生物人教版（2019）必修1 5.4光合作用与能量转化课件（共48张ppt）

(共48张PPT)
5.4光合作用与能量转化
一 捕获光能的色素和结构
万物生长靠太阳
太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头，而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‘’。
预测：
白化苗的生长趋势
植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？
可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关
一、捕获光能的色素和结构
待种子中储存的养分耗尽就会死去
实验原理
【探究·实践】 绿叶中色素的提取和分离
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:各种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条上扩散得快,反之则慢。这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
方法步骤
①称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
1.提取绿叶中的色素
②放入少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇
二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
③迅速、充分地研磨
减少无水乙醇挥发
叶绿体中的色素被充分被释放出来
④将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等，且不吸附色素。
⑤收集滤液,封口。
【探究·实践】 绿叶中色素的提取和分离
2、制备滤纸条
干燥的
铅笔线
剪两角
使层析液在滤纸条上扩散得快
避免边缘效应，使层析液同步到达细线
排除其他色素对实验结果的干扰
【探究·实践】 绿叶中色素的提取和分离
3、画滤液细线
★要求：细、直、齐 ；重复2—3次
过宽会影响分离效果
【探究·实践】 绿叶中色素的提取和分离
为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显
层析液
培养皿
★层析液不能没及滤液线
防止色素溶解在层析液中
4、分离绿叶中的色素
5、观察与记录
【探究·实践】 绿叶中色素的提取和分离
减少层析液的挥发
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
绿叶中的色素
6、实验结果
滤纸条上的色素带的分布情况说明了什么？
滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，他们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色）
种类：
胡黄ab
颜色：
橙黄黄、蓝绿（黄）绿
含量：
叶a>叶b>叶黄>胡萝卜素
【探究·实践】 绿叶中色素的提取和分离
你记住了吗？
蓝紫光色带很暗
蓝紫光和红光色带很暗
类胡萝卜素提取液
叶绿素提取液
阳光是不同波长的光组合成的复合光。
在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
这四种色素对光的吸收有什么差别呢？
色素的吸收光谱及应用
叶绿素溶液
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
类胡萝卜素溶液
红光、蓝紫光哪去了？
被色素吸收了！！
色素的吸收光谱及应用
色素溶液的吸收光谱
色素的吸收光谱及应用
分别让不同颜色的光照射色素溶液
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
四种色素吸收的光波长是否相同？
不同
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)主要吸收蓝紫光。
叶绿素a和叶绿素b在哪种波长下吸收光能最多？类胡萝卜素呢？
不同的色素有不同的吸收光谱，有利于绿色植物充分的吸收光能。
叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。
为什么树叶通常呈绿色？
色素的吸收光谱及应用
思考：植物工厂里为什么不用绿光作为光源？
绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用制造有机物。
植物工厂
色素的吸收光谱及应用
四种色素吸收的光波长有差别，但都可以用于光合作用，这些色素存在细胞中的什么位置呢？
叶绿体的结构适于进行光合作用
类囊体薄膜上
色素分布：
叶绿体除了吸收光能，还有什么功能？
每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上
思考·讨论 叶绿体的功能
黑暗中：需氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位
光下：分布于叶绿体所有受光部位
结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
资料1
恩格尔曼的实验一
恩格尔曼的实验二
大量的需氧细菌聚焦在红光和蓝紫光区域
？
光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多的氧。
实验一设计巧妙之处
1、实验材料选择 和 。
水绵的优点是 。
需氧细菌的优点是 。
2、没有空气的黑暗环境排除了 和 的干扰。
3、用极细的光束照射，叶绿体分为了 和 的
部位，相当于一组 。
4、临时装片暴露在光下，再一次 。
水绵
需氧细菌
叶绿体呈螺旋带状，便于观察
可确定释放氧气多的部位
氧气
光
光照多
光照少
对比实验
验证实验结果
思考·讨论 叶绿体的功能
极细的光束
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。
思考·讨论 叶绿体的功能
资料2
综上所述，你认为叶绿体有什么功能？
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
结合其他实验证据，得出叶绿体是光合作用的场所这一结论
叶绿体的结构适用于进行光合作用
类囊体薄膜上分布着色素
光合作用所需要的酶
