2019_2020学年高中生物第三章第五节光合作用课件浙科版必修1.pptx

第五节 光合作用,一、光合作用概述 光合作用是一个吸能反应,它利用太阳能将二氧化碳转变为糖,并将能量贮存在糖分子内。光合作用是一个将光能转变为化学能的过程。 1.叶绿体的结构 (1)有内、外两层膜,其内膜里面充满了浓稠的液体,称为基质。悬浮在基质中有许多类囊体。 (2)类囊体是由膜形成的碟状的口袋,许多类囊体叠在一起称为 基粒。组成类囊体的膜称为光合膜。 2.光合作用的总方程式(以葡萄糖为产物),3.光合作用的两个阶段 光合作用的第一个阶段是直接需要光的,称为光反应,在类囊体膜中进行;第二个阶段不需要光直接参加,是二氧化碳转变成糖的过程,称为碳反应,以前称为暗反应。 自主思考 光合作用是不是细胞呼吸的逆反应? 提示 不是。两者进行的场所不同,两者所需的酶不同。 二、叶绿素和其他色素 1.活动:光合色素的提取与分离 (1)提取色素。 取新鲜绿叶烘干、粉碎,加少许二氧化硅、碳酸钙,再加入23 mL体积分数为95%的乙醇,迅速研磨成匀浆。 在放有一块单层尼龙布的玻璃漏斗中过滤,取滤液。,(2)制备滤纸条。 将干燥的定性滤纸剪成长10 cm、宽1 cm的纸条,剪去一端两角。 在距剪角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线。 (3)点样。 用毛细吸管吸少量的滤液沿铅笔线均匀地画出一条细而直的滤液细线; 待滤液干后再重复画34次。 (4)分离叶绿体中的色素。 将2 mL层析液倒入大试管中,将滤纸条(有滤液细线的一端朝下)插入层析液中,注意,滤纸的滤液细线要高于层析液液面。 用软木塞塞住试管口。 (5)观察实验结果:滤纸条上出现四条宽度、颜色不同的色带。,2.色素的种类和吸收光谱 自主思考 因为绿色植物进行光合作用时主要吸收红光和蓝紫光,所以在种植大棚蔬菜时,有人建议用红色或蓝紫色薄膜,有人建议用无色薄膜,你认为用哪种薄膜搭建大棚最好? 提示 无色薄膜。光合作用主要吸收红光和蓝紫光,其他波长的光也会吸收一些。,三、光合作用的过程 1.光反应 (1)条件:光、色素、酶。 (2)场所:类囊体膜。 (3)物质变化。 水在光下裂解为H+、O2和电子。 光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。 水中的氢(H+e-)在光下将NADP+还原为NADPH。 (4)能量变化:将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能。,2.碳反应 (1)条件:多种酶的催化。 (2)场所:叶绿体基质。 (3)卡尔文循环。 二氧化碳还原为糖的一系列反应称为卡尔文循环。 从一个五碳糖(RuBP,即核酮糖二磷酸)开始,在酶的催化作用下,1分子的二氧化碳与1个RuBP结合,形成1个六碳分子,它随即分解成2个三碳酸分子。每个三碳分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团,形成三碳糖(实际上是三碳糖磷酸),这是二氧化碳分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖。 三碳糖是碳反应的产物。 之后的反应都是为了再生RuBP。 ATP和NADPH完成还原反应后,回到ADP和NADP+的状态,参加光反应。,(4)光合作用中碳反应的产物三碳糖,在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料而被利用,但大部分是运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。 自主思考 光反应过程中产生的NADPH在碳反应中起什么作用? 提示 既作为还原剂,又提供能量。,四、环境因素影响光合速率 1.光合速率或称光合强度:是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用(如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳)。 2.最重要的影响因素:光强度、温度、空气中的二氧化碳浓度。 (1)光强度:光合速率随光强度的增加而增加,但在强度达到全日照之前,光合作用已达到饱和点时的速率,即光强度再增加光合速率也不会增加。 (2)温度:通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。一般温带植物的最适温度常在25 左右。 (3)二氧化碳浓度:空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率增加。 