第四節(jié)光合作用與能量轉化高一生物學必修一第五章細胞的能量供應和利用目標010203色素提取于分離科學設計提取和分離色素的實驗步驟,注意每個操作步驟的規(guī)范性。(科學探究)捕獲光能的色素簡述綠葉中色素的種類及功能,說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量。(生命觀念)光合作用葉綠體的結構尤其是基粒大大擴展了膜面積，與光合作用的功能相適應及在生產(chǎn)生活的運用。(社會責任）一、捕獲光能的色素1、綠葉中色素的提取和分離實驗原理介紹：提取原理：提取方法：分離原理：分離方法：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中。紙層析法綠葉中色素在層析液(汽油)中的溶解度不同。溶解度大，擴散速度快；溶解度小，擴散速度慢實驗原理無水乙醇一、捕獲光能的色素1、綠葉中色素的提取和分離實驗原理介紹：（橙黃色）（黃

色）（藍綠色）（黃綠色)類胡蘿卜素胡蘿卜素葉黃素葉綠素葉綠素a葉綠素b（含量約3/4）（含量約1/4）形象記憶：胡黃ab向前走一、捕獲光能的色素1、綠葉中色素的提取和分離實驗結果：類胡蘿卜素（含量約1/4）胡蘿卜素胡蘿卜素主要有α、β、γ三種形式，其中最為重要的為β-胡蘿卜素。它是自然界中最普遍存在也是最穩(wěn)定的天然色素。它是一種最常見的維生素A補充劑。維生素A對于人體視覺發(fā)育至關重要。葉黃素葉黃素在蔬菜、水果、花卉等植物中廣泛存在，也是存在于人眼視網(wǎng)膜黃斑區(qū)的主要色素。人類等哺乳動物不能自行合成葉黃素，外來食物是唯一的葉黃素攝入來源。組成元素為C、H、O組成元素為C、H一、捕獲光能的色素1、綠葉中色素的提取和分離類胡蘿卜素葉綠素（含量約3/4）1.組成元素：C、H、O、N、Mg2.影響葉綠素合成的三大因素光照溫度必需元素韭黃，同屬于韭菜的一種，韭黃是韭菜通過培土，遮光等在黑暗環(huán)境中軟化栽培后產(chǎn)生的黃化韭菜。秋天葉片變黃柑橘缺鎂，葉面黃化一、捕獲光能的色素1、綠葉中色素的提取和分離葉綠素色素種類色素含量擴散速度溶解度類胡蘿卜素含量約1/4胡蘿卜素葉黃素葉綠素含量約3/4葉綠素a葉綠素b最少較少最多較多最快較快較慢最慢最大較大較小最小綠葉中色素的種類

色素的功能：吸收、傳遞、轉化光能問:

請小組合作分析以下異常情況原因：收集的濾液綠色過淺、濾紙條色素帶重疊、濾紙條看不到色素帶等。一、捕獲光能的色素1、綠葉中色素的提取和分離實驗結果分析：

太陽光是由不同波長的光組合成的復合光，不同波長的光，顏色不同，可見光的波長是400-760nm；波長小于400nm的光是紫外光；波長大于760nm的光是紅外光。問:

四種光合色素吸收的是什么光？四種光合色素對光的吸收有什么差別嗎？一、捕獲光能的色素2、色素對光的吸收色素溶液三棱鏡光源分光儀觀察到變暗處即是被色素吸收的光譜。一、捕獲光能的色素觀察色素吸收光譜2、色素對光的吸收葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍紫光色素提取液四種色素對光的吸收一、捕獲光能的色素2、色素對光的吸收類胡蘿卜素色素提取液類胡蘿卜素主要吸收藍紫光四種色素對光的吸收一、捕獲光能的色素2、色素對光的吸收400500600700葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素問:

四種光合色素都可以傳遞和轉化光能嗎？一、捕獲光能的色素2、色素對光的吸收色素溶液測定色素對不同波長光的吸收情況，而色素顏色由其反射的光所決定。【結論】一般情況下，光合作用吸收的光是可見光。葉綠素主要吸收藍紫光和紅光；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。三棱鏡結論：照射水綿好氧細菌聚集在紅光和藍紫光的區(qū)域葉綠體主要吸收紅光和藍紫光恩格爾曼實驗一：二、葉綠體的結構和功能

