【生物課件】光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件2023-2024學年高一上學期生物人教版必修1

5.4光合作用的原理和應(yīng)用學習目標1.通過色素提取與分離的實驗掌握綠葉中色素的種類、含量、溶解度、提取過程。2.說出葉綠體適于進行光合作用的結(jié)構(gòu)特點。3.了解科學史，說明光合作用過程。4.探討影響光合作用的因素。5.關(guān)注光合作用原理的應(yīng)用。資料：1.植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源。2.大多數(shù)植物葉片之所以呈現(xiàn)綠色是因為其中含有綠色的色素。白化苗不含綠色色素，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去。根據(jù)資料，你推測進行光合作用需要哪些條件？光、二氧化碳、營養(yǎng)物質(zhì)、光合色素等一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（1）色素的提?、僭砭G葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以可用無水乙醇提取綠葉中的色素。注：并不是所有色素都不溶于水。若沒有無水乙醇，可以同時加入無水碳酸鈉吸水。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（1）色素的提取過程一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（1）色素的提取

②材料用具（見教材P98）葉綠素一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（1）色素的提取

③過程SiO2CaCO3無水乙醇研磨：破碎細胞，釋放色素。迅速研磨：減少提取液揮發(fā)和色素氧化。及時塞上棉塞：減少提取液揮發(fā)一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（2）色素的分離

①方法及原理分離色素的方法：紙層析法

紙層析法是利用待分離物質(zhì)中不同組分的某些理化性質(zhì)的差異而建立起來的一種分離技術(shù)。分離色素的原理：

不同色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴散速度慢。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（2）色素的分離

②材料用具（見教材P98）層析液：由20份在60-90℃下分餾出來的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（2）色素的分離

③過程一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（2）色素的分離

③過程剪去兩角毛細吸管濾液細線濾液細線四防止色素帶不整齊要求：細、直、齊。目的：避免色素帶重疊。增加色素的含量防止濾液細線中的色素溶解于層析液中，不能在濾紙條上擴散。一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（2）色素的分離

④結(jié)果葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）思考：色素帶的條數(shù)、色素帶距離濾液細線的距離、色素帶的寬窄代表了什么？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1.綠葉中色素的提取和分離（2）色素的分離

④結(jié)果分析葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）綠葉中的色素溶解度最高，含量最少。溶解度第二，含量第三。溶解度第三，含量第一。溶解度第四，含量第二。不同色素對光的吸收差異光照到物體表面后，該物體又將這種顏色的光反射出來，就是我們所見到的顏色。

對植物而言，光合色素主要吸收紅光和藍紫光，對綠光吸收最少，綠光被反射出來，所以植物的葉片呈現(xiàn)綠色。思考：為什么植物的葉片是綠色的？秋季某些植物的葉片為什么變黃了？秋季，葉片的葉綠素分子在低溫下被破壞，而類胡蘿卜素較穩(wěn)定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。不同色素對光的吸收差異

大棚中給植物補光應(yīng)該選用什么顏色的燈光？

紅色或藍色。色素提取分離幾個常見異?，F(xiàn)象原因分析1.濾液顏色過淺的原因①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低；③選擇的材料中色素含量少。2.濾紙條色素帶重疊的原因①濾液細線不直；②濾液細線過粗。3.濾紙條無色素帶的原因①忘記畫濾液細線；②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。4.濾紙條色素帶較淺的原因

①濾液中色素含量少；②劃濾液細線時次數(shù)太少。5.濾紙條下面兩條色素帶淺的原因①未加碳酸鈣或加入過少，葉綠素被破壞；②實驗材料中葉綠素含量較少。思考與討論：葉綠體的功能（恩格爾曼的實驗）實驗材料：水綿：有螺旋帶狀葉綠體需氧細菌：集中在氧氣多的地方自變量：因變量：光照、黑暗需氧菌聚集部位水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細菌可確定釋放O2的部位。水綿需氧細菌極細光束照射暴露在光下這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細菌在此區(qū)域分布類胡蘿卜素：吸收藍紫光葉綠素：吸收藍紫光和紅光葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜學科交叉：葉綠體中的色素只吸收

，

P99，

而對紅外光和紫外光等不吸收?？梢姽?、恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是什么？2、恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？

氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是植物進行光合作用的場所。

水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察;

