5.4光合作用与能量转化 课件（共61张ppt）高中生物人教版（2019）必修1

(共61张PPT)
玉米（白化苗）
玉米（正常苗）
正常的绿色玉米幼苗可以生长；白化玉米幼苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。
由此可见叶片中的色素可能与光能的捕获有关。
捕获光能的色素
必修1 第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转换
第1课时 捕获光能的色素和结构
实验：绿叶中色素的提取和分离
[实验原理]
提取:
分离:
[实验目的]
提取和分离绿叶中的色素，探究绿叶中色素的种类
用层析液分离色素
用无水乙醇提取色素
（色素能溶解在有机溶剂中）
（色素在层析液中溶解度不同）
捕获光能的色素
纸层析法
[实验材料用具]
新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）
干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。
无水乙醇，层析液（可用93号汽油代用），二氧化硅和碳酸钙。
（色素含量高）
a、称取：取5g绿叶剪碎放入研钵中
b、加入少许SiO2和CaCO3，再加入10mL无水乙醇，研磨
SiO2
CaCO3
无水乙醇
有助于研磨充分
防止色素被破坏
溶解色素
[方法步骤]
（1）色素的提取
作用
作用
作用
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
（单层尼龙布）
收集滤液,封口。
（防止无水乙醇挥发）
a、制备滤纸条
干燥的定性滤纸
（2）色素的分离（纸层析法）
铅笔线
为什么要剪去两角？
防止层析液在边缘扩散过快
b、画滤液细线
★要求：细、直、齐
重复2—3次（为了含有更多色素）
★注意：待滤液干后，再画一两次。（使分离色素带清晰）
c、分离色素
插滤纸条
层析液
培养皿
滤液细线不能触及层析液
（防止色素溶解在层析液中）
盖上培养皿
（防止层析液挥发）
类胡萝卜素
叶绿素
含量约占3/4
含量约占1/4
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
d、实验结果
滤纸条上的色素带分布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。
功能：吸收、传递和转化光能
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
结合色素的吸收光谱分析实际问题
1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？
无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。
2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？
蓝紫光和红光。在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。
学以致用
因为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。
为什么植物叶片呈现绿色？
这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？
叶绿体的结构适于进行光合作用
1、叶绿体的形态(光镜下)
一般呈扁平的椭球形或球形。
2、叶绿体的结构(电镜下)
基粒
叶绿体基质
类囊体
外膜
内膜
(色素)
色素分布：
类囊体薄膜
1880年：美国科学家恩格尔曼用水绵进行有关实验。
恩格尔曼的实验
3、叶绿体的功能
资料分析
叶绿体的结构适于进行光合作用
水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
恩格尔曼第一个实验
装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。
装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
结论
现
象
没有空气黑暗
极 细 光 束
完 全 光 照
现
象
叶绿体主要吸收红光与蓝紫光用于光合作用放出O2。
恩格尔曼第二个实验
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能吸收特定波长的光。
1、色素
叶绿体类囊体薄膜
位置
分类
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
功能
吸收、传递、转化光能
含量占1/4
含量占3/4
(蓝绿色）
（黄绿色）
（橙黄色）
（黄色）
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
2、叶绿体的结构和功能
课堂小结
叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光
1.把新鲜叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，可以看到光谱中吸收最强的是（ ）
A.红光部分 B.红光与蓝紫光部分 C.绿光部分 D.紫光部分
课堂检测
2.研磨绿叶时要加入碳酸钙，其目的是 ( )
A．使各种色素溶解在丙酮中 B．使研磨充分
C．防止色素分子被破坏 D．加速研磨
B
C
3.下图所示“叶绿体中色素的提取和分离”实验的装置正确的是 ( )
4.纸层析法分离叶绿体色素时,滤纸上最下端的色素名称和颜色分别是
A．橙黄色的胡萝卜素 B．黄色的叶黄素
C．蓝绿素的叶绿素a D．黄绿色的叶绿素b
D
B
俗话说：“万物生长靠太阳，雨露滋润禾苗壮”，为什么这么说呢？
绿色植物储存在有机物中的能量来自哪呢？
太阳能
太阳的光能又是
通过什么途径进
入植物体内的？
地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物
地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.11*10^18KJ,这个数字大约相当于240000个三门峡水电站所发出的电力
新课导入
必修1 第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转换
第2课时 光合作用的原理
学习目标与核心素养
通过对光合作用原理的部分实验的探索，阐明光合作用的原理并说明光合作用的过程。
通过对光合作用过程的认识，建立起生物学的物质观和能量观；
建构光合作用的光反应和暗反应的过程模型，细解二者之间的关系，培养科学建模的能力。
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
定义：光合作用是指绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
光合作用的反应式：
合成有机物，储存能量
实质：
光合作用的概念
2.1
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
探索光合作用原理的部分实验
2.2
1、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。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
2、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。
探索光合作用原理的部分实验
2.2
3、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。
4Fe3+ + 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2
光能
叶绿体
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。
结论：
水的光解产生氧气。
探索光合作用原理的部分实验
2.2
4、1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧气的来源。
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
结论：
18O2
O2
光合作用产生的 O2 来自于 H2O，不来自 CO2。
探索光合作用原理的部分实验
2.2
5、1954年，美国阿尔农等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，叶绿体中生成了ATP。
探索光合作用原理的部分实验
2.2
6、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
C3
(CH2O)
C5
结论：
光合产物中有机物的碳来自CO2
划分依据:反应过程
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
光合作用的过程
2.3
是否需要光能
H2O O2 +H+
光能
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体的类囊体薄膜
水的光解：
ATP的合成：
光能转变为活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成：
H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
CO2
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADPH
(CH2O)
暗反应阶段
叶绿体基质
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
物质变化
能量变化
NADP+
NADPH
C3的还原
五碳化合物
C5
比较光反应、暗反应
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、NADPH、ATP
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
水的光解； ATP的生成
CO2的固定； C3的还原
ATP中活
跃化学能
光能
ATP中活
跃化学能
有机物中稳定化学能
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。
CO2+H2O (CH2O）+O2
光能
叶绿体
联系
