浙科版高中生物必修1第三章細(xì)胞的代謝第五節(jié)光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能課件

高中生物必修1浙科版第五節(jié)光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

1.光合作用和呼吸作用的物質(zhì)變化(1)細(xì)胞呼吸是將葡萄糖中的C氧化為CO2,游離的O2則被還原為H2O中的O。

1|光合作用與呼吸作用的關(guān)系(2)光合作用則是將CO2還原為糖,將H2O中的O氧化為O2。

2.光合作用和呼吸作用的能量變化(1)細(xì)胞呼吸是一個放能反應(yīng),它將儲存在葡萄糖中的化學(xué)能釋放出來,供細(xì)胞利用。(2)光合作用是一個吸能反應(yīng),它利用太陽能將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘?并將能量儲存

在糖分子內(nèi),即光合作用是一個將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。特別提醒盡管光合作用從總反應(yīng)上看好像是細(xì)胞呼吸的逆轉(zhuǎn),但光合作用不是細(xì)胞呼吸的

逆反應(yīng)。與細(xì)胞呼吸比較,光合作用過程更加復(fù)雜,并不像它的反應(yīng)式所表示的

那樣簡單。1.適用生物:主要為綠色植物和藍(lán)細(xì)菌。2.同位素標(biāo)記法探究光合作用氧氣來源:運(yùn)用氧的同位素18O標(biāo)記的CO2和H2O進(jìn)

行實(shí)驗(yàn)。6C18O2+12H2O

C6

O6+6

O+6O26CO2+12

O

C6H12O6+6H2O+618O2結(jié)果發(fā)現(xiàn),只有供給

O時,光合作用釋放的才是18O2,由此證實(shí)了光合作用釋放的氧氣來自H2O中的O。3.葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能(1)結(jié)構(gòu)①兩層膜:內(nèi)膜、外膜。2

|光合作用在葉綠體中進(jìn)行②基粒:由類囊體堆疊而成。a.含有葉綠素和其他光合色素及將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的多種蛋白質(zhì)。b.在類囊體的空腔內(nèi)含有多種酶,這些酶與H2O的裂解有關(guān)。③基質(zhì):類囊體懸浮在其中?；|(zhì)中含有與光合作用有關(guān)的酶、少量的DNA。(2)功能:是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。4.葉綠體中光合色素的種類、顏色和功能(1)光合色素的種類及顏色①葉綠素a(藍(lán)綠色)和葉綠素b(黃綠色)都是含鎂的有機(jī)分子,主要吸收紅光和藍(lán)紫光。②葉綠體中還有類胡蘿卜素,其中最多的是胡蘿卜素(橙色)和葉黃素(黃色),它們

都是由碳?xì)滏溄M成的分子,主要吸收藍(lán)紫光。(2)光合色素的功能:吸收可見光,將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,用于有機(jī)物的合成。1.實(shí)驗(yàn)原理(1)提取色素原理:光合色素是一類脂溶性物質(zhì),可用酒精等脂溶劑溶解、提取色

素。(2)分離色素原理:各種色素在層析液中的溶解度不同,溶解度大的色素隨層析液

在濾紙條上擴(kuò)散得快,反之則擴(kuò)散得慢,從而使各種色素相互分離。3光合色素的提取與分離2.實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象(1)實(shí)驗(yàn)步驟(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象濾紙條上呈現(xiàn)四色顏色、寬度不同的色素帶,如圖所示:

3.正常實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(1)從色素帶的寬度可推知色素含量:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。(2)從色素帶的位置可推知色素在層析液中的溶解度大小:胡蘿卜素>葉黃素>葉

綠素a>葉綠素b。(3)在濾紙上相鄰色素帶間,距離最近的色素帶是葉綠素a與葉綠素b,距離最遠(yuǎn)的

是胡蘿卜素與葉黃素。1.光反應(yīng)與碳反應(yīng)的比較4|光反應(yīng)和碳反應(yīng)項(xiàng)目光反應(yīng)碳反應(yīng)場所光合膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)變化a.水的光解:H2O

