【課件】5.4 光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件2022-2023學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版必修1

1、第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化問題探討討論1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。2.為什么要控制CO2濃度、營養(yǎng)液成分和溫度條件？用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成的減產(chǎn)。同時，人工光源的強(qiáng)度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。二氧化碳濃度、營養(yǎng)液和溫度都是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行調(diào)控，以便讓植物達(dá)到最佳生長狀態(tài)

2、。一.捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)正常的綠色玉米幼苗可以生長白化的玉米幼苗，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去。根據(jù)以上現(xiàn)象，請你猜測一下原因是什么?葉片中的色素與光能的捕獲有關(guān)捕獲光能的色素提出問題：綠葉中有哪些色素？實驗探究：綠葉中色素的提取與分離一、實驗原理1.綠葉中色素的提取原理葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇（丙酮、酒精、汽油、苯、石油醚等）中，所以用無水乙醇可提取葉綠體中色素。2.綠葉中色素的分離原理紙層析法色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同的色素分離。二、實驗步驟 提取色素稱取5

3、g綠色葉片并剪碎加入少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入10ml無水乙醇充分研磨，過濾，收集濾液制備濾紙條將濾紙條一端剪去兩角用鉛筆劃一條細(xì)的橫線劃濾液細(xì)線用毛細(xì)吸管吸取濾液沿鉛筆線畫出一條細(xì)線待濾液干后，再劃一兩次將濾紙條尖端朝下插入盛有層析液的燒杯中（注意層析液不要沒及濾液細(xì)線）分離色素觀察加入二氧化硅使研磨更充分，加入碳酸鈣可防止葉綠素被破壞（橙黃色）（藍(lán)綠色）（黃色）（黃綠色）胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b從上到下記為：胡黃ab綠葉中的色素葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）葉黃素（黃色）胡蘿卜素（橙黃色）（含量約占3/4）（含量約占1/4）秋冬季節(jié)葉片呈現(xiàn)黃色又怎么回事？葉片

4、呈現(xiàn)綠色是怎么回事？色素種類顏色含量溶解度擴(kuò)散速度胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b橙黃色最少最高最快黃 色較少較高較快藍(lán)綠色最多較低較慢黃綠色較多最低最慢白光提出問題：這4種色素對光的吸收有什么差別？實驗探究：陽光（白光）在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。紅橙黃綠青藍(lán)紫760nm400nm紅外線可見光紫外光對照組白光含色素的溶液實驗組實驗結(jié)論：光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光在溫室或大棚種植蔬菜時，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補(bǔ)充光源？無色透明的效果最好，綠色的最差吸收光能的百分比/%波長/n

5、m050100400450500550650600700類胡蘿卜素葉綠素b葉綠素a三、實驗關(guān)鍵1.選材時應(yīng)注意選擇鮮嫩、色濃綠、無漿汁的葉片。如菠菜葉、棉花葉、洋槐葉等。2.畫濾液細(xì)線時應(yīng)以細(xì)、齊、直為標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)畫線時必須等上次畫線干燥后再進(jìn)行，重復(fù)2-3次。3.層析時不要讓濾液細(xì)線觸及層析液。葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用葉綠體模式圖基質(zhì)基粒外膜內(nèi)膜類囊體基粒葉綠體的功能資料1 1881年，德國科學(xué)家恩格爾曼做了這樣一個實驗：把載有水綿和需氧細(xì)菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內(nèi)，在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中；如果把裝置放在光下，細(xì)菌則分布在葉綠體所有受光

6、部位。恩格爾曼的實驗示意圖緊接著，他又做了一個實驗：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。400450500550600650700波長/nm資料2 在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，含有多種進(jìn)行光合作用所必需的酶。四種光合色素分布在類囊體的薄膜上與光合作用有關(guān)的酶分布在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中外膜與內(nèi)膜是透明的利于光的透過根據(jù)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點，推測葉綠體的結(jié)構(gòu)二.光合作用的原理和應(yīng)用光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。CO2+H2O (CH2O)+O2光 能葉綠體1 探索光合作用原理的部

