第五章 第四节《能量之源——光与光合作用》PPT课件

光合作用的探究历程
普利斯特利的实验
17世纪比利时 海尔蒙特 柳苗栽培实验
开始时 5年后
实验前后 的差值 柳树的 2.3kg 76.7kg +74.4kg 质量 干土的 90.8kg 90.7kg －0.1 kg 质量
结论：植物的物质积累不是 来自于土壤，而是完全来源 于水。
1771年普利斯特利实验
这说明光合作用需要色素去捕获光能。
【实 验】
叶绿体中色素的提取和分离
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.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。
停止光照 突然光 ，CO2供应 照，CO2 不变 供应不 变 ↑ ↓ ↓ ↓或没有 ↓ ↑ ↑ ↑ 光照不 变， CO2停 止供应 ↓ ↑ ↑ ↓或没 有 光照不 变，CO2 供应过 量/增加 ↑ ↓ ↓ ↑ 光照不变， CO2供应不变 ,（CH2O）
②植物体只有绿叶才能更新空气。
此时，人们尚不了解植物吸收和放出 的究竟是什么气体。
提出问题：
光能哪里去了？
1845年，德国科学家梅耶根据 能量转化与守恒定律明确指出：植 物进行光合作用时，把光能转换成 化学能储存起来。 提出问题： 光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？ 即植物在吸收水分和二氧化碳、释放氧气的过 程中，还产生了什么物质呢？
E+Pi H I
J
水 色素 Ｏ2 ①图中A是______,B 是_______, 它来自于______ 的分解。 基质 部位，用 [H ，它被传递到叶绿体的______ ②图中C是_______ 用作还原剂，还原 C3 ] 于____________________ 。 色素吸收 ATP，在叶绿体中合成D所需的能量来自的光能 ③图中D是____ ______ C3化合物 糖类 ④图中G________,F 是_____________ C5化合物 是__________,J 光反应 ， H为I提供__________ [H]和ATP ⑤图中的H表示_______
场所： 叶绿体的基质中 2C3
糖类
ATP [H] 、
C5 +（CH2O)
能量变化 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能 三碳化合物 2C3
叶绿体基质
ATP
[H]
CO2
五碳化合物
CO2的 多种酶 固定
C5
糖类
比较光反应、暗反应
条件 场所
光反应阶段 光、色素、酶 暗反应阶段 不需光、酶、[H]、ATP
2C3 请分析光下的植物突然停止 CO2的供 供氢 应后，其体内的 C 化合物和 C 化合物 5 3 CO2 [H] 的含量如何变化？ 酶 供能 C↓ 5 C ATP 固定 3 CO2 ↓ （ CH O ） 停止 2 C5 ↑
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
H 2O 光 A B C D G F CO2
普利斯特利
英格豪斯 R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门
卡尔文
光合作用过程
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应 暗反应
有光才能反应 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、无光都能反应
类囊体膜
H2O
酶
[H ]
光反应阶段
进入叶绿 体基质， 参与暗反 应
ATP 供暗反 Pi ＋ADP 应使用 场所： 叶绿体内的类囊体薄膜上 条件： 光、色素、酶 （还原剂） 光能 4[H] + O2 水的光解：2H2O 物质变化 酶 ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP ATP的合成：
萨克斯（德）实验 1864
一 在 半 暗 曝 处 光 放 ， 置 一 几 暗处理 半 小 目的：消耗掉叶 遮 的 片中的营养物质 光 叶 片
光照
碘蒸汽处理 结论：光合作用的产物除氧气外还有淀粉
酒精脱色
同位素标记法：
科学家通过追踪同位素标记 的 化合物，可以弄清 化学反应的详细 过程。这种方法叫做同位素标记法。
四、注意事项
1.因丙酮和层析液都是易挥发且有一定毒性的 有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用 棉塞塞住，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。
CO2 吸 收
C
阳生植物
阴生植物 O D A B B：光补偿点
光照强度
C：光饱和点 阴生植物 >
光补偿点、光饱和点 ：阳生植物
光合作用效率与光照强度、时间的关系
光照强度
B
D
光合作用效率
C
A
O
E
一天的时间
10 11 12 13 14 15
②温度
光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接 影响酶的活性。一般植物在10℃～35℃下正 常进行光合作用。
3.叶绿体
• 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。
双层膜,有与光合作用有关的酶 类囊体增大膜面积的结构 有少量的DNA和RNA
光合作用总过程：
2H2O
光解
吸收
O2 4[H]
酶
还 原 能
2C3
固定
CO2
可见光
色素分子
ATP 酶 ADP+Pi
多种酶 C5
(CH2O)
光反应
暗反应
总结： 水的光解：
光反应
2H2O →4[H] +O2
ATP的合成 ：
ADP + Pi +
CO2的固定：
暗反应
酶
能量
酶
ATP
CO2 + C5 → 2C3
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
C02
180
C18O2
2
02
第 一 组
H2180
H20
第 二 组
光合作用产生的O2来自于H2O。
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
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。
卡尔文循环
年代 1664
外膜
内膜
2、光合作用的场 所—— 基质
叶绿体
(含பைடு நூலகம்酶)
基粒
类囊体
(有色素和酶)
水绵结构
• 水绵是常见的淡水藻类 • 每条水绵由许多个结构相 同的长筒状细胞连接而成 。 • 水绵很明显的特点是：叶 绿体呈带状，螺旋排列在
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。
一段时间后
一段时间后
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？
英格豪斯实验（1779年）
1785年，由于发现了 空气的组成，人们才明 确绿叶在光下放出的气 ①普利斯特利的实验只有在阳光照射 体是氧气，吸收的是二 氧化碳 下才能成功。
科学家
海尔蒙特
结论
水分是植物建造自身的原料 植物可以更新空气 只有在光照下只有绿叶才可以更 新空气 植物在光合作用时把光能转变成 了化学能储存起来 绿色叶片光合作用产生淀粉 氧由叶绿体释放出来。叶绿体是 光合作用的场所。 光合作用释放的氧来自水。 光合产物中有机物的碳来自CO2
1771
1779 1845 1864 1880 1939 20世纪40代
C3的还原：
2C3
酶
ATP、[H]
(CH2O) + C5
原料和产物的对应关系： C CO2 （CH2O） H H2O O CO2
O2 H2O ATP中活跃 的化学能 C3 (CH2O)中稳定 的化学能
能量的转移途径：
光能 CO2
碳的转移途径：
（CH2O）
请分析光下的植物突然停止光照后，其体 内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？ C3 ↑ [H] ↓ 停止 光反应 还原 光照 停止 ATP↓ 受阻 C5 ↓
能量变化 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
类囊体膜
H2O
酶
[H ] Pi ＋ADP ATP
C3 的 还原
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
CO2
五碳化合物
CO2的 多种酶 固定
C5
糖类
卡尔文循环
暗反应阶段
条件： [H] 、ATP、酶 酶 CO2的固定：CO2＋C5 物质变化 酶 C3的还原： 2C3
光能转化为化学能被细胞所吸
收的过程称为光合作用。
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？