人教版高中生物必修一课件：5.4 能量之源——光与光合作用 (共71张PPT)

(共71张PPT)
第4节 能量之源－光与光合作用
实验：绿叶中色素的提取和分离
（一）色素的提取

原理：色素溶解于有机溶剂（丙酮）
（二）分离绿叶中的色素

方法：纸层析法

原理：色素在层析液里面的溶解度不同
（一）提取色素：
1.研磨

材料:5g鲜叶
药品

SiO2——使研磨充分
CaCO3 ——防止色素破坏
丙酮 ——溶解色素


原理：色素能溶解在丙酮或酒精等有机
溶剂中，所以可用无水酒精提取色素。
一、绿叶中色素的提取和分离
2.过滤：获取绿色滤液


色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。
★扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系：
（二）分离色素
原理：
溶解度大，扩散速度快
溶解度小，扩散速度慢
制备滤纸条
画铅笔细线
将干燥的定性滤纸剪成稍小于试管长与直径的滤纸条，将一端减去两角，并在距这一端1厘米处用铅笔画一条细线。

剪角的目的：防止两侧色素扩散快，色素带不整齐

铅笔线

（三）.画滤液细线
用毛细吸管（我们使用的是盖玻片）吸取少量滤液，沿铅笔线均匀划出一条细线，

滤液细线


要求：细、齐、直。
待滤液干后，重复1-2次，
目的：积累更多色素，使色素分离效果更明显。
1.准备滤纸条



铅笔线
画铅笔细线

滤液细线
画滤液细线
★要求：细而齐
重复2—3次


插滤纸条


层析液
培养皿
★层析液不能没
及滤液线





橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
★溶解度大，扩散速度快
溶解度小，扩散速度慢
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


思考：1、若四条色素带都很浅，可能的原因是?
色素提取量太少或浓度小；滤液细线画的次数
少导致色素量少；滤液细线插入层析液中
2、若最下面两条色素带很浅，可能的原因是？
黄叶；提取时叶绿素被破坏

光合作用利用的是光能，那是不是所有的光能都能被利用呢？
光是辐射能的一种形式，光有着不同的波长，光靠光波进行传递。我们眼睛能看到的称为可见光，其波长为390-760nm。
小实验
一个三棱镜可以将光线折射为七彩的光谱，这就是所谓的可见光谱，它包括七种颜色，分别是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫
光合色素
吸收可见的太阳光


类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光









实验表明：叶绿素a和b在蓝光和红光部分都有很高的吸收峰，叶绿体中的胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。
1.用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？
2.为什么是用红色或蓝色的呢？
问题探讨
1.为什么大多植物的叶片是绿色的？
想一想:
2.为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？
3.枫叶为什么是红色的？
枫叶的颜色不是由于叶绿体中的色素，是由于液泡中的花青素的作用
1．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
2．对“叶绿体中色素的提取和分离”实验中，下列描述正确的是 ( )
A．将5g新鲜完整的菠菜叶，放入研钵中，加入丙酮、石英砂、CaCO3以后，迅速研磨
B．用毛细吸管吸取少量滤液；沿铅笔线处小心均匀地划出一条滤液细线，并连续迅速地重复划2～3次
C．把划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
D．色素分子是有机物，不溶于水，所以研磨过程中加入无水乙醇是为了溶解色素
C
D
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．蓝绿色的叶绿素a D．黄绿色的叶绿素b
B
D
这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位呢？
二、叶绿体的结构和功能

色素　 酶


分布：
主要分布在绿色植物的叶肉细胞
形态：
一般呈扁平的椭球形或球形
功能：
光合作用的场所。
结构：

外膜
内膜
基粒：
由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含有色素和酶
基质：
含多种光合作用所必需的酶

透明，有利于光线的透过





基粒
(类囊体)
外膜
内膜

色素
与光合作用有关的酶
与光合作用有关的酶

回顾：叶绿体的结构和功能
基质
外膜
内膜
叶绿体是光合作用的场所
三、光合作用的原理和应用
(一)什么叫光合作用？
(二)光合作用的探究历程
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。
















