光合作用與能量轉化課件【高效課堂+備課精研】高一上學期生物人教版（2019）必修1

5.4光合作用與能量轉化一捕獲光能的色素和結構萬物生長靠太陽太陽能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭，而光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。因此，有人稱光合作用是‘’地球上最重要的化學反應‘’。預測：白化苗的生長趨勢植物的葉片中含有哪些色素呢？怎樣提取這些色素呢？可見，葉片中的色素可能與光能的捕獲有關一、捕獲光能的色素和結構待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死去實驗原理【探究·實踐】綠葉中色素的提取和分離1、提取原理:綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中。2、分離原理:各種色素在層析液中的溶解度不同,溶解度高的隨層析液在濾紙條上擴散得快,反之則慢。這樣，綠葉中色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分開。方法步驟①稱取5g的綠葉，剪碎，放入研缽中。1.提取綠葉中的色素②放入少許二氧化硅和碳酸鈣再放入10mL無水乙醇二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。③迅速、充分地研磨減少無水乙醇揮發(fā)葉綠體中的色素被充分被釋放出來④將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進行過濾。用單層尼龍布過濾，過濾葉脈及二氧化硅等，且不吸附色素。⑤收集濾液,封口?！咎骄俊嵺`】綠葉中色素的提取和分離2、制備濾紙條干燥的鉛筆線剪兩角使層析液在濾紙條上擴散得快避免邊緣效應，使層析液同步到達細線排除其他色素對實驗結果的干擾【探究·實踐】綠葉中色素的提取和分離3、畫濾液細線★要求：細、直、齊

；重復2—3次過寬會影響分離效果【探究·實踐】綠葉中色素的提取和分離為了積累更多的色素，使分離后的色素帶更明顯層析液培養(yǎng)皿★層析液不能沒及濾液線防止色素溶解在層析液中4、分離綠葉中的色素5、觀察與記錄【探究·實踐】綠葉中色素的提取和分離減少層析液的揮發(fā)葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素

綠葉中的色素6、實驗結果濾紙條上的色素帶的分布情況說明了什么？濾紙條上的色素帶說明了綠葉中的色素有4種，他們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散的快慢也不同（橙黃色）（黃色）（藍綠色）（黃綠色）種類：胡黃ab顏色：橙黃黃、藍綠（黃）綠含量：葉a>葉b>葉黃>胡蘿卜素【探究·實踐】綠葉中色素的提取和分離你記住了嗎？藍紫光色帶很暗藍紫光和紅光色帶很暗類胡蘿卜素提取液

葉綠素提取液陽光是不同波長的光組合成的復合光。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。這四種色素對光的吸收有什么差別呢？色素的吸收光譜及應用葉綠素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍紫光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光類胡蘿卜素溶液紅光、藍紫光哪去了？被色素吸收了！！色素的吸收光譜及應用色素溶液的吸收光譜色素的吸收光譜及應用分別讓不同顏色的光照射色素溶液葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜四種色素吸收的光波長是否相同？不同葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，類胡蘿卜素(胡蘿卜素和葉黃素)主要吸收藍紫光。葉綠素a和葉綠素b在哪種波長下吸收光能最多？類胡蘿卜素呢？不同的色素有不同的吸收光譜，有利于綠色植物充分的吸收光能。葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現綠色。為什么樹葉通常呈綠色？色素的吸收光譜及應用思考：植物工廠里為什么不用綠光作為光源？

綠色光源發(fā)出綠色的光，這種波長的光線不能被光合色素吸收，因此無法用于光合作用制造有機物。植物工廠色素的吸收光譜及應用四種色素吸收的光波長有差別，但都可以用于光合作用，這些色素存在細胞中的什么位置呢？葉綠體的結構適于進行光合作用類囊體薄膜上色素分布：葉綠體除了吸收光能，還有什么功能？每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多的可達100個以上思考·討論

葉綠體的功能黑暗中：需氧細菌集中于葉綠體被光束照射的部位光下：分布于葉綠體所有受光部位結論：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。資料1恩格爾曼的實驗一恩格爾曼的實驗二大量的需氧細菌聚焦在紅光和藍紫光區(qū)域？光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放較多的氧。實驗一設計巧妙之處1、實驗材料選擇

和

。水綿的優(yōu)點是

。需氧細菌的優(yōu)點是

。2、沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了

和

的干擾。3、用極細的光束照射，葉綠體分為了

和

的部位，相當于一組

。4、臨時裝片暴露在光下，再一次

。水綿需氧細菌葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察可確定釋放氧氣多的部位氧氣光光照多光照少對比實驗驗證實驗結果思考·討論

