2021—2022学年 高一上学期 人教版 必修1 第4节 能量之源——光与光合作用 课件（54张PPT）

(共54张PPT)
第4节
能量之源
—光与光合作用
太阳光中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。
绿色植物也能捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？
一、
捕获光能的色素和结构
我们知道，玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与细胞中的色素有关。
今天，下面的这个实验，主要目的是探究绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取和分离的方法，并设法将这些色素分离开。
绿叶中有哪些色素呢？
叶绿体中色素的提取和分离
【实
验】
实验程序
实验结果：
讨论：滤纸条上有几条不同颜色的色带？
其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？
绿叶中的色素有4种，可以归纳为两类：
孝义市第二中学郭玉海
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
绿叶中的色素
分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
色素的吸收光谱
叶绿素溶液
类胡萝卜素溶液
叶绿素主要吸收___________
类胡萝卜素主要吸收________
蓝紫光、红光
蓝紫光
色素的吸收光谱图
400
500
600
700nm
100
50
吸收光能百分比
叶绿素
类胡萝卜素
可
见
光
区
　
从连续光谱可以看到不同波长的光被吸收的情况：叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。对绿光的吸收最少。绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
吸收、传递、转化光能
问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
光合色素的作用：
1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。
1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体
叶片中的叶肉细胞
绿叶
回顾
叶肉细胞
亚显微结构模式图
叶绿体亚显微
结构模式图
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？
色素：基粒类囊体的薄膜上
酶：基粒类囊体的薄膜上和叶绿体基质中
二、叶绿体结构
1880年，恩格尔曼(C.Engelmann)的实验：
极细的光束
没有氧气的黑暗环境
没有氧气的有光环境
1.恩格尔曼实验的结论是什么？
2.恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
3.从资料2可以得出什么推论？
氧是由叶绿体释放出来的，
叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
叶绿体是进行光合作用的场所。
讨论：
（1）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。
（2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验能顺利进行。
（3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵细胞中放O2
部位。
（4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
总结
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
光合作用的定义
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
三、光合作用的探究历程（P101－102）
结论：水分是植物制造自身物质的原料。
17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？
1779年，荷兰的英格豪斯
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。
水
二氧化碳
氧气
光
？
光能
化学能
储存在什么物质中？
德国梅耶
1864年，萨克斯(德)的实验
（置于暗处几小时）
思考：目的是什么？
一半遮光
一半曝光
为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽
1864年，（德）萨克斯的实验
绿色叶片中光合作用中产生了淀粉
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
结论
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
返回
光合作用氧气来源的探究（１８３９年）
美国卡尔文
用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
年代
科学家
结论
1664
海尔蒙特
水分是植物建造自身的原料
1771
普利斯特利
植物可以更新空气
1779
英格豪斯
只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1845
R.梅耶
植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864
萨克斯
绿色叶片光合作用产生淀粉
1880
恩格尔曼
氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。
1939
鲁宾
卡门
光合作用释放的氧来自水。
20世纪40代
卡尔文
光合产物中有机物的碳来自CO2
1.场所：叶绿体
2.条件：光
3.原料：二氧化碳、水
4.产物：糖类
、氧气
通过以上的研究和探索，你能说出光合作用的场所、条件、原料、产物是分别是什么吗？
CO2
+
H2
O
光能
叶绿体
（CH2O)+
O2
你能用一个化学反应式表示出来吗
四、光合作用的过程
CO2+H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+O2
光合作用过程
光反应
暗反应
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应有光可以进行吗？无光呢？
暗反应有光可以进行吗？无光呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
H2O
类囊体膜
酶
Pi
＋ADP
ATP
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O
[H]
+
O2
光能
（还原剂）
ATP的合成：
ADP＋Pi
＋能量（光能）
ATP
酶
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
[H]
场所：
条件：
物质变化
能量变化
进入叶绿体基质，参与暗反应
供暗反应使用
O2
暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5
2C3
酶
C3的还原：
ATP
[H]
、
ADP+Pi
叶绿体的基质中
ATP中活跃的化学能转变为糖类等
有机物中稳定的化学能
2C3
(CH2O)
酶
糖类
[H]
、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2
五碳化合物
C5
CO2的固定
三碳化合物
2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
