【課件】光合作用與能量轉化+課件高一上學期生物人教版必修1

5.4光合作用與能量轉化

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、藍色和白色的光源。1、靠人工光源生產蔬菜有什么好處？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？

用人工光源可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足導致的減產。同時，人工光源的強度和不同色光是可以調控的，可以根據(jù)植物生長的情況進行調節(jié)，以使蔬菜產量達到最大。

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，因此要進行控制，以便讓植物達到最佳的生長狀態(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，萬物生長靠太陽。太陽光能的輸入、捕獲和轉化，是生物圈得以維持運轉的基礎。

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”。那么，植物捕獲光能需要依靠的物質和結構是什么呢？H2OCO2C6H12O6O2綠色植物能夠捕獲光能1.結構___________：由_________堆疊而成2.功能：進行____________的場所。雙層膜基質基粒類囊體光合作用3.物質基礎在類囊體薄膜表面上，分布著許多吸收光能的____________。在_____________上和______________中，還有許多進行光合作用所必需的酶。色素分子類囊體膜葉綠體基質葉綠體基質一、葉綠體的結構

植物的葉片多數(shù)是綠色的，說明其中有綠色的色素。玉米中有時會出現(xiàn)白化苗。白化苗由于不能進行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。證明：光合作用需要色素綠葉中的色素可能與光能的捕獲有關綠葉中的色素究竟有哪些呢？都參與植物的光合作用嗎？正常玉米植株和白化玉米植株二、捕獲光能的色素葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）（一）種類：（二）功能：吸收、傳遞、轉化光能葉綠素的特點：合成是需要Mg2+和光照條件；

低溫和酸性條件下易分解。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紅橙黃綠青藍紫都是可見光（三）葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜400500600700波長/nm葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素吸收光能的百分比葉綠素主要吸收類胡蘿卜素主要吸收樹葉為什么是綠色？紅光和藍紫光藍紫光葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。（一）原理1.提取原理:綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑_______________中。2.分離原理:各種色素在___________中的__________不同,溶解度高的隨層析液在濾紙條上的_____________,反之則慢。無水乙醇層析液溶解度擴散更快探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離提取的方法：分離的方法：紙層析法用無水乙醇提取（二）步驟：1、提取綠葉中的色素（2）加入少許SiO2和CaCO3，

再加入10mL無水乙醇，研磨（3）將研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一塊單層尼龍布）進行過濾。將濾

液收集到試管中，及時用棉塞將試管口塞嚴。(防止乙醇揮發(fā)和色素氧化)SiO2使研磨更充分CaCO3防止葉綠素被破壞無水乙醇溶解色素（1）稱取5g菠菜葉，剪去主葉脈，

剪碎，放人研缽中。剪碎加乙醇研磨過濾濾液2.制備濾紙條干燥的定性濾紙避免層析液在邊緣擴散過快（邊緣效應），使其同步到達細線

將濾紙剪成能放入燒杯中的濾紙條

在濾紙條一端剪去兩角

在距去角一端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線鉛筆線剪兩角3.畫濾液細線將濾液倒入培養(yǎng)皿，用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻畫出一條細線。等濾液干后再畫一到兩次。為了積累更多的色素，使分離后的色素帶更明顯★要求：細、直、齊；重復2—3次4.分離綠葉中的色素

將濾紙條有濾液細線的一端插入_____________。注意事項：1、為何濾液細線不能觸及層析液？2、為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止色素溶解在層析液中防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒層析液思考：如果將色素濾液點在圓形濾紙的中央，色素帶從外至內是？5.實驗結果6.結果分析①色素帶的條數(shù)與色素種類有關②色素帶的寬窄與色素含量有關③色素帶的位置與溶解度大小有關海洋中的藻類，習慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻，它們在海水中的垂直分布大致依次是淺、中、深。這種現(xiàn)象與光能的捕獲有關嗎？拓展應用

