54能量之源---光與光合作用課件（人教版必修1）

1、第5章 細胞的能量供應(yīng)和利用 第4節(jié) 能量之源光與光合作用,人教版必修1,問題探討,有些蔬菜大棚內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍色光的燈管，并且在白天也開燈。,討 論,1.這種方法的好處是？不同顏色的光 照對植物的光合作用會有影響嗎？,2.能否用綠光燈管來補充光源？為什么？,可以提高光合作用強度；不同顏色的光會影響植物的光合作用。,不能；因為葉綠素基本上不吸收綠光,3.為什么葉子呈現(xiàn)綠色？,因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射出來，所以呈綠色,4.溫室大棚應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜？,白色,我們知道玉米中有時會出現(xiàn)白化苗，白化苗不能進行光合作用，待種子中貯存養(yǎng)分耗盡后就會死亡，可見光合作用與細胞中的色素有

2、關(guān)。,綠葉中有哪些色素呢？,一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu),（一）捕獲光能的色素,（一）提取色素：,1.研磨,材料:5g鮮葉,藥品,SiO2,CaCO3,無水酒精,原理：綠葉中的色素能溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以可用無水乙醇提取色素。,探究：綠葉中色素的提取和分離,使研磨充分,防止色素破壞,溶解色素,要求：要迅速、充分（為什么）,2.過濾：獲取綠色濾液,濾紙嗎？,對著光（投射光下）：,背著光（反射光下）：,紅色,綠色,色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同，從而分離色素。,擴散速度與色素在層析中的溶解度的關(guān)系：,溶解度大，擴散速度快 溶解度小，擴散速度慢,（二）分離色素,原理：,1.準(zhǔn)備濾紙條,要求：細

3、而直 重復(fù)23次,剪去兩角的原因？,2.分離色素：,層析液不能沒及濾液線,胡蘿卜素,葉黃素,葉綠素a,葉綠素b,（為什么？）,實驗結(jié)果：,1 .色素的種類,色素,吸收可見光，用于光合作用,2.色素的作用,2.色素的作用,實驗表明：葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。,1817年，兩位法國科學(xué)家首次從植物中分離出葉綠素，當(dāng)時并不清楚葉綠素在植物細胞中的分布情況。,1865年，德國植物學(xué)家薩克斯研究葉綠素在光合作用中的功能時，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個細胞中，而是集中在一個更小的結(jié)構(gòu)里，后來人們稱之為葉綠體。,（二）葉綠體的結(jié)構(gòu),4,1,2,3,葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖,外膜,內(nèi)

4、膜,基粒,基質(zhì),每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成。這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。,而每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多者可達100個以上。葉綠體內(nèi)有如此多的基粒和類囊體，極大地擴大了受光面積。,思考： 葉綠體中的色素能吸收光能，是不是葉綠體只能吸收光能？有沒有其他功能？,資料分析：葉綠體的功能,1,裝片中好氧細菌向葉綠體被光束照射到的部位集中。,裝片中好氧細菌分布在葉綠體所有受光部位的周圍。,氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。,2,結(jié)論：,現(xiàn)象：,現(xiàn)象：,沒有空氣黑暗,極 細 光 束,完 全 光 照,資料1：恩格爾曼實驗示意圖,恩格爾

5、曼實驗的巧妙之處,選用水綿：具有細而長的葉綠體并且其螺旋狀分布在細胞中。 先放在黑暗無空氣的環(huán)境中：排除環(huán)境中光和氧氣的影響。 極細的光束照射、好氧細菌檢測：迅速準(zhǔn)確地判斷出釋放氧氣的部位。 黑暗和極細光照射形成對比：明確指出結(jié)果完全是由光照引起的。 設(shè)置驗證試驗：完全暴露在光下，再一次驗證了實驗結(jié)果。,資料二,在類囊體上和基質(zhì)中含有多種進行光合作用所必需的酶,為什么說葉綠體是進行光合作用完整單位？,葉 綠 體,（含光合色素及有關(guān)的酶）,含光合酶,外膜,內(nèi)膜,基質(zhì),基粒,（含光合作用的酶）,結(jié)論:,葉綠體是進行光合作用的場所，它內(nèi)部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行