自主思考 在进行植物温室栽培时,施加有机肥能够增产,为什么? 提示 二氧化碳是光合作用的原料,施加有机肥是为了增加二氧化碳浓度,使光合作用强度增加,合成的有机物增多,使作物增产。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,叶绿体的结构、功能及色素的种类、作用 问题导引 将叶绿素提取液放在透射光下观察,可以看到叶绿素为绿色,而在反射光下观察时则为红色。你知道是什么原因吗? 提示 对着光源观察叶绿素提取液时,看到的是叶绿素的吸收光谱。由于叶绿素提取液吸收的绿光部分最少,故用肉眼观察到的主要为绿色透射光。背光源观察叶绿素提取液时,看到的是叶绿素分子受激发后所产生的反射光谱。反射出的光波波长比入射光波的波长长,叶绿素提取液在反射光下呈红色。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,名师精讲 1.叶绿体的结构和功能 (1)结构(如下图所示) 双层膜:分内、外膜,包围着几个到几十个绿色基粒等细微结构。 基粒:每个基粒由许多圆饼状的囊状结构堆叠而成,这些囊状结构称为类囊体,色素就分布在类囊体的薄膜上。 基质:在基粒和基粒之间充满基质,含有与光合作用有关的酶。 (2)功能:叶绿体内的基粒和类囊体扩展了其受光面积,其上含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶,因此叶绿体是高等植物进行光合作用的场所。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,2.叶绿体中的色素种类及作用 (1)色素的种类和作用。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,(2)色素与吸收光谱。 (3)不同颜色温室大棚的光合效率。 无色透明大棚日光中各色光均能透过,有色大棚主要透过同色光,其他光被其吸收,所以用无色透明的大棚光合效率最高。 叶绿素对绿光吸收最少,因此绿色塑料大棚光合效率最低。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,【例题1】 叶绿体是植物进行光合作用的细胞器,下面有关叶绿体的叙述正确的是( ) A.叶绿体中的色素都分布在类囊体膜上 B.叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上 C.光合作用的酶只分布在叶绿体基质中 D.光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上 解析 在叶绿体中,各种色素都分布在类囊体的薄膜上。光反应的酶分布在类囊体的薄膜上,碳反应的酶分布在叶绿体基质中。 答案 A,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,变式训练 1实验测得小麦在不同波长的光照下光合速率的变化和小麦植株中叶绿素a对不同波长光线的相对吸收量,根据实验数据制成如下图所示的曲线图。请据图完成下列问题。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,(1)从图中可看出叶绿素a主要吸收 光和 光。 (2)在波长为450 nm光照下的产糖速率比在波长为700 nm光照下的 ;在波长为425 nm光照下的氧气释放速率比在波长为650 nm光照下的 。 (3)在波长为750 nm到800 nm光照下的光合速率为零,其最可能的原因是 。 解析 (1)由图可见:叶绿素a主要吸收蓝紫光和红光。 (2)从图中的光合速率曲线可知,在波长为450 nm光照下的光合速率比在波长为700 nm光照下的高,故前者的产糖速率比后者高。因为在波长为425 nm光照下的光合速率比在波长为650 nm光照下的低,故前者氧气的释放速率比后者低。 (3)在波长为750 nm到800 nm光照下,叶绿素a对光吸收量为零,导致光合速率也为零,说明叶绿素a不吸收该波段的有色光。 答案 (1)红 蓝紫(2)高 低(3)叶绿素a不吸收该波段的有色光,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,光合作用的过程 问题导引 1880年,美国科学家恩格尔曼用水绵进行了光合作用的实验:把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且黑暗的环境中,然后用极细的光束照射水绵。