【生物】光合作用與能量轉(zhuǎn)化(第2課時) 2023-2024學(xué)年高一生物上冊同步教學(xué)課件（人教版2019必修1）

第5章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

第4節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化本節(jié)聚焦1.

植物靠哪些色素捕獲光能？

2.

葉綠體的結(jié)構(gòu)有哪些適于進(jìn)行光合作用的特點？3.光合作用是怎樣進(jìn)行的？

4.光合作用過程中物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化有什么關(guān)系？

5.光合作用原理在生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用？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。有的植物工程完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色、白色的光源。問題探討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。有的植物工程完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色、白色的光源。問題探討

光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。一、捕獲光能的色素思考：“白化苗”能持續(xù)正常地生長嗎？白化苗不含綠色色素，不能進(jìn)行光合作用，不能正常生長，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去。一、捕獲光能的色素

實驗：綠葉中色素的提取和分離閱讀課本98頁相關(guān)內(nèi)容，回答下列問題：1.提取綠葉中色素的原理是什么？2.綠葉中的色素不只有一種，分離綠葉中色素的原理是什么？

3.提取色素要注意什么？一、捕獲光能的色素分離的原理：

不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度越高，在濾紙上的擴(kuò)散速度越快，反之則慢，色素就會隨層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開。新鮮菠菜葉1.實驗材料：提取的原理：

色素能夠溶于有機(jī)溶劑無水乙醇中，因此可選用無水乙醇提取色素。2.實驗原理：一、捕獲光能的色素3.實驗步驟：1.色素提取時所用試劑及作用？無水乙醇：二氧化硅：碳酸鈣：2.研磨時應(yīng)注意什么？原因為何？迅速且充分。保證色素釋放得更加充分且揮發(fā)量少。提取綠葉中的色素溶解色素；使研磨更加充分；防止色素被破壞制備濾紙條鉛筆線剪去兩角畫濾液細(xì)線濾液細(xì)線畫濾液細(xì)線的原則是細(xì)、直、齊。

待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細(xì)線中色素的含量。紙層析法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(kuò)散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴(kuò)散速度慢。分離綠葉中的色素1.分離色素的方法？2.分離色素的原理？插濾紙條層析液培養(yǎng)皿3.為何不能讓濾液細(xì)線觸及層析液？防止濾液細(xì)線中色素溶解在層析液中一、捕獲光能的色素結(jié)果一、捕獲光能的色素（黃色）（藍(lán)綠色）（黃綠色）（橙黃色）問1：色素帶寬窄反映什么？含量葉綠素a最多問2：哪種色素溶解度最大？胡蘿卜素上下色素帶色素種類色素顏色色素含量溶解度擴(kuò)散速度胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色最少最高最快黃色較少較高較快藍(lán)綠色最多較低較慢黃綠色較多最低最慢葉綠素由C、H、O、N、Mg構(gòu)成葉綠素（含量約占3/4）類胡蘿卜素（含量約占1/4）綠葉中四種光合素色的比較一、捕獲光能的色素綠葉中的色素類胡蘿卜素(占1/4)葉綠素(占3/4)胡蘿卜素葉黃素（橙黃色）（黃色）葉綠素a葉綠素b（藍(lán)綠色）（黃綠色）色素的作用：吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能一、捕獲光能的色素C、H、O、N、MgC、H

C、H、O注意：少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a才能轉(zhuǎn)化光能其他色素只能吸收、傳遞光能提出問題：這4種色素對光的吸收有什么差別？實驗探究：陽光(白光)在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，

形成不同顏色的光帶，稱為光譜。一、捕獲光能的色素一、捕獲光能的色素對照組實驗組一、捕獲光能的色素問2：葉綠素主要吸收哪種光？問1：藍(lán)紫光的波長？紅光的波長？450nm650nm藍(lán)紫光和紅光問3：類胡蘿卜素主要吸收哪種光？藍(lán)紫光可見光一、捕獲光能的色素1.用這種方法有什么好處？不同顏色的

