5.4 光合作用与能量转化课件-高一上学期生物人教版必修1VIP

必修1分子与细胞第五章

细胞的能量供应和利用第四节

光合作用与能量转化一、绿叶中色素的提取和分离二、色素的功能（吸收光谱）三、叶绿体的结构和功能四、探索光合作用原理的部分实验五、光合作用过程——光反应七、光反应与暗反应的联系（C3、C5含量变化）六、光合作用过程——暗反应十、光合呼吸曲线题目一锅烩八、影响光合作用的因素九、测定植物的光合速率（总光合与净光合）光合作用正常的绿色玉米幼苗可以生长。白化玉米幼苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。绿叶中究竟有哪些色素呢？叶片中的色素与光能的捕获有关。Why?学习任务1：绿叶中色素的提取和分离一、提取色素原理:叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，可用有机溶剂

来提取。(2)过程:①取材:称取5g___________,剪碎叶片。②研磨:放入研钵中,加少许_______________,再加入5-10mL_________,迅速、充分地进行研磨。③过滤:将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块___________）进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。无水乙醇新鲜绿叶SiO2和CaCO3无水乙醇尼龙布学习任务1：绿叶中色素的提取和分离实验操作目的选取新鲜绿色的叶片

研磨时加入二氧化硅（SiO2）

研磨时加入碳酸钙（CaCO3）

迅速、充分研磨

用单层尼龙布过滤而非滤纸

及时用棉塞将试管口塞严

绿叶中色素含量高（存放时间过长，叶绿素会被破坏）有助于研磨充分防止色素氧化和乙醇挥发保证色素充分释放且防止无水乙醇挥发防止滤纸吸附色素防止研磨中叶绿素被破坏学习任务1：绿叶中色素的提取和分离二、分离色素原理:实验步骤: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。③分离:将适量层析液倒入试管中,将滤纸条有_________的一端朝下轻轻插入层析液中,随后用_____紧试管口。注意,不能让滤液细线触及层析液剪去两角去角一端1cm毛细吸管1-2滤液细线棉塞实验装置参考示意图剪去两角并画铅笔线画滤液细线层析液：20份石油醚、2份丙酮和1份苯学习任务1：绿叶中色素的提取和分离实验操作目的画滤液细线时，待滤液干后，重复画滤液细线1-2次（细、直、匀）不能让滤液细线触及层析液实验最好在弱光下进行防止色素溶解于层析液中导致实验失败增加滤纸条上的色素含量色素量合适才能使分离效果明显叶绿素不稳定，见光易分解学习任务1：绿叶中色素的提取和分离分析实验结果色素种类颜色含量溶解度扩散速度胡萝卜素

色...叶黄素

色较少较高较快叶绿素a

色.较低较慢叶绿素b

色较多..橙黄黄蓝绿黄绿最少最多最高最低最快最慢上下学习任务1：绿叶中色素的提取和分离绿叶中光合色素的种类叶绿素（含量约占3/4）类胡萝卜素（含量约占1/4）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）捕获光能的色素学习任务1：绿叶中色素的提取和分离利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素后，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)，当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确位置应为(

)B学习任务1：绿叶中色素的提取和分离试剂甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋水＋－－－CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－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(

)A．①②③④

B．②④①③C．④②③①

D．③②①④B小结学习任务1：绿叶中色素的提取和分离

植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。植物工厂为什么不用发绿光的光源？光叶绿体反射光透过光吸收光阳光(白光)在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。阳光是由不同波长的光组成的复合光，可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。一般情况下光合作用利用的都是可见光。

测定色素的吸收光谱①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同

测定色素的吸收光谱类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光

测定色素的吸收光谱叶绿素a和b主要吸收类胡萝卜素主要吸收蓝紫光和红光蓝紫光思考1：不同季节，不同植物的叶片为何会呈现不同的颜色？比较项目光合色素细胞液色素存在部位叶绿体液泡溶解性脂溶性水溶性代表种类类胡萝卜素和叶绿素花青素颜色橙黄、黄、绿红、蓝、紫颜色变化不随pH改变变化颜色随pH改变变化颜色思考2：海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？光的波长越长，所含能量越少，穿透能力越弱红光的穿透能力最弱，蓝紫光穿透能力最强吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深处如何证明叶绿体能吸收光能，释放氧气呢？实验对象：水绵（叶绿体呈____状）、好氧细菌。自变量：叶绿体是否照到光。因变量：叶绿体照光部位是否产生氧气，观测指标是______________。汉水丑生侯伟作品实验结果：好氧细菌集中分布在叶绿体的照光部位。实验结论：叶绿体吸收光能用于光合作用放氧气。好氧细菌的分布带恩格尔曼

