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（2019）必修1

0.5秒延迟符，无意义，可删除.植物工厂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。光源的强度和色光可以调控，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

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。【问题探讨】2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件? 1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？正常幼苗能进行光合作用制造有机养料。白化苗不能进行光合作用，无法制造

有机养料。光合作用(photosynthesis)是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。

你知道韭菜与韭黄的区别吗？【联系生活】ATP水解主要是呼吸作用光合作用光合作用的能量来源于？太阳能谁来吸收太阳能呢？绝大多数生命活动所需的直接能量来源于？合成ATP所需的能量来源于？细胞呼吸分解的有机物中的能量主要来源于？捕获光能的色素（1）提取：绿叶中的色素都能溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中（2）分离：纸层析法各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快.1.原理：实验：绿叶中色素的提取和分离

一、捕获光能的色素和结构1、捕获光能的色素：无水乙醇（体积分数95%乙醇+无水碳酸钠）层析液（由20份在60-90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成）2.步骤：（1）提取绿叶中的色素SiO2——使研磨充分CaCO3—防止色素被破坏10ml无水乙醇—溶解色素研磨①制备滤纸条：1cm铅笔线要剪去两角目的：减少边缘效应，使层析液同时到达滤液细线。2.步骤：（2）分离绿叶中的色素（纸层析法）②画滤液细线:画线细、直、齐，待滤液干后重复画线

目的：积累更多的色素，使色素带更清晰，防止色素带重叠而影响分离效果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层析思考1:收集到的滤液绿色过浅的原因(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。(4)未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(正确做法:分次加入少量无水乙醇提取色素)思考2:滤纸条色素带重叠的原因没经干燥处理,滤液细线不能达到细、直、匀的要求,使色素扩散不一致造成的。【问题探讨】思考3：银杏的叶秋季为什么变黄了？秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。思考4：秋天枫叶变红色的原因是什么？秋天叶绿体内的色素主要类胡萝卜素，呈橙黄色和黄色；液泡内的色素主要是花青素，在酸性条件下呈红色；【问题探讨】如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b【拓展实验】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）1、捕获光能的色素：绿叶中色素的种类及分布1.滤纸条上色素带的宽窄说明了什么？色素带的宽窄说明绿叶中的4种色素含量不同，蓝绿色最宽，说明叶绿素a含量最多；【问题探讨】2.滤纸条上色素带距离铅笔线的远近说明了什么？色素距离铅笔线的远近说明它们在层析液的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的速度也不一样。橙黄色最远说明胡萝卜素的溶解度最大。3.这4种色素对光的吸收有什么差别吗？

色素的吸收光谱叶绿素溶液类胡萝卜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一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光；光是一种电磁波；可见光的波长是400-760nm；不同波长的光，颜色不同；【知识拓展】400500600700波长/nm叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素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。

色素的吸收光谱1、树叶为什么是绿色？2、大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？白色或无色捕获光能的色素存在于细胞的什么部位？（1）什么是类囊体？类囊体上分布着什么物质？（2）基粒与类囊体有什么关系？这样的关系具有什么意义？绿叶叶绿体类囊体外膜内膜基粒2、叶绿体的结构适于进行光合作用色素酶外膜内膜基粒：由两个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素和酶基质：含多种光合作用所必需的酶透明，有利于光线的透过双层膜1、分布：2、结构：主要在绿色植物的叶肉细胞中2、叶绿体的结构适于进行光合作用1.叶绿体的结构2.叶绿体的功能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讨论：1.本实验的结论是什么？综合上述两个实验可以得出：叶绿体是光合作用的场所2.叶绿体的功能讨论：本实验的结论是什么？叶绿体主要吸收红光和蓝紫光0.5秒延迟符，无意义，可删除.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。恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？【问题探讨】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【知识总结】绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。数量关系：6CO2+12H2O

C6H12O6+6H2O+6O2叶绿体光能（1）原料与产物分别是什么？（2）场所是哪里？反应需要什么条件？（3）该反应中物质和能量的变化是怎样的？

二、光合作用的原理和应用CO2+H2O(CH2O)+O2叶绿体光能1.光合作用的定义123结论:植物体只有在光下才能更新污浊的空气。

二、光合作用的原理和应用2.光合作用的探究历程对光合作用的早期推测甲醛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。【资料分析】光反应的研究——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。【资料分析】1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？不能说明，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。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？能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，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。【问题探讨】光反应的研究——鲁宾和卡门同位素标记法18CO2光照射下的小球藻悬液H2OO2CO2H218O18O2【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CO2。小球藻——单细胞绿藻（真核细胞）【资料分析】光反应的研究——阿尔农离体叶绿体的悬浮液【资料分析】1954年，美国科学家阿尔农发现，光照下，叶绿体可以合成ATP。1957年，他发现这一过程总与水的光解相伴随。暗反应的研究——卡尔文循环同位素标记法卡尔文【资料分析】（3）30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。1946年，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照（1）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。

（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).CO2C3(CH2O)C5划分依据:反应过程是否需要光能3.光合作用过程光反应暗反应（碳反应）两个阶段

二、光合作用的原理和应用类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解光反应过程H+NADPH酶(1)光反应阶段a、条件：光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+b、场所：类囊体薄膜上氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶c、物质转化水的光解:ATP的合成:H2OO2+H+

光色素ADP+Pi+能量ATP+H2O酶NADPH的合成:NADP++H++2e-NADPH酶光能e、能量转变:ATP和NADPH中活跃的化学能d、主要产物:O2、ATP、NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ(1)光反应阶段ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶暗反应过程NADPH酶（卡尔文循环）a、条件：有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPHb、场所：叶绿体基质中(2)暗反应阶段ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶暗反应过程NADPH酶（卡尔文循环）c、物质转化CO2的固定:C3的还原:CO2＋C52C3酶2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活跃的化学能e、能量转变:糖类中稳定的化学能d、产物:（CH2O）、ADP、Pi、NADP+(2)暗反应阶段反应阶段反应部位反应条件物质变化能量变化产物两阶段相同点光合作用实质联系光反应暗反应叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体基质叶绿体色素、酶、光能酶H2ONADPH+O2酶ADP+Pi+能量ATP酶CO2被固定C3被还原形成糖类等有机物光能→活跃的化学能活跃的化学能→稳定的化学能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、(CH2O)、C5都包括物质变化和能量变化把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来光反应与暗反应的比较ATP→ADP+Pi+能量酶光反应暗反应暗反应光反应NADPH、ATPADP、Pi类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶光反应暗反应光合作用的过程H+NADPH酶酶能量场所：类囊体薄膜场所：叶绿体基质1、NADPH和ATP的移动途径是？从类囊体薄膜到叶绿体基质；2、NADP+和ADP、Pi的呢？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；【问题探讨】条件骤变时物质含量的变化CO2浓度不变光反应NADPHATP

C3

C5

(CH2O)光照减弱

光照增强H2OCO2NADPHO2酶多种酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）H2O水的光解形成ATPCO2的固定C3的还原积累、增加消耗、减少【问题探讨】条件骤变时物质含量的变化光照不变暗反应C