5.4 光合作用与能量转化-高一生物精品课件(人教版2019必修1)

净
B
光补偿点
c
光 合 速 率
总 光 合 速
光饱和点率
光照强度
CO2 A
释放量
呼吸速率
2、CO2浓度 ——影响暗反应，制约C3的形成
CO2 吸 收
CO2 A
释 放
光 合 作 用 强
B CO2浓度 度
O
A:CO2补偿点
A':进行光合作用 所需最低CO2浓度
A' B' CO2浓度 B、B':CO2饱和点
1.色素的种类
1. 滤纸条上有几条色素带， 排序、颜色、宽窄如何？ 2. 溶解度大小如何？ 3.哪一种色素含量最多？ 4.如果滤纸条上没有色素带， 可能的原因是什么？ 5.如果滤纸条上色素带颜色 浅，可能的原因是什么？
花青素，是自然界一类广泛存在 于植物中的水溶性天然色素。水果、 蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部 分与之有关。在植物细胞液泡不同 pH 条件下，花青素使花瓣、叶片 等呈现五彩缤纷的颜色。
【探究·实践】绿叶中色素的提取与分离
分离色素的原理：
不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高 的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解 度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。
分离色素的方法 ——纸层析法
【探究·实践】绿叶中色素的提取与分离
1. 滤纸减去两角的目的是什么？ 2. 铅笔画一条细线的目的？ 3. 滤液细线的画线原则？目的是？ 4. 滤液细线重复画两三次的目的是什么？ 5. 两次画线之间要待滤液干后再画线的原因？ 6. 层析时需要注意什么？原因是什么？ 7. 用烧杯层析时，用培养皿盖住烧杯的目的？ 8. 层析后的结果是什么？
水分
应用： 及时、合理灌溉
干旱初期，主 要影响暗反应
5、矿质元素
N：光合酶、蛋白质及NADPH和ATP、核酸、叶绿 素中； P：NADPH和ATP、核酸、磷脂中； Mg：存在与叶绿素中 应用： ①合理施肥
②轮作（如今年种花生，明年种棉花）可充分 利用土壤矿质元素
【探究】光照强度对光合作用强度的影响
方法步骤：
打出小圆型叶片
抽出叶片内气体
将叶片沉入水底，放在暗处待用
3只烧杯各加入20mL富含CO2的清水 各加入10片小圆型叶片，调节不同光照强度
观察并记录
观察与记录
烧 光照 距离 杯 （日光灯）
1 40W 10cm
光照 强度
强
叶圆片上浮所需时间 (单位时间内上浮叶片数量）
二、光合作用的原理
（一）光合作用的概念
绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转 化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
实质：合成有机物，储存能量。
反应式：
CO2 + H2 O
光能 （CH2O)+ O2
叶绿体
（二）探索光合作用原理的部分实验
1、19世纪末 CO2
O2 C + H2O → 甲醛 →糖(CH2O)
____制__造__糖__的类数量，也叫光合速率；
环境因素：阳光、温度、水、CO2浓度、无机营养等
【探究】光照强度对光合作用强度的影响
1.原理： 叶片含有空气，上浮—抽—出—空—气→叶片下沉
—光—合—作—用→细胞间隙充满O2，叶片上浮
【探究】光照强度对光合作用强度的影响
2.实验变量分析
自变量：光照强度
这四种色素对光的吸收有什么差别呢？
阳光(白光)在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散 开，形成不同颜色的光带，称为光谱。
2.色素的作用
• 叶绿素a和叶绿素b主要吸收 蓝紫光和；红光 • 胡萝卜素和叶黄素主要吸收 蓝紫光。
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
叶片为什么是绿色的呢？
光
叶绿体
反射光
吸收光 透过光
（三）半叶法
将植物对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）则留在 光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当方法阻止两部 分的物质和能量转移。一定时间后（h）在这两部分叶片的对应 部位截取相同面积（s）的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB。