通过显微镜观察发现,好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近;如果上述临时装片完全暴露在光下,好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。这个实验说明了什么问题? 提示 恩格尔曼的实验说明:氧是由叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,名师精讲 1.光合作用过程图解,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,2.光反应和碳反应的区别和联系,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,特别提醒 碳反应在有光、无光条件下均可进行,但因需要光反应提供的NADPH和ATP,因此在无光条件下,碳反应不能长时间进行。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,3.反应方程式及元素去向(以葡萄糖为产物) 特别提醒 碳反应产物是三碳糖。而三碳糖在叶绿体中可以转化为淀粉、蛋白质、脂质。在细胞溶胶中可转化为蔗糖或参与各种代谢。因此对光合作用产物应理解为有机物和氧气更为确切。 水既是光合作用产物,又是生成物。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,4.条件骤变时物质量的变化 当外界因素中光照强弱、CO2浓度骤然变化时,短时间内将直接影响光合作用过程中三碳酸、RuBP、NADPH、ATP及C6H12O6的生成量,进而影响叶肉细胞中这些物质的含量,它们的关系归纳如下:,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,5.光合作用与需氧呼吸的区别与联系,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,特别提醒 只有植物的含叶绿体的细胞和光合细菌才能进行光合作用,细胞呼吸则是所有活细胞都要进行。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,【例题2】 光反应为碳反应提供的物质是( ) A.NADPH和H2O B.NADPH和ATP C.ATP和CO2 D.H2O和CO2 解析 光反应:光解水,产生氧气;将光能转变成化学能,产生ATP,为碳反应提供能量;利用水光解产生的氢离子和电子合成NADPH,为碳反应提供还原剂。 答案 B,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,变式训练 2甲图表示光合作用部分过程的图解,乙图表示改变光照后,与光合作用有关的五碳糖和三碳糖分子在细胞内含量的变化曲线,请据图回答下列问题。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,(1)甲图中A表示的物质是 ,它是由 产生的,其作用主要是 。 (2)甲图中ATP形成所需的能量最终来自于 。 (3)乙图中曲线a表示的化合物是 ,在无光照时,其含量迅速上升的原因是 。 (4)曲线b表示的化合物是 ,在无光照时,其含量下降的原因是 。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,解析 (1)光反应为碳反应提供的物质是NADPH和ATP,由此可确定A是NADPH,NADPH是由H2O分解后经一系列过程产生的,其作用主要是用于三碳酸分子的还原。(2)光反应中,光能转化为活跃的化学能储存于ATP中。(3)(4)题干中已明确a、b表示三碳酸分子和五碳糖的含量变化,光照停止后,光反应停止,NADPH和ATP含量下降,三碳酸分子的还原减弱直至停止,而CO2的固定仍在进行,因此三碳酸分子含量相对升高,五碳糖含量相对下降,即a表示三碳酸分子,b表示五碳糖。 答案 (1)NADPH 水在光下分解 用于三碳酸分子的还原 (2)光能 (3)三碳酸分子 CO2与五碳糖结合生成三碳酸分子,而三碳酸分子不能被还原 (4)五碳糖 五碳糖与CO2结合生成三碳酸分子,而三碳酸分子不能被还原为五碳糖,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,影响光合速率的因素及应用 问题导引 “万物生长靠太阳”,光照越强,植物的光合作用就越强,这个观点对吗? 提示 不对。在一定的范围内,光合作用随光照强度增加而加强,但超过某一限度,光照强度再增强,光合作用不再加强,甚至会减弱。