高中生物人教版（2019）必修1- 5.4光合作用与能量转化（共68张ppt）

(共68张PPT)
第四节 光合作用与能量转化
第五章 细胞能量的供应和利用
正常苗
白化苗
思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？
不能进行光合作用，
不能持续正常地生长。
光合作用与细胞中的色素有关
思考：细胞哪些结构含有色素？
液泡：花青素
叶绿体：多种光合色素
叶绿体中的色素可以捕获光能
（一）绿叶中色素的提取和分离
实验原理：
①提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
②分离原理：不同的色素在层析液中的溶解度不同，从而导致色素随层析液在滤纸条上扩散速度不同
试剂：提取液：无水乙醇 分离液：层析液
一、捕获光能的色素和结构
探究·实践
方法与步骤
1、提取绿叶中的色素：
（1）称取5g绿叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中。
（2）向研钵中加少许的二氧化硅和碳酸钙，再加入10ml无水乙醇，迅速、充分地进行研磨。
（3）将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。
提取绿叶中的色素时二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇有什么作用？
二氧化硅：使研磨充分
碳酸钙：防止研磨中色素被破坏
无水乙醇：溶解、提取色素
过滤时为什么在漏斗基部放一块单层尼龙布？
防止漏斗口被堵塞；减少色素吸附。
讨论：
2、制备滤纸条
方法与步骤
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，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。
制备滤纸条时 滤纸条一端剪去两角，原因是什么？
使色素带整齐
讨论：
使用干燥滤纸定性滤纸的目的是什么？
可吸收较多滤液。
3、画滤液细线
方法与步骤
用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再重画一到两次。
讨论：
画滤液细线要画细而直的目的？
画滤液细线时重复画几次的目的？
防止色素带重叠影响色素分离效果。
增加色素含量使实验效果明显。
方法与步骤
4、分离色素
将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞进试管口。
注意：不能让滤液细线触及层析液，滤液细线中的色素就会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散。
分离绿叶中的色素不能让滤液细线触及层析液，原因是？
讨论：
防止色素溶解到层析液中
分离绿叶中的色素时用培养皿盖住烧杯，原因是？
防止层析液挥发
方法与步骤
5、观察与记录
观察滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色和宽窄。将观察结果记录下来。
讨论：
1、滤纸条上有几条色素带？他们是按照什么次序分布的？
2、滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
有4条。从上到下依次为：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）
说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散的快慢也不同；同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
叶绿素
类胡萝卜素
主要吸收红橙光和蓝紫光
主要吸收蓝紫光
色素
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
（蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
含量约占3/4
含量约占1/4
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
（二）捕获光能的色素
1、色素的种类
色素对光的吸收
四种色素对光的吸收
叶绿体中的色素提取液
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
叶绿素对绿光吸收很少
一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
（二）捕获光能的色素
2、四种色素对光的吸收
叶绿素：主要吸收蓝紫光和红光
类胡萝卜素：主要吸收蓝紫光
思考题1：绿叶为什么是绿色的？
1、叶绿素含量较多
2、叶绿素对绿光吸收很少，
绿光被反射出来。
3、叶肉细胞中含有叶绿体
思考题2：为什么深秋叶片呈现金黄呢？
由于叶绿素比类胡萝卜素易受低温的破坏，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。
1、根据刚才我们对不同色素对不同波长的光吸收的特点，温室或大棚种植蔬菜时应该选择什么补光灯进行补光？为什么？
红光、蓝紫光。
2、甲、乙、丙三盆麦苗哪个生长最快？
丙>乙>甲
问题探讨---理论联系实际
绿色透明薄膜
蓝紫色透明薄膜
无色透明薄膜
4、色素的功能：
其中：大多数的叶绿素a、全部的叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素可以吸收、传递太阳光能。
少数特殊状态的叶绿体a可以转化太阳光能。
3、色素存在场所：
叶绿体的类囊体薄膜上
吸收、传递、转化光能
典例1：甲、乙、丙、丁四位同学在利用新鲜菠菜叶片为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结果．下列分析正确的是
A、甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B、乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多
C、丙可能是正确操作得到的理想结果
D、丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
ABD
典例2、在做绿叶中色素的提取和分离实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关实验试剂的使用情况 如下表所示（“+”表示使用，“-”表示未使用），其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为
B
甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
水 + - - -
CaCO3 + + - +
SiO2 + + + -
A、①②③④
B、②④①③
C、④②③①
D、③②①④
对点训练
1、从植物叶片中提取光合色素并用纸层析法分离。结果如图。下列判断正确的是
A. 该植物叶片主要吸收蓝紫光和红光
B. 该植物叶片中含量最多的色素是叶绿素b
C. 提取色素时要加入蒸馏水、二氧化硅、碳酸钙
D. 滤纸条最上方的色素带呈蓝绿色
A
2、如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
D
外膜
内膜
基粒
基质
（三）捕获光能的结构——叶绿体
类囊体
基粒
（分布着四种色素）
叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。
1、叶绿体的结构
恩格尔曼的实验
没有空气的黑暗环境
没有空气的有光环境
装片中需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中
