【公开课】光合作用与能量转化课件高一上学期生物人教版必修1

第五章

细胞的能量供应和利用第四节

光合作用与能量转化第一课时捕获光能的色素和结构你参观或听说过植物工厂吗？植物在人工精密控制光照、温度、CO2浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？问题探讨①避免自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成减产。②可以调控人工光源的强度和不同色光,根据植物生长的情况以使蔬菜产量达到最大。2.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度条件？①影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。②CO2浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。一、捕获光能的色素太阳光能的输入、捕获和转化

,是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。植物捕获光能需要特定的物质和结构，是什么呢？叶片是进行光合作用的主要器官。植物的叶片多数是绿色的，说明其中有绿色的色素。正常玉米植株和白化玉米植株“白化苗”能持续正常地生长吗？不能，由于白化苗不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。光合作用需要色素，绿叶中的色素可能与光能的捕获有关一、捕获光能的色素探究•实践：绿叶中色素的提取和分离（1）实验原理绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，可用无水乙醇提取色素。提取原理分离原理色素都能溶解在层析液中，各种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条上扩散得快,反之则慢。纸层析法（2）实验目的过滤法①进行绿叶中色素的提取和分离②探究绿叶中含有几种色素1.破碎细胞,使色素充分释放;

2.保证色素结构和活性不被破坏;

3.使色素溶解于试剂中.

一、捕获光能的色素（3）材料用具新鲜的绿叶(色素含量多)、干燥定性滤纸、试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸管、剪刀、药匙、量筒(10ml)、天平、铅笔等。无水乙醇(95%乙醇+无水碳酸钠)、层析液(20份在60-90℃下分馏出来的石油醚+2份丙酮+1份苯混合)、二氧化硅、碳酸钙。（4）方法步骤①提取绿叶中的色素加SiO2、CaCO3、乙醇迅速、充分研磨单层尼龙布过滤新鲜绿叶→研磨充分色素多SiO2→CaCO3→防止色素破坏无水乙醇→溶解色素防止溶剂挥发溶解色素新鲜绿叶剪碎迅速→充分→滤纸、纱布会吸收色素↓↓防止溶剂挥发和色素分子被氧化滤液赛棉塞一、捕获光能的色素（4）方法步骤②制备滤纸条将干燥定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条再将滤纸条一端剪去两角距剪去两角底部1cm处用铅笔画一条细的横线用毛细吸管吸取少量滤液沿铅笔线均匀画出一条细线待滤液干后，再重画细线1-2次③画滤液细线铅笔线画铅笔细线减少边缘效应，使色素在滤纸条上扩散均匀。细、直、齐积累更多色素,使分离的色素带更明显使分离的色素带平整、不重叠剪去两角重复2-3次④分离绿叶中的色素将适量层析液倒入试管(小烧杯)中,将滤纸条插入层析液中,用棉塞塞紧试管口(培养皿盖住烧杯口)不能让滤液细线触及层析液防止色素溶解在层析液中,观察不到色素带.为何要塞棉塞或盖培养皿？防止层析液(有毒)挥发一、捕获光能的色素⑤观察与记录胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色黄色蓝绿色黄绿色(含量约占3/4)(含量约占1/4)类胡萝卜素叶绿素绿叶中的色素功能：吸收、传递和转化光能色素含量溶解度扩散速度最少最多较少较多最快较快较慢最慢最高较高较低最低吸收、传递(四种色素)、转化光能(只有少数特殊状态的叶绿素a)叶绿素a:C55H72O5N4Mg叶绿素b:C55H70O6N4Mg胡萝卜素：C40H56叶黄素：C40H56O2一、捕获光能的色素光合色素的功能：一、捕获光能的色素⑥结果分析③未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。②滤纸条上的滤液细线画得过粗或不整齐b.滤纸条上的色素带颜色较浅c.滤纸条色素带重叠a.滤纸条上未得到色带①实验过程中滤液细线浸没到层析液中②用清水代替乙醇进行提取②未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。①使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。④一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。①没经干燥处理⑤滤液细线画的次数不够d.如果在圆形滤纸的中央点开始对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？四个同心圆的色素带，从外往里依次为:胡萝卜素（橙黄）、叶黄素（黄）、叶绿素a（蓝绿）、叶绿素b（黄绿）一、捕获光能的色素不同波长的光会分散开,形成不同颜色的光带,称为光谱A.叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光B.叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同C.胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光色素的颜色是由其反射的光所决定D.叶绿体中的色素只吸收可见光。与生活的联系为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？色素基本上不吸收绿光，不能用于光合作用中合成有机物。有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管一、捕获光能的色素无色透明的塑料薄膜，让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，让植物吸收更多的光能色素主要吸收蓝紫光和红光。有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜一、捕获光能的色素(3)氮镁等无机盐：氮镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁叶片变黄。影响叶绿素合成的因素:(1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中叶呈黄色。(2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。正常韭菜韭黄寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄叶绿素因寒冷逐渐降解，体内可溶性糖形成红色的花青素二.叶绿体的结构适于进行光合作用②吸收光能的4种色素分布在类囊体薄膜上。叶绿体内由众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。1.叶绿体结构核糖体DNA类囊体薄膜外膜内膜类囊体基质基质基粒基粒③在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。①叶绿体由双层膜包被，内含许多基粒(由类囊体堆叠而成)，基粒和基粒之间充满基质。叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。呈扁平的椭球形或球形二.叶绿体的结构适于进行光合作用2.叶绿体功能恩格尔曼的实验一恩格尔曼的实验二叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？氧气是叶绿体在光下释放出来的水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；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；用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光和无光的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果完全是由光照引起的，等等。水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气适于好氧细菌分布。好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围第五章

