
“葉子概念車”的工作原理模擬葉子的什么功能?它的動(dòng)力從何而來(lái)?
上??萍拣^的新能源汽車“葉子概念車”,汽車上面形狀如同一片綠葉,猶如流動(dòng)的植物,可以利用陽(yáng)光進(jìn)行光合作用制造能量驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn),與自然共同呼吸、和諧相處。欣賞視頻《葉子概念車》。
探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)
概念:指綠色植物通過(guò) ,利用光能,把 轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并且釋放出 的過(guò)程。 ?反應(yīng)式: 。
光合作用釋放的氧氣是來(lái)自原料中的水還是二氧化碳呢? 我們先來(lái)分析科學(xué)家做過(guò)的一些實(shí)驗(yàn)。
資料1:1937年,英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn),在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O,沒(méi)有CO2),在光照下可以釋放出O2。
探討一 光合作用中O2產(chǎn)生的探索
(1)根據(jù)資料1,嘗試補(bǔ)充完整希爾的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式。
資料1 1937年,英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn),在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(如Fe3+,懸浮液中有H2O,沒(méi)有CO2),在光照下可以釋放出O2。
(2)希爾實(shí)驗(yàn)可以證明氧氣來(lái)自水,能否確定氧氣全部來(lái)自水?
(3)若要證明氧氣全部來(lái)自水或二氧化碳,可采用什么方法?
不能,該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾,也并沒(méi)有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。
可以采用同位素示蹤法,用18O分別標(biāo)記H2O和CO2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
資料2 1941年,美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)用同位素示蹤法研究了光合作用中O2的來(lái)源,他們用18O分別標(biāo)記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2,然后進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn):
(4)圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量之比是多少?
圖中A、B物質(zhì)是氧氣,均來(lái)自反應(yīng)物中的H2O。A、B物質(zhì)分別為O2、18O2,二者的相對(duì)分子質(zhì)量之比為32∶36=8∶9。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來(lái)自? 水 ?。
資料3:1954年,美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)等用游離的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。在給葉綠體光照時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)向反應(yīng)體系供給ADP、Pi時(shí),體系中就會(huì)有ATP的產(chǎn)生。1957年,他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。(6)根據(jù)資料3中實(shí)驗(yàn),你可以得出什么結(jié)論?
光照條件下,水光解的同時(shí),ADP和Pi合成ATP。
(7)嘗試用示意圖來(lái)表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。
H2 O O2 +NADPH +能量
ADP + Pi + ATP
拓展:葉綠體類囊體薄膜上能量轉(zhuǎn)化示意圖
離體葉綠體實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果
(3)結(jié)論:CO2轉(zhuǎn)化成(CH2O)需要_____反應(yīng)提供_________和______ 。
資料4:美國(guó)的卡爾文用小球藻進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將其裝在一個(gè)透明的密閉容器中,他向密閉容器中通入14CO2,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5 s時(shí),14C出現(xiàn)在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中,將反應(yīng)時(shí)間縮短到0.5 s時(shí),14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中。經(jīng)9年左右的時(shí)間,他終于弄清了光合作用中暗反應(yīng)的碳循環(huán)途徑。
(1)請(qǐng)用符號(hào)和箭頭表示碳的轉(zhuǎn)移途徑。
探討三 光合作用中有機(jī)物產(chǎn)生
(2)如果要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物是什么,請(qǐng)說(shuō)出可能的實(shí)驗(yàn)思路。
不斷縮短光照時(shí)間后殺死小球藻,同時(shí)提取產(chǎn)物并分析,直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物,該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物。
(3)根據(jù)卡爾文的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)推測(cè)C3與C5之間的關(guān)系。
C3與C5之間是相互循環(huán)的
資料5 卡爾文又通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如果光照下突然中斷 CO2 供應(yīng),C3急劇減少而 C5增加。
2.探索C5和C3的關(guān)系
1.(2023·廣東肇慶高一期末)1937年,英國(guó)植物學(xué)家希爾(R.Hill)發(fā)現(xiàn),將離體的葉綠體加入具有氫受體(如NADP+)的水溶液中,在無(wú)CO2的條件下給予光照,發(fā)現(xiàn)葉綠體有氧氣放出,生成NADPH(還原型輔酶Ⅱ)。像這樣,離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解,產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。下列相關(guān)分析錯(cuò)誤的是A.希爾的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)B.在此過(guò)程中,H2O分解產(chǎn)生O2的同時(shí),還生成了NADPHC.光合作用中O2的釋放和CO2的利用,是可以暫時(shí)分離的D.光合作用整個(gè)過(guò)程都直接需要光照
2.光合作用的科學(xué)研究經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索過(guò)程,眾多科學(xué)家作出了重要貢獻(xiàn)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
根據(jù)是否需要光能,這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)(現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng))兩個(gè)階段。
葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上
光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能
NADPH的合成: H++NADP+ NADPH
NADPH 、ATP、酶
活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能
嘗試構(gòu)建光合作用過(guò)程模型
不需光、酶、NADPH、ATP
水的光解; ATP、NADPH的生成
CO2的固定; C3的還原
活躍化學(xué)能
光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ),為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi、NADP+ 。
討論:葉綠體處不同條件下,C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的動(dòng)態(tài)變化?
ATP、ADP分別從哪里轉(zhuǎn)移到哪里?
ATP從類囊體薄膜轉(zhuǎn)移葉綠體基質(zhì),ADP從葉綠體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到類囊體薄膜
3.(2023·黑龍江哈爾濱高一期末)如圖表示光合作用示意圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是
A.類囊體薄膜上有吸收光能的4種色素B.物質(zhì)②中可儲(chǔ)存活躍的化學(xué)能,物質(zhì)③為NADPHC.在光照供應(yīng)充足時(shí),突然停止供應(yīng)物質(zhì)④,C5的含量將迅速下降D.在整個(gè)光合作用過(guò)程中,植物將太陽(yáng)能最終轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能
4.光合作用過(guò)程的正確順序是①二氧化碳的固定 ②氧氣的釋放 ③葉綠素吸收光能 ④水的光解 ⑤三碳化合物被還原A.④③②⑤① B.④②③⑤① C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
5. 在適宜反應(yīng)條件下,用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后,突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì),組合正確的是A.紅光,ATP下降 B.紅光,未被還原的C3上升C.綠光,NADPH下降 D.綠光,C5上升
水的光解NADPH 和 ATP 的形成
CO2 的固定C3 的還原
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