5.4光合作用的原理與應用課件-高一上學期生物人教版必修1

5.4光合作用的原理與應用有機物的制作方式是……問題探討第二、四棵是正常玉米幼苗（綠色）第一、三棵是白化玉米幼苗（白色）白化苗由于不含綠色的色素，無法進行光合作用，萌發(fā)之后，隨種子本身貯存的養(yǎng)分耗盡后就會死亡。由此可見，光能的捕獲與葉片中的________有關色素綠葉中有哪些色素呢？要如何才能提取和分離出來呢？一、綠葉中的色素的提取和分離（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。相似相溶，說明色素是一類有機物（2）分離色素原理：綠葉中的色素不止一種，在___________中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙條上的_____________，反之則慢。層析液擴散更快層析液：一種混合物有機溶劑（3）實驗方法紙層析法實驗步驟（1）提取綠葉中的色素稱取5g菠菜葉，去除主葉脈后剪碎，放入研缽中；加少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入10mL無水乙醇，進行迅速、充分的研磨。可以使研磨更充分可以防止色素被氧化分解可使色素含量更高實驗步驟（1）提取綠葉中的色素將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中(單層尼龍布)進行過濾，收集濾液。不能用濾紙，會吸附色素收集完畢后用棉塞塞嚴防止乙醇揮發(fā)和色素氧化實驗步驟（2）制備濾紙條干燥的定性濾紙作用：避免層析液在邊緣擴散過快，可使分離出的色素帶平齊。②在濾紙條一端剪去兩角鉛筆線剪兩角①將濾紙剪成能放入燒杯中的濾紙條③在距去角一端1cm處，用鉛筆畫一條細直的橫線作為畫濾液細線的參照線實驗步驟（3）畫濾液細線要求：細、直、齊；重復1—2次將色素濾液用毛細管吸取后，畫在濾紙條的鉛筆線痕跡上使分離的出色素帶平整、不重疊增加色素濃度，使分離出的色素帶明顯。實驗步驟（4）紙層析層析液將濾紙條有濾液細線的一端插入層析液。再用皿蓋將燒杯蓋住溶解度高的色素先溶解，隨層析液在濾紙上擴散得更快，可先被分離出來注意濾液細線不要泡在層析液里！！防止色素直接溶解在層析液中實驗步驟（4）紙層析結果討論：①濾紙條上有幾條色素帶？按什么次序分布？4條不同顏色的色素帶。從上到下依次為：胡蘿ト素(橙黃色)、葉黃素(黃色)、葉綠素a(藍綠色)、葉綠素b(黃綠色)。②濾紙條上色素的分布情況和寬度說明了什么？結果討論：1、綠葉中的色素有4種2、它們在層析液中的溶解度不同（所以能被分離開）3、四種色素在葉片中的的含量不同葉綠素a＞葉綠素b＞葉黃素＞胡蘿卜素色素種類顏色含量溶解度擴散速度胡蘿卜素橙黃色最少最高最快葉黃素黃色較少較高較快葉綠素a藍綠色最多較低較慢葉綠素b黃綠色較多最低最慢這4種色素對光的吸收有什么差別？實驗：濾液中色素對不同的單色光的吸收情況葉綠素溶液類胡蘿卜素溶液結論：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白光光源三棱鏡可以將白光分解出可見光譜四種色素吸收的光的波長有差別，但是都可以用于光合作用思考：為什么植物葉片呈現綠色？因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光就被反射回來，所以葉片才呈現綠色。秋日葉片變黃的原因是？氣溫降低，葉綠素不穩(wěn)定而被分解，顯現出了類胡蘿卜素（尤其是葉黃素）的顏色。葉綠體的結構電子顯微鏡下，葉綠體由

包被，內含許多

（由

堆疊而成），基粒和基粒之間充滿

；吸收光能的色素分布在

上。葉綠體內由眾多的基粒和類囊體，極大地擴展了受光面積；雙層膜類囊體薄膜類囊體葉綠體基質基粒綠葉葉綠體類囊體外膜內膜基粒基質類囊體薄膜上分布著色素類囊體薄膜和葉綠體基質中分布光合作用所需要的酶葉綠體的結構葉綠體的功能水棉：細胞中有螺旋狀的葉綠體實驗內容：將水綿和需氧型細菌放在沒有空氣的小室內。

