光合作用课件【新教材】人教版高中生物必修一

第5章

细胞的能量供应和应用第4节光合作用与能量转化叶绿体Chloroplast问题探讨1.用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足，导致光合作用强度低而造成的减产。同时人工光源的强度和不同色光可以调控，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。2.影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，二氧化碳浓度，营养液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。你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的蔬菜工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件?

在植物工厂里,人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界,则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化,是生物圈得以维持运转的基础。

光合作用(photosynthesis)是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。因此,有人称光合作用是“地球上最重要的化学反应"。开篇Introductory观察发现叶片作为高等植物进行光合作用的主要器官通常都是绿色的，说明其中有绿色的色素。白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？一、捕获光能的色素和结构123用无水乙醇提取色素（色素能溶解在有机溶剂中）提取的原理实验目的提取并分离绿叶中的色素，探究绿叶中色素的种类分离的原理用层析液分离色素（色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高，扩散得越快）-----纸层析法探究·实践绿叶中色素的提取和分离实验材料与试剂新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）、无水乙醇、层析液（可用93号汽油代替）二氧化硅、碳酸钙新鲜的绿叶色素含量多二氧化硅可使研磨更充分3.碳酸钙防止研磨中色素被破坏干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。实验用具探究·实践绿叶中色素的提取和分离探究·实践1.提取绿叶中的色素1234①称取5g的绿叶，剪碎，

放入研钵中。②放入少许二氧化硅和碳酸钙，

再放入10mL无水乙醇，

迅速、充分地研磨二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。防止无水乙醇挥发叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗

中进行过滤。④收集滤液,封口。用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等。盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。①制备滤纸条干燥的定性滤纸1cm铅笔线为什么要剪去两角？避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线探究·实践2.分离绿叶中的色素探究·实践2.分离绿叶中的色素②画滤液细线★注意：细而齐、重复2—3次，待滤液干后，再画一两次。

（为了积累更多的色素使分离色素带更明显）探究·实践2.分离绿叶中的色素为何滤液细线不能触及层析液？防止色素溶解在层析液中为何要盖上培养皿？防止层析液挥发，因其易挥发且有毒③层析探究·实践绿叶中色素的提取和分离探究·实践2.分离绿叶中的色素叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约1/4）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）实验结果:这4种色素对光的吸收有什么差别吗？光合色素的吸收光谱叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱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因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。功能：吸收、传递和转化光能这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？叶绿体的结构适于进行光合作用形状：扁平的椭球形或球形结构：①内外两层膜均光滑，类囊体堆叠形成基粒扩大了膜面积，为光合色素和酶提供了更多的附着场所。②基质中含有少量DNA、RNA、核糖体等，可以进行某些蛋白质的生物合成功能：吸收光能思考·讨论水绵和需氧型细菌放在没有空气的小室内叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？恩格尔曼《实验一》

极细光束

均匀光照水绵好氧细菌极细光束照射完全曝光黑暗

无空气好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所思考·讨论1.为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线

和氧的干扰。思考·讨论

极细光束

均匀光照三棱镜结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光综合上述两个实验可以得出：叶绿体是光合作用的场所照射水绵好氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域思考·讨论恩格尔曼《实验二》小结：叶绿体的结构适于进行光合作用叶绿体的结构和功能相适应1.叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素2.类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶3.叶绿体的结构与光合作用高度适应二、光合作用的原理和应用1、探索光合作用原理的部分实验光合作用：指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。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体简式：光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？叶绿体是如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？1928年:甲醛不能通过光合作用转化成糖,甲醛对植物有毒.19世纪末:甲醛→糖CO2O2C+H2O甲醛1937年，希尔发现，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。1、探索光合作用原理的部分实验1、探索光合作用原理的部分实验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。希尔反应:4Fe3+

+2H2O4Fe2++4H++O2

光能叶绿体结论：水的光解产生氧气。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。思考问题：1、2O2真的全部来自于H2O吗？1940年:鲁宾和卡门

（同位素标记法）光照射下的小球藻悬液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲组乙组结论：光合作用释放的氧来自水,与二氧化碳无关。1、探索光合作用原理的部分实验1、探索光合作用原理的部分实验1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。H2OO2+2H+

