5.4能量之源——
光与光合作用
捕获猎物
捕获光能的色素
我们知道，玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与细胞中的色素有关。
捕获光能的色素
我们知道，玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与细胞中的色素有关。
今天，下面的这个实验，主要目的是探究绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取和分离的方法，并设法将这些色素分离开。
绿叶中色素的提取和分离
【实 验】
一、实验原理
1.叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇可提取叶绿体中色素。
2.绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。
3.色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。
二、实验步骤
方法与步骤：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。
1.提取绿叶中的色素
4.分离绿叶中的色素
2.制备滤纸条
3.画滤液细线
实验结果：
讨论：1.滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？
2016-7-17
10
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
三、实验关键
1.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。
2.画滤液细线时应以细、齐、直为标准，重复画线时必须等上次画线干燥后再进行，重复2-3次。
3.层析时不要让滤液细线触及层析液。
四、注意事项
1.因层析液是易挥发且有一定毒性的有机溶剂，所以层析时要加盖，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。
2、色素的吸收光谱
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
叶绿素：吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素：吸收蓝紫光
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
思考
树叶为什么是绿色？
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
结论：
问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。
1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。
3.叶绿体
叶绿体的结构
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
捕获光能的色素分布在___________
类囊体的薄膜上
7/17/2016
1.下列标号各代表：
① 　　　　 ②________③_________　　
④ ⑤________
2.在④上分布有光合作用所需的 和 ，在⑤中也分布有光合作用所需的 。
基质
酶
外膜
内膜
类囊体
基粒
色素
酶
①
②
③
④
⑤
叶绿体的功能
恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处?
思考
讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？
（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。
（3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2 部位。
（4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
结论:
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
二、光合作用的原理和应用
1、光合作用的概念
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。
2、光合作用的实质
合成有机物，储存能量
光合作用的探索历程
结论：水分是植物建造自身的原料。
1648年海尔蒙特栽培柳树的实验
1771年普利斯特利的实验
1771年普利斯特利实验
普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊。
1779年，荷兰的英格豪斯
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。
水
二氧化碳
氧气
光
？
光能
化学能
储存在什么物质中？
德国梅耶
1864年，萨克斯(德)的实验
（置于暗处几小时）
思考：目的是什么？
为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽
1864年，（德）萨克斯的实验
绿色叶片中光合作用中产生了淀粉
1864年，德国萨克斯实验
让一张叶片一半
曝光一半遮光
绿叶在光下制造淀粉。
用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
结论
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
1941年美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
结论
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
20世纪40年代美国卡尔文
用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
光合作用的定义
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
总结光合作用的反应式
反应物、条件、场所、生成物
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
糖类
光合作用过程
光反应
暗反应
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
酶
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
（还原剂）
ATP的合成：
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
场所：
条件：
物质变化
能量变化
进入叶绿体基质，参与暗反应
供暗反应使用
CO2的固定
C3的还原
叶绿体基质
多种酶
糖类
卡尔文循环
暗反应阶段
CO2的固定：
C3的还原：
叶绿体的基质中
[H] 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2的固定
叶绿体基质
多种酶
糖类
[H]
①光反应为暗反应准备了物质[H]和ATP
联 系
ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能
光能转变为ATP中活跃的化学能
能量转化
物质转化
叶绿体基质中
叶绿体内的类囊体薄膜上
部位
与暗反应有关的酶、
[H]、ATP
光、色素、与光反应有关的酶
条件
区 别
暗 反 应
光 反 应
项目
2H2O ─→ 4[H]+O2↑
光解
ADP+Pi+能量─→ATP
酶
CO2+ C5 ─→ 2C3
酶
2C3 ─ ─→ (CH2O)+C5
ATP、[H] 酶
光反应和暗反应的区别和联系
②暗反应是光反应的继续，最终完成物质和能量的转化
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
光合作用总过程：
叶绿体的类囊体薄膜
叶绿体基质
场所：
光反应
H2O →2 [H] + 1/2O2
水的光解：
ATP的合成 ：
暗反应
总结：
原料和产物的对应关系：
（CH2O）
C
H
O
CO2
CO2
H2O
O2
H2O
能量的转移途径：
碳的转移途径：
光能
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______
④图中G________,F是__________,J是_____________
⑤图中的H表示_______， H为I提供__________
Ｏ2
水
[H]
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
色素吸收的光能
光反应
[H]和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
影响光合作用强度的因素？
光合作用原理的应用
影响光合作用的因素
1.温度
0
10
20
30
40
50
温度
光合效率
A
B
C
A
B
光照强度
0
阳生植物
阴生植物
B：光补偿点
C：光饱和点
应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。
C
光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物 阴生植物
>
影响光合作用的因素
2.光照强度
3.CO2浓度
b:CO2的补偿点
c:CO2的饱和点
a—b: CO2太低，农作物消耗光合产物；
b—c: 随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；
c—d: CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；
d—e: CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。
影响光合作用的因素
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.矿质营养
影响光合作用的因素
5.叶龄
影响光合作用的因素
增加农作物产量的几点做法：
1、适当提高CO2的浓度（温室大棚）；
2、增加光照时间和光照强度；
3、白天适当增加温度，夜间适当降低温度；
4、农作物间距合理，选择适当的光源等；
5、合理施肥，提供必要的矿物质元素；
6、合理灌溉，提供适当水分。
——能够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
化能合成作用
自养生物:
以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。
异养生物:
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
所需的能量来源不同（光能、化学能）
例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
1．绿色植物在暗处不能放出氧气是因为[ ]A．CO2的固定受阻B．三碳化合物的还原需要光C．水的分解不能进行D．五碳化合物的再生困难
C
练一练
2．关于暗反应的叙述错误的是(       )

A．必须接受光反应产生的氢和ATP
B．将完成CO2的固定及三碳化合物的还原
C．暗反应的主要产物是葡萄糖
D．暗反应不需要光，只能在暗处进行
D
3、离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是（ ）
A、 C3化合物增加、 C5化合物减少
B、 C3化合物增加、 C5化合物减少
C、 C3化合物减少、 C5化合物增加
D、 C3化合物减少、 C5化合物减少
C
再见