高中生物 第五章 细胞的能量供应和利用 第4节 能量之源——光与光合作用 第1课时课件 新人教版必修1.ppt

第五章 细胞的能量供应和利用 第4节能量之源 光与光合作用 第1课时光合作用的探究历程 过程及色素 新旧脉络 学习目标1 说出叶绿体的结构和功能 重点 2 说出色素的种类及功能 3 提取和分离绿叶中色素 难点 4 描述光合作用的过程 重点 5 说出光合作用的概念 6 阐述光合作用中物质和能量的变化 难点 7 体验科学探究的方法和技术 核心概念提取色素分离色素叶绿体吸收光谱光合作用光反应阶段暗反应阶段同位素标记法 基础知识 一 光合作用的探究历程1 1864年 德国的萨克斯的实验证实了光合作用的产物有 2 1939年 美国的鲁宾和卡门利用 证明了 3 20世纪40年代 美国的卡尔文 利用 技术最终探明了 在光合作用中转化成 的途径 淀粉 同位素标记法 光合作用释放的氧气来自水 放射性同位素标记 co2 有机物中碳 二 绿叶中色素的提取和分离 有机溶剂 无水乙醇 层析液中的溶解度 快 慢 5g 少许sio2和caco3 再加入10ml无水乙醇 单层尼龙布 棉塞 减去两角 去角一端1cm 毛细吸管 待滤液干后 一两次 滤液细线 三 色素的含量和种类 橙黄色 叶黄素 蓝紫光 叶绿素a 蓝绿色 叶绿素b 红光和 蓝紫光 四 叶绿体的结构和功能1 叶绿体的结构 外膜 内膜 基粒 泪囊体 基质 色素和酶 酶 dna和rna 2 叶绿体的功能 进行 的场所 3 恩格尔曼的实验实验设计 把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗中 然后用极细的光束照射水绵 之后再将临时装片暴露在光下 实验现象 极细的光束照射 细菌 完全暴露在光下 细菌 实验结论 叶绿体是 氧气是叶绿体释放的 五 光合作用的过程及应用1 光反应 1 场所 叶绿体的 上 光合作用 只向叶绿体被光束照射到的部位集中 分布在叶绿体所有受光的部位 光合作用的场所 类囊体薄膜 2 条件 色素 酶等 3 物质变化 将水分解为 将adp和pi合成atp 4 能量变化 光能转变为 2 暗反应 1 场所 叶绿体的 中 2 条件 酶 h atp 3 物质变化 a co2的固定 c5 co2 b c3的还原 c3 h atp 4 能量变化 atp中活跃的化学能转变为 光照 h 和o2 活跃的化学能 基质 2c3 c6h12o6 有机物中稳定的化学能 1 夏季的树叶多为绿的海洋 到了深秋时节更有 看万山红遍 层林尽染 的美景 试从生物学角度分析其原因 提示 春夏时节叶绿素所占比例大 故叶子为绿色 而到了深秋叶绿素大量分解 类胡萝卜素含量相对增加 故叶子为黄色或橙黄色 2 植物能进行光合作用制造有机物 有位同学就想 如果人能像绿色植物一样 岂不是不用吃饭了吗 如果该同学的想法能实现 你认为人体细胞应具备什么样的结构 提示 细胞质中有叶绿体 3 在大棚种植时一般选用哪种颜色的薄膜 为什么 提示 一般选用无色透明的薄膜 因为能够透过各种单色光 1 植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光 2 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光 3 利用纸层析法可分离出4种叶绿体色素 4 叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内 5 光合作用过程中光反应是暗反应进行的前提 判断题 课内探究 1 探究历程 知识点1光合作用的探究历程 2 从光合作用的探究历程可知 1 普利斯特利的实验的优点和不足 2 萨克斯实验的成功之处 方法的成功 a 设置了对照实验 自变量为光照 因变量是叶片颜色的变化 b 实验的关键是饥饿处理 使叶片中的营养物质消耗掉 避免了对实验结果的干扰 认识上的成功 本实验在证明光合作用的产物是淀粉的同时 还证明了光照是光合作用的必要条件 3 鲁宾和卡门实验 巧妙之处 两组实验相互对照直观地表现出氧气是来自于水的光解 而不是来自于二氧化碳中的氧 自变量为被标记的c18o2和ho 因变量是o2的放射性 知识贴士自身对照 相互对照不能认为萨克斯实验和鲁宾及卡门实验的对照设计方法相同 其中萨克斯实验的对照方式为自身对照 一半曝光与另一半遮光 而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照 通过标记不同的物质 ho与c18o2 如图表示德国科学家萨克斯做的实验 在叶片照光24h后 经脱色 漂洗并用碘液处理后 结果被锡箔遮盖的部分呈棕色 而不被锡箔遮盖的部分呈蓝色 本实验说明 光合作用需要co2 光合作用需要光 光合作用需要叶绿素 光合作用放出氧 