7、分實驗19世紀(jì)末CO2O2C釋放H2OH-C-HO甲醛縮合糖類1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖類1937年，英國植物學(xué)家希爾（R.Hill）發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。 H2O 2H+O2鐵鹽（或其他氧化劑）離體葉綠體 光照a.希爾的實驗?zāi)芊裾f明水的光解與糖類的合成不是同一化學(xué)反應(yīng)？能，因為懸浮液中沒有CO2，糖類合成時需要CO2中的碳元素b.希爾反應(yīng)能否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來自水？不能，反應(yīng)體系中還可以存在其他氧元素供體1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門

8、用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧的來源O2H2O小球藻懸液C18O2第一組H218O小球藻懸液CO218O2第二組魯賓和卡門的實驗說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧全部來自水1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。 1957年，又發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。上述實驗表明光合作用不是一個簡單的化學(xué)反應(yīng)，是分階段進(jìn)行的。實際上，光合作用包括一系列化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)是否需要光照，可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)，暗反應(yīng)也叫碳反應(yīng)2 光合作用的過程（1）第一階段光反應(yīng)場所：類囊體薄膜條件：光、色素、酶物質(zhì)變化：2H2O O2+4H+H+ +NADP+ NADPHADP+Pi+

9、光能 ATP能量變化：光能 （ATP和NADPH）中活躍的化學(xué)能太陽能H2O光反應(yīng)類囊體NADPHATPADP+PiNADP+基粒O2H+酶酶酶2 光合作用的過程（2）第二階段暗反應(yīng)場所：葉綠體基質(zhì)條件：有光或無光、酶物質(zhì)變化：CO2 +C5 2C3 2C3+NADPH+ATP NADP+ADP+Pi+C5+(CH2O)能量變化：（ATP和NADPH）中活躍的化學(xué)能 糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能太陽能H2O光反應(yīng)類囊體NADPHATP2C3C5ADP+PiNADP+CO2(CH2O)暗反應(yīng)葉綠體基質(zhì)基粒O2H+酶酶葉綠體基質(zhì)2C3C5固 定CO2NADPHATP(CH2O)(CH2O)蔗糖葡萄糖

10、淀粉細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)還 原卡爾文循環(huán)3 光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系光反應(yīng)暗反應(yīng)條 件場 所物質(zhì)變化能量變化產(chǎn) 物原 料實質(zhì)聯(lián) 系 光、色素、酶 NADPH、ATP、多種酶類囊體的薄膜上（基粒） 葉綠體基質(zhì)1. 水的光解 1. CO2的固定2. ATP的合成 2. C3的還原 光能 ATP中活躍 ATP中活躍的化學(xué)能的化學(xué)能 有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能 ATP、NADPH、O2 （CH2O）、ADP、Pi等H2O CO2光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了NADPH和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi，光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個整體。物質(zhì)合成，能量儲存在光合作用中元素的轉(zhuǎn)移途徑C:H:O:CO2C3(CH2O)H2OH (C

11、H2O)H2OO2CO2C3(CH2O)CO2+H2O (CH2O)+O2或6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O光葉綠體光葉綠體光合作用總反應(yīng)式：H2OH2O光照和CO2濃度變化對植物細(xì)胞內(nèi)C3、C5、H、ATP、O2、(CH2O)含量的影響短時間內(nèi)變化C3C5HATPO2(CH2O)光照增強(qiáng)光照減弱CO2增多減少CO2簡記：停止光照C3升，ATP跟著C5一起走當(dāng)光反應(yīng)停止時，暗反應(yīng)會受到怎樣的影響？當(dāng)暗反應(yīng)停止時，光反應(yīng)又會受到怎樣的影響？如：硝化細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O2硝化細(xì)菌2HNO3+能量CO2+H2O（CH2O） +O2

