人教版必修一 能量之源光与光合作用 课件 （98张）.ppt

第5章细胞的能量供应和利用第4节能量之源 光与光合作用 人教版必修1 光能转化为细胞能够的过程称为光合作用 绿叶中通过什么物质捕获并转化光能呢 太阳光中有能量 太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能 色素 利用的化学能 捕获光能的色素和结构 光合作用的原理和应用 一 二 本节课主要目的是探究绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取和分离的方法 自主学习 阅读课本p97 98页的实验绿叶中色素的提取和分离 一 捕获光能的色素 一 提取色素 1 研磨 材料 5g鲜叶 药品 sio2 caco3 无水酒精 原理 色素能溶解在丙酮或酒精等有机溶剂中 所以可用无水酒精提取色素 绿叶中色素的提取和分离 使研磨充分 防止色素破坏 溶解色素 要求 要迅速 充分 为什么 2 过滤 获取绿色滤液 滤纸吗 对着光 背着光 红色 绿色 色素随层析液在滤纸上扩散速度不同 从而分离色素 扩散速度与色素在层析中的溶解度的关系 溶解度大 扩散速度快溶解度小 扩散速度慢 二 分离色素 原理 1 准备滤纸条 要求 细而直重复2 3次 剪去两角的原因 2 分离色素 层析液不能没及滤液线 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 为什么 说明色素的种类 色素 叶绿素a 蓝绿色 叶绿素b 黄绿色 胡萝卜素 橙黄色 叶黄素 黄色 扩散速度 含量 溶解度 最快 较快 较慢 最慢 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 叶绿素由c h o n mg构成 1 为什么选择新鲜的绿叶 2 无水乙醇 层析液分别有什么作用 层析液的成分主要是什么 3 二氧化硅和碳酸钙有什么作用 4 为什么要将滤液试管口用棉塞塞严 新鲜的绿叶 无水乙醇 层析液 二氧化硅使 碳酸钙 防止 色素含量较高 提取色素 分离色素 研磨更充分 防止色素被破坏 乙醇挥发和色素被氧化 丙酮酸 苯 石油醚 实验注意事项 1 丙酮和层析液都是 的有机溶剂 所以研磨要快 收集的滤液要用棉塞塞住 层析时要加盖 尽量减少有机溶剂的挥发 2 用干燥的定性滤纸 因为 3 滤纸条一端剪去两个角是因为滤纸条边缘扩散快 中间扩散慢 4 滤液细线细 直 齐是 5 重复画滤液细线2 3次 是为了 6 层析时不要让滤液细线触及层析液 防止色素 中而无法分离 其透性好 吸收滤液较多 易挥发且有一定毒性 保证使滤液能同步到达滤液细线 防止色素带重叠而影响分离效果 积累更多的色素 溶解于层析液 二 色素吸收的光谱 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光 红光有利于糖类的合成 蓝光有利于蛋白质 脂肪的合成 二 色素的作用 叶绿素对绿光吸收最少 绿光被反射回来 再加上叶绿素含量多 所以叶片才呈现绿色 2 温室或大棚种植蔬菜应选择什么颜色的塑料薄膜 1 叶片为什么往往是绿色的呢 可以选择有色薄膜 比如红色或蓝色的薄膜 只允许红光或蓝光通过 还可以选择无色透明塑料薄膜可以通过所有波长的可见光 波长为400 700 光合效率最强 3 秋季植物叶变黄 变红是什么原因 秋季 气温降低 叶绿素分解 叶片中的叶黄素 胡萝卜素开始显露 形成了花青素 花青素遇酸变红 三 光合作用的完整单位 叶绿体 其中基粒是由一个个囊状结构堆叠而成 称为 4 1 2 3 类囊体 吸收光能的色素分布在 类囊体的薄膜上 思考 叶绿体中的色素能吸收光能 是不是叶绿体只能吸收光能 有没有其他功能 基粒 外膜 内膜 基质 类囊体 有色素和酶 内囊体堆叠 含有酶 双层膜 类囊体堆叠成基粒增大膜面积 基质中也有酶 还有少量的dna和rna 内囊体薄膜上含有吸收 传递 转化光能的色素 叶绿体存在于叶肉细胞 茎幼嫩组织 保卫细胞 使用 水绵 好氧细菌 水绵的叶绿体呈螺旋式带状 便于观察 恩格尔曼实验1880年 美 资料分析 叶绿体的功能 1 装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中 装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围 氧是由叶绿体释放出来的 叶绿体是光合作用的场所 2 结论 叶绿体的被光束照射到的部位是光合作用的场所 结论 现象 现象 没有空气黑暗 极细光束 完全光照 氧气是叶绿体释放出来的 