光照對植物的光合作用會有影響嗎？溫室或大棚種植蔬菜時，照射紅色、藍(lán)光、白色的人工光源。提高光合作用強(qiáng)度，

色素吸收最多的是藍(lán)紫光和紅光。2.為什么不使用發(fā)綠色光的燈管作補充

光源？色素對綠光吸收最少，不能用綠光做光源溫室大棚的薄膜是什么顏色？

白色透明、藍(lán)紫光照射下生長：脂肪和蛋白質(zhì)含量會增加紅光照射下生長：糖類會增加現(xiàn)象原因正常綠色葉色變黃葉色變紅①正常綠葉的葉綠素和類胡蘿卜素的比例約為3：1，②對綠光吸收最少，所以正常葉片總呈綠色秋天時，低溫和植物體內(nèi)積累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的葉肉細(xì)胞中變成紅色儲存在液泡，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈紅色，如紅楓、紅葉李。寒冷時，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，葉片顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉片變黃拓展1：色素與葉片的不同顏色花青素，是自然界一類廣泛存在于植物液泡中的色素。水果、花卉中的主要呈色物質(zhì)大部分與之有關(guān)。在植物細(xì)胞液泡不同pH條件下，花青素使花瓣、果實等呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色。拓展2拓展3:影響葉綠素合成的因素(1)光照：光是影響葉綠素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成

葉綠素，因而葉片發(fā)黃。(2)溫度：溫度可影響與葉綠素合成有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響葉綠素的

合成。低溫時，葉綠素分子易被破壞而使葉片變黃。(3)礦質(zhì)元素：葉綠素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg將導(dǎo)致葉綠素?zé)o法合成，

葉片變黃。另外，F(xiàn)e是葉綠素合成過程中某些酶的輔助成分，

缺Fe也將導(dǎo)致葉綠素合成受阻，葉片變黃。二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用成熟植物細(xì)胞不能分裂二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用外膜葉綠體基質(zhì)基粒酶、DNA、RNA、核糖體內(nèi)膜酶、色素光合色素只位于類囊體的薄膜上二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用曝光隔絕空氣；黑暗恩格爾曼將載有水綿（葉綠體呈螺旋帶狀分布）和需氧細(xì)菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)，在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌只向葉綠體被光束照射的部位集中；如果把裝置放在光下，細(xì)菌則分布在葉綠體所有受光部位。恩格爾曼實驗1葉綠體能吸收光能進(jìn)行光合作用制造氧氣。水綿:單細(xì)胞真核生物需氧細(xì)菌：顯示氧氣的釋放位置①②③二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用結(jié)論：色素主要吸收藍(lán)紫光和紅光用于光合作用，制造氧氣。恩格爾曼實驗2用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。三、光合作用的原理1.光合作用的定義

光合作用是指綠色植物通過

，利用

，把

和

轉(zhuǎn)化成儲存能量的

，并且釋放出

的過程。葉綠體光能二氧化碳有機(jī)物氧氣水CO2+H2O

(CH2O)+O2葉綠體光能

總反應(yīng)式:實質(zhì)：合成有機(jī)物，儲存能量三、光合作用的原理思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料1:

19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家

發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。CO2O2釋放C+H2O甲醛多個縮合糖(CH2O)思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料2:希爾實驗2+葉綠體2：希爾的實驗是否說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)？能，因為懸浮液中沒有CO2，糖類合成時需要CO2中的碳元素。

氧氣產(chǎn)生和糖類合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。1：希爾反應(yīng)是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？不能說明，反應(yīng)體系中可以還存在其他氧元素供體，該實驗沒有排除

葉綠體濾液中其它物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料3魯賓和卡門的實驗3：分析魯賓和卡門做的實驗，可得

出什么結(jié)論？光合作用釋放的氧全部來自水，

而并不來源于CO2思考·討論探究光合作用原理的部分實驗資料4:1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)(D.Arnon)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體

可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。三、光合作用的原理光反應(yīng)必須有光、酶、色素過程：場所：類囊體薄膜色素光ADP+PiATP酶H2OO2NADPH光解H2O光酶NADPH+O2ADP+PiATP光酶H++NADP++e2-

還原型輔酶Ⅱ（NADPH)光反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化：光能→ATP和NADPH中的化學(xué)能條件：作為活潑的還原劑，并儲存有能量NAD+還原型輔酶Ⅰ（NADH)三、光合作用的原理暗反應(yīng)場所：條件：過程：葉綠體基質(zhì)有沒有光都可以、酶co2+

C5酶2c32c3酶(CH2O)+C5NADPH、ATPC52C3酶CO2固定(CH2O)還原ADP+PiATP能量NADPH酶暗反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化：ATP和NADPH中的化學(xué)能

有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只能用于暗反應(yīng)呼吸作用產(chǎn)生的ATP用于各項生命活動卡爾文循環(huán):14CO2→14C3→(14CH2O)NADP+酶三、光合作用的原理葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段NADP+NADPH酶類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)可見光三、光合作用的原理三、光合作用的原理三、光合作用的原理