光合作用是指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。
1、光合作用的概念
二、光合作用的原理
自养生物
例如绿色植物、蓝细菌等。
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。
例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
硝化细菌属于？
少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但能利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
自养生物
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
2、光合作用的反应式：
糖类
CO2和H2O
光
叶绿体
(CH2O)和O2
无机物→有机物
原料：
物质变化：
产物：
条件：
场所：
能量变化：
光能→化学能
叶绿体如何将光能转化为化学能？
又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
二、光合作用的原理
1928年发现：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。
19世纪末
CO2
O2
C + H2O
甲醛
探索光合作用原理的部分实验
思考 讨论
→糖
糖由甲醛缩合而成
1937年，希尔在分离的叶绿体悬浮液（有H2O，无CO2）中加入铁盐或其他氧化剂，将其分别放在阳光下和黑暗条件下，光照条件下有气泡产生；黑暗条件下无气泡产生。
离体叶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。
O2全部来自于H2O吗？
光合作用原理的部分探索实验
第一组
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
光照射下的小球藻悬浮液
实验结论：
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 。
进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2 ，第二组给同种植物提供H218O和CO2 。在其他条件相同且适宜，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2 。
光合作用原理的部分探索实验
光合作用产生的O2来自于H2O。
1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验： 在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
结论：在光照时，叶绿体可合成ATP 。
光合作用原理的部分探索实验
离体叶绿体的悬浮液
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
光反应
暗反应(碳反应)
光合作用
光合作用的原理
上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自于水。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
光合作用的原理
光合作用过程的示意图
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
H+
NADPH的合成： H++NADP+ + 2e- NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
场所：
条件：
物质变化：
能量变化：
光合作用的原理
光反应阶段
ATP中活跃的化学能
NADPH中的化学能
光能
20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞的绿藻)悬液做实验。
卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的14CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。
卡尔文的工作促进了对光合作用的认识，荣获1961年诺贝尔化学奖。
【参考资料】
光合作用的原理
1、描述暗反应过程
2、暗反应的场所、条件、物质变化和能量变化
3、与光反应区别与联系
光合作用的原理
自主学习暗反应阶段（课本P104前三段文字）
思考：
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
2C3 (CH2O)+C5
酶
NADPH 、ATP、酶
NADP+
NADPH
场所：
条件：
物质变化:
能量变化:
光合作用的原理
CO2
C5
CO2的固定
2C3
糖类
ATP
NADPH
(CH2O)
C3的还原
叶绿体基质
多种酶
暗反应阶段
ATP中活跃的化学能
NADPH中的化学能
糖类等有机物中稳定的化学能
（卡尔文循环）
光反应和暗反应的区别与联系
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
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP的生成
CO2的固定； C3的还原
活跃化学能
光能
活跃化学能
稳定化学能
联系
光反应和暗反应紧密联系，能量变化与物质变化密不可分
光反应
暗反应
暗反应
光反应
NADPH、ATP
ADP、Pi和NADP+
课堂小结
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
光反应
暗反应
H+
NADPH
酶
酶
能量
场所：类囊体薄膜
场所：叶绿体基质
2、NADP+和ADP、Pi的呢？
从叶绿体基质到类囊体薄膜
3、NADPH的作用？
1.活泼的还原剂
2.储存部分能量供暗反应阶段利用
1、NADPH和ATP的移动途径是？
从类囊体薄膜到叶绿体基质
不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
增加
减少
增加
减少
减少或
没有生成
减少或
没有生成
减少或
没有生成
增加
思考：
1、以上物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变后短时间内发生的。
2、C3、C5含量的变化是相反的，NADPH和ATP的含量变化是一致。
