光能的捕獲

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第3節(jié) 光能的捕獲
學習目標:
1.說出人們對光合作用的認識過程,體驗生物科學發(fā)現的歷程。
2.闡明光合作用中光反應和暗反應物質和能量轉化的大致過程,認識光合作用的實質和在自然界的重要性。
3.描述葉綠體的結構,提取和分離葉綠體色素。
4.分析環(huán)境因素對光合作用速率的影響,能繪出各種因素與光合作用速率的坐標圖像,培養(yǎng)綜合分析問題的能力。
自學探究:
光合作用:植物通過 捕獲和利用了太陽能,把_____和______合成有機物,將 轉化為 貯存在葡萄糖等有機物中,并釋放O2,這個過程就是 。
一.光合作用的早期研究
1.光合作用的發(fā)現
年代科學家科學實驗實驗結論
1642海爾蒙特第一次試圖用定量的方法研究柳樹的營養(yǎng)來源,發(fā)現柳樹的增重大于土壤的減少量建造植物體的原料,只是   ,卻沒有考慮空氣的作用
1771普里斯特利
英格豪斯將薄荷枝條和燃燒著的蠟燭放在密封的鐘罩中,蠟燭不易熄滅,而將小鼠與綠色植物放入罩內,也不易窒息死亡綠色植物在光下吸收了 ,產生了 。
1864薩克斯采用碘液測定淀粉的方法,發(fā)現遮光一半葉無顏色變化,曝光的一面則成深藍色綠色植物在光下能產

生   。
1880恩吉?曼用水綿做材料,用好氧菌作為O2的標志物,發(fā)現好氧菌集中在葉綠體所有受光部位周圍
光合作用場所是
。

1941魯賓和卡門運用放射性同位素標記法,通過小球藻的實驗確定O2的來源光合作用產生O2全來自   。
2.分析討論:
(1)海爾蒙特認為建造植物體的原料只是水,這一結論是否合理?

(2)為什么普里斯特利的實驗有時成功,有時失。

(3)恩吉?曼選用水綿做實驗材料有什么好處?通過該實驗可得出什么結論?

(4)薩克斯為何要將植物進行一晝夜的暗處理?葉片一半遮光、一半照光的目的是什么?

(5)魯賓和卡門的兩組實驗是如何設計的?

