【课件】光合作用与能量转化课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

1、第五章 第4节光合作用与能量转化俗话说：“万物生长靠太阳”，为什么这么说呢？我们来看一组数据：地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物；地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.111018kJ，这个数字大约相当于240000个三门峡水电站所发出的电力。 绿色植物储存在有机物中的能量来自哪里呢？ 一、捕获光能的色素和结构 红色/蓝色LED灯二氧化碳发生器植物工厂 1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？可以避免自然光照强度不足，光合作用强度降低而造成的减产。人工光源的强度和光质可控，可根据植物生长情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。 一、捕获光能的色素和结构 2.为什么要控制二氧化碳浓度、

2、营养液成分和温度等条件？二氧化碳浓度、营养液成分和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。3.白化苗由于不能进行光合作用，待种子中的营养成分消耗完后就会死亡，这说明光合作用离不开色素的作用。那么，绿叶中与光合作用有关的色素和结构有哪些呢？它们有什么特点和功能呢？ 一、捕获光能的色素和结构 红色/蓝色LED灯二氧化碳发生器植物工厂白化苗正常苗色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取色素。探究绿叶中色素的提取与分离 一、捕获光能的色素和结构 色素的提取原理剪碎加二氧化硅碳酸钙无水乙醇研磨过滤选材？作用？用什么过滤？制备滤纸条画滤液细线要求：细、直

3、、齐 ；重复探究绿叶中色素的提取与分离 一、捕获光能的色素和结构 色素的分离绿叶中的色素都能溶解在层析液中，不同对色素溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。原理不能让滤液细线触及层析液铅笔线层析液培养皿纸层析你还可以用哪些方法分离这些色素？探究绿叶中色素的提取与分离 一、捕获光能的色素和结构 结果叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）扩散速度最快含量多层析液易挥发且有一定毒性，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。注意比较不同植物或不同颜色叶片中的色素？讨论探究绿叶中色素的提取与分离 一、捕获光能的色素和结

4、构 1.实验过程中，甲同学忘加二氧化硅和碳酸钙，乙同学忘加无水乙醇，丙同学加的无水乙醇过多。请分析他们可能出现的实验结果。甲同学研磨不充分，部分色素被破坏，过滤收集的滤液颜色浅。乙同学提取不到色素。丙同学的滤液颜色浅，提取的色素的浓度低。2.实验结束后，某同学的滤纸条上没有出现色素带，分析可能原因。忘记画滤液细线。层析时滤液细线触及层析液。3.收集到的滤液绿色过浅的原因：使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少无水乙醇过多，提取浓度太低未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏 一、捕获光能的色素和结构 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光红光蓝

5、紫光叶绿素a叶绿素b 胡萝卜素 叶黄素叶绿素类胡萝卜素红光蓝紫光 蓝紫光色素（蓝绿色）（黄绿色） （橙黄色） （黄色）3/41/4 一、捕获光能的色素和结构 一、捕获光能的色素和结构 为什么植物的叶片呈现绿色？关于叶绿体中的色素们：四种色素都不溶于水，而溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂中叶绿素的化学性质没有类胡萝卜素稳定，叶绿素的合成易受光照、温度和Mg的影响。叶色变黄：寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素稳定。叶色变红：秋天降温时，植物体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，叶绿素因寒冷逐渐降解。类囊体薄膜上类囊体薄膜和基质色素分布：酶分布： 二、叶绿体的结构适于进行光合作用1g

6、菠菜叶片中的类囊体总面积竟有60m2左右。类囊体堆叠形成基粒，极大地扩展了受光面积 二、叶绿体的结构适于进行光合作用类囊体膜上的色素可以分为两类： 一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素 另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传递给相邻的电子受体， 即可以吸收光并转化光能。吸收、传递、转化光能的色素 二、叶绿体的结构适于进行光合作用练习与应用一、 A二、1.有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。水对红橙光的吸收比对蓝绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光。因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布