叶绿体是光合作用的场所 光合作用需要光能 结论 恩吉尔曼实验 1 为什么水绵是合适的实验材料 2 他是如何控制实验条件的 水绵具有细而长的叶绿体 便于观察 a 选用黑暗 无空气的环境 排除环境中光线和氧气的影响 b 选用极细的光束 并用好氧细菌检测 准确判断释放o2的部位 讨论 此实验在设计上有什么巧妙之处 分以下几个问题 c 进行黑暗 局部光照 与曝光的对照实验 从而明确实验结果完全是由光照引起的 2000多年前亚里士多德 aristotle 1 问题 植物生长所需的物质来自何处 认为 构成植物体的原料是土壤植物增加的重量 土壤减少的重量 四 光合作用的探究历程 五年后 2 1648年比利时海尔蒙特的实验 柳树增重80kg土壤只减少0 06kg 结论 植物增重主要来自水分 一段时间后 一段时间后 3 1771年英国普利斯特利实验 普利斯特利实验 结论 植物可以更新空气 4 1779年 荷兰英格豪斯的实验 实验重复了500多次 结论 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气 1785年 发现了空气的组成 科学家在明确绿叶在光下放出的气体是氧气 吸收的是二氧化碳 5 1845年 德国的科学家梅耶指出 植物光合作用时 把光能转换成化成化学能储存起来 依据 能量转换和守恒定律 一半曝光 一半遮光 在暗处放置几小的叶片 6 1864年萨克斯的实验 结论 绿色叶片在光合作用中产生了淀粉 7 光合作用的原料有水和二氧化碳 那么 光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是来自水呢 随着技术的进步 人们发现了放射性同位素 利用放射性同位素做示踪原子 为解决氧气是来自水还是二氧化碳提供了技术手段 1939年 美国的科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法 用18o做示踪原子 对光合作用的产物氧气中氧的来源进行了探究 返回 1939年鲁宾和卡门的实验 光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢 20世纪40年代 美国科学家卡尔文利用放射性同位素14c标记的14co2做实验研究这一问题 最终探明co2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径 这一途径称为卡尔文循环 1961年诺贝尔化学奖得主 1 英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是 2 荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么 德国科学家梅耶得出了什么结论 植物可以更新空气 但没有发现光的作用 英格豪斯 植物更新空气需要光 并且只有绿叶才有这个功能 梅耶 光能转变为化学能储存起来了 3 德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么 光合作用的产物有淀粉的生成 4 鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验过程及所证明什么问题 光合作用释放的氧气来自于水的分解 问题讨论 光合作用的原料 产物 场所和条件是什么 你能用一个反应式表示出来吗 反应条件 反应场所 反应物 生成物 能量变化 光能等 叶绿体 co2 h2o 有机物 o2 光能 化学能 四 光合作用的过程 光反应 暗反应 划分依据 反应过程是否需要光能 光反应在白天可以进行吗 夜间呢 暗反应在白天可以进行吗 夜间呢 有光才能反应 有光 无光都能反应 h2o 类囊体膜 酶 光反应阶段 光 色素 酶 水 叶绿体的类囊体薄膜上 水的光解 还原剂 atp的合成 场所 条件 物质变化 能量变化 进入叶绿体基质 参与暗反应 供暗反应使用 co2 五碳化合物c5 co2的固定 三碳化合物2c3 c3的还原 叶绿体基质多种酶 糖类 h2o 卡尔文循环 暗反应阶段 co2的固定 c3的还原 叶绿体的基质中 h atp 酶 co2 场所 条件 物质变化 能量变化 co2 五碳化合物c5 co2的固定 三碳化合物2c3 叶绿体基质多种酶 糖类 h2o h 比较光反应 暗反应 光反应阶段 暗反应阶段 条件 场所 物质变化 能量变化 光 色素 酶 h2o co2 多种酶 h atp 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质中 水的光解 atp的生成 