(共18张PPT)
高一—人教版—生物学必修1—第5章
光合作用与能量转化第1课时
光合色素的提取与分离
本课时重点
1
光合色素的种类
2
捕获光能的色素
植物工厂能够在
人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下生产蔬菜和其他植物。
在自然界，万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应”。
植物捕获光能需要依靠特定的物质和结构。
捕获光能的色素
H2O
CO2
C6H12O6 O2
对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主要器官。这些植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。在玉米地里，有时可以看到叶片中不含绿色色素的白化苗。这样的白化苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。
叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
捕获光能的色素
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
思考·探究
1.用什么方法获得绿叶中的色素？
2.绿叶中的色素是一种还是多种？
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
提取色素要注意什么？
1.破碎细胞和叶绿体，使色素充分释放。
2.保证色素的结构和活性不被破坏。
3.使色素溶解于试剂中。
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
提取色素的原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取色素。
回答以下问题：
1.色素提取时所用的试剂及作用是什么？
无水乙醇：溶解色素；
二氧化硅：有助于研磨得充分；碳酸钙：防止研磨中色素被破坏。
2.菠菜叶放置24-36小时的原因是什么？
防止水分过多影响提取效果。
3.研磨时应注意什么？原因为何？
迅速且充分。保证色素释放地更加充分且挥发量少。
纸层析法
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
分离色素的方法
分离色素的原理：
不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的，随层析液在滤纸上扩散得快；溶解度低的，随层析液在滤纸上扩散得慢。
并阅读教材98—99页的探究·实践，回答相关问题。
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
任务2
1.制备滤纸条时减去两角的作用是什么？
使层析液同时到达滤液细线，防止两边色素扩散过快，色素带不整齐。
2.画滤液细线的原则是什么？目的是什么？
要求：细、直、匀，待滤液干后，再重画一两次。
目的：使色素带平整、不重叠，积累更多色素，使色素分离效果更明显。
3.在层析液中分离时要注意什么？原因是什么？
不能让滤液细线触及层析液，否则滤液细线中的色素会溶解在层析液中，而不能在滤纸上扩散。且为了减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，应在通风好的条件下进行实验。实验结束后尽快用肥皂水洗手。
类胡萝卜素
叶绿素
（含量约3/4）
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）
绿叶中的光合色素
结合视频及教材，回答以下问题：
4.分离后的色素有几种？有何差异？
与生活的联系
花青素是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素。水果、蔬菜 、花卉中的主要呈色物质大部分与花青素有关，在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。
归纳总结
1.绿色植物通过光合作用捕获光能。绿叶中与光合作用有关的色素有4种，分类两大类，分别是类胡萝卜素和叶绿素，类胡萝卜素包含胡萝卜素和叶黄素，叶绿素包含叶绿素a和叶绿素b。
2.利用绿叶中的色素溶解于有机溶剂的特点，可通过研磨、过滤的方法提取得到。
3.利用绿叶中的四种光和色素在层析液中的溶解度不同 ，可通过纸层析法进行分离。
色素提取分离四个常见异常现象原因分析
（一）滤液绿色过浅的原因
1.使用放置多天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少；
2.未加二氧化硅，研磨不充分；
3.一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低
(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；
4.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
（二）滤纸条色素带重叠的原因
1.滤液细线不直； 2.滤液细线过粗。
改善措施
（二）滤纸条色素带重叠的原因
改善措施
（三）滤纸条无色素带的原因
1.忘记画滤液细线；
2.使用蒸馏水提取色素；
3.滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
（四）滤纸条上只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带的原因
1.忘记加CaCO3，导致叶绿素被破坏；
2.所用叶片为黄叶。(共18张PPT)
光合作用与能量转化第3课时
高一—人教版—生物学必修1—第5章
绿色植物通过 ，利用 ，把_____________转化成储存着能量的 ，并且释放 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
一、光合作用的概念
(1)光合作用的实质：
合成有机物，储存能量。
原料：二氧化碳 水
产物：有机物(糖类) 氧气
场所：叶绿体
条件：光能 多种酶
(2)光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？
二、光合作用的原理
问题 教材P102
（1）叶绿体如何将光能转化为化学能？
（2）如何将化学能储存在糖类等有机物中？