極細光束

均勻光照水綿好氧細菌極細光束照射完全曝光黑暗

無空氣好氧細菌集中于葉綠體被光束照射的部位好氧細菌分布于葉綠體所有受光部位葉綠體的功能恩格爾曼的水棉實驗1：該實驗說明了什么？葉綠體在光照下能夠釋放氧氣，推測：葉綠體是進行光合作用的場所葉綠體的功能恩格爾曼的水棉實驗2：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現大量的需氧型細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域結合實驗1的結論，該實驗說明了什么？說明水綿葉綠體主要吸收紅光和藍紫光，在這兩類波長的光照射下，葉綠體會大量釋放氧氣。總結：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綠葉中色素的提取和分離葉綠體的結構適于進行光合作用實驗原理實驗過程實驗結論無水乙醇，層析液葉綠素類胡蘿卜素紅光藍紫光藍紫光色素葉黃素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b（藍綠色）（黃綠色）（橙黃色）（黃色）含量約占3/4含量約占1/4結構

恩格爾曼實驗

功能：葉綠體是進行光合作用的場所小結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。光合作用的概念CO2+H2O光能葉綠體（CH2O)+O2葉綠體如何將光能最終轉化為有機物（糖類）中的能量的？提出問題：氧氣來源于水還是二氧化碳呢？請閱讀教材102頁思考討論部分探究光合作用的原理資料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1928年，科學家發(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。探究光合作用的原理資料2.1937年，英國植物學家希爾發(fā)現，向離體葉綠體懸浮液（懸浮液中有H2O，沒有CO2）中加入Fe3+，在光照條件下可以釋放出O2，同時Fe3+被還原為Fe2+。4Fe3+

+2H2O

4Fe2++4H++O2

光能葉綠體水在光照條件下被葉綠體分解產生氧氣，該過程被稱作水的光解，又被稱為希爾反應。探究光合作用的原理資料2.1937年，英國植物學家希爾發(fā)現，向離體葉綠體懸浮液（懸浮液中有H2O，沒有CO2）中加入Fe3+，在光照條件下可以釋放出O2，同時Fe3+被還原為Fe2+。4Fe3+

+2H2O

4Fe2++4H++O2

光能葉綠體思考：該反應中，三價鐵鹽轉變?yōu)榱硕r鐵鹽，說明有____________（填氧化性/還原性）的物質產生，并將鐵進行了還原。還原性這種有還原性的物質是什么呢？探究光合作用的原理教材103頁“相關信息”.水分解為氧氣和H+的同時，被葉綠體奪取兩個電子，電子經過傳遞，可用于NADP+與H+結合形成NADPH。2H2O4H++O2+4e-

光能葉綠體4NADP++4H++4e-

4NADPHNADPH（還原型輔酶II）也簡寫成[H]，是一種活潑的還原劑。探究光合作用的原理思考：該實驗能否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？資料2.1937年，英國植物學家希爾發(fā)現，向離體葉綠體懸浮液（懸浮液中有H2O，沒有CO2）中加入Fe3+，在光照條件下可以釋放出O2，同時Fe3+被還原為Fe2+?？梢?，懸浮液沒有二氧化碳，因此不能合成糖該實驗說明：水的光解并非必須與糖的合成相關聯(lián)，是相對獨立的反應階段探究光合作用的原理資料2.1937年，英國植物學家希爾發(fā)現，向離體葉綠體懸浮液（懸浮液中有H2O，沒有CO2）中加入Fe3+，在光照條件下可以釋放出O2，同時Fe3+被還原為Fe2+。思考：希爾的實驗能否說明：植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部來自水？還不能，該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也沒有直接追蹤到氧元素的轉移思考：用什么方法可以追蹤出氧氣中氧元素的來源？探究光合作用的原理1940年:魯賓和卡門同位素示蹤法光照射下的小球藻懸液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲組乙組結論：光合作用釋放O2中的O元素來自水，且與二氧化碳無關。對比實驗探究光合作用的原理資料3.1954年，美國科學家阿爾農發(fā)現，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現這一過程總是與水的光解相伴隨。思考：資料3表明，光照時發(fā)生水的光解，除了產生O2、NADPH，還會產生什么物質？ATP思考：為什么會有ATP的產生，誰提供了合成ATP的能量？光能H2O