co2的固定 c3的还原 光反应是暗反应的基础 为暗反应提供 h 和atp 暗反应为光反应提供adp和pi 讨论 条件变化时 各种物质合成量的动态变化 增加 减少 减少或没有 减少或没有 减少 增加 增加 增加 减少 增加 减少或没有 增加 增加 减少 减少 增加 h2o 2 h 1 2o2 水的光解 atp的合成 暗反应 总结 光反应 特别说明 光合作用的产物除糖类和氧外 还有氨基酸 脂肪等有机物 总结 光反应 co2的固定 co2的还原 原料和产物的对应关系 ch2o c h o co2 co2 h2o o2 h2o 能量的转移途径 碳的转移途径 光能 atp中活跃的化学能 ch2o 中稳定的化学能 co2 c3 ch2o 光合作用的意义 为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质 为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量 维持大气中氧气和二氧化碳的平衡 缓解温室效应 总之 从物质转变和能量转变的过程来看 光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢 形成臭氧 保护地球生物 自养生物 以光 co2 h2o等无机物为原料合成糖类等有机物 且有机物中储存着由光能转换来的能量 例如绿色植物 许多微生物 异养生物 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动 例如人 动物 真菌及大多数的细菌 利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物 少数的细菌 如硝化细菌 硫细菌 fe细菌 光能自养生物 化能自养生物 生长时能以简单的无机物作为营养物质 称为自养型生物 新陈代谢 同化作用 把非己变成自己 异化作用 把自己变成非己 自养型 异养型 需氧型 厌氧型 红螺菌的同化作用属于兼性营养型 酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型 光能自养型 化能自养型 植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量 可通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示 光合作用强度概念 影响光合作用强度的因素 植物自身因素 植物种类 不同生长阶段 酶的种类和数量 叶面积指数 叶龄 环境因素 光 强度 光质 时间长短 温度 水分 co2浓度 矿质元素 光合作用原理的应用 光合作用速率 光合速率 单位时间 单位叶面积吸收的co2的量或放出o2的量 称为光合作用速率 简称为光合速率 一般测定光合速率的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数 称为表观光合速率或净光合速率 即表观 净 光合速率 呼吸速率 总 真正 光合速率 一般通过吸收的co2的量或放出o2的量来测定 探究 环境中影响光合作用强度的因素 实验原理 利用真空渗水法排除叶片细胞间隙中的气体 使其沉入水中 在光合作用的过程中植物吸收co2并排除o2 产生o2的多少与光合作用的强度密切相关 o2溶解度很小 积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮 因此可依据一定时间内叶片上浮的数量及时间长短 来比较光合作用的强弱 间接测o2生成速率 来比较不同光照强度和不同co2浓度条件下光合作用的强度 实验方法 新鲜腊梅叶片 打孔器 注射器 40w台灯 100ml烧杯 镊子 nahco3溶液 一次性纸杯 标签纸 清水等 材料用具 实验步骤 1 用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片 避开叶的主脉 2 用注射器连抽几次抽出叶片中的气体 使叶片沉入水底 3 将气体逸出的叶片放入一次性杯中保存 4 将3个烧杯编号后 分别加入2个40mlnahco3溶液 1个40ml清水 并各放入10片抽去气体的叶片 5 按实验记录表进行操作 6 记录实验数据 实验结果 实验反思 实验变量梯度太大 组别少 因此误差大 应分别对不用因素进行探究 且应有平行试验 影响光合作用的各种因素 注意p q点的含义 内因 外因 基因决定酶种类数量不同 影响光合作用因素总结 两种表示方法有什么区别呢 1 光 光照强度 abc点以及ab段 bc段各代表的意义 a 光照强度为0 