装片中需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位
结论：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
蓝紫光
红光
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域
结论：叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用。
资料2、在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。
1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
讨论：
氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，
用需氧细菌可确定释放氧气多的部位；
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
用极细的光束照射，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
讨论：
3、在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
4、综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
进行光合作用的场所
并且能吸收特定波长的光
2、叶绿体的功能
（三）捕获光能的结构——叶绿体
对点训练
3、下列关于叶绿体中类囊体的叙述正确的是
A．叶绿体中的一个个基粒就是一个个类囊体
B．全部光合色素都分布在类囊体的双层薄膜上
C．组成各基粒的类囊体之间没有结构上的联系
D．基粒和类囊体扩大了叶绿体的膜面积
D
4、1881年美国生物学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况（如图）。他得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是
A、细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强
B、好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强
C、好氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强
D、好氧细菌大量消耗O2，使水绵光合速率快，则该种光有利于光合作用
B
内化运用：若分别在ABC三个研钵中加入2克剪碎的新鲜菠菜绿叶并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色（或褐色）、几乎无色。则：
试回答：
(1)A处理得到的溶液颜色是_____________，
原因是_______________________。
(2)B处理得到的溶液颜色是_____________，
原因是_______________________。
黄绿色
部分叶绿素受到破坏
几乎无色
叶绿素不溶于水
(3)C处理得到的溶液颜色是_____________，
原因是_______________________。
深绿色
大量叶绿素溶于乙醇中
（4）若色素层析结果如下图，则绿叶组的滤纸条是 ，判断依据是： 。
A
嫩黄叶组的滤纸条是
B
判断依据是： 。
叶绿素a带和叶绿素b带较窄
叶绿素a带和叶绿素b带较宽
二、光合作用的原理和应用
（一）光合作用的概念：
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。
（二）总反应式：
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
（三）光合作用的原理
材料一
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
材料二
1937年，英国植物学家希尔（R.Hill）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。像这样，离体绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应
1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的元素全部来自水？
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它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
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？
能够说明。
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CO2 ，因此，该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。
材料三
1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。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。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组实验给同种植物提供H218O和CO2。在其它条件相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2
1954年 ，美国科学家阿尔农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于H2O ，而并不来源于CO2
4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系
H2O
光照
叶绿体
O2+NADPH+能量
ADP+Pi+能量
酶
ATP
1、光反应阶段
类囊体薄膜
H2O
]
[
ADP ＋ Pi
ATP
酶
1、光反应阶段
（2）条件：
（1）场所：
（3）物质变化：
（4）能量变化：
叶绿体内的类囊体薄膜上
光、色素、酶
水的光解：
2H2O 4H++O2
光能
NADP+
NADPH
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中
2、暗反应阶段
CO2
五碳化合物 C5
三碳化合物 2C3
糖类、水
ATP
NADPH
多种酶
CO2
的固定
C3的还原
叶绿体基质
2、暗反应阶段
叶绿体的基质中
多种酶、NADPH 、ATP
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
2C3 (CH2O) ＋C5＋H2O
酶
糖类
ATP、NADPH
ATP、NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
（1）场所：
（2）条件：
（3）物质变化：
（4）能量变化：
ATP的水解
ATP ADP＋Pi＋能量
酶
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
光合作用的过程图解：
（类囊体薄膜上）
（叶绿体基质中）
光能
活跃的化学能
有机物中
稳定的化学能
6CO2
+
12H2O
光
叶绿体
C6H12O6
6O2
6H2O
+
+
光合作用与呼吸作用有何联系？
4、光合作用反应式：
5、光合作用与呼吸作用的比较
光合作用作用 呼吸作用
本质
原料
产物
能量
场所
条件
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量