O2+NADPH

+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATP酶探究光合作用的原理思考·討論

結論小結：①水的光解必須要在光照條件下進行③水的光解與糖的合成不是同一個化學反應②水的光解能夠產生氧氣、[H]和ATP劃分依據:反應過程是否需要光能光反應（光合作用第一階段）暗反應（光合作用第二階段），又稱碳反應

探究光合作用的原理（一）光反應階段

1、定義

光合作用第一個階段的化學反應，必需有光才能進行。

2、條件：

光、光合色素、酶3、場所：

類囊體薄膜上5、過程：

（該反應必須在光合色素上進行）4、反應物：

水、NADP+、ADP、Pi類囊體薄膜上的色素分子ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶光反應階段

可見光（太陽能）探究光合作用的原理探究光合作用的原理物質變化：水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H+

光色素NADPH的合成：光能能量轉變：轉化為ATP、NADPH中活躍的化學能ADP+Pi+能量

ATP酶NADP++H++2e-NADPH酶探究光合作用的原理（二）暗反應階段

1、定義

光合作用第二個階段的化學反應，不直接依賴光（有沒有光）都能進行。

2、條件：

酶、CO2、ATP、NADPH3、場所：

葉綠體基質4、過程：

探究光合作用的原理資料：20世紀40年代，科學家卡爾文等用14C（有放射性）標記的CO2供小球藻（單細胞綠藻）進行光合作用，追蹤放射性14C的去路。現象1：向反應體系中充入一定量的14CO2，光照30秒后檢查產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物。現象2：縮短光照時間到幾分之一秒時，90%以上的放射性14C集中在一種三碳化合物（C3）?，F象3：反應進行到5秒光照時，卡爾文等檢測到同時含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即(CH2O))。科學思維：請結合上述現象，推測CO2，C3，C5和(CH2O)的轉化關系。（放射性）同位素標記法14CO214C3(14CH2O)14C5暗反應

ADP+PiATPNADP+C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶光反應

類囊體薄膜上的色素分子H2OO2酶吸收光解H+酶卡爾文循環(huán)注意：C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸（RuBP）太陽能物質變化：CO2的固定：C3的還原：C3(CH2O)或C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學能能量轉變：有機物中穩(wěn)定的化學能CO2＋C52C3酶ATP的水解：ATP

ADP+Pi+能量酶探究光合作用的原理（二）暗反應階段

探究光合作用的原理光反應暗反應進行場所所需條件物質變化能量轉化必須有光有光或無光均可類囊體薄膜葉綠體基質水光解為O2和H+ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原ATP和NADPH的分解光能轉化為ATP和NADPH中活躍的化學能ATP和NADPH中的活躍化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能光反應和暗反應在物質變化和能量轉化方面存在什么聯(lián)系?探究光合作用的原理物質聯(lián)系：光反應生成的ATP和NADPH供暗反應C3的還原，而暗反應為光反應提供了ADP、Pi和NADP+能量聯(lián)系：光反應為暗反應提供了活躍的化學能，暗反應將活躍的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能光反應與暗反應是一個整體，二者緊密聯(lián)系、缺一不可。關于C3和C5：（條件不發(fā)生改變下）兩種物質的含量相對穩(wěn)定、動態(tài)平衡請思考：光下的植物突然停止CO2的供應后，短期細胞內的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？CO2↓CO2固定停止C3

生成減少，消耗不變C5消耗減少，生成不變C3↓C5↑反之，若突然增加CO2的供應，則短期內：C3↑C5↓請思考：光下的植物突然停止光照后，其細胞內的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？停止光照光反應停止NADPH↓

ATP↓C3

↑C5↓C3生成不變，消耗減少C5消耗不變，生成減少反之，若突然增加光照，則短期內：C3↓C5↑光合作用的產物（P104相關信息）光合作用的產物一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖，蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植株各處。說明有機物生成之后，不會大量儲存在葉肉細胞內！光合作用的意義光合作用產生的有機物養(yǎng)活了世間萬物光合作用產生的氧氣供給了絕大多數生物的呼吸作用光能通過驅動光合作用而驅動生命世界的運轉補充：化能合成作用（P106）自然界中少數種類的細菌，能夠利用體外環(huán)境中某些無機物氧化時釋放的能量，來把無機物制造成有機物，這種途徑叫做化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量

2HNO2+O22HNO3+能量能量6CO2+6H2O(CH2O)+6O2案例：硝化細菌的化能合成作用二、光合作用原理的應用（課本P105）1、光合作用強度：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐一、實驗原理：

