5.4能量之源-光与光合作用公开课.ppt

5-4 能量之源 光与光合作用,太阳光中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。绿色植物也能捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？,一、捕获光能的色素,（一）实验：绿叶中色素的提取和分离（P97-98）,玉米中有时会有白花苗。白花苗由于不能进行光合作用，待种子中储存的养分耗尽就会死亡。,1、实验原理：,2、目的要求：,3、材料用具：,4、方法步骤：,提取(无水乙醇)、分离(层析液),绿叶中色素的提取和分离及色素的种类,新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等,提取绿叶中的色素 制备滤纸条 画滤液细线 分离绿叶中的色素 观察和记录,方法步骤：,1.提取绿叶中的色素,SiO2：使研磨充分CaCO3：防止色素被破坏无水乙醇：提取色素,2.制备滤纸条,减去两角的目的：防止层析液从边缘扩散速度太快。,方法步骤：,3.画滤液细线,方法步骤：,滤液细线的要求：细、直、齐（使色素处于同一起跑线）；重复23次（防止色素太少分离现象不明显）。,4.分离绿叶中的色素,方法步骤：,注意:滤液细线不能触到层析液（防止色素溶解在层析液中）烧杯要盖上培养皿、试管要塞上棉塞（层析液易挥发且有毒）,捕获光能的色素,类胡萝卜素,叶绿素,胡萝卜素,叶黄素,叶绿素a,叶绿素b,(占1/4),(占3/4),5、观察与记录实验结果,方法步骤：,滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如何？说明什么？,（橙黄色）,（黄色）,（蓝绿色）,（黄绿色）,叶绿素a、b主要吸_胡萝卜素和叶黄素主要吸收_,蓝紫光、红光,蓝紫光,（二）绿叶中色素对光的吸收特点,叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱,与社会联系 根据上述不同色素对不同波长的光的吸收特点，想一想，温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？,这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？,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，而是集中在一个个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。,思考：叶绿体中的色素能吸收光能，是不是叶绿体只能吸收光能？有没有其他功能？,二、叶绿体的结构,1、形态：,扁椭球形或球形,2、结构：,(电镜下),小资料:每个基粒都含有两个以上的类囊体，多着甚至达100个以上，极大的扩展了受光面积。据计算，1g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟达60m2左右。,三、叶绿体的功能,P100资料分析,叶绿体的功能,水绵+好氧细菌,黑暗,无空气,极细光束照射,完全暴露光下,实验过程,1、氧气是叶绿体释放出来的2、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,实验结论,实验的巧妙之处,好氧细菌集中在叶绿体被光束照射的部位,好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位,黑暗处用极细光束照射,暴露在光下,1、选材,水绵具有带状叶绿体，大，易观查,好氧细菌可确定氧气释放的部位,2、先放在黑暗无空气的环境中：,3、极细的光束照射,排除环境中光和氧气的影响。,有光照部位,无光照部位,形成对照,暴露在光下,再次形成对照,总结:叶绿体的功能,叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，分布了许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用的酶。,2000多年前亚里士多德(Aristotle),问题：植物生长所需的物质来自何处？,认为：构成植物 体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量,四、光合作用的探究历程,五年后,1648年，海尔蒙特的柳树实验,柳树增重约82kg土壤减少约100g,水分是建造植物体的原料,结论：,局限：,忽略空气对植物的影响,一段时间后,一段时间后,1、1771年英国科学家普利斯特利,普利斯特利实验,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。