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,名师精讲 1.光照强度 (1)光照强度与光合作用速率的关系。 如图1所示,在一定的光照强度范围内,光合作用速率随着光照强度的增加而加快,超过一定的光照强度,光合作用速率不再加快。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,(2)光补偿点、光饱和点。 如图2所示,A点光照强度为零,植物只进行细胞呼吸,A点即表示植物的呼吸速率。AB段表示随光照强度增强,光合作用逐渐加强,CO2的释放量逐渐减少,有一部分用于光合作用;B点表示细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用,即光合作用强度等于细胞呼吸强度,称B点为光补偿点。BC段表示随光照强度不断增强,光合作用强度不断加强,到C点以后不再加强了。C点对应的光照强度为光饱和点。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,应用指南阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低,如图2虚线所示。间作套种时农作物的种类搭配,林带树种的配置,冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,2.CO2浓度 (1)图3表示在一定的浓度范围内,光合作用速率随着CO2浓度的增加而加快,超过一定的浓度,光合作用速率不再加快。(图3中S点表示进行光合作用所需要的最低CO2浓度,Q点对应的CO2浓度称为CO2饱和点。) (2)图4曲线分析:A点表示CO2补偿点,即光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度。AB表示随CO2浓度的增加,光合作用不断增强,到B点以后不再加强了。B点对应的CO2浓度为CO2饱和点。,应用指南温室内充CO2,即提高CO2浓度,是增加作物产量的方法。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,3.温度 光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶的活性。一般植物在1035 下正常进行光合作用,如图5所示,AB段(1035 )随温度的升高光合速率逐渐加强,B点(35 )以上光合酶活性下降,光合作用速率开始下降,50 左右光合作用完全停止。,应用指南冬天,温室栽培可适当提高温度;夏天,温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用的最适温度,以提高光合速率;晚上适当降低温室温度,以降低细胞呼吸,保证植物有机物的积累。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,【例题3】 在春末晴朗白天,重庆某蔬菜基地测定了某大棚蔬菜在不同条件下的净光合作用强度(实际光合作用强度与细胞呼吸强度之差),结果如下图(假设塑料大棚外环境条件相同,植株大小一致、生长正常,栽培管理条件相同)。 (1)在曲线a中,与11时相比,13时植株叶绿体内三碳酸与RuBP相对含量较高的是 ;在11时和13时分别摘取植株上部成熟叶片用碘蒸气处理,13时所取叶片显色较 (填“深”或“浅”)。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,(2)曲线b的峰值低于曲线a,其两个主要决定因素是 (填“光照强度”“环境温度”或“空气中CO2含量”)。曲线c高于曲线b,原因是补充光照能使叶绿体产生更多的 用于三碳酸还原;若在棚内利用豆科植物做绿肥,可明显增加土壤中 元素的含量,主要促进植物体内 和 等生物大分子的合成。 (3)69时和1618时,曲线b高于曲线a,主要原因是此时段棚内 较高。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,解析 (1)a曲线1113时下降的原因:蒸腾作用过快,气孔关闭,使CO2吸收减少。1113时,光合作用强度始终大于细胞呼吸,因此有机物积累增多。 (2)全天盖膜将导致CO2供应不足,光照强度相对弱,但温度相对高,因此b与a相比,CO2浓度较低,光照强度相对较弱。曲线c与b相比,增补人工光照,植物光反应增强,产生更多的NADPH和ATP。豆科植物中氮元素含量相对高,蛋白质和核酸等生物大分子中含有氮元素。 (3)温度能够影响光合作用有关酶的活性,在69时和1618时,b条件下比a条件下棚内温度高,因此净光合作用强度也相对较高。 