極細光束

均勻光照水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細菌可以確定釋放氧氣多的部位。沒有空氣的黑暗環(huán)境排出了氧氣和光的干擾。用極細的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗。問：實驗材料為什么選擇水綿和好氧細菌？問:

為何要除去小室中原有的空氣？問:

在黑暗中用極細光束照射水綿有何巧妙之處？問:

為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下？臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結果。二、葉綠體的結構和功能恩格爾曼實驗二：（1）葉綠體的形態(tài)(光鏡下)一般呈扁平的橢球形或球形。（2）葉綠體的結構(電鏡下)(1)光合作用的酶分布在基粒的類囊體薄膜上和基質(zhì)中。(2)眾多的基粒和類囊體，極大得擴展了受光面積，擴大色素和酶的附著位點。（3）葉綠體的功能進行光合作用的場所內(nèi)膜DNA基質(zhì)核糖體類囊體外膜基粒葉綠體結構與功能相適應：問:

光合作用一定發(fā)生在葉綠體內(nèi)嗎？問:

葉綠體適于進行光合作用的結構特點？二、葉綠體的結構和功能三、光合作用的原理和應用【光合作用】是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把CO2和H2O轉化成儲存能量的有機物，并釋放出O2的過程。CO2＋H2O

（CH2O）＋O2光能葉綠體三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史1）19世紀末

甲醛→糖2）1928

CO2O2C甲醛(CH2O)甲醛對植物有毒，且不能通過光合作用轉化成糖+H2O三、光合作用的原理和應用回顧科學家探索物質(zhì)變化過程和能量變化過程。1937年，英國植物學家希爾（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。3）1937，希爾：離體葉綠體適當條件下可以產(chǎn)生O2三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史問：希爾的實驗是否能說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應?能說明，希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的,懸浮液中有水,沒有合成糖的另一種必需原料——CO2,同時該實驗也沒有糖類生成，因此是兩個反應。暗示希爾反應和糖的合成是兩個相對獨立的反應階段，因此光合作用分為光反應和暗反應（碳反應）兩個階段。問：希爾反應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？不能，反應體系中可能還存在其他氧元素物質(zhì)供氧，也不能說明氧元素轉移途徑三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史CO2H218O18O2C18O2H2OO2光合作用釋放的氧氣來自水

綠色植物（如小球藻）4）1941魯賓和卡門

（同位素標記法）CO2＋H2O

（CH2O）＋O2光能葉綠體三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史1954年：ADP＋Pi→ATP光1957年：NADP＋＋H+＋2e→NADPHH2O→

1/2O2＋2H+＋2e光1958年：光反應發(fā)生在基粒ADP＋Pi→ATP1954年，阿爾農(nóng)實驗1（美國）結論：光照下，水光解同時ADP和Pi合成ATP。三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史1958年后，阿爾農(nóng)實驗2材料：離體葉綠體處理：供給ATP、NADPH和CO2，黑暗條件結果：離體葉綠體中有糖類生成結論：黑暗條件下，CO2合成糖類需要ATP和NADPH。三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史20世紀40年代，卡爾文實驗11、向藻類細胞光合作用的原料中加入14CO22、連續(xù)60s取樣，將藻類細胞置于熱酒精中3、分離溶解物中的分子4、進行放射性顯影，以確定放射性的部位5s取樣時產(chǎn)生的放射性物質(zhì)60s取樣時產(chǎn)生的放射性物質(zhì)再溶解，化學分析，表明是3-磷酸甘油酸（C3）依次出現(xiàn)的放射性物質(zhì)代表了暗反應過程中各種產(chǎn)物依次出現(xiàn)的順序其他中間產(chǎn)物三碳化合物三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史實驗結果先出現(xiàn)14C3，最后出現(xiàn)14C5、14C6CO2C3C6C5結論：①光照時間為幾分之一秒時發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中。②在5秒鐘光照后，卡爾文等檢測到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).③30秒后檢測產(chǎn)物，檢測到了多種帶14C標記的化合物。20世紀40年代，卡爾文實驗1三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史C52C3還原的C3實驗現(xiàn)象：如果光照下突然中斷CO2供應，C3急劇減少而C5量增加；突然停止光照，C3濃度急速升高而C5的濃度急速降低。CO2（CH2O）結論：C3與C5之間是相互循環(huán)的。多種酶20世紀40年代，卡爾文實驗2三、光合作用的原理和應用1、光合作用研究史根據(jù)是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗反應，現(xiàn)在也稱為碳反應，兩個階段。光合作用過程的示意圖三、光合作用的原理和應用2、光合作用階段ADP＋PiATP葉綠體中的色素高能電子水ee光能NADPH和ATP電子傳遞→類囊體腔Hill實驗中DCPIP代替NADP+接受電子光反應過程詳解三、光合作用的原理和應用3、光反應ADP＋Pi→ATPNADP＋＋H+＋2e→NADPH類囊體腔

