【生物】光合作用与能量转化(第2课时) 2023-2024学年高一生物上册同步教学课件（人教版2019必修1）

第5章

细胞的能量供应和利用

第4节

光合作用与能量转化本节聚焦1.

植物靠哪些色素捕获光能？

2.

叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？3.光合作用是怎样进行的？

4.光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系？

5.光合作用原理在生产中有哪些应用？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。有的植物工程完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色、白色的光源。问题探讨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。有的植物工程完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色、白色的光源。问题探讨

光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。一、捕获光能的色素思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？白化苗不含绿色色素，不能进行光合作用，不能正常生长，待种子中储存的养分耗尽就会死去。一、捕获光能的色素

实验：绿叶中色素的提取和分离阅读课本98页相关内容，回答下列问题：1.提取绿叶中色素的原理是什么？2.绿叶中的色素不只有一种，分离绿叶中色素的原理是什么？

3.提取色素要注意什么？一、捕获光能的色素分离的原理：

不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越高，在滤纸上的扩散速度越快，反之则慢，色素就会随层析液在滤纸上的扩散而分离开。新鲜菠菜叶1.实验材料：提取的原理：

色素能够溶于有机溶剂无水乙醇中，因此可选用无水乙醇提取色素。2.实验原理：一、捕获光能的色素3.实验步骤：1.色素提取时所用试剂及作用？无水乙醇：二氧化硅：碳酸钙：2.研磨时应注意什么？原因为何？迅速且充分。保证色素释放得更加充分且挥发量少。提取绿叶中的色素溶解色素；使研磨更加充分；防止色素被破坏制备滤纸条铅笔线剪去两角画滤液细线滤液细线画滤液细线的原则是细、直、齐。

待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。纸层析法不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。分离绿叶中的色素1.分离色素的方法？2.分离色素的原理？插滤纸条层析液培养皿3.为何不能让滤液细线触及层析液？防止滤液细线中色素溶解在层析液中一、捕获光能的色素结果一、捕获光能的色素（黄色）（蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）问1：色素带宽窄反映什么？含量叶绿素a最多问2：哪种色素溶解度最大？胡萝卜素上下色素带色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b橙黄色最少最高最快黄色较少较高较快蓝绿色最多较低较慢黄绿色较多最低最慢叶绿素由C、H、O、N、Mg构成叶绿素（含量约占3/4）类胡萝卜素（含量约占1/4）绿叶中四种光合素色的比较一、捕获光能的色素绿叶中的色素类胡萝卜素(占1/4)叶绿素(占3/4)胡萝卜素叶黄素（橙黄色）（黄色）叶绿素a叶绿素b（蓝绿色）（黄绿色）色素的作用：吸收、传递、转化光能一、捕获光能的色素C、H、O、N、MgC、H

C、H、O注意：少数特殊状态的叶绿素a才能转化光能其他色素只能吸收、传递光能提出问题：这4种色素对光的吸收有什么差别？实验探究：阳光(白光)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。一、捕获光能的色素一、捕获光能的色素对照组实验组一、捕获光能的色素问2：叶绿素主要吸收哪种光？问1：蓝紫光的波长？红光的波长？450nm650nm蓝紫光和红光问3：类胡萝卜素主要吸收哪种光？蓝紫光可见光一、捕获光能的色素1.用这种方法有什么好处？不同颜色的

光照对植物的光合作用会有影响吗？温室或大棚种植蔬菜时，照射红色、蓝光、白色的人工光源。提高光合作用强度，

色素吸收最多的是蓝紫光和红光。2.为什么不使用发绿色光的灯管作补充

光源？色素对绿光吸收最少，不能用绿光做光源温室大棚的薄膜是什么颜色？

白色透明、蓝紫光照射下生长：脂肪和蛋白质含量会增加红光照射下生长：糖类会增加现象原因正常绿色叶色变黄叶色变红①正常绿叶的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3：1，②对绿光吸收最少，所以正常叶片总呈绿色秋天时，低温和植物体内积累的可溶性糖有利于花青素的形成，花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色储存在液泡，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈红色，如红枫、红叶李。寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色，叶片变黄拓展1：色素与叶片的不同颜色花青素，是自然界一类广泛存在于植物液泡中的色素。水果、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、果实等呈现五彩缤纷的颜色。拓展2拓展3:影响叶绿素合成的因素(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般在黑暗中植物不能合成

