5.4光合作用的原理与应用课件-高一上学期生物人教版必修1

5.4光合作用的原理与应用有机物的制作方式是……问题探讨第二、四棵是正常玉米幼苗（绿色）第一、三棵是白化玉米幼苗（白色）白化苗由于不含绿色的色素，无法进行光合作用，萌发之后，随种子本身贮存的养分耗尽后就会死亡。由此可见，光能的捕获与叶片中的________有关色素绿叶中有哪些色素呢？要如何才能提取和分离出来呢？一、绿叶中的色素的提取和分离（1）提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。相似相溶，说明色素是一类有机物（2）分离色素原理：绿叶中的色素不止一种，在___________中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上的_____________，反之则慢。层析液扩散更快层析液：一种混合物有机溶剂（3）实验方法纸层析法实验步骤（1）提取绿叶中的色素称取5g菠菜叶，去除主叶脉后剪碎，放入研钵中；加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。可以使研磨更充分可以防止色素被氧化分解可使色素含量更高实验步骤（1）提取绿叶中的色素将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中(单层尼龙布)进行过滤，收集滤液。不能用滤纸，会吸附色素收集完毕后用棉塞塞严防止乙醇挥发和色素氧化实验步骤（2）制备滤纸条干燥的定性滤纸作用：避免层析液在边缘扩散过快，可使分离出的色素带平齐。②在滤纸条一端剪去两角铅笔线剪两角①将滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸条③在距去角一端1cm处，用铅笔画一条细直的横线作为画滤液细线的参照线实验步骤（3）画滤液细线要求：细、直、齐；重复1—2次将色素滤液用毛细管吸取后，画在滤纸条的铅笔线痕迹上使分离的出色素带平整、不重叠增加色素浓度，使分离出的色素带明显。实验步骤（4）纸层析层析液将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。再用皿盖将烧杯盖住溶解度高的色素先溶解，随层析液在滤纸上扩散得更快，可先被分离出来注意滤液细线不要泡在层析液里！！防止色素直接溶解在层析液中实验步骤（4）纸层析结果讨论：①滤纸条上有几条色素带？按什么次序分布？4条不同颜色的色素带。从上到下依次为：胡萝ト素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)。②滤纸条上色素的分布情况和宽度说明了什么？结果讨论：1、绿叶中的色素有4种2、它们在层析液中的溶解度不同（所以能被分离开）3、四种色素在叶片中的的含量不同叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素色素种类颜色含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢这4种色素对光的吸收有什么差别？实验：滤液中色素对不同的单色光的吸收情况叶绿素溶液类胡萝卜素溶液结论：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白光光源三棱镜可以将白光分解出可见光谱四种色素吸收的光的波长有差别，但是都可以用于光合作用思考：为什么植物叶片呈现绿色？因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光就被反射回来，所以叶片才呈现绿色。秋日叶片变黄的原因是？气温降低，叶绿素不稳定而被分解，显现出了类胡萝卜素（尤其是叶黄素）的颜色。叶绿体的结构电子显微镜下，叶绿体由

包被，内含许多

（由

堆叠而成），基粒和基粒之间充满

；吸收光能的色素分布在

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；双层膜类囊体薄膜类囊体叶绿体基质基粒绿叶叶绿体类囊体外膜内膜基粒基质类囊体薄膜上分布着色素类囊体薄膜和叶绿体基质中分布光合作用所需要的酶叶绿体的结构叶绿体的功能水棉：细胞中有螺旋状的叶绿体实验内容：将水绵和需氧型细菌放在没有空气的小室内。

极细光束

均匀光照水绵好氧细菌极细光束照射完全曝光黑暗

无空气好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位叶绿体的功能恩格尔曼的水棉实验1：该实验说明了什么？叶绿体在光照下能够释放氧气，推测：叶绿体是进行光合作用的场所叶绿体的功能恩格尔曼的水棉实验2：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域结合实验1的结论，该实验说明了什么？说明水绵叶绿体主要吸收红光和蓝紫光，在这两类波长的光照射下，叶绿体会大量释放氧气。总结：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绿叶中色素的提取和分离叶绿体的结构适于进行光合作用实验原理实验过程实验结论无水乙醇，层析液叶绿素类胡萝卜素红光蓝紫光蓝紫光色素叶黄素胡萝卜素叶绿素a叶绿素b（蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）含量约占3/4含量约占1/4结构

恩格尔曼实验

功能：叶绿体是进行光合作用的场所小结光合作用是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。光合作用的概念CO2+H2O光能叶绿体（CH2O)+O2叶绿体如何将光能最终转化为有机物（糖类）中的能量的？提出问题：氧气来源于水还是二氧化碳呢？请阅读教材102页思考讨论部分探究光合作用的原理资料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与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。CO2O2C+H2O甲醛1928年，科学家发现：甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。探究光合作用的原理资料2.1937年，英国植物学家希尔发现，向离体叶绿体悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入Fe3+，在光照条件下可以释放出O2，同时Fe3+被还原为Fe2+。4Fe3+