12、硝化細(xì)菌化能合成作用概念：某些細(xì)菌可以利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時所釋放 的能量，將CO2等無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物影響光合作用強(qiáng)度的因素（1）光合作用強(qiáng)度表示方法：植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。植物在單位時間內(nèi)通過光合作用產(chǎn)生的O2的數(shù)量植物在單位時間內(nèi)通過光合作用固定CO2的數(shù)量。（2）影響光合作用強(qiáng)度的因素及應(yīng)用：1.內(nèi)部因素植物種類不同同一植物在不同的生長發(fā)育階段同一植物在不同部位的葉片（葉齡）OA段：AB段：BC段：幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合速率不斷提高 壯葉，葉片面積、葉綠體和葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率也基本穩(wěn)定

13、。 老葉，隨著葉齡的增加，葉片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。 應(yīng)用：栽培作物培養(yǎng)時適當(dāng)摘除老葉和發(fā)黃的葉，可降低有機(jī)物消耗。 哪些外界因素會影響光合作用強(qiáng)度外部因素光照、溫度、CO2濃度、礦質(zhì)元素、水等O2NADPHATPNADP+ADP+Pi(CH2O)CO2H2O光能水在光下分解光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段固 定還 原多種酶參加催化色素和酶C3C5光照強(qiáng)度CO2吸收CO2釋放0ABC光照強(qiáng)度CO2的吸收量代表光合作用強(qiáng)度嗎？B點的意義？要讓植物正常生長，光照應(yīng)滿足什么條件？若左圖表示的是陽生植物光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系，那么若是陰生植物呢？在曲線AC段影響光合作用強(qiáng)度的影響因子是什么？C

14、點之后呢？當(dāng)光照強(qiáng)度超過C點后，還可以通過什么措施提高光合作用強(qiáng)度？把光照強(qiáng)度B點突然提升至C點，C3，C5，ATP,H含量如何變化？將光照由白光改為藍(lán)光，B點如何移動？若植物缺鎂，B點如何移動？ABC凈光合作用強(qiáng)度呼吸強(qiáng)度真正光合作用強(qiáng)度光合速率0CO2濃度ACO2濃度BCO2飽和點C應(yīng)用：農(nóng)作物增產(chǎn)措施溫室栽培，晴天適當(dāng)增加CO2濃度合理密植使農(nóng)田通風(fēng)良好，“正其行，通其風(fēng)” 施有機(jī)肥（農(nóng)家肥）施用干冰CO2發(fā)生器 A,B,C點含義？在AC段光合作用強(qiáng)度的影響因子是什么？C點以后呢？當(dāng)CO2濃度超過C點對應(yīng)的濃度后，通過什么措施可以提高光合作用強(qiáng)度？溫度酶活性1）溫度2）溫度是影響氣孔開閉

15、的因素之一光合作用強(qiáng)度應(yīng)用：農(nóng)作物增產(chǎn)措施a 適時播種:b 溫室栽培：盛夏的中午，溫度高，氣孔大多關(guān)閉，植物因為缺少CO2而光合作用強(qiáng)度下降。晴天：白天適當(dāng)升溫，晚上適當(dāng)降溫以保持 較高的晝夜溫差連續(xù)陰雨天：白天和晚上均降溫“午休”現(xiàn)象 H2O植物缺水時會引起植物葉片氣孔關(guān)閉，植物因為CO2不足而光合作用強(qiáng)度下降。 礦質(zhì)元素N：光合作用有關(guān)的酶、ATP、葉綠素、類囊體膜的組成元素Mg：葉綠素的重要組成成分P：ATP,H的組成元素多因子對光合作用速率的影響P點：Q點：限制光合速率的因素為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨該因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高 橫坐標(biāo)所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，若要提