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉單位時間內小圓形葉片浮起的數量的多少

光合作用強度的大小光合作用產生O2O2充滿細胞間隙，葉片上浮探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片二、方法步驟：2.將圓形小葉片置于注射器內，使葉片內氣體逸出探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：5.向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，分別置于強、中、弱光下探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐

項目燒杯小圓形葉片加富含CO2的清水光照強度葉片浮起數量110片20mL強多210片20mL中中310片20mL弱少6.觀察并記錄結果二、方法步驟：三、實驗結論：在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐光合作用的原理的應用1、定義植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量2、表示方法：共有2套表示方法活的植物體是同時在進行光合作用和呼吸作用的，也就是同時在產生有機物和消耗有機物。（一）光合作用強度/速率

若不考慮呼吸作用，僅計算單位時間內生產有機物的總量，稱為總光合速率若考慮呼吸作用，則在單位時間有機物的總量需減去呼吸作用的消耗量。最終積累的有機物含量，稱為凈光合速率光合作用的原理的應用（一）光合作用強度/速率

總光合速率=凈光合速率+呼吸速率表示總光合速率時：表示凈光合速率時：有機物制造量或產生量CO2固定量O2產生量有機物積累量或干重增加量CO2吸收量O2釋放量光合作用的原理的應用（二）測定光合作用強度/速率的裝置

①測定呼吸速率將裝置進行遮光處理，測定單位時間內液滴的移動液滴會左移，左移的幅度就是該植物單位時間內的

呼吸速率光合作用的原理的應用（二）測定光合作用強度/速率的裝置

②測定凈光合速率將裝置進行曝光處理，測定單位時間內液滴的移動液滴會右移（氧氣的釋放量），右移的幅度就是該植物單位時間內的

凈光合速率NaHCO3溶液可以維持瓶內CO2的濃度保持不變光合作用的原理的應用（二）測定光合作用強度/速率的裝置

總光合速率=凈光合速率+呼吸速率例：裝置甲中，在黑暗條件下，液滴單位時間左移了2個刻度；裝置乙中，在曝光條件下，液滴單位時間右移了4個刻度。則該植株在該條件下的總光合強度為6個刻度。光合作用的原理的應用影響光合作用強度的因素很多，其中較為重要的有光照強度、CO2濃度、溫度、水分和礦質元素等。光照強度對光合作用強度的影響OB光照強度總光合速率O到B段，隨光照增強，光合作用速率不斷增大；B點之后，光合速率將不再隨光照強度的增大而增大。光飽和點OB段：色素、酶的數量、CO2濃度、溫度——達到最大光合速率的最低光照強度B點及以后：限制因素：光照強度光照強度對光合作用強度的影響A光照強度0CO2釋放量凈光合強度=-呼吸強度吸收量CO2只進行呼吸，此時CO2釋放量表示呼吸作用強度凈光合強度BA點：AB段：光合作用強度小于呼吸作用強度B點：光合作用強度等于呼吸作用強度（光補償點）凈光合強度=0思考：若整株植物的凈光合速率為0，那么該植物的葉肉細胞凈光合速率_____（大于或小于或等于）0大于光照強度對光合作用強度的影響A光照強度0CCO2釋放量吸收量CO2BBC段：光合作用強度大于呼吸作用強度。凈光合強度>0D光飽和點D點：光照強度對光合作用強度的影響CO2O2O2CO2CO2O2O2CO2O2CO2CO2O2請畫出A點、AB段、B點、BC段，葉綠體和線粒體進行氣體交換的示意圖A點AB段B點BC段光照強度對光合作用強度的影響AB光照強度CO2吸收量CCO2釋放量陽生植物陰生植物通常來說，陰生植物光補償點和光飽和點都比陽生植物更低CO2濃度對光合作用強度的影響CO2濃度ACO2吸收CO2釋放BCO2濃度總光合速率A，B，CO2補償點A點：CO2飽和點B和B，：進行光合作用所需CO2最低濃度A，點：注意：若CO2含量過低，低于植物能固定的最小濃度，則無法制造有機物溫度對光合作用強度的影響ABC1020304050溫度光合作用強度

一般植物在10℃-35℃下正常進行光合作用，35℃以上光合作用的酶活性下降，50℃