生物：54《能量之源-光与光合作用》课件（新人教版必修1）

1、第5章 细胞的能量供应和利用第4节 能量之源光与光合作用考点一：绿叶中色素的提取和分离实验原理：提取(无水乙醇)、分离(层析液)目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤： 1.提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条 3.画滤液细线 4.分离绿叶中的色素 5.观察和记录讨论： 1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？ 2.滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？方法与步骤：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。色素分离实验及作用色素有

2、那些功能呢？吸收、传递、转换光能叶绿体中色素提取和分离实验中几个关键问题 取叶要新鲜 ， 滤液中含有较多的色素； 研磨要迅速充分，防止丙酮挥发，同时可以得到色素浓度较大的滤液； 画滤液细线要重复次，以便色素带清晰； 滤液细线要细、直，防止色素带重叠； 滤液细线勿浸入层析液，防止色素溶解在层析液中； 层析时，烧杯要加盖，避免苯等有毒物质挥发出来污染空气； 实验结束，要用肥皂洗手，因为实验中可能接触了苯等有毒物质； 滤纸条要避光保存，防止褪色 叶绿体中的色素：叶绿素叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）吸收红光和蓝紫光3/4类胡萝卜素胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）吸收蓝紫光1/4胡萝卜素叶黄素叶绿

3、素a叶绿素b一 捕获光能的色素和结构1、捕获光能的色素色素叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶绿素b叶黄素胡萝卜素叶绿素主要吸收红光和蓝紫光吸收可见的太阳光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光（蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）含量约占3/4含量约占1/4叶片中的叶肉细胞绿叶 叶肉细胞亚显微结构模式图 叶绿体亚显微 结构模式图2、捕获光能的结构叶绿体（1）分布主要分布在绿色植物的叶肉细胞（2）形态一般呈扁平的椭球形或球形（3）结构外膜内膜（4）功能光合作用的场所“养料的制造车间”“能量的转换站”基粒由两个以上的类囊体组成，含色素和酶基质含多种光合作用所必需的酶、少量的DNA透明，有利于光线的透过1.下列标号各代表

4、： 2.在上分布有光合作用所需的 和 ，在中也分布有光合作用所需的 。 基质酶? 外膜内膜类囊体基粒色素酶 叶绿体亚显微 结构模式图.考点二：光合作用的发现及概念光合作用的概念： 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光合作用的探究历程：植物体内全部营养物质一、光合作用的发现 2000多年前，古希腊著名的哲学家亚里士多德认为：植物体是“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。1648年 比利时 海尔蒙特实验图A 土壤(烘干)100公斤幼树2.5公斤图B 只浇雨水(几乎不含任何养料) 图C 5年后树长大了图D 土壤烘干

5、后称重，只比原来减轻了0.1公斤，树增加了32公斤柳树生长之谜植物增重主要来自于水，土壤提供极少量的物质思考：你认为结论完全正确吗？植物的主要“食物”只来自水吗？实验结论：普里斯特利实验萨克斯实验的应用： 验证光合作用生成淀粉时要注意的问题？1、实验前应黑暗处理（饥饿处理）；2、用碘液鉴定前应先脱色、漂洗。1、为什么水绵是合适的实验材料？2、他是如何控制实验条件的？3、他是如何对照的？水绵具有细而长的叶绿体，便于观察选用黑暗、无空气的环境：排除环境中光线和氧气的影响选用极细的光束，并用好氧细菌检测：准确判断释放氧气的部位讨论：此实验在设计上有什么巧妙之处？分以下几个问题：自身对照实验的选材、设

6、计有哪些巧妙之处？1、选用水绵、好氧细菌做实验材料（便于观察）2、选用黑暗没有空气的环境（单一变量原则）3、先在黑暗条件下用极细的光束，再完全曝光（对照原则）恩吉尔曼实验的结果分析：这一巧妙的实验说明了什么？叶绿体中的色素对不同波长的吸收的强度不同，主要吸收红光与蓝紫光，几乎不吸收绿光积极思维 返回20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin) 用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。卡尔文循环：CO2 C3 (CH2O)4 能量之源光与光合作用1771年，普里斯特利(Joseph Priestley)： 1785年，才明确绿色植物在光照下释放氧气，吸收二

7、氧化碳。1779年，英格豪斯（J.Ingen-housz）发现：普里斯特利的实验只有在光下才能成功；植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。植物可以更新空气，但忽略了光的作用。4 能量之源光与光合作用1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）： 根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来了。1864年，萨克斯(Julius von Sachs)的实验： 绿色叶片在光合作用中产生淀粉1880年，恩吉尔曼的实验：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所。4 能量之源光与光合作用1940年，美国科学家鲁宾、卡门同位素标记实验： 光合作用释放的氧气全部来自

