生物人教版（2019）必修1 5.4光合作用与能量转化（共57张ppt）

(共57张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
一 捕获光能的色素和结构
本节聚焦：
1.植物依靠哪些色素捕获光能？
2.叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？
3.细胞中的哪些生命活动需要ATP提供能量？
地球生命最根本的驱动力 ？
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径！
“干饭人”
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
问题探讨
讨论
1. 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2. 为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
你一定吃过韭黄，它以诱人的色泽和鲜嫩的口感在蔬菜领域中占据了一席之地。
韭菜
韭黄
问题情景：
韭黄实际上是韭菜幼苗在黑暗条件下生长发育的产物，属于白化苗。与正常苗相比，白化苗因其不含色素不能进行光合作用，无法制造有机养料而不能长期存活。
提问：植物叶片一般是绿色的，那么植物叶片中到底含有哪些色素？
一、捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
如何将叶肉细胞中的色素提取到溶液中来？
如何知道提取的过滤液中，含有哪些色素呢？
可用 提取绿叶中的色素；
原理： 。
分离色素采用 （方法）；
无水乙醇
绿叶中的色素能溶解在无水乙醇中
纸层析法
原理：在 中溶解度大的色素在滤纸条上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着 在滤纸上的扩散而分开。
层析液
层析液
实验原理
▲层析液是易挥发的有毒物质，使用时应特别注意安全 ！
实验：绿叶中色素的提取和分离
实验材料用具
目的要求
1. 进行绿叶中色素的提取和分离；
2. 探究绿叶中含有几种色素。
新鲜菠菜叶
定性滤纸
研钵
毛细吸管
提取绿叶中的色素
取材：称取 5g 新鲜绿叶；
①
②
④
③
研磨：剪碎叶片，放入研钵中，加少许 和 ，再加入10 mL ，
迅速、充分研磨；
过滤：漏斗基部放一块 ，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤；
收集：用小试管收集色素 ，及时将试管口用棉塞塞严 。
使研磨更充分
防止叶绿素被破坏
溶解色素
（提取色素）
方法步骤
二氧化硅
碳酸钙
无水乙醇
单层尼龙布
滤液
2. 分离绿叶中的色素
制备滤纸条：
画滤液细线：
将适量层析液倒入试管中，将滤纸条轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口 (注意： ！)
细、直、齐；
干燥后重复画
剪去两角,防止色素带不整齐
方法步骤
分离绿叶中的色素：
不能让滤液细线触及层析液
叶绿素b
叶绿素a
叶黄素
胡萝卜素
1. 滤纸条上有几条色素带？它们是按什么次序分布的？
2. 滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
5. 观察与记录
方法步骤
1.光合色素的分类：
一、捕获光能的色素
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
叶绿素b
叶绿素a
叶黄素
胡萝卜素
色素种类
色素含量
扩散速度
叶绿素b
叶绿素a
叶黄素
胡萝卜素
较多
最多
较少
最少
最慢
较慢
较快
最快
最低
较低
较高
最高
溶解度
决定
黄
胡
b
a
这4种色素对光的吸收有什么差别？
太阳光
（白光）
白光通过在三棱镜时，由于折射角度的不同，不同波长的光得以分离。
2.色素及其吸收的光：
三棱镜
光屏
一、捕获光能的色素
太阳光
（白光）
三棱镜
光屏
类胡萝卜素
该条带变黑意味着什么？
太阳光
（白光）
三棱镜
光屏
叶绿素
叶绿素主要吸收 ；
类胡萝卜素主要吸收 。
红光和蓝紫光
蓝紫光
1.它们为什么是红色的 ？
不吸收红光，红光反射进眼睛。
只透过红光，红光穿透塑料袋进入我们的眼睛。
思维拓展：
2.温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
3.某地遭遇长期阴雨连绵的天气，菜农决定对植物进行夜间补光，为了尽可能增加产量，应该选购发哪种颜色光的灯泡来进行操作（假设功率都相同）？
在大棚农业生产中：
当不提及光照强度时，使用 光的植物光合速率高；
如提及使用同等强度的光时，则使用 光的植物光合速率高。
白
蓝紫
4.秋季枫叶的颜色由绿色变为黄色是什么原因？
二、 叶绿体的结构适于进行光合作用
光学显微镜下可以看到呈
的叶绿体。电子显微镜下可见其由 层膜包被，内含许多由 堆叠而成的基粒，基粒和基粒之间充满 。吸收光能的色素分布在 。叶绿体内由众多的基粒和类囊体，极大地扩展了 。
椭球型或球形
双
类囊体
基质
类囊体薄膜上
受光面积
叶绿体的功能
思考 · 讨论
1881年，德国科学家恩格尔曼用水绵和好氧细菌做了这样的实验：
资料一
把载有水绵和需氧细菌的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。
密闭容器中整体曝光
密闭容器中极细光束
恩格尔曼实验一：
1. 这个实验的实验结论是什么？
恩格尔曼实验二：
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。
