高中生物学 人教版（2019）必修一 第5章第4节光合作用与能量转化(共76张PPT)

(共76张PPT)
第1部分 捕获光能的色素和结构
5.4 光合作用与能量转化
思考
蓝藻中含有藻蓝素，为什么看起来是绿的？
绿叶为什么看起来是绿的？如何才能把绿叶中不同的色素分离开来？
如何分离不同的色素？
差速离心法
X 适用于沉降能力不同的细胞器，不适用于色素分子
扬谷：用风去吹动谷物。谷粒被风推动的距离短，谷壳被风推动的距离远，从而分离。
盐湖的干涸的过程中，不同的盐因溶解度不同，先后析出，形成环状结构。
用溶剂推动色素向前移动。溶解度小的色素先析出，溶解度大的色素后析出，从而分离。
纸层析法
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
原理：色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用其提取色素。
①5g新鲜绿叶→剪碎置于研钵中
步骤：
1．提取色素
捕获光能的色素
步骤：
②加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入10 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨。
1．提取色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
二氧化硅的作用是？
叶绿素与绿叶子菜？
冷？热？酸？
步骤：
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤，收集滤液、封口。
捕获光能的色素
1．提取色素
单层
尼龙布
实验：绿叶中色素的提取和分离
为什么要立即封口
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
2．分离色素：
方法：纸层析法
原理：色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。
提取液与层析液（常见陷阱）
实验：绿叶中色素的提取和分离
提取液 层析液
目的 提取色素 分离色素
要求 尽可能溶解所有色素 不同色素溶解度要有区别
成份 无水乙醇/丙酮 石油醚、丙酮、苯等有机溶剂混合而成
（1）制备滤纸条
剪去两角，画铅笔细线
铅笔线
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
步骤：
如果不剪去两角，会有什么影响？
铅笔线的作用是？
可以换为中性笔吗？
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
步骤：
要求：
①细、齐、直，
②待干后重复2~3次
（2）画滤液细线
步骤：
层析液
培养皿
注意：层析液不能没及滤液细线
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
（3）纸上层析
2．分离色素：
实验结果
（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
类胡萝卜素
叶绿素
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
橙黄蓝黄，胡黄ab
某同学对绿叶中的色素分离实验进行改进。他将提取到的滤液滴在圆形滤纸片的最中间，在滤纸中间连上棉线灯芯，让灯芯下垂与层析液接触。实验应该得到什么结果？
捕获光能的色素
实验：绿叶中色素的提取和分离
绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光。
捕获光能的色素
色素的作用
捕获光能的色素
色素的作用
叶绿素主要吸收？
类胡萝卜素呢？
色素对______吸收最少
捕获光能的色素
已知，波长越短的光，穿透能力越强。海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻。请推测，它们在海洋中分布的深浅关系是怎样的？
绿藻
褐藻
红藻
叶绿体的结构适于进行光合作用
类囊体
基粒
外膜
内膜
核糖体
DNA/RNA
基质
类囊体薄膜上分布酶和光和色素
1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。
叶绿体的结构适于进行光合作用
比较叶绿体和线粒体，有哪些相似的地方？
基质
外膜
内膜
类囊体
基粒
必须有叶绿体才能进行光合作用？
类囊体和光合片层结构、功能相似，
都扩大了膜面积以适应光合作用。
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
水绵实验
5.4 光合作用与能量转化
第2部分 光合作用的探究历史和原理
PART 1 什么是光合作用
回忆~初中光合作用的反应物？生成物？反应条件？方程式？
回忆~初中光合作用的反应物？生成物？反应条件？方程式？
水绵实验
恩格尔曼使用水绵做了实验：
把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中
光合反应中，氧原子的来源与去向
观察反应反应方程式：氧气中的氧来自CO2还是H2O？如何证明？
同位素标记法——放射性与非放射性同位素
光合反应中，氧原子的来源与去向
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
1940年，鲁宾和卡门的同位素标记法实验：用氧的同位素18O标记H2O或CO2进行光合作用的实验
18O2
O2
PART 2 希尔实验与光反应
希尔反应——划时代的发现
1937年,英国剑桥大学植物学家希尔(Robert Hill)发现，离体叶绿体悬浮在含有可以被还原的物质，如一些Fe3+盐的溶液中(电子受体)，照光时，在不发生CO2固定的情况下,可使H2O分解释放O2:
铁盐
铁盐
铁盐
铁盐
O2
O2
O2
希尔反应
4Fe3+ + 2H2O 光 叶绿体 4Fe2+ + 4H+ + 02 （不需要掌握）
该实验证明：
（1）释放的氧气来自H2O；
（2）氧气的释放与CO2的固定是两个不同的过程；分阶段！
希尔反应中，氧化剂（三价铁）的作用是什么？
铁盐作为氧化剂参与反应，接受电子。
在正常情况下，作为氧化剂的是NADP+（氧化型辅酶Ⅱ），与H2O分解产生的H+结合并接受电子，形成NADPH（还原型辅酶Ⅰ）
NADPH与呼吸作用中的NADH都属于[H]还原氢
光合作用伴随着ATP的生成
1954年阿尔农等人用菠菜叶绿体，弗伦克尔发现，光下向叶绿体悬浮液中加入ADP与Pi则有ATP产生。
ADP+Pi
ATP
希尔实验的改进
进一步，把分离的叶绿体（完整）和叶绿体碎片（有完整的类囊体）分开，分别进行希尔反应实验。发现：
结构特征 能进行的反应
完整叶绿体 内外膜完整 形态正常 吸收光能、放氧、产生ATP、产生NADPH、固定二氧化碳、生成糖类
破碎叶绿体 内外膜破裂 类囊体完整 吸收光能、放氧、产生ATP、产生NADPH
光反应
H2O
O2
NADPH
ADP+Pi
ATP
NADP+
叶绿体
光反应
（类囊体薄膜）
光反应
H2O
O2
NADPH
ADP+Pi
ATP
NADP+
叶绿体
光反应
（类囊体薄膜）
PART 3 卡尔文与暗反应
暗反应
ATP
CO2
NADPH
阿尔农的另一个实验：在黑暗中进行
糖类
卡尔文的第一个实验
A.Benson与M.Calvin于1949年用放射性同位素示踪法对光合作用进行研究。
实验思路是:
根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。在不断 缩短光照时间 后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有 1 种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。
卡尔文
卡尔文的第一个实验
向小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同的光照时间后立即杀死小球藻。从培养液中提出产生的放射性物质进行分析，结果如下：
实验组别 光照时间（s） 放射性物质分布
1 60 12种糖类及类似物，氨基酸、有机酸等
2 20 12种糖类及类似物
3 2 大量3-磷酸甘油酸（三碳化合物）
卡尔文的第二个实验
在光合作用过程中，突然降低CO2浓度，作为CO2受体的化合物会积累起来，而CO2生成的产物会立即减少。实验的结果如下图所示，据图分析：
C3
C5
卡尔文的发现——暗反应
如果突然停止光照，
会发生什么呢？
光反应
(CH2O)
CO2
C5
2C3
光反应和暗反应
叶绿体
(CH2O)
NADPH
ADP+Pi
ATP
NADP+
CO2
C5
2C3
固定
还原
暗反应
H2O
O2
光反应
（类囊体薄膜）
（叶绿体基质）
光反应和暗反应
叶绿体
(CH2O)
NADPH
ADP+Pi
ATP
NADP+
CO2
C5
2C3
固定
还原
暗反应
H2O
O2
光反应
（类囊体薄膜）
（叶绿体基质）
光反应 vs. 暗反应
光反应 碳反应
条件
场所
物质变化
能量变化
光、酶
不需要光、多种酶
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质
水的光解
ATP及NADPH的形成
CO2的固定
C3的还原、 C5的再生
光能→ATP、NADPH
中活跃的化学能
ATP、NADPH中的化学能
→ 糖类中稳定的化学能
光反应为碳反应提供NADPH和ATP。
联系：
光合作用总反应式
CO2 + H2O
(CH2O) + O2
光能
叶绿体
2018年11月浙江选考加试题26题。实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP（氧化型）、蔗糖和pH7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，
颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草
剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿
体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下
列叙述正确的是（ B ）
A．相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液
颜色变化快的品种受除草剂抑制效果更显著
B．与品种乙相比，除草剂抑制品种甲类囊体的功能较强
C．除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能产生三碳糖
D．不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲
知识卡片——化学渗透学说
如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述正确的是(　 B　)
A．图示膜结构为叶绿体内膜
B．a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNA
C．甲表示色素，在层析液中溶解度最高的是叶绿素a
D．图示过程为光反应，该过程不需要酶的催化
5.4 光合作用与能量转化
第3部分 光合作用原理的应用
营养类型
异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌)
营养类型