  太陽是整個生命世界的能量源泉,          為幾乎所有的生物提供了物質和能量,它是自然界最基本的      和      。
二.葉綠體的結構
1.葉綠體的形態(tài)
  高等植物細胞中葉綠體通常呈            ,數目較多。
2.葉綠體與白色體或有色體的相互轉變
將葉綠體長時間置于暗處,葉綠體則轉變成           或    
        ,但光照后又可恢復為具有     的葉綠體
3.葉綠體的亞顯微結構
(1)兩層膜 
(2)基粒:內部有許多綠色柱狀的   ,每個基粒有數十個囊狀的     
組成,基粒間還有基質類囊體與基粒的類囊體相連,從而使各類囊體的腔彼此相通。
與光合作用有關的色素和酶都分布在           。
(3)基質:在基粒之間充滿著基質。
與暗反應有關的酶則分布在      。在基質中還含有少量的       。
三.葉綠體色素的提取與分離
1.實驗原理:
 葉綠體中色素提取的原理:葉綠體中的色素溶解于__________如酒精或丙酮(相似相溶),形成色素液。
 分離的原理:四種色素在層析液中__________不同,因而隨層析液在濾紙上______________________不同,其中胡蘿卜素在丙酮中的溶解度最高,擴散速度最快,葉黃素和葉綠素a次之,葉綠素b溶解度最低,擴散得最慢。根據此原理使各色素分離開來。
2.注意事項
(1)取材時要選取新鮮的顏色較深的葉片,以便使濾液中含較多的色素。
(2)研磨時加入二氧化硅的目的是:                   。
(3)加入少量碳酸鈣的目的是:                     。
(4)研磨要迅速、充分。一是因為丙酮容易揮發(fā)發(fā)二是為了使葉綠體完全破裂,從而能提取較多的色素。三是葉綠素極不穩(wěn)定,能被活細胞中的葉綠素酶水解而破壞。
(5).濾液收集后,要及時用    將試管口塞緊。
6.制備濾紙條時,要將濾紙條的一端剪去兩角,這樣可以使色素在濾紙條上擴散
    ,便于觀察實驗結果。
7.畫線時,一定要細并且直,這樣可以防止      ,使色素分子均勻分布在一條直線上,做到擴散起點一致。重復劃2?3次,是為了        
  ,使實驗更加明顯。
8.分離色素時,一定不要讓濾紙條上的濾液細線接觸到層析液,這是因為   
                。
四.光合作用的過程
  根據是否需要光能,可以概括為兩個階段:
(一)光反應階段
1.光反應條件及場所:必須在   下才能進行,場所在       。
2.光反應過程:在此階段    轉換成    ,    轉換成     。
(1)光能轉換成電能
  類囊體膜上的絕大多數色素排列緊密,快速高效地把吸收來的大量光能傳遞給    
_________,它既能捕捉光能又能將光能轉化為   。就象透鏡把光束集中到焦點一樣,其他色素把大量光能   、    、傳遞給         ,使其被激發(fā)而失去   。脫離葉綠素a的電子,在類囊體膜上經過一系列的傳遞,最后傳遞給一種帶正電荷的有機物   。ê喎Q    。
  失去電子的葉綠素a變成一種     ,能夠從     中奪取   ,使水分子分解成    和    ,葉綠素a由于獲得電子而恢復穩(wěn)態(tài)。
  這樣在光的照射下,特殊狀態(tài)的葉綠a連續(xù)不斷地     和     ,從而形成     ,使   轉換成   。
(2)電能轉換成活躍的化學能
  隨著光能轉換成電能,     得到      和     ,就形成了    。ā    。,這樣一部分電能就轉化成        儲存在    中。同時,葉綠體利用光能轉換成的另一部分能量,將    和  轉化成    ,這部分電能則轉化成活躍的化學能儲存在   中。
(二)暗反應階段
1.暗反應條件及場所:不需   ,場所在        。
2.暗反應過程:將   還原成     ,將   和    中的活躍化學能轉換成    中貯存的穩(wěn)定的化學能。
(1)CO2的固定
  葉片從外界吸收的二氧化碳,在    的作用下與植物體內的一種     。ㄓ肅5表示)結合,這個過程叫做二氧化碳的固定。一個二氧化碳分子被一個五碳化合物分子固定后很快形成兩個含有      的化合物(用C3表示)。
(2)C3的還原
  一部分三碳化合物在    和    的作用下,被     還原,再經過一系列復雜的變化形成糖類。這樣    和     中的能量就轉移到       ___________中形成         貯存起來,同時,另一部分三碳化合物又經過復雜的變化重新生成      ,再次參與二氧化碳的固定。
(三)光合作用的反應式

五.影響光合作用的因素
因素關系圖表  對光合作用的影響在生產上的應用

葉齡

隨葉齡的增大,葉的面積逐漸增大,光合作用的面積逐漸增大,光合作用速率提高,隨著葉齡進一步增加,葉片衰老,葉綠素分解,光合作用速率下降保證礦質元素的充足供應,尤其是Mg的供應,使葉片保持鮮綠

光照強度

光合作用隨光照強度的變化而變化,光照弱時光合作用減慢,光照逐步增強時光合作用隨之加快,但是光照增強到一定程度,光合作用速率不再增加1.適當提高光照強度
2.延長光合作用時間
3.增加光合作用面積?合理密植
4.溫室使用無色玻璃

二氧化碳

CO2是光合作用的原料,環(huán)境中的CO2濃度的高低明顯影響光合作用速率。在一定范圍內,植物的光合速率隨CO2濃度的增加而增加,但是達到一定程度時再增加CO2濃度,光合速率不再增加溫室栽培植物時適當提高室內的CO2濃度,如釋放一定量的干冰或多施有機肥,使莖、葉吸收CO2增多

溫度

光合作用的暗反應是酶促反應,溫度直接影響酶的活性,從而影響光合速率。溫度過高,影響植物葉片氣孔開度,影響CO2供應,進而影響暗反應,從而影響光合速率1.適時播種
2.溫室栽培植物時,白天適當提高溫度,晚上適當降溫
3.植物“午休”現象的原因之一

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