+能量光照叶绿体ADP+Pi

ATPATP的合成与希尔反应的关系:上述实验表明:光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。

总结：

1、探索光合作用原理的部分实验2、光合作用过程有光才能反应有光、无光都能反应划分依据:反应过程是否需要光能光反应（光合作用第一阶段）暗反应（光合作用第二阶段）又称碳反应2、光合作用过程光反应

类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ条件：光、光合色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+场所：（基粒）类囊体薄膜上主要产物：O2、ATP、NADPH2、光合作用过程物质转化：水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素NADPH的合成：光能能量转变：ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+能量

ATP+H2O酶NADP++H++2e-NADPH酶2、光合作用过程暗反应

ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶能量条件：有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH场所：叶绿体基质中产物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+2、光合作用过程物质转化：CO2的固定：C3的还原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活跃的化学能能量转变：有机物中稳定的化学能CO2＋C52C3酶叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能酶2、光合作用过程2、光合作用过程1.NADPH和ATP的移动途径是什么？从类囊体薄膜到叶绿体基质。2.NADP+和ADP的移动途径呢？从叶绿体基质到类囊体薄膜。3.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。2、光合作用过程③H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)①C的转移：CO2→C3→（CH2O）②O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体总反应式光反应和暗反应的比较光反应暗反应区别所需条件进行场所物质变化能量转化联系物质变化上的联系能量转化上的联系必须有光有光或无光均可类囊体薄膜叶绿体基质水光解为O2和H+;ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能光反应为暗反应提供ATP和NADPH;暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPHCO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱减少增加减少减少光照增强增加减少增加增加拓展·补充环境条件骤变时，相关物质含量的变化拓展·补充环境条件骤变时，相关物质含量的变化叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少增加减少增加减少CO2浓度增加减少增加减少增加化能合成作用能够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的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量拓展·补充三、光合作用的影响因素及应用光合作用强度定义：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体表示方法：固定或消耗CO2的量制造或产生有机物（糖类）量产生O2的量单位时间内光合作用思考：能否测量出光合作用强度？线粒体叶绿体O2释放O2（可以测得）叶肉细胞CO2吸收CO2（可以测得）叶绿体：进行光合作用，合成有机物，产生O2，消耗CO2线粒体：进行有氧呼吸，消耗有机物，消耗O2，产生CO2光合作用强度O2CO2O2CO2只有呼吸作用，无光合作用O2CO2光合作用<呼吸作用O2CO2光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用O2O2CO2CO2光合作用强度光合作用制造的有机物的量-呼吸作用消耗的有机物的量=有机物积累量固定或消耗CO2量产生O2的量CO2吸收量O2的释放量CO2的释放量O2的吸收量总光合作用强度-呼吸作用强度=净光合作用强度真正光合作用强度-

呼吸作用强度=

表观光合作用强度光合作用强度影响光合作用的因素光照强度、CO2的浓度、温度H2O、矿质元素（Mg合成叶绿素）外因内因酶的种类、数量色素的含量叶龄不同影响光合作用的因素光照强度0CO2吸收CO2释放ABC阳生植物呼吸速率光补偿点光饱和点阴生植物A1B1C1净光合总光合B点：光合作用=呼吸作用D点：光合速率开始达到

最大时外界的光照强度（限制因素：CO2浓度、温度等）D阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强。A-B：光合作用<呼吸作用B-C：光合作用>呼吸作用呼吸A点:只进行呼吸作用1、光照强度应用：①合理密植；②阴雨天适当补充光照③间作套种④适当剪枝影响光合作用的因素A:只进行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用细胞呼吸释放的CO2

全部用于光合作用B-C：光合作用>呼吸作用A-B：光合作用<呼吸作用影响光合作用的因素CO2浓度AB吸收速率CO2C释放速率CO2DA点：对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。CO2补偿点光合作用速率＝呼吸作用速率对应的D点为CO2饱和点C点之后光合速率的限制因素：外因主要为光照强度和温度，内因为酶的数量和活性。B点：C点：1.多施有机肥或农家肥；2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；3.大田中还要注意通风透气。应用：2、

CO2浓度影响光合作用的因素O温度A光合速率BC最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。1.适时播种2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温3.植物“午休”现象应用：3、

温度影响光合作用的因素植物24小时中CO2的吸收量e～f：光照减弱，光合