人教版必修1 能量之源——光與光合作用 課件（60張）.ppt

新課導(dǎo)入 大約40億年前地球上產(chǎn)生了最原始的生命 那時(shí)大氣中并沒(méi)有氧氣 隨著時(shí)間的推移 一些光能自養(yǎng)細(xì)菌和綠色植物的出現(xiàn) 空氣中才逐漸有了氧氣 那么 氧氣到底是如何產(chǎn)生的 生命誕生前的地球 通過(guò)對(duì)呼吸作用的學(xué)習(xí)我們已經(jīng)知道 繁衍進(jìn)化至今 大部分生物產(chǎn)生能量的主要方式都是有氧呼吸 每時(shí)每刻都有大量氧氣被消耗 并產(chǎn)生大量二氧化碳 但是大氣中的氧氣和二氧化碳卻始終保持著一個(gè)穩(wěn)定的含量 這是為什么 地球上能量的最終來(lái)源是太陽(yáng)能 那么 看得見(jiàn)摸不著的太陽(yáng)能是怎么轉(zhuǎn)化成能被生物利用的化學(xué)能并儲(chǔ)存在有機(jī)物中的呢 第4節(jié)能量之源 光與光合作用 一 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 二 光合作用的探究歷程 三 光合作用的原理和應(yīng)用 四 化能合成作用 有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜 有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)色的燈管 1 用這種方法有什么好處 這樣做對(duì)光合作用有影響嗎 1 用這種方法可以提高光合作用強(qiáng)度 因?yàn)槿~綠素吸收最多的是光譜中的藍(lán)紫光和紅光 不同顏色的光照對(duì)植物的光合作用會(huì)有影響 有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜 有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)色的燈管 2 為什么是用紅色或藍(lán)色的呢 用綠色的可以嗎 2 因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少 所以不使用綠色的塑料薄膜或補(bǔ)充綠色光源 一 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 呈綠色是因?yàn)槿~子中含色素 到了秋天葉子變黃 說(shuō)明所含的色素很可能不止一種 為什么春夏兩季植物的葉子翠綠醉人 而深秋樹(shù)葉則金黃斑斕呢 綠葉中會(huì)有哪些種類的色素呢 它們分別是什么顏色的 各種色素在綠葉的含量相同嗎 有些植物 如玉米 紫茉莉有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不含色素的白化苗 種子中貯存的養(yǎng)分耗盡后就會(huì)逐漸死亡 這說(shuō)明白化苗不能進(jìn)行光合作用 光合作用與細(xì)胞中的色素有關(guān) 1 實(shí)驗(yàn) 綠葉中色素的提取和分離 實(shí)驗(yàn)原理 提取 無(wú)水乙醇 分離 層析液 目的要求 綠葉中色素的提取和分離及色素的種類 材料用具 新鮮的綠葉 定性濾紙等 無(wú)水乙醇等 方法步驟 1 下列試劑的作用是什么 2 過(guò)濾研磨液時(shí) 能否用濾紙過(guò)濾 為什么 不能 因?yàn)闉V紙會(huì)將部分濾液吸收掉 得不到足夠的濾液 4 收集到試管中的濾液 為什么要用棉塞塞嚴(yán)管口 3 為什么要將定性濾紙減去兩角 剪去兩角 目的是防止兩邊色素在濾紙條上擴(kuò)散過(guò)快 不均勻 便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果 防止溶解色素的無(wú)水乙醇揮發(fā) 因?yàn)樯貢?huì)溶解于層析液中 而不會(huì)沿層析液向上擴(kuò)散 分離 這會(huì)使實(shí)驗(yàn)效果極差 甚至不發(fā)生分離 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)效 5 分離色素時(shí) 為什么不能讓濾液細(xì)線觸及層析液 6 濾紙條上的濾液細(xì)線經(jīng)層析后 形成四條色素帶 在濾紙條上的相對(duì)位置如下圖 產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么 四種色素在層析液中的溶解度不同 溶解度高的色素隨層析液在濾紙上擴(kuò)散快 反之則慢 四種色素帶的寬窄不同 是因?yàn)樯睾坎煌木壒?