【公开课】光合作用与能量转化课件高一上学期生物人教版必修1

基础回顾糖类等有机物中的化学能主要来源于？人体生命活动所需能量直接来源于？ATP水解ATP中的能量来源于？呼吸作用光能光合作用的能量来源于？光合作用谁来吸收光能吗？？5.4

光合作用和能量转化一、

捕获光能的色素和结构问题讨论思考：玉米中有时会出现白化苗。白化苗对植物的生长有什么影响？那么绿叶中究竟有哪些色素呢？探究·实践：绿叶中色素的提取和分离探究·实践：绿叶中色素的提取和分离1.提取原理:绿叶中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用___________来提取。无水乙醇（1）提取方法：（2）色素提取时所用试剂及作用？无水乙醇：二氧化硅：碳酸钙：溶解色素有助于充分研磨防止色素被破坏过滤法2.分离原理:各种色素在________中的_______不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的__________,反之则慢。层析液溶解度扩散更快（1）分离方法：探究·实践：绿叶中色素的提取和分离（2）层析液的成分及注意事项：层析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。使用时应注意盖好盖子并避免洒出。层析过程应在通风处进行，结束时应用肥皂将手洗干净。纸层析法（4）滤液细线的划线原则:细、直、匀。探究·实践：绿叶中色素的提取和分离（3）制备滤纸条注意事项：将滤纸剪成能放入烧杯中的滤纸条在滤纸条一端剪去两角（5）为何滤液细线不能触及层析液？（6）为何要盖上培养皿？防止色素溶解在层析液中防止层析液挥发，因其易挥发且有毒实验结果①滤纸上有几条色素带？④不同的色素带分别对应哪些色素？②从上而下的排序说明了什么？4条③不同条带的宽窄说明了什么？含量不同溶解度不同胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b探究·实践：绿叶中色素的提取和分离叶绿素类胡萝卜素（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）探究·实践：绿叶中色素的提取和分离思考：如果将色素滤液点在圆形滤纸的中央，色素带从外至内是？探究·实践：绿叶中色素的提取和分离1.实验中加入药品的其作用SiO2——使研磨充分CaCO3——防止色素破坏无水乙醇——提取色素层析液——分离色素2.若色素提取液呈淡绿色的，其原因有：①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶，色素含量少；②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小；③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏；④研磨不充分，色素未能充分提取出来。3.若色素带颜色较浅，其原因有：⑤画滤液细线的次数太少，滤纸条上的色素含量少；⑥层析时，部分滤液细线已触及层析液。同上4点提取液色素带探究·实践：绿叶中色素的提取和分离叶绿素溶液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类胡萝卜素溶液红橙黄绿青蓝紫捕获光能的色素都是可见光叶绿素主要吸收类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光蓝紫光捕获光能的色素分析：为什么植物春夏叶子翠绿?而深秋则叶片金黄呢？由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡罗卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色。低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来。当温度低于7℃时，树叶中会生成花青素。叶绿素的分子结构β-胡萝卜素的分子结构(1)结构外表：①_______内部②_____③______：由_________堆叠而成↓决定(2)功能：进行____________的场所。双层膜基质基粒类囊体光合作用(3)物质基础在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的_________。在_____________上和______________中，还有许多进行光合作用所必需的酶。色素分子类囊体膜叶绿体基质叶绿体叶绿体基质恩格尔曼的实验极细的光束黑暗中——集中于叶绿体被光束照射的部位光下——分布于叶绿体所有受光部位水绵需氧细菌结论：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。（1）为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？提示：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？提示：选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线和氧的干扰。（3）为什么用极细的光束照射？提示：叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。恩格尔曼的实验三棱镜结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光照射水绵需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域？提示：这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，因此需氧细菌在此区域分布。恩格尔曼的实验好氧细菌水绵好氧细菌5.4

光合作用与能量转化二、

光合作用的原理和作用光合作用：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。光合作用的原理总反应式：糖类1.叶绿体如何将光能转化为化学能？2.光合作用如何将化学能储存在有机物中？3.光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？光合作用的原理1．探究光合作用原理的部分实验

19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。资料1不能通过光合作用实现资料2：希尔反应1.希尔的实验可以得出什么结论？2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？

水的光解产生氧气。该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。悬浮液中有H2O，没有CO2

资料3：鲁宾和卡门实验同位素标记（示踪）法；相互对照（即对比实验）；光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。

该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？资料4：色素的吸收、传递、转化光能的过程A：代表处于特殊状态下的叶绿素aB：代表具有吸收和传递光能作用的色素C和D：代表传递电子的物质1954年，美国科学家阿尔农(D.Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。资料5：阿尔农实验光照ATP水光解光合作用原理上述实验表明：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。

根据是否需要______，这些化学反应可以概括地分为________和________（现在也称为碳反应）两个阶段。光能光反应暗反应光反应类囊体薄膜的色素分子可见光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、色素、多种酶场所：类囊体薄膜物质转化水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素光能能量转化:ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+能量ATP+H2O酶

