5.4+光合作用和能量轉化+課件-高一上學期生物人教版必修1

智慧植物工廠【問題探討】1.植物工廠化生產，需要控制好光照、溫度、濕度、CO2濃度和營養(yǎng)液成分等；2.植物工廠中人工光源可以源源不斷地為植物的生長提供能量，在自然界，太陽光能的輸入、捕獲和轉化則是生物圈得以維持運轉的基礎。唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑------光合作用第4節(jié)光合作用與能量轉化

白化苗由于不能進行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。玉米中有時會出現(xiàn)白化苗......思考：綠色植物靠什么捕獲和轉化光能？1.實驗原理（1）提取原理:綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑_______________中。（2）分離原理:各種色素在___________中的__________不同,溶解度高的隨層析液在濾紙條上的_____________,反之則慢。無水乙醇層析液溶解度擴散更快探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離一、捕獲光能的色素和結構（一）捕獲光能的色素2.實驗目的

（1）進行綠葉中色素的提取和分離。

（2）探究綠葉中含有幾種色素。3.材料用具：新鮮的綠葉、定性濾紙、無水乙醇、層析液等（脂溶性色素）探究·實踐：綠葉中色素的提取4.實驗步驟：（1）提取綠葉的色素稱取5g新鮮綠葉，剪碎，放入研缽中。研缽加少量二氧化硅（有助于研磨充分）和碳酸鈣（可防止研磨中色素被破壞），再加入10mL無水乙醇（溶解色素），迅速、充分研磨。研磨液過濾(單層尼龍布)棉塞封口（防止乙醇揮發(fā)）能否用濾紙過濾？探究·實踐：綠葉中色素的分離(2)制備濾紙條避免層析液在邊緣擴散過快

將濾紙剪成小于試管長度的濾紙條

濾紙條一端剪去兩角

下端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線鉛筆線剪兩角1cm(3)畫濾液細線毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻畫出一條細線；濾液干后再畫一到兩次。積累更多的色素，使分離后的色素帶更明顯★要求：細、直、齊；重復2—3次(4)分離色素原理：溶解度高的色素隨層析液在濾紙上_____________;反之，則慢。思考：1.為何濾液細線不能觸及層析液？2.為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止色素溶解在層析液中防止層析液揮發(fā)（易揮發(fā)且有毒）擴散得快紙層析法（5）實驗結果①濾紙上有幾條色素帶？④不同條帶的寬窄說明了什么？②不同的色素帶分別對應哪些色素？4條③從上而下的排序說明了什么？含量不同色素溶解度不同胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b【信息提取】（P.99討論1、2）（胡蘿卜素>葉黃素>葉綠素a>葉綠素b）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）色素【小結】溶解度最大含量最多思考：秋天植物的葉片為什么會呈現(xiàn)黃色？低溫破壞葉綠素，使類胡蘿卜素的顏色顯示出來。你知道影響葉綠素合成因素嗎？綠葉中色素的提取和分離

下圖表示某同學做“綠葉中色素的提取和分離”實驗的改進裝置。應將濾液滴在a處還是b處？實驗結果應會出現(xiàn)四個不同顏色的同心圓，最外層應是什么顏色？【答案】提示：a處；橙黃色[思維拓展]過程注意事項操作目的提取色素1選鮮嫩、深綠色的葉片2研磨時加無水乙醇3加少量SiO2和CaCO34迅速、充分研磨5盛濾液的試管管口加棉塞分離色素1濾紙預先干燥處理2濾液細線：直、細、均勻3濾液細線干燥后重復畫一兩次4濾液細線不觸及層析液使濾液中色素含量高溶解葉綠體中的色素研磨充分和保護葉綠素防止乙醇蒸發(fā)，充分溶解色素防止乙醇揮發(fā)使層析液在濾紙上擴散速度快使分離的色素帶整齊、不重疊使分離的色素帶層次清晰防止色素溶解到層析液中實驗中的注意事項和操作目的歸納大本P.95練一練1、某班學生完成對新鮮菠菜葉進行葉綠體中色素的提取和分離實驗時，

由于各組操作不同，出現(xiàn)了以下四種不同的層析結果。下列分析錯誤

的是(

)DA.甲可能是因為研磨時未加入SiO2B.乙可能是因為研磨時未加入CaCO3C.丙可能是誤用水作提取液和層析液D.丁是正確操作得到的理想結果2、在做提取和分離葉綠體中的光合色素實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得的實驗結果依次應為(

