师：同学们，大家好，今天我们复习光与光合作用。光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把水和二氧化碳合成有机物，储存能量并释放氧气的过程。人们经过漫长探索才得出这一认识，今天我们就跟随科学家的脚步重温这段历史。

　　1648年，比利时科学家海尔蒙特通过柳树生长实验发现，植物构建自身的原料主要是水，而非土壤。1771年，英国科学家普利斯特利发现，绿色植物可以更新因蜡烛燃烧或小鼠呼吸而变得浑浊的空气。荷兰科学家英格豪斯重复500多次普利斯特利的实验后发现，植物光合作用需要光照。直到1785年拉瓦锡发现空气的成分，人们才知道光合作用是吸收二氧化碳，释放氧气。1845年，德国科学家梅耶根据能量守恒定律提出，在光合作用过程中，光能转变成化学能储存起来。那化学能存在哪里呢？1864年，德国科学家萨克斯通过实验证明，光合作用制造了淀粉。

　　光合作用的场所又在哪里呢？1880年，恩格尔曼用水绵和好氧细菌做实验，证明光合作用的场所是叶绿体。那光合作用释放的氧气是来自水还是二氧化碳呢？随着科学进展，科学家用同位素标记法证明，光合作用释放的氧气来自水。1941年，美国科学家鲁宾和卡门分别用氧18标记水中的氧，发现放出的氧气带有放射性氧18；再用放射性氧18标记二氧化碳中的氧，结果发现放出的氧气没有放射性，有力地证明了光合作用释放的氧气来自水。那有机物的合成是怎样的呢？20世纪40年代，卡尔文和他的团队同样用同位素标记法标记二氧化碳中的碳，发现了有机物的合成过程，这一过程被称为卡尔文循环。

　　绿色植物为什么能进行光合作用呢？因为绿色植物含有色素，那色素存在于细胞的什么结构中呢？大家都知道是叶绿体。下面我们复习一下叶绿体的结构。叶绿体分为外膜、内膜、基粒和叶绿体基质四部分。色素存在于哪个结构上呢？大家都知道色素存在于绿色的基粒上，而基粒是由一个个囊状结构堆叠而成，这些囊状结构我们称之为类囊体。所以说，捕获光能的色素分布在类囊体薄膜上。这些色素可以被提取出来吗？色素又有哪些种类呢？下面我们一起来复习绿叶中色素的提取和分离。

　　由于色素可溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以我们可利用这个原理提取色素，当然用有机溶剂丙酮也可以。提取出来后，我们又可利用色素能溶解在层析液中，且不同色素在层析液中溶解度不同的原理，将绿叶中的色素分离出来。溶解度高的色素在层析液中、在滤纸条上扩散得快，反之则慢。几分钟后，滤液中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。下面我们温习一下这个实验过程。

　　光合色素提取最经典的方法是研磨法。我们可以剪取5克新鲜浓绿的叶片，一般选菠菜叶片放入研钵中，同时加入二氧化硅、无水乙醇和碳酸钙进行研磨。大家还记得它们各自的作用吗？加入二氧化硅是为了研磨充分，破坏细胞结构，使色素从叶片中流出。无水乙醇的作用是提取色素，而碳酸钙则是防止色素分子被破坏。

　　充分研磨后，我们用单层尼龙布过滤出滤液，这样就获得了试管中的提取液。接下来要分离色素，分离方法是纸层析法。首先要制备滤纸条，通常在滤纸条底端剪两个小角，这样可让层析液扩散得更均匀。在距离滤纸条底边往上一厘米处，用铅笔画上细线。接着用毛细吸管蘸取提取出来的滤液，画在铅笔线位置，这一步叫画滤液细线，这是实验成功的关键一步。画滤液细线的要求是细、齐、直，并且要重复两到三次。因为这根细线上主要是要让足够的色素附着，所以重复时要等前一次干了以后再画。

　　滤液细线画好后，接下来进行层析。在试管中倒入层析液，然后把滤纸条放入层析液中，这里有个关键注意点，大家还记得吗？就是层析液不能没过滤液细线，或者说层析液的液面要低于滤液细线，否则色素全都溶解在层析液中就分离不出来了。然后在试管上部盖上盖子，因为层析液很容易挥发。

