浙科版高中生物必修1第三章细胞的代谢第五节光合作用将光能转化为化学能课件

高中生物必修1浙科版第五节光合作用将光能转化为化学能

1.光合作用和呼吸作用的物质变化(1)细胞呼吸是将葡萄糖中的C氧化为CO2,游离的O2则被还原为H2O中的O。

1|光合作用与呼吸作用的关系(2)光合作用则是将CO2还原为糖,将H2O中的O氧化为O2。

2.光合作用和呼吸作用的能量变化(1)细胞呼吸是一个放能反应,它将储存在葡萄糖中的化学能释放出来,供细胞利用。(2)光合作用是一个吸能反应,它利用太阳能将二氧化碳转变为糖,并将能量储存

在糖分子内,即光合作用是一个将光能转化为化学能的过程。特别提醒尽管光合作用从总反应上看好像是细胞呼吸的逆转,但光合作用不是细胞呼吸的

逆反应。与细胞呼吸比较,光合作用过程更加复杂,并不像它的反应式所表示的

那样简单。1.适用生物:主要为绿色植物和蓝细菌。2.同位素标记法探究光合作用氧气来源:运用氧的同位素18O标记的CO2和H2O进

行实验。6C18O2+12H2O

C6

O6+6

O+6O26CO2+12

O

C6H12O6+6H2O+618O2结果发现,只有供给

O时,光合作用释放的才是18O2,由此证实了光合作用释放的氧气来自H2O中的O。3.叶绿体的结构与功能(1)结构①两层膜:内膜、外膜。2

|光合作用在叶绿体中进行②基粒:由类囊体堆叠而成。a.含有叶绿素和其他光合色素及将光能转化为化学能的多种蛋白质。b.在类囊体的空腔内含有多种酶,这些酶与H2O的裂解有关。③基质:类囊体悬浮在其中。基质中含有与光合作用有关的酶、少量的DNA。(2)功能:是绿色植物进行光合作用的场所。4.叶绿体中光合色素的种类、颜色和功能(1)光合色素的种类及颜色①叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)都是含镁的有机分子,主要吸收红光和蓝紫光。②叶绿体中还有类胡萝卜素,其中最多的是胡萝卜素(橙色)和叶黄素(黄色),它们

都是由碳氢链组成的分子,主要吸收蓝紫光。(2)光合色素的功能:吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成。1.实验原理(1)提取色素原理:光合色素是一类脂溶性物质,可用酒精等脂溶剂溶解、提取色

素。(2)分离色素原理:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的色素随层析液

在滤纸条上扩散得快,反之则扩散得慢,从而使各种色素相互分离。3光合色素的提取与分离2.实验步骤及现象(1)实验步骤(2)实验现象滤纸条上呈现四色颜色、宽度不同的色素带,如图所示:

3.正常实验结果分析(1)从色素带的宽度可推知色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。(2)从色素带的位置可推知色素在层析液中的溶解度大小:胡萝卜素>叶黄素>叶

绿素a>叶绿素b。(3)在滤纸上相邻色素带间,距离最近的色素带是叶绿素a与叶绿素b,距离最远的

是胡萝卜素与叶黄素。1.光反应与碳反应的比较4|光反应和碳反应项目光反应碳反应场所光合膜叶绿体基质物质变化a.水的光解:H2O

H++O2+e-;b.NADPH的合成:H++e-+NADP+

NADPH;c.ATP的合成:ADP+Pi

ATPa.CO2的固定:CO2+五碳糖

三碳酸;b.三碳酸的还原:三碳酸

三碳糖;c.五碳糖的再生:三碳糖

五碳糖能量变化光能转化为ATP、NADPH中活

跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能

转化为有机物中稳定的化学能联系a.光反应产生的NADPH和ATP是碳反应中将二氧化碳还原为糖的能源物质;b.NADPH在碳反应中是还原剂;c.碳反应虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环2.光合产物在植物细胞中的利用

三碳糖是CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖,其形成标志着光合作用合成糖的过程已经完成。在叶绿体内,三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。大部分三碳糖运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。

1.光合速率(光合强度):一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行的光合

作用,如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。光合作用的强弱一般用光合速率来

表示。2.表观光合速率(净光合速率):光照条件下,人们测得的CO2吸收量,即植物从外界

环境吸收的CO2总量。3.真正光合速率(总光合速率):光照条件下,植物从外界环境中吸收的CO2的量+细

胞呼吸释放的CO2的量。5|光合作用受环境因素的影响4.影响光合速率的重要因素(1)光强度:光合速率随光强度的增加而增加,但在强度达到全日照之前,光合作用

已达到光饱和点时的速率,即光强度再增加,光合速率也不会增加。因为在光饱

和点的光强度下,光合作用的光反应已达到最快的速率,所以光强度再增加也不能使光合速率增加。(2)温度:一定范围内光合速率随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感,