光合作用制造淀粉a b c d c 解析 将叶片照光24h后 叶片曝光部分进行光合作用 经脱色 漂洗后用碘液处理变蓝 说明有淀粉生成 应选 用锡箔遮盖的部分因没有照光 不能进行光合作用 未产生淀粉 用碘液处理不变蓝 说明光合作用需要光 还应选 变式训练1 下图是恩格尔曼的实验示意图 下列有关叙述正确的是 a 实验先进行 黑暗 处理 主要目的是消耗细胞中原有的淀粉b 极细的光束照射是为了避免对水绵叶绿体造成灼伤c 实验设置了一次对照d 实验可证明叶绿体是光合作用的场所 d 解析 图示的实验中 先进行 黑暗 处理 目的是防止光的干扰 极细的光束照射是为了使叶绿体上分为有光照和无光照的部位 相当于一组对照实验 实验还进行了黑暗 局部光照 和完全光照对照实验 共设置了两次对照实验 该实验证明了叶绿体是光合作用的场所 知识点2绿叶中色素的提取和分离 2 实验步骤 3 有关色素带的分析 1 从色素带的位置可知道各种色素在层析液中溶解度的高低依次为 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 记忆口诀 胡黄ab 2 从色素带的宽度可知各种色素的含量一般情况下为 叶绿素a 叶绿素b 叶黄素 胡萝卜素 3 在滤纸条上距离最近的两条色素带是叶绿素a与叶绿素b 距离最远的相邻的两条色素带是胡萝卜素和叶黄素 4 绿叶中的色素对光的吸收特点 1 绿叶中的色素只吸收可见光 对红外光和紫外光等不吸收 2 叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大 类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大 对其他可见光并非不吸收 只是吸收量较少 知识贴士实验中的注意事项加入无水乙醇后 要进行迅速 充分的研磨 迅速研磨可以防止溶剂挥发 充分研磨是为了使更多的色素溶解在溶剂中 否则提取的色素量减少 过滤时 不能用滤纸 要用单层尼龙布 或脱脂棉 因为滤纸可以吸附色素 降低滤液中色素的含量 使实验效果不明显 在做 绿叶中色素的提取和分离 实验时 甲 乙 丙 丁四位同学对相关试剂 药品的使用情况如下表所示 表示使用 表示未使用 其余操作均正常 他们所得到的实验结果依次应为图中的 b 解析 无水乙醇用于溶解绿叶中的色素 甲同学未加无水乙醇 其滤纸条上应无色素带 caco3能够防止研磨时色素被破坏 丙同学未加caco3 其滤纸条上叶绿素a 叶绿素b对应的色素带应较窄 sio2能够使研磨更充分 丁同学未加sio2 其滤纸条上的四条色素带均应较窄 乙同学操作正确 其滤纸条上的色素带应是正常的 如图 所示 变式训练2 关于叶绿素的叙述 错误的是 a 叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素b 被叶绿素吸收的光可用于光合作用c 叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同d 植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光 解析 叶绿素a和叶绿素b所含化学元素的种类相同 都由c h o n mg组成 a项正确 叶绿素吸收的光能通过光合作用转变为储存在有机物中的化学能 b项正确 叶绿素a在红光区的吸收峰值约为660nm 叶绿素b在红光区的吸收峰值约为640nm c项正确 绿叶中的色素对绿光的吸收极少 绝大多数绿光被反射出来 叶片中又含有大量的叶绿素 因此一般情况下植物呈现绿色 d项错误 d 1 叶绿体的结构及功能 1 结构 双层膜 分为内膜和外膜 其主要功能是控制物质进出叶绿体 知识点3叶绿体的结构和功能 基粒 由囊状结构堆叠而成 这些囊状结构称为类囊体 吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上 基质 在基粒与基粒之间充满基质 基质中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受光面积 含有许多吸收光能的色素分子和光合作用所必需的酶 因此叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 3 实验设计巧妙之处 实验材料选择水绵和好氧细菌 水绵的叶绿体呈螺旋式带状 便于观察 用好氧细菌可确定释放氧气的部位 没有空气的黑暗环境 排除了氧气和光的干扰 用极细的光束点状投射 叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位 相当于一组对照实验 进行黑暗 局部光照 和完全暴露在光下的对照实验 明确实验结果完全是由光照引起的等 知识贴士 