【课件】光合作用与能量转化课件2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

第五章细胞的能量供应和利用第5.4.1节捕获光能的色素和结构本节目标01捕获光能的色素叶绿体的结构和功能02课堂导入1植物工厂的LED灯都是做成全红、全蓝、红蓝组合三种形式。课堂导入1植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。讨论：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？用人工光源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是可以调控的，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。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。光合作用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在自然界，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。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，说明含绿色色素。捕获光能的色素和结构正常的绿色玉米幼苗可以生长白化玉米幼苗，待种子中储存的养分耗尽就会死去。植物捕获光能依靠特定的物质和结构：叶片中的色素叶片中的色素有哪些种类，含量又是多少呢？作用是什么？探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》提取色素要注意什么？1.破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。2.保证色素的结构和活性不被破坏。3.使色素溶解于试剂中。探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》提取色素的原理：叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用无水乙醇等有机溶剂来提取。无水乙醇1.色素提取时所用试剂及作用？2.菠菜叶放置24-36小时的原因？3.研磨时应注意什么？原因为何？色素提取探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》1.色素提取时所用试剂及作用？无水乙醇：溶解色素；二氧化硅：使研磨更加充分；碳酸钙：保护色素免于被破坏。2.菠菜叶放置24-36小时的原因？防止水分过多影响提取效果。3.研磨时应注意什么？原因为何？迅速且充分。无水乙醇易挥发，保证色素释放的更加充分且挥发量少。用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。收集滤液,封口。盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发画滤液细线剪两角干燥的铅笔线要求：细、直、齐；重复2—3次为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显使层析液在滤纸条上扩散得快。避免边缘效应，使层析液同步到达细线探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》分离色素的方法：纸层析法层析法是利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。分离色素的原理：绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中的色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分开。色素分离原理：溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快;反之，则慢。特别注意：层析液不能没及滤液线层析液培养皿防止色素溶解在层析液中，无法分离层析液为有毒性的挥发性物质叶绿素类胡萝卜素（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）绿叶中的色素结果分析色素分布：叶绿体功能：吸收、传递、转换光能捕获光能的色素色素分离的其他方法:色素种类颜色含量溶解度胡萝卜素橙黄色最少最高叶黄素黄色较少较高叶绿素a蓝绿色最多较低叶绿素b黄绿色较多最低实验结果绿叶中色素的提取与分离实验的异常现象分析异常现象原因收集到的滤液绿色过浅①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏滤纸条色素带重叠①滤液细线不直②滤液细线过粗滤纸条无色素带①忘记画滤液细线②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中

花青素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。1、在绿叶中色素的提取和分离实验中,扩散速度最快的色素是()A.叶绿素a B.叶绿素bC.胡萝卜素 D.叶黄素2、在叶绿体提取和分离试验中，特别要注意不能让层析液没及滤液细线，原因是（）A.滤纸条上的集中色素不能扩散B.色素沿滤纸条的扩散速度太慢，色素分离不明显C.层析液妨碍色素的溶解D.色素被层析液溶解不能向上扩散如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(

)A．研磨时加入CaCO3会破坏叶绿素B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b不同色素对光的吸收差异可见光光谱光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。一般条件下，光合作用所利用的光都是可见光分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光植物工厂里为什么不用绿光作为光源？绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被色素吸收，因此无法用于光合作用制造有机物。这四种色素吸收的光波长有差别，但都可以用于光合作，这些色素存在细胞中的什么位置呢？特别注意：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。叶绿体的结构适用于进行光合作用类囊体薄膜上叶绿体结构类囊体外膜内膜基粒叶绿体由双膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称之为类囊体。吸收光能的4种色素和光合作用所需的酶就分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积。类囊体薄膜上分布着色素类囊体薄膜上和叶绿体基质分布光合作用所需要的酶叶绿体的功能将水绵和需氧型细菌放在没有空气的黑暗小室内极细的光束放置光下用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。讨论：1.恩格尔曼的第1个实验的结论是什么？氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所2.恩格尔曼在选材实验设计上有什么巧妙之处？1.实验材料的选择妙：水绵，不仅具有细而长的带状叶绿体，而且呈螺旋带状分布在细胞中，便于观察2.排出干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排出了环境中氧气和光的干扰3.观测指标的设计妙：通过需养细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位4.实验对照的设计妙：用极细的光束点投射，叶绿体上课分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验，进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。3.在第2个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？4.综上所述，你认为叶绿体有什么功能？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，在此波长的光照射下，叶绿体会释放氧气适于需氧型细菌在此区域的分布叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光光合作用与能量转化绿叶中色素的提取和分离叶绿体的结构适于进行光合作用实验原理实验过程实验结论无水乙醇，层析液叶绿素类胡萝卜素红光蓝紫光蓝紫光色素叶黄素胡萝卜素叶绿素a叶绿素b（蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）含量约占3/4含量约占1/4形态:

结构:

功能:

叶绿体是进行光合作用的场所。知识总结：课堂精练判断题（1）层析得到的滤纸条上各种色素带的宽度可说明不同色素含量的多少（）（2）叶绿体中的色素既能溶解于有机溶剂中，又能溶解于水中（）（3）可选用绿色植物任何部位的叶片进行色素的提取和分离（）√××课堂精练选择题分离叶绿体色素的结果显示，叶绿素b位于滤纸的最下端，其主要原因是（）A.分子量最大B.分子量最小C.在层析液中的溶液度最低D.在层析液中的溶解度最高C第五章细胞的能量供应和利用第5.4.2节光合作用的原理和应用本节目标01光合作用的原理光合作用原理的应用02光合作用是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。一、光合作用概念反应式CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体表示糖类O2是来自H2O还是来自CO2？

探究光合作用原理的部分实验十九世纪末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。离体的叶绿体悬浮液铁盐（或其他氧化剂）O2希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。

结论：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO21941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法研究了光合作用中O2的来源，他们用同位素标记法进行两组实验：O218O21954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：

在给叶绿体照光时发现，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。A组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi；叶绿体中产生ATPB组：黑暗+叶绿体提取液+ADP+Pi；叶绿体中不产生ATP结论在叶绿体中，有光存在的情况下，ADP与Pi结合生成ATP，即在光下叶绿体内同时进行两个反应探究光合作用原理的部分实验总结年代科学家结论十九世纪末/甲醛→糖甲醛对植物有毒1928年/甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年希尔水的光解产生氧气1941年鲁宾和卡门利用同位素示踪法确定，光合作用氧气来自于水1954年阿尔农光照下叶绿体合成ATP1957年阿尔农这一过程总是与水的光解相伴1.将一株质量为20g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g，其增加的质量来自A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气√二、光合作用过程光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光、无光都能反应光反应（光合作用第一阶段）暗反应（光合作用第二阶段）又称卡尔文循环划分依据:反应过程是否需要光能H2O类囊体薄膜酶

ADP＋PiATP光反应阶段(必须有光)光、色素、酶类囊体薄膜上水的光解：H2OO+2H++2e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）

ATP酶光能→ATP、NADPH中活跃的化学能场所：条件：物质变化能量变化：H+NADPH的合成：

2e-+H++NADP+NADPH2e-+NADP++NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ色素O2还原剂，提供能量暗反应阶段

条件多种酶。暗反应在有光、无光时均能进行部位叶绿体基质中过程暗反应阶段—卡尔文循环

过程C5—五碳化合物，RuBPC3—三碳化合物，3-磷酸甘油酸CO2的固定CO2+C52C3C3的还原2C3(CH2O)+C5酶NADPHATP、酶实质暗反应的实质是同化CO2，将活跃的化学能转化成稳定的化学能，储存在有机物中。碳的转化途：14CO2→14C3→(14CH2O)

光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是(

)A．叶绿体类囊体的薄膜上进行光反应和暗反应B．叶绿体类囊体的薄膜上进行暗反应，不进行光反应C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应【答案】D

【解析】光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，暗反应是在叶绿体的基质中进行的。色素分子可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应光合作用总过程：NADP+NADPH光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系，缺一不可联系：光反应阶段为暗反应阶段提供

，暗反应阶段产生的

为光反应阶段合成ATP提供原料。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+光合作用过程的正确顺序是（）①二氧化碳的固定②氧气的释放③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原A.④③②⑤①B.④②③⑤①C.③②④①⑤D.③④②①⑤在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（）Ａ．三碳化合物Ｂ．五碳化合物Ｃ．［Ｈ］Ｄ．氧气ＤＢ讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供应不变光照不变停止CO2供应

