光合作用課件【新教材】人教版高中生物必修一

第5章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和應(yīng)用第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化葉綠體Chloroplast問題探討1.用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足，導(dǎo)致光合作用強度低而造成的減產(chǎn)。同時人工光源的強度和不同色光可以調(diào)控，可以根據(jù)植物生長的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。2.影響光合作用的因素很多，既有植物自身條件也有外界條件，二氧化碳濃度，營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密的控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的蔬菜工廠完全依賴LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色光源。1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件?

在植物工廠里,人工光源可以為植物的生長源源不斷地提供能量。在自然界,則是萬物生長靠太陽。太陽光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化,是生物圈得以維持運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

光合作用(photosynthesis)是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。因此,有人稱光合作用是“地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)"。開篇Introductory觀察發(fā)現(xiàn)葉片作為高等植物進(jìn)行光合作用的主要器官通常都是綠色的，說明其中有綠色的色素。白化苗不能進(jìn)行光合作用，無法制造有機養(yǎng)料?？梢姡~片中的色素與光能的捕獲有關(guān)。綠葉中有哪些色素呢？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)123用無水乙醇提取色素（色素能溶解在有機溶劑中）提取的原理實驗?zāi)康奶崛〔⒎蛛x綠葉中的色素，探究綠葉中色素的種類分離的原理用層析液分離色素（色素在層析液中溶解度不同，溶解度越高，擴(kuò)散得越快）-----紙層析法探究·實踐綠葉中色素的提取和分離實驗材料與試劑新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）、無水乙醇、層析液（可用93號汽油代替）二氧化硅、碳酸鈣新鮮的綠葉色素含量多二氧化硅可使研磨更充分3.碳酸鈣防止研磨中色素被破壞干燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管，剪刀，藥勺，量筒(10mL)，天平。實驗用具探究·實踐綠葉中色素的提取和分離探究·實踐1.提取綠葉中的色素1234①稱取5g的綠葉，剪碎，

放入研缽中。②放入少許二氧化硅和碳酸鈣，

再放入10mL無水乙醇，

迅速、充分地研磨二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。防止無水乙醇揮發(fā)葉綠體能夠被充分破壞，使得色素能充分被釋放出來③將研磨液迅速倒入玻璃漏斗

中進(jìn)行過濾。④收集濾液,封口。用單層尼龍布過濾，過濾葉脈及二氧化硅等。盛放濾液的試管用橡膠塞塞緊，防止無水乙醇的揮發(fā)。①制備濾紙條干燥的定性濾紙1cm鉛筆線為什么要剪去兩角？避免層析液在邊緣擴(kuò)散過快（邊緣效應(yīng)），使其同步到達(dá)細(xì)線探究·實踐2.分離綠葉中的色素探究·實踐2.分離綠葉中的色素②畫濾液細(xì)線★注意：細(xì)而齊、重復(fù)2—3次，待濾液干后，再畫一兩次。

（為了積累更多的色素使分離色素帶更明顯）探究·實踐2.分離綠葉中的色素為何濾液細(xì)線不能觸及層析液？防止色素溶解在層析液中為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒③層析探究·實踐綠葉中色素的提取和分離探究·實踐2.分離綠葉中的色素葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）實驗結(jié)果:這4種色素對光的吸收有什么差別嗎？光合色素的吸收光譜葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。功能：吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用形狀：扁平的橢球形或球形結(jié)構(gòu)：①內(nèi)外兩層膜均光滑，類囊體堆疊形成基粒擴(kuò)大了膜面積，為光合色素和酶提供了更多的附著場所。②基質(zhì)中含有少量DNA、RNA、核糖體等，可以進(jìn)行某些蛋白質(zhì)的生物合成功能：吸收光能思考·討論水綿和需氧型細(xì)菌放在沒有空氣的小室內(nèi)葉綠體除了吸收光能以外，還有什么功能嗎？恩格爾曼《實驗一》

極細(xì)光束

均勻光照水綿好氧細(xì)菌極細(xì)光束照射完全曝光黑暗

無空氣好氧細(xì)菌集中于葉綠體被光束照射的部位好氧細(xì)菌分布于葉綠體所有受光部位結(jié)論：葉綠體光合作用釋放氧氣，葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所思考·討論1.為什么選用水綿和好氧細(xì)菌作為實驗材料？水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細(xì)菌可確定釋放O2的部位。2.為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線

和氧的干擾。思考·討論

極細(xì)光束

均勻光照三棱鏡結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光綜合上述兩個實驗可以得出：葉綠體是光合作用的場所照射水綿好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光的區(qū)域思考·討論恩格爾曼《實驗二》小結(jié)：葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)1.葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著大量光合色素2.類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，有許多與光合作用有關(guān)的酶3.葉綠體的結(jié)構(gòu)與光合作用高度適應(yīng)二、光合作用的原理和應(yīng)用1、探索光合作用原理的部分實驗光合作用：指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體簡式：光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳？葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？又是如何將化學(xué)能儲存在糖類等有機物中的？1928年:甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖,甲醛對植物有毒.19世紀(jì)末:甲醛→糖CO2O2C+H2O甲醛1937年，希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。1、探索光合作用原理的部分實驗1、探索光合作用原理的部分實驗離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)。希爾反應(yīng):4Fe3+