光合作用总过程
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
2C3
C5
O2
分析条件骤变对光合作用中各物质的影响
NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度不变，光照减弱
光照不变，CO2浓度下降
减少
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
条件
停止光照CO2供应不变
增强光照CO2
供应不变
光照不变停止
CO2供应
光照不变CO2大量供应
C3
C5
ATP和
NADPH
（CH2O）
合成速率
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
下降
增加
下降
增加
归纳：当条件改变时，C3、C5、ATP、NADPH含量变化
1、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
D
2、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的部位在叶绿体中依次为 ( )
①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜
A．③② B．③④ C．①② D．④③
B
课堂检测
3、光合作用过程的正确顺序是（　 ）
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
4、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（ 　）
A.三碳化合物　 B.五碳化合物
C.NADPH　　 D.氧气　
D
B
课堂检测
5.如图为叶绿体中光合作用过程示意图，其中A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列说法错误的是
A.图中A的存在可以增加叶绿体内的膜面积
B.与光合作用有关的酶主要分布在A、C、D上
C.光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动
D.若突然停止光照，短时间内④的含量会增加
B
课堂检测
必修1 第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转换
第3课时 光合作用原理的应用
学习目标
1.尝试探究影响光合作用强度的环境因素。
2.了解光合作用原理的应用。
3.简述化能合成作用。
光合作用原理的应用
1.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浓度
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
水分
光
光质
光照强度
光照时间
光照面积
光：光照强度、光质、光照时间
CO2的浓度
H2O
矿质元素
温度
外因
内因
酶的种类、数量
色素的含量
探究环境因素对光合作用的影响
探究光照强度对光合作用强度的影响
叶片含有空气，上浮
圆形小叶片
实验目的
实验材料
实验原理
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
相同时间小圆形叶片浮起的数量
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
控制方法
探究环境因素对光合作用的影响
1.打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片，取叶片均分三组；
2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出
实验步骤
探究环境因素对光合作用的影响
3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存
4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
实验步骤
探究环境因素对光合作用的影响
5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱光下
实验步骤
探究环境因素对光合作用的影响
实验结果
实验结论
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强
影响光合作用的因素
（1）光照强度
A点：
B点：
C点对应的横坐标：
AB段：
BC段：
C点之前限制光合作用因素是 ，
C点之后限制因素是 等
只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
光合<呼吸
光补偿点，
即光合作用强度=细胞呼吸强度
光合>呼吸
光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
光照强度
CO2浓度 、温度
（1）光照强度
A：只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
项目 表示方法
净光合速率（又称表观光合速率） O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量
真正光合速率（又称实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量
呼吸速率（黑暗中测量） CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量
1.间作套种
2.通过轮作,延长光合作用时间
3.通过合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
应用：
（2）CO2浓度
A点：
A′点：
B和B′点：
应用：
CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）
表示进行光合作用所需CO2的最低浓度
CO2饱和点（两组都表示在一定范围内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）
1.多施有机肥
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等
3.大田中还要注意通风透气
（3）温度
应用：
最适温度下植物光合速率最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
a.适时播种
b.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温
c.植物“午休”现象的原因之一
N：
P：
K：
Mg：
（4）矿质元素
应用：合理施肥
（5）水
a.水是光合作用的原料
b.水是体内各种化学反应的介质
c.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体
应用：
光合酶及NADP+和ATP的重要组分
NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
促进光合产物向贮藏器官运输
叶绿素的重要组分
预防干旱 合理灌溉
延长光合作用时间
增加光合作用面积
提高光能利用率
控制光照强弱
控制光质
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应　
提高复种指数
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施农家肥，使用CO2发生器
提高光合
速率
→适时适量施肥
3. 提高农作物产量措施
自养生物
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。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。
化能合成作用
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。少数的细菌，如硝化细菌。
光能自养生物
化能自养生物
所需的能量来源不同（光能、化学能）
化能合成作用
化能合成作用：少数细菌能够利用体外环境中的一些无机物氧化时释放的能量把无机物合成有机物的作用。
化能合成作用
1．用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如下图所示的实验，下列叙述不正确的是(　　)
D
课堂检测
A．离体的叶绿体中能合成糖类
B．碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳
C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生
D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
A．图中的叶肉细胞呼吸释放的CO2量大于光合作用固定的CO2量
B．M中NADPH的运动方向是从叶绿体的类囊体到叶绿体的基质
C．M、N都能产生ATP
D．真核细胞中都含有M、N，原核细胞中都不含M、N
2．如图表示某植物的一个叶肉细胞及其相关生理过程示意图，下列说法中不正确的是(　　)
D
课堂检测
A．a点时，小麦叶肉细胞不进行光合作用
B．b点时，小麦光合速率等于呼吸速率
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向右移动
D．随着环境温度的升高，cd段位置会不断上移
3．科学家研究小麦20 ℃时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图所示曲线，下列有关叙述不正确的是(　　)
D
课堂检测
课堂检测
4.如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列相关描述错误的是
A.ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度
B.bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，
　二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降
C.de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D.从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
C