實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 葉綠素a和b在藍(lán)光和紅光部分都有很高的吸收峰 葉綠體中的胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光 因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少 綠光被反射 故葉片呈綠色 對(duì)色素進(jìn)行色譜分析 可得出下圖所示曲線 根據(jù)上述科學(xué)原理 在需要人工補(bǔ)充光照的溫室和塑料大棚中栽培農(nóng)作物時(shí) 就可以根據(jù)所需要的光合作用產(chǎn)物類型 來(lái)選擇適合的光源以及玻璃或塑料薄膜 例如 冷光鏑燈的光譜成分接近于太陽(yáng)光 且輻射出的熱能比較少 是一種比較好的人工光源 氙燈的可見(jiàn)光部分也近似于太陽(yáng)光 但其紫外線和紅外線則比太陽(yáng)光的多 使用時(shí)應(yīng)隔以玻璃或水層 相比之下 日光燈的藍(lán)紫光和綠光比太陽(yáng)光的多而紅光比太陽(yáng)光的少 普通的白熾燈則藍(lán)紫光比太陽(yáng)光的少而紅外光比太陽(yáng)光多 科學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn) 藍(lán)色塑料薄膜育秧時(shí)有壯秧的效果 這一結(jié)果現(xiàn)已在不少地區(qū)的水稻育秧生產(chǎn)中得到應(yīng)用 由于葉綠素含量約占總量的四分之三 而類胡蘿卜素僅占四分之一 所以通常植物的葉子總是翠綠醉人的 這是由于葉綠素掩蓋了類胡蘿卜素顏色的緣故 但是 葉綠素很容易被破壞 秋天葉綠素會(huì)因?yàn)?忍受 不了氣溫下降等因素的影響而分解消失 胡蘿卜素和葉黃素則比較穩(wěn)定 終于在沒(méi)有葉綠素干擾時(shí) 重見(jiàn)天日 小知識(shí) 葉綠素是否均勻分布于整個(gè)植物細(xì)胞呢 1865年 德國(guó)科學(xué)家薩克斯發(fā)現(xiàn)葉綠素僅存在于細(xì)胞中更小的結(jié)構(gòu)里 后來(lái)人們稱之為葉綠體 2 葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能 1 葉綠體的結(jié)構(gòu) 基粒由兩個(gè)以上的類囊體組成 捕獲光能的色素分布在類囊體的薄膜上 基粒和類囊體大大擴(kuò)大了受光面積 在巨大的膜表面上 分布著許多吸收光能的色素分子 葉綠體主要分布在綠色植物的葉肉細(xì)胞 一般呈扁平的橢球形或球形 在基粒和基質(zhì)中還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶 特 點(diǎn) 2 實(shí)驗(yàn) 探究葉綠體的功能 1880年 美國(guó)科學(xué)家恩格爾曼設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)材料 水綿 好氧細(xì)菌 置于隔絕空氣的環(huán)境中 暗中極細(xì)光束照射 光下 恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么 恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)方法有什么巧妙之處 氧氣是葉綠體釋放出來(lái)的 葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所 實(shí)驗(yàn)材料選擇水綿和好氧細(xì)菌 水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀 便于觀察 用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位 沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾 用極細(xì)的光束照射 葉綠體上可分為光照多和光照少的部位 相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn) 臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1 葉綠體具有雙層膜 可以控制物質(zhì)進(jìn)出 2 葉綠體基質(zhì)中分布有幾個(gè)到幾十個(gè)由類囊體垛疊而成的基粒 增大了葉綠體內(nèi)的膜面積 利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行 3 葉綠體基粒分布有進(jìn)行光合作用必需的色素和酶 