【課件】光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

光合作用與能量轉(zhuǎn)化第4節(jié)你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物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。討論1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？問題探討問題探討討論1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？①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)度低而造成減產(chǎn)。②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)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度是影響植物生長的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長狀態(tài)。在植物工廠里，人工光源可以為植物的生長源源不斷地提供能量。在自然界，則是萬物生長靠太陽。太陽光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化，是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。光合作用是唯

無論是在植物工廠里，還是在自然界，植物捕獲光能要依靠特定的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)。一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。因此，有人稱光合作用是“地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)”。色素捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)正常的綠色玉米植株可以生長不含綠色色素的白化玉米苗，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會(huì)死去。以上現(xiàn)象說明，葉片中的色素與光能的捕獲有關(guān)。探究·實(shí)踐《綠葉中色素的提取與分離》綠葉中究竟有哪些色素呢？實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行綠葉中色素的提取和分離探究綠葉中含有幾種色素12實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶崛∩氐脑矸蛛x色素的原理12色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中，所以可用無水乙醇提取色素。不同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上擴(kuò)散得快，反之則慢，這樣綠葉中的色素就會(huì)隨著層析液在濾紙上的擴(kuò)散而分離開。紙層析法95%乙醇+無水碳酸鈉層析液(由20份60-90℃下分餾出來的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成)溶解度決定擴(kuò)散速度分離色素方法步驟提取綠葉中的色素1稱取、剪碎研磨過濾5-10mL無水乙醇：溶解色素少許SiO2：有助于研磨得充分少許CaCO3：防止研磨中色素被破壞方法步驟2

將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑、長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端底部1cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線。制備濾紙條濾紙條為何要剪去兩角？防止色素帶擴(kuò)散不整齊。3

用毛細(xì)吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細(xì)線(也可將濾液倒入培養(yǎng)皿，再用蓋玻片蘸取濾液，在橫線處按壓出均勻的細(xì)線)。待濾液干后，再重畫一到兩次。畫濾液細(xì)線方法步驟4紙層析法分離綠葉中的色素將適量的層析液倒入試管中，將濾紙條(有濾液細(xì)線的一端朝下)輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。注意：不能讓濾液細(xì)線觸及層析液，否則濾液細(xì)線中的色素會(huì)被層析液溶解，而不能在濾紙上擴(kuò)散。也可用小燒杯代替試管，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯。方法步驟5觀察與記錄觀察試管內(nèi)濾紙條上出現(xiàn)幾條色素帶，以及每條色素帶的顏色和寬窄。將觀察結(jié)果記錄下來。實(shí)驗(yàn)結(jié)果色素帶寬度代表色素含量從上至下，胡黃ab實(shí)驗(yàn)結(jié)論綠葉中的色素葉綠素（含量約占3/4）類胡蘿卜素（含量約占1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）色素分離的其他方法從外至內(nèi)胡黃ab下列敘述中正確的是（）A.加入少許二氧化硅可防止在研磨時(shí)葉綠體中的色素受到破壞B.用無水乙醇將葉綠體中的色素進(jìn)行分離C.濾紙條上的最上面色素帶呈黃綠色D.溶解度越高的色素隨層析液在濾紙上擴(kuò)散越快D實(shí)驗(yàn)過程中，甲同學(xué)忘記加入二氧化硅和碳酸鈣，乙同學(xué)忘記加入無水乙醇，丙同學(xué)加的無水乙醇過多。請分析他們各自的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。甲：研磨不充分，部分色素被破壞，濾液顏色淺，色素帶較窄乙：提取不到色素，濾紙條上無色素帶丙：濾液顏色淺，色素帶較窄這4種色素對光的吸收有什么差別呢？陽光在穿過三棱鏡時(shí)，不同波長的光會(huì)分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。陽光由圖可知，色素主要吸收藍(lán)紫光和紅光。陽光陽光葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光葉綠素除了吸收紅光和藍(lán)紫光，其他可見光（如：500nm波長的光）吸收嗎？能，只是吸收量較少植物工廠為什么不用發(fā)綠光的光源？色素主要吸收藍(lán)紫光和紅光，較少吸收綠光。類胡蘿卜素（胡蘿卜素和葉黃素）主要吸收藍(lán)紫光，不吸收紅光這些色素存在于細(xì)胞中的什么部位呢？

