高中生物分子與細胞教案4.2《光合作用》_第1頁
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文檔簡介

1、用心 愛心 專心第 2 節(jié) 光合作用學習目標 學習目標1.說出對光合作用的認識過程。 2.舉例說出主要的光合色素。 3.概述光合作用的過程。 4.舉例說出影響光合作用的環(huán)境因素。學習提示 學習提示光合作用的過程是這節(jié)課的重點和難點。學習過程 學習過程 一、回眸歷史——解開光合作用之謎早在兩千多年前,人們受古希臘著名哲學家亞里士多德的影響,認為植物體是由“土壤汁”構成 的,即植物生長發(fā)育所需的物質完全來自土壤

2、。早在 1648 年,比利時科學家范·海爾蒙特(Van Helmont)就進行了陶盆栽柳樹的實驗,以尋找營養(yǎng) 植物的物質。他在一個大花盆中放入 90 千克干燥的土壤,栽上一株重 2.5 千克的柳樹幼苗。用雨水或蒸 餾水澆灌,并用一個穿孔的鐵板蓋在花盆上,只允許氣體和水進入而盡量減少別的物質進入。5 年后將樹 移出稱重,增加了 75 千克,而將土壤干燥發(fā)現(xiàn)僅損失了 60 克。因此他認為柳樹重量增加只是由水引起 的,他沒有考慮到空

3、氣中氣體的影響。1771 年,英國化學家約瑟夫·普里斯特萊(Joseph Priestley)發(fā)現(xiàn),把一盆植物和一支點燃的蠟 燭一同放到密閉的玻璃罩里,蠟燭不容易熄滅;把一盆植物和一只小鼠同時放到密閉玻璃罩里,小鼠也 不易窒息死亡。因此他提出植物能更新由于蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了的空氣。1779 年,荷蘭科學家揚·英根豪斯(J.Ingenhousz)把帶葉的枝條放到水里,進一步證實,綠色植 物只有在日光下才能放

4、出氧氣,黑暗中植物也會使空氣污濁。1864 年,德國科學家朱利葉斯·薩克斯還采用碘液鑒定淀粉的方法,又證明光合作用的產(chǎn)物除氧氣 外,葉片在光下還能產(chǎn)生有機物——淀粉。1940 年,加利福尼亞大學的寒繆爾·魯賓(San Ruben)和他的同事制備了有特殊“標記”的水,其 中 0.85%的分子含 18O 原子,而空氣、水和其他含氧天然物質中 99.76%的氧是 16O,只有 0.20%是 18O。用 這種水提供給藻類進行

5、光合作用時,產(chǎn)生的氧氣中 18O 的比例和供給的水一樣是 0.85%,而不是天然氧氣 (及它的化合物如二氧化碳)的 0.20%。他們還制備了含 18O 的二氧化碳,當藻類用這種二氧化碳和天然 水進行光合作用時,放出的氧氣中 18O 并不增多,而只含有和天然一樣的 0.20%的 18O,這就有力地證明了 光合作用釋放的氧氣來自水。20 世紀世紀 40 年代到 50 年代中期,美國科學家卡爾文(M.Calvin)和他的同事運用放射性同位素

6、示蹤及紙譜色層等方法,經(jīng)過十多年的系統(tǒng)研究,于 1948 年提出了二氧化碳同化的循環(huán)途徑,這就是我 們常說的卡爾文循環(huán),從而了解到光合作用中復雜的化學反應。二、光合色素與光能的捕捉和轉化 二、光合色素與光能的捕捉和轉化光合色素包括葉綠素和類胡蘿卜素。一般來說,葉片中葉綠素與類胡蘿卜素的比值約為 3∶1,所以 正常的葉子總呈現(xiàn)綠色。秋天或在不良的環(huán)境中,葉片中的葉綠素較易降解,數(shù)量減少,而類胡蘿卜素 比較穩(wěn)定,所以葉片呈現(xiàn)黃色。類胡蘿卜素

7、總是和葉綠素一起存在于高等植物的葉綠體中,此外也存在 于果實、花冠、花粉、柱頭等器官的有色體中。1.葉綠素 植物的葉綠素包括 a、b、c、d 四種。高等植物中含有 a、b 兩種。葉綠素 a 呈藍綠色,葉綠素 b 呈 黃綠色,它們的分子式可以寫成 C55H72O5N4Mg 和 C55H70O6H4Mg,葉綠素 a 和 b 的分子式很相似,不同之處是 葉綠素 a 比 b 多兩個氫少一個氧。葉綠素最強的吸收區(qū)有兩處:波長 640~660 n

8、m 的紅光部分和 430~ 450 nm 的藍紫光部分。葉綠素對橙光、黃光吸收較少,尤其對綠光的吸收最少,所以葉綠素的溶液呈綠 色。葉綠素 a 和葉綠素 b 的吸收光譜很相似,但也稍有不同(見課本圖 4-11) ;葉綠素 a 在紅光區(qū)的吸收 峰比葉綠素 b 的高,而藍光區(qū)的吸收峰則比葉綠素 b 的低,就是說,葉綠素 b 吸收藍紫光的能力比葉綠 素 a 強。一般陽生植物葉片的葉綠素 a/b 比值約為 3∶1,而陰生植物的葉綠素 a/b 比