為光合作用的進(jìn)行做好了物質(zhì)上的準(zhǔn)備 為什么說(shuō)葉綠體的結(jié)構(gòu)是與它進(jìn)行光合作用這一功能相適應(yīng)的 恩格爾曼的第二個(gè)實(shí)驗(yàn) 透過(guò)三棱鏡照射水綿臨時(shí)裝片 發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)光區(qū)域 這說(shuō)明了葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)光用于光合作用 放出氧氣 二 光合作用的探究歷程 我們現(xiàn)在已經(jīng)知道 光合作用是指綠色植物通過(guò)葉綠體 利用光能 把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物 并且釋放出氧氣的過(guò)程 這一個(gè)看似簡(jiǎn)單的光合反應(yīng)過(guò)程 卻是科學(xué)家經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)的不懈研究才得到的 一株幼苗長(zhǎng)成大樹(shù) 體內(nèi)要積累很多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 古希臘著名哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為 植物生活在土壤中 植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的物質(zhì)完全來(lái)自土壤 來(lái)源 只澆水5年后 柳樹(shù)2 3kg土90 8kg 1 最早研究光合作用的比利時(shí)科學(xué)家范 海爾蒙特 于1648年首次探究植物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源 探究歷程 栽培柳樹(shù)實(shí)驗(yàn) 柳樹(shù)76 7kg土90 7kg 通過(guò)實(shí)驗(yàn) 他認(rèn)為植物生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)料主要來(lái)自水 而不是土壤 2 1771年 英國(guó)普利斯特利的氣體交換實(shí)驗(yàn) 結(jié)論 植物可以更新空氣 但當(dāng)時(shí)普利斯特萊的實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功 有時(shí)卻失敗 普利斯特萊當(dāng)時(shí)也不知道是為什么 3 1779年 荷蘭植物生理學(xué)家揚(yáng) 英格豪斯找到了普利斯特萊實(shí)驗(yàn)有時(shí)失敗的原因 他發(fā)現(xiàn)密封大玻璃罩中的植物需要在有光照射并且葉片綠色時(shí)才可以更新空氣 如果普利斯特萊進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有給密封大玻璃罩中的植物提供足夠的光照 實(shí)驗(yàn)就不可能成功 直到1785年 人們才確定植物更新的空氣成分是氧氣 1845年德國(guó)科學(xué)家梅耶指出 光合作用中 光能轉(zhuǎn)換成了化學(xué)能并儲(chǔ)存在植物體內(nèi) 但不知道是儲(chǔ)存在哪種物質(zhì)中 酒精脫色 4 1864年 德國(guó)植物學(xué)家薩克斯的實(shí)驗(yàn) 結(jié)論 綠色葉片中光合作用中產(chǎn)生了淀粉 置于暗處一晝夜光照 碘液染色 思考 置于暗處一晝夜的目的是什么 5 為了探究光合作用釋放的氧氣來(lái)自于水還是二氧化碳 20世紀(jì)30年代 美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門設(shè)計(jì)了同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn) 結(jié)論 光合作用產(chǎn)生的氧氣全部來(lái)自h2o 而不是來(lái)自co2 光照下的小球藻懸液 6 為探究光合作用中有機(jī)物的合成過(guò)程 美國(guó)科學(xué)家卡爾文用14c標(biāo)記的14co2探明了co2中的c元素在光合作用中的轉(zhuǎn)化途徑 稱卡爾文循環(huán) 討論 從人類對(duì)光合作用探究歷程來(lái)看 生物學(xué)的發(fā)展與物理化學(xué)有什么聯(lián)系 與技術(shù)進(jìn)步有什么聯(lián)系 