葉綠體中的色素：與光合作用有關(guān)液泡中的色素：與花、果的顏色有關(guān)葉綠素和類胡蘿卜素花青素顯微結(jié)構(gòu)（光學(xué)顯微鏡）亞顯微結(jié)構(gòu)（電子顯微鏡）亞顯微結(jié)構(gòu)（電子顯微鏡）葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用葉綠體除吸收光能外，還有什么功能呢？恩格爾曼實(shí)驗(yàn)1黑暗、極細(xì)光束照射裝置放在光下1、實(shí)驗(yàn)材料選擇a

和b

。a的優(yōu)點(diǎn)是

；b的優(yōu)點(diǎn)是

。2、沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了

和

干擾。水綿需氧細(xì)菌葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察可確定釋放氧氣的部位氧氣光實(shí)驗(yàn)結(jié)論：氧氣是葉綠體在光下釋放出來的。用透過三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)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。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光釋放氧氣恩格爾曼實(shí)驗(yàn)2葉綠體的功能恩格爾曼實(shí)驗(yàn)：之后研究發(fā)現(xiàn)：結(jié)論：葉綠體是光合作用的場所。直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中含有多種光合作用所必需的酶原核生物沒有葉綠體，能進(jìn)行光合作用嗎？有些原核生物含有光合色素和光合作用所需的酶，也可以進(jìn)行光合作用。如：藍(lán)細(xì)菌含有藻藍(lán)素、葉綠素及相關(guān)酶。

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。

這一過程可以用下面的化學(xué)反應(yīng)式來概括，其中(CH2O)表示糖類。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)①

19世紀(jì)末②

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。③1937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。希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？離體葉綠體鐵鹽(或其他氧化劑)2H2O4H++O2光照希爾反應(yīng)能，因?yàn)閼腋∫褐袥]有CO2，糖類合成時(shí)需要CO2中的碳元素。水的光解探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？不能，反應(yīng)體系中還可能存在其他氧元素供體。④1941年，美國科學(xué)家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣全部都來自水。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)同位素標(biāo)記⑤1954年，美國科學(xué)阿爾農(nóng)(D.Arnom)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。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)光反應(yīng)場所光合色素：葉綠素和類胡蘿卜素暗反應(yīng)光反應(yīng)光能NADPH和ATP中的化學(xué)能光照、光合色素、酶類囊體薄膜水的光解：H2OH++O2光能ATP的合成：ADP＋Pi＋光能ATP酶場所：條件：物質(zhì)變化：能量轉(zhuǎn)化：NADPH的合成：NADP+＋H+

NADPH作為還原劑、儲存部分能量用于暗反應(yīng)只用于暗反應(yīng)暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）場所：條件：葉綠體的基質(zhì)中NADPH、ATP、酶物質(zhì)變化：CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：NADPH2C3(CH2O)+C5、ATP能量轉(zhuǎn)化：NADPH和ATP中的化學(xué)能有機(jī)物中的化學(xué)能酶光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用于暗反應(yīng)中C3的還原暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）光合作用的產(chǎn)物：葡萄糖、蔗糖、淀粉(CH2O)糖類NADPH和ATP中的化學(xué)能①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH②暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間緊密聯(lián)系，相互制約光反應(yīng)與暗反應(yīng)區(qū)別與聯(lián)系長期黑暗條件下能否進(jìn)行暗反應(yīng)？長期黑暗條件下，光反應(yīng)無法為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH，故不能進(jìn)行長期黑暗：暗反應(yīng)無法進(jìn)行先光照后短暫黑暗：可以進(jìn)行暗反應(yīng)物質(zhì)變化聯(lián)系：能量轉(zhuǎn)化聯(lián)系：有機(jī)物中的化學(xué)能光能比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)（也稱