用需氧細菌可確定釋放氧氣多的部位;

沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾；

用極細的光束照射，葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗；

臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證了實驗結(jié)果，等等。葉綠體的功能4、綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？3、在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？

這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細菌在此區(qū)域分布。

葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。葉綠體的功能一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)葉綠體捕獲光能、進行光合作用的解構(gòu)基礎(chǔ)：基粒類囊體：光合色素分布在類囊體膜上。葉綠體：兩層膜是透明的。如此多的基粒和類囊體，極大地擴大了受光面積。基粒與基粒之間充滿了基質(zhì)，基質(zhì)中有與光合作用有關(guān)的酶，少量DNA、RNA，核糖體。CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體光合作用的實質(zhì)：合成有機物，儲存能量光合作用概念：指綠色植物通過

，利用光能，把

轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出

的過程。葉綠體二氧化碳和水氧氣場所條件產(chǎn)物原料光合作用反應(yīng)式：二、光合作用的原理思考與討論：探索光合作用原理的部分實驗19世紀末

甲醛→糖1928年甲醛對植物有毒??！甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖！！CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)×H＋O2像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。希爾的實驗有H2O，無CO2注：氧化劑的作用是結(jié)合水分解產(chǎn)生的H+和e-討論：1.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用中產(chǎn)生的氧氣中的氧全部來自于水？2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應(yīng)？不能說明。希爾反應(yīng)僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣，該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察氧元素的轉(zhuǎn)移。能說明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有水，沒有合成糖的另一種必須原料---二氧化碳，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨立的反應(yīng)階段。第一組光合作用釋放的O2中的氧元素全部來源于H2O，而并不來源于C02。H2180C02H20C18O2第二組180202實驗結(jié)論：光照射下的小球藻懸浮液1941年魯賓和卡門的實驗實驗方法：同位素標記法1954年，阿爾農(nóng)在給葉綠體提供光照時發(fā)現(xiàn)，當向反應(yīng)體系供給ADP、Pi時，體系中就會有ATP的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。結(jié)論：光照下，水光解的同時ADP和Pi合成ATP。阿爾農(nóng)的實驗

根據(jù)是否需要____________，這些化學反應(yīng)可以概括地分為____________和_____________（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個階段。光能光反應(yīng)暗反應(yīng)分階段P102頁實驗表明：①光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自于水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學反應(yīng)，而是分階段進行的。②水的光解總是伴隨著ATP的合成。資料：葉綠體中氧化劑是NADP+。其接受電子并與H+結(jié)合形成NADPH。請大家結(jié)合科學家們的實驗結(jié)論和資料，思考光反應(yīng)階段都發(fā)生了哪些化學反應(yīng)？水分解產(chǎn)生氧氣和H+ADP和Pi利用能量合成ATPNADP+結(jié)合H+形成NADPH1.光反應(yīng)階段二、光合作用的原理光、色素、酶葉綠體的類囊體薄膜上水的光解：ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶光能→NADPH和ATP中活躍的化學能場所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：2e-

+H++NADP+NADPH（[H]）酶2H2OO2+4H++4e-

光能色素NADPH的合成：如圖表示某生物膜結(jié)構(gòu)及其發(fā)生的部分生理過程，下列敘述錯誤的是A.圖中膜結(jié)構(gòu)表示葉綠體內(nèi)膜，B側(cè)為葉綠

體基質(zhì)B.圖示過程的能量變化是光能轉(zhuǎn)變成ATP和

NADPH中活躍的化學能C.甲表示色素分子，其中類胡蘿卜素主要吸

收藍紫光D.圖示光反應(yīng)部分過程，水分解為氧和H＋的同時還產(chǎn)生電子√隨堂練習1.