對(duì)光合作用的探究歷程來(lái)看 生物學(xué)的發(fā)展與物理學(xué)和化學(xué)的研究進(jìn)展關(guān)系很密切 例如 直到1785年 由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成 人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣 吸收的是二氧化碳 這個(gè)事例說(shuō)明生物學(xué)的發(fā)展與化學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展密切相關(guān) 又如 魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法證明光合作用釋放的氧氣來(lái)自水 而不是來(lái)自二氧化碳 卡爾文用同位素示蹤技術(shù)探明了二氧化碳中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑 都說(shuō)明在科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中 相關(guān)學(xué)科的互相促進(jìn) 以及技術(shù)手段的進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用 光合作用 能量進(jìn)入生物圈的樞紐 三 光合作用的原理和應(yīng)用 1 光合作用總反應(yīng)式 1 光反應(yīng)階段 是光合作用第一階段 在類囊體膜上并且有光的條件下才能進(jìn)行 光反應(yīng) h2o 2 h 1 2o2 水的光解 光合磷酸化 atp形成 形成的atp和 h 參與第二階段的反應(yīng) 在葉綠體中進(jìn)行的光合作用 可以分為兩個(gè)階段 2 光合作用的反應(yīng)階段 2 暗反應(yīng)階段 光合作用中第二個(gè)階段的化學(xué)反應(yīng) 有沒(méi)有光都可以進(jìn)行 稱暗反應(yīng)階段 在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行 暗反應(yīng) co2的還原 co2的固定 第二階段不需要光的直接參與 是二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪^(guò)程 在以前這一過(guò)程稱為暗反應(yīng) 但現(xiàn)代研究表明這種說(shuō)法并不正確 應(yīng)該稱為碳反應(yīng) 因?yàn)樵诤诎淡h(huán)境中 碳反應(yīng)只能進(jìn)行極短暫的時(shí)間 只有在有光的條件下碳反應(yīng)才能持續(xù)不斷地進(jìn)行 并且光反應(yīng)中的許多反應(yīng)也不需要光的參與 光合作用的全過(guò)程 光反應(yīng)過(guò)程 暗反應(yīng)過(guò)程 結(jié)論 在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi) 光合作用隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng) 結(jié)果記錄 四 化能合成作用 1 自養(yǎng)生物 以光為能源 以co2和h2o 無(wú)機(jī)物 為原料合成糖類 有機(jī)物 糖類中儲(chǔ)存著由光能轉(zhuǎn)換來(lái)的能量 例如綠色植物 1 光能自養(yǎng)生物 能以簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生活 繁殖的生物 稱為自養(yǎng)型生物 2 化能自養(yǎng)生物 利用環(huán)境中某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物 這種合成作用稱化能合成作用 如硝化細(xì)菌 2 異養(yǎng)生物 只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持自身的生命活動(dòng) 例如人 動(dòng)物 真菌及大多數(shù)的細(xì)菌 課堂小結(jié) 1 光合色素 葉綠體結(jié)構(gòu) 外膜 內(nèi)膜 基粒 類囊體堆疊而成 光反應(yīng)場(chǎng)所 含色素 酶 基質(zhì) 暗反應(yīng)進(jìn)程的場(chǎng)所 含各種光合作用所需的酶 2 光合作用探索歷程 光合作用 營(yíng)養(yǎng)方式 自養(yǎng) 異養(yǎng) 光能自養(yǎng)型 