細胞通過分解有機分子獲取能量
陽光不僅給我們帶來光明和溫暖，更是生命活動的能量源泉。 陽光下，植物進行光合作用，吸收 CO2，合成糖并釋放出 O2。此過程發(fā)生在植物細胞的什么結構中？植物吸收的 CO2 如何轉換為糖分子？光合作用的發(fā)生需要哪些條件？
探究植物進行光合作用的條件
思考與討論：1. 你的預測與實際結果相同嗎？為什么？2. 根據實驗結果，分析植物進行光合作用需要的條件和發(fā)生的部位，并說明理由。
取6支大試管，按照表的處理方法分別添加試劑和材料，放入燒杯中進行35℃水?。粚舴胖迷诰酂s10cm處，模擬光照。觀察并記錄各個試管中的氣泡產生量（反映光合作用強弱）。
1．葉綠體是植物光合作用場所
光合作用主要發(fā)生在植物的綠色部位：這些部位有葉綠體1.葉綠體的形態(tài)：扁平的橢球形或球形(1)結構 ↓決定(2)功能：類囊體膜上分布著豐富的與光合作用有關的色素和蛋白質，是光能吸收和轉換的場所。
葉綠體捕獲光能、進行光合作用的物質基礎
(1)在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子。 (2)在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。補充：（3）穩(wěn)定的反應場所（雙層膜保護內部，控制物質進出）。（4）極大的受光面積（類囊體結構）
高等植物葉綠體中的色素
①葉綠素：包括葉綠素a和葉綠素b； ②類胡蘿卜素：包括胡蘿卜素和葉黃素。
恩格曼的光合作用光譜實驗
1883年 , 德國科學家恩格曼利用水綿和需氧的運動細菌，對光合作用的有效光源進行了探索。恩格曼把一束絲狀的水綿放在顯微鏡的載玻片上，同時在水綿周邊滴加含有需氧細菌的溶液。通過調整棱鏡，將照射在水綿上的可見光束分成不同顏色的光，就像彩虹一樣穿過這束絲狀的水綿。
恩格曼的結論是：藍紫光和紅光是水綿光合作用中最有效的光源。
補充：(1)光譜：陽光是由不同波長的光組合成的復合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。(2)色素的吸收光譜：
葉綠體色素能吸收可見光中特定波長的光：主要集中在藍紫光和紅橙光區(qū)域，幾乎不吸收綠光。 葉綠素主要吸收紅橙光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
實驗4-3 葉綠體色素的提取分離及葉綠素含量的測定
實驗目標 提取和分離葉綠體中的色素，并學會測定葉綠素含量的方法。實驗目標 葉綠體色素分布于類囊體膜，具有親脂性，能溶于有機溶劑，可用乙醇或丙酮將它們從葉片中提取出來。不同色素在有機溶劑中的溶解度不同，在吸附載體上的吸附能力不同。因此，不同色素隨著有機溶劑在吸附載體上擴散的速率也就不同，這樣就可將它們彼此分離，這種方法稱為層析法。葉綠素具有特定的吸收波長,且吸光度值與葉綠素a、葉綠素b的含量有關。分別測定葉綠素在649nm和665 nm處的吸光度，根據相關公式，可計算出其含量。
經干燥處理(65℃，24h)的綠色菠菜(或青菜等）的葉片、95%乙醇、剪刀、脫脂棉、聚絆胺薄膜、封口膜、研體、量簡、玻璃漏斗、試管、燒杯、玻璃毛細管、分光光度計、電子天平等。
(2)實驗步驟 ①層析薄膜準備：將層析用的聚酰胺薄膜剪成2cm×8cm的長條。 ②點樣：用玻璃毛細管取色素提取液，于距層析薄膜底邊1.5cm處劃線，晾干。重復點樣3～5次。
注意：一次劃線溶液不可過多，否則會導致線條過相或液滴過大，使色素起始位置不一致：每次等風干后再重復劃線。
④觀察和記錄：持續(xù)觀察色素在薄膜上的分離現象，直至各色素帶的相對位置不變后，取出晾干。記錄薄膜上各色素帶的顏色和位置。
葉綠素a濃度（mg/L) =13.70A665nm - 5.76A649nm；葉綠素b濃度（mg/L) =25.80A649nm - 7.60A665nm；總葉綠素濃度（mg/L) = 葉綠素 a 濃度 + 葉綠素 b 濃度。
1. 你們小組的實驗結果中分離出了幾種葉綠體色素？如何進行區(qū)別和判斷？將本小組的層析結果及記錄的數據與其他小組進行交流和分享。2 . 根據色素條帶結果，請推測從盛夏到深秋，銀杏葉片中色素種類會有怎樣的變化？3 . 比較同種植物不同部位的葉片中葉綠素 a、葉綠素 b和總葉綠素濃度的差異，分析其有何生物學意義？
光合作用的過程可以概括為下面的反應式： (1)光反應：類囊體膜上的光合色素捕獲光能，并將光能轉變成活躍化學能、釋放O2。 ①條件：光 ②場所：類囊體膜
2. 光合作用是物質和能量的轉換過程
