5.4 光合作用与能量转化-2024-2025学年高一生物爱上课堂优质课件（人教版2019必修1）

第4节 光合作用与能量转化 第5章 细胞的能量供应和利用 1 捕获光能的色素有哪些？ 这些色素存在于细胞的哪些部位？ 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。 一 捕获光能的色素和结构 探究：绿叶中色素的提取和分离 1、实验原理 提取——无水乙醇：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中 分离——层析液：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。 2、实验目的 进行绿叶中色素的提取和分离；探究绿叶中色素的种类 3、实验步骤 4 探究：绿叶中色素的提取和分离 4、注意事项 （1）研磨时要迅速、充分。加入二氧化硅有助于研磨充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏；无水乙醇有挥发性，研磨时应迅速。 （2）滤液收集后，要及时用棉塞将试管口塞紧，以免滤液挥发。 （3）制备滤纸条时剪角的目的是为了防止两侧色素扩散快，色素带不整齐。 （4）画滤液细线时要求细、直、均匀，且待干后，重复几次。防止色素带之间部分重叠，增强色素在滤纸上的附着量，使实验效果更明显。 （5）分离色素时，滤液细线不能触及层析液，防止色素溶解在层析液中。 5 层析液 滤纸条上有几条色素带？是按什么次序分布的？ 滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 探究：绿叶中色素的提取和分离 探究：绿叶中色素的提取和分离 ——黄绿色(叶绿素b) ——蓝绿色(叶绿素a) ——黄色(叶黄素) ——橙黄色(胡萝卜素) 滤纸条上有4条色素带，从上到下依次是：橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素、蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b。 滤纸条上色素带的分布情况说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同，同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。 5、结果分析 7 叶绿素 类胡萝卜素 （含量约3/4） （含量约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） 绿叶中的色素 一、捕获光能的色素 400 500 600 700 波长/nm 叶绿体色素吸收光谱 叶 绿 素 a 叶 绿 素 b 类胡萝卜素 对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 类胡萝卜素：主要吸收蓝紫光 叶绿素：主要吸收蓝紫光和红光 一、捕获光能的色素 二、叶绿体的结构 外膜 内膜 基质 基粒：每个基粒由类囊体堆叠而成，吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。 每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上，叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积。 10 资料1：1881年，[德]恩格尔曼的实验1 黑暗，细光束照射。 细菌集中在光束照射的叶绿体部位。 均匀光照射。 细菌分布在叶绿体所有的受光部位上。 结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 三、叶绿体的功能 11 叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。 资料1：1881年，[德]恩格尔曼的实验2 资料2：在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种光合作用所必需的酶。 三、叶绿体的功能 12 1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 2.恩格尔曼在选材、实验设计有什么巧妙之处？ 实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定氧气释放多的部位；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，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果，等等。 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？ 色素主要吸收红光和蓝紫光，这区域产生的氧气较多，故需氧菌聚集。 4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 叶绿体能吸收光能用于光合作用，并释放出氧气。 三、叶绿体的功能 叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。 14 二 光合作用的原理和应用 一、光合作用的探究历程 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能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 CO2+H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 叶绿体如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？ 探索光合作用原理的部分实验 CO2+H2O CH2O O2（释放） 糖 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。 19世纪末 一、光合作用的探究历程 17 探索光合作用原理的部分实验 1937年，英国科学家希尔。 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。 光照 Fe3+ H2O O2+H+ 叶绿体 希尔反应：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。 一、光合作用的探究历程 18 1941年，美国鲁宾和卡门的实验 A B 结论：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。 光合作用释放的O2是来自CO2 吗？ 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。 一、光合作用的探究历程 1、希尔反应能否证明光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O？ 不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 2、希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 一、光合作用的探究历程 3、分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？ 光合作用中释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。 