第15讲 光合作用与能量转化-【暑假自学课】2022年新高一生物暑假精品课（人教版2019必修1）

第15讲 光合作用与能量转化 【学习目标】 1.通过设计和实施绿叶中色素提取和分离实验，了解色素提取和分离的原理，说明绿叶中色素的有四种。 2.通过对恩格尔曼光合作用实验的分析讨论，了解叶绿体吸收光能进行光合作用的证据，理解恩格尔曼实验设计的巧妙之处。 3.通过对探索光合作用原理的希尔实验、鲁宾和卡门实验、阿尔农实验资料的分析，尝试归纳光合作用的过程和基本原理。 4.通过分析、讨论教材光合作用过程示意图，从物质与能量观的视角，说明光合作用过程中的物质变化和能量变化，阐明光合作用的原理。 5.通过对光合作用光反应和暗反应过程的比较，厘清光反应和暗反应的区别和联系，说明光合作用的意义。 6.通过设计和实施探究环境因素对光合作用强度影响的活动，理解光照强度、二氧化碳浓度对光合作用强度的影响。 7.通过实施探究环境因素对光合作用强度影响的活动，进一步学会控制自变量，观察和检测因变量变化及设置对照实验的方法和技能。 8.通过总结影响光合作用强度的因素及原理分析，解释农业生产提高农作物产量的管理措施，并增强节约粮食的意识。 【基础知识】 一、绿叶中色素的提取和分离 1.实验原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。 2.提取绿叶中的色素：称取5g绿叶，剪去主叶脉，剪碎, 放入研钵中→向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5～10mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨→将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤。 3.分离绿叶中的色素：制备滤纸条→画滤液细线→分离绿叶中的色素→观察记录分离结果。 4.色素分离结果分析 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 a 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 b 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 c 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 d 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 二、恩格尔曼光合作用实验 1.德国科学家恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。 2.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。这说明叶绿体主要利用红光和蓝紫光。 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 1.电子显微镜下可以看到叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由类囊体堆叠而成。吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上。在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。 2.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o这 4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。 四、探索光合作用的部分实验 1.光合作用的概念： 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。其化学式为：。 2.探索光合作用的部分实验 （1）甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 （2）1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂, 在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。 （3）1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。第一组给植物提供H2O和 C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2 在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是 O2，第二组释放的都是18O2。 （4）1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成AIP。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 （5）.20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用经过14C标记的14CO2,供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的。 五、光合作用的原理 1.光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应。根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应两个阶段。 2.光反应阶段必须有光才能进行，在类囊体的薄膜上进行。叶绿体中光合色素吸收的光能，一是将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