生物人教版（2019）必修1课件 5.4光合作用与能量转化（共67张ppt）

(共67张PPT)
第4节 光合作用与能量转化　
第五章 细胞的能量供应和利用
01
捕获光能的色素和结构
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
03
光合作用的原理和应用
光合作用
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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
01
捕获光能的色素和结构
01
捕获光能的色素和结构
白化玉米植株和正常玉米植株
提取原理:
分离原理:
色素能溶解在无水乙醇中
色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液扩散得快。
探究：绿叶中色素的提取和分离
提取色素
制备滤纸条
画滤液细线
分离色素
SiO2
CaCO3
无水乙醇
使研磨充分
防止色素（叶绿素）破坏
溶解色素
探究：绿叶中色素的提取和分离
提取色素
制备滤纸条
画滤液细线
分离色素
1cm
铅笔线
为什么剪去两角？
减少边缘效应造成两边色素扩散快，保证色素带整齐。
探究：绿叶中色素的提取和分离
提取色素
制备滤纸条
画滤液细线
分离色素
探究：绿叶中色素的提取和分离
提取色素
制备滤纸条
画滤液细线
分离色素
插滤纸条
层析液
培养皿
为何滤液细线不能触及层析液？
（防止色素溶解在层析液中）
为何要盖上培养皿？
（防止层析液挥发，因其易挥发且有毒）
探究：绿叶中色素的提取和分离
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
探究：绿叶中色素的提取和分离
种类 颜色 含量 扩散速度 溶解度
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色 最少 最快 最高
黄色 较少 较快 较高
蓝绿色 最多 较慢 较低
黄绿色 较多 最慢 最低
01
捕获光能的色素和结构
叶绿素溶液
色素溶液
01
捕获光能的色素和结构
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶绿素a和叶绿素b主要吸收 ；
胡萝卜素和叶黄素主要吸收 。
蓝紫光和红光
蓝紫光
01
捕获光能的色素和结构
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体
外膜
内膜
类囊体薄膜
基质
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
恩格尔曼的实验1
需氧细菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位
需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位
大量好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明什么？
说明光合作用主要吸收的是红光和蓝紫光用于光合作用，释放氧气。
恩格尔曼的实验2
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
02
叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体吸收光能用于光合作用放氧。
1.通过本实验，你能得出什么结论？
2.恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？
水绵：螺旋带状叶绿体，便于观察。
好氧细菌：可以确定氧气释放的部位。
没有空气的黑暗环境排出了环境中氧气和光的干扰
用极细的光束点投射，叶绿体上分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验。
完全暴露在光下的实验，明确实验结果是由光照引起的。
一、概念检测
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