增加减少增加减少减少减少减少增加光能H2OCO2还原（CH2O）叶绿体

色素供氢酶供能多种酶参加催化2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+如果糖类运不出去，会怎样呢？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）CO2+H2O*

光能叶绿体（CH2O）+O2*H2O*→O2*

光合作用原理的应用指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，又称光合速率。1）光照2）温度3）二氧化碳浓度4）水分5）矿质元素影响光合作用强度的因素：光合作用的强度：衡量指标：1）原料消耗2）产物生成(有机物或O2)探究光照强度对光合作用的影响实验视频

用一水生植物做如图所示的处理，不影响单位时间内产生气泡数的是(

)A．玻璃容器的容积B．台灯与玻璃容器的距离C．溶于水中的CO2的量D．水生植物的叶片数【答案】A

【解析】台灯与玻璃容器的距离决定了光照强度，溶于水中的CO2是光合作用的原料，水生植物叶片数目决定了叶绿体数目。总光合速率=净光合速率+呼吸速率问题：实验所测是否为叶片实际光合作用强度？O2CO2O2CO2较强光照时光照强度对光合作用强度的影响(1)A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？其释放量的含义是什么？答：A点时，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。A光照强度对光合作用强度的影响(2)B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。答：B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此点为光补偿点。光补偿点光补偿点：光合作用强度等于呼吸作用强度时的光照强度B光照强度对光合作用强度的影响(3)C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？答：当达到C点后，光合作用不再随光照强度的升高而增加，称之为光饱和点。CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，CO2吸收量达到最高后的主要限制因素为温度和CO2浓度。C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：光合=呼吸）（C'：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）C'（B1：阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强）（AB：光<呼）（BC：光>呼）呼吸阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。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----红光和蓝紫光光合作用原理的运用—光照光照强度、光质不同、日变化光合作用整套机构对温度比较敏感，温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。呼吸作用光合作用温度吸收或释放量CO20温度对光合作用强度的影响

温室栽培中，可适当提高白天温度，适当降低夜间温度，从而提高作物产量（有机物积累量）。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>呼吸作用强度光合作用强度<呼吸作用强度只进行呼吸作用CO2对光合作用强度的影响c点：e点：a点：b点：bc段：ce段：ef段：fg段：CO2对光合作用强度的影响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：有机物总量变化：在c点之前在逐渐减少；ce段逐渐增加，e点一天中有机物积累量最多的点；e点之后有机物总量又逐渐减少。“光合午休”现象温度过高，大量气孔关闭，CO2无法进入叶肉组织，光合作用暗反应受到限制。d点：资料：我国北魏时期的农书《齐民要术》中，有关于栽种农作物要“正其行，通其风”的记载。通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断流过叶面，提供较多的CO2，从而提高光合作用强度来光合产量。问题：分析采取这种措施的原因是什么？光合作用原理的运用—CO2矿质元素对光合作用强度的影响N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分应用：合理施肥多因子变量对光合速率的影响分析多因素对光合作用的影响。(1)图中的自变量是什么？(2)只有10℃这一条曲线时，自变量是什么？P点之前和之后的限制因素是什么？(3)Q点时，导致三条曲线不同的自变量是什么？延长光合作用时间增加光合作用面积提高光能利用率控制光照强弱控制光质控制CO2供应控制必需矿质元素供应提高复种指数温室中人工光照合理密植间作套种通风透光在温室中施农家肥，使用CO2发生器阴生植物阳生植物提高光合速率——适时适量施肥3.提高农作物产量措施内因：外因：基因决定酶种类数量不同水分—应用：合理灌溉矿质元素—应用：合理施肥温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰……光质（光的颜色）光照

光照时间：

（应用：延长光照时间：一年两/三熟）光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高

光强度，间作套种（提高光能的利用率）不同植物光合作用不同；不同部位（叶）光合作用不同；不同叶龄的叶光合作用不同。影响光合作用因素总结（应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）光合作用的意义①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源.②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源.③维持了大气成分的基本稳定自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物

生物例如：硝化细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量化能合成作用利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制