美国

古代
古希腊

亚里士多德
土壤减少的重量等于植物增加的重量
17世纪
比利时
海尔蒙特
植物增重来自水
1771年
英国
普利斯特利
植物可以更新空气

1779年
荷兰
英格豪斯

植物只有在光下绿色部分可以更新空气（500多次实验）

1785年
由于发现了空气的组成
绿叶在光下放出氧气
1864年
德国

萨克斯
光合作用能产生淀粉
1880年
恩格尔曼

在光下叶绿体放出氧气

1939年
美国
鲁宾和卡门
氧气来自于水
1940年
美国
卡尔文
CO2的碳转化成有机物中的碳



5年后
17世纪40年代，海尔蒙特柳树实验
柳树增重74.4kg
土壤减少0.1kg
2.3kg

90.8kg

76.7kg
90.7kg


开始时 5年后 实验前后的差值
柳树的质量 2.3kg 76.7kg
干土的质量 90.8kg 90.743kg
结论：水分是构建植物体唯一原料
+74.7kg
－0.057kg
通过实验，赫尔蒙特推翻了亚里士多德的错误观点，那他的实验结论完全正确吗？
从柳树生活环境的角度分析，还应考虑什么因素？
光、空气

纸上谈兵：
小组合作设计实验装置图，证明植物需要光才能制造O2？怎样检验O2？
（备选实验材料和器材：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管等）
结论：植物在光照下产生了氧气
1771年普利斯特利实验（光）
思考：
1.该实验装置中玻璃罩有什么作用？
2.第一组实验中蜡烛熄灭、老鼠的死亡说明了什么？加入了植物后的实验说明了什么？
3.前后实验的对比可以得出什么结论？
4.普利斯特利的实验看似简单，但后人做时很多时候不能成功，这是为什么呢？
在暗处放置2-3天
1864年萨克斯的实验































暗处理


























光照









酒精脱色







































碘蒸汽处理
1864年，（德）萨克斯的实验
绿色叶片中光合作用中产生了淀粉


1、让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉
1、为什么对叶片先进行暗处理？
2、为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
2、部分遮光、部分曝光，是为了进行对照
1880年恩格尔曼实验
结论：氧是由叶绿体释放出来的，
叶绿体是光合作用的场所。





水绵
好氧细菌
黑暗处理

极细光束照射

暴露在光下
恩格尔曼实验的巧妙之处
1、为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。
好氧细菌可确定释放O2的部位。
2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。
恩格尔曼实验的巧妙之处
3、为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？
用极细光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
恩格尔曼实验的巧妙之处
一、光合作用的探究历程
海尔蒙特 建造植物的原料是H2O
普里斯特利 植物可以更新空气
英根豪斯 只有在光下植物才能更新空气
1785年 放出的气体是O2，吸收的是CO2
梅耶 植物把光能转化为化学能储存起来
萨克斯 绿色叶片在光下产生了淀粉
恩吉尔曼 叶绿体是光合作用的场所
CO2+H2O

叶绿体
光能
糖类
(CH2O)+O2

1、光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？

2、CO2是怎样合成有机物？
未解之谜：
光合作用的发现及研究
4、 20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门
1.同位素标记法
2.同位素标记进行光合作用的实验，是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？还是两者都有？请你思考，应标记哪一种元素？如何设计？




















绿藻





















绿藻

C18O2

CO2

H2O

H218O


18O2
你找到答案了吗？……
（一）
（二）

O2
一、光合作用的发现及研究
4、 20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门

结论：
光合作用释放的氧全部来自参加反应的水
?
叶绿体为什么可以进行光合作用？？？
二、光合作用的过程
H2O

酶


Pi ＋ADP

ATP



酶、ADP、Pi 、H2o
光、
色素、
叶绿体内的类囊体膜上

水的光解：
H2O [H] + O2


光能
（还原剂）
ATP的合成：

ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP

酶
1.光反应阶段
条件 ：
场所：
物质变化：
能量变化：
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中

[H]
色素
类囊体
2.暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3

酶
C3的还原：
ATP
[H] 、
ADP+Pi


条件：
场所：
物质变化：
能量变化：
叶绿体的基质中
多种酶、[H] 、ATP、CO2

CO2
糖类
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
C3的还原
基质
多种酶
[H]

ATP
ATP中活跃的化学能转变为糖类等
有机物中稳定的化学能

2C3 (CH2O)+C5
酶

糖类
用14C标记14CO2，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
20世纪40年代卡尔文的实验



C6H12O6


2C3
C5

CO2


光合作用的全过程

叶绿体中的色素
供氢

酶
供能
还原
多种酶参加催化


（CH2O）



ADP+Pi
酶
ATP



2C3
C5
固定

CO2


2H2O
O2
水在光下分解

4[H]





光反应过程
暗反应过程

可见光
（在类囊体的薄膜上进行）
（在叶绿体的基质中进行）
光反应与暗反应是否一个在光下进行,一个在暗处进行?