只进行细胞呼吸 释放的co2量表明呼吸强度 b 光合作用强度 呼吸作用强度 呼吸释放的co2全用于光合作用 c 光合强度最大点 c点以后限制光合作用的不再是光照强度 光饱和点 ab段 随光照增强 光合作用逐渐加强 此段呼吸强度 光合强度 呼吸强度 光补偿点 bc段 随光照增强 光合作用逐渐加强 此段光合强度 呼吸强度 光照强度对光合速率的影响 光 阳生植物 阴生植物 呼吸强度 光补偿点 光饱和点 阴生植物的光补偿点 光饱和点 阳生植物 受光影响 受co2 酶或其他因素限制 应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物 真正光合速率 净光合速率 呼吸速率 一天的时间 光合作用速率 o 光照强度 12 14 10 光合作用速率与光照强度 时间的关系 夏天一天中日照强度与光合作用速率的关系 日变化 光照时间 一般与太阳辐射的进程相符合 光合作用速率 夏天 o 光照强度 夏天 12 14 10 一天的时间 光合作用速率与光照强度 时间的关系 春天一天中日照强度与光合作用速率的关系 应用 控制好光强 光照时间 措施 大棚种植阴雨天应补充光照 把光强控制在光饱和点 至少要在光补偿点之上 根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求 控制光照强弱 如间作套种时农作物的种类搭配 林带树种的搭配等 通过轮作 延长光合作用时间 哪一株植物生长状况更好 光质 温室大棚一般使用无色透明玻璃 呼吸量 影响光合作用的因素 光照面积 合理利用光能的方法 1 套种 复种 延长光合作用时间 2 间种 合理密植 增加光合作用面积 3 防止营养生长过强 导致叶面互相遮挡 呼吸强于光合 影响生殖生长 2 温度 能 ab段 在一定范围内 随温度的升高 光合作用逐渐加强 b点 光合作用中酶的最适温度 bc段 酶活性降低 光合速率下降 若温度过高 酶失活停止光合作用 生活在寒带地区的植物能否正常进行光合作用 ab段 bc段 b点各代表 一般植物在10 35 下正常进行光合作用 应用措施 1 大田中适时播种 2 温室栽培植物时 冬天适当增温 夏天适当降温 白天调到最适温度或适当提高温度 晚上适当降温以增加昼夜温差 阴雨天白天适当降温 维持昼夜温差 请判断图中曲线哪条代表的是光合作用 呼吸作用 净光合速率曲线怎样绘制 3 水分 水分既是光合作用的原料和产物 又是化学反应的媒介 应用措施 合理灌溉 植物夏季为何 午休 水分 水分是植物蒸腾的对象 缺水 气孔关闭 co2进入受阻 间接影响光合作用 4 co2 a co2饱和点 光合速率不再随co2浓度的增加而增加 co2浓度 a 0 c d 光合速率 呼吸速率 c 呼吸作用强度 只有呼吸 没有光合作用 d co2补偿点 光合作用吸收的co2 呼吸作用释放的co2 ad段 在一定范围内 光合速率随co2浓度的增大而加快 a 进行光合作用所需最低外界co2浓度b co2饱和点 b co2的补偿点 c co2的饱和点 a b co2太低 农作物消耗光合产物 b c 随co2的浓度增加 光合作用强度增强 c d co2浓度再增加 光合作用强度保持不变 d e co2浓度超过一定限度 将引起原生质体中毒或气孔关闭 抑制光合作用 应用 温室栽培时适当提高co2的浓度 燃烧液化石油气 使用co2发生器 措施 多施有机肥或农家肥 大田生产 正其行 通其风 即为提高co2浓度 增加产量 释放一定量的干冰或施 碳铵 nh4hco3 必须指出 增加co2可以提高光合效率 但是无限制地在全球范围内提高co2浓度 会产生 温室效应 co2浓度超过一定限度 将引起原生质体中毒或气孔关闭 抑制光合作用 5 矿质元素 在一定浓度范围内 增大必需元素的供应 可提高光合作用速率 当超过一定浓度后 会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫 应用措施 根据作物的需肥规律 适时 适量地增施肥料 可提高农作物产量合理施肥可促进叶片面积增大 提高酶的合成率 提高光合作用速率 6 叶龄 oa段 幼叶 随幼叶的不断生长 叶面积增大 叶绿体增多 叶绿素含量增加 光合速率增加 ab段 壮叶 叶片面积 叶绿体和叶绿素都处于稳定状态 光合速率稳定 bc段 老叶 随叶龄的增加 叶绿素被破坏 光合速率也随之下降 应用措施 农作物 果树管理后期适当摘除老叶 残叶 可降低其呼吸作用消耗有机物 曲线分析 1 分析比较各图中p q点的主要影响因素是什么 光强度 温度和二氧化碳浓度对光合作用的影响是综合性的 通过对曲线的分析 你能得出什么结论 多因子影响 