+2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。思考問題：1、2O2真的全部來自于H2O嗎？1940年:魯賓和卡門

（同位素標(biāo)記法）光照射下的小球藻懸液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲組乙組結(jié)論：光合作用釋放的氧來自水,與二氧化碳無關(guān)。1、探索光合作用原理的部分實驗1、探索光合作用原理的部分實驗1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實驗：在給葉綠體光照時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時，體系中就會有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATPATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系:上述實驗表明:光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。

總結(jié)：

1、探索光合作用原理的部分實驗2、光合作用過程有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能光反應(yīng)（光合作用第一階段）暗反應(yīng)（光合作用第二階段）又稱碳反應(yīng)2、光合作用過程光反應(yīng)

類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ條件：光、光合色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+場所：（基粒）類囊體薄膜上主要產(chǎn)物：O2、ATP、NADPH2、光合作用過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化：水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素NADPH的合成：光能能量轉(zhuǎn)變：ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量

ATP+H2O酶NADP++H++2e-NADPH酶2、光合作用過程暗反應(yīng)

ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：有沒有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPH場所：葉綠體基質(zhì)中產(chǎn)物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+2、光合作用過程物質(zhì)轉(zhuǎn)化：CO2的固定：C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)變：有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2＋C52C3酶葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH光能→ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶2、光合作用過程2、光合作用過程1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。2.NADP+和ADP的移動途徑呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。3.NADPH的作用？①活潑的還原劑；②儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。2、光合作用過程③H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)①C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）②O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體總反應(yīng)式光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較光反應(yīng)暗反應(yīng)區(qū)別所需條件進(jìn)行場所物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化聯(lián)系物質(zhì)變化上的聯(lián)系能量轉(zhuǎn)化上的聯(lián)系必須有光有光或無光均可類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)水光解為O2和H+;ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能光能→ATP和NADPH中的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi、NADP+葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHCO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強增加減少增加增加拓展·補充環(huán)境條件驟變時，相關(guān)物質(zhì)含量的變化拓展·補充環(huán)境條件驟變時，相關(guān)物質(zhì)含量的變化葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減少增加減少增加減少CO2濃度增加減少增加減少增加化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量拓展·補充三、光合作用的影響因素及應(yīng)用光合作用強度定義：指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體表示方法：固定或消耗CO2的量制造或產(chǎn)生有機物（糖類）量產(chǎn)生O2的量單位時間內(nèi)光合作用思考：能否測量出光合作用強度？線粒體葉綠體O2釋放O2（可以測得）葉肉細(xì)胞CO2吸收CO2（可以測得）葉綠體：進(jìn)行光合作用，合成有機物，產(chǎn)生O2，消耗CO2線粒體：進(jìn)行有氧呼吸，消耗有機物，消耗O2，產(chǎn)生CO2光合作用強度O2CO2O2CO2只有呼吸作用，無光合作用O2CO2光合作用<呼吸作用O2CO2光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用O2O2CO2CO2光合作用強度光合作用制造的有機物的量-呼吸作用消耗的有機物的量=有機物積累量固定或消耗CO2量產(chǎn)生O2的量CO2吸收量O2的釋放量CO2的釋放量O2的吸收量總光合作用強度-呼吸作用強度=凈光合作用強度真正光合作用強度-

呼吸作用強度=

表觀光合作用強度光合作用強度影響光合作用的因素光照強度、CO2的濃度、溫度H2O、礦質(zhì)元素（Mg合成葉綠素）外因內(nèi)因酶的種類、數(shù)量色素的含量葉齡不同影響光合作用的因素光照強度0CO2吸收CO2釋放ABC陽生植物呼吸速率光補償點光飽和點陰生植物A1B1C1凈光合總光合B點：光合作用=呼吸作用D點：光合速率開始達(dá)到

最大時外界的光照強度（限制因素：CO2濃度、溫度等）D陰生植物呼吸作用較弱，對光的利用能力也不強。A-B：光合作用<呼吸作用B-C：光合作用>呼吸作用呼吸A點:只進(jìn)行呼吸作用1、光照強度應(yīng)用：①合理密植；②陰雨天適當(dāng)補充光照③間作套種④適當(dāng)剪枝影響光合作用的因素A:只進(jìn)行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用細(xì)胞呼吸釋放的CO2

全部用于光合作用B-C：光合作用>呼吸作用A-B：光合作用<呼吸作用影響光合作用的因素CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點：對應(yīng)的CO2濃度為能進(jìn)行光合作用的最低CO2濃度。CO2補償點光合作用速率＝呼吸作用速率對應(yīng)的D點為CO2飽和點C點之后光合速率的限制因素：外因主要為光照強度和溫度，內(nèi)因為酶的數(shù)量和活性。B點：C點：1.多施有機肥或農(nóng)家肥；2.溫室栽培植物時還可使用CO2發(fā)生器等；3.大田中還要注意通風(fēng)透氣。應(yīng)用：2、

CO2濃度影響光合作用的因素O溫度A光合速率BC最適溫度下植物光合作用最大，植物體內(nèi)的酶最適溫度在40~50℃之間。溫度過高時植物氣孔關(guān)閉或酶活性降低，光合速率會減弱。1.適時播種2.溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫3.植物“午休”現(xiàn)象應(yīng)用：3、

溫度影響光合作用的因素植物24小時中CO2的吸收量e～f：光照減弱，光合