4、尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 一、光合作用的探究历程 H2O O2+H++能量 ADP＋Pi ATP 二、光合作用的原理 CO2+H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 划分依据:反应过程是否需要光能 光反应阶段：必须有光才能进行 暗反应阶段：有没有光都可以进行 类囊体膜 酶 Pi ＋ADP ATP 光反应阶段 光、色素、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： ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 酶 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中 场所： 条件： 能量变化 物质变化 进入叶绿体基质，参与暗反应 供暗反应使用 H2O O2 H+ NADPH NADP++H++2e-→NADPH 二、光合作用的原理 暗反应阶段 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： ATP NADPH 、 ADP+Pi 叶绿体的基质中 ATP和NADPH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 NADPH、ATP、酶 场所： 条件： 能量变化 物质变化 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 ATP NADPH 二、光合作用的原理 CO2中C的转移途径： CO2→C3→（CH2O) H2O中H转移途径： H2O→NADPH→（CH2O) 能量的转移途径： 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→（CH2O)中稳定的化学能 二、光合作用的原理 联系 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 酶、NADPH、ATP 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质中 水的光解； ATP和NADPH的生成 CO2的固定； C3的还原；ATP和NADPH的分解 ATP和NADPH中活跃化学能 光能 ATP和NADPH中活跃化学能 有机物中稳定化学能 光反应是暗反应的基础，为暗反应提供ＮＡＤＰＨ和ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。 二、光合作用的原理 简而言之，在光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体膜上的色素捕获后，将水分解为O2和H+等，形成ATP和NADPH，于是光能转化成ATP和NADPH中的化学能；ATP和NADPH驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 二、光合作用的原理 二、光合作用的原理 三、光合作用原理的应用 农业生产上许多增加农作物产量的措施，是为了提高光合作用的强度，即植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 影响光合作用的因素：光照强度、CO2的浓度、温度。 对于绿色植物来说，进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用。 光下测定的值为净光合作用 实际光合作用＝净光合作用＋呼吸作用。 （1）光合作用实际产氧量 = 实测的氧气释放量 + 呼吸作用吸耗氧量 （2）光合作用实际二氧化碳消耗量 = 实测的二氧化碳消耗量 + 呼吸作用二氧化碳释放量 （3）光合作用葡萄糖净生产量 = 光合作用实际葡萄糖生产量﹣呼吸作用葡萄糖消耗量（呼吸速率可在黑暗条件下测得） 三、光合作用原理的应用 若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表阴生植物。 BC段：随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，C点为光饱和点。 A点:光照强度为0此时只进行细胞呼吸，释放的二氧化碳量可表示此时细胞呼吸的强度。 AB段：随光照强度增强，光合作用强度增强，二氧化碳释放量逐渐减少，因细胞呼吸释放二氧化碳一部分用于光合作用，细胞呼吸强度大于光合作用强度。 B点细胞呼吸释放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。B点称为光补偿点. (1)光照强度 三、光合作用原理的应用 (2)二氧化碳浓度 ①曲线分析 在一定浓度范围内，随二氧化碳浓度的增加，植物的光合作用强度加强。 A点：表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度。 B点：表示二氧化碳饱和点，超过该浓度，光合强度不再增加。 ②应用：对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用二氧化碳发生器。 光合作用强度 A B 三、光合作用原理的应用 (3)温度 ①曲线分析 光合作用是在多种酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性AB段：在一定温度范围内，随温度的升高，光合作用逐渐增强。B点表示光合作用的最适温度，此时光合速率最高； BC段表示，超过了光合作用的最适温度，随温度的升高，光合作用强度逐渐下降。 ②应用：适时播种；温室栽培中要保持昼夜温差。 光合作用强度 三、光合作用原理的应用 (4)必需矿质元素供应对光合作用的影响 ①影响：矿质元素直接或间接影响光合作用。一定范围内N、P、K等矿质元素越多，光合速率越快。N是构成叶绿素、酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。 ②应用：合理施肥。 (5)水对光合作用的影响 ①影响：水尽管是光合作用的原料和化学反应的介质，但是水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。缺水（蒸腾作用过强）导致气孔关闭，限制二氧化碳进入叶片；缺水引起叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等。 ②应用：预防干旱，合理灌溉。 三、光合作用原理的应用 四、化能合成作用 除了绿色植物，自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是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，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。例如生活在土壤里的硝化细菌。 巩固练习 P106二、拓展应用 1.(1)图中曲线表明,7-10时光合作用强度不断增强,这是因为在一定温度和二氧化碳供应充足的条件下,光合作用的强度是随着光照加强而增强的。 (2)在12时左右光合作用强度明显减弱,这是因为此时温度很高,蒸腾作用很强,为减少水分蒸发,气孔大量关闭,二氧化碳供应减少,导致光合作用强度明显减弱。 (3)14-17时光合作用强度不断下降的原因,是因为此时光照强度不断减弱。 UTC 2021-11-23 13:59:37 Lavf58.29.100 $$