7、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。2.与传统方式相比，植物工厂可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。木桶里栽柳5年，雨水浇灌重量主要不是来自土壤而是来自水水是植物生长所需的物质植物生长的物质来自于土壤吗？ 三、光合作用的探究历程 范海尔蒙特 两千多年前，人们受古希腊著名哲学家亚里土多德的影响，认为植物体是由“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。植物增重=土壤减重土壤+水增重空气+1648年重量主要不是来自土壤而是来自水水是植物生长所需的物质 三、光合作用的探究历程 普

8、利斯特利植物可以更新空气只有在光照下,绿叶才可以更新空气 英格豪斯1771年1779年自变量：因变量：有无绿色植物蜡烛是否燃烧，小鼠是否存活 范海尔蒙特1648年水二氧化碳氧气 直到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。1785年，发现空气的组成 三、光合作用的探究历程请设计实验证明绿色植物在光下可以产生氧气重量主要不是来自土壤而是来自水水是植物生长所需的物质 普利斯特利植物可以更新空气只有在光照下,绿叶才可以更新空气 英格豪斯1771年1779年 范海尔蒙特1648年 三、光合作用的探究历程请设计实验证明绿色植物在光下可以产生氧气自变量：因变量：材料

9、选择：有无绿色植物有无氧气产生（气泡+卫生香复燃） 水生植物（如黑藻）如何收集气体？如何排除空气中O2的干扰？挤压至排尽空气并盖紧瓶盖 三、光合作用的探究历程植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来 R.梅耶 萨克斯1864年光合作用的产物是淀粉，光合作用需要光1785年，发现空气的组成,明确绿叶在光下放出O2，吸收CO2 普利斯特利植物可以更新空气只有在光照下,绿叶才可以更新空气 英格豪斯1771年1779年 范海尔蒙特1648年1845年请设计实验探究绿叶在光下可以产生淀粉自变量：因变量：有无光照是否有淀粉产生（碘液）重量主要不是来自土壤而是来自水水是植物生长所需的物质暗处理酒精脱色碘

10、蒸气熏蒸 三、光合作用的探究历程无关变量的控制：选择不同植物的叶片 OR 同一植物不同叶片 OR 同一叶片？叶片本身的绿色对淀粉的检测是否有影响？如何避免？怎样才能避免实验前叶片光合作用产物的影响？部分遮光银边翠重量主要不是来自土壤而是来自水水是植物生长所需的物质 三、光合作用的探究历程植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来 R.梅耶 萨克斯1864年光合作用的产物是淀粉，光合作用需要光1785年，发现空气的组成,明确绿叶在光下放出O2，吸收CO2 普利斯特利植物可以更新空气只有在光照下,绿叶才可以更新空气 英格豪斯1771年1779年 范海尔蒙特1648年1845年 恩格尔曼1880年

11、氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。材料：水绵叶绿体呈螺旋带状分布需氧细菌需氧型探究细胞中氧气产生的场所如何检测某部位是否有氧气产生 三、光合作用的探究历程材料：水绵叶绿体呈螺旋带状分布需氧细菌需氧型探究细胞中氧气产生的场所如何检测某部位是否有氧气产生？需氧细菌集中的部位如何控制无关变量（实验条件）？没有氧气，氧气的释放是否需要光？调整光照射的区域载有水棉和需氧细菌的临时装片，没有空气的小室内，均匀光照现象：细菌分布在叶绿体所有受光的部位黑暗中，用极细的光束照射水绵现象：向叶绿体被光束照射到的部分集中结论：氧气是光照条件下由叶绿体释放的 三、光合作用的探究历程如果用不同颜色的光照射

12、，结果会怎样呢？探究细胞中氧气产生的场所透过三棱镜的光照射大量聚集在红光和蓝紫光区域主要吸收红光和蓝紫光条件：现象：结论：光三棱镜临时装片需氧细菌水绵需氧细菌 三、光合作用的探究历程 三、光合作用的探究历程综合科学家们的发现，总结光合作用的原料、产物、场所和条件及化学反应式？原料 CO2和H2O产物 糖类和O2场所叶绿体条件光、酶CO2 + H2O 光能叶绿体（CH2O）+ O2物质：氧气中的氧来自于水 OR 二氧化碳？能量：光能转化成什么形式能了？同位素标记光合作用释放的O2来自H2O 四、光合作用的原理鲁宾和卡门实验O218O2同位素标记法：放射性同位素 稳定性同位素检测A与B相对分子质量

