第4节--能量之源――光与光合作用PPT课件

1、高中生物课标教材（人教版）必修1 第5章 第4节第4节 能量之源光与光合作用 学习目标1、掌握绿叶中色素的种类和作用2、掌握光合作用以及对它的认识过程3、掌握光合作用原理的应用重、难点1、绿叶中色素的种类和作用关怀2、光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系3、影响光合作用强度的环境因素 公元前3世纪，古希腊的亚里士多德提出，植物生长的土壤是构成植物体的原材料。这一观点长期被奉为经典。 直到17世纪上半叶比利时的海尔蒙特做了一个简单而有意义的实验，一切才开始改变生物化学之父海尔蒙特 光合作用的科学探究历程海尔蒙特的柳树实验 对这一结论你有什么想法？ 没有考虑到空气是否也能起作用海尔蒙特由此提出：

2、构成植物体的原料来自水而不是土壤。海尔蒙特的贡献和局限性英国化学家普利斯特利 在海尔蒙特的柳树实验完成后的100多年间，人们普遍认为水是构成植物的唯一原料。 一直到18世纪，普利斯特利通过实验又对海尔蒙特提出了质疑。1.蜡烛易熄灭、小鼠易窒息而死。2.蜡烛不容易熄灭3.小白鼠不易窒息而死普利斯特利的小白鼠和蜡烛实验思考讨论1.单独在密闭玻璃罩内的蜡烛为什么会熄灭？ 单独生活在玻璃罩内的小鼠为什么会窒息而死？ 蜡烛的燃烧和小鼠的呼吸会使空气变“坏” 2.为什么在密闭的玻璃罩内和植物生活在一起的小白鼠没有死亡？蜡烛没有熄灭？在这个过程中植物起到了什么作用？ 绿色植物能够更新由于蜡烛燃烧或呼吸而变得

3、“坏”了的空气 植物更新了空气的哪种成分光在这个实验中的关键作用植物可以更新空气。普利斯特利指出但他并不知道他也没有发现普利斯特利的贡献和局限性1779年 荷兰医生 英格豪斯 发现照光时绿色植物吸收CO2，释放O2 1782年 瑞士 森尼别 植物的绿色部分只有在光下才能 起到 “净化”空气的作用1845年 德国 梅耶 植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来研究历程 1864年，德国植物学家萨克斯做了“绿叶在光下制造淀粉”的实验德国植物学家萨克斯萨克斯的绿叶在光下制造淀粉实验研究历程美国科学家 恩格尔曼 1880年，恩格尔曼用水绵作为实验材料进行了一个著名的验证光合作用进行场所的实验。研

4、究历程 水绵是常见的淡水藻类，每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。水绵最明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。 恩吉尔曼的水绵实验研究历程没有氧气的黑暗环境没有氧气的有光环境极细的光束 为什么好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位的周围？恩吉尔曼的水绵实验 选用水绵作为实验材料，不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。 将临时装片放在黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧气的影响，从而确保实验能够正常地进行。1.为什么选用水绵做为实验材料？2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？ 思考讨论恩格尔曼通过实验证明：氧是由叶绿体释放出来的。 叶

5、绿体是绿色植物进行光合作用的场所。研究结论CO218O2H218O鲁宾和卡门的同位素标记法实验C18O2O2H2O光照射下的小球藻悬液该实验证明了什么？光合作用中释放的O2全部来自H2O AB思考：研究历程科学家实验过程或结果结论海尔蒙特（1648）栽柳树5年植物增重来自水普利斯特利（1771）钟罩里的小鼠植物可以净化空气 萨克斯（1864）恩格尔曼（1880）光照水绵氧气由叶绿体产生光照天竺葵产生淀粉鲁宾和卡门（1938）同位素标记释放的氧来自水光合作用的研究过程归纳小结 在绿叶细胞中，有捕获太阳光能的色素。问题思考 绿色植物光合作用需要太阳光能，那么，太阳光能是如何被绿叶细胞捕获的呢？绿叶