　　接下来静待几分钟，我们会发现色素会随着层析液在滤纸条上扩散。溶解度大的扩散得快，溶解度小的扩散得慢。大家还记得实验中得出了几条色素带吗？大多数同学应该分离出四条色素带。最上面一条扩散速度最快，颜色是橙黄色；第二条是黄色；第三条带呈蓝绿色；第四条带呈黄绿色。它们分别是什么色素呢？对应的色素分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。我们把胡萝卜素和叶黄素统称为类胡萝卜素，观察这两条色素带，它们相对较窄，说明含量较少，类胡萝卜素约占色素的1/4。而底下蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b，我们统称为叶绿素，它们的条带较宽，约占色素含量的3/4。不同色素对光的吸收有差异吗？我们把提取的色素液置于光源和三棱镜之间，发现连续光谱发生变化，在红光和蓝紫光区变暗，这说明提取出来的色素吸收了红光和蓝紫光。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光、蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。色素对绿光几乎不吸收，绿光被反射出来，这也是我们看到叶片呈绿色的原因之一。

　　光能吸收后有哪些用途呢？我们来复习一下光合作用的过程。光能被色素分子吸收后主要有两个用途：第一，把水分子光解，水被光解成氧气和还原氢，氧气通过气孔释放到外界环境，还原氢则进入光合作用的暗反应过程；第二，在酶的催化下，把ADP和Pi合成ATP，这样光能就转变成ATP中活跃的化学能储存起来。这部分反应需要光照，我们称之为光反应阶段。光合作用是一系列复杂过程，依据是否需要光，人为分为光反应阶段和暗反应阶段。暗反应阶段主要进行二氧化碳的固定，然后二氧化碳被还原生成有机物。暗反应阶段主要有两个过程：第一是二氧化碳的固定，二氧化碳和五碳化合物固定成两个三碳化合物；第二是三碳化合物被还原生成糖类，同时有五碳化合物再生。这样就构成了一个循环，也就是前面所说的卡尔文循环，所以暗反应也叫卡尔文循环。

　　暗反应能在暗处独立不断进行吗？显然不能，因为C3的还原需要ATP供能和还原氢供氢才能完成，所以暗反应不能独立存在。光反应和暗反应是光合作用整个过程中人为划分的两个阶段，暗反应需要光反应提供条件。提供什么条件呢？对，ATP和还原氢。接着我们分析一下，如果光照突然停止，细胞中没有ATP和还原氢了，C3化合物和C5化合物在细胞内的含量会有什么变化？短时间内，C3不能被还原，而二氧化碳的固定还在继续，所以C3的含量会上升。而C5的含量由于没有C3继续还原成C5，且细胞内原有的C5可以和二氧化碳固定成C3，所以C5含量会下降。

　　我们再改变一个条件，如果突然停止二氧化碳的供应，C3和C5化合物的含量又有什么变化呢？突然停止二氧化碳的供应，C3化合物的固定没有了来源，而光反应若能正常进行，C3还可以继续被还原生成糖类和C5。此时短时间内C3的含量会下降，而C5的含量则会上升。下面我们总结一下光合作用的过程。

　　我们分为光反应阶段、暗反应阶段。它们各自的场所在哪里呢？光合作用的光反应需要光照，吸收光的是类囊体薄膜上的色素，所以光反应的场所就在类囊体薄膜上。而暗反应以二氧化碳作为反应原料，二氧化碳被叶肉细胞吸收后进入叶绿体基质，所以暗反应的场所在叶绿体基质。它们各自的条件刚才已说过，光反应显然需要光照，并且需要有色素和酶等。暗反应需要光反应提供还原氢和ATP，暗反应本身是个复杂过程，每一步都需要酶催化，所以暗反应图解中有多种酶，需要多种酶的催化。光合作用光反应中的物质变化是水的光解和ATP的合成，暗反应中的物质变化是二氧化碳的固定和C3的还原。那能量变化呢？刚才问光能吸收后去哪了，通过光反应，光能转变成ATP中活跃的化学能，通过暗反应，ATP中活跃化学能用于C3的还原后，就储存到有机物中稳定的化学能。光反应与暗反应之间的联系相信大家很清楚了，光反应为暗反应提供还原氢和ATP，暗反应生成ADP和Pi，又促进光反应的进行。