③物質變化 a．將H2O分解為氧和H＋，其中H＋與NADP＋結合形成NADPH。 b．使ADP和Pi反應形成ATP。④能量變化：類囊體膜上的光合色素捕獲光能，并將光能轉變成活躍化學能、釋放O2。
光反應物質變化和能量變化
⑤光反應過程： 1）光能的捕獲與轉換：類囊體膜上的光合色素吸收光能并傳遞到特定的葉綠素a上，使葉綠素a分子激發(fā)釋放出高能電子。
2）水的光解：失去電子后的葉綠素a分子具強氧化性，從類囊體腔內的H2O中奪取電子，葉綠素a分子被還原，繼續(xù)參與光反應；失去電子后的H2O分子裂解為H+和O2。O2可以自由穿過各級膜釋放到細胞外，H+留在類囊體腔內。
⑤光反應過程： 3）高能化合物的形成：葉綠素 a 釋放的高能電子在類囊體膜上傳遞，最終與基質中的氧化型輔酶Ⅱ（NADP+）以及H+結合形成高能的還原型輔酶Ⅱ（NADPH）；
電子傳遞過程：類囊體膜蛋白將葉綠體基質中 H+泵入類囊體，使類囊體腔中H+濃度高于類囊體外基質。H+順濃度梯度穿過類囊體膜上的ATP合酶，驅動ATP的形成。光反應產生的ATP、NADPH推動葉綠體基質中碳反應的進行。
(2)碳反應：葉綠體利用ATP、NADPH將CO2合成為糖的過程。又稱卡爾文循環(huán)。①條件：有沒有光都能進行②場所：葉綠體基質
③過程(卡爾文循環(huán))： (1)CO2的固定：植物吸收的CO2與葉綠體基質中的五碳糖結合，在酶的催化下形成2個三碳化合物（C3）。 (2)C3的還原：C3在ATP的驅動下，接受NADPH提供的H+和電子，形成三碳糖（磷酸甘油醛）；
（2）C3的還原： ①一部分三碳糖再生為五碳糖； ②另一部分三碳糖從葉綠體轉運到細胞質基質中轉變成蔗糖，并運輸到植物體的各個部分；或變成淀粉暫時儲存在葉綠體中，因此光照條件下在葉片中能檢測到淀粉的存在。
④能量變化：NADPH、ATP中活躍的化學能變?yōu)橛袡C物中穩(wěn)定的化合能。光反應為碳反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi、NADP＋。
光反應減慢，提供的ATP和NADPH減少，碳反應中固定CO2的速率也會隨之降低。如果CO2供應量減少，ATP和NADPH消耗降低，可提供給光反應的ADP和NADP+不足，同樣制約光反應進行的速率。中午陽光直射條件下，一些陸生植物關閉氣孔以減少蒸騰，CO2吸收下降，光反應速率也會降低。
光合作用：C3和C5含量變化
光合作用的強度，又稱為光合速率，可以用單位面積葉片在單位時間內進行光合作用釋放的O2量或消耗的CO2量來表示。植物的光合速率不僅受內在因素的控制，還受多種環(huán)境因索的影響。
3. 光合作用受環(huán)境因素影響—光照強度
凈光合作用：實際光合作用消耗CO2量—呼吸作用釋放CO2量。
弱光下光合速率會隨光照強度增大而提高，但是當光合作用達到最大速率后，再提高光照強度，光合速率不再提高。
3. 光合作用受環(huán)境因素影響—CO2濃度
CO2是光合作用的原料，大氣中CO2濃度約為 0.03%，基本穩(wěn)定。在人工溫室栽培時補充室內CO2的濃度，可使一些作物生長加快，增產效果明顯。 原理：CO2影響碳反應階段，制約C3的形成。 限制因素，光照強度，酶，色素等。
3. 光合作用受環(huán)境因素影響—水和無機鹽
水：光合作用的原料，缺水會導致光合作用速率的減慢甚至停止。許多陸生植物葉片表面有厚的蠟質層，還有一些植物在中午陽光直射時會關閉氣孔，從而減少水分蒸騰。 補充：無機鹽：缺鎂葉綠素的形成，影響光反應，缺氮（酶不能形成，光碳反應都有酶）、缺磷（ATP、NADPH不能合成），所以都會影響光合作用。
3. 光合作用受環(huán)境因素影響—溫度
溫度主要影響酶的活性和蛋白質的功能。熱帶、溫帶和寒帶植物都有各自適合生存的溫度范圍，低于或高于這個范圍，光合作用效率降低。不同地區(qū)植物光合作用的適合溫度范圍有所差異。
影響光合總用的因素總結
1.下列實驗或操作中，采用的技術手段相似的一組是（ ） ①證明光合作用過程中釋放的氧氣來自水 ②利用大腸桿菌生產人的胰島素③單克隆抗體的制備 ④T2噬菌體侵染細菌實驗⑤鑒定乳制品和飲水中是否含有大腸桿菌 ⑥探明CO2轉化為有機物的途徑A．②③④ B．①④⑥ C．②③⑤ D．①②④
2.某科學家曾做過一個實驗，將小鼠放在不同的密封、恒溫的鐘罩內，實驗處理方案如表1，小鼠最先死亡的一組是( )A．甲B．乙C．丙D．丁

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第4節(jié) 葉綠體將光能轉換并儲存在糖分子中

版本： 滬科技版（2020）

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