6、光合作用所必需的酶。,鞏固練習(xí),藍綠色,黃綠色,橙黃色,黃色,較慢,較快,最慢,最快,藍紫光和紅光,藍紫光,2.葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，光能的吸收發(fā)生在葉綠體的（ ） A.內(nèi)膜上 B.基質(zhì)中 C.類囊體的薄膜上 D.各部位上,C,鞏固練習(xí),3.用紙層析法能夠?qū)⑷~綠體的四種色素分開的原因是（ ） A.四種色素隨層析液在濾紙上擴散速度不同 B.四種色素隨濾液在濾紙上擴散速度不同 C.四種色素隨濾液在濾紙條上滲透速度不同 D.四種色素隨層析液在濾紙條上滲透速度不同,A,4.在葉綠體提取和分離試驗中，特別要注意不能讓層析液沒及濾液細線，原因是（ ） A.濾紙條上的集中色素不能擴散 B.色素沿

7、濾紙條的擴散速度太慢，色素分離不明顯 C.層析液妨礙色素的溶解 D.色素被層析液溶解不能向上擴散,D,鞏固練習(xí),5.葉綠體是植物進行光合作用的細胞器，下面有關(guān)葉綠體的敘述正確的是（ ） A.葉綠體的色素都分布在囊狀結(jié)構(gòu)的膜上 B.葉綠體的色素分別在外膜和內(nèi)膜上 C.光合作用的酶只分布在葉綠體基質(zhì)中 D.光合作用的酶只分布在外膜、內(nèi)膜和基粒上,A,6.把綠葉的色素溶液放在自然光源和三棱鏡之間，從鏡的另一側(cè)觀察連續(xù)光譜中變暗的主要區(qū)域是（ ） A.紅光和藍紫光區(qū) B.黃光和藍紫光區(qū) C.綠光和紅光區(qū) D.黃光和綠光區(qū),A,7.為證實葉綠體有放氧功能，可利用含有水綿與好氧細菌的臨時裝片進行實驗，裝片

8、需要給予一定的條件，這些條件是（ ） A.光照，有空氣，臨時裝片中無碳酸氫鈉稀溶液 B.光照，無空氣，臨時裝片中有碳酸氫鈉稀溶液 C.黑暗，有空氣，臨時裝片中無碳酸氫鈉稀溶液 D.黑暗，無空氣，臨時裝片中有碳酸氫鈉稀溶液,B,8.下列關(guān)于葉綠體中色素的提取和分離實驗原理的敘述，正確的是（ ） A.加入少許二氧化硅可防止在研磨時葉綠體中的色素受到破壞 B.用無水乙醇將葉綠體中的色素進行分離 C.濾紙條上的最上面色素帶呈黃綠色 D.溶解度越高的色素隨層析液在濾紙上擴散越快,D,2000多年前 亞里士多德(Aristotle),1、問題：植物生長所需的物質(zhì)來自何處？,認為：構(gòu)成植物 體的原料是土壤

9、植物增加的重量=土壤減少的重量,（一）光合作用的探究歷程,五年后,2、1648年比利時海爾蒙特的實驗,柳樹增重80kg 土壤只減少0.06kg,結(jié)論：植物增重主要來自水分,一段時間后,一段時間后,3、1771年英國普利斯特利實驗,直到18世紀(jì)中期，人們一直以為只有土壤中的水分是植物建造自身的原料，沒有考慮到植物能否從空氣中得到什么,普利斯特利實驗,結(jié)論：植物可以更新空氣,4、1779年，荷蘭 英格豪斯的實驗,實驗重復(fù)了500多次,結(jié)論：只有在光照下只有綠葉才可以更新空氣,1785年，發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，科學(xué)家在明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳,5、 1845年，德國的科學(xué)家梅耶指

10、出：植物光合作用時，把光能轉(zhuǎn)換成化成化學(xué)能儲存起來。,依據(jù)：能量轉(zhuǎn)換和守恒定律,一半曝光，一半遮光,在暗處放置幾小的葉片,6、1864年薩克斯的實驗,結(jié)論:綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉,7、光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用釋放的氧氣到底是來自二氧化碳還是來自水呢？,隨著技術(shù)的進步，人們發(fā)現(xiàn)了放射性 同位素，利用放射性同位素做示蹤原 子，為解決氧氣是來自水還是二氧化 碳提供了技術(shù)手段。1939年，美國的 科學(xué)家魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法, 用18O做示蹤原子，對光合作用的產(chǎn)物 氧氣中氧的來源進行了探究。,返回,1939年魯賓和卡門的實驗,光合作用產(chǎn)生的有機 物又是怎樣合成的呢？,2