教材P101綠藻：反射綠光紅藻：反射紅光褐藻：反射黃光水對紅、橙光的吸收比對藍、綠光的吸收要多，即到達深水層的光線是短波長的光，因此，吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水的深層。分析：為什么植物春夏葉子翠綠?而深秋則葉片金黃呢？由于葉綠素的含量大大超過類胡蘿卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色。低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡蘿卜素的顏色顯示出來。當溫度低于7℃時，樹葉中會生成花青素(存在于液泡，不用于光合作用)。與生活的聯(lián)系單擊此處編輯母版文本樣式二級三級四級五級1．影響葉綠素合成的因素(1)光照：光是葉綠素合成的必要條件。(2)溫度：低溫抑制葉綠素的合成，破壞已有的葉綠素分子，

從而使葉片變黃。(3)鎂等無機鹽：鎂是構成葉綠素的重要成分，缺鎂葉片變黃。拓展應用單擊此處編輯母版文本樣式二級三級四級五級2．不同顏色溫室大棚的光合效率(1)在農業(yè)生產中，溫室大棚應使用無色透明的塑料薄膜或玻璃，因為它們能讓所有的光都透過，效果最好。(2)若為大棚內植物補充光照，應選擇補充紅光或藍紫光，因為相同強度的紅光或藍紫光，比白光的光合作用強度要高。(3)葉綠素對綠光吸收最少，因此使用綠色塑料薄膜或玻璃的溫室大棚光合效率最低。光合作用的物質和結構基礎小結：類囊體色素酶溫故知新葉綠體是綠色植物進行光合作用的細胞器。葉綠體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？三、光合作用的原理綠色植物通過

，利用

，將

轉化成

，并且釋放出

的過程。（一）概念：葉綠體光能二氧化碳和水儲存著能量的有機物氧氣（二）總反應式：注：（CH2O）表示糖類，

光合作用產物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體

若直接產物是C6H12O6，反應式？（三）光合作用的過程根據(jù)是否需要____________，這些化學反應可以概括地分為____________和_____________（碳反應/卡爾文循環(huán)）兩個階段。光能光反應暗反應光合作用過程示意圖1.光反應（1）條件：光、色素、多種酶（2）場所：類囊體薄膜（3）物質轉化水的光解：ATP的合成：2H2O4O2+H++2e-

光光能（4）能量轉化:ATP、NADPH中活躍的化學能ADP+Pi+光能

ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-NADPH酶類囊體薄膜的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶（氧化型輔酶Ⅱ）（還原型輔酶Ⅱ）光反應過程示意圖2.暗反應（1）條件：（2）場所：葉綠體基質多種酶等CO2的固定：C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有機物中穩(wěn)定的化學能CO2＋C52C3酶（3）物質轉化ATP、NADPH中活躍的化學能（4）能量轉化：ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶CO2固定還原酶NADPH酶能量暗反應過程示意圖3.光反應與暗反應的比較反應階段反應部位反應條件物質變化能量變化產物聯(lián)系光合作用實質光反應暗反應類囊體薄膜上葉綠體基質必須有光、光合色素、酶等多種酶等光能→ATP和NADPH中活躍的化學能ATP和NADPH中活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反應為暗反應提供ATP和NADPH，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+把無機物轉變成有機物，把光能轉變成化學能貯存起來光合作用的全過程葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應暗反應NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能酶類囊體薄膜葉綠體基質可見光1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？2.NADP+和ADP的移動途徑呢？3.NADPH的作用？從類囊體薄膜到葉綠體基質。從葉綠體基質到類囊體薄膜。①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量資料1：19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被

分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)1928年，科學家發(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化成糖。初步判斷：氧來自二氧化碳的可能性較小，較可能來源于水。四、探索光合作用原理的部分實驗離體的葉綠體懸浮液資料2：希爾反應1937年，英國植物學家希爾發(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。像這樣，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。O2H+①水的光解可以產生O2（不能說明水O2中O來自H2O）②水的光解與糖的合成不是同一個化學反應。結論：