過程項目光反應(yīng)暗反應(yīng)條件光色素、酶場所物質(zhì)變化能量變化需要光

有光無光均可類囊體薄膜水的光解ATP的合成CO2的固定C3的還原色素、酶酶葉綠體基質(zhì)ATP和NADPH中的化學(xué)能

有機(jī)物中

穩(wěn)定的化學(xué)能ATP和NADPH

中的化學(xué)能光能三、光合作用的原理問:光反應(yīng)、暗反應(yīng)在物質(zhì)變化，能量轉(zhuǎn)化方面存在什么聯(lián)系？物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)：NADPH和ATP

暗反應(yīng)為光反應(yīng)：NADP+、ADP、Pi能量轉(zhuǎn)化：光能→ATP和NADPH中的化學(xué)能→

有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能三、光合作用的原理擴(kuò)展題型：外界因素驟變，短時間對各物質(zhì)含量的影響三、光合作用的原理

ATP

NADPHC3C5

光照減弱

光照增強(qiáng)H2OCO2NADPHO2酶多種酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）水的光解形成ATPCO2的固定C3的還原光照條件驟變，短時間內(nèi)各種物質(zhì)量的影響

C5C3ATPNADPHCO2濃度減少CO2濃度增加H2OCO2NADPHO2酶多種酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）水的光解形成ATPCO2的固定C3的還原(2)

CO2濃度驟變，短時間內(nèi)各種物質(zhì)量的影響四、影響光合作用強(qiáng)度的因素固定CO2的量光合作用強(qiáng)度：單位時間內(nèi)光合作用制造有機(jī)物（糖類）的數(shù)量制造有機(jī)物（糖類）的數(shù)量產(chǎn)生O2的量單位時間內(nèi)光合作用1.什么是光合作用強(qiáng)度？四、影響光合作用強(qiáng)度的因素任務(wù)：根據(jù)反應(yīng)式說出影響光合作用強(qiáng)度的因素有哪些？CO2的濃度H2O光：光照強(qiáng)度、光質(zhì)、光照時間礦質(zhì)元素（N、Mg是合成葉綠素的原料）外因：內(nèi)因：酶的種類、數(shù)量色素的含量葉齡不同植物種類溫度四、影響光合作用強(qiáng)度的因素(1)CO2濃度(3)光照強(qiáng)度(4)光質(zhì)(2)水含量(5)溫度應(yīng)用：

①農(nóng)作物應(yīng)合理密植，“正其行，通其風(fēng)”；②應(yīng)增施農(nóng)家肥或用CO2發(fā)生器。應(yīng)用：合理灌溉應(yīng)用：適當(dāng)增加光照強(qiáng)度，延長光照時間應(yīng)用：大棚可將白天的溫度調(diào)至最適溫度(6)礦質(zhì)元素應(yīng)用：合理施肥應(yīng)用：藍(lán)紫光燈、紅光燈四、影響光合作用強(qiáng)度的因素四、影響光合作用強(qiáng)度的因素方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔

器打出圓形小葉片30片2.將圓形小葉片置于注射器內(nèi)，

使葉片內(nèi)氣體逸出探究·實踐

探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響方法步驟：探究·實踐

探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存，小圓形葉片全部沉到水底4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液），5.分組實驗：分別將10片葉圓片投入3只盛20mLNaHCO3的小燒杯中并調(diào)整40W臺燈距離四、影響光合作用強(qiáng)度的因素1.裝置中的圓形小葉片原先是沉在

水底的，光照后上浮，原因是？光照后圓形小葉片光合作用產(chǎn)生

氧氣，葉片上浮2.圓形小葉片上浮時間的長短或上

浮的數(shù)量代表什么？代表其光合作用產(chǎn)生氧氣的速率探究·實踐

探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響不同光照強(qiáng)度下浮起葉片數(shù)量記錄表實驗條件溶液溫度：CO2濃度：燒杯與LED燈的距離黑暗5cm10cm15cm20cm上浮圓形小葉片的數(shù)量（5min）上浮圓形小葉片的數(shù)量（10min）上浮圓形小葉片的數(shù)量（15min）平均值做好數(shù)據(jù)、現(xiàn)象的記錄。探究·實踐

探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響四、影響光合作用強(qiáng)度的因素光合作用強(qiáng)度光照強(qiáng)度結(jié)論：在一定范圍內(nèi)隨著光照強(qiáng)度的增加，光合作用強(qiáng)度增加。探究·實踐