H++O2+e-;b.NADPH的合成:H++e-+NADP+

NADPH;c.ATP的合成:ADP+Pi

ATPa.CO2的固定:CO2+五碳糖

三碳酸;b.三碳酸的還原:三碳酸

三碳糖;c.五碳糖的再生:三碳糖

五碳糖能量變化光能轉(zhuǎn)化為ATP、NADPH中活

躍的化學(xué)能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能

轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能聯(lián)系a.光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP是碳反應(yīng)中將二氧化碳還原為糖的能源物質(zhì);b.NADPH在碳反應(yīng)中是還原劑;c.碳反應(yīng)雖然不直接需要光,但只有在有光的條件下才能一輪一輪地循環(huán)2.光合產(chǎn)物在植物細(xì)胞中的利用

三碳糖是CO2分子進(jìn)入卡爾文循環(huán)后形成的第一個糖,其形成標(biāo)志著光合作用合成糖的過程已經(jīng)完成。在葉綠體內(nèi),三碳糖作為原料用于淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的合成。大部分三碳糖運(yùn)至葉綠體外,并且轉(zhuǎn)變成蔗糖,供植物體所有細(xì)胞利用。

1.光合速率(光合強(qiáng)度):一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時間內(nèi)進(jìn)行的光合

作用,如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。光合作用的強(qiáng)弱一般用光合速率來

表示。2.表觀光合速率(凈光合速率):光照條件下,人們測得的CO2吸收量,即植物從外界

環(huán)境吸收的CO2總量。3.真正光合速率(總光合速率):光照條件下,植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量+細(xì)

胞呼吸釋放的CO2的量。5|光合作用受環(huán)境因素的影響4.影響光合速率的重要因素(1)光強(qiáng)度:光合速率隨光強(qiáng)度的增加而增加,但在強(qiáng)度達(dá)到全日照之前,光合作用

已達(dá)到光飽和點(diǎn)時的速率,即光強(qiáng)度再增加,光合速率也不會增加。因?yàn)樵诠怙?/p>

和點(diǎn)的光強(qiáng)度下,光合作用的光反應(yīng)已達(dá)到最快的速率,所以光強(qiáng)度再增加也不能使光合速率增加。(2)溫度:一定范圍內(nèi)光合速率隨溫度的升高而加快。光合作用對溫度比較敏感,

溫度過高則酶的活性減弱或喪失,所以光合作用有一個最適溫度。(3)CO2濃度:CO2直接影響碳反應(yīng)速率。空氣中CO2濃度的增加會使光合速率加

快。判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“?”。1.在提取液中加入無水CaCO3可提高光合色素的溶解度,加入SiO2可以防止色素

被破壞。

(

)知識辨析?提示:在提取液中加入無水CaCO3可防止光合色素被破壞,加入SiO2使研磨充

分。2.濾紙條上的色素從上至下的順序是葉黃素、胡蘿卜素、葉綠素b、葉綠素a。

(

)3.類胡蘿卜素中僅包含胡蘿卜素和葉黃素,它們都是由碳?xì)滏溄M成的分子。

(

)??提示:類胡蘿卜素中最多的是胡蘿卜素和葉黃素,它們都是由碳?xì)滏溄M成的分

子。4.水在光下裂解形成的H+和e-在光下將NADP+還原為NADPH。

(

)提示:水在光下裂解為H+、O2和電子,H+和e-在光下將NADP+還原為NADPH?！?.1分子的二氧化碳與1個五碳糖結(jié)合,形成2個三碳酸,然后2個三碳酸被還原成2

分子三碳糖,這個過程需要經(jīng)過1輪卡爾文循環(huán)。(

)提示:1分子的二氧化碳與1個五碳糖結(jié)合,形成1個六碳分子,隨后,這個六碳分

子分解成2個三碳酸分子,然后這2個三碳酸分子被還原成2分子三碳糖,該過程經(jīng)

