5.4光合作用与能量转化课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第4节 光合作用与能量转化 1 植物工厂 2 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 3 捕获光能的色素和结构 捕获光能的色素和结构 叶片是进行光合作用的主要器官 植物正常生长需要光能，而叶片中的色素可能与光能的捕获有关 4 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 思考与探究： 1. 用什么方法可以获得绿叶中的色素呢？ 2. 绿叶中的色素是一种还是多种呢？ 捕获光能的色素和结构 5 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 捕获光能的色素和结构 提取色素的原理： 绿叶中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用无水乙醇等有机溶剂来提取。 分离色素的原理： 绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 6 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 实验材料： 1.新鲜的绿叶--菠菜叶片若干。 2.干燥的定性滤纸，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，天平等。 3.无水乙醇（也可用95%乙醇加无水碳酸钠），层析液 （20份石油醚2份丙酮和1份苯），二氧化硅和碳酸钙。 捕获光能的色素和结构 7 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 实验操作：色素的提取 1.称取：5g绿叶，剪去叶脉 2.研磨：SiO2：使研磨充分 CaCO3：防止色素被破坏 无水乙醇：溶解色素 迅速、充分 3.过滤：单层尼龙布，塞严试管口 捕获光能的色素和结构 8 实验操作：色素的提取 捕获光能的色素和结构 9 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 实验操作：色素的分离“纸层析法” 1.制备滤纸条 2.画滤液细线（关键步骤） 要求：细、直，待干后重复1-2次 3.分离色素 层析液不能没过滤液细线 捕获光能的色素和结构 10 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 讨论： 1. 滤纸条上有几条色素带？它们按照什么次序分布？ 2. 滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 捕获光能的色素和结构 11 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 捕获光能的色素和结构 12 探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》 讨论： 1. 滤纸条上有几条色素带？它们按照什么次序分布？ 2. 滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 捕获光能的色素和结构 13 捕获光能的色素和结构 色素分离后的结果 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） 14 捕获光能的色素 捕获光能的色素和结构 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） 15 不同色素对光的吸收差异 捕获光能的色素和结构 可见光光谱 16 不同色素对光的吸收差异 捕获光能的色素和结构 17 不同色素对光的吸收差异 捕获光能的色素和结构 18 不同色素对光的吸收差异 捕获光能的色素和结构 实验结果表明： 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光， 胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 19 不同色素对光的吸收差异 捕获光能的色素和结构 叶片为什么是绿色的呢？ 光 叶绿体 反射光 透过光 吸收光 20 植物工厂 21 叶绿体的结构适于进行光合作用 捕获光能的色素和结构 1.每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上。 2.类囊体极大的扩展了受光面积1g菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。 22 叶绿体的结构适于进行光合作用 捕获光能的色素和结构 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？ 5.由实验能得出什么结论？ 23 捕获光能的色素和结构 好氧细菌 水绵 好氧细菌 24 叶绿体是光和作用的场所 捕获光能的色素和结构 25 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 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。 26 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 希尔实验 实验思路：施加单一变量进行研究 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。 叶绿体中H2O光解产生氧气。 推测： 27 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 问题：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？ NADP++2H++2e- NADPH+H+ 结合H2O分解产生的2H+和2e- 问题：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？ 酶 28 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 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。 光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。 结果：A为O2，B为18O2； 结论： 29 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 阿尔农实验 材料：离体叶绿体 处理：加入ADP、Pi，给予光照 结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气； 光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 结论： 30 31 光合作用的原理和应用 32 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 实验：卡尔文实验 实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程 材料：小球藻 处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。 33 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 CO2 C3 C6 C5 结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6 结论： 三碳化合物 其他中间产物 5秒后 60秒后 34 光合作用的原理和应用 35 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 C5 2C3 还原的C3 卡尔文实验2： 实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加； 突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。 CO2 （CH2O） 结论： C3与C5之间是相互循环的。 多种酶 36 光反应和暗反应对比 光反应 暗反应 条件 必须有光 有光无光均可 场所 类囊体膜 叶绿体基质 物质变化 水光解为O2和H+ NADPH的合成 ATP的合成 CO2的固定 C3的还原 ATP和NADPH的分解 能量变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 联系 物质：光反应生成的NADPH和ATP供暗反应C3还原， 暗反应为光反应提供NADP+,ADP和Pi 能量：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 37 光合作用的原理 光合作用的原理和应用 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 38 光合作用的原理和应用 39 光合作用的原理和应用 40 光合作用的原理和应用 41 光合作用的原理和应用 42 光合作用的原理和应用 43 光合作用的原理和应用 44 光合作用的原理和应用 45 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 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。 观察指标： 1.单位时间内有机物的制造量或合成量； 2.单位时间内氧气的生成量或产生量； 3.单位时间内二氧化碳的消耗量或固定量。 影响因素：光强、光质、温度、水、CO2浓度、无机营养等 46 探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用的原理和应用 实验目的：探究光照强度对光合作用强度的影响 实验材料： 圆形的生长旺盛的绿色小叶片 47 探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用的原理和应用 48 探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用的原理和应用 49 探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用的原理和应用 打孔器 气体 50 光合作用的原理和应用 黑暗 CO2 浮起 51 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 实验结论： 统计并分析实验结果： 光照强度 光合作用强度 随光照强度的增强光合作用强度增加 a b c d e f 光饱和点：随光照增强光合作用不再增强时的光照强度 光饱和点 52 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 总光合速率=净光合速率+呼吸速率 问题：实验所测是否为叶片实际光合作用强度？ O2 CO2 O2 CO2 较强光照时 53 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 问题：如何修改光强与光合作用强度的关系图？ 光补偿点：光合作用强度等于呼吸作用强度时的光照强度 54 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 净光合速率=总光合速率 — 呼吸速率 55 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。生产上应合理控制光照强度，如阴雨天适当人工补光。 56 光合作用的原理和应用 57 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 二氧化碳浓度对光合作用强度的影响 a-b:CO2浓度太低，农作物消耗光合产物； b-c：随CO2的浓度增加，光合作用强度增强； c-d:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变； d-e:CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。 58 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 二氧化碳浓度对光合作用强度的影响 应用：生产上使田间通风良好（“正其行，通其风”）、 增施有机肥等，以增加对农作物的CO2供应。 59 光合作用的原理和应用 应用：冬季用温室大棚提高温度种植农作物。保持适当的昼夜温差，白天适当升温，增强光合作用，晚上适当降温，抑制呼吸作用，可增加有机物积累。 60 光合作用的原理和应用 61 光合作用原理的应用 光合作用的原理和应用 多因子对光合速率的影响分析 P点之前：限制光合速率的因子应为横坐标所表示的因子。 Q点之后：影响因子主要为各曲线所表示的因子。 62 化能合成作用 少数细菌能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。 例如：硝化细菌等。 63 3．外界条件突然改变，NADPH、C5、ATP等物质的变化规律 条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 合成量 模型分析 光照强度由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少 减少 条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 合成量 模型分析 光照强度由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加 增加 条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 合成量 模型分析 CO2量由充足到不足，光照不变 减少 增加 增加 减少 条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 合成量 模型分析 CO2量由不足到充足，光照不变 增加 减少 减少 增加 (1)变量分析 变量 内容 操作及观察 自变量 光照强度 调节台灯与烧杯之间的距离 因变量 光合作用强度 单位时间内叶片浮起的数量 (2)盛水玻璃柱的作用：吸收热量，排除温度等无关变量的影响。 $$