总光合速率:__(_M__B_—__M___A_)_/_s·h
使光合强度不同。
2、阴生植物和阳生植物
1、叶龄
CO2
吸
收
C
阳生植物
阴生植物
应用：摘除老叶、残叶
0B A
光照强度
（二）环境因素：
1、光照强度
应用：
①阴雨天，温室 大棚中适当提高光 照强度；
②阴生植物的光 补偿点和光饱和点 都较低，间作套种 时应注意农作物的 种类搭配，合理利 用光能。
CO2
吸收量
0
D
4、1941年，鲁宾、卡门实验
实验方法： 同位素示踪法
实验结论： 氧气中的氧元素全部来自于H2O
5、1954年，阿尔农
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
这一过程总是与水的光解相伴随。
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2O
光照 叶绿体
O2 + NADPH(H+) + 能量
ADP+Pi
2 40W 30cm 中
3 40W 50cm 弱
结论：
在一定范围内，随光照强度增强，光合作用强度也 不断增强
化能合成作用
1、定义：少数种类的细菌，利用体外环境中的某些无机 物氧化时所释放的能量来制造有机物。
2、举例：硝化细菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量
提取色素要注意什么？
1. 破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。 2. 保证色素的结构和活性不被破坏。 3. 使色素溶解于试剂中。
【探究·实践】绿叶中色素的提取与分离
提取色素的原理：
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中， 可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。
【探究·实践】绿叶中色素的提取与分离
1.为何会选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果？ 2.色素提取时所用试剂及作用？ 3.研磨时应注意什么？原因为何？ 4.装有滤液的试管为什么用棉塞塞住？
O2
NADPH
C3
ATP
ADP+Pi
C5
NADP+
CO2浓度不变 光反应 NAD ATP
PH
C3 C5 （CH2O）
光照减弱
光照增强
O2
NADPH
C3
ATP
ADP+Pi
C5
NADP+
光照不变 暗反应 C3 C5 [H]
CO2浓度减少
CO2浓度增加
ATP (CH2O)
三、光合作用原理的应用
光合作用强度： 简单地说，就是指植物在___单__位___时__间内通过光合作用
细，胞由于呼吸
NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移
的距离表示植物的O2释放速率，可代表 净光合速。率
（一）液滴移动法
实验组
对照组
NaHCO3 溶液
NaHCO3 溶液
2、物理误差的校正：
为防止气压、温度等物理因素引起的误差，应设置对照实 验，即用 死亡 植物分别进行上述实验，根据红色液滴的 移动距离对原实验结果进行校正。
第2阶段：暗反应（碳反应）
3、物质变化：
CO2+C5 → 2C3 2C3 →C5+(CH2O) ATP→ ADP+Pi NADPH→NADP+
4、能量变化：
ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定化学能
O2
NADPH
C3
ATP
ADP+Pi
C5
NADP+
NADPH和ATP的移动途径是从？类囊体薄膜到叶绿体基质； NADP+和ADP、Pi的呢从？叶绿体基质到类囊体薄膜； NADPH的作用1？.活泼的还原剂；2.储存部分能量供暗反应阶段利用；
(二)叶圆片称重法 通过测定有机物的变化量来测定光合速率（S为叶圆片面积）
10时叶圆片X （干重x克）
12时叶圆片Y （干重y克）
14时叶圆片Z （干重z克）
净光合速率=__(_z__-_y_)_/__2_S___呼吸速率= _____(_x_-_y_)/2S 总光合速率=__(_x__＋__z__-_2_y__)_/_2S
问题导学
1、植物依靠哪些色素捕获光能？ 2、提取色素和分离色素的原理？绿叶中色素分离的 结果？ 3、叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
问题探讨