)B試劑甲乙丙丁無水乙醇－＋＋＋CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④葉綠體中的色素提取液紅光區(qū)、藍紫光區(qū)出現(xiàn)了暗帶（二）色素的吸收光譜綠葉中的色素主要吸收紅光和藍紫光400500600700波長/nm光合色素吸收光譜葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素吸收光能的百分比綠光吸收最少樹葉為什么是綠色？

色素顏色由其反射的光所決定，綠葉中葉綠素含量多，但對綠光吸收最少。溫室或大棚種植蔬菜時，應選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜？補充光源？1.葉綠素主要吸收___________，類胡蘿卜素主要吸收________藍紫光藍紫光、紅光2.光合色素的作用

。

吸收、傳遞、轉化光能補充藍紫光、紅光吸光度白色薄膜練習鞏固(1)提取色素時加碳酸鈣的目的是使研磨更充分(

)(2)綠葉中含量越多的色素，其在濾紙條上擴散得越快(

)(3)葉綠素a和葉綠素b只吸收紅光和藍紫光(

)(4)植物葉片之所以呈現(xiàn)綠色，是因為葉片中的葉綠體吸收了綠光(

)××××(5)沒有葉綠體的生物無法進行光合作用(

)(6)植物細胞都含有葉綠體(

)(7)在真核細胞內，能進行光合作用的色素分布在葉綠體以及液泡中(

)×××判斷正誤，并說明原因：藍細菌中無葉綠體但含有藻藍素和葉綠素及與光合作用有關的酶1.葉綠體結構1g菠菜葉片中的類囊體總面積竟有60m2左右類囊體堆疊形成基粒，極大地擴展了受光面積基粒(類囊體)色素與光反應有關的酶基質：與暗反應有關的酶（三）葉綠體的結構適于光合作用綠葉中的色素存在于細胞中的什么部位呢？2.恩格爾曼實驗極細的光束黑暗中——需氧細菌集中于葉綠體被光束照射的部位光下——需氧細菌分布于葉綠體所有受光部位水綿需氧細菌實驗一（無空氣）

課P.100

恩格爾曼的實驗一結論：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。（P.101討論1）（1）為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？提示：水綿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。（2）為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？提示：選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾?！締栴}探討】（3）為什么用極細的光束照射？提示：葉綠體上光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗。回答P.101討論2三棱鏡結論：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光照射水綿好氧細菌聚集在紅光和藍紫光的區(qū)域實驗二思考：大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？（P.101討論3）提示：水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，葉綠體會釋放氧氣，好氧細菌分布多。（無空氣）1.恩格爾曼用水棉和需氧細菌做了兩個實驗，現(xiàn)象分別如圖。有關說法不正確的是（）A.選擇水棉為材料，其葉綠體呈螺旋帶狀分布是重要因素之一B.選擇需氧細菌是為了證明光合作用是否有氧氣產生C.實驗1可以證明葉綠體能吸收光能用于光合作用釋放氧氣D.實驗2可以證明藍紫光和紅光是光合作用效率較高的光B【及時反饋】氧氣產生部位2.為證實葉綠體有放氧功能，可利用含有水綿與需氧細菌的臨時裝片進行實驗，裝片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NaHCO3稀溶液B.光照、無空氣、臨時裝片中有NaHCO3稀溶液C.黑暗、有空氣、臨時裝片中無NaHCO3稀溶液D.黑暗、無空氣、臨時裝片中有NaHCO3稀溶液B【總結】練習與應用（P101）1.基于對葉綠體的結構和功能的理解，判斷下列相關表述是否正確（1）葉綠體只有葉綠素吸收的光能才能用于光合作用。

（

）（2）葉綠體類囊體上有巨大膜面積，利于吸收光能。

（

）（3）植物綠葉之所以呈綠色，因為葉片中葉綠體吸收了綠光。（

）A

2.下列關于高等植物細胞內色素的敘述，錯誤的是（）A.所有植物細胞中都含有4中色素B.有些植物細胞的液泡中也含有色素C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能D.植物細胞內的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類練習與應用（P101）1.海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關嗎？反射綠光，吸收紅、藍紫光紅藻綠藻褐藻反射紅光，吸收藍紫光較多波長長波長短，能到達深海區(qū)域反射黃光，吸收藍紫光、綠光波長適中綠藻褐藻紅藻不同波長的光穿透深度不同藻類的吸收光譜探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離二、光合作用的原理和應用1.光合作用的概念CO2+H2O葉綠體光能（CH2O）+O2

