高中生物必修1 第5章 第4节能量之源-光与光合作用（56张PPT）

(共56张PPT)
第4节
能量之源－－光与光合作用
万物生长靠太阳
生长
生物圈
生活
5.4
光
合
作
用
1、知道如何提取和分离叶绿体中的色素
2、掌握色素种类作用和叶绿体结构
3、知道光合作用的探索历程
第二课时
1．能描述光合作用的探索历程基本过程
2.
理解光合作用的基本过程
3．会分析光合作用条件改变时相关物质的变化，
第三课时
1.影响光合作用速率的环境因素
2.光合作用和呼吸作用综合应用
第一课时
1、叶绿体中色素提取和分离的原理是什么？
2、实验中用到的一些特殊材料用具是什么？
3、实验所得的滤纸条上有几条色素带？名称是什么？
根据课本思考下列问题（2分钟）
1、叶绿体色素的提取和分离:纸层析方法
播放视频
叶绿素
类胡萝卜素
(蓝绿色，最多)
（黄绿色，较多）
（
橙黄色，最少）
（黄
色，较少）
(1/3)
(2/3)
2、色素的种类和吸光差异
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
四种色素对吸光差异
据图回答吸收光的不同？
实验表明：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。色素对绿光吸收最少。
1.下列标号各代表：
①
　　　　
②
③　　
　
④
　　
⑤
基质
外膜
内膜
类囊体膜
基粒
叶绿体亚显微
结构模式图
①
②
④.
③
⑤
9
色素存在于细胞什么部位
?
叶绿体
1、双层膜
2、基质中有许多由囊状结构
堆叠而成的基粒
3、光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质
4、作用：吸收传递光能。少数特殊状态的叶绿体素a将光能转为电能
叶绿体的作用
叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子还有许多进行光合作用所必需的酶。
光合作用的原理与应用
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，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物并且释放出氧的过程。
既然这么重要，科学家是如何发现的
?
（一）光合作用的探究历程：
1、海尔蒙特实验
2、普利斯特利实验
3、英格豪斯实验
4、萨克斯实验
5、恩格尔曼实验
6、鲁宾和卡门实验
7、卡尔文实验
自主探究
五年后
1648年，海尔蒙特用纯净的雨水浇灌
土壤只减少了不到100克，说明植物的生活还需要从土壤中吸收无机盐，但量
很少；只浇灌纯净的水5年后，被柳树吸收后大部分（99%）通过蒸腾作用散
失了，一部分作为了光合作用的原料．而柳树苗从空气中吸收的氧气是用来进
行呼吸作用，分解有机物的，会使重量减轻；而柳树苗能不断从空气中吸收二
氧化碳，进行光合作用，合成淀粉等有机物，积累在柳树的体内，是柳树增重
的主要原因
思考：该实验得出什么结论？
柳树增重
74.47
kg
土壤减少
0.06
kg
19年全国I卷
、将一株质量为20
g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40
g，其增加的质量来自于（
）
A水、矿质元素和空气
B光、矿质元素和水
C水、矿质元素和土壤
D光、矿质元素和空气
A
1771年普利斯特利的实验
思考：
1.该实验结论是？
2.该实验忽略了什么因素？
3.1779
年，[荷兰]英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验，其主要内容如下：
结论：植物体在光下才能更新空气。
暗处
光下
该实验的自变量是？因变量是？
一半曝光，一半遮光
在暗处放置几小的叶片
4.1864年萨克斯的实验
暗处理
光照
酒精脱色
碘蒸汽处理
消耗掉叶片中原有的淀粉，排除其对实验的干扰。
自变量：有无光照
因变量：有无淀粉产生
5.1880年
恩格尔曼的实验
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