資料3：魯賓和卡門實驗相互對照（對比實驗）同位素標記（示蹤）法光合作用釋放的氧全部來自水方法：對照方法：結論：資料4：阿爾農

1954年，美國科學家阿爾農(D.Arnon)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。

1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。光照ATP水光解O2葉綠體中ATP的合成總是與水的光解相伴隨結論：

1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。資料5：卡爾文實驗光合產物中有機物的碳來自CO2。結論：方法：同位素標記法資料6：恩格爾曼的實驗一極細的光束黑暗中極細的光束照射——集中于葉綠體被光束照射的部位完全曝光——分布于葉綠體所有受光部位水綿需氧細菌(1)選材：①水綿具有細長的帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象。

②需氧細菌的利用，準確顯示出氧氣產生的部位。(2)設計：黑暗無空氣的設計，排除了氧氣和光的干擾。

(3)對照方法：極細的光束照射：自身不同部位的對照進行黑暗(局部光照)和曝光：自身步驟上前后對照2、恩格爾曼在選材、實驗設計上有什么巧妙之處？葉綠光合作用的產物有氧氣；葉綠體是光合作用的場所；1、結論：恩格爾曼第一個實驗的結論是什么？三棱鏡照射水綿需氧細菌聚集在紅光和藍紫光的區(qū)域綜合上述兩個資料，你認為葉綠體具有什么功能？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。資料6：恩格爾曼的實驗二葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光結論：五、光合作用過程分析CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2（一）元素的轉移（二）環(huán)境因素驟變對光合作用中各物質的影響光反應

暗反應NADPH、ATPNADP+、ADP、Pi光照強度CO2濃度CO2的固定：C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHCO2＋C52C3酶消耗生成消耗生成分析：CO2濃度不變

C3C5

光照減弱光照增強光照不變C3C5

CO2濃度減少CO2濃度增加歸納：C3、C5含量變化有何特點？（三）光反應與暗反應的關系光反應

暗反應NADPH、ATPNADP+、ADP、Pi（類囊體薄膜）（葉綠體基質）CO2濃度水分光光質光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質元素氣孔開閉情況六、影響光合作用強度的因素（一）（二）1、光照強度光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光補償點光飽和點B：

光補償點D：光合速率達到最大時對

應的最低光照強度DAB：呼吸作用>光合作用BC：光合作用>呼吸作用A:只進行呼吸作用

（呼吸速率）

（光飽和點）光合作用=呼吸作用（個體）C：最大光合速率光合作用>呼吸作用（葉肉細胞）光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光補償點光飽和點D討論1：C點之前和之后限制光合作用因素分別是？C點前：光照強度C點后：內因：色素得多少；酶的數(shù)量、活性外因：CO2濃度、溫度等光照強度0ABC陽生植物光補償點光飽和點陰生植物A1B1C1D提示：陰生植物的呼吸作用較弱，對光的利用能力也不強。討論2：

B、C點的移動問題CO2吸收速率CO2釋放速率①缺Mg2+：②陽生植物->陰生植物：B向右移，C向左下移B向左移，C向左下移光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光補償點光飽和點D應用：①合理密植、適當剪枝、間作套種；②溫室大棚適當補光；③溫室大棚塑料薄膜選擇無色、

藍色、紅色透明（不能選綠色）2、CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DCO2補償點B點：CO2飽和點D點：2、CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2D1.多施有機肥或農家肥；2.蔬菜大棚中午通風透氣。3.正其行通其風。應用：討論：C點之后光合速率的限制因素有哪些？外因：主要為光照強度和溫度，內因：酶的數(shù)量和活性。3、溫度O溫度A光合速率BC原理：溫度通過影響