過1輪卡爾文循環(huán)?！?.離開卡爾文循環(huán)的三碳糖大部分運(yùn)至葉肉細(xì)胞外,轉(zhuǎn)變成蔗糖,再運(yùn)至其他細(xì)

胞,供植物體所有細(xì)胞利用。

(

)?提示:離開卡爾文循環(huán)的三碳糖在葉綠體內(nèi)能作為合成淀粉、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)的

原料。大部分三碳糖運(yùn)至葉綠體外,轉(zhuǎn)變成蔗糖,才能從葉肉細(xì)胞運(yùn)至其他細(xì)胞,

供植物體所有細(xì)胞利用。7.在一定范圍內(nèi),光合速率隨光強(qiáng)度的增加而增加,在強(qiáng)度達(dá)到全日照時,光合作

用才剛達(dá)到光飽和點(diǎn)時的速率。

(

)?提示:在一定范圍內(nèi),光合速率隨光強(qiáng)度的增加而增加,在強(qiáng)度達(dá)到全日照之前,

光合作用已達(dá)到光飽和點(diǎn)時的速率。1.提高實(shí)驗(yàn)效果的操作及目的1光合色素的提取與分離過程操作操作目的提取色素選材取新鮮綠色的葉片放入40~50℃的烘箱中烘干使濾液中色素含量高實(shí)驗(yàn)試劑研磨時加95%的酒精溶解葉片中的色素研磨時加少量SiO2和CaCO3使研磨充分和保護(hù)葉綠素實(shí)驗(yàn)操作迅速、充分研磨防止溶劑揮發(fā),充分溶解色素盛放濾液的試管管口加棉塞防止溶劑揮發(fā)和色素分子被氧化分離色素濾紙條濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散濾紙條的一端剪去兩角防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過快濾液細(xì)線濾液細(xì)線要直、細(xì)、勻使分離出的色素帶平整不重疊濾液細(xì)線干燥后再重復(fù)畫,共畫3~4次增加色素量,使分離的色素帶清晰分明濾液細(xì)線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中2.異?，F(xiàn)象分析(1)收集到的濾液綠色過淺①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置數(shù)天的綠葉,色素(葉綠素)太少。③一次加入大量的酒精,提取液濃度過低(正確做法:分次加入少量酒精提取色

素)。④未加或加入碳酸鈣過少,葉綠素被破壞。(2)濾紙條色素帶重疊:濾液細(xì)線過粗或連續(xù)畫濾液細(xì)線。(3)濾紙條上無色素帶①忘記畫濾液細(xì)線或沒有提取出色素。②濾液細(xì)線接觸到層析液,且時間較長,色素全部溶解到層析液中。科學(xué)家在探究不同光照處理對植物光合作用的影響時,以生長狀況相同的天

竺葵為材料設(shè)計了A、B、C、D四組實(shí)驗(yàn)。各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)度和CO2

濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定,每組處理的總時間均為135s。A組:先光照后黑

暗,時間各為67.5s;B組:先光照后黑暗,光照和黑暗交替處理,每次光照和黑暗時間

各為7.5s;C組:先光照后黑暗,光照和黑暗交替處理,每次光照和黑暗時間各為3.75

ms(毫秒);D組(對照組):光照時間為135s。處理結(jié)束時測定各組材料中光合作用

產(chǎn)物的含量:A為50%,B為70%,C為94%,D為100%。2光合作用過程分析問題1光照幾毫秒后停止光照,光反應(yīng)和碳反應(yīng)是不是都會馬上停止?提示

停止光照后,光反應(yīng)馬上停止,碳反應(yīng)在消耗完光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH后會停止。問題2光照停止后,短時間內(nèi)NADPH、ATP、三碳酸、五碳糖的量如何變化?提示

NADPH、ATP減少,三碳酸增多,五碳糖減少。

1.對光反應(yīng)與碳反應(yīng)認(rèn)識的4個誤區(qū)(1)光合作用中光反應(yīng)和碳反應(yīng)不是獨(dú)立的,而是息息相關(guān)的兩個過程,沒有光反