2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ ）
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两大类
练习与应用
A
1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
练习与应用
有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。
练习与应用
提示：与传统生产方式相同，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种同蔬菜的生理特性等问题。
03
光合作用的原理和应用
探索光合作用原理的部分实验
CO2+H2O O2 + H-CHO(甲醛）？
19世纪末
CO2+H2O O2 + H-CHO(甲醛）？X
1928年
H2O
光
离体叶绿体
O2
该实验 （能/不能）说明植物光合作用产生的O2中的O全部都来自水。
希尔的实验 （能/不能）说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。
不能
能
1937年，希尔反应
如何设置实验？
自变量、因变量、无关变量？
预期结果及结论？
能否进一步确定O2中O元素的来源？
方法：同位素标记法
材料：H2O，CO2，H218O，C18O2，小球藻（一种单细胞绿藻）
结论：植物光合作用产生的氧气中全部都来自水。
1941年，鲁宾和卡门：
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。
尝试用简单的示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系
H2O
光能
叶绿体
O2+NADPH +能量
ADP + Pi
ATP
酶
光合作用
光反应
暗反应（碳反应）
光反应阶段
场所？
物质变化？
能量变化？
光反应阶段
场所？
物质变化？
能量变化？
类囊体薄膜
4H+ +4e-
电子传递
光能转化为ATP和NADPH中的化学能
水的光解
ATP
+4NADP+→4NADPH
还原型辅酶II
氧化型辅酶II
2H2O→O2+4H++4e-
光、色素、酶
顺浓度梯度
推动ATP合成酶
暗反应阶段
场所？
物质变化？
能量变化？
1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素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。
CO2
2C3
(CH2O)
暗反应阶段
→
→
叶绿体基质
CO2+C5→2C3
酶
场所？
物质变化？
ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
能量变化？
2C3 C5 +(CH2O)
ATP
NADPH
酶
暗反应阶段
03
光合作用的原理和应用
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
酶
可见光
类囊体薄膜 叶绿体基质
光反应阶段
场所：叶绿体内的类囊体薄膜上
条件：光、色素、酶等；
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
能量转换：
物质变化
ATP合成：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
水的光解：
H2O O2+2H++2e-
光能
NADP++H++2e- NADPH
酶
暗反应阶段
叶绿体基质中
场所：
NADPH、ATP、酶等；
条件：
ATP和NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
能量转换：
物质变化
CO2＋C5 2C3
酶
CO2的固定：
C3的还原：
ATP
(CH2O)
2C3
NADPH
C5
思考讨论 1.光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有什么区别？
酶
03
光合作用的原理
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
03
光合作用的原理
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少
CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加
03
光合作用的原理
1.如图是在光照条件下，小麦叶肉细胞内发生的生理过程。
①～⑤为生理过程，a～h为物质名称，请回答：
(1)物质a分布在叶绿体的________________，
物质b～g依次为 b　　　 、c 　　　　、d　　　　、
e 　　　、f　　　　、g　　　　。
类囊体薄膜上
ATP
C5
[H]
O2　　
CO2
ADP
练习
光合作用中元素的转移
①H的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O → O2
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
光合作用原理的应用
光照强度、光质、光照时间
酶、色素
温度
延长光合时间
光合作用原理的应用——增产措施
增加光合面积
温室中人工光照、提高复种指数（轮作）
合理密植、间作套种
控制光照强度
控制光质
大棚薄膜无色、人工光源红光/蓝紫光
根据阴生/阳生选择适当光源
控制温度
增大昼夜温差（新疆水果为什么甜？）
控制CO2浓度
通风、增施农家肥、使用CO2发生器
控制必需元素供应
适时施肥（含农家肥）
控制水分供应
合理灌溉
自变量：
因变量：
光合作用强度
控制方法：
不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离
检测方法：
相同时间小圆形叶片浮起的数量
光照强弱
阅读P105：
探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响
探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响
线粒体
叶绿体
产生O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
光合作用原理的应用
真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
光合作用原理的应用
A:只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2
全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
光合作用原理的应用
光照强度
0
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合速率
总光合
速率
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时对应的光照强度
D
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
速率
A:只进行呼吸作用
光合作用原理的应用
光照强度
0
A
B
C
阳生植物
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
D
应用：
合理密植
间作套种
适当剪枝
曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。
光合作用原理的应用
光合作用原理的应用
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合作用强度
B点：
C点：
对应的D点为CO2饱和点
光合作用原理的应用
A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
B′点：CO2饱和点（表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
应用：
1.多施有机肥或农家肥；
2.温室栽培可使用CO2发生器等；
3.大田中还要注意通风透气。
光合作用原理的应用
光合作用原理的应用
O
温度
A
光合速率
B
C
原理：
温度通过影响 影响光合作用主要制约 反应。
温度过高时植物 ，光合速率会减弱。
1.温室中,加大昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）。
2.解释植物“午休”现象。
应用：
酶的活性
暗
气孔关闭
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
原理：水既是光合作用的 ，又是体内各种化学反应的 ，直接影响光合作用速率；
水分还能影响气孔的 ，间接影响 进入叶片，从而影响光合作用速率。
应用：合理浇灌
原料
介质
开闭
CO2
光合作用原理的应用
曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子，当到Q点时，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
光合作用原理的应用
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制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
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
化能合成作用
讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
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。
自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。
化能合成作用
总结
一、概念检测
1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( )
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( )
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( )
练习与应用



2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ）
A.CO2→叶绿素→ADP
B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→乙醇→糖类
D.CO2→三碳化合物→糖类
练习与应用
D
3.根据光合作用的基本过程填充下图。
练习与应用
练习与应用
1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。
练习与应用
1. (1)7—10时的光合作用强度不断增强的原因是___________________________________。
(2)10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是_____________________________。
(3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是_________________。
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有_________________________。
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。
练习与应用
在一定温度和二氧化碳供应充足的条件下，光合作用的强度是随着光照加强而增强的。
因为此时温度很高，蒸腾作用很强，为减少水分蒸发，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。
此时光照强度不断减弱。
光照强度 温度
补光 遮阴 生炉子 喷淋降温等
2.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在30℃左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗 如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。
练习与应用
提示：植物的生活需要无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)，从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的。因此，只要没有病虫害等利因素，这株植物(幼苗)就能够生存一段时间。但究竟能够生存多长时间，涉及的问题很多。
感谢观看!