叶绿素，因而叶片发黄。(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的

合成。低温时，叶绿素分子易被破坏而使叶片变黄。(3)矿质元素：叶绿素中含N、Mg等元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，

叶片变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，

缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶片变黄。二、叶绿体的结构适于进行光合作用成熟植物细胞不能分裂二、叶绿体的结构适于进行光合作用外膜叶绿体基质基粒酶、DNA、RNA、核糖体内膜酶、色素光合色素只位于类囊体的薄膜上二、叶绿体的结构适于进行光合作用曝光隔绝空气；黑暗恩格尔曼将载有水绵（叶绿体呈螺旋带状分布）和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位。恩格尔曼实验1叶绿体能吸收光能进行光合作用制造氧气。水绵:单细胞真核生物需氧细菌：显示氧气的释放位置①②③二、叶绿体的结构适于进行光合作用结论：色素主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用，制造氧气。恩格尔曼实验2用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。三、光合作用的原理1.光合作用的定义

光合作用是指绿色植物通过

，利用

，把

和

转化成储存能量的

，并且释放出

的过程。叶绿体光能二氧化碳有机物氧气水CO2+H2O

(CH2O)+O2叶绿体光能

总反应式:实质：合成有机物，储存能量三、光合作用的原理思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料1:

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。CO2O2释放C+H2O甲醛多个缩合糖(CH2O)思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料2:希尔实验2+叶绿体2：希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。

氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。1：希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？不能说明，反应体系中可以还存在其他氧元素供体，该实验没有排除

叶绿体滤液中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料3鲁宾和卡门的实验3：分析鲁宾和卡门做的实验，可得

出什么结论？光合作用释放的氧全部来自水，

而并不来源于CO2思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料4:1954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。三、光合作用的原理光反应必须有光、酶、色素过程：场所：类囊体薄膜色素光ADP+PiATP酶H2OO2NADPH光解H2O光酶NADPH+O2ADP+PiATP光酶H++NADP++e2-

还原型辅酶Ⅱ（NADPH)光反应的能量转化：光能→ATP和NADPH中的化学能条件：作为活泼的还原剂，并储存有能量NAD+还原型辅酶Ⅰ（NADH)三、光合作用的原理暗反应场所：条件：过程：叶绿体基质有没有光都可以、酶co2+

C5酶2c32c3酶(CH2O)+C5NADPH、ATPC52C3酶CO2固定(CH2O)还原ADP+PiATP能量NADPH酶暗反应的能量转化：ATP和NADPH中的化学能

有机物中稳定的化学能光反应产生的ATP只能用于暗反应呼吸作用产生的ATP用于各项生命活动卡尔文循环:14CO2→14C3→(14CH2O)NADP+酶三、光合作用的原理叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应阶段暗反应阶段NADP+NADPH酶类囊体薄膜叶绿体基质可见光三、光合作用的原理三、光合作用的原理三、光合作用的原理

过程项目光反应暗反应条件光色素、酶场所物质变化能量变化需要光

有光无光均可类囊体薄膜水的光解ATP的合成CO2的固定C3的还原色素、酶酶叶绿体基质ATP和NADPH中的化学能

有机物中

稳定的化学能ATP和NADPH

中的化学能光能三、光合作用的原理问:光反应、暗反应在物质变化，能量转化方面存在什么联系？物质联系：光反应为暗反应：NADPH和ATP

暗反应为光反应：NADP+、ADP、Pi能量转化：光能→ATP和NADPH中的化学能→

有机物中稳定化学能三、光合作用的原理扩展题型：外界因素骤变，短时间对各物质含量的影响三、光合作用的原理

ATP

NADPHC3C5

光照减弱

光照增强H2OCO2NADPHO2酶多种酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）水的光解形成ATPCO2的固定C3的还原光照条件骤变，短时间内各种物质量的影响

C5C3ATPNADPHCO2浓度减少CO2浓度增加H2OCO2NADPHO2酶多种酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）水的光解形成ATPCO2的固定C3的还原(2)