指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。2.光合作用的反應式相關信息：光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植物各處。（P.104）

葉綠體是如何將光能轉化為化學能？

又是如何將化學能儲存在糖類等有機物中的？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？CO2+H2O（CH2O）O2+光能葉綠體CH2O資料1：19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。

1928年，科學家發(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化成糖。（一）探究光合作用原理的部分實驗思考1:那光合作用產生的O2是來自CO2還是來自H2O？資料2：1937年，英國植物學家希爾：化學反應式：像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。思考2：希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？（課P.103）不能，沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也沒有直接觀察到氧元素的轉移。思考3：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？能，離體葉綠體所處的懸浮液中無CO2，說明水的光解并非與糖的合成相關聯(lián)，暗示希爾反應是相對獨立的反應階段。對比實驗資料3：1941年，魯賓、卡門同位素示蹤法，研究光合作用中氧氣的來源。結論：光合作用釋放的氧全部來自水。資料4：1954年，美國科學家阿爾農(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。光照ATP水光解思考4：嘗試用示意圖表示ATP的合成與希爾反應的關系？H2OO2+H+

+能量光照葉綠體ADP+PiATP資料5：布來克曼在1905年提出光合作用分為依賴光的階段和不依賴光的階段。瓦爾堡設計了下圖類似的實驗檢驗布來克曼的假說。結論：光合作用分為光反應和暗反應光照7.5s，黑暗7.5s，光暗交替共135s連續(xù)光照135s→光合產物量：a→光合產物量：0.7aA組B組問題：若光合作用的全過程都需要光，則B組光合產物量應為多少？（實際光照67.5S）

根據是否需要光能，光合作用可分為光反應和暗反應（碳反應）兩個階段。（二）光合作用的過程光合作用過程的示意圖光合作用的過程葉綠體中的色素ADP+PiATPH2OO2H+酶吸收光解光反應NADP+NADPH（課P.103）酶類囊體薄膜光能條件：場所：物質變化：能量變化：光、色素、酶葉綠體的類囊體薄膜上1.光反應NADPH2C3C5NADPHADP+Pi（CH2O）ATP多種酶催化酶CO2還原固定酶供能卡爾文循環(huán)2.暗反應C3是指三碳化合物---3-磷酸甘油酸C5是指五碳化合物---核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）NADP+供能資料6：1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。結論：光合產物中有機物的碳來自CO2。2C3C5（CH2O）多種酶參加催化CO2還原固定條件：有光無光都可，需要多種酶場所：葉綠體基質物質變化CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：2C3

（CH2O）+C5酶能量變化：2.暗反應ATP、NADPH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暗反應NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能酶類囊體薄膜葉綠體基質光能1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？2.NADP+和ADP的移動途徑呢？3.NADPH的作用？從類囊體薄膜到葉綠體基質。從葉綠體基質到類囊體薄膜。①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量光合作用總過程黑寫（三）光反應與暗反應的比較反應階段反應部位反應條件物質變化能量變化產物聯(lián)系光合作用實質光反應暗反應類囊體薄膜上葉綠體基質光、光合色素、酶有光或無光均可，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、（CH2O）、C5光反應為暗反應提供ATP和NADPH，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+把無機物轉變成有機物，把光能轉變成化學能貯存起來P.104思考討論自主構建模型請大家以小組為單位，組內討論并完成光合作用模式圖的構建。O22C3CO2C5NADPHATPADP+PiNADP+光反應暗反應H20葉綠體中的色素課P.106光解①圖1中曲線甲表示

，曲線乙表示

。②圖2中曲線甲表示

，曲線乙表示

。③圖3中曲線甲表示

，曲線乙表示

。④圖4中曲線甲表示

，曲線乙表示

。C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C3C5、NADPH、ATP大本P.99圖解，同時完成

思維拓展（四）條件改變時物質含量的變化光合作用呼吸作用場所條件物質變化能量變化實質聯(lián)系葉綠體光能→化學能細胞質基質及線粒體酶光、色素、酶無機物→有機物有機物→無機物化學能→ATP+放能合成有機物、儲存能量分解有機物、釋放能量思考：光合作用和呼吸作用是否為可逆反應？（小本P.192）光合作用為呼吸作用提供物質（有機物、O2）呼吸作用為光合作用提供原料（CO2）三、光合作用與呼吸作用比較光合作用和呼吸作用的聯(lián)系光合作用和呼吸作用的聯(lián)系【C的轉移】CO2