應(yīng),碳反應(yīng)也無法進(jìn)行。(2)光合作用的場所在真核生物中一定為葉綠體,在原核生物中為細(xì)胞質(zhì)中含有

光合色素的光合膜。(3)光合作用過程中,ATP提供能量;NADPH提供能量并作為還原劑,是氫的載體,

提供氫。(4)三碳糖或五碳糖的組成元素中有磷。2.環(huán)境改變時,短時間內(nèi)光合作用的中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物含量的變化條件過程變化模型分析光照由強(qiáng)到弱,CO2供應(yīng)不變①過程減弱,隨ATP、NADPH

減少②③過程減弱,④過程正常

進(jìn)行

光照由弱到強(qiáng),CO2供應(yīng)不變①過程增強(qiáng),隨ATP、NADPH

增加②③過程增強(qiáng),④過程正常

進(jìn)行

光照不變,CO2由充足到不足④過程減弱,隨三碳酸減少②③

過程減弱,①過程正常進(jìn)行

光照不變,CO2由不足到充足④過程增強(qiáng),隨三碳酸增加②③

過程增強(qiáng),①過程正常進(jìn)行

特別提醒a(bǔ).以上分析只表示條件改變后短時間內(nèi)各物質(zhì)相對含量的變化,而非長時間。b.以上各物質(zhì)變化中,三碳酸和五碳糖含量的變化是相反的,NADPH和ATP含量

的變化是一致的。

典例在適宜反應(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(qiáng)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,三碳酸上升C.綠光,NADPH下降D.綠光,五碳糖上升C思路點(diǎn)撥光源的改變→光能的吸收量改變→光反應(yīng)產(chǎn)物(NADPH和ATP)量變化→碳

反應(yīng)過程中物質(zhì)含量變化。解析

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(qiáng)度與白光相同的紅光照射,光反應(yīng)增強(qiáng),產(chǎn)生NADPH和ATP的速率加快,三

碳酸還原加快,而二氧化碳固定速率暫時不變,因此三碳酸含量減少,五碳糖、

ATP、NADPH含量增加;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(qiáng)度與白光相同的綠光照射,光反應(yīng)減弱,產(chǎn)生NADPH和

ATP的速率減慢,三碳酸還原減慢,而二氧化碳固定速率暫時不變,因此三碳酸的

含量增加,五碳糖、ATP、NADPH含量減少,C正確。1.光強(qiáng)度、CO2濃度、溫度對光合作用的影響分析(1)光強(qiáng)度

1影響光合作用的環(huán)境因素①曲線解讀a.A點(diǎn):只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。b.AB段:隨光強(qiáng)度增大,光合速率也逐漸增大,但光合速率小于細(xì)胞呼吸速率。c.B點(diǎn)(光補(bǔ)償點(diǎn)):光合速率等于細(xì)胞呼吸速率。d.BC段:光強(qiáng)度不斷加強(qiáng),光合速率不斷增加,光合速率大于細(xì)胞呼吸速率。e.C點(diǎn)對應(yīng)的光強(qiáng)度為光飽和點(diǎn)。②在生產(chǎn)上的應(yīng)用:通過輪作,延長全年內(nèi)單位土地面積上綠色植物進(jìn)行光合作

用的時間。(2)CO2濃度

圖1圖2①曲線解讀a.圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi),光合速率隨CO2濃度的增加而增大,但當(dāng)CO2濃

度增加到一定范圍后,光合速率不再增加。b.圖1中A點(diǎn)表示光合速率等于細(xì)胞呼吸速率時的CO2濃度,即CO2補(bǔ)償點(diǎn);圖2中的

A'點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1中的B點(diǎn)和圖2中的B'點(diǎn)都表示

CO2飽和點(diǎn)。②在生產(chǎn)上的應(yīng)用:施用有機(jī)肥增加產(chǎn)量;溫室栽培植物時,可以適當(dāng)提高室內(nèi)CO