11、0世紀(jì)40年代，美國科 學(xué)家卡爾文利用放射性 同位素14C標(biāo)記的14CO2做 實驗研究這一問題。最 終探明CO2中的碳在光合 作用中轉(zhuǎn)化成有機物中 的碳的途徑，這一途徑 稱為卡爾文循環(huán)。,1961年諾貝 爾化學(xué)獎得主,問題討論,光合作用的原料，產(chǎn)物，場所和條件是什么？你能用一個反應(yīng)式表示出來嗎?,（二）光合作用的過程,光反應(yīng),暗反應(yīng),劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能,H2O,類囊體膜,酶,1.光反應(yīng)階段,色素,光,酶,葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上,水的光解：,（還原劑）,ATP的合成：,光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP中,CO2,糖類,五碳化合物 C5,氨基酸,脂肪,CO2的固定,三碳化合物 2C3

12、,C3的還原,基質(zhì) 多種酶,2.暗反應(yīng)階段,CO2的固定：,C3的還原：,葉綠體的基質(zhì)中,多種酶、,H 、ATP,小結(jié),需要光 色素、酶,不需要光 酶,類囊體膜上,基質(zhì)中,水的光解；ATP的合成,CO2的固定；C3的還原,ATP中活 躍化學(xué)能,ATP中活 躍化學(xué)能,光能,有機物中穩(wěn) 定化學(xué)能,光反應(yīng) 為 暗反應(yīng) 提供 H 和ATP，,暗反應(yīng) 為 光反應(yīng) 提供 ADP 和Pi 。,光合作用的過程,光反應(yīng)階段,暗反應(yīng)階段,co2,水在光下分解,C5,ATP,ADP+Pi,酶,供能,H,供氫,O2,固 定,還 原,多種酶 參加催化,(CH2O),氨基酸,脂肪,酶,正常進行光合作用的植物，突然停止光照

13、后，C3、C5、H 、ATP含量如何變化？ 若突然停止CO2的供應(yīng)呢？,H ATP C5 C3,C3 C5H ATP ,2C3,（三）光合作用的概述,1.光合作用的概念,2.光合作用的意義,把無機物合成有機物，不僅是自身的營養(yǎng)物質(zhì),而且是人和動物的食物來源. 將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，貯存在有機物中，提供了生命活動的能量來源. 維持了大氣成分的基本穩(wěn)定,綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。,整個光合作用過程中的物質(zhì)變化和能量變化分別是什么？,物質(zhì)變化：,無機物,能量變化：,光能,光合作用的實質(zhì)：合成有機物，儲存能量。,有機物,糖類等有機物中的化

14、學(xué)能,（四）化能合成作用,2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量,能量,CO2+H2O (CH2O)+O2,硝化細菌的化能合成作用,（四）化能合成作用,細菌利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用叫化能合成作用。 除了硝化細菌外，自然界還有鐵細菌、硫細菌屬于進行化能合成作用的自養(yǎng)生物。,1、營養(yǎng)物質(zhì)包括有機物、無機鹽、水等,2、根據(jù)獲取有機物的方式不同，可以將生物分為：,自養(yǎng)生物 （無機物轉(zhuǎn)變成自身的有機物）,異養(yǎng)生物：將現(xiàn)成的有機物轉(zhuǎn)變成自身的有機物,光能自養(yǎng)生物,化能自養(yǎng)生物,（綠色植物）,（硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等

15、）,（光合細菌）,（人、動物、多數(shù)細菌、真菌）,光能,12H2O+6CO2,葉綠體,6O2 +C6H12O6+6H2O,光合作用強度表示方法,1、單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生有機物的量 2、單位時間內(nèi)光合作用固定CO2的量 3、單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生O2的量,凈光合作用強度表示方法,1、單位時間內(nèi)光合作用積累有機物的量 2、單位時間內(nèi)光合作用吸收CO2的量 3、單位時間內(nèi)光合作用釋放O2的量,單因子對光合作用速率影響的分析,1）光照,2）溫度,3）二氧化碳濃度,4）水分,5）礦質(zhì)元素,光合速率是光合作用強度的指標(biāo)，它是指單位時間 內(nèi)單位面積的葉片合成有機物的速率。,環(huán)境因素對光合作用的影響,植物自身

16、因素:遺傳（生物種類）、葉齡等,（五）光合速率的影響因素,哪些外界因素會影響光合作用的進行,外部因素,光（光強、光質(zhì)）、溫度、CO2濃度、礦質(zhì)元素、水等,光照強度,陽生植物,應(yīng)用： 陽生植物應(yīng)放在向陽處；陰生植物應(yīng)放在隱蔽的環(huán)境中；大棚作物陰天需補光；植物不能種植過密。,對應(yīng)練習(xí)：如遇連陰天，溫室需補光，選用 光最有效 蔬菜大棚的塑料薄膜最好用 的,紅（藍紫）,無色透明,A,B,光照強度,0,C,細胞呼吸產(chǎn)生的CO2量,凈光合作用量,真正（實際）光合作用量,在A點含義： 在B點含義： 在C點含義：,真正（實際）光合速率表觀（凈）光合速率呼吸速率。,1、光照強度,光照強度為0，此時只進行呼吸作用