细胞的能量供应和利用第四节

光合作用与能量转化第二课时光合作用的原理和应用CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体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。1.光合作用:2.反应式：3.实质：合成有机物，储存能量一.光合作用的原理原料产物产物能量去向场所能量来源发生范围物质变化：无机物→有机物能量变化：光能→有机物中的化学能一.光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验（1）19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。CO2O2释放C+H2O甲醛糖(CH2O)（2）1928年，发现甲醛对植物有毒害，

且不能通过光合作用转化成糖。多个缩合资料1：一.光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验资料2：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。（3）1937年，希尔其他氧化剂/O2结论：水的光解产生氧气。2.希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？1.希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？不能说明，反应体系中可以还存在其他氧元素供体，该实验没有排除叶绿体滤液中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。NADP++H++e-→NADPH一.光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验资料3：（4）1941年，鲁宾和卡门(同位素示踪法)。O2第二组C18O2

CO2H2OH218O光照下的球藻悬液第一组18O2结论：植物光合作用产生的氧气中全部都来自水（5）1954年，阿尔农在光照时，叶绿体中生成了ATP，这一过程总是与水的光解相伴随。资料4：H2OO2+2H++能量光照叶绿体(ADP+PiATP)光合作用过程的示意图是否需要光能光反应（光合作用第一阶段）暗反应/碳反应（光合作用第二阶段）有光才能反应有光、无光都能反应一.光合作用的原理5.光合作用过程（1）光反应阶段①场所:叶绿体类囊体薄膜上②条件:光、光合色素、酶③物质转化:水的光解:ATP的合成:ADP＋Pi+光能ATP酶NADPH的合成:⑤产物:O2、NADPH、ATP⑥能量转化:光能NADPH、ATP中活跃的化学能光能叶绿体色素叶绿体色素叶绿体色素H2O光解O2NADPHADP＋PiATP一.光合作用的原理2H2OO2+4H++4e-光色素④原料:H2O、NADP+、ADP、PiH+NADP+氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ酶酶NADP++H++2e-

NADPH酶一.光合作用的原理（2）暗反应阶段②条件:有光无光都可，多种酶①场所:叶绿体基质③物质转化:CO2的固定:C3的还原:CO2＋C52C3酶2C3(CH2O)+C5酶ATPADP+PiNADP+NADPH⑤产物:⑥能量转化:NADPH、ATP中活跃的化学能④原料:CO2、C5、NADPH、ATP(CH2O)、ADP、Pi有机物中稳定的化学能2C3C5NADPHADP+PiATP多种酶参加催化CO2还原固定酶NADP+(CH2O)酶能量酶C3:3-磷酸甘油酸C5:核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)一.光合作用的原理（2）暗反应阶段卡尔文循环1946年开始，美国的卡尔文等用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测14C的去向，探明CO2中的C的转移途径。①光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。②在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6).③30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。放射性同位素标记法14CO2→14C3→(14CH2O)+14C5H2OO2H+NADP+NADPHADP+PiATPCO2C5(CH2O)光反应暗反应一.光合作用的原理葡萄糖、淀粉在叶绿体基质中合成蔗糖在细胞质基质中合成蔗糖筛管植物各处(CH2O)淀粉2C3葡萄糖一.光合作用的原理光反应与暗反应的区别与联系光反应阶段暗反应阶段区别反应场所反应条件物质变化能量变化联系叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体基质中需要光、色素、与光反应有关的酶需要与暗反应有关的酶光能

