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

5.4 光合作用与能量转化 必修1 分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用 一、捕获光能的色素 正常的绿色玉米幼苗：含色素，可以正常生长。 白化玉米幼苗：不含绿色色素，待种子中储存的养分耗尽就会死去。 植物捕获光能依靠特定的物质：叶片中的色素 2 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 2.实验步骤 1.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。 2.各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快，反之，则慢，这样几分钟后色素就会随层析液在滤纸上扩散而分离开。——纸层析法 提取绿叶中的色素 画 滤液细线 制备 滤纸条 分离绿叶 中的色素 观察记录 3 一、捕获光能的色素 漏斗基部放一块（ ），将滤液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 称取5g（ ） 用试管收集色素滤液，及时用（ ）将试管口塞严 剪碎叶片，加少许（ ），再加入5~10mL（ ），迅速、充分地研磨 （1）提取绿叶中的色素： 新鲜绿叶 二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 棉塞 取材 研磨 过滤 收集 色素含量高 有助于研磨得充分 防止乙醇挥发、色素被氧化 溶解色素、提取色素 防止研磨中色素被破坏 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 4 一、捕获光能的色素 （2）制备滤纸条 （3）画滤液细线 干燥滤纸 剪两角 铅笔线 1cm 要求：细、直、齐 ；待滤液干后，重复1—2次（ ） 积累更多色素 减少边缘效应，使层析液在滤纸条上 扩散均匀。 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 5 一、捕获光能的色素 （4）分离绿叶中的色素： 层析液 培养皿 滤液线 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 6 一、捕获光能的色素 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 7 一、捕获光能的色素 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 （5）实验结果 滤纸条上呈现四条颜色、宽度不同的色素带 类胡萝卜素 含量约占1/4 叶绿素 含量约占3/4 橙黄色 黄色 蓝绿色 黄绿色 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 8 一、捕获光能的色素 探究·实践：绿叶中色素的提取和分离 （6）结果分析 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 色素带的条数代表色素种类，四条色素带说明有四种色素 色素带的宽窄代表色素含量，色素带越宽说明该色素含量越多（叶绿素a > 叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素） 色素的扩散速度代表溶解度，扩散速度越快说明溶解度越高（ 胡萝卜素 > 叶黄素 > 叶绿素a > 叶绿素b） 9 一、捕获光能的色素 异常现象原因分析（优化设计113页） （1）滤纸条上未得到色带 ①滤液细线浸没到层析液中 ②用清水代替乙醇进行提取 ①研磨不充分(未加入SiO2) ②一次加入大量的无水乙醇 ④未加CaCO3，色素分子被破坏 ⑤所取的绿叶不新鲜 ③滤液细线画的次数不够 ①滤液细线画得过粗或不整齐 ②滤纸条没经干燥处理 （2）收集到的滤液绿色过浅 （3）滤纸条上的色带重叠 ①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏 ②所用叶片为“黄叶” （4）滤纸条上只出现黄色 10 一、捕获光能的色素 绿叶中的色素能吸收光能，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光 11 问题探讨 植物工厂 1. 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而减产；可根据植物生长情况进行调节，使蔬菜产量达到最大。 二氧化碳浓度、营养液和温度是影响光合作用的因素，进行控制以便让植物达到最佳的生长状态。 2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 3.为什么不用发绿光的光源？ 不能被光合色素吸收，无法用于光合作用中制造有机物。 12 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 绿叶 叶绿体 叶绿体由双层膜包被，内部有基许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。 吸收光能的4种色素就分布在内囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。 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，提供了酶附着位点。 叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？ 13 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料1 恩格尔曼的第一个实验 装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。 装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。 氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 结论 叶绿体被光束照射到的部位是光合作用的场所 结论 现 象 完 全 光 照 现 象 没有空气黑暗 极 细 光 束 14 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 思考·讨论 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.思格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 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； 用需氧细菌可确定释放O2多的部位； 没有空气的黑暗环境排除了O2和光的干扰； 用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，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。