光合作用的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中 但光合色素只分布在类囊体的薄膜上 叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积 而线粒体以内膜向内腔折叠形成嵴的方式增大膜面积 下列关于叶绿体的描述 错误的是 a 基粒由类囊体堆叠而成b 叶绿体被膜由双层膜组成c 暗反应发生在类囊体薄膜上d 类囊体薄膜上具有叶绿素和酶 解析 叶绿体是双层膜结构的细胞器 其中许多类囊体像圆饼一样叠在一起 形成基粒 类囊体上有许多与光合作用有关的色素和酶 在暗反应中 co2的固定和c3的还原在叶绿体基质中进行 c 易错提醒 与叶绿体有关的几点注意事项 1 与光合作用有关的酶分布在类囊体的薄膜上和基质中 但光合色素只分布在类囊体的薄膜上 2 叶绿体以囊状结构堆叠成基粒的方式增大膜面积 而线粒体以内膜向内折叠形成嵴的方式增大膜面积 3 叶绿体基粒是由类囊体堆叠而成 每个基粒含2 100个类囊体 基粒之间不是孤立的 它们可通过薄膜相连 变式训练3 叶绿体是植物进行光合作用的场所 下列关于叶绿体结构与功能的叙述 正确的是 a 叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内b 吸收光能和四种色素分布在叶绿体基质中c 叶绿体内膜折叠成基粒d 光合作用的产物 淀粉是在基质中合成的 解析 色素分布在类囊体藻膜上 基粒是由类囊体藻膜堆叠形成的 d 1 光合作用的过程图解 1 光反应过程 知识点4光合作用的过程 2 暗反应过程 2 光反应和暗反应的比较 1 区别 2 联系 光反应为暗反应提供 h atp 暗反应为光反应提供adp和pi 如图所示 有关光合作用过程的四点提醒 1 叶绿体的内膜既不参与光反应 也不参与暗反应 2 光反应阶段为暗反应提供atp h atp从类囊体薄膜移向叶绿体基质 而暗反应则为光反应提供adp和pi adp从叶绿体基质移向类囊体薄膜 3 光反应阶段必须是在有光条件下进行 而暗反应阶段有光无光都能进行 但需光反应提供的 h 和atp 故暗反应不能长期在无光环境中进行 4 在自然条件下 光反应阶段和暗反应阶段同时进行 不分先后 如图为叶绿体结构与功能示意图 下列说法错误的是 a 结构a中的能量变化是光能转变为atp中的化学能b 供给14co2 放射性出现的顺序为co2 c3 甲c 结构a释放的o2可进入线粒体中d 如果突然停止co2的供应 短时间内c3的含量将会增加 d 解析 结构a为类囊体薄膜 分布有与光反应有关的酶 能把光能转换为atp中活跃的化学能 从暗反应的过程可以看出 供给14co2 放射性出现的顺序为co2 c3 甲 光合作用产生的o2可进入线粒体 被细胞呼吸所利用 在光合作用中 co2首先被c5固定形成c3 如果突然停止co2的供应 则c3的生成量减少 而其消耗量不变 因此短时间内c3的含量将会减少 知识贴士 不同的条件下叶绿体内各种物质的动态变化规律说明 以上各物质含量的变化是在外界条件改变后的短时间内发生的 且是相对含量的变化 变式训练4 为研究棉花去棉铃 果实 后对叶片光合作用的影响 研究者选取至少具有10个棉铃的植株 去除不同比例棉铃 3天后测定叶片的co2固定速率以及蔗糖和淀粉含量 结果如图所示 1 光合作用暗反应利用光反应产生的atp和 在 中将co2转化为c3 进而形成淀粉和蔗糖 2 由图甲可知 随着去除棉铃百分率的提高 叶片光合速率 本实验中对照组 空白对照组 植株的co2固定速率相对值是 3 由图乙可知 去除棉铃后 植株叶片中 增加 已知叶片光合产物会被运到棉铃等器官并被利用 因此去除棉铃后 叶片光合产物利用量减少 降低 进而在叶片中积累 4 综合上述结果可推测 叶片中光合产物的积累会 光合作用 h nadph 叶绿体基质 逐渐下降 28 淀粉和蔗糖含量 输出量 抑制 5 一种验证上述推测的方法为 去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理 使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官 检测 叶片的光合产物含量和光合速率 与只去除棉铃植株的叶片相比 若检测结果是 则支持上述推测 解析 1 光合作用光反应可为暗反应提供 h nadph 和atp 并在叶绿体基质中将co2转化为c3 进而形成淀粉和蔗糖 2 由图甲信息可知 随去除棉铃百分率的提高 叶片固定co2能力明显降低 对照组 未摘除棉铃 植株co2固定速率的相对值应为 去除棉铃百分率为0 时的co2固定值 即28 未遮光 光合产物含量下降 光合速率上升 3 由图乙可知 去除棉铃后 植株叶片中淀粉和蔗糖