曲线分析 p点时 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素 随着此因素的不断加强 光合速率不断提高 当到q点时 横坐标所表示的因素 不再是影响光合速率的因子 要想提高光合速率 可采取适当提高图示中的其他因子的方法 日变化 在一天中由于光照和温度在发生变化 在一天中的光合速率也在发生变化 如图 5 该图夏天的一个晴天 放出co2的量 b a d c f e h g i 吸收co2的量 图 5 12 00 6 00 18 00 时间 放出co2的量 b a d c f e h g i 吸收co2的量 图 5 12 00 6 00 18 00 时间 1 ab段 2 bc段 3 c点 植物在晚上只进行呼吸作用 放出co2最多 表示放出的co2多于吸收的co2 即呼吸作用大于光合作用 光合作用吸收的co2等于呼吸作用放出的co2 4 cd段 5 de段 光照增强光合作用增强 光合作用吸收的co2大于呼吸作用放出的co2 温度升高 蒸腾作用增强 气孔关闭 co2供应不足 而影响暗反应的速率 在e点出现最严重的 午休 现象 6 ef段 7 fh段 温度逐渐降低 光合速率逐渐恢复 随着光照减弱 光合作用逐渐下降 应用 南方夏季日照强 作物 午休 会更普遍一些 在生产上应适时灌溉或选用抗旱品种 以缓和 午休 现象 增强光合能力 观察以下图示 根据气体进出细胞的情况 说明植物接受光照的情况及含义 并试着在最后图中找出前4个图对应的点 积极思维 图1 图2 图3 图4 光合作用 细胞呼吸 有氧呼吸 代谢性质 合成代谢 分解代谢 发生部位 含叶绿体的细胞 主要是叶肉 细胞 所有生活细胞 反应场所 叶绿体 主要在线粒体内 第一阶段和 无氧呼吸在细胞质基质 条件 光 h 2 o co 2 适宜的温度 酶 色素 有 光 无 光 均可 适宜 的 温度 o 2 酶 能量代谢 光能转变为化学能 贮存在有 机物中 有机物中的化学能释放出 一 部分转移到 atp 中 物质代谢 将无机物 co 2 和 h 2 o 合成有 机物 如 c 6 h 12 o 6 有机物 如 c 6 h 12 o 6 分解为无 机物 h 2 o 和 co 2 联系 光合作用的产物作为细胞呼吸的原料 有机物和 o 2 均为细胞呼 吸的原料 细胞呼吸产生的 co 2 可为光合作用所利用 有机物分解 水的光解 用于暗反应c3的还原 与o2结合生成水 adp pi 光能atp 用于c3的还原 转换成有机物中稳定的化学能 有机物分解释放的能量 用于各种需能的生命活动 光合作用与细胞呼吸过程中 h 和atp的来源 去路的比较 几个易混淆的概念 光能利用率 光合作用效率 光合作用速率 光合作用强度 单位土地面积上植物光合作用积累的有机物中所含的化学能 占同一期间入射单位土地面积的光能量的百分率 光能利用率 光合作用制造的有机物中的能量 种植面积内所照射的光能 一 光能利用率 延长光照时间 增加光合作用面积和增加光合作用效率等 其中延长光照时间是延长全年内单位土地面积绿色植物进行光合作用的时间 提高光能利用率是发挥农作物增产潜力的有效途径 2 意义 1 概念 3 措施 轮种 间种和套种 在一年内通过巧妙搭配各种农作物 在空间和时间上提高光能利用 增加光合作用面积是通过合理密植 通过控制叶面积指数 保证净光合速率最大 积累的光合产物最多 二 光合作用效率 绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量 与光合作用中吸收的光能的比值 光合作用效率 光合作用制造的有机物中的能量 光合作用中吸收的光能 mol m2 s 1 每秒每平方米叶面积吸收co2微摩尔数 mol dm2 h 1 每小时每平方分米叶面积吸收co2微摩尔数 1 概念 延长每天的光照时间 提高co2浓度和温度 保证矿质元素的供应 2 提高光合作用效率的措施 三 光合作用速率 光合速率 单位时间 单位叶面积吸收的co2的量或放出o2的量 称为光合作用速率 简称为光合速率 一般测定光合速率的方法中都没有把叶片的呼吸作用考虑在内 所以测定的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数 称为表观光合速率或净光合速率 如果把表观光合速率 呼吸速率 则得到总 真正 光合速率 1 概念 四 光合作用强度 植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量 称为光合作用强度 1 概念 2 影响光合作用强度的因素 内因 个体差异 酶的种类和数量 叶龄 叶面积