5.4 光合作用与能量转化课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1(共54张PPT)

(共54张PPT)
太阳能电池板
绿叶
硅
光能
电能
光能
化学能
？？？
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，因此被称作是“地球上最重要的化学反应”！
情境引入
在玉米地里，有时候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消耗尽就会死去。
【思考】该现象说明什么？
提示：叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
第4节 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素和结构
（1）知识：尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。
（2）能力：实验思路探究，结果分析；科学思维
（3）素养：运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点
一、学习目标明确
【实验】绿叶中色素的提取和分离
（一）实验原理：
1.提取原理：______________________________________________
________________________________。
2.分离原理：______________________________________________
_________________________________。
层析液
培养皿
任务一、捕获光能的色素
绿叶中的色素不溶于水，但易溶于有机溶剂无水乙醇（或 95%乙醇+无水碳酸钠）
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，反之则慢
任务一、捕获光能的色素
（二）实验过程：
任务一、捕获光能的色素
（二）实验过程：
1.提取色素：
①为什么加入二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇？
②为什么要迅速、充分研磨？
③为什么用单层尼龙布过滤？能否换成滤纸过滤？收集后为什么要及时塞严？
2.分离色素
①滤纸为什么需预先干燥处理？在制备滤纸条时，为什么将一端的两个角剪掉？
②为什么画滤液细线要细、齐、直，而且待滤液细线干燥后再重复画一两次？
③为什么不能让滤液细线触及层析液？为什么用培养皿盖住烧杯？
任务一、捕获光能的色素
（二）实验过程：
1.提取色素：
①为什么加入二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇？
提示：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；无水乙醇溶解色素。
②为什么要迅速、充分研磨？
提示：防止乙醇挥发，充分溶解色素。
③为什么用单层尼龙布过滤？能否换成滤纸过滤？收集后为什么要及时塞严？
提示：过滤充分；不能，滤纸会吸附色素；防止乙醇挥发和色素氧化。
任务一、捕获光能的色素
（二）实验过程：
2.分离色素
①滤纸为什么需预先干燥处理？在制备滤纸条时，为什么将一端的两个角剪掉？
提示：使层析液在滤纸上快速均匀扩散；剪角保证色素带整齐。
②为什么画滤液细线要细、齐、直，而且待滤液细线干燥后再重复画一两次？
提示：保证色素带整齐；增加色素量，条带清晰分明。
③为什么不能让滤液细线触及层析液？为什么用培养皿盖住烧杯？
提示：防止色素溶解在层析液而不能分离；防止层析液挥发。
任务一、捕获光能的色素
（三）实验结果：
绿叶中的色素
类胡萝卜素
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
【思考】色素带的排序和宽窄分别有什么含义？
提示：反映了色素在层析液中的溶解度和含量。
任务一、捕获光能的色素
（三）实验结果：
侧面观
顶面观
该实验分离色素的方法被称为： 法。
纸层析
校园银杏的叶秋季为什么变黄了？
提示：秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。
应用1
课中即练1.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是（ ）①加入的无水乙醇太多；②用丙酮代替无水乙醇 ；③研磨时没有加入CaCO3；④研磨时没有加入SiO2；⑤取的叶片的叶脉过多，叶肉细胞过少 ；⑥画滤液细线的次数少 ；⑦使用放置数天的波菜叶。A．①⑥B．①②③④⑦C．①③④⑤⑥⑦D．②③④⑤C绿叶中的4中色素对光的吸收有什么差别？
实验表明：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，色素对绿光吸收最少。
任务二：色素对光能的吸收
叶绿素溶液
类胡萝卜素溶液
应用2
蔬菜大棚的玻璃、植物工厂补充的光源用什么颜色最为合适？
提示：无色透明；红色与蓝紫色。
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？
任务三：叶绿体的结构适于进行光合作用
绿叶
叶片中的叶肉细胞
叶肉细胞
叶绿体结构模式图
任务三：叶绿体的结构适于进行光合作用
1.形态：
2.结构：
3.功能：？
椭球形、球形
外膜
内膜
基粒
类囊体
基质
（DNA、RNA、核糖体）
【思考】有哪些结构或物质利于光合作用的发生？
1880年恩格尔曼的实验
阅读教材资料1和资料2，回答讨论问题：
1881年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌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，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
1880年恩格尔曼的实验
阅读教材资料1和资料2，回答讨论问题：
（1）恩格尔曼第一实验的结论是什么？
提示：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，光合作用需要光照。
1880年恩格尔曼的实验