光三、光合作用的原理和應用3、光反應光、色素、酶類囊體薄膜水的光解：H2OO2+H+光ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶1.場所：2.條件：3.物質(zhì)變化4.能量變化:光能ATP和NADPH中活躍化學能光能類囊體薄膜上的色素H2OO2H+ATPADP+Pi酶（還原型輔酶Ⅱ）NADP+NADPH酶NADP+（氧化型輔酶Ⅱ）+H+NADPHNADPH的合成：三、光合作用的原理和應用3、光反應CO2的固定：C3的還原：C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：三磷酸甘油酸CO2＋C5→2C3酶C3＋ATP＋NADPH→3-磷酸甘油醛酶C5糖類等酶暗反應過程三、光合作用的原理和應用4、暗反應暗反應階段場所：葉綠體基質(zhì)（提供酶、原料等）物質(zhì)變化能量變化CO2的固定：C3的還原：CO2＋C5→2C3酶2C3＋ATP＋NADPH→3-磷酸甘油醛酶ATP和NADPH中的化學能轉變?yōu)樘穷惖确€(wěn)定化合物中的化學能說明：C5再生也屬于卡爾文循環(huán)（暗反應）。三、光合作用的原理和應用4、暗反應H2OO2H+NADP+NADPHADP+PiATPCO22C3C5(CH2O）光反應暗反應相關信息：葡萄糖、淀粉在葉綠體基質(zhì)中合成；蔗糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成蔗糖篩管植物各處葡萄糖淀粉三、光合作用的原理和應用5、光合作用原理光能類囊體薄膜上的色素H2OO2H+ATPADP+PiNADP+NADPH2C3CO2多種酶固

定還

原(CH2O)C5糖類暗反應光反應三、光合作用的原理和應用5、光合作用原理

光反應暗反應場所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系光、色素、酶多種酶、NADPH、ATP類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)ATP和NADPH中活躍化學能光能糖類中穩(wěn)定化學能光反應是暗反應的基礎，為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi、NADP+。H2OH++O2光ADP＋Pi＋能量ATP酶CO2＋C52C3酶2C3(CH2O)+C5酶、NADPH、ATPNADP++H+NADPH5、光合作用原理：光反應Vs暗反應三、光合作用的原理和應用①若有機物為(CH2O)：②（計算用）若有機物為C6H12O6：反應式三、光合作用的原理和應用5、光合作用原理三、光合作用的原理和應用5、光合作用原理條件光照由強到弱，CO2供應不變光照由弱到強，CO2供應不變CO2供應由充足到不足，光照不變CO2供應由不足到充足，光照不變C3含量C5含量[H]和ATP的含量三、光合作用的原理和應用5、光合作用原理影響因素：溫度、CO2濃度、光照強度、光質(zhì)水、無機鹽【光合作用強度】植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量三、光合作用的原理和應用6、光合作用強度【化能合成作用】利用環(huán)境中無機物氧化時釋放的能量制造有機物,如硝化細菌。NH3+O2HNO2+能量

HNO2+O2HNO3+能量

CO2+H2O（CH2O)+O2光能自養(yǎng)生物：綠色植物、藍藻化能自養(yǎng)生物：硝化細菌異養(yǎng)生物：動物、真菌及大多數(shù)的細菌。三、光合作用的原理和應用6、化能合成作用光合作用化能合成作用本質(zhì)都能將CO2和H2