5.4.2光合作用的原理和应用课件(共45张PPT1个视频) 高一上学期生物 人教版 必修1

(共45张PPT)
5.4光合作用与能量转化
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。
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
问题探讨
用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大
影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
1.在自然界，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。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”
无论是在植物工厂里，还是在自然界，植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。
绿色植物捕获光能的物质和结构是什么呢？
目标一捕获光能的色素
①色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
②色素的分离：绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
3.实验探究——绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理：
2.植物捕获光能的要依靠叶片中的 。
色素
（2）方法与步骤：
①提取色素
称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。
少许二氧化硅和碳酸钙
再放入10mL无水乙醇
迅速、充分的研磨
收集滤液,封口。
将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤
二氧化硅的作用：有助于研磨充分
碳酸钙的作用：防止研磨中色素被破坏
迅速、充分研磨目的：防止乙醇挥发，充分溶解色素
将盛放滤液的试管封口的目的：防止乙醇挥发和色素氧化
单层尼龙布
②制备滤纸条
制备滤纸条时需要剪去两角，这样做的目的是什么？
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散得过快，使色素带不整齐
③画滤液细线
滤液细线要 ，
且干燥后要
，目的是什么？
细、直、齐
重复画1-2次
使色素带整齐、不重叠，提高滤液细线中色素含量，使色素带清晰、分明。
④分离色素
a.分离色素的方法是什么
纸层析法
b.滤液细线不能触到层析液（防止色素溶解在层析液中）
c.烧杯要盖上培养皿（层析液易挥发且有毒）
将适量的层析液倒人烧杯中，将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)轻轻插人层析液中，随后用培养皿盖住小烧杯。
注意事项：
⑤观察并记录实验结果
绿叶中的色素
类胡萝卜素
叶绿素
（含量约1/4）
（含量约3/4）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
最少，扩散最快
色素含量较少，扩散较快
色素含量最多，扩散较慢
色素含量较多，扩散最慢
4.
根据滤纸条上呈现的结果，思考：
a.从上而下的排序说明了什么？
b.不同条带的宽窄说明了什么？
c.色素提取液颜色过浅的原因？
1.未加二氧化硅，研磨不充分；
2.绿叶不新鲜，色素少；
3.一次加入大量无水乙醇；
4.未加碳酸钙或加入过少，色素被破坏
色素在层析液中的溶解度不同
色素含量不同
（1）叶绿素主要吸收___________
红光和蓝紫光
蓝紫光
5、绿叶中色素的功能
吸收、传递、转化光能
6、绿叶中色素吸收的光的种类
（2）类胡萝卜素主要吸收________
4、绿叶中色素的吸收光谱
思考：
1、叶片为什么呈绿色？
2、秋天叶片变黄的原因？
3、秋天叶片变红的原因？
温度降低，叶绿素分解，类胡萝卜素比较稳定，表现出类胡萝卜素颜色。
叶绿素因低温而分解，液泡中红色的花青素含量增加。
叶绿素是类胡萝卜素的3倍；两类色素对绿光吸收的最少，绿光被大量反射出来。
例1.下图表示某同学做“叶绿体中色素的提取和分离”的实验改进装置，下列叙述，错误的是( )
A．应向培养皿中倒入层析液
B．应将滤液滴在a处，而不能滴在b处
C．实验结果应得到四个不同颜色的同心圆(近似圆形)
D．实验得到的若干个同心圆中，最小的一个圆呈橙黄色
D
例2.阳光通过三棱镜能显示出七种颜色的连续光谱。如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色条带，这些条带应位于( )
A．绿光区
B．红橙光区和绿光区
C．蓝紫光区和绿光区
D．红橙光区和蓝紫光区
D
（二）叶绿体的结构适于进行光合作用
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
光合作用所需色素分布在的 ______ ，光合作用相关酶分布在 ___________ ____。
类囊体的薄膜上
类囊体薄膜上、叶绿体基质中
叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形，由双层膜包被，内有许多基粒，每个基粒由许多囊状结构的类囊体堆叠而成，基粒与基粒之间充满了基质。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。据计算1g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟有60m2左右。
1.叶绿体的结构
2.叶绿体的功能
实验一
水绵：
需氧细菌分布：
真核生物
集中在O2释放的部位
水绵
+
需氧细菌
无空气
黑暗中用极细光束照射水绵
完全暴露在光下
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
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所
实验结论：
用通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
水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
实验二
恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，即叶绿体是光合作用的场所。
2.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
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。
1.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
①选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；
②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
③用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；
④临时装片暴露在光下的实验再一次证明了实验结果，等等。
例3.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是( )
A.叶绿体中的色素都分布在类囊体的膜上
B.叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上
C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
A
例4.为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是（ ）
A、光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
B、光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