8、于水20世纪40年代，美国科学家卡尔文的实验： CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径-卡尔文循环经典实验实验结论恩吉尔曼实验鲁宾、卡门实验光合作用吸收二氧化碳并放出氧气，光合作用需要光。（原料、产物和条件）绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。（产物）氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所。（产物和场所）光合作用释放的氧全部来自水。（原料与产物的关系）普利斯特利等实验萨克斯实验光二氧化碳水氧气有机物二氧化碳+水 氧气+有机物CO2O2光照H2O叶绿体叶绿体光合作用表达式：色素：基粒类囊体的薄膜上酶：基粒类囊体的薄膜上和叶绿体基质中考点三：光合作用的过程及实质4 能量之源光与光

9、合作用场所:类囊体薄膜叶绿体基质H2O类囊体膜酶Pi ADPATP1.光反应阶段酶光、色素、叶绿体内的类囊体膜上水的光解：H2O H + O2光能（还原剂）ATP的合成：ADPPi 能量（光能） ATP酶条件 ：场所：物质变化：能量变化：光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中HCO2糖类 五碳化合物 C5 蛋白质脂质CO2的固定三碳化合物 2C3C3的还原 基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi ADPATPHCO2糖类 五碳化合物 C5 蛋白质脂质CO2的固定三碳化合物 2C3C3的还原 基质多种酶HATP2.暗反应阶段CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的还原：ATPH 、ADP+Pi条件：场所：

10、物质变化：能量变化：叶绿体的基质中多种酶、 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶糖类H 、ATP光反应阶段与暗反应阶段的比较项目光反应阶段暗反应阶段区别场所条件物质变化能量转化囊状结构的薄膜上叶绿体的基质中需光、色素和酶不需光、色素;需多种酶光能转变为ATP中活泼的化学能ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能水的光解：H2O 光 H+O2光ADP+Pi ATP酶CO2的固定：CO2+C5 2C3C3的还原：2C3 （CH2O） H，ATP酶ATP ADP+Pi酶联 系1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供H和ATP2、暗反应是光

11、反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系思考:原料和产物的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：碳的转移途径：卡尔文循环光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能CO2C3（CH2O）4 能量之源光与光合作用叶绿体光CO2+H2O* (CH2O)+O2*光合作用总反应式：4 能量之源光与光合作用叶绿体光6CO2+12H2O* C6H12O6+6O2*+6H2O四、光合作用的实质物质变化：把简单的无机物转变为复杂的有机物能量变化：把光能转变成储存在有机物中的化学能物质变化：无机物能量变

12、化：光能转变转变有机物糖类等有机物中的化学能化能合成作用：利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物。少数的细菌，如硝化细菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量硝化细菌举例：6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量自养生物: 以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。异养生物: 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。所需的能量来源不同（光能、化学能）光能自养生物绿色植物硝化细菌化能自养生物例如人、动物、真菌及大多数的细菌。4 能量之源光与光合作用光合作用原理在农业生产中的应用 ：提高

13、光合作用强度，增加农作物产量。例如：控制光照的强弱和温度的高低， 适当增加作物环境中二氧化碳的浓度， 等等。影响光合作用的主要外界因素：1）光照 2）CO2 3）温度影响光合作用的因素及其相关原理在生产实践中的应用 考点四：影响光合作用的因素叶龄 OA段：AB段：BC段：幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断提高 壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。 老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。 应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，可降低其细胞呼吸消耗有机物

14、。 影响光合作用的因素及其相关原理在生产实践中的应用 考点四：影响光合作用的因素单因子变量对光合作用的影响 光合作用强度表示方法1、单位时间内光合作用产生有机物（糖）的 数量（即植物重量或有机物的增加量）。2、单位时间内光合作用吸收C02的量(或实验 容器内CO2减少量)。3、单位时间内光合作用放出02的量(或实验容 器内02增加量)。单因子变量对光合作用的影响 光照时间：光照强度： 光质：时间越长，产生的光合产物越多在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合作用速率。1光照光反应光照强度光照强度光合速率0光强光强CO2吸收CO2释放A0BCNADPH、ATP暗反应 C3还原（CH20）光照

15、强度A点：AB段：B点：BC段：C点：光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度 随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用 光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率 随光照强度不断增强，光合作用不断增强 光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强 净光照强度净真正光合速率净光合速率+呼吸速率 光反应光照强度光照强度光合速率0光强光强CO2吸收CO2释放A0BC光补偿点光饱和点NADPH、ATP暗反应 C3还原（CH20）不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出