6、中色素的提取和分离实验探索1.实验原理是什么？3.选用哪些实验器材？4.实验方法步骤如何？5.实验有哪些注意事项？阅读P.9798，思考：2.实验目的是什么？（一）提取色素：1.研磨材料:5g鲜叶药品SiO2CaCO3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。一、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.准备滤纸条铅笔线

7、画铅笔细线滤液细线画滤液细线要求：细而直 重复23次剪去两角的原因？2.分离色素：插滤纸条层析液培养皿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？）分析交流根据你们的实验观察分析：1.滤纸条上出现了几条不同颜色的色 素带？2.滤纸条上不同颜色的色素带宽窄是 否相同？3.滤纸条上不同颜色的色素带排列顺 序怎样？说明什么？4.画滤液细线时，为什么越细越好？5.滤液细线为什么不能触及层析液？绿叶中的色素总结归纳 叶绿素类胡萝卜素 （占总量3/4）（占总量1/4） 叶绿素a 叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素 四种色素对光的吸收有什么差别呢？问题思考 叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡

8、萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光光谱实验分析 1.用这种方法有什么好处？不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗？ 2.为什么不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源？ 大棚蔬菜生产中，往往使用红色或蓝色的塑料薄膜搭棚，棚内挂红色或蓝色的灯管。问题探讨思考讨论： 2.因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。 1.用这种方法可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响问题探讨叶绿体的结构外膜内膜基质基粒色素: 位于基粒类囊 体的薄膜上酶: 位于基粒类囊 体的薄膜上和 基质中光合作用的概念 绿色植物通过叶绿体，利用光能，把

9、二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 1.光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？2.能否用化学反应式表示出来？CO2 + H2O* O2* 光能叶绿体(CH2O) +分析思考：H2O类囊体膜酶Pi ADPATP1.光反应阶段色素光酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O H + O2光能（还原剂）ATP的合成：ADPPi 能量（光能） ATP酶条件 ：场所：物质变化：能量变化：光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中HCO2糖类 五碳化合物 C5 氨基酸脂肪CO2的固定三碳化合物 2C3C3的还原 基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi ADPATPHCO2糖类 五碳化合物 C5

10、氨基酸脂肪CO2的固定三碳化合物 2C3C3的还原 基质多种酶HATP2.暗反应阶段CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的还原：ATPH 、ADP+Pi条件：场所：物质变化：能量变化：叶绿体的基质中多种酶、 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶糖类H 、ATP原料和产物的对应关系（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O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CO2C3（CH2O）光、色素、酶等ATP、H、多种酶等类囊体的薄膜上基质中水光解成H和O2ADP+Pi+光能ATP CO2的固定 CO2的还原光能活跃

11、化学能活跃化学能稳定化学能 光反应暗反应条件场所物质变化能量变化联 系光反应和暗反应的比较物质联系：光反应阶段产生的H，在暗反应阶段用于还原C3；能量联系：光反应阶段生成的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。 光反应为暗反应提供ATP和NADH，暗反应为光反应补充ADP和NADP+归纳总结：叶绿体中的色素光合作用的过程光反应阶段暗反应阶段光能co2H2O水在光下分解C5ATPADP+Pi酶供能H供氢O2 固 定还 原多种酶参加催化(CH2O)氨基酸,脂肪酶 正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、H 、AT

12、P含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？H ATP C5 C3C3 C5H ATP 2C3影响光合作用的因素及在农业生产上的应用1.光光照强度:适当提高光照强度。农业上运用间种套种。 利用不同植物对光强要求不同。光照时间：适当延长光照时间。光照面积：农业上做到合理密植。2.温度：影响酶活性,适当提高白天温度。减轻或避免植物 “午休”现象。3.水：光合作用原料和场所。水分的散失影响气孔，间接 影响CO2 吸收。注意合理灌溉。4.CO2：光合作用原料。适当提高其浓度。5.矿质元素：影响光合作用进行。如：N、P、Mg等。注 意合理施肥。 化能合成作用原理： 还原CO2所需要的ATP和H是通过氧化无