（3）光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？
CO2 + H2O (CH2O) + O2
光能
叶绿体
思考·讨论 教材P102 探索光合作用原理的部分实验
探索光合作用原理的部分实验
19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
甲醛对植物有毒害作用。
甲醛不能通过光合作用转化成糖。
CO2
O2
C
+
H2O
HCHO
CH2O
不科学
1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
希尔反应：
离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
讨论 1 希尔反应能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
探索光合作用原理的部分实验
讨论2 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是
同一个化学反应？
希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2。
实验说明：水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法研究了光合作用中O2的来源，他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2 ，使它们分别变成H218O和C18O2 ，进行了两组实验：
C18O2
H2O
O2
小球藻
CO2
H218O
18 O2
小球藻
结论：
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，并不来源于二氧化碳。
探索光合作用原理的部分实验
1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是和水的光解相伴随。
探索光合作用原理的部分实验
（一）光反应阶段
必需有光才能进行，在类囊体的薄膜上进行。
类囊体薄膜上的光合色素
H2O
O2
H+
ADP + Pi
酶
光、酶、色素
能量转化：
光能
ATP和NADPH中活跃化学能
NADPH（还原型辅酶Ⅱ）
+ NADP+
+ 光能
ATP
条件：
二、光合作用的原理
（二）暗反应阶段 有没有光都能进行，在叶绿体的基质中进行
1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照，让小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。
二、光合作用的原理
CO2
C5
2C3
NADPH
供氢
酶
(CH2O)
糖类
多种酶
参加催化
能量转化：
ATP和NADPH中活跃的化学能
糖类中稳定的化学能
酶
ATP
供能
ADP+Pi
（二）暗反应阶段
卡尔文循环
还 原
固定
二、光合作用的原理
（三）光反应和暗反应的区别与联系
光反应 暗反应
区别 所需条件
进行场所
物质变化
能量转化
联系 物质变化上的联系
能量转化上的联系
必须有光
有光或无光均可
类囊体薄膜
叶绿体基质
水光解为O2和H+;
ATP和NADPH的合成
ATP和NADPH的分解；
CO2的固定；C3的还原；
光能转化为ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH;
暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+
类囊体薄膜上的光合色素
H2O
O2
H+
ADP + Pi
酶
NADPH
+ NADP+
+ 光能
ATP
CO2
C5
2C3
酶
(CH2O)
糖类
多种酶
参加催化
酶
供能
还 原
固定
光反应阶段
暗反应阶段
归纳总结
高一——人教版——生物学——第5章
一、光反应和暗反应的区别与联系
光反应 暗反应
区别 所需条件
进行场所
物质变化
能量转化
联系 物质变化上的联系
能量转化上的联系
必须有光
有光或无光均可
类囊体薄膜
叶绿体基质
水光解为O2和H+;
ATP和NADPH的合成
ATP和NADPH的分解；
CO2的固定；C3的还原；
光能转化为ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH;
暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+
1.为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？
因为光反应为暗反应提供的NADPH、ATP是有限的。
O可在释放的O2中检测到；H可在产生的糖类中检测到。
2.试利用同位素示踪法分析光合作用过程中各元素的转移途径。
(1)用放射性同位素分别标记H2O中的H和O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？
(2)若标记CO2中的14C，请写出光合作用中14C的转移途径。
14CO2―→214C3―→(14CH2O)。
讨论
二、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(一)“过程法”分析各物质变化
NADPH
ATP
NADPH↓ATP↓
NADPH↑ATP↑
(二)“模型法”表示C3和C5的含量变化
C5、NADPH、ATP
C5、NADPH、ATP
C5、NADPH、ATP
C5、NADPH、ATP
突破光合作用过程的4个误区
(1)绿色植物中参与光合作用的色素只存在于叶绿体类囊体薄膜上，液泡中的色素不参与光合作用。
(2)绿色植物中参与光合作用的酶存在于叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。
(3)不能认为暗反应不需要光。光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应和暗反应。前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物NADPH和ATP，因此在无光条件下不可以长期进行。
(4)叶绿体并不是进行光合作用的必要场所：进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝藻、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。(共21张PPT)