13、分别为：14C、32P、3H、35S15N、18O32、36PP 四、光合作用的原理资料1：希尔实验在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2）,在光照下可以释放出氧气，像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。希尔实验中的氧化剂起到什么作用？结合H2O分解产生的2H+和2e-叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？NADP+2H+2e- NADPH+H+酶水的光解：2NADP+2H2O 2NADPH + 2H+ O2光酶材料：离体叶绿体处理：加入ADP、Pi，给予光照 结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；结论：光照下，水光

14、解同时ADP和Pi合成ATP。 四、光合作用的原理资料2：阿尔农实验1材料：离体叶绿体处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件结果：离体叶绿体中有糖类生成结论： 黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。资料2：阿尔农实验2ATP的合成：ADP + Pi +能量 ATP酶糖类的合成：CO2 - (CH2O)酶CO2合成糖类的具体过程？ATP 、NADPH 实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程材料：小球藻处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。 四、光合作用的原理资料3：卡尔文实验1CO2 C3C5、C6结果：先出现14C3，最

15、后出现14C5、14C6三碳化合物其他中间产物5秒后60秒后资料3：卡尔文实验2 四、光合作用的原理实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。结论：C3与C5之间是相互循环的。停CO2，C3、C5停光照，C3、C5CO2 + C5 2C3C3-C5CO2 的受体是？NADPH和ATP是用在哪个过程？酶ATP、NADPH酶资料3：卡尔文循环 四、光合作用的原理RUBPPGA淀粉或蔗糖蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的

16、过程。光反应暗反应2H2OO2NADPHADP Pi酶ATP2C3多种酶还原(CH2O)CO2C5固定 四、光合作用的原理叶绿体色素叶绿体色素叶绿体色素叶绿体色素叶绿体色素水的光解e-H+被还原的C3条件：场所：物质变化：能量变化：光、色素、酶水的光解：ATP的合成：基粒类囊体膜上2NADP+2H2O 2 NADPH +2H+ O2光、酶色素ADPPi +能量 ATP酶1.光反应阶段吸收、传递和转化光能光能电能ATP和NADPH中活跃的化学能 四、光合作用的原理CO2的固定：C3的还原：条件：场所：物质变化：能量变化：不需光，需多种酶叶绿体基质CO2C5 2C3酶ATP和NADPH中活跃的化学

17、能有机物中稳定的化学能2.暗反应阶段C3 (CH2O)酶ATP、NADPH 四、光合作用的原理C3 C5酶ATP、NADPH 四、光合作用的原理3.光反应与暗反应的区别类别光反应暗反应所需条件光、色素、酶ATP、NADPH、有光或无光均可、酶进行场所类囊体薄膜叶绿体基质物质变化水光解为O2和H+NADPH和ATP的合成；CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解能量转化光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5 四、光合作用的原理4.光反应与暗反应的联系物质联系：光反应生成的ATP和

18、NADPH供暗反应C3的还原， 而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP。能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能， 暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。【例1】分析叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、NADPH、ATP、以及（CH2O）合成量的变化：1.停止光照，CO2供应不变2.突然光照，CO2供应不变3.光照不变，停止CO2供应4.光照不变，CO2供应增加5.光照不变，CO2供应不变，（CH2O）运输受阻 四、光合作用的原理1.停止光照，CO2供应不变NADPH ATPC3 C5 还原受阻【例1】分析叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、NADPH、ATP、以及（CH2O

19、）合成量的变化： 四、光合作用的原理水的光解：ATP的合成：光、酶色素ADPPi +能量 ATP酶CO2的固定：C3的还原：CO2C5 2C3酶C3 (CH2O)酶ATP、NADPHC3 C5酶ATP、NADPH2NADP+2H2O 2 NADPH +2H+ O2【例1】分析叶绿体处于不同的条件下，C3、C5、NADPH、ATP、以及（CH2O）合成量的变化： 四、光合作用的原理水的光解：ATP的合成：光、酶色素ADPPi +能量 ATP酶CO2的固定：C3的还原：CO2C5 2C3酶C3 (CH2O)酶ATP、NADPHC3 C5酶ATP、NADPH2NADP+2H2O 2 NADPH +2