2. 好氧细菌的分布情况说明了什么？
恩格尔曼的实验直接证明了 。结合其他的实验证据，科学家们得出 这一结论。在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的 分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的
。这是 的结构基础。
叶绿体捕获光能、进行光合作用
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
叶绿体是光合作用的场所
色素
酶
第4节 光合作用与能量转化
二 光合作用的原理和应用
本节聚焦：
1.光合作用是怎样进行的？
2.光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系？
3.光合作用原理在生产中有哪些应用？
一、光合作用的概念和反应式
光合作用指绿色植物通过 ，利用 ，将 和
转化成 ，并且 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳
水
储存着能量的有机物
释放出氧气
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
思考：
（1）光合作用一定要叶绿体参与吗？
（2）如果涉及光合呼吸综合计算问题，光合作用反应代表式是怎样的？
不一定
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6O2+6H2O
光能
叶绿体
（糖类）
反应式：
二、光合作用的原理
教材P102
光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。　
上述实验表明:
将光合作用分为 和 两个阶段。
三、光合作用的过程
根据是否需要光能：
光反应
暗反应（碳反应）
①光反应阶段 才能进行，在 进行；
②暗反应阶段 都能进行，在 进行。
类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
必须有光
有没有光
光合色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
水的光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能 →
有机物中稳定的化学能
酶
三、光合作用的过程
可见光
能量转化：
ATP、NADPH中活跃的化学能
→
O2运至线粒体供有氧呼吸使用，若有富余，也可运出细胞膜供给其他细胞。
CO2可来自细胞呼吸或细胞外。
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
释放能量
释放能量
酶
（卡尔文循环）
据图思考：
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？NADP+和ADP的移动途径呢？
2.光反应产生的ATP能用于植物体的各项生命活动吗？
3.各元素的去向？
4.若暗反应被阻断，植物能独立进行光反应吗？由此可见光反应和暗反应的关系是？
从类囊体薄膜转移到叶绿体基质;
从叶绿体基质转移到类囊体薄膜。
不能！
不能！
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 （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
项目 光反应 暗反应
区别 条件 和原料 光、色素、酶、H2O、ADP+Pi、NADP+ ATP、NADPH、CO2、多种酶
场所
物质 变化
能量 转化
联系 ①物质联系：光反应为暗反应提供 ， 暗反应为光反应提供 。 ②能量关系：光反应阶段产生的ATP和NADPH中 转化为暗反应阶段中储存在糖类中的 。 总之，光反应是暗反应所需物质和能量的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。 水的光解：
ATP的合成：
CO2的固定：
C3的还原：
（练习册106-107)
光反应与暗反应的区别和联系
类囊体薄膜上
叶绿体基质
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
活跃的化学能→（CH2O）中稳定的化学能
NADPH和ATP
NADP+、ADP+Pi
活跃的化学能
稳定化学能
简而言之，在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2和H+等，形成ATP和NADPH，于是光能转化成ATP和NADPH中的化学能；ATP和NADPH驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。
光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。
光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
朗读P104后段内容：
项目 光照由弱变强、CO2供应不变 光照由强变弱、CO2供应不变 光照不变、CO2由少变多 光照不变、CO2由多变少
C3
C5
NADPH 和ATP
此表只是对短时间内各物质的相对量的变化做讨论,而不是长时间。
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↑
↓
↓
↓
↑
↑
（练习册107)
如图为高等绿色植物光合作用过程图解，以下说法正确的是(　　)
A．A是光合色素，分布在叶绿体内膜和类囊体薄膜上
B．E是ADP，在叶绿体类囊体薄膜上产生
C．D可用于生物体各项生命活动