（局部有光和完全曝光对照） 15 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料1 恩格尔曼的第二个实验 3.大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明了什么？ 光合色素主要吸收红光与蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放O2 思考·讨论 16 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 资料2 在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。 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放氧。叶绿体是光合作用的场所。 思考·讨论 叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础： （1）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）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 17 三、光合作用的原理 光合作用概念：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。 化学反应式： ①场所：叶绿体 ②动力：光能 ③原料：CO2和H2O ④产物：有机物（主要是糖类）和O2 实质：合成有机物，储存能量。 18 三、光合作用的原理 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。 19世纪末 CO2 O2 C + H2O 甲醛 （CH2O） 糖类 1928年 CO2 + H2O → O2 + H-CHO（甲醛）→ （CH2O） ✘ ？ 毒害 19 三、光合作用的原理 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。 1937年 ➊ 绿叶 加入铁盐 或其他氧化剂 研磨过滤 遮光 ➌ 离体叶绿体悬液 [悬浮液中有H2O，无CO2] ➋ 离体叶绿体悬液 [悬浮液中有H2O，无CO2] 无气泡产生 有气泡（O2）产生 希尔（R.Hill）--- 英国植物学家 20 三、光合作用的原理 1、希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？ 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？ ✽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。 ✽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。 21 三、光合作用的原理 讨论：分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？ ✽光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。 1941年 鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）--- 美国科学家 22 三、光合作用的原理 讨论：尝试用示意图来表示 ATP的合成 与 希尔反应 的关系。 1954年 阿尔农（D.Arnon）--- 美国科学家 在光照下，向离体的叶绿体悬液中加入ADP、Pi等物质，会产生ATP。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解（希尔反应）相伴随。 H2O O2 光照 叶绿体 ADP+Pi+能量 ATP 上述三个实验共同表明了什么？ 光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。　 23 三、光合作用的原理 20世纪40年代 卡尔文（M.Calvin）--- 美国科学家 用小球藻做实验：放射性14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，最终探明了二氧化碳中碳的去向，称为卡尔文循环。 0 （14CH2O） 14CO2 214C3 C5 0 24 三、光合作用的原理 光合作用中 氧气的产生 和 糖类的合成 不是同一个化学反应 光合作用过程根据是否需要光能，概括地分为2个阶段： （1）光反应 阶段； （2）暗反应（碳反应）阶段 25 三、光合作用的原理 ①条件： 光、 光合色素、 酶 ②场所： ③物质变化： 水的光解： ATP的合成： 叶绿体类囊体薄膜上 光能 ⑤能量转变： NADPH、ATP中活跃的化学能 ④产物： O2、NADPH、ATP H2O H++O2+电子（e-） 光 ADP＋Pi +光能 ATP 酶 NADPH的合成： NADP++H++电子（e-）→ NADPH 酶 1 光反应阶段 26 三、光合作用的原理 C5 NADPH ADP + Pi （CH2O） ATP 酶 CO2 还原 固定 卡尔文循环 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： ATP ADP+Pi 叶绿体的基质中 2C3 (CH2O)+C5 酶 NADPH 、ATP、酶 场所： 条件： 物质变化 能量变化: NADP+ NADPH 2 暗反应阶段 酶 NADP+ ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 2C3 27 三、光合作用的原理 B A C E F NADPH ATP 光合色素 D G H C5 C3 ADP+Pi NADP+ O2 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ H+、e- 释放能量 （对应课本P106图） 类囊体薄膜 叶绿体基质 28 三、光合作用的原理 思考·讨论 光合作用原料中各元素的去向 6CO2＋12H2O C6H12O6＋6H2O＋6O2 光能 叶绿体 C元素：CO2中的C全部转移到糖类物质中 O元素：CO2中的O有一部分转移到糖类物质中，另一部分转移到产物H2O中。原料H2O中的O全部转移到O2中。 H元素：原料H2O中的H有一部分转移到糖类物质中，另一部分转移到产物H2O中。 ✽研究方法：同位素标记法 29 三、光合作用的原理 思考·讨论 光反应和暗反应的区别与联系 光反应 暗反应 所需条件 必须有光，水、色素和酶 有光或无光均可，CO2、多种酶 进行场所 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中 物质变化 ① 水光解为O2和H+ ② ATP和NADPH的合成 ① CO2的固定 ② C3的还原 ③ ATP和NADPH的分解 能量转化 光能 转化为 ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能 转化为有机物中稳定的化学能 联系 ① 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+。 ② 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。 30 三、光合作用的原理 思考·讨论 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 光照强度由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少 减少 光照强度由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加 增加 CO2量由充足到不足，光照不变 减少 增加 增加 减少 CO2量由不足到充足，光照不变 增加 减少 减少 增加 31 四、影响光合作用的因素 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 影响 因素 请根据光合作用反应式，从内、外因分析影响光合作用的因素有哪些？ 32 探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 实验目的 实验材料 实验原理 探究光照强度对光合作用强度的影响 叶片含有空气会上浮 O2充满细胞间隙，叶片上浮 抽气 光合作用 产生O2 圆形的生长旺盛的绿色小叶片 自变量： 光照强弱 因变量： 光合作用强度 相同时间小圆形叶片浮起的数量 用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度 控制方法 检测方法 无关变量： 温度、CO2浓度，光照时间等 实验设计 33 探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 进行实验 ①取材 ②排气 ③分组 ④光照 34 探究环境因素对光合作用强度的影响 得出结论 不同光照强度处理下叶片漂起的数量 在一定光照强度范围内，光合作用强度随着光照强度的增加而增强。 强（10cm) 中(20cm) 弱(30cm) 10分钟上浮叶片数 10 4 0 强（10cm) 中(20cm) 弱(30cm) 全部上浮所需要的时间 10min 21min 40min 35 10分钟上浮叶片数 强（10cm) 中(20cm) 弱(30cm) 10 4 0 全部上浮所需要的时间 强（10cm) 中(20cm) 弱(30cm) 0 0 0 四、影响光合作用的因素 1.光照强度 光照强度 光合作用强度 a b c d e f 光饱和点 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C 光合作用强度 D 光饱和点：随光照增强光合作用不再增强时的光照强度 36 四、影响光合作用的因素 1.光照强度 该叶肉细胞 只呼吸不光合 该叶肉细胞的 光合速率 < 呼吸速率 该叶肉细胞的 光合速率 = 呼吸速率 该叶肉细胞的 光合速率 > 呼吸速率 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 A点 AB段 B点 BC段 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C 光补偿点 光饱和点 D 37 四、影响光合作用的因素 1.光照强度 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合 总光合 B：光合作用=呼吸作用 D：达到最大光合速率的最小光照强度 （限制因素：CO2浓度、温度、色素含量、酶的数量和活性等） D AB：光合作用<呼吸作用 BC：光合作用>呼吸作用 呼吸 A：只进行呼吸作用 C点之前限制光合作用的因素是光照强度 当植物接受的光照处于光补偿点时:①植株：光合 （填大于、小于或等于）呼吸 ②叶肉细胞：光合 （填大于、小于或等于）呼吸 等于 大于 38 四、影响光合作用的因素 1.光照强度 间作(几种作物同时期播种)、套种(几种作物不同时期播种) 应用： 1.增加光照强度、延长光照时间 2.增加光合作用面积，如合理密植，间作套种 3.大棚种植时，要对玻璃进行选择，选择无色透光玻璃； 补充光源选择红光或蓝紫光 39 四、影响光合作用的因素 2.CO2浓度 CO2补偿点 CO2饱和点 ①图中所示的光合速率为____ 光合速率;A点为__________,此时__________速率等于_________速率。  净 CO2补偿点 光合作用 细胞呼吸 ②原理：影响 阶段，制约 的生成。 ③限制B点的主要外界因素是 、内因是 ； 光照强度 暗反应 C3 酶的数量和活性、C5含量 ④种植蔬果时如何增加CO2浓度？ a.栽种农作物要 ； b.温室可放 ，施用 ，与 相通。 c.大田生产“正其行，通其风” 通风并多施有机肥或农家肥 CO2生成器 农家肥 猪舍、鸡舍 40 四、影响光合作用的因素 3.温度 酶的活性 升温 降温 昼夜温差 ①原理：光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响 。 ③应用：温室适当增加 ，栽培时白天适当 ，夜间适当 ，以保证有机物的积累。 ②AB 段:随温度的升高,光合作用强度逐渐 　　　　。 BC 段:与光合作用有关的酶活性　　　,光合作用强度　　　。 　　 增强 下降 减弱 41 四、影响光合作用的因素 4.水 当植物叶片缺水时，气孔会关闭，减少水分的散失，同时影响CO2进入叶内，暗反应受阻，光合作用下降。 5.矿物质元素 第一，N、Mg等是植物合成叶绿素所需的元素。 第二，K、P等参与碳水化合物代谢，缺乏时会影响糖类的转变和运输。 第三，P参与叶绿体膜的构成及光合作用中间产物的转变和能量传递。 42 五、光合作用原理的应用 延长光合作用时间 增加光合作用面积 增加光能利用率 提高光合作用效率 控制光照强弱 控制光质 控制温度 控制CO2供应 控制必需矿质元素供应　 控制H2O供应 温室中人工光照 合理密植 间作套种 通风透气 在温室中施有机肥 补充红光和蓝紫光 适时适量施肥 合理灌溉 保持昼夜温差 农作物增产的措施 43 化能合成作用 利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量（化学能）来制造有机物的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2 能量 化能合成作用 44 化能合成作用 ✽ 例如：人、动物、真菌及大多数的细菌。 ✽ 光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌） ✽ 化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌） 以光或化学能为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物）。 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 自养生物 异养生物 硝化细菌 铁细菌 硫细菌 45 Lavf57.84.100 Lavf58.76.100 Lavf58.76.100 Lavf58.76.100 Lavf58.76.100 $