,结论：植物可以更新空气,不足：没有认识到光在其中的作用,2、1779年，荷兰 英格豪斯,实验重复了500多次,结论：只有在光照下、只有绿叶才可以更新空气,1785年，发现了空气的组成，科学家在明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳,3、1845年，德国科学家梅耶,光合作用过程中光能去了哪里？,光能,化学能,储存在什么物质中？,光合作用,一半曝光，一半遮光,在暗处放置几小的叶片,4、1864年萨克斯的实验,结论,目的？,碘蒸汽处理,？,遮光,形成自身对照,光合作用产生淀粉,：消耗掉叶片中的淀粉,光是光合作用的必要条件,光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？,5、1941年，美国的科学家鲁宾和卡门,光合作用中释放的O2全部来自H2O,A,B,结论：,方法：,同位素标记（P102）,光合作用产生的有机物又是怎样合成的？,14CO2,小球藻,有机物的14C,（卡尔文循环）,结论：,光合产物中有机物的碳来自CO2,6、20世纪40年代，美国科学家卡尔文,光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你能用一个反应式表示出来吗?,五、光合作用的过程,1、总反应式,2、概念（P101）,CO2+H2 O,光能,叶绿体,（CH2O)+O2,绿色植物通过，利用，把 转化成储存着能量的，并且释放出 的过程。,叶绿体,光能,二氧化碳和水,有机物,氧气,光反应：,暗反应：,根据反应过程是否需要光能分为：,有光才能进行,有光、无光都能进行,3、过程,色素分子,可见光,C5,2 C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,(CH2O),CO2,吸收,光解,固定,还原,光反应,暗反应,供氢,供能,实质：,14,14,14,18,18,光反应阶段,条件：,光、色素、酶,场所：,物质变化,水的光解：,ATP的合成：,基粒（类囊体薄膜）上,能量转变：,光能,酶,ATP中活跃的化学能,时间：,短促,暗反应阶段,条件：,场所：,物质变化,能量转变：,叶绿体的基质中,有机物中稳定的化学能,多种酶、H、ATP,CO2的固定：,CO2的还原：,2C3(CH2O)+C5,酶,H、ATP,ATP中活跃的化学能,时间：,较缓慢,光反应与暗反应的区别和联系,类囊体薄膜上,叶绿体的基质,需光,色素和酶,不需光,色素;需酶,稳定的化学能,光能 活跃的化学能,ADP、Pi,光反应,暗反应,ATP、H,正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，短时间内C3、C5、H、ATP含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？,H ATP C5 C3,C3 C5H ATP,停止光照,光反应停止,H,ATP,还原受阻,C3,C5,CO2,固定停止,C3,C5,六、光合作用原理的应用,光合作用强度（P104）：,光合作用强度表示方法:,单位时间内原料消耗或产物生成的量,影响光合作用强度的因素：,自身因素遗传因素、叶龄、叶面积环境因素光照、温度、CO2浓度、水分、矿质元素,光合速率:是光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。,1、实验：探究光照强度对光合作用强度的影响（P104-105）,(一)光照强度,（1）实验原理：,（2）方法步骤：,（3）实验结论：,2、光照强度对光合作用强度的影响,（1）各种强度（速率）的表示（册P69）：,呼吸强度：,净光合强度（表观光合）：,总光合强度（实际、真正光合）：,（2）曲线图：,A,B,光照强度,0,C,呼吸,净光合,总光合,光照强度为0，不光合，只呼吸，OA=呼吸速率（恒定，因为温度不变）。,A点：,AB段：,光合速率 呼吸速率,B点：,光合速率=呼吸速率（净光合=0）,B点所示光强为光补偿点,BC段：,光合速率 呼吸速率,（净光合0）,总光合速率=呼吸速率+净光合速率,C点：,光合速率达最大值,该点所示光强为光饱和点（光合达最大时所需最小光强）,内：,外：,酶活性、数量，色素含量,CO2浓度、温度、水、矿,（平移坐标）,光合速率,注意：,应用：,适当增加光照强度，可以提高光合作用强度,各点（段）对应气体交换情况（板书）,阳生、阴生植物的比较,A,B,光照强度,0,C,阳生,阴生,改变条件：,例如，该曲线是在某一CO2浓度下的，当适当提高CO2浓度时B、C点如何移动？,B点左移、C点右上移,应用：间作套种，充分利用光能、空间,A,B,C,A,B,CO2浓度,0,C,呼吸,净光合,总光合,只呼吸，OA=呼吸速率（恒定）。