答案 (1)RuBP 深 (2)光照强度、空气中CO2含量 NADPH、ATP 氮 蛋白质 核酸 (3)温度,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,借题发挥 光合作用中温度的降低可以影响到光反应和碳反应的进行。如果只是降低CO2,会影响三碳分子的形成,导致三碳酸分子减少、五碳糖积累;如果只是光照强度减弱,会影响ATP和NADPH的形成,影响三碳糖的形成,使三碳酸分子增多、五碳糖减少。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,变式训练 3某种铁线莲的根茎可作中药,有重要经济价值。下表为不同遮光处理对其光合作用影响的结果,相关叙述正确的是( ),A.适当的遮光处理,不能提高其干重 B.叶绿素含量与表观光合速率呈正相关 C.叶绿素a/b可作为其利用弱光能力的判断指标 D.遮光90%时,铁线莲不进行光合作用,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,解析 由表格数据可知,植物干重随遮光比例的增加而先增加后减少,说明适当遮光可以提高其干重,A项错误。叶绿素含量随遮光比例的增加而逐渐增加,表观光合速率先增加后减少,两者不呈正相关,B项错误。叶绿素a/b变化与植物表观光合速率和植物干重变化一致,因此可作为植物利用弱光能力的判断指标,C项正确。表观光合速率=真正光合速率-呼吸速率,遮光90%时,植物表观光合速率为0,则说明光合速率和呼吸速率相等,D项错误。 答案 C,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,1.能以CO2和H2O为原料合成有机物的生物是自养生物,只有绿色植物是自养生物。( ) 提示 绿色植物、某些细菌都能以CO2和H2O为原料合成有机物,都是自养生物。 2.光合色素的提取时,用95%的乙醇是为了让色素溶解在乙醇中。( ) 提示 3.各种色素在层析液中的溶解度相同。( ) 提示 不同色素在层析液中的溶解度不同,因此在滤纸上的扩散速度也不同。 4.光反应过程中,被吸收的光能全部转化为ATP中的化学能。( ) 提示 被吸收的光能转化为ATP和NADPH中的化学能。,探究点一,探究点二,探究点三,易错点排查,5.碳反应只能在无光条件下进行。( ) 提示 碳反应在有光、无光条件下都能进行。 6.碳反应中将CO2还原为糖的一系列反应称为柠檬酸循环。( ) 提示 应为卡尔文循环。 7.影响光合速率的因素只有光强度、二氧化碳浓度和温度。( ) 提示 影响光合速率的最重要因素是光强度、二氧化碳浓度和温度。其他因素也会影响光合速率,如无机盐等。,光合色素的提取和分离 实验指导 1.实验原理 (1)各种色素能溶解在有机溶剂(95%乙醇等)中形成溶液,使色素从生物组织中脱离出来。 (2)各种色素都能溶解在层析液中,但在层析液中的溶解度不同;溶解度大的色素分子随层析液在滤纸上扩散得快,反之则慢,因而不同色素可以在滤纸上扩散,形成不同的色素带。,2.实验过程,3.光合色素在滤纸条上的分布,4.光合色素的提取与分离实验中操作注意事项及目的,特别提醒 (1)从色素带的宽度可知色素含量的多少:叶绿素a叶绿素b叶黄素胡萝卜素。 (2)从色素带的分布可知色素在层析液中的溶解度和扩散速度:胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b。 (3)在滤纸上距离最近的相邻两条色素带是叶绿素a和叶绿素b;距离最远的相邻两条色素带是胡萝卜素和叶黄素。,设计体验 用纸层析法能够将叶绿体的四种色素分开的原因是 ( ) A.四种色素随层析液在滤纸条上扩散速度不同 B.四种色素随滤液在滤纸条上扩散速度不同 C.四种色素随滤液在滤纸条上渗透速度不同 D.四种色素随层析液在滤纸条上渗透速度不同 解析 由于色素在层析液中溶解度的不同,造成其扩散速度不同。溶解度最大的是胡萝卜素,它扩散的距离最远,其次是叶黄素,而叶绿素的溶解度小,所以叶绿素a和叶绿素b扩散分别在第三和最后一条色素带上。 答案 A,借题发挥 四种色素在滤纸条上的层析,若是在圆形滤纸的中央滴加色素提取液,然后再加入层析液并让其扩散,则形成四个同心圆,在最外周的一个圆是橙黄色的胡萝卜素。另外,在生物技术中不少地方也要用到这种层析分离技术,比如蛋白质的分离等。,1.在下列有关光合作用的叙述,不正确的是( ) A.水的分解发生在叶绿体类囊体膜中 B.光反应和碳反应中都有许多酶参与 C.温度降到0 ,仍有植物进行光合作用 D.NADPH在光反应和碳反应中起还原作用,并将能量转