13、机物NH4+、NO2-、H2S、SO、H2、Fe2+等而获得的。 类型： 硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌等NH3 + O2 HNO2 + 能量HN02 + O2 HNO3 + 能量C02 + H2O (CH2O) + O21、营养物质包括有机物、无机盐、水等2、根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为： 自养生物（无机物转变成自身的有机物）异养生物：将现成的有机物转变成自身的有机物光能自养生物化能自养生物（绿色植物）（硝化细菌、硫细菌、铁细菌等）光能12H2O+6CO2叶绿体 6O2 +C6H12O6+6H2O光合作用强度表示方法1、单位时间内光合作用产生有机物的量2、单位时间内光合作用吸收

14、CO2的量3、单位时间内光合作用放出O2的量单因子对光合作用速率影响的分析1）光照2）温度3）二氧化碳浓度4）水分5）矿质元素光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间内单位面积的叶片合成有机物的速率。环境因素对光合作用的影响植物自身因素:遗传（生物种类）、叶龄等光合速率的影响因素AB光照强度0吸收CO2C释放CO2细胞呼吸产生的CO2量净光合作用量真正（实际）光合作用量在A点含义：在B点含义：在C点含义：真正（实际）光合速率表观（净）光合速率呼吸速率。 （1）光照强度光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放的CO2量为呼吸速率。光合作用速率呼吸作用速率。随光照强度增加，光合作用不再增加。AB

15、光照强度0吸收CO2阳生植物阴生植物应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。C 阳生植物 阴生植物释放CO2应用：间作时作物种类的搭配应用(2)温度 1、AB段： 2、B点：3、BC段：表示温度达到一定程度，随温度升高，酶逐渐失去活性，光合速率也逐渐下降。在一定范围内，随温度的升高，光合速率加快。表示酶活性最强，该温度为进行光合作用的最适温度此时光合速率达到最大值。A、B、C三种温度条件下植物积累有机物最多的是哪种温度？应用：适时播种；温室栽培中白天调到光合作用最适温度，晚上适当降低温度。 CO2含量光合作用的强度 0A B C（3）CO2AB段：A点：B点：应用：对农田里的农作物应合理密植，

16、“正其行，通其风”；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用CO2发生器。在一定范围内，随C02浓度的增加，植物的光合速率加快。表示进行光合作用所需C02的最低浓度。超过该浓度，光合速率不再增加。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。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？多因子影响日变化：在一天中由于光照和温度在发生

17、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BADCFEHGI吸收CO2的量图（5）12：006：0018：00时间放出CO2的量BADCFEHGI吸收CO2的量图（5）12：006：0018：00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

18、的“午休”现象。6、EF段：7、FH段：放出CO2的量BADCFEHGI吸收CO2的量图（5）12：006：0018：00时间温度逐渐降低，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。 叶龄曲线分析：OA段为幼叶，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段为壮叶，叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。 BE段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。 应用：农作物、果

19、树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，降低其细胞呼吸消耗有机物。光照面积应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。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

20、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图5ABC 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、H2O、CO2、适宜的温度、酶、色素 有光、无光均可，适宜的温度、O2、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(CO2和H2O)合成有机物(如C6H12O6) 有机物(如C6H12O6)分解为无机物(H2O和CO2) 联系 光合作用的产物作为细胞

21、呼吸的原料(有机物和O2均为细胞呼吸的原料)，细胞呼吸产生的CO2可为光合作用所利用 来源去路H光合作用有氧呼吸ATP光合作用有氧呼吸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、去路的比较课堂练习2. 在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某一个条件后，即可发现其叶肉细胞内的五碳化合物含量突然上升，则改变的条件是（ ） A.停止光照 B.停止光照并降低CO2浓度 C.升高CO2浓度D.降低CO2浓度D1.温室栽培可不受季节、地域限制，为植物的生长发育提供最适宜的条件，有利于提高作物品质和产量。在封闭的温室内栽培农作物，以下哪种措施不能提高作物