结果：
思考：
1.该实验结论是？
氧气是叶绿体释放的，叶绿体是光合作用的场所
海尔蒙特（1577-1644）
普利斯特利（1733-1804，1771）
1880年
恩格尔曼
1864年
萨克斯
H2O
CO2
O2
光合作用公式：
普利斯特利（1733-1804，1771）
+
+
淀粉
光
叶绿体
6.1940年，[美]鲁宾和卡门
结论：
光合作用释放的氧气来自水
O2
18O2
同位素标记法
结论
实验历程
光合原料：水
1648年，海尔蒙特实验
光合原料：CO2
1948年，卡尔文实验
光合产物：O2
1771年，普利斯特利实验
光合产物：糖类
1864年，萨克斯实验
光合条件：光照
1779年，英格豪斯实验
光合场所：叶绿体
1880年，恩格尔曼实验
O2的来源：水
1930年，鲁宾和卡门实验
总结：光合作用的原料是
和
，产物是
和
，条件是
。
7.1948年，卡尔文实验
同位素标记法
结论：
CO2用于合成糖类
20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin)用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C
在光合作用中转化成有机物的转化途径。
卡尔文循环：CO2
→
C3
→
(CH2O)
CO2＋2H2O
(CH2O)＋O2＋H2O
光
叶绿体
光合作用过程
H2O
类囊体膜
色素&酶
Pi
＋ADP
ATP
光反应阶段
[H]
光合作用过程
（三）光合作用的原理
条件
：
光、
色素、
酶
场所：
物质变化
水的光解：
ATP的合成：
叶绿体类囊体薄膜上
光能
能量转变：
ATP中活跃的化学能
产物：
O2、NADPH、ATP
H2O
NADPH+O2
光
ADP＋Pi
+光能
ATP
酶
1．光合作用的过程——光反应
暗反应阶段
CO2
五碳化合物
C5
CO2的固定
三碳化合物
2C3
多种酶
糖类
ATP
[H]
C3的还原
卡尔文循环
（三）光合作用的原理
条件：
有光无光都可，需多种酶
场所：
叶绿体基质
物质变化
CO2的固定：
CO2＋C5
2C3
酶
C3的还原：
ATP中活跃的化学能
2C3+NADPH
（CH2O）+C5
酶
ATP
ADP+Pi
能量转变：
有机物中稳定的化学能
产物：
（CH2O）
、
ADP
、
Pi
2．光合作用的过程——暗反应
物质方面：
C：CO2
（CH2O）
C3H4O3
CO2
O：H2O
O2
H2O
H：H2O
[H]
（CH2O）
[H]
H2O
能量方面：
光能
ATP中活跃化学能
（
CH2O
）中稳定的化学能
?
暗反应
呼吸Ⅰ
呼吸Ⅱ
光反应
呼吸Ⅲ
光反应
暗反应
呼吸Ⅰ、Ⅱ
呼吸Ⅲ
光反应
细胞呼吸
暗反应
热能
ATP中活跃的化学能
用于各项生命活动
光合作用和细胞呼吸的关系
1、联系：
光合作用骤变时各物质的变化
条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)
合成量
模型分析
光照强度由强到弱，
CO2供应不变
增
加
减少
减少或没有
减少
光照强度由弱到强，
CO2供应不变
减
少
增加
增加
增加
光照不变，
CO2量由充足到不足
减
少
增加
增加
减少
光照不变，
CO2量由不充足到充足
增
加
减
少
减少
增加
（四）光合作用原理的应用
CO2+H2O
叶绿体
光能
（CH2O）+O2
影响光合作用强度的因素有哪些？
CO2的浓度
H2O
光：光照强度、光质、光照时间
矿质元素（Mg
合成叶绿素）
温度
内部因素：阳生植物、阴生植物
同一(植物）叶片的不同生长发育时期
外部因素：
光合作用强度的影响因素及其在生产上的应用
(1)内部因素对光合作用速率的影响
①阳生植物和阴生植物
曲线分析：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低。
应用：间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置，冬季温室栽培等都与光补偿点有关。
②同一叶片的不同生长发育时期
?
?