C3（CH2O）CO2的固定C3的還原C3H4O3有氧呼吸第一階段有氧呼吸第二階段CO2

【O的轉移】H2O

O2光反應有氧呼吸第三階段H2O

有氧呼吸第二階段CO2

【能量的轉移】光能

ATP和NADPH中活躍的化學能光反應有機物中穩(wěn)定的化學能暗反應細胞呼吸ATP中活躍的化學能熱能用于各項生命活動小組合作探究

1.用箭頭表示O2、CO2、C6H12O6在細胞內和向細胞外的轉移途徑。C6H12O6CO2O2C6H12O6CH3COCOOHC6H12O6代表光合作用的產物（CH2O）2.下列為葉肉細胞內線粒體與葉綠體之間的氣體變化圖示，據圖判斷生理過程。圖①：表示黑暗中，只進行

；圖②：表示細胞呼吸速率

光合作用速率；圖③：表示細胞呼吸速率

光合作用速率；圖④：表示細胞呼吸速率

光合作用速率。細胞呼吸＞＝＜四、光合作用原理的應用1.光合作用強度①概念：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。②表示方法：

CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2

光能葉綠體單位時間內原料的消耗量（CO2的吸收量）或產物的生成量（制造有機物的量或O2的生成量）

影響光合作用強度的因素有哪些？？2.探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響視頻探究光照強弱對光合作用強度的影響圓形小葉片含有空氣，上浮抽氣葉片

O2充滿細胞間隙，葉片

。光合作用I.實驗原理：下沉上?。?）因變量：光合作用強度檢測方法：相同時間小圓形葉片浮起的數量產生O2（1）自變量：光照強弱控制方法：不同瓦數臺燈或調節(jié)臺燈離實驗裝置距離P.課105打出圓形小葉片（避開大葉脈）排出圓形小葉片的空氣，置暗處清水準備3只小燒杯，倒入富含CO2的清水小燒杯內加入圓形小葉片，控制光強記錄單位時間內圓形小葉片浮起數量操作步驟無關變量控制溫度等要相同且適宜，用中間的盛水玻璃柱吸收熱量排除干擾。例：下圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。

分析曲線圖并回答：光照不斷強度減弱光照強度不斷增大中午溫度高，蒸騰作用很強，氣孔關閉，二氧化碳供應減少，光合作用暗反應受到限制。ABDCE時間光合作用速率6789101112131415161718課P.106頁（1）7～10時的光合作用強度不斷增強原因：（3）14～17時的光合作用強度不斷減弱原因：（2）12時左右的光合作用強度明顯減弱原因：3.外界影響因素問題：依次說明上述因素是怎樣影響光合作用的？（4）從圖中可以看出，限制光合作用強度因素有？ABDCE時間光合作用速率6789101112131415161718提示：光照強度、環(huán)境中CO2濃度、溫度、水、葉片氣孔開閉情況、影響葉綠體形成和結構的因素都會影響光合作用強度。C點：A點：AC光補償點光飽和點光照強度CO2吸收量CO2釋放量O只進行呼吸作用光合速率最大BB點：AB段：BC段：光合速率=呼吸速率①光照強度光合作用逐漸增強(受酶的催化能力、CO2供應量的限制)，光合速率<呼吸速率，光合速率>呼吸速率光合作用不斷增強凈光合速率細胞呼吸速率總光合速率大本P.101

有機物制造量

=有機物積累量+呼吸消耗量

CO2固定量

=CO2吸收量+

CO2釋放量

O2生成量

=O2釋放量+O2吸收量凈光合速率（課P.105）（2）CO2濃度b點：光合速率=呼吸速率，CO2補償點c點：光合速率最大，CO2飽和點ab段：光合速率<呼吸速率CO2濃度c0ab●CO2吸收量CO2釋放量應用：在農業(yè)生產上，增施農家肥等增大CO2濃度CO2飽和點CO2補償點③水分水是光合作用的原料，間接影響光合作用.缺水氣孔關閉限制二氧化碳進入葉片光合作用受影響水分是通過影響氣孔開閉來影響光合作用④溫度B點：最適溫度，光合速率最高O溫度A光合速率BC溫度直接影響酶的活性應用: