高中第四节 光能的捕获、转换和储存精品ppt课件

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光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。
青青园中葵，朝露待日睎。阳春布德泽，万物生光辉。”这首古诗描述的景象，可以说是对“万物生长靠太阳”最唯美的诠释。没有植物的光合作用（phtsynthesis）就没有草木葳蕤、鸟兽成群的和谐景象，更没有我们人类的生存和发展。光合作用的机理是什么？光能是如何被捕获并储存的？人们对光合作用的探究经历了怎样的历程？
一、光合作用的探究历程
陆生植物生长在土壤中，人们很自然地想到它们生长所需要的物质可能都来自于土壤，亚里士多德当年也是这样认为的。17世纪上半叶，比利时科学家海耳蒙特（J Helmnt）利用雨水浇灌柳树的实验，证明了植物生长的原料并非主要来自土壤。
发现光合作用1771-1785年，英国化学家普里斯特利（J.Priestley）和荷兰医生英根豪斯（J Ingenhusz）先后发现，植物在光下能“净化”空气。在此基础上，科学家又进行了系列探索，逐步认识了光合作用的过程和本质。
[资料1]1864年，德国植物生理学家萨克斯（J.Sachs）做了一个实验：把天竺葵放在暗处几小时，然后选择一片长势旺盛的叶片，一半叶片曝光，另一半遮光。一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现只有曝光的一半呈深蓝色（图4-21）。由此证明，植物的光合作用产生了淀粉。萨克斯创新的碘染色测定淀粉、数气泡法测定光合速率等实验技术，至今还在实验室应用。
为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽
1864年 萨克斯实验
[资料2]1880年，德国科学家恩格尔曼（C.Engelman）把载有水绵和需氧菌的临时装片放在无氧的黑暗环境里，然后用极细的光朿照射水绵。通过显微镜观察，发现需氧菌只集中在叶绿体受光照部位附近.
需氧菌只集中在叶绿体受光照部位附近
如果把上述临时装片完全暴露在光下，需氧菌则集中在叶绿体所有受光照部位周围。
需氧菌集中在叶绿体所有受光照部位周围
1880年 恩格尔曼实验
[资料3]1941年，美国生物化学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）制备了含有少量同位素18O的水和碳酸氢盐，其中碳酸氢盐能为水生植物提供二氧化碳。在适宜光照下，给3组小球藻提供含有不同比率18O的水和碳酸氢盐，一段时间后检测光合产物氧气中含18O的比率.
用18O比率不同的水和碳酸氢盐探究氧气的来源
1939年 鲁宾和卡门
1.萨克斯的实验中，把天竺葵放在暗处几小时的目的是什么？2.恩格尔曼的水绵叶绿体放氧实验在设计上有哪些巧妙之处？通过实验可以得出哪些结论？3.从鲁宾和卡门的实验可以看出，光合作用产生的氧气来自哪种物质？4.从海耳蒙特的定量分析、萨克斯的半叶法、恩格尔曼水绵放氧实验，到鲁宾和卡门的同位素标记法，有些实验设计很巧妙，有些为后来的研究奠定了基础。科学家探究光合作用的系列实验对我们有哪些启发？
经历了漫长的探索历程，人们对光合作用的过程逐渐明晰：光合作用是绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转变为储存着能量的有机物，并且释放岀氧气的过程。光合作用的过程可以用下面的反应式表示，其中的（CH20）表示糖类等有机物。
CO2+H20 （CH20）+O2
从“万条垂下绿丝绦”的明媚春色到“霜前黄叶漫秋山”的深秋景象，树叶的颜色会随季节而改变，这与叶片中色素的种类和含量的变化有关。
二、叶绿体从太阳光中捕获能量
提取和分离叶绿体色素层析法是利用不同分子在溶解度、大小、形状或所带电荷等理化性质上的差异，从混合物中分离提纯物质的方法。纸层析是常用的层析方法之一。叶绿体中的色素都不溶亍水而溶于有机溶剂，故可用无水乙醇等有机溶剂提取。各种色素在层析液中的溶解度不同，它们随层析液在滤纸条上的扩散速度也不同，经过一定时间后，就会彼此分离开。
目的要求1.尝试提取和分离叶绿体中的色素。2.了解叶绿体中色素的种类和含量。材料器具新鲜的绿叶（如菠菜叶），无水乙醇（或丙酮）、石英砂、碳酸钙粉、层析液（配方：60~90℃条件下分馏出来的石油醚20份、丙酮2份、苯1份混合），剪刀、研钵、漏斗烧杯、滴管、培养皿、圆形滤纸、小试管、试管架、毛细吸管、尼龙布、脱脂棉、量筒、天平、药匙。
活动程序1.叶绿体色素的提取（1）称取新鲜绿叶5g，剪碎并放入研钵。在研钵中加入少量石英砂和碳酸钙粉，再倒入6~8mL无水乙醇，在圆形滤纸中心剪一个洞，将杵棒套人洞口，用滤纸盖在研钵上，迅速、充分研磨至糊状。（2）在漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中进行过滤。将滤液收集到小试管中，用棉塞将试管口塞紧，避光保存备用。2.叶绿体色素的分离（1）取干燥的圆形定性滤纸一张，将其剪成1cm宽的滤纸条，在滤纸条的端剪去两个角，并在距离这一端1cm处用铅笔画一条细线。（2）用毛细吸管吸取色素提取液，沿铅笔细线均匀地画岀一条细而直的滤液细线，风干。重复操作3~4次。（3）在烧杯中加入适量的层析液，将滤纸条带有色素的一端插亼烧杯中，使滤纸条下端浸入层析液，但是不能让层析液没及滤液细线；将滤纸条上端折叠挂靠但不要贴到烧杯壁上；迅速盖上培养皿
纸层析法分离色素示意图
（4）待层析液扩散至距烧杯边缘2cm左右，取出滤纸条，观察滤纸条上色素带的条数及颜色，风干后避光保存（图4-23b）△安全警示无水乙醇易燃，须远离火源！丙酮有毒，注意通风！分析讨论1.滤纸条上的滤液细线为什么不能触及层析液？2.滤纸条上色素带的宽度以及与滤液细线之间的距离都不相同，分别说明了什么？3.用红色、蓝色和绿色激光笔照射试管中的色素提取液，发现只有绿色激光能透过提取液，这说明了什么？4.除了层析法，依据蛋白质、核酸等分子的性质可以分离提纯细胞内的多种生物大分子，差速离心法可以将细胞组分分离开来。以上技术若与显微镜观察相结合，对研究细胞有哪些意义？
高等植物叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素包括蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b，类胡萝卜素包括橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。通常，叶绿体中的叶绿素含量是类胡萝卜素的3倍，所以正常叶片呈绿色。秋天，随着气温逐渐降低，叶绿素首先分解，于是叶片就显示出类胡萝卜素的颜色。
各种色素分子之所以具有不同的颜色，是因为它们的吸收光谱不同：叶绿素吸收光波较强的区域是波长为650~680mm的红光区和波长为430~450nm的蓝紫光区。类胡萝卜素的吸收光谱与叶绿素不同，其吸收光波较强的区域在400~500m的蓝紫光区。
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图
对植物而言，叶绿素分子对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以植物的叶片呈现绿色。
叶绿素含量是类胡萝卜素的3倍，也是叶片呈绿色的原因。
为什么植物的叶片呈现绿色？
1.下列关于细胞中ATP的叙述，正确的是（　　）A．在代谢旺盛的细胞中含量很丰富B．分子中含有3个高能磷酸键C．在哪儿合成，就在哪儿被利用D．不断被合成，又不断被分解
2. ATP是细胞生命活动的直接能源物质。下列关于ATP的叙述，错误的是（　　） A．细胞质和细胞核中都有ATP的分布 B．ATP合成所需的能量由磷酸提供 C．ATP可以水解为ADP和磷酸基团 D．正常细胞中ATP与ADP的比值相对稳定