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
光合作用的强度：
三、光合作用的应用
影响因素？
只要影响原料、能量的供应，都可能影响光合作用的强度。
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
①Mg、N等矿质元素；
②酶的活性受温度等影响。
光照强度、光质、光照时间
气体反应物
①作为反应物和反应的媒介；
②水分→气孔关闭→CO2供应
(色素、酶）
光：光照强度、光质、光照时间
温度（通过影响酶活性影响光合作用）
H2O
矿质元素（Mg合成叶绿素）
CO2的浓度
外因：
内因：
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同、不同植物
四、光合作用强度的影响因素
如果光照减弱，光合作用的强度会怎么改变呢？
1.实验原理：
叶片含有空气，叶片上浮。抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片会下降；光照后，叶片进行光合作用，释放O2，使细胞间隙又充满气体，叶片会上浮。
2.实验变量
自变量：
控制方法：
因变量：
观察方法：
无关变量：
光照强度
改变LED灯与烧杯之间的距离
光合作用强度
单位时间内被抽取空气的圆形小叶片上浮的数量
同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同等等
五、探究光照强度对光合作用强度的影响
①打出叶圆片（避开大叶脉）
②排出叶圆片中的空气，置暗处清水中
③准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
浓度过高，会导致叶肉细胞失水过多，影响细胞代谢，光合速率下降
④向小烧杯内加入叶圆片，控制光强
3.实验步骤（见课本P105或者核心方案P83）：
五、探究光照强度对光合作用强度的影响
五、探究光照强度对光合作用强度的影响
4.观察并记录结果
描述实验结果显示的光照强度和光合作用强度的关系。
测不同距离下小圆叶片上浮所需时间或者单位时间内叶片浮起数量
怎么做？
光照强度越强，叶片浮起数量越多。
5.实验结论：
在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增加。
将叶圆片放在不同浓度的NaHCO3溶液中来探究CO2浓度对光合强度的影响；
用相同瓦数而不同颜色LED灯来探究光质对光合强度的影响；
将叶圆片放在不同温度的烧杯中探究温度对光合强度的影响；
不同环境因素对光合作用强度的影响
CO2浓度
光质
温度
环境因素
实验思路
（1）光照强度
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。
六、光合作用强度的影响因素的曲线分析及应用
A点：
B点：
细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此点为光补偿点。
C点：
光合作用速率不再随光照强度的增强而升高，此时对应的光照强度称之为光饱和点。
CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，
CO2吸收量达到最高后的主要限制因素为温度和CO2浓度。
应用：
阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾；
注意间作套种时农作物的种类搭配。
真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
项目 表示方法（单位时间内）
净光合速率 （又称表观光合速率）
真正光合速率 （总光合速率）
呼吸速率 （黑暗中测量）
（1）光照强度
O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量
O2的吸收量、CO2的释放量、有机物的消耗量
六、光合作用强度的影响因素的曲线分析及应用
CO2补偿点
光合作用速率=细胞呼吸速率时的CO2浓度）
CO2饱和点（CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增强）
应用：
农田中“正其行，通其风”，或增施有机肥，；
温室中可增施有机肥或使用CO2发生器等。
（2）CO2浓度
A点：
B点：
六、光合作用强度的影响因素的曲线分析及应用
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
光合作用的最适温度因植物种类而异。
应用：
1.适时播种
2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量（有机物积累量）。
3.植物“午休”现象的原因之一
（3）温度
六、光合作用强度的影响因素的曲线分析及应用
下列为叶肉细胞内线粒体与叶绿体之间的气体变化图示，据图判断生理过程。并指出与右图的对应位置
图①：
图②：
图③：
图④：
表示黑暗中，只进行细胞呼吸；
表示细胞呼吸速率＞光合作用速率；
表示细胞呼吸速率＝光合作用速率；
表示细胞呼吸速率＜光合作用速率。
A点
OB段
B点
B点后
一、概念检测
1. 2.
二、拓展应用
1、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海 水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海 深的地方。
2、提示:与传统生产方式相 ,植物工生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、 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。
×
√
×
练习与应用（P101）
A
一、概念检测
2.
3.
√
×
×
练习与应用（P106）
D
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
光反应
暗反应
H+
NADPH
酶
酶
能量
场所：类囊体薄膜
场所：叶绿体基质
二、拓展应用
1、
（1）光照强度逐渐增大
（2）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 ,导致光合作用暗反应受到限制
（3）光照强度不断减弱
（4）光照强度、温度
（5）可利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。