C、黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液
D、黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液
B
二、光合作用的原理
1.光合作用的概念
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。
反应式：CO2 + H2O (CH2O)+ O2
光能
叶绿体
（糖类）
2.光合作用反应式
目标四：探索光合作用原理的部分实验
时间 实验结论
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
1937年 希尔反应：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
1941年 鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自水
1954年、1957年 1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下叶绿体可合成ATP，1957年发现这一过程总是与水的光解相伴随
20世纪40年代 美国科学家卡尔文用同位素示踪的方法，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
鲁宾和卡门实验
（1）实验方法：
（2）实验过程:
（3）实验结论：
同位素示踪法
b、第二组向同种绿色植物提供H218O和CO2
a、第一组向绿色植物提供C18O2和 H2O 。
光合作用释放的O2全部来自于H2O
光照
C18O2+H2O
O2
CO2+H218O
18O2
光照
第一组
第二组
例1.下图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的相对分子质量比是（ ）
A．1∶2 B．2∶1 C．8∶9 D．9∶8
C
1.光合作用的过程
是否需要光照
光反应阶段
暗反应（也称碳反应）阶段
目标五：光合作用的过程
（2）场所：叶绿体的类囊体薄膜
（3）条件：光、色素、酶
2.光反应阶段
（1）光反应阶段(光合作用的第一个阶段，必须有光才能进行)
2.（5）能量变化：
2.（4）物质变化：
①水的光解：
③ATP的合成：
②NADPH的合成：
NADP+:氧化型辅酶Ⅱ
NADPH：还原型辅酶Ⅱ
NAD+:氧化型辅酶I
NADH：还原型辅酶I
光能转变为ATP 和 NADPH 中活跃的化学能。
3.暗反应阶段（卡尔文循环）
（1）暗反应阶段是光合作用的第二个阶段，有没有光都能进行。
（2）场所：
（3）条件：
叶绿体基质
多种酶、ATP、NADPH
（5）能量变化：
（4）物质变化：
C3:三碳化合物（3-磷酸甘油酸）
C5：五碳化合物（RuBP）核酮糖-1，5-二磷酸
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。
（1）光反应为暗反应提供NADPH 和 ATP；暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。
（2）没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。
（3）光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质转化密不可分
4.光反应与暗反应的联系：
标出光合作用中各元素的去路
叶绿体
光能
CO2 + H2O (CH2O)+ O2
（糖类）
C的转移途径：
CO2
C3
（CH2O）
H2O
NADPH
（CH2O）
H的转移途径：
C5
光反应和暗反应的比较
C6H12O6
2丙酮酸+4[H]
O2
4层
8层
一个绿色植物的叶肉细胞内，叶绿体合成的葡萄糖、释放的氧气被用于有氧呼吸，至少需要穿过几层磷脂分子层？
拓展
例2.下图是光合作用图解，请分析后回答下列问题
①图中A是______,B是_______,它来自于______的光解。
②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于_________________________________________。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自________ __。
④图中E________,F是__________。
⑤图中的G表示___ ____,光反应阶段为G提供__________。
A
B
C
D
E
F
G
色素
O2
水
NADPH
基质
用作还原剂，还原C3,并为暗反应提供能量
ATP
色素吸收的光能
C3
C5
暗反应阶段
NADPH和ATP
目标六：光合作用过程中条件改变引起的物质变化
①水的光解：
③ATP的合成：
②NADPH的合成：
光反应阶段
暗反应阶段
条件 NADPH ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度不变，光照减弱
CO2浓度不变，光照增强
光照强度不变，CO2浓度降低
光照强度不变，CO2浓度升高
例3.如图为光合作用示意图，下列说法错误的是（ ）
为(CH2O)
C
5.化能合成作用
自养型生物
异养型生物
光能自养型生物
化能自养型生物
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。
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（化能合成作用）。少数的细菌，如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等
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
硝化细菌的代谢过程：
2NH3+3O2→2HNO2+2H2O+能量① 2HNO2+O2 →2HNO3+能量②
6CO2+6H2O+能量①②→C6H12O6+6O2
在自然界中，除了光合作用，还有另外一种制造有机物的方式，即_________________。
化能合成作用
例4.下列叙述中可以正确区分出自养生物和异养生物的是（ ）
A．只有异养生物需要环境中的化合物
B．细胞呼吸为异养生物所特有的代谢
C．只有异养生物的细胞中含有线粒体
D．只有自养生物能依靠无机养分生活
D
1．关于绿叶中光合色素的提取和分离实验。
（1）某同学在做“绿叶中光合色素的提取和分离”的实验时，操作情况如下所述：
①将5 g新鲜完整的菠菜叶，放在研钵中，加入无水乙醇、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨。
②用毛细吸管吸取少量滤液，沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线，并连续迅速地重复画一两次。
③把画好细线的滤纸条插入层析液中，并不断摇晃，以求加快色素在滤纸条上的扩散。
结果实验失败，请指出其错误所在：
① ，
② ，
③ 。
不应用完整叶片而应剪碎
不应连续迅速重复画线，而应干后重复画线
不应摇晃，以免层析液触及滤液细线
（2）某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别，选择新鲜菠菜的“绿叶”、“嫩黄叶”，做叶绿体中光合色素的提取和分离实验。色素层析结果如图，根据实验结果填表：
A
叶绿素a带和叶绿素b带较宽
B
叶绿素a带和叶绿素b带较窄
2．如图是光合作用过程示意图。下列相关叙述正确的是（ ）
A．图中a代表的物质是O2，b代表的物质是CO2
B．e和有氧呼吸第一阶段产生的[H]是同种物质
C．物质f在叶绿体的类囊体薄膜上被固定成C3
D．若突然增大光照强度，短时间内C3含量减少
D
3 .下列有关自养生物的叙述，正确的是（ ）
A.硝化细菌可将环境中的NH3氧化释放的能量直接用于自身各项生命活动
B.最早利用光能合成有机物的蓝细菌的出现，逐渐改变了地球大气的成分
C.光照较弱时，增加光强度或温度都能使绿色植物的光合作用速率明显提高
D.卡尔文循环在绿色植物叶肉细胞和化能合成作用细菌内进行的场所相同
B