5.4 光合作用与能量转化
学习目标 1. 说出绿叶中色素的种类合作用。 2. 说出叶绿体的结构和功能。
3. 说出光合作用的过程以及对光合作用的认识 4. 尝试探究影响光合作用强度的环境因素 5. 说出光合作用原理的应用 6. 简述化能合成作用。
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物途径。因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应” 一、捕获光能的色素和结构
基础梳理 1． 捕获光能的色素
（1）探究·实践 绿叶中色素的提取和分离
绿叶中的色素能够溶解在有机溶液 中，所以，可以用其提取绿叶中的色素。由于色素存在于细胞内，需要先破碎细胞才能释放出色素。绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤紙上扩散得快，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。 目的提求?
①进行绿叶中色素的提取和分离。?②探究绿叶中含有几种色素。 材料用具
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）。?
干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，?剪刀，药匙，量简（10 mL），天平等。?无水乙醇（也可用 的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替），层析液?（由20份在60~90℃下分馏出来的石油醚、?2份丙酮和1份苯混合而成），二气化硅和碳酸钙。 方法步骤
1）提取绿叶中的色素
【1】称取5 g绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
【2】向研体中放入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨（二氧化硅有助于 ，碳酸钙可防止 ）。 【3】将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 2）制备滤纸条
将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再 将滤纸条一端 ，并在距这一端底部1 cm处用铅笔画一条细的横线。 3）画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地面出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次。
4）分离绿叶中的色素将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。也可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯。 5）观察与记录
观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素点的颜色和宽窄。将观察结果记录下来
（2）绿叶中的色素有4中，他们可以归为两大类：
叶绿素 叶绿素a（ ） （含量约占 ） 叶绿素b（ ） 绿叶中的色素 类胡萝卜素 （橙黄色） （含量约占 ） （黄色）
科学家做过这样的实验：在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜。阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。
实验结果表明：叶绿素a和叶绿素b主要吸收 和 ，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。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。
（3）一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
2． 叶绿体的结构适于进行光合作用
如果把水稻、苹果等被子植物的叶肉细胞放在光学显微镜下观察，可以看到叶绿体
一般呈扁平的 。不过，叶绿体内更精细的结构，就必须用电子显微镜观察才能看清楚。
观察电子显微镜下的叶绿体结构，可以看到，叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为 。吸收光能的4种色素就分布在
上。基粒与基粒之间充满了基质。
每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。据计算，1 g菠菜叶片中的类囊体的总面积竞有60 m2左右。
恩格尔曼的实验直接证明了 。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。
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。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。
易错提示 （1）叶绿素和类胡萝卜素对绿光不是不吸收，只是吸收量较少；但是类胡萝卜素对红光是不吸收的。
（2）植物细胞的液泡中含有的色素不能进行光合作用。
（3）叶绿体存在于植物绿色部分的细胞种，如叶肉细胞；非绿色部位的细胞没有叶绿体。
二、光合作用的原理和应用
基础梳理 我们知道，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。这一过程可以用下面的化学反应式来概括，其中
表示糖类。 （CH2O）CO2+H2O?????（CH2O）+O2·
光能
叶绿体
3． 光合作用的原理
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，而是分阶段进行的。实际上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。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（现在也称为碳反应）两个阶段。 （1）光反应阶段
光反应阶段光合作用第一个阶段的化学反应，必须 才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在 上进行的。
叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途。一是将水分解为 和 ，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Ⅱ（NADPH）。NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的
化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。这样，光能就转化为储存在ATP中的化学能。这些ATP将参与第二个阶段合成有机物的化学反应。
（2）暗反应阶段
暗反应阶段光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在 中进行的。在这一阶段， 被利用，经过一系列的反应后生成 。
2019-2020学年高中生物人教版(2019)必修一学案：第5章 细胞的能量供应和利用 5.4光合作用与能量转化 Word
