nèi)更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，就必須用電子顯微鏡觀察才能看清楚。②①③④(1)寫出圖中的①②③④所代表的結(jié)構(gòu)：①______________________②______________________③____________________④____________________(3)進(jìn)行光合作用所必需的色素分布在葉綠體的哪些結(jié)構(gòu)中?類囊體薄膜上葉綠體內(nèi)膜、外膜葉綠體基質(zhì)葉綠體基粒類囊體薄膜分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用1.葉綠體的結(jié)構(gòu)水綿是一種多細(xì)胞植物，也是常見的真核生物，1881年，德國科學(xué)家恩格爾曼用水綿和好氧細(xì)菌做了這樣的實(shí)驗(yàn):螺旋帶狀葉綠體細(xì)胞核好氧細(xì)菌恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)一：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所(1)實(shí)驗(yàn)的自變量和因變量是什么？自變量：因變量：葉綠體是否光照（觀測(cè)指標(biāo)：好氧細(xì)菌的分布）葉綠體光照部位是否產(chǎn)生氧氣好氧細(xì)菌2.葉綠體的功能分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用(2)實(shí)驗(yàn)選擇水綿和需氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn)：水綿的葉綠體呈___________分布，便于觀察；用需氧細(xì)菌可確定

的部位。螺旋帶狀釋放氧氣多(3)在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿有何巧妙之處？使葉綠體形成有光和無光部位,相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用這是因?yàn)樗d葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，在此波長(zhǎng)光的照射下，葉綠體會(huì)釋放較多氧氣，適于需氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。(1)為什么大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域呢？恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)二(2)綜合上述分析，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，并且能夠吸收特定波長(zhǎng)的光。恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)（二）為什么大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域呢？三棱鏡好氧細(xì)菌分析葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用綠色植物通過________，利用______，將________________轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的_________，并且釋放出________的過程。葉綠體光能二氧化碳和水有機(jī)物氧氣光合作用釋放的氧氣是來自原料中的水還是二氧化碳呢？我們先來分析科學(xué)家做過的一些實(shí)驗(yàn)。CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O26CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能葉綠體光合作用的概念及反應(yīng)式場(chǎng)所條件原料(1)概念:(2)反應(yīng)式：過渡產(chǎn)物產(chǎn)物光合作用原理的探索實(shí)驗(yàn)1928年甲醛對(duì)植物有毒，甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖

CO2O2C+H2O甲醛19世紀(jì)末甲醛→糖資料1O2水鐵鹽或其他氧化劑氧化劑被還原葉綠體離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱希爾反應(yīng)。光合作用原理的探索實(shí)驗(yàn)希爾反應(yīng)資料2(1)希爾實(shí)驗(yàn)可以證明O2來自H2O，能否確定O2全部來自H2O？不能，沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)干擾，也沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。(2)希爾實(shí)驗(yàn)中并沒檢測(cè)到糖的生成。若向懸浮液中通CO2，光照條件下就能檢測(cè)到糖生成。說明光合作用生成

和生成

是兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程。氧氣糖分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來自H2O，而并不來源于CO2。光合作用原理的探索實(shí)驗(yàn)1941年美國魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）資料31954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)等用游離的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。在給葉綠體光照時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系供給ADP、Pi時(shí)，體系中就會(huì)有ATP的產(chǎn)生。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。光照條件下，水光解的同時(shí)，ADP和Pi合成ATP。(1)根據(jù)資料中實(shí)驗(yàn)，你可以得出什么結(jié)論？光合作用原理的探索實(shí)驗(yàn)阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)資料4SZ-LWH光合作用過程的示意圖根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)分析光合作用的過程光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：H2O1/2O2+2H+光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化:能量變化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADPH、ATP中活躍的化學(xué)能NADP++H+NADPHNADPH合成:酶分析光合作用的過程(1)光反應(yīng)類囊體膜酶色素CO2葉綠體基質(zhì)多種酶葉綠體的基質(zhì)中場(chǎng)所：NADPH、ATP、酶條件：①CO2的固定：CO2＋C52C3酶②C3的還原：物質(zhì)變化能量變化：2C3C5CO2的固定有機(jī)物(CH2O)C3的還原NADPHATP(2)暗反應(yīng)階段ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATP

ADP+Pi2C3(CH2O)酶糖類NADP+NADPH分析光合作用的過程SZ-LWH(3)嘗試構(gòu)建光合作用過程模型光反應(yīng)還

原O2H2ONADPHATPADP+PiNADP+C3C5暗反應(yīng)固

定多種酶參加催化類囊體膜上的色素光能CO2（CH2O）分析光合作用的過程光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段反應(yīng)場(chǎng)所需要條件反應(yīng)速度物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系葉綠體的類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)較快較緩慢光、光合色素、酶ATP中活躍的化學(xué)能、NADPH的能量光能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能水的光解,ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的還原光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為其提供NADPH和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi、NADP+。(4)比較光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段分析光合作用的過程不需要光照、需要酶光質(zhì)光照強(qiáng)度光照時(shí)間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2請(qǐng)根據(jù)光合作用反應(yīng)式,從內(nèi)、外因分析影響光合作用強(qiáng)度的因素有哪些？CO2濃度氣孔開閉情況水分光酶的種類、數(shù)量色素的種類和含量植物自身因素（遺傳特性、葉齡、葉面積指數(shù)）光（強(qiáng)度、時(shí)間、光質(zhì)）ＣＯ2濃度礦質(zhì)元素水分內(nèi)因外因影響因素光合作用的強(qiáng)度：指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。如圖是探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響裝置示意圖，探討下列問題光合作用原理的應(yīng)用自變量：光照（強(qiáng)度、光質(zhì)）、溫度、CO2濃度等因變量：光合速率無關(guān)變量：植物葉片、其他環(huán)境條件處理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄抗庹諒?qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)材料：圓形的生長(zhǎng)旺盛的綠色小葉片探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?SZ-LWH(2)實(shí)驗(yàn)過程:探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響器材:打孔器目的:制備圓形小葉片30片器材:注射器目的:使圓形小葉片內(nèi)的氣體溢出條件:放在黑暗處原因:細(xì)胞間隙充滿水取3只小燒杯，分別倒入20mICO2緩沖液、10片圓形小葉片分別對(duì)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照取材排氣沉水分組光照觀察探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響光合作用原理的應(yīng)用測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)光合作用強(qiáng)度增加光照強(qiáng)度0CO2吸收CO2釋放ABCE呼吸速率光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)D曲線模型:光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響B(tài):

;D:

;AB:

;BC:

;A：

;(1)以下代表的生物學(xué)意義分別是什么?(2)OA段的含義是什么?其大小主要受哪種環(huán)境因素的影響?0A段代表呼吸作用強(qiáng)度。其大小主要受溫度的影響只進(jìn)行呼吸作用光合作用強(qiáng)度<呼吸作用強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度=呼吸作用強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度>呼吸作用強(qiáng)度光合速率開始達(dá)到最大時(shí)外界的光照強(qiáng)度SZ-LWH曲線模型:光照強(qiáng)度對(duì)光合作用