理解卡爾文的實驗思路與實驗研究過程：科學探究CO2是如何轉(zhuǎn)變成糖類的呢？C3和C5之間是相互循環(huán)的驗證假設(shè)思考：卡爾文清楚了C的轉(zhuǎn)移途徑，即有機物的形成過程，這與前面學習的水的光解產(chǎn)生氧氣的過程是否存在一定的聯(lián)系呢？結(jié)論：CO2轉(zhuǎn)化成(CH2O)需要光反應(yīng)提供NADPH和ATP

CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：

葉綠體的基質(zhì)中NADPH和ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能2C3(CH2O)+C5酶NADPH、ATP、多種酶場所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3葉綠體基質(zhì)多種酶糖類ATPNADPH、ATPNADPH(CH2O)2.暗反應(yīng)階段二、光合作用的原理反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物聯(lián)系光反應(yīng)暗反應(yīng)類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)必須有光、光合色素、酶有光無光均可，多種酶光能→ATP和NADPH中活躍的化學能ATP和NADPH中活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、NADP+、（CH2O）、C5光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供還原劑和能量；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+光合作用兩階段的比較①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2原子轉(zhuǎn)移下圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：①圖中A是______,B是_______,它來自于______的分解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于_________。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來自______④圖中G________________,F是_________________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，I表示________，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水NADPH（即[H]）基質(zhì)提供能量，還原C3ATP光能光反應(yīng)階段[H]（NADPH）和ATP色素五碳化合物/C5三碳化合物/C3糖類/（CH2O）暗反應(yīng)階段隨堂練習2.條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見光CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱光照增強減少增加減少減少增加減少增加增加葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見光光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減小CO2濃度增加條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響增加減少增加減少減少減少增加增加

在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是（）

A.紅光，ATP下降

B.紅光，未被還原的C3上升

C.綠光，NADPH下降

D.綠光，C5上升C隨堂練習3.

如圖表示環(huán)境因素對玉米光合速率的影響情況．據(jù)此分析，下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A.圖中M點前限制玉米光合速率的主要因素是光照強度B.與b點相比，a點時細胞中的C3含量較多C.與M點相比，b點時，細胞中的C5含量較低D.圖中信息顯示，合理密植有利于提高玉米的光合速率隨堂練習4.

如圖表示環(huán)境因素對玉米光合速率的影響情況．據(jù)此分析，下列相關(guān)敘述錯誤的是（）A.圖中M點前限制玉米光合速率的主要因素是光照強度B.與b點相比，a點時細胞中的C3含量較多C.與M點相比，b點時，細胞中的C5含量較低D.圖中信息顯示，合理密植有利于提高玉米的光合速率C隨堂練習4.化能合成作用：硝化細菌能夠利用體外環(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：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化細菌6CO2+6H2OC6H12O6+6O2能量討論：進行化能合成作用的生物屬于自養(yǎng)生物還是異養(yǎng)生物？同化作用：合成有機物并儲存能量的過程。根據(jù)“能量”來源于“自己”還是“非己”，分為自養(yǎng)和異養(yǎng)。自養(yǎng)分為光能自養(yǎng)（如綠色植物、藍細菌等）、化能自養(yǎng)（如硝化細菌等）異養(yǎng)生物：人及其他動物、酵母菌等異養(yǎng)生物：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。自養(yǎng)生物：將無機物轉(zhuǎn)化為有機物的生物。D隨堂練習5.1.光合作用的強度

指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。也可以用單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生的氧氣量或消耗的二氧化碳量來表示。

實驗測量出來的光合作用強度（有機物積累量、CO2吸收量，O2釋放量）是凈光合強度。在同等條件的黑暗情況下可以測量出呼吸強度。因此真光合強度（有機物制造或合成量、CO2固定量、O2產(chǎn)生量）是計算得出的。真光合強度=凈光合強度+呼吸強度。三、光合作用原理的應(yīng)用2.影響光合作用強度的因素外因：①光照②CO2濃度③溫度④水分⑤礦質(zhì)元素內(nèi)因：①葉片氣孔開閉②葉綠體（色素、酶、C5等）三、光合作用原理的應(yīng)用①光照：光照強度或光質(zhì)（光的波長、光的顏色）探究實踐：探究光照強度對光合作用強度影響原理：（1）抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中下沉。光照下葉片進行光合作用產(chǎn)生O2，充滿細胞間隙，葉片又會上浮。（2）光合作用越強，單位時間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(shù)量越多。自變量：光照強度因變量：小葉片上浮的數(shù)量①光照：光照強度或光質(zhì)（光的波長、光的顏色）探究實踐：探究光照強度對光合作用強度影響步驟：打→抽→沉→吹→照→觀①光照：光照強度或光質(zhì)（光的波長、光的顏色）探究實踐：探究光照強度對光合作用強度影響結(jié)果：結(jié)論：