+2H2O

4Fe2++4H++O2

光能叶绿体水在光照条件下被叶绿体分解产生氧气，该过程被称作水的光解，又被称为希尔反应。探究光合作用的原理资料2.1937年，英国植物学家希尔发现，向离体叶绿体悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入Fe3+，在光照条件下可以释放出O2，同时Fe3+被还原为Fe2+。4Fe3+

+2H2O

4Fe2++4H++O2

光能叶绿体思考：该反应中，三价铁盐转变为了二价铁盐，说明有____________（填氧化性/还原性）的物质产生，并将铁进行了还原。还原性这种有还原性的物质是什么呢？探究光合作用的原理教材103页“相关信息”.水分解为氧气和H+的同时，被叶绿体夺取两个电子，电子经过传递，可用于NADP+与H+结合形成NADPH。2H2O4H++O2+4e-

光能叶绿体4NADP++4H++4e-

4NADPHNADPH（还原型辅酶II）也简写成[H]，是一种活泼的还原剂。探究光合作用的原理思考：该实验能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？资料2.1937年，英国植物学家希尔发现，向离体叶绿体悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入Fe3+，在光照条件下可以释放出O2，同时Fe3+被还原为Fe2+。可以，悬浮液没有二氧化碳，因此不能合成糖该实验说明：水的光解并非必须与糖的合成相关联，是相对独立的反应阶段探究光合作用的原理资料2.1937年，英国植物学家希尔发现，向离体叶绿体悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入Fe3+，在光照条件下可以释放出O2，同时Fe3+被还原为Fe2+。思考：希尔的实验能否说明：植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？还不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接追踪到氧元素的转移思考：用什么方法可以追踪出氧气中氧元素的来源？探究光合作用的原理1940年:鲁宾和卡门同位素示踪法光照射下的小球藻悬液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲组乙组结论：光合作用释放O2中的O元素来自水，且与二氧化碳无关。对比实验探究光合作用的原理资料3.1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。思考：资料3表明，光照时发生水的光解，除了产生O2、NADPH，还会产生什么物质？ATP思考：为什么会有ATP的产生，谁提供了合成ATP的能量？光能H2O

O2+NADPH

+能量光照叶绿体ADP+Pi

ATP酶探究光合作用的原理思考·讨论

结论小结：①水的光解必须要在光照条件下进行③水的光解与糖的合成不是同一个化学反应②水的光解能够产生氧气、[H]和ATP划分依据:反应过程是否需要光能光反应（光合作用第一阶段）暗反应（光合作用第二阶段），又称碳反应

探究光合作用的原理（一）光反应阶段

1、定义

光合作用第一个阶段的化学反应，必需有光才能进行。

2、条件：

光、光合色素、酶3、场所：

类囊体薄膜上5、过程：

（该反应必须在光合色素上进行）4、反应物：

水、NADP+、ADP、Pi类囊体薄膜上的色素分子ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶光反应阶段

可见光（太阳能）探究光合作用的原理探究光合作用的原理物质变化：水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H+

光色素NADPH的合成：光能能量转变：转化为ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+能量

ATP酶NADP++H++2e-NADPH酶探究光合作用的原理（二）暗反应阶段

1、定义

光合作用第二个阶段的化学反应，不直接依赖光（有没有光）都能进行。

2、条件：

酶、CO2、ATP、NADPH3、场所：

叶绿体基质4、过程：

探究光合作用的原理资料：20世纪40年代，科学家卡尔文等用14C（有放射性）标记的CO2供小球藻（单细胞绿藻）进行光合作用，追踪放射性14C的去路。现象1：向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检查产物，检测到了多种带14C标记的化合物。现象2：缩短光照时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种三碳化合物（C3）。现象3：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即(CH2O))。科学思维：请结合上述现象，推测CO2，C3，C5和(CH2O)的转化关系。（放射性）同位素标记法14CO214C3(14CH2O)14C5暗反应

ADP+PiATPNADP+C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶光反应

类囊体薄膜上的色素分子H2OO2酶吸收光解H+酶卡尔文循环注意：C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP）太阳能物质变化：CO2的固定：C3的还原：C3(CH2O)或C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活跃的化学能能量转变：有机物中稳定的化学能CO2＋C52C3酶ATP的水解：ATP

ADP+Pi+能量酶探究光合作用的原理（二）暗反应阶段

探究光合作用的原理光反应暗反应进行场所所需条件物质变化能量转化必须有光有光或无光均可类囊体薄膜叶绿体基质水光解为O2和H+ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原ATP和NADPH的分解光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中的活跃化学能转化为有机物中稳定的化学能光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系?探究光合作用的原理物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能光反应与暗反应是一个整体，二者紧密联系、缺一不可。关于C3和C5：（条件不发生改变下）两种物质的含量相对稳定、动态平衡请思考：光下的植物突然停止CO2的供应后，短期细胞内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？CO2↓CO2固定停止C3