光合作用与能量转化第2课时
高一—人教版—生物学必修1—第5章
不同色素对光的吸收差异
本课时重点
1
叶绿体的结构适于进行光合作用
2
类胡萝卜素
叶绿素
（含量约3/4）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）
绿叶中的光合色素
知识回顾
资料分析一
可见光谱
图：自然光通过三棱镜
图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带。
现象：色光带变暗，
且蓝紫光和红光大部分被吸收。
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
色素的功能
叶绿素（叶绿素a、叶绿素b）：
主要吸收蓝紫光和红光；
类胡萝卜素（叶黄素、胡萝卜素）：主要吸收蓝紫光。
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
N
不同色素对光的吸收课本P99 差异
为什么大部分叶片呈现绿色？
1.叶绿素含量约为绿叶中色素的3/4，且叶绿素a为蓝绿色，叶绿素b为黄绿色；
2.绿叶中的色素对绿光吸收最少，绿光被反射。
与实践生活的联系
分布： 主要分布在绿色植物的叶肉细胞中。
形态：
一般呈扁平的椭球型或球形。
叶绿体的结构
外膜
内膜
类囊体
基粒
基粒
基质
结构：
外膜
内膜
基粒：由多个类囊体堆叠而成，膜上含有色素和酶。基粒和类囊体极大地扩展了受光面积。
叶绿体的结构
1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。
基质
水绵
水绵的叶绿体形态：
螺旋带状分布。
叶绿体的结构
资料分析一
1881年，德国科学家恩格尔曼把载有水绵（一种绿藻，叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵。
巧妙之处
叶绿体的功能
实验目的：
探究叶绿体的功能。
实验原理：
需氧细菌会聚集在氧气含量多的部位。
巧妙之处
实验材料和器具：材料：水绵、需氧细菌
器具：载玻片、盖玻片、显微镜等。
选材原因： 水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察。
需氧细菌可确定释放O2的部位。
叶绿体的功能
自变量：
因变量：
相互对照组：
光照情况
氧气产生的情况
黑暗中用极细光束照射，叶绿体上的光照部位和未光照部位。
实验结果：
黑暗中用极细光束照射，需氧细菌只向叶绿体被光束照射的部位集中。
实验结论：
叶绿体在光照条件下能吸收光能用于光合作用放氧。
光下细菌分布在叶绿体所有受光部位。
叶绿体的功能
自变量： 光的波长（光质）
因变量： 氧气产生的情况实验结果：
大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
实验结论： 叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放氧。
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。
叶绿体的功能
归纳总结
叶绿体功能
叶绿体能够捕获光能，进行光合作用。
叶绿体结构
外膜内膜
基粒：由多个类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含有吸收光能的4种色素和多种光合作用所必需的酶。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。基粒和类囊体极大地扩展了受光面积。
基质：含多种光合作用所必需的酶。
相适应
练习与应用
1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
（1）叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（×）
（2）叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。
（√）
（3）植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。
（×）
练习与应用
A.所有植物细胞中都含有4种色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ A ）。
1.蔬菜大棚中的“塑料薄膜”应选择什么颜色呢？
塑料大棚栽培时常选择
“无色塑料”，以便透过各色光，提高光能利用率。
2.植物工厂中“补光”时应选择什么颜色呢？
不同波长的光具有明显不同的生物学效应，包括对植物的形态结构与化学组成，光合作用和器官生长发育等方面的不同影响。
植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。
3.恩格尔曼实验中的巧妙之处有哪些？
水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察。
需氧细菌可确定释放O2多的部位。
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
用极细光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
蓝细菌是原核生物，没有叶绿体。但细胞内含有藻蓝素和叶绿素，以及与光合作用有关的多种酶，因此也能进行光合作用。
4.只有绿色植物可以进行光合作用吗？(共23张PPT)
光合作用与能量转化第4课时
高一—人教版—生物学必修1—第5章
影响光合作用的因素及其应用
本课时重点
1
化能合成作用
2
光照强度
光的波长
光照时间
光照面积
二氧化碳浓度
水
色素
酶
矿质元素
温度
一、影响光合作用的因素
环境中CO2浓度
气孔开闭情况
打出小圆形叶片
抽出叶片的气体
（一）影响因素--光照强度
实验：
探究光照强度对光合作用强度的影响
单位时间内
CO2固定量、
O2产生量、
有机物合成量
叶圆片沉到水底
给予不同强度光照，记录相同时间内圆叶片上浮至液面的数量。
探究光照强度对光合作用强度的影响
光照强度
光合作用强度
可用单位时间叶圆片上浮的数量来表示
结果分析：光照越强，小叶片浮起数量_________，
说明光合作用强度_________。
越多
越强
实验分析
自变量：
因变量：
可通过调节灯泡瓦数或灯泡与烧杯距离来设置