17、，釋放的CO2量為呼吸速率。,光合作用速率呼吸作用速率。,隨光照強度增加，光合作用不再增加。,A,B,光照強度,0,陽生植物,陰生植物,應(yīng)根據(jù)植物的生活習(xí)性因地制宜地種植植物。,C,陽生植物 陰生植物,應(yīng)用：間作時作物種類的搭配,應(yīng) 用,從海的不同深度采集到4種類型的浮游植物（、和），測定了每種類型的光合作用，如下圖所示。在最深處采集到的是哪種類型的浮游植物？,2、溫度,1、AB段： 2、B點： 3、BC段：,表示溫度達到一定程度，隨溫度升高， 酶逐漸失去活性，光合速率也逐漸下降。,在一定范圍內(nèi)，隨溫度的升高，光合速率加快。,表示酶活性最強，該溫度為進行光合作用的最適溫度此時光合速率達到最大值

18、。,A、B、C三種溫度條件下植物積累有機物最多的是哪種溫度？,應(yīng)用：適時播種；溫室栽培中白天調(diào)到光合作用最適溫度，晚上適當(dāng)降低溫度。,CO2含量,光合作用的強度,0,A B C,3、CO2,AB段： A點： B點：,應(yīng)用：對農(nóng)田里的農(nóng)作物應(yīng)合理密植，“正其行，通其風(fēng)”；對溫室作物來說，應(yīng)增施農(nóng)家肥料或使用CO2發(fā)生器。,在一定范圍內(nèi)，隨C02濃度的增加，植物的光合速率加快。,表示進行光合作用所需C02的最低濃度。,超過該濃度，光合速率不再增加。,曲線分析：P點時，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所表示的因素，隨著此因素的不斷加強，光合速率不斷提高。當(dāng)?shù)絈點時，橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率

19、的因子，要想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的其他因子的方法。,曲線分析：,1、分析比較各圖中P、Q點的主要影響因素是什么？,光強度、溫度和二氧化碳濃度對光合作用的影響是綜合性的。,通過對曲線的分析，你能得出什么結(jié)論？,多因子影響,日變化：在一天中由于光照和溫度在發(fā)生變化，在一天中的光合速率也在發(fā)生變化。如圖（5）。該圖夏天的一個晴天。,放出 CO2 的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收 CO2 的量,圖（5）,12：00,6：00,18：00,時間,放出 CO2 的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收 CO2 的量,圖（5）,12：00,6：00,18：00,時間,1、A

20、B段： 2、BC段： 3、C點：,植物在晚上只進行呼吸作用，放出CO2最多。,表示放出的CO2多于吸收的CO2，即呼吸作用 大于光合作用。,光合作用吸收的CO2等于呼吸作用放出的CO2。,4、CD段： 5、DE段：,光照增強光合作用增強，光合作用吸收的CO2 大于呼吸作用放出的CO2。,溫度升高，蒸騰作用增強，氣孔關(guān)閉，CO2供 應(yīng)不足，而影響暗反應(yīng)的速率。在E點出現(xiàn)最 嚴重的“午休”現(xiàn)象。,6、EF段： 7、FH段：,溫度逐漸降低，光合速率逐漸恢復(fù)。,隨著光照減弱，光合作用逐漸下降。 應(yīng)用：南方夏季日照強，作物“午休”會更普遍一些，在生產(chǎn)上應(yīng)適時灌溉或選用抗旱品種，以緩和“午休”現(xiàn)象，增強光

21、合能力。,葉齡,曲線分析：OA段為幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉內(nèi)葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合作用速率不斷增加。 AB段為壯葉，葉片的面積、葉綠體的葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率也基本穩(wěn)定。 BE段為老葉，隨著葉齡的增加，葉片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。 應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當(dāng)摘除老葉、殘葉及莖葉蔬菜及時換新葉，都是根據(jù)其原理，降低其細胞呼吸消耗有機物。,光照 面積,應(yīng)用：適當(dāng)間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長。封行過早，使中下層葉子所受的光照往往在光補償點以下，白白消耗有機物，造成不必要的浪費。,曲線分析：OA段表明隨葉面積的不斷增大，光合作用實際量