植 物 工 厂
补充光源：常见的是红色、 蓝色和白色
（一）捕获光能的色素
【探究·实践】绿叶中色素的提取与分离
净光合速率
释放量 积累量 吸收量
（一）液滴移动法
NaOH溶液
NaHCO3溶液
1、测定原理： ①在黑暗条件下，甲装置中的植物只进行 细胞呼，吸由于NaOH溶间内红色液滴左移的距离表示O2吸收速率，
可代表 呼吸速。率
②在光照条件下，乙装置中的植物进行 光合作用和
CO2+H2O 化学能 (CH2O)+O2
四、影响光合速率的测定
1、光合作用强度：单位时间内通过光合作用制造糖类的数 量（或O2产生量、CO2的消耗量）
2、区分总光合速率和净光合速率
O2 有机物
CO2
呼吸速率
吸收量(黑暗) 消耗量(黑暗) 释放量(黑暗)
真光合速率
产生量、制造量
制造量、产生量
利用量、固定量、 消耗量、同化量
叶绿素的分子结构
色素名称 β-胡萝卜素
叶黄素
元素组成
C、H C、H、O
分子质 量 536
568
叶绿素a C、H、O、N、Mg 892
叶绿素b C、H、O、N、Mg 906
植 物 工 厂
1g菠菜叶片中的 类囊体总面积竟 有60m2左右。
黑藻 水绵
【思考·讨论】 叶绿体的功能
恩格尔曼的实验
【思考·讨论】 叶绿体的功能
（四）黑白瓶法
原理： “黑瓶”不透光，测定有氧呼吸量，“白瓶” 给予光照，测定的是净光合量。
水深
白瓶中O2浓度（g/m2） 黑瓶中O2浓度（g/m2）
1m 2m 3m ＋3 ＋1.5 0 -1.5 -1.5 -1.5
4m -1 -1.5
五、影响光合速率的因素
（一）内部因素（植物自身因素）：
因酶的数量、活性不同，色素的数量不同，
思考：
结合刚刚学过的色素吸收光存在差异这 一知识，同学们能否在恩格尔曼第一个实验 的基础上进一步提出所要研究的问题？
工具：三棱镜
【思考·讨论】 叶绿体的功能
需氧细菌
水绵
需氧细菌
叶绿体是光合作用的场 所，并且能够吸收特定波 长的光。
叶绿体内部巨大的膜表 面上，分布着许多吸收光能 的色素分子，在类囊体膜上 和叶绿体基质中，还有很多 进行光合作用所必需的酶。
ATP
（三）光合作用过程
根据是否需要光能，可概括为光反应和 暗反应（碳反应）。
O2
NADPH
C3
ATP
ADP+Pi
C5
NADP+
第1阶段：光反应
1、场所：
类囊体薄膜
2、条件：
光、色素、酶
第1阶段：光反应
3、物质变化： 2H2O→ O2+4H+ H++NADP+→NADPH ADP+Pi→ATP
第1阶段：光反应 4、能量变化：
光能→(NADPH和ATP中) 活跃化学能
第2阶段：暗反应（碳反应）
1、场所： 叶绿体基质
2、条件： 多种酶 ATP NADPH
第2阶段：暗反应（碳反应） 卡尔文循环：
14C02→14C3→(14CH20)+14C5
C3:3-磷酸甘油酸 C5:核酮糖-1,5-二磷酸 (RuBP)
2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒
3、1937年
希尔
铁盐(或其他氧化剂)
反应 H2O 离体叶绿体 光照
2H+ + O2
水的 光解
希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个 化学反应？ 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时
需要CO2中的碳元素。
希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全 部都来自水？不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。
a、相同瓦数，不同距离 b、不同瓦数，相同距离
因变量：光合作用强度
a、全部叶片上浮所需时间 b、单位时间内叶片上浮数量
无关变量：温度等，用中间的成水玻璃柱吸收热量
来排除干扰。
【探究】光照强度对光合作用强度的影响
3.实验装置
【探究】光照强度对光合作用强度的影响
方法步骤：
打出小圆型叶片 抽出叶片内气体
应用：
① 投放干冰或二氧化碳发生器 ② 施用有机肥、农家肥 ③ 大田：“正其行，通其风”
3、温度 ——通过影响酶活性影响光合速率。
应用： ① 适时播种 ② 温室栽培植物，白天适当升温，提高光 合速率；夜晚适当降温，降低呼吸速率
4、水 ——水既是光合作用的原料，又是体内各种化 学反应的介质，缺水会导致光合速率下降。另外， 水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。