高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 5.4 能量之源——光与光合作用课件 新人教版必修1.ppt

第4节能量之源 光与光合作用 1 说出绿叶中色素的种类和作用 并提取和分离绿叶中的色素 2 说出叶绿体的结构和功能 3 用图解表示光反应和暗反应的过程及其联系 4 说出光合作用的概念以及对它的认识过程 5 探究影响光合作用速率的环境因素 一 二 一 捕获光能的色素和结构1 捕获光能的色素 1 绿叶中色素的提取和分离 提取的原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂中 因此可用无水乙醇提取绿叶中的色素 分离的原理 绿叶中不同的色素在层析液中的溶解度不同 溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快 反之则慢 实验结果 滤纸条上呈现四条色素带 自上而下颜色依次是橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 其中色素带最宽的颜色呈蓝绿色 最窄的颜色呈橙黄色 一 二 2 色素的种类和吸收光谱 一 二 2 叶绿体的结构 1 叶绿体的形态和结构 叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形 外表有双层膜 内部的基粒是由类囊体堆叠而成的 2 色素和酶的分布 吸收光能的色素分布于类囊体的薄膜上 与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中 3 叶绿体的功能叶绿体是进行光合作用的场所 一 二 二 光合作用的原理和应用1 光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过叶绿体 利用光能 把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物 并且释放出氧气的过程 2 光合作用的探究历程 1 直到18世纪中期 人们一直以为只有土壤中的水分是植物建造自身的原料 2 1771年 英国科学家普利斯特利证明植物可以更新空气 3 1779年 荷兰的英格豪斯证明了光照和绿叶在更新空气中不可缺少 4 1864年 德国科学家萨克斯的实验证实了光合作用的产物除氧气外还有淀粉 一 二 5 1941年 美国的鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水 6 20世纪40年代 美国的卡尔文利用同位素标记法最终探明了co2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 3 光合作用的过程 1 光反应阶段 条件 光 色素 酶 场所 类囊体的薄膜上 一 二 物质变化 a 水的光解 光合色素吸收 传递光能 在其中部分光能作用下水分解为氧和 h 氧原子结合形成氧气释放出去 h 作为还原剂参与暗反应 b atp的合成 另一部分光合色素吸收的光能传递给adp 在酶的催化作用下 使adp结合一个pi形成atp 也就将光能转变成活跃的化学能储存在高能磷酸键上 能量变化 将光能转变成atp中活跃的化学能 一 二 2 暗反应阶段 条件 多种酶的催化 场所 叶绿体内的基质中 物质变化 co2首先被一个c5分子固定 生成两个c3 一种三碳化合物 c3被 h 还原生成有机物 并将atp释放的化学能储存在有机物中 能量变化 atp中的活跃化学能转变为有机物中稳定的化学能 4 光合作用原理的应用 1 光合作用强度 指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量 2 农业生产上可以通过控制光照的强弱 温度的高低和适当增加环境中二氧化碳的浓度等措施增加农作物的产量 一 二 在进行植物温室栽培时 适量燃烧石油液化气或放一些干冰能够增产 为什么 提示 co2是光合作用的原料 适量燃烧石油液化气或放一些干冰能增加co2浓度 使光合作用强度增加 合成的有机物增多 使作物增产 一 二 5 化能合成作用 1 概念少数种类的细菌不能进行光合作用 但能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物 这种合成作用叫化能合成作用 2 实例生活在土壤中的硝化细菌 能将土壤中的氨氧化成亚硝酸 进而将亚硝酸氧化成硝酸 它能利用这两个化学反应中释放出的化学能 将二氧化碳和水合成为糖类 以供硝化细菌维持自身的生命活动 一 二 三 一 外界环境对光合作用速率的影响1 光照强度对光合作用速率的影响在一定光照强度范围内 增加光照强度可提高光合作用速率 曲线分析如下 一 二 三 a点 光照强度为0 此时只进行细胞呼吸 co2释放量代表此时的呼吸强度 ab 表明光照强度加强 光合作用逐渐加强 b点 光合作用强度 细胞呼吸强度 称b点对应的光照强度为光补偿点 光照强度在光补偿点以上 植物才能正常生长 bc 随着光照强度不断加强 光合作用强度不断加强 c点 对应的光照强度为光饱和点 特别提醒 1 阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低 如左下图中的b c 对应的光照强度 2 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 一 二 三 2 光照面积对光合作用速率的影响 一 二 三 光照面积对光合作用速率的影响曲线见右图 oa 随叶面积指数的不断增大 光合作用实际量不断增大 a点 为光合作用面积的饱和点 此后随叶面积指数的增大 光合作用不再增加 此时有很多叶被遮挡 ob 干物质量随光合作用速率增加而增加 oc 叶片随叶面积指数的不断增加 呼吸量不断增加 而由于a点后光合作用不再增加 所以干物质积累量不断降低 特别提醒农业生产上 应适当间苗 修剪 合理施肥 浇水 避免徒长 合理密植 一 二 三 3 co2浓度对光合作用速率的影响co2浓度对光合作用速率的影响曲线见右图 