葉綠體的功能極細的光束在類囊體膜上和葉綠體基質中，含有多種進行光合作用所必需的酶。思考·討論

葉綠體的功能資料2綜上所述，你認為葉綠體有什么功能？葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光結合其他實驗證據，得出葉綠體是光合作用的場所這一結論葉綠體的結構適用于進行光合作用類囊體薄膜上分布著色素光合作用所需要的酶光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。1、光合作用的概念二、光合作用的原理自養(yǎng)生物例如綠色植物、藍細菌等。異養(yǎng)生物

只能利用環(huán)境中現成的有機物來維持自身的生命活動。

例如人、動物、真菌及大多數的細菌。硝化細菌屬于？少數種類的細菌，細胞內沒有葉綠素，不能進行光合作用，但能利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。自養(yǎng)生物CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體2、光合作用的反應式：糖類CO2和H2O光葉綠體(CH2O)和O2無機物→有機物原料：物質變化：產物：條件：場所：能量變化：光能→化學能葉綠體如何將光能轉化為化學能？又是如何將化學能儲存在糖類等有機物中的？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？二、光合作用的原理1928年發(fā)現：甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。

19世紀末CO2O2C+H2O甲醛探索光合作用原理的部分實驗思考討論→糖糖由甲醛縮合而成1937年，希爾在分離的葉綠體懸浮液（有H2O，無CO2）中加入鐵鹽或其他氧化劑，將其分別放在陽光下和黑暗條件下，光照條件下有氣泡產生；黑暗條件下無氣泡產生。離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。O2全部來自于H2O嗎？光合作用原理的部分探索實驗第一組H2180C02H20C18O2第二組180202光照射下的小球藻懸浮液實驗結論：

1941年，美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2

。

進行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2

。在其他條件相同且適宜，第一組釋放的氧氣都是O2，第二組釋放的都是18O2

。光合作用原理的部分探索實驗光合作用產生的O2來自于H2O。1954年，美國科學家阿爾農用離體的葉綠體做實驗：在給葉綠體照光時發(fā)現，當向反應體系中供給ADP、Pi等物質時，體系中就會有ATP出現。1957年，他發(fā)現這一過程總是與水的光解相伴隨。

結論：在光照時，葉綠體可合成ATP。光合作用原理的部分探索實驗離體葉綠體的懸浮液光反應在白天可以進行嗎？夜間呢？暗反應在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應有光、無光都能反應光反應暗反應(碳反應)光合作用光合作用的原理上述實驗表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自于水。氧氣的產生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。光合作用的原理光合作用過程的示意圖H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP光、色素、酶葉綠體內的類囊體薄膜上水的光解：H2OO2+H+

光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）

ATP酶H+NADPH的合成：

H++NADP++

2e-

NADPHNADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素場所：條件：物質變化：能量變化：光合作用的原理光反應階段ATP中活躍的化學能NADPH中的化學能光能

20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻(一種單細胞的綠藻)懸液做實驗。

卡爾文給小球藻提供持續(xù)的光照和CO2，一段時間后，加入放射性同位素標記的14CO2，在不同時段（間隔3s、5s、10s等）內將細胞懸液迅速傾入煮沸的乙醇中以殺死細胞，使酶失活。最后，使用雙相紙電泳和放射自顯影分離等方法分析產物，發(fā)現了C3等一系列中間產物，最終闡明了暗反應階段的反應過程——卡爾文循環(huán)。

卡爾文的工作促進了對光合作用的認識，榮獲1961年諾貝爾化學獎?！緟⒖假Y料】光合作用的原理1、描述暗反應過程2、暗反應的場所、條件、物質變化和能量變化3、與光反應區(qū)別與聯系光合作用的原理自主學習暗反應階段（課本P104前三段文字）思考：CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP

ADP+Pi葉綠體的基質中2C3(CH2O)+C5酶NADPH、ATP、酶NADP+NADPH場所：條件：物質變化:能量變化:光合作用的原理CO2C5

CO2的固定

2C3糖類ATPNADPH(CH2O)C3的還原葉綠體基質多種酶暗反應階段ATP中活躍的化學能NADPH中的化學能糖類等有機物中穩(wěn)定的化學能（卡爾文循環(huán)）

光反應和暗反應的區(qū)別與聯系光反應階段暗反應階段條件場所物質變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的還原活躍化學能光能活躍化學能穩(wěn)定化學能聯系光反應和暗反應緊密聯系，能量變化與物質變化密不可分光反應暗反應暗反應光反應NADPH、ATPADP、Pi和NADP+課堂小結類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶光反應暗反應H+NADPH酶酶能量場所：類囊體薄膜場所：葉綠體基質2、NADP+和ADP、Pi的呢？從葉綠體基質到類囊體薄膜3、NADPH的作用？1.活潑的還原劑2.儲存部分能量供暗反應階段利用1、NADPH和ATP的移動途徑是？從類囊體薄膜到葉綠體基質不同條件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的動態(tài)變化增加減少增加減少減少或沒有生成減少或沒有生成減少或沒有生成增加思考：1、以上物質的變化是相對含量的變化，不是合成速率，且是在條件改變后短時間內發(fā)生的。2、C3、C5含量的變化是相反的，NADPH和ATP的含量變化是一致。條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應不變光照不變停止CO2供應