探究光照強(qiáng)度對光合作用的影響葉肉細(xì)胞植物在進(jìn)行光合作用的同時，還進(jìn)行呼吸作用。實際測量到的光合作用指標(biāo)是凈光合作用速率。問題：

植物進(jìn)行光合作用的同時，還會進(jìn)行呼吸作用。我們觀測到的光合作用指標(biāo)，如O2的產(chǎn)生量，是植物光合作用實際產(chǎn)生的總O2量嗎？較強(qiáng)光照時產(chǎn)生O2釋放O2（可以測得）明確凈光合作用與實際光合作用的關(guān)系只進(jìn)行呼吸作用光合作用<呼吸作用明確凈光合作用與實際光合作用的關(guān)系光合作用=呼吸作用

四、影響光合作用強(qiáng)度的因素四、影響光合作用強(qiáng)度的因素明確凈光合作用與實際光合作用的關(guān)系光合作用>呼吸作用光補償點（1）光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光飽和點凈光合速率總光合速率B：光合作用=呼吸作用D：光合速率開始達(dá)到最大時對應(yīng)的光照強(qiáng)度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸速率A：只進(jìn)行呼吸作用討論1：C點之前和之后限制光合作用因素分別是？C點前：光照強(qiáng)度C點后：CO2濃度等討論2：能否在圖中找出總光合速率？四、影響光合作用強(qiáng)度的因素（1）光照強(qiáng)度四、影響光合作用強(qiáng)度的因素陰生植物

是指在弱光條件下比強(qiáng)光條件下生長良好的植物陽生植物在強(qiáng)光環(huán)境中生長發(fā)育健壯，在陰蔽和弱光條件下生長發(fā)育不良的植物光照強(qiáng)度0ABC陽生植物陰生植物A1B1C1CO2吸收速率CO2釋放速率（1）光照強(qiáng)度四、影響光合作用強(qiáng)度的因素（1）光照強(qiáng)度四、影響光合作用強(qiáng)度的因素應(yīng)用：①大棚種植陰雨天應(yīng)補充光照，把光強(qiáng)控制在光飽和點，至少要在

光補償點之上；②合理密植、適當(dāng)剪枝③根據(jù)陽生植物和陰生植物對光照的不同要求，控制光照強(qiáng)弱。

如間作套種時農(nóng)作物的種類搭配、林帶樹種的搭配等。

四、影響光合作用強(qiáng)度的因素（2）CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2D光合作用的最低CO2濃度最大光合速率CO2飽和點①多施有機(jī)肥或農(nóng)家肥；

（微生物將有機(jī)物分解為CO2和無機(jī)鹽）②大田生產(chǎn)“正其行（合理安排植株的

間距），通其風(fēng)（補充新鮮的CO2）”，

即為提高CO2濃度、增加產(chǎn)量；③釋放一定量的干冰；④溫室栽培可使用CO2發(fā)生器等。應(yīng)用：CO2補償點四、影響光合作用強(qiáng)度的因素（3）溫度O溫度A光合速率BC1.溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,晚上

適當(dāng)降溫，從而提高作物產(chǎn)量

（有機(jī)物積累量）。應(yīng)用：四、影響光合作用強(qiáng)度的因素（4）礦質(zhì)元素N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分；P：NADP+和ATP的重要組分；K：促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸，如淀粉的運輸；Mg：葉綠素的重要組分。合理施肥應(yīng)用：四、影響光合作用強(qiáng)度的因素原理：水既是光合作用的

，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的

，直接影響光合作用速率；水分還能影響氣孔的

，間接影響

進(jìn)入葉片，從而影響光合作用速率。缺水氣孔關(guān)閉限制CO2進(jìn)入葉片光合作用受影響（5）水應(yīng)用：合理澆灌原料介質(zhì)開閉CO23.根據(jù)光合作用的基本過程填充下圖。O22C3C5NADPHATPADP+PiNADP+練習(xí)與應(yīng)用（P106）

1.下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。(1)

7—10時的光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)的原因是________________________。(2)

10—12時左右的光合作用強(qiáng)度明顯減弱的原因是________。

光照強(qiáng)度逐漸增大此時氣溫很高，導(dǎo)致氣孔大量關(guān)閉，CO2無法進(jìn)入葉片組織，致使光合作用暗反應(yīng)受到限制1.下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。(3)

14-17時的光合作用強(qiáng)度不斷下降的原因______________________。(4)

從圖中可以看出，限制光合作用的因素有_____________________。光照強(qiáng)度不斷減弱光照強(qiáng)度、溫度(