2濃度;大田生產(chǎn)“正其行,通其風(fēng)”,即提高CO2濃度,增加產(chǎn)量。(3)溫度

①曲線解讀:溫度主要通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性進(jìn)而影響光合速率。②在生產(chǎn)上的應(yīng)用:增加晝夜溫差,保證植物有機(jī)物的積累。2.水和營養(yǎng)元素對光合作用的影響分析(1)水:既是光合作用重要的反應(yīng)物,又可影響氣孔的開閉,間接影響CO2的吸收,還

可影響光合產(chǎn)物的運(yùn)輸,從而影響光合速率。(2)營養(yǎng)元素:影響細(xì)胞內(nèi)許多化合物的合成,從而影響植物體的光合作用,如氮是

構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)葉綠素、酶、ATP等物質(zhì)的基本元素,可以影響葉面積和葉片數(shù)量,

從而影響光合作用。3.多因素對光合作用的影響分析

(1)曲線解讀:P點(diǎn)時,限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標(biāo)所示因素,在一定范圍內(nèi)隨

該因素的不斷增強(qiáng),光合速率不斷提高;Q點(diǎn)時,橫坐標(biāo)所示因素不再影響光合速

率,若要提高光合速率,可適當(dāng)提高圖示其他因素的作用強(qiáng)度。(2)應(yīng)用①溫室栽培植物時,在光強(qiáng)度一定條件下,白天適當(dāng)提高溫度,可增加與光合作用

有關(guān)的酶的活性,提高光合速率,也可同時適當(dāng)補(bǔ)充CO2進(jìn)一步提高光合速率。②當(dāng)溫度適宜時,可適當(dāng)增加光強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率。

典例將桑樹和大豆分別單獨(dú)種植(單作)或兩種隔行種植(間作),測得兩種植物的光合速率如圖所示(注:光飽和點(diǎn)是光合速率達(dá)到最大值時所需的最低光照

強(qiáng)度)。據(jù)圖分析,下列敘述正確的是

(

)

A

A.大豆植株開始積累有機(jī)物時的最低光照強(qiáng)度單作大于間作B.與單作相比,間作時兩種植物光合作用的光飽和點(diǎn)均增大C.間作雖然提高了桑樹的光合速率但降低了大豆的光合速率D.與單作相比,間作時兩種植物的呼吸強(qiáng)度均沒有受到影響思路點(diǎn)撥

解析

據(jù)題圖分析可知,大豆植株開始積累有機(jī)物時的最低光照強(qiáng)度單作大于間

作,A正確;與單作相比,間作時桑樹光合作用的光飽和點(diǎn)大,而大豆的光飽和點(diǎn)小,

B錯誤;由題圖可知,大豆在弱光時的光合速率間作比單作還高,C錯誤;題圖中的

曲線顯示大豆間作時呼吸強(qiáng)度比單作時小,D錯誤。綠色植物在光照條件下,同時進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸,這兩種生理作用在植物

體內(nèi)是密切聯(lián)系的。植物的光合作用為細(xì)胞呼吸提供有機(jī)物和氧氣,細(xì)胞呼吸又

可以為光合作用提供二氧化碳和水。因此,光照條件下測得植物有機(jī)物的量并非

光合作用實(shí)際制造的有機(jī)物的量,而是光合作用制造的有機(jī)物的量與細(xì)胞呼吸消

耗的有機(jī)物的量的差值,即有機(jī)物的積累量,由此所測得的光合速率為凈光合速

率或表觀光合速率。4光合作用與細(xì)胞呼吸的綜合分析凈光合速率、真正光合速率和細(xì)胞呼吸速率三者的關(guān)系如圖所示。問題1實(shí)驗(yàn)直接測定出來的光合速率是真正光合速率還是凈光合速率?提示

實(shí)驗(yàn)直接測定出來的光合速率是凈光合速率。問題2描述測定真正光合速率的實(shí)驗(yàn)思路。提示

在光照條件下測得凈光合速率,在黑