实际光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
O2释放量
CO2吸收量
积累量(增重部分)
用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
①光合作用产生的O2量＝实测的__________＋细胞呼吸消耗的O2量。
②光合作用固定的CO2量＝实测的__________＋细胞呼吸释放的CO2量。
③光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的_________________＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。
实际光合速率 O2产生速率 CO2固定（或消耗）速率 有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
实际光合速率、净光合速率和呼吸速率的表征与识别
真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
1.关键点：
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸；
B点：细胞呼吸释放的CO2量 = 光合作用吸收的CO2量
此时对应的光照强度称为光补偿点；
C点：达到最大光合作用强度时所对应的光照强度，
称为光饱和点，
此后光照强度增加，光合作用强度不再增加。
2.关键线段：AB段光合作用的强度_______细胞呼吸的强度；
BC段光合作用的强度______细胞呼吸的强度。
<
>
（一）影响因素--光照强度
（一）影响因素--光照强度
在农业生产上可以通过适当增强光照强度来提高光合作用速率。
光合作用原理的应用
（二）影响因素-- CO2浓度
请同学们观看视频《探究CO2对光合作用速率的影响》。
1.走势分析：一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增大而增大。
2.关键点分析：
A点：光合作用速率=细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点。
B点：达到最大光合作用强度所需的最小CO2浓度，称为CO2饱和点，
此后CO2浓度增加，光合作用强度不再增加。
（二）影响因素-- CO2浓度
（二）影响因素-- CO2浓度
光合作用原理的应用
在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。
1.影响原理：
温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度。
（三）影响因素—温度
2.曲线分析：
B点：最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度，光合作用强度都会下降。
（三）影响因素—温度
生产上可以增大昼夜温差，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
光合作用原理的应用
农业生厂上适时、适量地施肥加水，可提高农作物产量。
水和无机营养
N：酶及ATP的重要组分
P：磷脂、ATP的重要组分
Mg：叶绿素的重要组分
水是光合作用的原料，
缺水既可直接影响光合作用，
又会导致叶片气孔关闭，
限制CO2进入叶片，
从而间接影响光合作用。
（四）影响因素—水和无机营养
提高农作物产量的途径
途径
措施或方法
延长光照时间
增大光合作用面积
提高光合作用速率
提高净光合作用速率
补充光照
间作、合理密植
提供适宜光照强度、提高CO2浓度、合理施肥
维持适当昼夜温差
归纳总结
例如：硝化细菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
将氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸，这两个反应释放出的化学能，被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类。
二、化能合成作用
一、光合作用与有氧呼吸的比较（以真核生物为例）
光合作用 有氧呼吸
场所
条件
物质 变化
能量 变化
实质
联系
C6H12O6等有机物中的化学能
光、色素、酶、H2O和CO2
叶绿体
细胞质基质、线粒体
O2、酶、H2O、C6H12O6
无机物转变成有机物
有机物氧化分解成无机物
ATP、NADPH中的
光能
有机物中的化学能
ATP中的化学能和热能
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量
光合作用为呼吸作用提供物质（有机物、O2）
呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）
化学能
二、实际光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
O2释放量
CO2吸收量
积累量(增重部分)
用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
①光合作用产生的O2量
＝实测的__________＋细胞呼吸消耗的O2量。
②光合作用固定的CO2量
＝实测的_________＋细胞呼吸释放的CO2量。
③光合作用产生的葡萄糖量
＝葡萄糖的_________________＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。
n3=n1+n2
m3=m1+m2
实际光合速率 O2产生速率 CO2固定（或消耗）速率 有机物产生（或制造、生成）速率
净光合速率 O2释放速率 CO2吸收速率 有机物积累速率
呼吸速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率
实际光合速率、净光合速率和呼吸速率的表征与识别
实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
三、净光合速率大小与细胞、植物生长的关系
净光合速率＞0，实际光合速率＞呼吸速率，细胞能够生长。
净光合速率＜0，实际光合速率＜呼吸速率，细胞不能够生长。
净光合速率=0，实际光合速率-呼吸速率，细胞能够维持生活。
植株≠叶肉细胞：
密闭小室中气体变化，
是整棵植株(绿色、非绿色部位)光合与呼吸作用综合影响的结果。
当密闭小室中CO2(或O2)初测值与末测值相等时：