曲线分析：随幼叶发育为壮叶，叶面积增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率增大；老叶内叶绿素被破坏，光合速率随之下降。
应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，可降低其细胞呼吸消耗的有机物。
2．外部因素对光合作用速率的影响
光照强度
光照强度
光合速率
O
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
光照强度对光合速率的影响
单
位
时
间
二
氧
化
碳
的
吸
收
量
净光合速率
总光合速率
B
A
C
CO2
吸
收
量
CO2
释
放
量
在黑暗中呼吸所释放出的CO2量
呼吸速率
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
AB段：光照强度增大，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少（有一部分用于光合作用），此段细胞呼吸强度＞光合作用强度。
B点：光补偿点，即光合作用强度＝细胞呼吸强度（细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用）。
小结：
在光合作用与细胞呼吸同时进行时，测定的实际结果实质是光合作用减去细胞呼吸的差数，即净（表观）光合速率，若吧呼吸速率加到净光合速率上去，则得到总(真正)光合速率。
真正(总)光合速率
=
表观(净)光合速率
+
呼吸速率
CO2的固定量
CO2的吸收量
呼吸产生的CO2量
=
+
O2的释放量
O2的产生量
=
呼吸消耗的O2量
+
有机物的产生量（制造量）
有机物的积累量
呼吸消耗的有机物量
=
+
2．外部因素对光合作用速率的影响
CO2浓度
在一定范围内随CO2浓度的增加光合作用增强，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用强度不再增强。
图1中A点、图2中的A′点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度，此浓度为CO2补偿点。图1中的B与图2中B′都表示CO2饱和点。
应用：大田生产时“正其行，通其风”；②增施有机肥；③温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍相连。
2．外部因素对光合作用速率的影响
温度
AB段：（10℃～35℃）：随温度的升高而逐渐加强；
B点（35℃）以上：光合酶活性下降，光合作用开始下降，50℃左右光合作用停止。
应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。
水分
水是光合作用的原料，间接影响光合作用。
缺水
气孔
关闭
限制二氧化碳进入叶片
光合作用受影响
2．影响光合作用的外界因素
矿质元素
N：光合酶及ATP的重要组分
P：ATP的重要组分
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
例如：N，P，K，Mg等
应用：适时、适量施肥。
2．影响光合作用的外界因素
多因子
2．影响光合作用的外界因素
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
叶片含有空气，上浮
抽气
叶片
；
产生O2充满细胞间隙，叶片
。
光合作用
实验原理：
下沉
上浮
（四）光合作用原理的应用
1．探究光照强度对光合作用的影响
（四）光合作用原理的应用
1．探究光照强度对光合作用的影响
（四）光合作用原理的应用
1．探究光照强度对光合作用的影响
（五）化能合成作用
例如：
硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。
2NH3+3O2
2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2
2HNO3+能量
CO2+H2O
（CH2O）+O2
硝化细菌：
自然界中的少数种类的细菌，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。
例题
1．(2014·安徽理综，29Ⅰ)某课题小组研究红光与蓝光对花生幼苗光合作用的影响，实验结果如图所示。(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高).