曲线分析 在一定范围内 光合作用速率随co2浓度的增加而增大 但当co2浓度增加到一定值后 光合作用速率不再增加 a点 即co2达到饱和时 光合作用速率就不再增加了 特别提醒农业生产上 正其行 通其风 温室内充co2 即提高co2浓度 是增加产量的方法之一 一 二 三 4 含水量及矿质元素对光合作用速率的影响含水量及矿质元素对光合作用速率的影响曲线见右图 oa 水是光合作用的原料 矿质元素直接或间接影响光合作用 在一定范围内 水和矿质元素越多 光合作用速率越快 a点 即水 矿质元素达到饱和时 光合作用速率就不再增加了 特别提醒 1 合理施肥可促进叶片面积增大 提高酶的合成速率 增加光合作用速率 2 有机肥经土壤微生物分解后 既可为植物补充co2 又可为植物提供各种矿质元素 一 二 三 5 温度对光合作用速率的影响温度对光合作用速率的影响曲线见下图 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10 35 下正常进行光合作用 其中ab段 10 35 光合作用随温度的升高而逐渐加强 b点 35 以后酶活性下降 光合作用开始下降 50 左右光合作用完全停止 一 二 三 特别提醒冬天 温室栽培可适当提高温度 夏天 温室栽培可适当降低温度 白天调到光合作用最适温度 以提高光合作用速率 晚上适当降低温室温度 以降低细胞呼吸速率 保证植物有机物的积累 一 二 三 6 叶龄对光合作用速率的影响叶龄对光合作用速率的影响曲线见下图 oa 为幼叶 随幼叶的不断生长 叶面积不断增大 叶内叶绿体不断增多 叶绿素含量不断增加 光合作用速率不断增加 ab 为壮叶 叶片的面积 叶绿体和叶绿素都处于稳定状态 光合作用速率也基本稳定 bc 为老叶 随着叶龄的增加 叶片内叶绿素被破坏 光合作用速率也随之下降 一 二 三 特别提醒农作物 果树管理后期 适当摘除老叶 残叶及茎叶 可降低其细胞呼吸 减少有机物的消耗 一 二 三 二 光合作用过程中的量变关系 一 二 三 叶绿体处于不同的条件下 c3 c5 h atp以及 ch2o 合成量的动态变化如下表 一 二 三 三 光合作用与有氧呼吸的比较 题型一 题型二 题型一光合作用的过程 例1 在其他条件适宜的情况下 在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照 并在黑暗中立即开始连续取样分析 在短时间内叶绿体中c3和c5化合物含量的变化是 a c3和c5都迅速减少b c3和c5都迅速增加c c3迅速增加 c5迅速减少d c3迅速减少 c5迅速增加解析 停止光照 h 和atp减少 所以对c3的还原减少 c5仍与co2反应生成c3 使c3增加 c5迅速减少 答案 c 题型一 题型二 反思领悟分析c3 c5 h 或atp含量的升降时 应注意以下几点 明确环境条件的变化对光照强度或co2浓度的影响 作出光反应和暗反应的简图 比较被分析物质的产生和消耗速率 确定其含量的升降 注意 产生或消耗的速率变化暂时不确定时 视为不变 c3和c5的含量变化一般相反 题型一 题型二 题型二影响光合作用的因素 例2 有人对不同光照强度下两种果树的光合特性进行研究 结果如下表 净光合速率以co2的吸收速率表示 其他条件适宜且相对恒定 下列相关分析 不正确的是 题型一 题型二 题型一 题型二 a 光强大于0 1mmol光子 m2 s 随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减小b 光强小于0 5mmol光子 m2 s 限制净光合速率的主要因素是叶绿素含量c 光强大于0 7mmol光子 m2 s 限制净光合速率的主要生态因素是co2浓度d 龙眼的最大光能利用率大于芒果 但龙眼的最大总光合速率反而小于芒果 题型一 题型二 解析 表格数据显示 表中第二行和第四行 光强大于0 1mmol光子 m2 s 时 随光照增强两种果树的光能利用率逐渐减小 对龙眼来说 光强从0 1mmol光子 m2 s 到0 7mmol光子 m2 s 净光合速率一直在增加 因此光强为0 5mmol光子 m2 s 时 限制净光合速率的因素是光强 而不是叶绿素含量 同理可以判断芒果也是如此 光强大于0 7mmol光子 m2 s 时 龙眼 芒果的净光合速率都不再增加 限制因素是co2浓度 龙眼的最大光能利用率 2 30 大于芒果 1 20 但龙眼的最大总光合速率 8 50 0 60 9 10 反而小于芒果 7 60 2 10 9 70 答案 b 题型一 题型二 反思领悟影响光合作用的主要因素 探究方法 能力展示 绿叶中色素的提取与分离 探究方法 能力展示 1 提取绿叶中色素的关键 1 叶绿素不稳定 易被破坏 因此研磨要迅速 充分 以保证提取较多的色素 2 滤液收集后 要及时用棉塞将试管口塞紧 以防止滤液挥发 3 称取绿叶的质量和加入无水乙醇的体积要适当 以保证提取液的浓度 2 分离绿叶中色素的关键 1 滤液细线不仅要细 直 而且要含有较多的色素 因此要在滤液干后 重复画1 2次 2 滤纸上的滤液细线不能触及 或没入 层析液 否则会使滤液中的色素溶解于层析液中 滤纸条上得不到色素带 使实验失败 3 色素的提取剂是无水乙醇等有机溶剂 分离色素用层析液 方法是纸层析法 探究方法 能力展示 回答下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的问题 1 某同学在做 绿叶中色素的提取和分离 实验时 操作过程如下 将5g新鲜完整的菠菜叶放在研钵中 加入无水乙醇 石英砂 碳酸钙以后 迅速研磨 用毛细吸管吸取少量滤液 沿滤纸上的铅笔线处小心均匀地画出一条滤液细线 并连续迅速地重复画2 3次 把画好细线的滤纸条插入层析液中 并不断摇晃 以求加快色素在滤纸条上的扩散 实验结果失败 请指出其错误并改正 探究方法 能力展示 2 某兴趣小组同学想探究蔬菜不同叶片在叶绿素含量上的区别 选择了新鲜菠菜的 绿叶 和 嫩黄叶 做绿叶中色素的提取和分离实验 色素层析结果如右图 请根据实验结果回答下列问题 绿叶组的滤纸条是