实验（一）学习任务2：叶绿体适于光合作用的结构特点叶绿体功能验证实验恩格尔曼的第一个实验1.实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？

2.为何要除去小室中原有的空气？

3.在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？

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多的部位排除氧气和光照的干扰用极细的光束照射，在叶绿体上有形成有无光照的部位，相当于一组对照实验验证前面发生的实验结果

恩格尔曼在证明了光合作用的放氧部位是叶绿体后，紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，结果见下图：

如何解释好氧细菌主要聚集在红光和蓝紫光照射的水绵细胞附近？叶绿体为什么适宜进行光合作用？学习任务2：叶绿体适于光合作用的结构特点1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。叶绿体适于捕捉光能、进行光合作用的结构基础①在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子；②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。绿叶进行光合作用的物质和结构基础物质基础结构基础

叶绿素（含量约占3/4）类胡萝卜素（含量约占1/4）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）吸收蓝紫光

吸收蓝紫光和红光色素提取分离实验在叶绿体内部巨大的膜表面(类囊体薄膜）上，分布着许多吸收光能的色素分子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。光合作用的反应式是怎样的？H-COH(甲醛)光合作用释放的O2是来自H2O还是来自CO2？如何设计实验验证？

1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。离体叶绿体铁盐(或其他氧化剂)H2O2H++O2光照思考、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，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。光反应研究——希尔反应思考、为使离体的叶绿体保持活性，对悬浮液的要求是？思考、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？能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。等渗溶液学习任务3：光合作用的原理科学史回溯鲁宾和卡门实验实验思路：用放射性同位素标记来研究物质的去路材料：小球藻处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。结论：光合作用释放的O2来自H2O1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这个过程总是与水的光解相伴随。光能如何转变为ATP中活跃的化学能？叶绿体中分离出的类囊体缓冲液充分平衡转移类囊体加入ADP和Pi无光条件放置A组B组B组A组类囊体膜内外的pH都为4光反应研究——贾格道夫检测到ATP未检测到ATPpH=4pH=8pH=4pH=4pH=4pH=4思考、本实验的自变量是什么？因变量是什么？类囊体外缓冲液的pH类囊体膜两侧是否具有

H+浓度梯度是否生成

ATP思考：2、分析实验结果，可得出什么结论？光合作用合成ATP与类囊体膜两侧的H+浓度梯度有关思考、在叶绿体内，类囊体膜通过__________（主动运输/协助扩散/自由扩散）的方式才能创造其两侧的H+浓度差。主动运输ADP＋PiATP学习任务3：光合作用的原理科学史回溯希尔实验中的氧化剂起到什么作用？材料：离体叶绿体处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2；给予光照结果：叶绿体有O2释放。结合H2O分解产生的2H+和2e-叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？NADP++2H++2e-NADPH+H+酶NADP+希尔实验学习任务3：光合作用的原理光反应阶段①给小球藻通14CO2光下培养②杀死细胞，终止光合作用③提取溶液中的物质，用纸层析法使这些物质分离④对滤纸进行放射性显影，确定滤纸上具有放射性的位置C14同位素标记法④剪下这部分滤纸，溶解，提取放射性物质并进行化学鉴定暗反应研究——卡尔文循环二氧化碳如何转化为糖类呢？实验过程：向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物。结果如下：思考：你认为根据这个结果能确定CO2的转移途径吗？如果不能的话，应如何改进实验？通入14CO230秒后通入14CO25秒后放射性出现在C3、C4、C5、C6、C7等多种化合物中放射性主要集中在一种五碳化合物（C5）和六碳糖（C6）中。放射性主要集中在一种三碳化合物（C3）中通入14CO2