①光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应提供NADPH和ATP;②暗反应是光反应的继续;暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi,以及NADP+;①CO2的固定:CO2+C5

2C3②C3还原:2C3(CH2O)+C5酶酶ATP,NADPH有机物中稳定的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能①水的光解:H2OH++O2②NADPH合成:NADP++H++eNADPH③ATP合成:ADP+Pi+能量ATP光酶酶ATP和NADPH中活跃的化学能光反应NADPH、ATP暗反应ADP、Pi、NADP+短促较缓慢一.光合作用的原理②H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)①C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2光合作用中元素的转移6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体①若有机物为(CH2O)：②若有机物为C6H12O6：一.光合作用的原理CO2浓度不变光反应NADPHATP

C3

C5

(CH2O)光照减弱

光照增强一.光合作用的原理光照不变暗反应C3C5NADPHATP(CH2O)CO2浓度减少

CO2浓度增加光合作用

以光为能源，以CO2和H2O(无机物)为原料合成糖类(有机物)，糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物、蓝细菌等。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。化能合成作用

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、铁细菌。光能自养生物化能自养生物二.化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量6CO2+6H2OC6H12O6+6O2硝化细菌能量同化作用异化作用自养异养光能自养化能自养需氧呼吸厌氧呼吸代谢类型硝化细菌的代谢类型是：自养需氧型三.影响光合作用强度的因素及应用光合作用强度1.概念：CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O22.表示方法：是光合作用反应强弱的指标，植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。单位时间内光合作用固定CO2的量制造或产生有机物(糖类)量产生O2的量呼吸作用消耗的糖类植物/细胞积累的糖类3.测定方法：光合作用产生O2=释放到空气中O2+呼吸作用消耗O2线粒体叶绿体O2释放O2叶肉细胞CO2释放CO2总(真正)光合速率=净(表观)光合速率+呼吸速率CO2固定量=吸收空气中CO2+呼吸CO2产生量(黑暗)有机物制造量=有机物积累量+呼吸有机物消耗量CO2三.影响光合作用强度的因素及应用探究环境因素(光照强度)对光合作用强度的影响根据单位时间内圆形叶片上浮的数量，间接判断光合作用强弱。1.实验原理抽气光合作用产生O2叶片中含有空气,放入水中会上浮叶片下沉O2充满细胞间隙，叶片上浮2.实验步骤1.打圆形小叶片30片2.叶片置于注射器内排气3.放入黑暗清水中待用4.3个烧杯倒入含CO2的清水5.各放入10片小圆形叶片，分别置于强、中、弱三种光源下。(小烧杯与光源的距离调节光照强度)光照强度叶片浮起数量弱少中中强多结论：在一定范围内，光照强度增强，光合作用强度增强。NaHCO3:提供和维持CO2吸收容器中的CO2三.影响光合作用强度的因素及应用(2)气体变化量法3.测定方法：三.影响光合作用强度的因素及应用(3)半叶法(测光合作用有机物的生产量)3.测定方法：(4)黑白瓶法(测溶氧量的变化)三.影响光合作用强度的因素及应用光照强度0CO2吸收速率CO2释放速率ABC光饱和点净光合速率总光合速率c呼吸速率光补偿点b呼吸释放的CO2光合作用消耗的CO2=呼吸作用释放的CO2(1)外因4.影响因素：①光照强度原理:光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加,光反应速度加快,产生的[H]和ATP增多,使暗反应中还原过程加快,从而使光合作用产物增加。①A点:光照强度为0,只进行②AB段:③B点:④BC段:⑤C点:光合作用<呼吸作用光合作用强度=呼吸作用强度