16、高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的其他因子的方法 例：下圖甲、乙、丙分別表示幾個環(huán)境因素對小麥光合作用速率的影響，除各圖中所示因素外，其他因素均控制在適中范圍。下列分析不正確的是A.甲圖P點限制小麥光合作用速率的因素為光照強(qiáng)度B.乙圖Q點在高CO2濃度下要進(jìn)一步提高小麥光合作用速率，可適當(dāng)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度C.丙圖Q點之后3條曲線的走勢是都會隨著溫度升高而呈逐漸下降趨勢D.干旱初期，小麥光合作用速率下降的主要原因可以用甲圖來說明甲 乙 丙D光合作用和細(xì)胞呼吸 植物氣體代謝特點只進(jìn)行呼吸作用呼吸作用強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度呼吸作用強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度呼吸作用強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度O2O2O2O2O2O2CO2吸收量OC

17、O2釋放量光照強(qiáng)度ABC在黑暗中呼吸所放出的CO2光補(bǔ)償點光飽和點凈光合量 總光合量陽生植物陰生植物A B C D凈光合速率與真正（總）光合速率的關(guān)系CO2吸收量OCO2釋放量光照強(qiáng)度ABC凈光合速率總光合速率呼吸速率總光合速率呼吸速率=凈光合速率+一定時間內(nèi)O2產(chǎn)生量、CO2固定（同化）量、有機(jī)物產(chǎn)生（制造）量一定時間內(nèi)O2釋放量、CO2吸收量、有機(jī)物積累（增加）量1.這株植物在光下1小時光合作用共產(chǎn)生克葡萄糖2.葉片在10、5000勒克斯的光照條件下，每小時釋放的氧氣量是mg.3.。則1小時積累的葡萄糖是克。4.在25條件下，這株植物在充分光照下1小時總共制造葡萄糖克?？偣夂纤俾蕛艄夂纤俾?/p>

18、凈光合速率總光合速率（練習(xí)）判斷下列說法是凈光合速率還是總光合速率？例1：以CO2吸收量與釋放量為指標(biāo)，研究溫度對某綠色植物光合作用與呼吸作用的影響。下列正確的是A.光照相同時間，35時光合作用制造的有機(jī)物的量與30時相等B.光照相同時間，在20條件下植物積累的有機(jī)物的量最多C.溫度高于25時，光合作用制造的有機(jī)物的量開始減少D.兩曲線的交點表示光合作用制造的與呼吸作用消耗的有機(jī)物的量相等A例2.將狀況相同的某種綠葉均分為四組，在不同溫度下分別暗處理1h，再光照1h（光照強(qiáng)度相同），測其重量變化，得出如下表的數(shù)據(jù)?？梢缘贸龅慕Y(jié)論是（）組別一二三四溫度（）27282930暗處理后重量變化（mg）

19、-1-2-3-1光照后與暗處理前重量變化（mg）+3+3+3+1A.該植物光合作用的最適溫度約是27B.該植物細(xì)胞呼吸的最適溫度約是29C.2729下的凈光合速率相等D.30下的真正光合速率為2mgh-1B光合作用曲線中關(guān)鍵點的移動例3.若已知植物的光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25和30。如圖，在25，在一定的光照強(qiáng)度下的某植物光合作用曲線。當(dāng)相應(yīng)條件變化時，相關(guān)點如何移動？CO2濃度CO2吸收量0ABDCm(1)適當(dāng)增強(qiáng)光照強(qiáng)度，A點 ，B點 ，C點 ，m點 。(2)溫度升高到30，A點 ，B點 ，C點 ，m點 。(3)土壤中缺鎂時，A點 ，B點 ，C點 ，m點 。不動左移右移上移下移右移左移下移不動右移左移下移夏季晴朗的一天植物光合作用曲線CO2的吸收CO2的釋放24時0abcdefga點：凌晨2時4時，溫度降低，呼吸作用減弱，CO2釋放減少b點：有微弱光照，植物開始進(jìn)行光合作用bc段：光合作用強(qiáng)度小于呼吸作用強(qiáng)度c點：光合作用強(qiáng)度等于呼吸作用強(qiáng)度ce段：光合