(1)与15
d幼苗相比，30
d幼苗的叶片净光合速率________。与对照组相比，________光处理组的叶肉细胞对CO2的利用率高，据图分析，其原因是_________。
(2)叶肉细胞间隙CO2至少需要跨________层磷脂双分子层才能到达CO2固定的部位。
(3)某同学测定30
d幼苗的叶片叶绿素含量，获得红光处理组的3个重复实验数据分别为2.1
mg·g－1、3.9
mg·g－1和4.1
mg·g－1。为提高该组数据的可信度，合理的处理方法是___________。
高
蓝
蓝光促进了气孔开放，CO2供应充分，暗反应加快　
3
随机取样进行重复测定
2．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。下列对此图描述错误的是（
）
A．AB之间光合作用强度上升是光照强度增强所致
B．DE之间光合作用强度下降是光照强度减弱所致
C．BC之间和DE之间光合作用强度下降原因不同
D．AB之间和CD之间光合作用强度上升原因相同
D
3、如图为植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述中不正确的是（
）
A．a点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B．b点植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C.已知某植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25℃和30℃，如图表示该植物处于25℃环境中，则将温度提高到30℃
时，a点上移，b点左移，d点下移
D．当植物缺镁时，b点将向右移
C
b点右移动d点应该上移
4、如图曲线Ⅰ表示黄豆光合作用速率与光照强度的关系(适宜温度、CO2浓度为0.03%)。在y点时改变某条件，曲线变为Ⅱ。下列分析合理的是(　　)
A．与y点相比，x点叶绿体中的C3含量较低
B．在y点时，升高温度导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C．制约x点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D．制约z点光合作用的因素可能是CO2浓度
D
某校生物兴趣小组以玉米为实验材料，研究不同条件下光合作用速率和呼吸作用速率，绘制了如甲、乙、丙、丁所示的四幅图。除哪幅图外，其余三幅图中“a”点都可以表示光合作用速率与呼吸作用速率相等
（
）
A
（1）种植蔬菜的密闭大棚内一昼夜空气中的CO2含量变化如图3所示。图中B点的含义是　　　　　　　　　;一昼夜内植株是否显示生长现象?　　　　　　　,请说明理由　
___________________;
图中C点时植物根尖细胞中能产生ATP的场所有
____。
(2)图4表示在不同温度下光照强度对植物氧气释放速率的影响。图中该植物在15
℃、8千勒克斯的光照条件下,单位叶面积每小时光合作用产生的氧气量是　　　　mg。如果在25
℃、4千勒克斯的光照条件下,植物单位叶面积在一天内(15小时白天)葡萄糖的积累量是　　　　mg。
(1)光合速率等于呼吸速率(或光合作用固定的二氧化碳量等于呼吸作用产生的二氧化碳量或净光合速率为0)　
50　
112.5
是　
因为一昼夜内的CO2浓度有所下降,说明光合作用产生的有机物有积累　
细胞质基质和线粒体
(1)将对称叶片左侧遮光右侧曝光(如图丙)，并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移。在适宜光照下照射12小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为a和b(单位：g)。则b－a所代表的是______。
(2)装置丁(如图)可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置，可以确定该实验的因变量应该是________，而自变量可以是________；无关变量有________________(写出两种)。
（2)
单位时间上浮叶片的数量　光照强度(台灯与烧杯的距离)　
温度、清水的量、CO2的含量等
（1）12小时内右侧截取部分光合作用制造的有机物总量
光合、呼吸速率的测定实验探究
(1)净光合速率的测定(如图)
①NaHCO3溶液的作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液，保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
②植物光合速率指标：植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内
的水滴右移。单位时间内液滴右移的体积即是净光合速率。
③条件：整个装置必须在光下，光是植物进行光合作用的条件。
①上图同样可以用于呼吸速率的测定，但要把NaHCO3溶液换成NaOH溶液，吸收植物呼吸作用释放的CO2。
②植物呼吸作用的指标：植物呼吸作用吸收氧气，释放CO2，CO2被NaOH溶液吸收，使容器内气体压强减小，毛细管内的水滴左移。单位时间内液滴左移的体积即是呼吸速率。
③条件：整个装置必须遮光处理，否则植物的光合作用会干扰呼吸速率的测定。
(2)呼吸速率的测定(如上图)
请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？
停止光照
光反应停止
请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？
[H]
↓
ATP↓
还原受阻
C3
↑
C5
↓
CO2
↓
固定停止
C3
↓
C5
↑
能力提升
（CH2O）
CO2
C5
2C3
[H]
酶
固定
还原
供氢
供能
ATP
半叶法测光合作用强度：
原理是：将对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）不进行处理，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的对应部位截取相等面积的叶片，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作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。
若M=MB-MA，则M表示＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
MA：
MB：
MB-MA：
净光合量
+
呼吸消耗量
总光和强度
原叶重
-
呼吸消耗量
原叶重
+
净光合量