光合作用>呼吸作用光合作用强度开始达到最大不再增加对应的光照强度为光补偿点对应的光照强度为光饱和点其他因素限制细胞呼吸三.影响光合作用强度的因素及应用(1)外因4.影响因素：①光照强度光照强度CO2吸收量CO2释放量ABCA点：只呼吸不光合OcO2CO2AB段：呼吸＞光合B点：B点以后：光合＞呼吸呼吸＝光合光饱和点外观表现：光补偿点应用:欲使植物生长,必须使光照强度大于光补偿点。温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；CO2浓度ABCODdbCO2启动点CO2饱和点总光合速率三.影响光合作用强度的因素及应用(1)外因4.影响因素：②CO2浓度原理:CO2影响暗反应,制约C3的形成。CO2补偿点净光合速率CO2吸收速率CO2释放速率B点含义:对应的CO2浓度b为能进行光合作用的最低CO2浓度。光合速率=呼吸速率C点含义:D点含义:CO2补偿点植物达到光合作用最大值所需要的最小CO2浓度其他因素限制③应用:温室内充CO2，提高CO2浓度增加产量。

生产上增施有机肥:微生物可分解有机物产生大量CO2和无机盐。最大光合速率CO2饱和点三.影响光合作用强度的因素及应用(1)外因4.影响因素：③温度原理:温度通过影响酶的活性影响光合作用。温度光合速率光合速率随温度升高而升高超过最适温度，光合速率随温度升高而下降最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40-50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。应用:适时播种；温室栽培时,白天适当提高温度,提高净光合速率,夜间适当降温,降低呼吸速率,降低有机物的消耗，保证植物有机物的积累.酶在最适温度光合速率最大④水三.影响光合作用强度的因素及应用(1)外因4.影响因素：原理:是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质,直接影响光合作用速率；水分还能影响气孔的开闭,间接影响CO2进入叶片,从而影响光合作用速率。C点：温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象盛夏应用:根据作物的需水规律，合理灌溉。三.影响光合作用强度的因素及应用(1)外因4.影响因素：⑤矿质元素矿质元素浓度光合速率AB因土壤溶液浓度过高(细胞失水)而下降光合作用所需矿质元素的最低浓度Mg:叶绿素的重要组分应用：合理施肥N:参与光合色素、酶、磷脂、NADPH和ATP、核酸形成P:类囊体膜和NADPH、ATP、磷脂、核酸的

重要组分K:促进光合产物向贮藏器官运输三.影响光合作用强度的因素及应用(1)外因4.影响因素：⑥多因子影响限制光合速率的因素为横坐标所示的因素，随该因素的不断加强，光合速率不断提高P点之前:Q点:横坐标所示的因素不再是限制光合速率的因素，影响因素为各曲线所表示的因子。应用:温室栽培时,在一定光照强度下,白天适当提高温度,增加光合酶的活性,提高光合速率,也可同时适当增加CO2浓度,进一步提高光合速率;当温度适宜时,可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。(2)内因三.影响光合作用强度的因素及应用4.影响因素：①遗传特性阳生植物:在强光下生长发育健壮,在弱光下生长发育不良的植物。(叶肉细胞多，暗反应酶多)

阴生植物:在较弱的光照下生长良好的植物。(类囊体膜面积更大,色素更多)应用:间作套种时农作物的种类搭配，林带树种的配置;温室大棚适当提高光照强度可增加光合作用强度(2)内因三.影响光合作用强度的因素及应用4.影响因素：②叶龄光合作用强度叶龄幼成熟老

在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。OABC应用:

农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。(2)内因三.影响光合作用强度的因素及应用4.影响因素：③叶面积指数物质量叶面积指数单位土地面积上，植物的总叶面积总光合量净光合量ABC呼吸量

在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。

应用:适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积。⑤色素的种类及含量④酶的种类及含量(1)ob段:因为无光，只进行

。(3)bc段:光合作用

呼吸作用三.影响光合作用强度的因素及应用(4)c点:上午7点左右，光合作用强度

呼吸作用强度呼吸作用温度降低,呼吸酶活性弱光合作用小于等于光合作用的日变化曲线--①夏季一天中CO2吸收量和释放量变化曲线a点:凌晨3时-4时,

,呼吸作用减弱,CO2释放减少(2)b点:早上6点左右，太阳出来，开始进行

。(5)ce段:光合作用强度

呼吸作用强度。大于三.影响光合作用强度的因素及应用光合作用的日变化曲线--①夏季一天中CO2吸收量和释放量变化曲线(9)fg段:太阳落山,没有光照,停止光合作用,只进行

.e(6)d点:温度过高,植物体部分气孔关闭,从外界吸收的CO2减少,出现午休现象(7)e点:下午