夜晚植物能进行光反应、暗反应吗？为什么?

白天放在无CO2的密闭玻璃罩内的植物能长期进行光反应、暗反应吗？为什么？

光合作用释放的氧气来自于什么？

积极思维
光反应需要光，暗反应有光无光都能进行。
不能。光反应为暗反应提供ATP和[H]
不能。没有CO2暗反应不能进行
水
CO2中C的转移途径：

H2O中H转移途径：
CO2

C3

（CH2O）
H2O

[H]

（CH2O）
绿色植物通过 吸收 ，将CO2和H2O合成为 并释放出 ，同时也将太阳能转化为 储存在 和其他有机物中，这一过程称为光合作用。

2、什么是光合作用？
3、总反应式：
CO2+H2O

叶绿体
光能
糖类
(CH2O)+O2
叶绿体
光能
有机物
O2
化学能
糖类



光反应和暗反应的比较
场所
条件
物质变化
能量变化
光反应
暗反应
联系











类囊体薄膜
叶绿体基质中
光、色素、酶、水、ADP 、Pi
[H]、ATP、酶、 CO2 、C5
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→ 有机物中稳定的化学能
1、光反应为暗反应准备了还原[H]和能量ATP；
2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi；
2H2O 光 4[H]+O2 ↑
ADP+Pi+能量 酶 ATP


CO2+C5 酶 2C3
2C3 ATP、[H]（CH2O）+C 5



3、暗反应虽不直接受光影响，但受光反应阶段[H]和ATP限制。
酶
解题规律总结
(2)光反应与暗反应关系:
①光反应要在类囊体膜上有光的条件下进行,
为暗反应 提供[H]和ATP
②暗反应在叶绿体基质中有光或无光下都能进行，消耗了光反应的产物,促进光反应的进行

3、光合作用量变分析公式:
(1)如果停止光照：
(2)如果停止二氧化碳：

ATP减少,ADP增多,C3增多,C5减少

C5增多,C3减少,ATP增多,ADP减少
能量之源——光与光合作用

影响光合作用的主要外界因素：
1）光照的强弱 2）CO2 的浓度
3）温度的高低 4）矿质元素的供应

光合作用原理的应用
影响光合作用的因素及在生产实践中的应用
（1）光对光合作用的影响
光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。
③光照时间
植物的光合作用强度在一定范围内随着光照强度的增加而增加，但光照强度达到一定时，光合作用的强度不再随着光照强度的增加而增加
②光照强度
叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。
①光的波长

1、光照强度，其他条件不变（温度，CO2浓度）
光照:光是光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。








6
10
12
15
18











7
8
9
11
13
14
16
17
A
B
C
D
E
光合作用的强度
时
（1）为什么7-10时光合作用强度不断增强？
（2）为什么12时左右光合作用强度明显减弱？
（3）为什么14-17时光合作用强度不断下降？
在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，
光合作用的强度随光照加强而增强的。
温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱
光照强度不断减弱
夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度曲线图



生产上使田间通风良好，供应充足的CO2
在一定范围内，植物光合作用强度随着CO2浓度的增加而增加，但达到一定浓度后，光合作用强度不再增加。
（3）CO2浓度
生产上白天升温，增强光合作用，晚上降低室温，抑制呼吸作用，以积累有机物。
温度低，光合速率低。随着温度升高，光合速率加快，温度过高时会影响酶的活性，光合速率降低。与温度影响酶的活性一致。

（2）温度
（4）矿质元素离子（无机盐离子）（影响叶绿素的形成和酶的形成）
例如：N，P，K，Mg等


2、CO2浓度（其他条件不变）
CO2浓度为B时，光合强度最大



CO2浓度
A
光合速率
B

O
增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”
CO2是光合作用的两种原料之一
小 结
提高农作物光合速率的方法有：
1、控制光照；
2、控制温度；
3、提供适量的必需矿质元素；
4、提供适量的二氧化碳；