[H]
C5
CO2
五碳化合物
C5
CO2的固定
三碳化合物
2C3
C3的还原
叶绿体基质
多种酶
H2O
类囊体膜
酶
Pi
＋ADP
ATP
[H]
糖类
卡尔文循环
O2
联系
比较光反应、暗反应
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
不需光、酶、[H]、ATP
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质中
水的光解；
ATP的生成
CO2的固定；
C3的还原ATP的分解
ATP中活
跃化学能
光能
ATP中活
跃化学能
有机物中稳
定化学能
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi
。
6CO2+12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
元素来龙去脉
光合作用完整反映式(计算式)
五、光合作用原理的应用
1、实验---探究环境因素对光合作用强度的影响
CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。
例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。
2、影响光合作用的因素：
（1）.光照：(光合作用的动力)光照强度、光照时间、光质
适当提高光照强度、延长光照时间
促进光反应，产生更多的
ATP
和
[H]
思考：如果其它条件正常，突然停止光照，
C3、C5、ATP、[H]的含量会怎么变化？
C3↑
C5、ATP、[H]
↓
光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。
③光照时间
植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加
②光照强度
叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。
①光的波长
②光照强度
A点：
AB段：
B点：
BC段：
C点：
光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度
随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用
光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率
随光照强度不断增强，光合作用不断增强
光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强
净
总光合量
=
净光合量
+
呼吸作用
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
A点：黑暗时，
只进行细胞呼吸
区别植物体的吸收或释放与叶绿体的吸收和释放
CO2
O2
AB段：弱光下，
光合作用小于细胞呼吸
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
O2
CO2
CO2
O2
B点：光补偿点，
光合作用等于细胞呼吸
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
O2
CO2
BC1段：强光下，
光合作用大于细胞呼吸
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
O2
CO2
CO2
O2
（2）.CO2浓度：光合作用的原料之一
适当提高空气中CO2浓度，促进暗反应进行
思考：夏天正午气孔关闭时C3、C5、
ATP、[H]的含量会怎么变化？
C3
C5、ATP、[H]
↓
↑
光
合
速
率
思考：如果其它条件正常，突然停止CO2供应，C3、C5、ATP、[H]的含量会怎么变化？
C3减少、C5增加、ATP增加、[H]增加
3.H2O：原料之一
4.温度：影响酶活性
5.矿质元素：叶绿素的组成元素ＣＨＯＮＭg
6.叶龄：
光照/CO2/H2O/矿质元素
光
合
速
率
光
合
速
率
温度
光
合
速
率
叶龄
（3）提高农作物光合作用强度的措施
1、适当提高光照强度、延长光照时间
3、适当提高CO2浓度
4、适当提高温度
5、适当增加植物体内的含水量
6、适当增加矿质元素的含量
2、合理密植
六、化能合成作用
利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物。少数的细菌，如硝化细菌。
2NH3+3O2
2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2
2HNO3+能量
硝化细菌
举例：
6CO2+6H2O
C6H12O6+6O2
能量
自养生物:
以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。
异养生物:
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
所需的能量来源不同（光能、化学能）
光能自养生物
绿色植物
硝化细菌
化能自养生物
例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（
）
A、[H]
B、C5化合物
C、ATP
D、CO2
B
2、与光合作用光反应有关的是（
）
①H2O
②ATP
③ADP
④CO2
A.①②③
B.②③④
C.①②④
D.①③④
A
3、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是
A.
上升；下降；上升
　B.
下降；上升；下降
C.
下降；上升；上升
　
D.
上升；下降；下降
C
4、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（
）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
D
5、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的
部位在叶绿体中依次为
(
)
①外膜
②内膜
③基质
④类囊体膜
A．③②
B．③④
C．①②
D．④③
B
6、光合作用过程的正确顺序是（　）
①二氧化碳的固定
②氧气的释放
③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤①
B.④②③⑤①
C.
③②④①⑤
D.③④②①⑤
7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（　）
Ａ．三碳化合物　Ｂ．五碳化合物
Ｃ．［Ｈ］　　　Ｄ．氧气　
Ｄ
Ｂ
8、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最先（
）
A、在植物体内的葡萄糖中发现
B、在植物体内的淀粉中发现
C、在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现
D、在植物体周围的空气中发现
D
9、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（
）
A、CO2
叶绿体
ATP
B、CO2
叶绿素
ATP
C、CO2
乙醇
糖类
D、CO2
三碳化合物
糖类
D
10、在光合作用过程中，能量的转移途径是
A、光能
ATP
叶绿素
葡萄糖
B、光能
叶绿素
ATP
葡萄糖
C、光能
叶绿素
CO2
葡萄糖
D、光能
ATP
CO2
葡萄糖
B
（2）光强度
B：光补偿点
C2：光饱和点
光照强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
c
a
b
b(总光合量
)
=
a(净光合量
)
+
c(呼吸作用)
光补偿点：光合作用吸收的CO2和呼吸放出CO2相等时的光强度。
光饱和点：光合作用达到最强时所需的最低的光强度。