D．若停止CO2供应，则短时间内C含量上升
光合色素
O2
NADPH
ATP
ADP
C3
C5
(CH2O)
光反应
暗反应
光合色素主要分布于类囊体薄膜
ADP在光合作用暗反应中产生，场所为叶绿体基质
光反应阶段产生的ATP一般用于暗反应
NADPH不用于C3还原，短时间内积累
课堂练习
D
除了光合作用可以制造有机物，还有其他途径吗？
四、化能合成作用
硝化细菌、硫细菌、铁细菌……
（教材106)
化学能
五、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的 的数量。
哪些因素会影响光合作用强度？
( 也可以以O2和CO2为指标 )
糖类
（教材105)
直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的因素很有现实意义。
探究光照强度对光合作用强度的影响
探究 · 实践
1. 实验原理：
叶片细胞间隙中含有空气，放入水中会 ；若先设法去除叶片内的空气，则叶片会 ；再给予光照，使叶片进行光合作用产生O2，使得叶片 。光合作用强度越高，叶片上浮速度 。
2. 实验过程：
上浮
下沉
上浮
越快
（教材105)
酶的数量和活性、色素的含量、叶龄……
六、影响光合作用的因素及应用
①光照强度
（还有光质、光照时间）
②CO2浓度
③温度
④水
⑤矿质元素
环境
因素
内因
（教材105)
①A点:光照强度为0,此时只进行_________,CO2释放量表示此时的_____________。
②AB段:光照强度增大,光合作用强度逐渐______,CO2的释放量逐渐减少(有一部分用于 ),此时细胞呼吸强度________光合作用强度。
③B点:______点,此时细胞呼吸释放的CO2全用于光合作用。
④BC 段:随着光照强度不断增大,光合作用强度不断____,在C点时_________,C点对应的光照强度称为________， 此时主要的环境限制因素是 。
细胞呼吸
细胞呼吸强度
增强
大于
光补偿
增强
达到最大
光饱和点
（练习册108)
影响光合作用强度的环境因素
（1）光照强度
光补偿点
光饱和点
光照强度影响光合作用的原理：影响 ，制约 及
的产生，进而制约暗反应。
光反应
ATP
NADPH
光合作用
CO2浓度
应用： 。
合理密植、间作套种
【例6】某绿色植物的CO2吸收量随光照强度的变化如下图所示。
下列叙述正确的是(　　)
A.曲线AB 段表示绿色植物没有进行光合作用
B.曲线BC 段表示绿色植物细胞呼吸不断增强
C.B点时植物光合作用强度等于细胞呼吸强度
D.A点代表黑暗条件下,绿色植物无氧呼吸强度
（练习册109)
C
有
有
光合作用
变式训练
判断下图光合速率与呼吸速率的关系:
只进行 ；
呼吸速率 光合速率
呼吸速率 光合速率
光合速率 呼吸速率
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
CO2
O2
呼吸作用
大于
等于
大于
如图是某阳生植物光合作用强度(以CO2的吸收量或放出量表示)与光照强度之间的关系。能正确反映a点时该植物生理过程及量变关系的示意图是(　　)
对点训练
C
只进行 ；
呼吸速率 光合速率
呼吸速率 光合速率
光合速率 呼吸速率
呼吸作用
大于
等于
大于
O2释放量
O2吸收量
CO2
吸
收
量
CO2
释
放
量
光照强度
真正（总）光合速率
呼吸速率
净（表观）
光合速率
不是。该指标是光合作用实际产生O2量与细胞呼吸消耗O2量的差值。
（教材105)
释放
净（表观）光合
真正（总）光合
（练习册109)
图中所示的光合速率为______光合速率;
A点为__________,此时__________速率等于_________速率。
净
CO2补偿点
光合作用
细胞呼吸
影响光合作用强度的环境因素
（2）CO2浓度
（练习册108)
1.原理：影响 阶段，制约
的生成。
2.限制B点的主要外界因素是 、内因是 ；
光照强度
暗反应
C3
酶的数量和活性、色素含量
3.应用：
大田中增加 ，以增加CO2浓度；
温室增施 等增大CO2浓度，提高光合速率。
空气流通
有机肥
（农家肥）
(3)温度
2.应用：温室适当增加 ，栽培时白天适当 ，夜间适当 ，以保证有机物的积累。
酶的活性
升温
降温
昼夜温差
影响光合作用强度的环境因素
AB 段:随温度的升高,光合作用强度逐渐　　　　。
BC 段:与光合作用有关的酶活性　　　,光合作用强度　　　。
1.原理：温度通过影响 来影响光合作用强度。
　　
B
增强
下降
减弱
新疆哈密瓜以“甜”著称
(4)矿质元素(N、P、Mg、K等)
影响光合作用强度的环境因素
矿质元素是参与光合作用的　　、　　、　 、　　 等物质的组成元素。如果缺乏,会影响光合作用强度。
酶
ATP
色素
NADPH
(5)水
影响气孔的开闭、
光合作用的原料
（课本106)
（课本106)
拓展：净光合速率极其表示方法
（练习册)
将某一绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在一定条件下不给光照，CO2的含量每小时增加8mg，给予充足光照后，容器内CO2的含量每小时减少36mg，若上述光照条件下光合作用每小时能产生葡萄糖30mg，请回答：
（1）比较在上述条件下，光照时呼吸作用的强度与黑暗时呼吸作用的强度差是　　　mg。
（2）在光照时，该植物每小时葡萄糖净生产量是　　　　
mg。
（3）若一昼夜中先光照4小时，接着放置在黑暗情况下20小时，该植物体内有机物含量变化是　　　。
（4）若要使这株植物有更多的有机物积累，措施有：
0
24.5
减少
①延长光照时间；②降低夜间温度；③增加CO2浓度。
对点训练
（呼吸速率）
（净光合速率）
（总光合速率）