极短时间后思考：你能据此利用箭头描述一下CO2的转化途径吗？CO2的转化：CO2→C3→C5和糖→其他有机物学习任务3：光合作用的原理暗反应阶段根据是否需要光能，把光合作用分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：3-磷酸甘油酸C5学习任务3：光合作用的原理ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O21234567光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。学习任务3：光合作用的原理1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量判断：1、植物在夜晚不能进行光反应，但是可以照常进行暗反应2、光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量学习任务3：光合作用的原理错，光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应，不用于其他生命活动过程错，暗反应需要光反应提供NADPH和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行学习任务3：光合作用的原理反应阶段光反应暗反应反应场所反应条件物质变化能量变化联系光合作用实质类囊体薄膜上叶绿体基质必须有光、光合色素、酶有光或无光均可，多种酶光能→ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来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。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌NH3+O2HNO2+能量硝化细菌CO2+H2O糖类能量酶化能合成作用HNO2+H2OHNO3+能量硝化细菌下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。据图回答下列问题：A代表的过程为________________，发生的场所为_________________B代表的过程为________________，发生的场所为_________________C代表的过程为________________，发生的场所为_________________D代表的过程为________________，发生的场所为_________________光反应叶绿体的类囊体膜有氧呼吸第二三阶段叶绿体基质细胞呼吸第一阶段细胞质基质暗反应线粒体基质和线粒体内膜O2ADP+PiNADP+C5NADH（或还原型辅酶I）如图所示为夏季白天适宜条件下植物体细胞中与能量转换有关的两种细胞器代谢原理示意图，请据图回答有关问题：(字母代表物质，数字代表过程)①_________②_________③_________④_________A_________B_________C_________D_________(单糖)E_________F_________G_________H_________光反应暗反应有氧呼吸第二阶段有氧呼吸第三阶段ATPNADPHNADH葡萄糖O2H2O丙酮酸CO2学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2根据光合作用的反应式，你能想到哪些环境因素会影响光合作用的强度呢？从反应条件来看：光照强度、温度（影响酶的活性）从反应物来看：CO2浓度、H2O的含量学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用教材P105：探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响自变量：因变量：光合作用强度控制方法：不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离检测方法：相同时间小圆形叶片浮起的数量光照强弱学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用教材P105：探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响实验对象实验结果实验结论自变量对照类型因变量沉入水底的叶圆片光照强度光合作用强度相互对照无关变量叶圆片的数量和大小、温度、CO2浓度等在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。可观测指标为叶圆片上浮的数量灯泡相同，距离不同；灯泡不同，距离相同学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用①光照强度学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。c为c为c为c为总量总量总量学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用1234A点、B点、AB段、BC段分布对应那一幅图？A:只进行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用

细胞呼吸释放的CO2

全部用于光合作用BC：光合作用>呼吸作用AB：光合作用<呼吸作用学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用光照强度0CO2吸收速率CO2释放速率ABC光补偿点光饱和点净光合速率总光合速率B：光合作用=呼吸作用D：光合速率开始达到最大时对应的光照强度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸速率A:只进行呼吸作用学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用图中哪条曲线代表阳生植物，哪条曲线代表阴生植物呢？学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用应用：合理密植间作套种适当剪枝合理补充光照①光照强度合理密植间作套种暗反应卡尔文循环①光反应供给②CO2固定（CH2O）③光减弱影响①C5合成减少C5消耗暂且不变C3消耗减少C3合成暂且不变C5含量下降C3含量上升影响C3还原NADPH和ATP含量下降不利于光合作用的进行糖类合成减少1、在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是(

)A．红光，ATP减少B．红光，未被还原的C3增多C．绿光，NADPH减少D．绿光，C5增多C学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用②二氧化碳浓度学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用B点为CO2补偿点光合作用速率＝呼吸作用速率最大光合作用强度对应的D点为CO2饱和点学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用②二氧化碳浓度应用：1.多施有机肥或农家肥；（农家肥被微生物分解后可为农作物提供CO2，同时也提供了矿质元素）2.温室栽培可使用CO2发生器等；3.大田中还要注意通风透气。合理补充CO2暗反应卡尔文循环CO2供应减少①光反应供给②CO2固定（CH2O）③影响CO2固定C3合成减少C3消耗暂且不变C5消耗减少C5合成暂且不变C3含量下降C5含量上升影响C3还原NADPH和ATP含量上升不利于光合作用的进行糖类合成减少1、CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是(

)A．CO2供应不足使固定形成的C3减少B．C3还原所消耗的ATP和NADPH减少C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少D2、如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是(

)

B学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光合作用原理的应用O温度A光合速率BC③温度原理：温度通过影响

影响光合作用温度过高时植物

，光合速率会减弱。酶的活性气孔关闭应用：温室中,加大昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）。学习任务4：探究环境因素对光合作用强度的影响，关注光