反應(yīng)、卡爾文循環(huán)）反應(yīng)場所

條件

物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化

聯(lián)系光反應(yīng)和暗反應(yīng)緊密聯(lián)系、相互制約類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)光照、色素、酶NADPH、ATP、酶H2OH++O2光能NADP+＋H+

NADPHADP＋Pi＋光能ATP酶酶CO2＋C52C3NADPH2C3(CH2O)+C5、ATP酶水的光解：歸納比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)NADPH的合成：ATP的合成：CO2的固定：C3的還原：NADPH和ATP中的化學(xué)能有機(jī)物中的化學(xué)能光能NADPH和ATP中的化學(xué)能碳條件NADPH、ATPC3C5(CH2O)光照不變，CO2減少

光照不變，CO2增加

光照增強(qiáng)，CO2不變

光照減弱，CO2不變

外界條件變化時(shí)，NADPH、ATP、C3、C5、(CH2O)的變化：（填“增加”或“減少”）水的光解：H2OH++O2光能ATP的合成：ADP＋Pi＋光能ATP酶NADPH的合成：NADP+＋H+

NADPHCO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：NADPH2C3(CH2O)+C5、ATP增加減少增加減少減少增加減少增加增加減少增加增加減少增加減少減少酶影響光合作用強(qiáng)度的因素影響光合作用強(qiáng)度的因素CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能葉綠體CO2濃度水分含量（反應(yīng)物、反應(yīng)介質(zhì)）(色素、酶)無機(jī)營養(yǎng)（礦質(zhì)元素）光照、溫度溫度水分影響氣孔關(guān)閉光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、光質(zhì)(如紅光、藍(lán)光屬不同光質(zhì))光合作用強(qiáng)度：是指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量也可用單位時(shí)間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物生成的數(shù)量來表示，如CO2的固定量、O2的產(chǎn)生量）植物夏季午間為了減少蒸騰作用，氣孔關(guān)閉，從外界吸收的CO2減少①P點(diǎn)時(shí)，圖1、2、3中限制光合速率的因素分別為____________________；②Q點(diǎn)時(shí)，圖1、2、3中限制光合速率的因素分別為_____________________。光照強(qiáng)度、溫度、光照強(qiáng)度溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度規(guī)律總結(jié)：光合速率未達(dá)到最大值時(shí)，限制光合速率的因素為橫坐標(biāo)所代表因素；達(dá)到最大值之后，限制光合速率的因素為橫坐標(biāo)之外其它因素。①提高光照強(qiáng)度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用具體措施有：陰雨天適當(dāng)補(bǔ)充光照；植物工廠中適當(dāng)提高光照強(qiáng)度。②提高CO2濃度具體措施有：溫室中投入干冰；大田中“正其行，通其風(fēng)”；多施有機(jī)肥干冰機(jī)原因：有機(jī)肥中微生物的呼吸作用強(qiáng)，產(chǎn)生大量CO2

增產(chǎn)的手段本質(zhì)上為：增強(qiáng)光合作用（制造有機(jī)物），減弱呼吸作用（消耗有機(jī)物）③溫度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用影響光合作用相關(guān)酶的活性具體措施有：白天適當(dāng)提高溫度，夜間適當(dāng)降低溫度。④水防止干旱、合理灌溉⑤無機(jī)營養(yǎng)（礦質(zhì)元素）葉綠素合理施肥N、Mg間作套種合理密植⑥提高光能利用率農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用1、該實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量？2、只提供了5WLED臺燈，如何設(shè)置自變量？3、注射器的作用？觀察指標(biāo)是？4、為何提供富含CO2的清水？NaHCO3溶液的作用？上浮原因：植物吸收CO2，釋放O2，由于O2在水中溶解度小，而在葉肉細(xì)胞間隙積累，使葉片上浮。探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)