3.5 光合作用将光能转化为化学能（第一课时）-高一上学期生物浙科版必修1

1、光合作用将光能转化为化学能（一）课程导入 细胞呼吸一般以糖为底物，那么糖是怎样产生的呢？ 以二氧化碳和水为原料，利用光能合成糖类等有机物，这些有机物为其自身的生长、发育和繁殖提供物质和能量。人、动物、真菌和大部分细菌直接或间接依靠自养生物的光合产物生活。绿色植物和蓝细菌自养生物异养生物生物界的糖绝大部分来源于光合作用：一、光合作用与细胞呼吸的关系6CO2+12H2O C6H12O6 +6O2+ 6H2O 光叶绿体还原氧化细胞呼吸：光合作用：C6H12O6 +6O2+ 6H2O 6CO2+ 12H2O 酶氧化还原光合作用VS呼吸作用2. 光合作用是一个_反应，它利用_将CO2转变为糖，并将能量储

2、存在糖分子内。也就是说，光合作用是一个将_转化为_的过程。1. 呼吸作用是一个_，将储存在_的化学能释放出来，形成ATP，为各种生命活动提供能量。放能反应葡萄糖等有机物中太阳能光能化学能吸能反应6CO2+12H2O C6H12O6 +6O2+ 6H2O 光叶绿体【思考】光合作用和需氧呼吸是否互为逆反应？不是，场所不同，条件不同。Tips：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应的方向进行的反应。二、光合作用在叶绿体中进行内外膜基质类囊体基粒叶绿体结构图（主要分布在绿色植物的叶肉细胞）（一）叶绿体光合色素存在于基粒类囊体膜（光合膜）上。与光合作用有关的酶存在于基粒和基质中。思考：1.

3、 与光合作用有关的酶和色素分别在哪里？不是，如蓝细菌没有叶绿体，但有酶和色素。2. 光合作用是否一定在叶绿体内发生？（二）光合色素的提取与分离 叶绿体中含有多种色素，这些色素与光合作用有关，被称为光合色素。光合色素是一类脂溶性物质，可以利用脂溶剂将它们从叶绿体中提取出来，并且将它们分离开来，达到观察叶绿体中色素的目的。实验背景实验原理1. 色素的提取：绿叶中的色素能溶解在丙酮或酒精等有机溶剂中，故用无水乙醇可以提取绿叶中的色素。2. 色素的分离：不同色素随层析液(乙醚或石油醚)在滤纸上扩散速度不同，溶解度大，扩散速度快。 目的要求材料用具1. 学会提取和分离叶绿体中色素的方法。2. 分离叶绿体

4、中的四种色素。 新鲜的绿色叶片（如菠菜叶、刺槐叶），干燥的定性滤纸，95%的酒精，层析液（乙醚或石油醚等），二氧化硅，碳酸钙，研钵，小玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，试管，药匙，量筒，天平。方法步骤1. 烘干、研磨：二氧化硅:95%酒精:碳酸钙:为了研磨充分保护叶绿素分子不被破坏溶解色素 将新鲜的菠菜叶（或刺槐叶等）放入4050的烘箱中烘干，粉碎后取2g干粉放入研钵中，加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入23mL95%的酒精，充分、迅速研磨成匀浆。2. 过滤：尼龙布：减少色素吸附 在一小玻璃漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入漏斗中。收集滤液到一支试管中，及时用棉塞将试管口塞紧。干燥的定性

5、滤纸滤纸条下端剪去两个角：避免两边扩散过快，保证色素带平齐。10cm长，1cm宽3. 制备滤纸条 用铅笔划线4. 点样一是越细越齐越好要求：二是待干燥后再重复3-4次（避免色素带重叠）（增加色素的量）5. 分离色素A、滤纸条要斜靠烧杯壁B、滤液细线要高于层析液液面要求：（否则色素会溶解在层析液中）C、试管加软木塞（乙醚有毒并防止色素氧化）纸层析法：不同色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，故：可用层析液将不同的色素分离。软木塞滤纸条大试管滤液细线层析液铁架台6. 实验结果胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙色黄色蓝绿色黄绿色类胡萝卜素叶绿素（含镁）色素带的条数-色素的种类色

6、素带的宽窄-色素的含量色素带的位置-色素的溶解度注意：含量最多-叶绿素a 含量最少-胡萝卜素 溶解度最大-胡萝卜素 溶解度最小-叶绿素b（三）树叶的颜色 初生的植物，叶片是黄绿色的；长大后，变为深绿色；到了秋冬季节，便枯黄了。这是为什么呢？ 早春，初发育的嫩叶合成的叶绿素较少，叶绿素的绿色不足以遮盖黄色色素的颜色，叶片呈现出嫩绿色。进入盛夏，处于旺盛生长阶段的植物合成叶绿素的能力增加，叶绿素增多，其颜色遮盖了黄色色素的颜色，叶片也变得郁郁葱葱了。深秋气候变冷，太阳的光照量大大减少，叶绿素的合成速度变慢或停止，原有的叶绿素被破坏，叶黄素或者胡萝卜素的颜色就显露出来，叶片变黄。 当然，不是所有植物