光合作用的強度：三、光合作用的應用影響因素？只要影響原料、能量的供應，都可能影響光合作用的強度。指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體①Mg、N等礦質元素；②酶的活性受溫度等影響。光照強度、光質、光照時間氣體反應物①作為反應物和反應的媒介；②水分→氣孔關閉→CO2供應(色素、酶）光：光照強度、光質、光照時間溫度（通過影響酶活性影響光合作用）H2O礦質元素（Mg合成葉綠素）CO2的濃度外因：內因：酶的種類、數量色素的含量葉齡不同、不同植物四、光合作用強度的影響因素如果光照減弱，光合作用的強度會怎么改變呢？1.實驗原理：葉片含有空氣，葉片上浮。抽出氣體后，細胞間隙充滿水，葉片會下降；光照后，葉片進行光合作用，釋放O2，使細胞間隙又充滿氣體，葉片會上浮。2.實驗變量

自變量：

控制方法：

因變量：

觀察方法：

無關變量：光照強度改變LED燈與燒杯之間的距離光合作用強度單位時間內被抽取空氣的圓形小葉片上浮的數量同種、生長狀況相同、小圓形葉片大小相同等等五、探究光照強度對光合作用強度的影響①打出葉圓片（避開大葉脈）②排出葉圓片中的空氣，置暗處清水中③準備3只小燒杯，裝有富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）濃度過高，會導致葉肉細胞失水過多，影響細胞代謝，光合速率下降④向小燒杯內加入葉圓片，控制光強3.實驗步驟（見課本P105或者核心方案P83）：五、探究光照強度對光合作用強度的影響五、探究光照強度對光合作用強度的影響4.觀察并記錄結果描述實驗結果顯示的光照強度和光合作用強度的關系。測不同距離下小圓葉片上浮所需時間或者單位時間內葉片浮起數量怎么做？光照強度越強，葉片浮起數量越多。5.實驗結論：在一定范圍內，隨著光照強度的不斷增強，光合作用強度不斷增加。將葉圓片放在不同濃度的NaHCO3溶液中來探究CO2濃度對光合強度的影響；用相同瓦數而不同顏色LED燈來探究光質對光合強度的影響；將葉圓片放在不同溫度的燒杯中探究溫度對光合強度的影響；不同環(huán)境因素對光合作用強度的影響CO2濃度光質溫度環(huán)境因素實驗思路（1）光照強度光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，其單位時間內釋放的CO2量，可表示此時的細胞呼吸速率。六、光合作用強度的影響因素的曲線分析及應用A點：B點：細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此點為光補償點。C點：光合作用速率不再隨光照強度的增強而升高，此時對應的光照強度稱之為光飽和點。CO2吸收量達到最高前的主要限制因素是光照強度，CO2吸收量達到最高后的主要限制因素為溫度和CO2濃度。應用：陰雨天適當補充光照，及時對大棚除霜消霧；注意間作套種時農作物的種類搭配。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率項目表示方法（單位時間內）凈光合速率（又稱表觀光合速率）真正光合速率（總光合速率）呼吸速率（黑暗中測量）（1）光照強度O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量O2的產生量、CO2的固定量、有機物的制造量O2的吸收量、CO2的釋放量、有機物的消耗量六、光合作用強度的影響因素的曲線分析及應用CO2補償點光合作用速率=細胞呼吸速率時的CO2濃度）CO2飽和點（CO2濃度達到該點后，光合作用強度不再隨CO2濃度增加而增強）應用：農田中“正其行，通其風”，或增施有機肥，；溫室中可增施有機肥或使用CO2發(fā)生器等。（2）CO2濃度A點：B點：六、光合作用強度的影響因素的曲線分析及應用溫度過高時植物氣孔關閉或酶活性降低，光合速率會減弱。光合作用的最適溫度因植物種類而異。應用：

1.適時播種2.溫室栽培植物時,白天適當提高溫度,晚上適當降溫，從而提高作物產量（有機物積累量）。3.植物“午休”現象的原因之一（3）溫度六、光合作用強度的影響因素的曲線分析及應用下列為葉肉細胞內線粒體與葉綠體之間的氣體變化圖示，據圖判斷生理過程。并指出與右圖的對應位置