9、值約為 2.3∶1。葉 綠素 b 含量的相對提高就有可能更有效地利用漫射光中較多的藍紫色,所以葉綠素 b 有陰生葉綠素之 稱。用心 愛心 專心2.暗反應 光合作用的最終結果,是把 CO2 這樣一個簡單的分子還原為有機物,主要是糖類。這個過程也要經(jīng)過 一系列復雜的變化,不過它是在葉綠體的基質中進行的。CO2 還原為糖的這條途徑是由美國的卡爾文 (M.Calvin)等人在 20 世紀 40 年代到 50 年代中

10、期用了 10 年時間發(fā)現(xiàn)的,所以也叫做卡爾文循環(huán)。接受 CO2 分子的受體是一種五碳化合物,在有關酶的作用下,這種五碳化合物與 CO2 發(fā)生反應,形成 兩分子三碳化合物,CO2 就被固定下來。一些三碳化合物進一步依靠光反應所產(chǎn)生的還原氫和 ATP,把這 種含能量很低的三碳化合物還原成一種三碳糖,這樣,NADPH2 和 ATP 的能量也就轉移到這個三碳糖中去 了,這時候光能就轉變成了穩(wěn)定的化學能。在這以后,這個三碳糖又經(jīng)過一系列的反應,形

11、成蔗糖和淀 粉。更多的三碳化合物再經(jīng)過一系列復雜的變化又生成接受 CO2 分子的五碳化合物,繼續(xù)和 CO2 結合,循 環(huán)往復地參與暗反應。因為這種光合途徑的最初產(chǎn)物是三碳化合物,所以這個途徑叫做三碳途徑。六、影響光合作用的環(huán)境因素 1.光照強度對光合速率的影響 光合速率隨著光照強度的增加而加快。在一定范圍內幾乎是呈正相關。但超過一定范圍之后,光合 速率的增加轉慢;當達到某一光照強度時,光合速率就不再增加,這種現(xiàn)象稱為光飽和現(xiàn)象。剛出現(xiàn)光

12、 飽和現(xiàn)象時的光照強度稱為光飽和點。當光照強度較強時,光合速率比呼吸速率大幾倍,但隨著光照減 弱,光合速率逐漸接近呼吸速率,最后達到一點,即光合速率等于呼吸速率。光合過程中吸收的 CO2 和呼 吸過程中放出的 CO2 等量時的光照強度,就稱為光補償點。如下圖:光飽和點凈 光 合 作 用總 光 合 作 用光補償點CO 釋 放 量CO 吸 收 量光照強度 在黑暗中呼吸所放出的CO 量2222.二氧化碳對光合速率的影響 二氧化碳是光合作用的原

13、料,對光合速率影響很大??諝庵械亩趸己恳话阏俭w積的 0.033%, 對植物的光合作用來說是比較低的。如果二氧化碳濃度更低,光合速率急劇減慢。當光合吸收的二氧化 碳量等于呼吸放出的二氧化碳量,這個時候外界的二氧化碳數(shù)量就叫做二氧化碳補償點。空氣中的二氧 化碳濃度低于二氧化碳補償點時,植物就沒有光合產(chǎn)物的積累;高于二氧化碳補償點時,光合速度隨二 氧化碳濃度增加而直線上升,但到達一定濃度后,光合速度不再增加,這時的濃度稱為二氧化碳的飽和

14、 點。3.溫度對光合速率的影響 光合作用中的暗反應是一系列的酶促反應,溫度對光合作用的影響,有其最高、最適和最低三個基 點。一般作物在 0~2℃的低溫下,光合作用即停止,隨著溫度的升高,光合作用逐漸加強,到 25~30℃ 為最適溫度,在 35℃以上時光合作用開始下降,40~45℃即完全停止。增加農(nóng)作物產(chǎn)量的關鍵是提高光合作用效率,適當增加光照強度、提高二氧化碳濃度和溫度可以提 高光合作用效率,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可以通過提高光合作用效率,增加光合

15、作用面積和延長光照時間來提高光 能的利用率,從而增加農(nóng)作物產(chǎn)量。七、積極思維——哪些環(huán)境因素影響光合作用 1.光合速率隨著光照強度的增加而加快。在一定范圍內幾乎是呈正相關。但超過一定范圍之后,光 合速率的增加轉慢;當達到某一光照強度時,光合速率就不再增加。2.光合速率隨二氧化碳濃度增加而直線上升,但到達一定濃度后,光合速率不再增加。 3.光合速率隨溫度升高而上升,到達某一點后又隨溫度升高而降低。也就是說溫度對光合作用的影 響,有其最高、

16、最適和最低三個基點。知識閱讀 知識閱讀——海洋微生物可進行光合作用 海洋微生物可進行光合作用陸地植物利用葉綠素進行光合作用,并將光能轉化成推動自身新陳代謝的能量。但美國科學家最近 發(fā)現(xiàn),除了植物能夠利用光合作用產(chǎn)生能量之外,還有一些海洋微生物也能依靠光合作用而生存。美國 微生物學家 艾得·德隆說,這是一種轉換太陽能量的新方式,過去人們從未想到海洋微生物會存 在光合作用,而現(xiàn)在的研究發(fā)現(xiàn)有 10%左右的海洋微生物都用

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