生成减少，消耗不变C5消耗减少，生成不变C3↓C5↑反之，若突然增加CO2的供应，则短期内：C3↑C5↓请思考：光下的植物突然停止光照后，其细胞内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？停止光照光反应停止NADPH↓

ATP↓C3

↑C5↓C3生成不变，消耗减少C5消耗不变，生成减少反之，若突然增加光照，则短期内：C3↓C5↑光合作用的产物（P104相关信息）光合作用的产物一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖，蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。说明有机物生成之后，不会大量储存在叶肉细胞内！光合作用的意义光合作用产生的有机物养活了世间万物光合作用产生的氧气供给了绝大多数生物的呼吸作用光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转补充：化能合成作用（P106）自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量，来把无机物制造成有机物，这种途径叫做化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量

2HNO2+O22HNO3+能量能量6CO2+6H2O(CH2O)+6O2案例：硝化细菌的化能合成作用二、光合作用原理的应用（课本P105）1、光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践一、实验原理：

叶片含有空气，上浮抽气叶片下沉单位时间内小圆形叶片浮起的数量的多少

光合作用强度的大小光合作用产生O2O2充满细胞间隙，叶片上浮探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：1.打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片二、方法步骤：2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱光下探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践

项目烧杯小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量110片20mL强多210片20mL中中310片20mL弱少6.观察并记录结果二、方法步骤：三、实验结论：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。探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践光合作用的原理的应用1、定义植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量2、表示方法：共有2套表示方法活的植物体是同时在进行光合作用和呼吸作用的，也就是同时在产生有机物和消耗有机物。（一）光合作用强度/速率

若不考虑呼吸作用，仅计算单位时间内生产有机物的总量，称为总光合速率若考虑呼吸作用，则在单位时间有机物的总量需减去呼吸作用的消耗量。最终积累的有机物含量，称为净光合速率光合作用的原理的应用（一）光合作用强度/速率

总光合速率=净光合速率+呼吸速率表示总光合速率时：表示净光合速率时：有机物制造量或产生量CO2固定量O2产生量有机物积累量或干重增加量CO2吸收量O2释放量光合作用的原理的应用（二）测定光合作用强度/速率的装置

①测定呼吸速率将装置进行遮光处理，测定单位时间内液滴的移动液滴会左移，左移的幅度就是该植物单位时间内的

呼吸速率光合作用的原理的应用（二）测定光合作用强度/速率的装置

②测定净光合速率将装置进行曝光处理，测定单位时间内液滴的移动液滴会右移（氧气的释放量），右移的幅度就是该植物单位时间内的

净光合速率NaHCO3溶液可以维持瓶内CO2的浓度保持不变光合作用的原理的应用（二）测定光合作用强度/速率的装置

总光合速率=净光合速率+呼吸速率例：装置甲中，在黑暗条件下，液滴单位时间左移了2个刻度；装置乙中，在曝光条件下，液滴单位时间右移了4个刻度。则该植株在该条件下的总光合强度为6个刻度。光合作用的原理的应用影响光合作用强度的因素很多，其中较为重要的有光照强度、CO2浓度、温度、水分和矿质元素等。光照强度对光合作用强度的影响OB光照强度总光合速率O到B段，随光照增强，光合作用速率不断增大；B点之后，光合速率将不再随光照强度的增大而增大。光饱和点OB段：色素、酶的数量、CO2浓度、温度——达到最大光合速率的最低光照强度B点及以后：限制因素：光照强度光照强度对光合作用强度的影响A光照强度0CO2释放量净光合强度=-呼吸强度吸收量CO2只进行呼吸，此时CO2释放量表示呼吸作用强度净光合强度BA点：AB段：光合作用强度小于呼吸作用强度B点：光合作用强度等于呼吸作用强度（光补偿点）净光合强度=0思考：若整株植物的净光合速率为0，那么该植物的叶肉细胞净光合速率_____（大于或小于或等于）0大于光照强度对光合作用强度的影响A光照强度0CCO2释放量吸收量CO2BBC段：光合作用强度大于呼吸作用强度。净光合强度>0D光饱和点D点：光照强度对光合作用强度的影响CO2O2O2CO2CO2O2O2CO2O2CO2CO2O2请画出A点、AB段、B点、BC段，叶绿体和线粒体进行气体交换的示意图A点AB段B点BC段光照强度对光合作用强度的影响AB光照强度CO2吸收量CCO2释放量阳生植物阴生植物通常来说，阴生植物光补偿点和光饱和点都比阳生植物更低CO2浓度对光合作用强度的影响CO2浓度ACO2吸收CO2释放BCO2浓度总光合速率A，B，CO2补偿点A点：CO2饱和点B和B，：进行光合作用所需CO2最低浓度A，点：注意：若CO2含量过低，低于植物能固定的最小浓度，则无法制造有机物温度对光合作用强度的影响ABC1020304050温度光合作用强度

一般植物在10℃-35℃下正常进行光合作用，35℃以上光合作用的酶活性下降，50℃