NADPH的合成：NADP++H++e-

NADPH酶电能卡尔文实验美国科学家卡尔文用小球藻（一种绿藻）作为实验材料，先通入14CO2，然后间隔不同时间取样，分析细胞内含有放射性的物质。发现在0.5秒时，14C放射性出现在三碳酸中，5秒时出现在三碳糖和RuBP（一种五碳糖）上。思考：14C在有机物中出现的先后顺序？14CO2→三碳酸→三碳糖和RuBP卡尔文实验卡尔文在光照下，突然停止CO2供应，发现三碳酸减少，RuBP增多；重新恢复CO2供应，则三碳酸增多，RuBP减少。思考：CO2被何种物质接收形成三碳酸？14CO2+RuBP→2分子三碳酸14CO2→三碳酸→三碳糖和RuBP卡尔文实验用离体叶绿体做实验，突然停止光照发现三碳酸迅速增加，RuBP和三碳糖同步迅速减少。若不照光，给离体叶绿体提供ATP和NADPH，叶绿体也能将三碳酸转化为三碳糖，同时ATP和NADPH含量急剧下降。若实验中，光照和CO2稳定供应，三碳酸、三碳糖、RuBP先后达到饱和值并保持稳定。思考：三碳酸如何转变为三碳糖和RuBP？三碳酸三碳糖→RuBPATPNADPH14CO2+RuBP→三碳酸三碳糖→RuBPATPNADPH暗反应暗反应：光合作用第二阶段有没有光都能进行，称为暗反应阶段（又称碳反应）。条件：场所：叶绿体基质中有光无光都可以，多种酶等ADP+PiATPNADP+能量C5三碳酸多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶能量三碳糖ADP+PiATPNADP+能量C5三碳酸多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶能量CO2的固定：C3的还原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有机物中稳定的化学能CO2＋C5

2C3酶物质转化ATP、NADPH中活跃的化学能能量转化：

三碳糖暗反应光合作用光合作用的全过程叶绿体中的色素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、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能酶类囊体薄膜叶绿体基质可见光1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量光反应与暗反应的比较反应阶段反应部位反应条件物质变化能量变化产物联系光合作用实质光反应暗反应类囊体薄膜上叶绿体基质必须有光、光合色素、酶有光或无光均可，多种酶光能→ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来光合作用中元素的转移①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光光照不变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条件骤变对光合作用中各物质的影响条件骤变对光合作用中各物质的影响叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光CO2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光合作用原理的应用“正其行，通其风”光合作用原理的应用1.光合作用强度的表示方法？CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能叶绿体固定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产物的生成量或底物的消耗量！2、光合作用速率的测定线粒体叶绿体产生O2释放O2（可以测得）叶肉细胞CO2吸收CO2（可以测得）实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。光合作用原理的应用植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。真正(总)光合速率=净(表观)光合速率

+呼吸作用速率合成有机物的量固定或消耗CO2量产生O2的量有机物积累量CO2吸收量O2的释放量消耗有机物的量黑暗下CO2的释放量黑暗下O2的吸收量===+++光合作用原理的应用3.影响光合作用的因素有哪些？CO2的浓度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能叶绿体H2O光：光照强度、光质、光照时间矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）外因：内因：酶的种类、数量色素的含量叶龄不同温度光合作用原理的应用（1）光照强度光照强度0CO2吸收速率CO2释放速率ABC呼吸速率光补偿点光饱和点净光合速率总光合速率B：光合作用=呼吸作用D：光合速率开始达到最大时对应的光照强度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸速率A:只进行呼吸作用讨论：1、C点之前和之后限制光合作用因素分别是？2、能否在图中找出总光合速率？光合作用原理的应用阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。阳生植物在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物阴生植物阳生植物光照强度0ABC阳生植物呼吸速率光补偿点光饱和点阴生植物A1B1C1D提示：阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。应用：合理密植、间作套种、适当剪枝讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？据此生产上有哪些应用？CO2吸收速率CO2释放速率（1）光照强度光合作用原理的应用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BC：光合作用>呼吸作用AB：光合作用<呼吸作用解读：曲线与细胞图示相结合光合作用原理的应用（2）CO2浓度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＝呼吸作用速率最大光合速率B点：C点：1.多施有机肥或农家肥；2.温室栽培可使用CO2发生器等；3.大田中还要注意通风透气。应用：讨论：C点之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、内因）外因：主要为光照强度和温度，内因：酶的数量和活性。对应的D点为CO2饱和点光合作用原理的应用（3）温度O温度A光合速率BC原理：温度通过影响

影响光合作用主要制约

反应。温度过高时植物

，光合速率会减弱。1.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量（有机物积累量）。2.解释植物“午休”现象。应用：酶的活性暗气孔关闭光合作用原理的应用（4）矿质元素N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；P：NADP+和ATP的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；Mg：叶绿素的重要组分。应用：合理施肥讨论：矿质元素含量过高对植物的生长会造成什么影响？矿质元素光合速率光合作用原理的应用缺水气孔关闭限制CO2进入叶片光合作用受影响原理：水既是光合作用的

，又是体内各种化学反应的

，直接影响光合作用速率；水分还能影响气孔的

，间接影响

进入叶片，从而影响光合作用速率。（5）水应用：合理浇灌原料介质开闭CO2光合作用原理的应用水光合速率探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响自变量：光照强弱因变量：光合作用强度检测方法相同时间小圆形叶片浮起的数量控制方法不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离阅读P105，找出以下关键信息：注射器的作用：实验材料：圆形小叶片排出圆形小叶片中的气体分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的小烧杯中并调整40W台灯距离（10、20、30cm）什么作用？吸收热量排除干扰探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响讨论：利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？这些因素分别如何控制呢？提示：CO2浓度（吹气时间或不同质量分数的NaHCO3溶液）、温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡）光合作用原理的应用积累有机物的时间段：制造有机物的时间段：消耗有机物的时间段：一天中有机物最多的时间点：一天中有机物最少的时间点：ce段bf段og段e点c点此植物是否能正常生长？一天积累有机物>0如图是夏季晴朗条件下植物一天中光合速率的变化曲线图。光合作用原理的应用如图是密闭玻璃罩内的植物一天中光合速率的变化曲线图。CO2浓度增加的原因是CO2浓度下降的原因是光合速率等于呼吸速率的点是_____；经过一昼夜的时间，该植物是否生长？____。判断的依据是光合作用的起始点是