例1:一株盆栽植物放在特定装置内,保持适宜
温度,当持续光照，提供一定浓度CO2一
段时间后,突然停止光照，立即测定,叶
绿素内C3和C5的含量，预测在停止光照
前后,两种化合物的变化 _____________。
C3增加，C5减少
如果停止CO2的供应呢？C3和C5如何变化？
________________。
C5增加，C3减少
生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理（见图），这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（ ）。
A
——能够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
化能合成作用
NH3 HNO2+能量
硝化细菌

HNO2 HNO3+能量

硝化细菌




6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2

能量
自养生物:
以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物）
糖类中储存着的能量。
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。
所需的能量来源不同（光能、化学能）
光能自养生物

绿色植物

硝化细菌

化能自养生物
例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
一、光合作用的场所-----叶绿体
叶绿体中色素的种类、颜色及作用
二、光合作用的过程
1.光反应：

水的光解
ATP的合成
2.暗反应

二氧化碳的固定
二氧化碳的还原
四、光合作用的实质
1.物质的转化 2.能量的转化
五、光合作用的意义与应用
三、光合作用的概念和总反应式
光合作用
根据下图生物体新陈代谢的图解回答有关问题：

(1)写出图中数字所代表的各项生理过程的名称：
①_________，②___________，③________，
④________。
(2)能进行①或②的生物属于_____型生物，
如_________和_________。
光合作用
化能合成作用
无氧呼吸
有氧呼吸
自养
绿色植物
硝化细菌
下图表示氧气浓度对培养液中的草履虫、乳酸菌和酵母菌
呼吸作用的影响，呼吸曲线a、b、c分别代表了（ ）
A．酵母菌、乳酸菌、草履虫 B．酵母菌、草履虫、乳酸菌
C．乳酸菌、酵母菌、草履虫 D．草履虫、乳酸菌、酵母菌
B
若用呼吸酶抑制剂处理小肠绒毛上皮，则明显影响其细胞吸收哪组物质（ ）
A.氧气、甘油 B．脂肪酸、水
C.葡萄糖、水 D.钾离子、氨基酸

在光合作用中，不需要酶参与的过程是（ ）
A.CO2的固定 B.叶绿素吸收光能
C.三碳化合物的还原 D.ATP的形成
D

B
下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，不正确的是 （ ）
A．光合作用和呼吸作用总是同时进行
B．光合作用形成的糖类能在呼吸作用中被利用
C．光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用
D．光合作用与呼吸作用分别在叶肉细胞和根细胞中进行
C
光合作用暗反应阶段中直接利用的物质是（ ）
A．O2和C3化合物 B．叶绿体色素
C．H20和O2 D．氢[H]和ATP
D
下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（ ）
A．叶片从幼到老光合作用强度不变
B．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异
C．光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的
D．在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同
B
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．叶绿体的类囊体膜上进行光反应和暗反应
B．叶绿体的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
一定时间，绿色植物在一定强度的___的照射下，放出的氧最多( )
A．白光 B．红光和蓝紫光
C．蓝紫光和绿光 D．红光和绿光
A
将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后18O存在于（ ）
A．光合作用生成的水中
B．仅在周围的水蒸气中
C．仅在植物释放的氧气中
D．植物释放的氧气和周围的水蒸气中
D
将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是
A ．C3增加，葡萄糖减少（ ）
B．C3与葡萄糖都减少
C ．C3与葡萄糖都增加
D．C3突然减少，葡萄糖突然增加
A
下 图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中B是 ，它来自于 的分解。
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图中的H表示——————， H为I提供————————



光
H2O





B
A
C
D
E+Pi

F
G
CO2

J



H
I
Ｏ2
水
[H]
基质
C3的还原
ATP
色素吸收的光能
光反应
[H]和ATP
⑤当 突然停止光照时，F G 。（填增加或减少）

增加
减少
1.下 图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中B是 ， 它来自于 的分解。
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图中的H表示 ， H为I提供



光
H2O





B
A
C
D
E+Pi

F
G
CO2

J



H
I
Ｏ2
水
[H]
基质
C3的还原
ATP
色素吸收的光能
光反应
[H]和ATP
练习


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
3. 与光合作用光反应有关的是（ ）
①H2O ②ATP ③ADP ④CO2
A.①②③ B.②③④
C.①②④ D.①③④
A