温度过高则酶的活性减弱或丧失,所以光合作用有一个最适温度。(3)CO2浓度:CO2直接影响碳反应速率。空气中CO2浓度的增加会使光合速率加

快。判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。1.在提取液中加入无水CaCO3可提高光合色素的溶解度,加入SiO2可以防止色素

被破坏。

(

)知识辨析✕提示:在提取液中加入无水CaCO3可防止光合色素被破坏,加入SiO2使研磨充

分。2.滤纸条上的色素从上至下的顺序是叶黄素、胡萝卜素、叶绿素b、叶绿素a。

(

)3.类胡萝卜素中仅包含胡萝卜素和叶黄素,它们都是由碳氢链组成的分子。

(

)✕✕提示:类胡萝卜素中最多的是胡萝卜素和叶黄素,它们都是由碳氢链组成的分

子。4.水在光下裂解形成的H+和e-在光下将NADP+还原为NADPH。

(

)提示:水在光下裂解为H+、O2和电子,H+和e-在光下将NADP+还原为NADPH。√5.1分子的二氧化碳与1个五碳糖结合,形成2个三碳酸,然后2个三碳酸被还原成2

分子三碳糖,这个过程需要经过1轮卡尔文循环。(

)提示:1分子的二氧化碳与1个五碳糖结合,形成1个六碳分子,随后,这个六碳分

子分解成2个三碳酸分子,然后这2个三碳酸分子被还原成2分子三碳糖,该过程经

过1轮卡尔文循环。√6.离开卡尔文循环的三碳糖大部分运至叶肉细胞外,转变成蔗糖,再运至其他细

胞,供植物体所有细胞利用。

(

)✕提示:离开卡尔文循环的三碳糖在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质、脂质的

原料。大部分三碳糖运至叶绿体外,转变成蔗糖,才能从叶肉细胞运至其他细胞,

供植物体所有细胞利用。7.在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加,在强度达到全日照时,光合作

用才刚达到光饱和点时的速率。

(

)✕提示:在一定范围内,光合速率随光强度的增加而增加,在强度达到全日照之前,

光合作用已达到光饱和点时的速率。1.提高实验效果的操作及目的1光合色素的提取与分离过程操作操作目的提取色素选材取新鲜绿色的叶片放入40~50℃的烘箱中烘干使滤液中色素含量高实验试剂研磨时加95%的酒精溶解叶片中的色素研磨时加少量SiO2和CaCO3使研磨充分和保护叶绿素实验操作迅速、充分研磨防止溶剂挥发,充分溶解色素盛放滤液的试管管口加棉塞防止溶剂挥发和色素分子被氧化分离色素滤纸条滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快滤液细线滤液细线要直、细、匀使分离出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再重复画,共画3~4次增加色素量,使分离的色素带清晰分明滤液细线不触及层析液防止色素直接溶解到层析液中2.异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅①未加二氧化硅,研磨不充分。②使用放置数天的绿叶,色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的酒精,提取液浓度过低(正确做法:分次加入少量酒精提取色

素)。④未加或加入碳酸钙过少,叶绿素被破坏。(2)滤纸条色素带重叠:滤液细线过粗或连续画滤液细线。(3)滤纸条上无色素带①忘记画滤液细线或没有提取出色素。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。科学家在探究不同光照处理对植物光合作用的影响时,以生长状况相同的天

竺葵为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2

浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135s。A组:先光照后黑

暗,时间各为67.5s;B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间

各为7.5s;C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75

ms(毫秒);D组(对照组):光照时间为135s。处理结束时测定各组材料中光合作用

产物的含量:A为50%,B为70%,C为94%,D为100%。2光合作用过程分析问题1光照几毫秒后停止光照,光反应和碳反应是不是都会马上停止?提示

停止光照后,光反应马上停止,碳反应在消耗完光反应产生的ATP和NADPH后会停止。问题2光照停止后,短时间内NADPH、ATP、三碳酸、五碳糖的量如何变化?提示

NADPH、ATP减少,三碳酸增多,五碳糖减少。

1.对光反应与碳反应认识的4个误区(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的,而是息息相关的两个过程,没有光反

应,碳反应也无法进行。(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体,在原核生物中为细胞质中含有

光合色素的光合膜。(3)光合作用过程中,ATP提供能量;NADPH提供能量并作为还原剂,是氢的载体,

提供氢。(4)三碳糖或五碳糖的组成元素中有磷。2.环境改变时,短时间内光合作用的中间产物和终产物含量的变化条件过程变化模型分析光照由强到弱,CO2供应不变①过程减弱,随ATP、NADPH

减少②③过程减弱,④过程正常

进行

光照由弱到强,CO2供应不变①过程增强,随ATP、NADPH

增加②③过程增强,④过程正常

进行

光照不变,CO2由充足到不足④过程减弱,随三碳酸减少②③

过程减弱,①过程正常进行

光照不变,CO2由不足到充足④过程增强,随三碳酸增加②③

过程增强,①过程正常进行

特别提醒a.以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化,而非长时间。b.以上各物质变化中,三碳酸和五碳糖含量的变化是相反的,NADPH和ATP含量