CO2、H2O
O2、葡萄糖等
O2、葡萄糖等有机物
CO2、H2O等
光能→活跃的化学能→稳定的化学能
稳定的化学能→
活跃的化学能和热能
叶绿体
细胞质基质、线粒体
需要光
酶
注：蓝细菌、光合细菌的光合作用场所是：细胞质
有氧呼吸场所是：细胞质基质、细胞膜
典例1．(2019·高考全国卷Ⅰ)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自于
A．水、矿质元素和空气　　
B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤
D．光、矿质元素和空气
A
对点训练
1.在甲、乙两试管中培养小球藻，给甲试管中提供C18O2和H2O,给乙试管提供CO2和H218O2,在适宜的光照条件下两试管最初释放的氧气分别应该是
A.甲为18O2,乙为O2
B.甲、乙均为18O2
C.甲为O2,乙为18O2
D.甲、乙均为O2
C
2.用放射性同位素分别标记二氧化碳和水，做了如下实验，下列就实验结果、结论的描述错误的是
A.物质a和物质b都是氧气
B.物质a无放射性，物质b有放射性
C.物质a和物质b的分子量相同
D.光合作用释放的氧气中氧元素来源于水
C
典例2、如图为某植物光合作用的示意图，下列相关叙述正确的是
A. 阶段②中稳定的化学能转变成活跃的化学能
B. 若突然中断CO2的供应则阶段①产生的b增多，d减少
C. 阶段①中c为NADH，作为还原剂参与阶段②中f的还原
D. 为该植物提供14CO2，则14C的转移途径为：h→f→有机物
D
[典例3]用一定浓度的 NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片
上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量升。 Na HSO3溶液的作用可能是
A.促进叶绿体中CO2的固定
B. 促进叶绿体中ATP的合成
C.抑制叶绿体中 NADPH的形成
D.抑制叶绿体中有机物的输出
B
对点训练
A.结构a中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B.供给CO2,放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C.结构a释放的O2可进入线粒体中
D.叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔中
3.如图为叶绿体的结构与功能光
示意图，下列说法错误的是
D
（四）光合作用原理的应用
1、光合作用强度：
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
2、影响光合作用的因素：
（1）影响光合作用的内部因素：
①光合色素的含量；
②酶的数量和活性等；
③C5化合物的含量。
探究·实践
探究环境因素对光合作用强度的影响
方法步骤：
1、取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。
2、将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2～3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
3、将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
方法步骤：
4、取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。
5、向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
6、观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
（2）影响光合作用的环境因素
①光照强度：
A点:
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量即为细胞呼吸强度
随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少
AB段：
光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度
B点：
随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强
BD段：
D点：
光饱和点。光照强度增强，光合作用强度不再增强
通过影响植物的光反应进而影响光合速率
（1）轮作：延长光合作用时间
（2）间种、合理密植：增加光合作用面积
应用：
②CO2浓度
CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成
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，提高光合速率。
A点:CO2补偿点，光合作用强度等于细胞呼吸强度时的CO2浓度
B点:CO2饱和点。CO2浓度增大，光合作用强度不再增强
B′点：CO2饱和点
A′点：进行光合作用所需CO2的最低浓度
③温度
温度通过影响酶的活性影响光合作用(主要是暗反应)
AB段：光合速率随温度的升高而逐渐增大。
B点：所对应温度为最适温度。
BC段：光合速率随温度的升高而逐渐下降。
应用：温室栽培可适当提高昼夜温差，保证植物有机物的积累。
（五）光合作用的意义
（1）制造有机物：地球上的植物每年可以制造（4～5）×1011t有机物，为包括人类在内的几乎所有的生物提供物质来源。
（2）转化太阳能：绿色植物每年可以转化太阳能3×108kJ，是地球上几乎所有生物的能量来源。
（3）维持O2和CO2含量的相对稳定。
对点训练
4.(多选)植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图)。下列叙述正确的是
A、a点条件下NADPH的合成速率大于b点
B、b点条件下C5的再生速率小于c点
C、X一般大于大气中CO2浓度
D、a点对应的光强度一般大于全日照
ABC
5.下列条件中，改变哪一项与提高农作物的产量关系不大
A.增加空气中氧气含量
B.适当提高环境温度
C.增施农家肥
D.适当增加光照强度
A
6.如图曲线a表示某种植物在最适
温度和CO2浓度恒定的条件下，
光合作用强度随光照强度变化的曲线，
若在B点时改变某种条件，结果发
生了如曲线b所示的变化，则改变
的环境因素是
A．适当提高温度
B．增加酶的数量
C．适当增加CO2浓度
D．适当增大光照强度
C
[典例4]下图甲表示植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。图乙表示植物在不同外界环境条件下，光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。分析回答下列问题
(1)图甲中，当光照强度为k点时，叶绿体中ADP的移动方向是从______________ 移向______________ 。
叶绿体基质
叶绿体类囊体薄膜
(2)图乙中，a点对应条件下，叶肉细胞中C3含量______于b点；c点对应条件下，叶肉细胞中C5含量________于b点；结合图甲信息，d点对应条件下，叶肉细胞中C5含量________于c点。
低
高
约等
(3)根据图甲信息，图乙中的n线与k线应重合，而实际情况不是这样的。写出一个引起图乙中阴影显示的差距的主要外界因素________。
(4)综合上述分析，影响植物光合作用速率的因素包括
光照强度、CO2浓度、温度
温度
三、化能合成作用
1、实例
自然界中少数种类的细菌能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来合成有机物
2、概念
再见