（2）恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
1881年，德国科学家恩格尔曼做了这样的实验：把载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌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，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
1880年恩格尔曼的实验
（2）恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
提示：①实验材料选择水绵，叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；
②好氧细菌可确定释放氧气多的部位；
③没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
④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；
⑤临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
1880年恩格尔曼的实验
（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？
提示：因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
1880年恩格尔曼的实验
（4）综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
提示：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
B
课中必练
1．下列关于恩格尔曼水绵实验的分析，错误的是(　　)
A．选择水绵和需氧细菌作实验材料的好处是便于观察和确定放出氧气的部位
B．将临时装片置于黑暗和没有空气的环境中，其目的是消耗水绵中的有机物
C．第二个实验结果可以证明光合作用吸收的主要是红光和蓝紫光
D．将临时装片完全暴露在光下是进一步对甲组实验结果进行验证
拓展
光合作用的一定需要叶绿体吗？
提示：蓝细菌、光合细菌等没有叶绿体也能进行光合作用。
课堂检测
1．如图为叶绿体中四种色素的相对含量及在滤纸条上的分离情况。下列有关色素提取和分离的说法，正确的是(　　)
A．沿铅笔划线处均匀画滤液细线，并迅速重复2到3次
B．丁色素在层析液中溶解度最小
C．乙色素颜色为蓝绿色，主要吸收
红光和蓝紫光
D．色素提取过程中要用到层析液
C
2．叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。下列关于叶绿体及色素的叙述，正确的是(　　)
A．叶绿体普遍分布在植物体的所有细胞中
B．叶绿素在高等植物体内有两种，叶绿素a呈蓝绿色，叶绿素b呈黄绿色
C．叶绿体的内膜极大地扩展了受光面积
D．叶绿体中的色素只吸收红光和蓝紫光进行光合作用
课堂检测
B
第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用
学习目标
（1）知识：光合作用的过程，说出光合作用过程中的物质与能量变化及其关系。
（2）能力：实验结果分析；归纳与概括，
（3）素养：通过对光合作用相关科学史资料的阅读分析，自主构建光合作用概念模型；能从物质与能量观的视角，阐明光合作用过程中物质变化与能量转化的过程，说明光合作用原理和意义。
光合作用的概念
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。
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
注：其中（CH2O）表示糖类
问题：光合作用的原料在反应过程中经历了哪些变化？
任务一：光合作用的过程——经典实验探究实验
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结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
CO2
H2O
C
O2
甲醛
O2
分开
结合
释放
（CH2O）
缩合
对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖。
任务一：光合作用的过程——经典实验探究实验
希尔（英国植物学家）：
H2O
O2
H2O
释放
光能
铁盐或其他氧化剂
离体叶绿体
希尔反应
【思考】
①实验能否说明O2的O全中部来自于H2O ？
②实验能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
讨论题答案
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氧元素全部都来自水
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。
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。悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。
任务一：光合作用的过程——经典实验探究实验
鲁宾和卡门：
方法：同位素标记（示踪）法
结论：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。
任务一：光合作用的过程——经典实验探究实验
阿尔农：发现叶绿体可以在光照下合成ATP，并且这一过程与水的光解相伴随。
【讨论】尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2O
O2 + NADPH + 能量
ADP + Pi
ATP
光能
叶绿体
任务一：光合作用的过程——经典实验探究实验
卡尔文向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照，在不同时刻检测放射性：
（1）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).