的变化是一致的。

典例在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质,组

合正确的是

(

)A.红光,ATP下降B.红光,三碳酸上升C.绿光,NADPH下降D.绿光,五碳糖上升C思路点拨光源的改变→光能的吸收量改变→光反应产物(NADPH和ATP)量变化→碳

反应过程中物质含量变化。解析

在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后,突然改用

光照强度与白光相同的红光照射,光反应增强,产生NADPH和ATP的速率加快,三

碳酸还原加快,而二氧化碳固定速率暂时不变,因此三碳酸含量减少,五碳糖、

ATP、NADPH含量增加;在适宜反应条件下,用白光照射离体的新鲜叶绿体一段

时间后,突然改用光照强度与白光相同的绿光照射,光反应减弱,产生NADPH和

ATP的速率减慢,三碳酸还原减慢,而二氧化碳固定速率暂时不变,因此三碳酸的

含量增加,五碳糖、ATP、NADPH含量减少,C正确。1.光强度、CO2浓度、温度对光合作用的影响分析(1)光强度

1影响光合作用的环境因素①曲线解读a.A点:只进行细胞呼吸。b.AB段:随光强度增大,光合速率也逐渐增大,但光合速率小于细胞呼吸速率。c.B点(光补偿点):光合速率等于细胞呼吸速率。d.BC段:光强度不断加强,光合速率不断增加,光合速率大于细胞呼吸速率。e.C点对应的光强度为光饱和点。②在生产上的应用:通过轮作,延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作

用的时间。(2)CO2浓度

图1图2①曲线解读a.图1和图2都表示在一定范围内,光合速率随CO2浓度的增加而增大,但当CO2浓

度增加到一定范围后,光合速率不再增加。b.图1中A点表示光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度,即CO2补偿点;图2中的

A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1中的B点和图2中的B'点都表示

CO2饱和点。②在生产上的应用:施用有机肥增加产量;温室栽培植物时,可以适当提高室内CO

2浓度;大田生产“正其行,通其风”,即提高CO2浓度,增加产量。(3)温度

①曲线解读:温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性进而影响光合速率。②在生产上的应用:增加昼夜温差,保证植物有机物的积累。2.水和营养元素对光合作用的影响分析(1)水:既是光合作用重要的反应物,又可影响气孔的开闭,间接影响CO2的吸收,还

可影响光合产物的运输,从而影响光合速率。(2)营养元素:影响细胞内许多化合物的合成,从而影响植物体的光合作用,如氮是

构成细胞内叶绿素、酶、ATP等物质的基本元素,可以影响叶面积和叶片数量,

从而影响光合作用。3.多因素对光合作用的影响分析

(1)曲线解读:P点时,限制光合速率的因素应为横坐标所示因素,在一定范围内随

该因素的不断增强,光合速率不断提高;Q点时,横坐标所示因素不再影响光合速

率,若要提高光合速率,可适当提高图示其他因素的作用强度。(2)应用①温室栽培植物时,在光强度一定条件下,白天适当提高温度,可增加与光合作用

有关的酶的活性,提高光合速率,也可同时适当补充CO2进一步提高光合速率。②当温度适宜时,可适当增加光强度和CO2浓度以提高光合速率。

典例将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作),测得两种植物的光合速率如图所示(注:光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照

强度)。据图分析,下列叙述正确的是

(

)

A

A.大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间作B.与单作相比,间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大C.间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率D.与单作相比,间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响思路点拨

解析

据题图分析可知,大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度单作大于间

作,A正确;与单作相比,间作时桑树光合作用的光饱和点大,而大豆的光饱和点小,

B错误;由题图可知,大豆在弱光时的光合速率间作比单作还高,C错误;题图中的

曲线显示大豆间作时呼吸强度比单作时小,D错误。绿色植物在光照条件下,同时进行光合作用和细胞呼吸,这两种生理作用在植物

体内是密切联系的。植物的光合作用为细胞呼吸提供有机物和氧气,细胞呼吸又

可以为光合作用提供二氧化碳和水。因此,光照条件下测得植物有机物的量并非

光合作用实际制造的有机物的量,而是光合作用制造的有机物的量与细胞呼吸消

耗的有机物的量的差值,即有机物的积累量,由此所测得的光合速率为净光合速

率或表观光合速率。4光合作用与细胞呼吸的综合分析净光合速率、真正光合速率和细胞呼吸速率三者的关系如图所示。问题1实验直接测定出来的光合速率是真正光合速率还是净光合速率?提示

实验直接测定出来的光合速率是净光合速率。问题2描述测定真正光合速率的实验思路。提示

在光照条件下测得净光合速率,在黑