影響光合作用主要制約

反應。適時播種；溫室中,白天適當提高溫度,晚上適當降溫，從而提高作物產量。應用：酶的活性暗生產應用：合理施肥N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分；維持葉綠體正常結構和功能。K：促進光合產物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分生產應用：預防干旱，合理灌溉水是光合作用的原料水是體內各種化學反應的介質水還影響氣孔的開閉，間接影響CO2進入植物體4、礦物質元素5、水應用總結：增產措施延長光合時間增加光合面積溫室中人工光照、提高復種指數(shù)（輪作）合理密植、間作套種控制光照強度控制光質大棚薄膜無色、人工光源紅光/藍紫光根據(jù)陰生/陽生選擇適當光源控制溫度增大晝夜溫差（新疆水果為什么甜？）控制CO2濃度通風、增施農家肥、使用CO2發(fā)生器控制必需元素供應適時施肥（含農家肥）控制水分供應合理灌溉1.實驗原理：根據(jù)單位時間小圓形葉片浮起的數(shù)量的多少，探究光照強度與光合作用強度的關系。

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉葉片上浮光合作用產生O2O2充滿細胞間隙2.材料用具：打孔器、5WLED臺燈、米尺、燒杯、綠葉等探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響3.方法步驟：0.6cm的打孔器打孔打出圓形小葉片30片黑暗保存葉片葉片置于注射器內抽出葉片的氣體葉片均分為3組1.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）

向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片2.分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照強光中等光弱光3.觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量。或上浮相同數(shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間?！綥ED燈作為光源（冷光源，排除溫度干擾），分別用不同光照強度（調節(jié)光源與燒杯的距離）去照射葉片?！糠椒ú襟E：4.實驗結果：5.實驗結論：在一定光照強度范圍內，光合作用隨著光照強度的增加而增強探究一：光照強度與光合作用強度的關系。自變量：自變量控制手段：因變量：因變量檢測指標：光照強度臺燈的瓦數(shù)/臺燈與植物的距離光合作用強度相同時間小圓葉片上浮的數(shù)量探究二；CO2濃度與光合作用強度的關系。自變量：自變量控制手段：因變量：因變量檢測指標：CO2濃度NaHCO3溶液的濃度光合作用強度相同時間小圓葉片上浮的數(shù)量七、光合作用與呼吸作用的關系1.光合作用強度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體固定CO2的量制造或產生有機物（糖類）量產生O2的量單位時間內光合作用總光合速率凈光合速率呼吸作用速率有機物CO2O22.光合作用與呼吸作用的關系真正（總）光合速率=凈（表觀）光合速率

+呼吸作用速率制造/合成量固定/消耗量產生/生成量積累量吸收量釋放量消耗量釋放量吸收量線粒體葉綠體產生O2釋放O2（可以測得）葉肉細胞氣體轉移及交換示意圖CO2吸收CO2（可以測得）能測量到的光合作用指標是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。注意：3.曲線圖示光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC凈光合速率總光合速率呼吸速率只進行呼吸作用光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用光合作用<呼吸作用4.細胞圖示光合作用與呼吸作用的物質聯(lián)系有氧呼吸第二階段CO2暗反應C6H12O6光合與呼吸作用的能量聯(lián)系5.光合作用強度的測定黑暗光照充足①為植物的光合作用提供CO2；②維持裝置內CO2含量相對穩(wěn)定。O2釋放量O2消耗量真正（總）光合速率=凈（表觀）光合速率

+呼吸作用速率ab=a+b為排除物理因素對實驗結果的干擾，如何設置校對裝置？（1）液滴移動法（CO2緩沖液）（2）半葉法

將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當?shù)姆椒?可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6小時后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數(shù)據(jù)，則可計算出該葉片的光合作用強度，其單位是mg/(dm2·h)。B葉片被截取部分在6小時內光合作用合成的有機物總量M＝

。MB－MA（3）葉片稱重法測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量，如圖所示以有機物的變化量測定光合速率（S為葉圓片面積）呼吸速率=

凈光合速率=

總光合速率=

(x-y)/2S(z-y)/2S(x＋z-2y)/2Sxyz將裝有水和水生植物的黑、