,A点：,AB段：,光合速率 呼吸速率,B点：,光合速率=呼吸速率,该点所示CO2浓度为CO2补偿点,BC段：,光合速率 呼吸速率,C点：,光合速率达最大值，该点所示CO2浓度为CO2饱和点（光合达最大时所需最小CO2浓度）,内：,外：,酶活性、数量，色素含量,光照强度、温度、水、矿,(二)CO2浓度,注意：,坐标平移后曲线,应用：,合理密植，应“正其行，通其风”,增施农家肥,大棚可饲养小动物，施放干冰,OA段：；A点：；,二氧化碳浓度过低，无法进行光合作用,开始进行光合时所需环境中最小的二氧化碳浓度,光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响；AB段表示：；B点表示：；BC段表示：；,酶的活性,酶,此温度条件下，光合速率最高,超过最适温度，光合速率随温度升高而下降,一定范围内，光合速率随温度升高而升高,应用：,适当增加昼夜温差，保证有机物的积累,(三)温度,A、B、C三种温度条件下植物积累有机物最多的是哪种温度？,(四)矿质元素（水）,应用：,依据作物需肥（水）规律，适时、适量施肥（灌溉）,光合速率,矿质元素,烧苗,（水淹无氧呼吸）,（水）,曲线分析：OA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。BE段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，都是根据其原理，降低其细胞呼吸消耗有机物。,(五)叶龄,光合速率,叶龄,曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，随着此因素的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。,(六)多因子影响（练习册P72）,日变化：在一天中由于光照和温度在发生变化，在一天中的光合速率也在发生变化。如图（5）。该图夏天的一个晴天。,放出CO2的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收CO2的量,图（5）,12：00,6：00,18：00,时间,放出CO2的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收CO2的量,图（5）,12：00,6：00,18：00,时间,1、AB段：2、BC段：3、C点：,植物在晚上只进行呼吸作用,放出的CO2 吸收的CO2，即呼吸作用光合作用,光合作用=呼吸作用,4、CD段：5、DE段：,光照增强光合作用增强，光合作用呼吸作用,温度升高，蒸腾作用增强，气孔关闭，CO2供应不足，而影响暗反应的速率。在E点出现最严重的“午休”现象。,6、EF段：7、FH段：,温度逐渐降低，光合速率逐渐恢复。,随着光照减弱，光合作用逐渐下降。,8、H点：9、HG段：,光合速率=呼吸速率,光合速率呼吸速率,10：开始(消失)光合作用的点：,B（G）,11：一天当中有机物积累最多的点：,H,异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌),营养类型,自养生物,光能自养生物(绿色植物),化能自养生物,利用环境中现成的有机物来维持生命活动。,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。,八、化能合成作用,光合作用,以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如：绿色植物。,化能合成作用,利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌。,光能自养生物,化能自养生物,能量来源：,能量来源：,光能,化学能,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,化能合成作用,例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等细菌。,AB段：_BC段：_CDE段：_C点：_D点：_E点：_EF段：_FG段：_,只进行呼吸作用,呼吸作用强度大于光合作用强度,呼吸作用强度小于光合作用强度,呼吸作用强度等于光合作用强度,呼吸作用强度大于光合作用强度,只进行呼吸作用,CO2吸收量最多，此时光合作用强度最大,分析下列各段的含义：,呼吸作用强度等于光合作用强度,此时有机物积累量最多,ABC段：_CD段：_D点：_ DEFGH段：_H点：_HI段：_,只进行呼吸作用,呼吸作用强度大于光合作用强度,呼吸作用强度小于光合作用强度,呼吸作用强度等于光合作用强度,呼吸作用强度大于光合作用强度，光合作用逐渐消失,呼吸速率等于光合速率，CO2浓度最低，有机物积累最多,分析下列各段的含义：,光照面积,应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。,曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡,OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。,