自养生物
光能自养生物(绿色植物)
化能自养生物
利用环境中现成的有机物来维持生命活动
化能合成作用
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
CO2+H2O (CH2O)+ O2
能量
基于光合作用反应方程式——哪些因素会影响光合作用速率？
PART 1 叶圆片实验——光强度与光合速率
叶圆片实验：探究光照强度与光合作用速率之间的关系
1.用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片（避开叶的主脉）
2.用注射器连抽几次抽出叶片中的气体，使叶片沉入水底
叶圆片实验：探究光照强度与光合作用速率之间的关系
3.将3个烧杯编号后，分别倒入富含CO2的清水；各放入10圆形小叶片；分别置于距离光源远、中、近三个位置。观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
叶圆片实验
圆形叶片 加富含CO2的清水 光照距离 光照强度 叶片浮起数量
1 10片 20ml 5cm 强 多
2 10片 20ml 30cm 中 中
3 10片 20ml 50cm 弱 少
在一定范围内,随着光照强度不断增强,光合作用强度也不断增强(小圆形叶片中产生的O2多,浮起的多)。
实验结果
实验结论
实验不足与改进
这个实验有哪些缺陷？如何改进？
如何用实验测量光合作用的速率
下表所示是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度比较后的数据。下列有关分析正确的是( D )
A. 水深1 m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3 g/L
B．水深2 m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率
C．水深3 m处白瓶中水生植物不进行光合作用
D．水深4 m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体
水深(m) 1 2 3 4
白瓶中O2浓度(g/L) ＋3 ＋1.5 0 －1
黑瓶中O2浓度(g/L) －1.5 －1.5 －1.5 －1.5
黑白瓶法
半叶法
(1)MA表示叶片初始质量－呼吸作用有机物的消耗量；MB表示(____________)＋(____________)－呼吸作用有机物的消耗量。
(2)若M＝MB－MA，则M表示______________________。
将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题：
如何用实验测量光合作用的速率
锥形瓶中放NaHCO3溶液（可以不断补充CO2，使其浓度不变）。则U形管中液体移动的距离可表示__________。
光合作用速率与光强度的关系
光补偿点
光饱和点
呼吸作用速率
光合速率
光照强度
阴生苔藓
阴生草木
阳生草木
小麦
玉米
高粱
不同植物利用光能的能力并不相同
间作案例
农作物 光补偿点 光饱和点 植株高度
甲 2000 8000 50 cm
乙 3000 30000 50 cm
丙 2000 8000 200 cm
丁 3000 30000 200 cm
选哪两种农作物间作比较合适？为什么？
如何通过光照增加光合作用？
1. 适当提高光照强度。光的颜色？波长？
2. 延长光合作用时间
3. 增加光合作用面积
小试牛刀
某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列相关叙述错误的是（ A）
A．野生型水稻的光补偿点比突变型水稻的高
B．光照强度低于P点时，野生型水稻因叶绿素含量多，利用弱光能力强，光合速率更大
C．光照强度为P点时，野生型水稻总光合速率等于突变型水稻总光合速率
D．光照强度高于P点时，突变型净光合速率继续升高的原因可能是固定CO2酶的活性更强
PART 2 其他影响光合作用速率的因素
CO2浓度对光合作用速率的影响
这条曲线与光照强度影响的曲线有何相似之处？
对农业生产有何启示？
温度对光合速率的影响
对农业生产有何启示？
为何新疆瓜果很甜？
小试牛刀
某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图所示。则有关叙述错误的是（ C ）
A. 25℃时该植物积累有机物最快
B. 在0～30℃范围内，温度对光合作用有关酶的影响相对于呼吸作用有关酶的影响更大
C. 45℃时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
D. 春季大棚栽培该植物白天适当提高温度可提高产量
矿质元素对光合作用的影响
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
对农业生产有何启示？
叶片年龄的影响
光合
作用强度
叶龄
幼
成熟
老
O
A
B
C
对农业生产有何启示？
密闭容器中一昼夜的变化
D点开始光合作用吗？
H点结束光合作用吗？
有机物总量如何变化？
植物午休现象
时间
光合
作用强度
O
7 10 12 14 18
A
B
C
D
E
为何植物会有午休现象？（用规范的不扣分的语言解释）
盛夏
小试牛刀
某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图如下。下列分析错误的是（ C ）
A．7-10时光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大
B．12时光合作用强度明显减弱，可能是因为叶片蒸腾作用强，部分气孔关闭
C．14-18时光合酶活性降低，呼吸酶不受影响
D．从图中可以看出限制光合作用的因索有光照强度和温度等