7、的叶片都符合上述变化规律。例如，枫叶是由绿先变红再变黄，红苋菜的叶是红的，因为在这类植物叶片中除了叶绿素和类胡萝卜素外，其液泡中还含有大量水溶性的色素，如花青素。 在光合作用中，光合色素的作用是吸收可见光，将光能转化为化学能，用于有机物的合成。不同的光合色素吸收什么样的可见光？（四）光合色素吸收的可见光 光是辐射能的一种形式，辐射能以波的形式传播。光波像水波一样，有波峰和波谷。两个相邻的波峰之间的距离称为波长。我们的眼睛能看到的光称为可见光，其波长为400760nm。植物光合作用所能利用的光也在可见光范围内。 我们把看到的太阳光称为白光，它是由许多不同波长的光组成的。太阳光通过三棱镜折射后，便

8、可分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等不同的颜色，这就是所谓的可见光谱。400500600700波长/nm叶绿体色素吸收光谱叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素吸光率 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。思考：光合色素的作用是吸收可见光，试分析叶片绿色的原因？三、光合作用的过程光合作用分几个阶段？分别在哪里进行?有什么物质变化和能量变化？根据反应过程中是否有光的直接参与光反应：直接需要光碳反应/暗反应：不需要光直接参与光合作用（一）光反应光光合膜H2OO2ATPNADPH光反应氧气、ATP、NADPH类囊体膜（光合膜）中ADP+Pi+能量酶ATPNADP+H+2e-酶NADPH2H2O 光

9、4H+4e-+O2光能 电能 ATP、NADPH中活跃化学能光、色素、酶光反应场所：物质变化：产物：能量变化：条件：光光合膜H2OO2ATPNADPH光反应基质碳反应（卡尔文循环）CO2糖ADPNADP+（二）碳反应五碳糖CO2ATPADPNADPHNADP+三碳酸固定还原三碳糖三碳糖合成葡萄糖等其他有机物碳反应（卡尔文循环）场所：原料：物质变化：能量变化：叶绿体基质五碳糖、CO2、NADPH、ATP 3C56三碳糖+三碳糖（五碳化合物的再生）CO2+ C5酶 2三碳酸（CO2的固定）2三碳酸酶2三碳糖ATP、NADPH （三碳酸的还原）ATPADP+Pi+能量NADPHNADP+H+2e-

10、ATP、NADPH中活跃化学能 糖类等有机物中的稳定化学能大多数为了再生五碳糖项目光反应阶段碳反应阶段区别反应性质与光的关系场所条件物质变化能量转化类囊体薄膜（光合膜）中叶绿体基质中光、水、光合色素、酶多种酶、CO2、NADPH和ATP 光能电能ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能水光解，产生O2和NADPH，生成ATP 联 系CO2的固定，三碳酸的还原，五碳糖的再生 光化学反应和酶促反应酶促反应必须在光下进行与光无直接关系，有光和无光状况下都能进行光反应为碳反应的顺利进行准备了ATP和NADPH光合作用碳反应光反应能量变化：光能 电能 ATP

11、、NADPH中活跃化学能 糖类等有机物中的稳定化学能物质变化：2H2O4H+ +O2+4e-NADP+ +H+ +2e-NADPHADP+Pi+能量ATP CO2+C5三碳糖ATPADP+Pi+能量NADPHNADP+H+2e- 小结：3次卡尔文循环输出1分子三碳糖在叶绿体内合成淀粉、蛋白质、脂质大部分运出叶绿体外合成蔗糖卡尔文循环（3轮）叶绿体淀粉三碳糖氨基酸脂质三碳糖其他代谢蔗糖细胞呼吸生成一个C6H12O6要几个二氧化碳？二氧化碳（CO2）五碳糖（C5）2个三碳糖C5C35个1个需要3个二氧化碳，3次卡尔文循环需要6个碳，需要6个二氧化碳，6次卡尔文循环 这个问题直到20世纪40年代才被

12、解决。当时研究人员已经能够运用氧的同位素18O标记的CO2和H2O进行实验。结果发现，只有供给H218O时，光合作用释放的才是18O2，由此证实了光合作用释放的氧气来自于H2O中的O。实验结果如下式所示： 6C1802+12H20C6H121806+6H2180+6026CO2+12H218OC6H12O6+6H2061802 所以光合作用的总反应式，若以葡萄糖为产物，应该是每6分子二氧化碳与12分子水发生反应。6CO2+12H2180C6H12O6+6H20+618O2光合作用释放的O2，究竟来自CO2，还是来自H2O？小资料20世纪初期英国：伯莱克曼（F.F.Blackman）时间温度时间

13、光照强度测定光合作用强度拓展延伸20世纪90年代：国际光合作用会议上 为了更加准确地反映光合作用的真实情况，从事光合作用研究的科学家一致同意：光合作用的第一阶段仍称为光反应，包括水的氧化、氧的释放、电子传递、ATP和NADPH的形成，是发生在光合膜中的一系列反应；光合作用的第二阶段改称为碳反应，是指发生在叶绿体基质中的二氧化碳转变为糖的一系列反应。巩固练习1. 温室栽培胡萝卜，用什么颜色的玻璃做顶棚更能提高产量（ ） 红色 B. 无色 C.绿色 D.蓝紫色 B2. 关于叶绿素的叙述，错误的是（ ）A. 叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素B. 被叶绿素吸收的光可用于光合作用C. 叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同D. 植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光D3. 下列有关光合作用的叙述，错误的是（）A. 光反应的发生依赖叶绿体中的色素B. 碳反应的发生场所是叶绿体基质C. 碳反应中14C的转移途径是14CO214C314C5（CH2O）D. 光合作用中能量转换是光能ATP和NADPH中活跃化学能有机物中稳定化学能C4. 如图为光合作用示意图。下列说法错误的是（）A表示O2，表示还原型辅酶（NADPH），表示CO2B碳反应中，CO2首先与C5结