一定范圍內(nèi)，光照強度越強，光合作用強度越強。①光照(光照強度或光質(zhì))：主要通過影響光反應(yīng)從而影響光合作用強度光合速率0光照強度0光照強度吸收速率

CO2釋放速率

CO2ABC1C2真光合凈光合A：呼吸速率，主要由溫度決定。B：光補償點。光合速率等于呼吸速率時的光強，此時凈光合速率為0C1：光飽和點。光合速率達到最大時所需最低光強。此時光合速率達到該條件（一定CO2濃度、溫度等）下的最大值C2。A-C2：限制光合作用強度的主要環(huán)境因素是光照強度C2及C2以后：限制光合作用強度的主要因素可能是CO2濃度、溫度、色素、酶等其他因素ABC呼吸速率光補償點D光飽和點凈光合速率為正值凈光合速率為負值﹣5【求算】1.該植物的呼吸速率是多少？A點和B點的真光合

速率各為多少？A點真光合：0B點真光合：5呼吸速率：5（正值）光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC呼吸速率光補償點D光飽和點凈光合速率為正值凈光合速率為負值EF8﹣4﹣5【求算】2.E點和F點的真光合速率各為多少？E點：8（凈光合）+5（呼吸）=13F點:(﹣4)(凈光合）+5（呼吸）=1①光照(光照強度或光質(zhì))：主要通過影響光反應(yīng)從而影響光合作用強度光合速率0光照強度0光照強度吸收速率

CO2釋放速率

CO2ABC1C2真光合凈光合A：呼吸速率，主要由溫度決定。B：光補償點。光合速率等于呼吸速率時的光強，此時凈光合速率為0C1：光飽和點。光合速率達到最大時所需最低光強。此時光合速率達到該條件（一定CO2濃度、溫度等）下的最大值C2。當條件的改變對光合作用有利時，B左移，C1右移，C2上（或右上）移當條件的改變對光合作用不利是，B右移，C1左移，C2下（或左下）移CO2O21234①光照(光照強度或光質(zhì))：主要通過影響光反應(yīng)從而影響光合作用強度光合速率0光照強度0光照強度吸收速率

CO2釋放速率

CO2ABC1C2真光合凈光合AA-BBB點之后

原理的應(yīng)用：從光照的角度提高光合作用生產(chǎn)量的措施有（1）提高光合作用強度：適當?shù)靥岣吖庹諒姸?，如陰天溫室大棚中補光；溫室大棚用透明的玻璃或塑料薄膜，補光時用紅光藍光和紫光（考慮光質(zhì)對光合強度的影響）（2）延長光合作用時間：用人工光源延長光照時間（3）增加光合作用面積：合理密植（即不過疏，也不過密）（4）光照過強時，適當遮陰，防止葉綠素和葉綠體的結(jié)構(gòu)被強光破壞①光照(光照強度或光質(zhì))：主要通過影響光反應(yīng)從而影響光合作用強度②CO2濃度：主要通過影響暗反應(yīng)從而影響光合作用強度CO2濃度吸收速率

CO2釋放量速率

CO2ABA：CO2補償點。光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度，此時凈光合速率為0B：CO2飽和點。光合速率達到最大時所需最低CO2濃度。此時凈光合速率達到該條件（一定光強、溫度等）下的最大值。凈光合B點之前：限制光合作用強度的主要環(huán)境因素是CO2濃度B以后：限制光合作用強度的主要因素可能是光強、溫度、色素、酶等其他因素光合速率0CO2濃度真光合②CO2濃度：主要通過影響暗反應(yīng)從而影響光合作用強度原理的應(yīng)用：（1）種植農(nóng)作物時“正其行，通其風”（2）施用農(nóng)家肥增加大田或大棚中的CO2濃度（3）大棚中使用干冰或CO2發(fā)生器增加CO2濃度CO2濃度吸收速率

CO2釋放量速率

CO2AB凈光合光合速率0CO2濃度真光合③溫度：主要通過影響酶的活性影響光、暗反應(yīng)從而影響光合作用強度原理的應(yīng)用：（1）農(nóng)業(yè)生長中適時播種（2）溫室中，白天適當提高溫度（增強光合），夜晚適當降溫（減弱呼吸），從而保證有機物的積累

④水分

水是光合作用的原料