（3）30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。
据此，请画出碳的转移路径图？
卡尔文
课中必练
1．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确(　　)
A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位
B．希尔发现离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解并产生氧气
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳
D．阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随
C
任务二：光合作用的过程——光反应和暗反应
光合作用的过程
光反应阶段
暗反应阶段
是否需要光能
任务二：光合作用的过程——光反应和暗反应
1.光反应阶段
光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。
【思考】观看动画，思考光反应过程中物质和能量是如何变化的？
动画：光反应阶段的反应
光反应中物质变化包括 水的光解和 A PT 的合成两个主要过程；能量变化是由最初的 光 能转变为 化学能 中的化学能。
水的光解
ATP、DANPH
光
有机物
任务二：光合作用的过程——光反应和暗反应
2.暗反应阶段
光合作用第二个阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫暗反应阶段。暗反应阶段是在叶绿体的基质中进行的。
任务二：光合作用的过程——光反应和暗反应
【思考】观看动画，思考光反应过程中物质和能量是如何变化的？
动画：暗反应
CO2转变为糖必须经历 水的光解和 A 两个主要过程；能量变化是由 光 能转变为 化学能 中稳定的化学能。
CO2的固定
ATP、NADPH中活跃的化学
C3的还原
有机物
任务二：光合作用的过程——光反应和暗反应
课中必练
根据光合作用的基本过程填充下图。
O2
2C3
NADPH
ATP
NADP+
ADP+Pi
C5
光反应和暗反应的区别与联系
光反应阶段 暗（碳）反应阶段
所需条件
进行场所
物质变化
能量变化
联系 光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+ ;光反应为暗反应提供活跃化学能，暗反应将其转化为有机物中稳定的化学能。
必须有光
有光或无光均可
类囊体膜
叶绿体基质
①水的光解；
②ATP和NADPH的合成
①CO2的固定；②C3的还原；
（③ATP和NADPH的分解）
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
第4节 光合作用与能量转化
第3课时 光合作用原理的应用
学习目标
1.说出影响光合作用强度的环境因素
2.简述化能合成作用
3.光合与呼吸的联系（选讲）
任务一：探究环境因素对光合作用强度的影响
1.光合作用强度的概念
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类（或有机物）的量。
【思考】通过方程式，还有无其他表示方法？
①单位时间内光合作用利用或固定CO2的量；
②单位时间内光合作用产生O2的量
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
任务一：探究环境因素对光合作用强度的影响
2.影响因素
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
(色素、酶）
①Mg、N等矿质元素；
②酶的活性受温度等影响。
光照强度、光质
气体浓度
①作为反应物；
②水分→气孔关闭→CO2供应
任务一：探究环境因素对光合作用强度的影响
【实验】探究光照强度对光合作用的影响
（根据探究实验的一般步骤，填写学案对应内容。）
1.提出问题
2.作出假设
3.设计并进行实验
自变量
如何控制 自变量
因变量
因变量 检测指标
无关变量
不同光照强度
调节光源与叶片距离
光合作用强度
叶片大小、数量等
同一时间段内叶片浮起数量
任务一：探究环境因素对光合作用强度的影响
【实验】探究光照强度对光合作用的影响
应用：如何提高光合作用强度？
1.增加光照强度提高光合速率
2.从光质的角度？
大棚种植时，要对玻璃进行选择，选择无色透光玻璃， 补充光源选择红光或蓝紫光
课中必练
1.下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答：
（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因。
（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因。
（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因。
任务二：其他因素对光合作用强度的影响
1.CO2浓度
A点是进行光合作用所需CO2的 最低 浓度
B点的限制因素是 光照强度等
【思考】由该影响因素可知在农业生产上，如
何通过具体的措施来提高光合作用强度？
①多施有机肥或农家肥； ②大田生产“正其行，通其风” ；③大棚种植放置一定量的干冰
最低
光照强度
任务二：其他因素对光合作用强度的影响
2.温度
【思考】通过前面知识的学习，温度是如何影响光合速率的，请提出可能的原因？
温度过高时植物叶片气孔关闭，使得二氧化碳的吸收量减少，光合速率下降；其次温度过高或者过低，酶活性降低，光合速率会减弱。
任务二：其他因素对光合作用强度的影响
3.水分
在干旱条件下，植物光合作用明显减弱，试分析其中的原因。
提示：缺水→ 气孔大量 关闭→ CO2 吸收减弱→光合作用减弱；所以在农业生产上要合理的 灌溉 ，以减小水分短缺对农作物造成影响。
CO2
灌溉
气孔大量