16、了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方光反应光照强度光照强度光合速率0光强光强CO2吸收CO2释放A0BC阳生植物阴生植物光补偿点光饱和点NADPH、ATP暗反应 C3还原（CH20）从海的不同深度采集到4种类型的浮游植物（、和），测定了每种类型的光合作用，如下图所示。在最深处采集到的是哪种类型的浮游植物？ 光照强度光合速率光反应光照强度据光照强度可制定的农作物增产措施光照强度NADPH、ATP暗反应

17、C3还原（CH20）(1)白天：适当增强光照(2)阴雨天：适当补光(5)种植时： 合理密植(4)间作套种时农作物的种类 搭配，林带树种的配置 (3)冬季温室栽培避免高温 过度密植减产的原因从生理学角度看：过度密植使得植物下半部的叶片受到的光照强度过弱（小于光补偿点），使这部分叶片光合作用强度小于呼吸作用强度造成大量消耗有机物导致农作物减产。光的性质白光红光、蓝紫光 绿光温室大棚塑料薄膜的颜色最好是：无色透明绿色植物生理实验的安全灯颜色：绿色水域植物（藻类水深）的垂直分布：绿藻红藻褐藻2光照面积 OA段：A点：OB段：BC段：OC段：随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大 光合作用面积的饱和

18、点 随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡，光照强度在光补偿点以下 干物质量随光合作用增强而增加 随叶面积的不断增加，干物质积累量不断降低 随叶面积的不断增加，呼吸量不断增加 2光照面积 应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶片所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。 C3的生成CO2浓度暗反应C3还原（CH20）光合速率0CO2浓度AB3CO2浓度A点：AB段：B点：进行光合作用所需CO2的最低浓度 在一定范围内，随C02浓度的提高，植物的光合速率加快 表示C02的饱和点，CO2超过该浓度，光合速率达到最大不再提高。 C3

19、的生成CO2浓度暗反应C3还原（CH20）光合速率0CO2浓度ABCO2饱和点CO2补偿点？C3的生成CO2浓度暗反应C3还原（CH20）光合速率0CO2浓度AB思考：1、在温度适宜、CO2含量超过B点对应的浓度的条件下，如何进一步提高光合效率？2、若光照充足、温度适宜，造成B点的原因是什么？3、若再绘另一光照更弱条件下的该曲线，则图中A点向什么方向移动。3CO2浓度3CO2浓度应用：农作物增产措施（2）温室栽培，晴天适当增加 CO2浓度施有机肥（农家肥）施用NH4HCO3肥料（1）合理密植使农田通风良好 “正其行，通其风” 光合速率0CO2浓度ABCO2发生器 4 H2OH+的生成H2O暗反

20、应C3还原（CH20）NADPH的生成 含水量1、光合作用的原料；2、植物体内各种生化 反应的介质；3、影响气孔的开闭。应用：根据作物需水规律合理灌溉； 预防干旱洪涝OA段：在一定范围内，水越充足，光合作用速率越快 5 矿质元素 矿质元素矿质元素直接或间接影响光合作用。如可促进叶片面积增大，提高酶的合成速率，作为酶的激活剂等，提高光合作用速率。 应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。 6温度酶活性1、温度NADPH、ATP生成量暗反应（CH20）生成量光反应主次2、温度是影响气孔开闭的因素之一6温度应用：农作物增产措施晴天：白天适当升温，晚上适当 降温以保持较高的昼

21、夜温差连续阴雨天：白天和晚上均降温1、适时播种；2、温室栽培：3、防止“午休”现象多因子对光合作用速率的影响P点：Q点：限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高 横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法 多因子对光合作用速率的影响温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当充加C02，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和C02浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况，通过增加光照强度，调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到

22、增产的目的 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2叶绿体光能C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量酶O2、C6H12O6CO2 关于光合作用和呼吸作用的关系各项生命活动光合作用与有氧呼吸的比较光合作用有氧呼吸区别场所所需条件物质变化能量变化联系光合作用为有氧呼吸提供 、 ；呼吸作用为光合作用提供 。叶绿体主要在线粒体光、温度、酶等O2、温度、酶等无机物合成有机物有机物分解成无机物光能转变成稳定的化学能有机物中的化学能释放出来，转移给ATP有机物O2CO2氧气释放量（CO2吸收量、葡萄糖生产量）= 光合量 - 呼吸量在暗处或植物体的非绿色部分：氧气吸收量（CO2释放量、葡萄糖消耗量）= 呼吸量光合作用、呼吸作用都进行只进行呼吸作用例1：科学家用14C标记二氧化碳，发现碳原子在一般植物体内光合作用中的转移途径是A二氧化碳叶绿素葡萄糖B二氧化碳ATP葡萄糖C二氧化碳五碳化合物