光合作用 化能自養(yǎng)型 化能合成作用 2008廣東 關(guān)于葉肉細(xì)胞在光照條件下產(chǎn)生atp的描述 正確的是 a 無(wú)氧條件下 光合作用是細(xì)胞atp的唯一來(lái)源b 有氧條件下 線粒體 葉綠體和細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)都能產(chǎn)生atpc 線粒體和葉綠體合成atp都依賴氧d 細(xì)胞質(zhì)中消耗的atp均來(lái)源于線粒體和葉綠體 高考鏈接 b 解析 無(wú)氧條件下 光合作用不是細(xì)胞atp的唯一來(lái)源 還有無(wú)氧呼吸 線粒體和葉綠體合成atp依賴氧 葉綠體合成atp不依賴氧 細(xì)胞質(zhì)中消耗的atp來(lái)源于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 線粒體和葉綠體 2008江蘇 下列關(guān)于葉綠體和光合作用的描述中 正確的是 a 葉片反射綠光故呈綠色 因此日光中綠光透過(guò)葉綠體的比例最小b 葉綠體的類囊體膜上含有自身光合作用所需的各種色素c 光照下葉綠體中的atp主要是由光合作用合成的糖經(jīng)有氧呼吸產(chǎn)生的d 光合作用強(qiáng)烈時(shí) 暗反應(yīng)過(guò)程直接將3個(gè)co2分子合成一個(gè)三碳化合物 b 解析 葉綠體中的色素不能吸收綠光 其他顏色的光吸收率都比綠光高 因此綠色葉片反射和透射的綠光都最多 a錯(cuò) 葉綠體中的atp主要是光反應(yīng)中伴隨光能的轉(zhuǎn)化形成的 c錯(cuò) 無(wú)論光合作用強(qiáng)度如何 三碳化合物都是由一分子二氧化碳和一分子五碳化合物結(jié)合形成的 d錯(cuò) 2008海南 關(guān)于葉綠體色素在光合作用過(guò)程作用的描述 錯(cuò)誤的是 a 葉綠體色素與atp的合成有關(guān)b 葉綠體色素參與atp的分解c 葉綠體色素與o2和 h 的形成有關(guān)d 葉綠體色素能吸收和傳遞光能 b 解析 葉綠體中色素分為兩類 一類具有吸收和傳遞光能的作用 包括大多數(shù)葉綠素a 以及全部的葉綠素b 胡蘿卜素和葉黃素 另一類是少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a 這種葉綠素不僅能夠吸收光能 還能使光能轉(zhuǎn)化為電能 轉(zhuǎn)化為電能后通過(guò)電子傳遞體傳遞給adp nadp 從而形成了儲(chǔ)存了活躍化學(xué)能的atp和nadph h 并且水失去電子 氧被氧化成氧分子 光合作用中只有暗反應(yīng)才使atp分解 不需要光反應(yīng)中色素的參與 課堂練習(xí) 1 在做植物實(shí)驗(yàn)的暗室中 為了盡可地降低植物光合作用的強(qiáng)度 最好安裝 a 紅光燈b 紫光燈c 白熾燈d 綠光燈 2 把新鮮葉綠素溶液放在光源與分光鏡之間 可以看到光譜中最強(qiáng)的吸收區(qū) a 綠光部分b 紅光和藍(lán)紫光部分c 藍(lán)紫光部分d 黃橙光部分 d b 3 葉綠體的色素能夠在濾紙上分離的原因是 a 色素提取液中的不同色素已經(jīng)分層b 陽(yáng)光的照射使各種色素彼此分開(kāi)c 濾紙對(duì)各種色素的吸附力不同d 層析液使色素溶解并彼此分離的擴(kuò)散速度不同 4 葉綠素不溶于 a 水b 石油醚c 無(wú)水乙醇d 苯 d a 5 紙層析法分離葉綠體色素時(shí) 濾紙條下端第二條的色素名稱和顏色分別是 a 葉綠素a 藍(lán)綠色b 葉綠素b 黃綠色c 胡蘿卜素 橙黃色d 葉黃素 黃色 a 6 葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器 下面有關(guān)葉綠體的敘述正確的是 a 葉綠體中的色素都分布在囊狀結(jié)構(gòu)的膜上b 葉綠體中的色素分布在外膜和內(nèi)膜上c 光合作用的酶只分布在葉綠體基質(zhì)中d 光合作用的酶只分布在外膜 內(nèi)膜和基粒上 a 7 在正常條件下進(jìn)行光合作用的植物 當(dāng)突然改變某條件后 發(fā)現(xiàn)葉肉細(xì)胞內(nèi)三碳化合物的含量突然上升 則改變的條件是 a 停止光照b 停止光照并降低co2的濃度c 升高co2的濃度d 降低co2的濃度 a 8 綠色植物和硝化細(xì)菌細(xì)胞的分解代謝和合成類型分別是 有氧呼吸 無(wú)氧呼吸 光合作用 化能合成作用a b c d b 9 在圓形濾紙的中央滴上葉綠體的色素濾液進(jìn)行色素分離 要看到近似同心環(huán)狀的四個(gè)色素圈 排列在最外圈