CO2浓度骤变，短时间内各种物质量的影响四、影响光合作用强度的因素固定CO2的量光合作用强度：单位时间内光合作用制造有机物（糖类）的数量制造有机物（糖类）的数量产生O2的量单位时间内光合作用1.什么是光合作用强度？四、影响光合作用强度的因素任务：根据反应式说出影响光合作用强度的因素有哪些？CO2的浓度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植物种类温度四、影响光合作用强度的因素(1)CO2浓度(3)光照强度(4)光质(2)水含量(5)温度应用：

①农作物应合理密植，“正其行，通其风”；②应增施农家肥或用CO2发生器。应用：合理灌溉应用：适当增加光照强度，延长光照时间应用：大棚可将白天的温度调至最适温度(6)矿质元素应用：合理施肥应用：蓝紫光灯、红光灯四、影响光合作用强度的因素四、影响光合作用强度的因素方法步骤：1.打孔：用直径为0.6cm的打孔

器打出圆形小叶片30片2.将圆形小叶片置于注射器内，

使叶片内气体逸出探究·实践

探究光照强度对光合作用的影响方法步骤：探究·实践

探究光照强度对光合作用的影响3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液），5.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台灯距离四、影响光合作用强度的因素1.装置中的圆形小叶片原先是沉在

水底的，光照后上浮，原因是？光照后圆形小叶片光合作用产生

氧气，叶片上浮2.圆形小叶片上浮时间的长短或上

浮的数量代表什么？代表其光合作用产生氧气的速率探究·实践

探究光照强度对光合作用的影响不同光照强度下浮起叶片数量记录表实验条件溶液温度：CO2浓度：烧杯与LED灯的距离黑暗5cm10cm15cm20cm上浮圆形小叶片的数量（5min）上浮圆形小叶片的数量（10min）上浮圆形小叶片的数量（15min）平均值做好数据、现象的记录。探究·实践

探究光照强度对光合作用的影响四、影响光合作用强度的因素光合作用强度光照强度结论：在一定范围内随着光照强度的增加，光合作用强度增加。探究·实践

探究光照强度对光合作用的影响叶肉细胞植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率。问题：

植物进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？较强光照时产生O2释放O2（可以测得）明确净光合作用与实际光合作用的关系只进行呼吸作用光合作用<呼吸作用明确净光合作用与实际光合作用的关系光合作用=呼吸作用

四、影响光合作用强度的因素四、影响光合作用强度的因素明确净光合作用与实际光合作用的关系光合作用>呼吸作用光补偿点（1）光照强度光照强度0CO2吸收速率CO2释放速率ABC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？C点前：光照强度C点后：CO2浓度等讨论2：能否在图中找出总光合速率？四、影响光合作用强度的因素（1）光照强度四、影响光合作用强度的因素阴生植物

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光照强度0ABC阳生植物阴生植物A1B1C1CO2吸收速率CO2释放速率（1）光照强度四、影响光合作用强度的因素（1）光照强度四、影响光合作用强度的因素应用：①大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在

光补偿点之上；②合理密植、适当剪枝③根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。

如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。

四、影响光合作用强度的因素（2）CO2浓度CO2浓度AB吸收速率CO2C释放速率CO2D光合作用的最低CO2浓度最大光合速率CO2饱和点①多施有机肥或农家肥；

（微生物将有机物分解为CO2和无机盐）②大田生产“正其行（合理安排植株的

间距），通其风（补充新鲜的CO2）”，

即为提高CO2浓度、增加产量；③释放一定量的干冰；④温室栽培可使用CO2发生器等。应用：CO2补偿点四、影响光合作用强度的因素（3）温度O温度A光合速率BC1.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）。应用：四、影响光合作用强度的因素（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。合理施肥应用：四、影响光合作用强度的因素原理：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。缺水气孔关闭限制CO2进入叶片光合作用受影响（5）水应用：合理浇灌原料介质开闭CO23.根据光合作用的基本过程填充下图。O22C3C5NADPHATPADP+PiNADP+练习与应用（P106）

1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。(1)

7—10时的光合作用强度不断增强的原因是________________________。(2)

10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是________。

光照强度逐渐增大此时气温很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。(3)

14-17时的光合作用强度不断下降的原因______________________。(4)

从图中可以看出，限制光合作用的因素有_____________________。光照强度不断减弱光照强度、温度(