20、H+ O2CO2 C3 C5 固定受阻NADPH、ATP产量不变消耗减少NADPH、ATP3.光照不变，停止CO2供应绿光吸收光NADPH和ATPC3 C5【例2】在适宜条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。列举光源与瞬间发生变化的物质组合 四、光合作用的原理红光吸收光NADPH和ATPC3 C5 【例3】下图表示某植物叶肉细胞中部分物质变化途径，其中代表有关生理过程。指出所代表的过程及场所在生物膜上进行的是有ATP生成的是 四、光合作用的原理光反应暗反应（C3的还原）有氧呼吸第一二阶段有氧呼吸第三阶段类型光合作用有氧呼吸代谢类型合成代谢(或

21、同化作用)分解代谢(或异化作用)场所叶绿体(针对真核生物)细胞质基质、线粒体条件光、色素、酶等有光无光均可进行，酶等物质变化无机物(CO2H2O)合成有机物，释放O2有机物O2分解成无机物(CO2H2O)能量变化光能转化为有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能转化为ATP中活跃的化学能热能实质合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量联系光合作用为呼吸作用提供氧气和有机物，呼吸作用为光合作用提供二氧化碳和必要的能量，用于原料吸收和产物运输等自变量：1.光照的影响：光照强度、光质不同、日变化 五、光合作用的影响因素及应用1.如何避免光照影响烧杯内水温？烧杯和光源之间放置盛有水的玻璃柱，吸收灯光的

22、热量光照强度改变台灯瓦数调节台灯与实验装置间的距离1.光照的影响：光照强度、光质不同、日变化 五、光合作用的影响因素及应用因变量：光合速率叶片上浮速率2.如何使小叶片沉到水底？注射器吸入清水，排出残留空气，用手堵住注射器前端小孔，并缓缓拉动活塞，使圆形小叶片内气体逸出。CO2吸收量0光照强度黑暗中呼吸释放的CO2量光饱和点净光合作用总光合作用1.光照的影响：光照强度、光质不同、日变化 五、光合作用的影响因素及应用光合速率=呼吸速率光补偿点1.适当提高光照强度2.延长光合作用时间3.合理密植增加光合作用面积4.间作套种5.温室大棚使用无色透明玻璃6.补光-红光和蓝紫光1.光照的影响：光照强度、光

23、质不同、日变化 五、光合作用的影响因素及应用光合速率CO2浓度合理施肥合理灌溉1.适时播种2.温室栽培时，白天适当提高温度，晚上适当降温.温室栽培时，适当提高室内CO2浓度如，放置一定量的干冰或多施有机肥；“正其行，通其风”1. CO2浓度、温度、矿质元素、水、有机物 五、光合作用的影响因素及应用晴朗夏季的某绿色植物光合作用一昼夜中CO2吸收量和释放量变化曲线图。分析各点含义及成因：光合作用强度=呼吸作用强度下午6时左右，光合作用强度=呼吸作用强度温度低，呼吸作用很弱b开始进行光合作用光合作用强度呼吸作用强度光合作用强度呼吸，有机物积累，植物生长积累有机物情况：AD：光合呼吸，有机物积累HI：

24、光合光合AB仅呼吸A呼吸=光合B呼吸吸收量：光合呼吸释放量吸收量：光合呼吸E：净积累量=0题型例析【针对训练】10夏季晴朗的一天，甲、乙两株不同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。下列说法正确的是( )A甲植株在a点开始进行光合作用B乙植株在e点有机物积累量最多C曲线bc段和de段下降的原因相同D两曲线bd段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭D题型例析【跟踪训练】7下图中图1表示的是八月份某一晴天，一昼夜棉花植株CO2的吸收和释放曲线；图2表示棉花叶肉细胞中两种细胞器的四种生理活动状态。则图1中时间a、b、c、d依次发生了图2所示的哪项生理活动( )A(1)(2)(3)(4) B(3)(2)(4)(1)C(3)(4)(1)(2) D(4)(3)(2)(1)D题型例析【跟踪训练】8以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如下图所示。下列分析正确的是( )A.光照相同时间，35时光合作用制造的有机物的量与30 时