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

当你点燃一块煤你看到的是亿万年前的光植物工厂光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。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一捕获光能的色素和结构一、捕获光能的色素探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》（一）实验原理：1、提取：色素能溶解在___________无水乙醇2、分离：——纸层析法，色素在_______中的溶解度_____，扩散速度______,达到分离。层析液不同溶解度高，扩散___，溶解度低，扩散___，快慢不同（二）实验方法步骤：试剂与原理提取色素制滤纸条划滤液细线分离色素SiO2无水乙醇Ca2CO3—充分研磨—保护色素—溶解色素滤液细线细、直、齐（2-3次）——色素扩散起点相同层析液——不同色素扩散速度不同细线不能触及层析液——色素溶于层析液，色素带不清晰（或用体积分数为95%的乙醇+无水碳酸钠）一、捕获光能的色素探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》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类胡萝卜素(约占1/4)叶绿素(约占3/4)橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少较少最多较多最高较高较低最低最快较快较慢最慢（三）结果分析：元素组成：胡萝卜素：C、H叶黄素：C、H、O叶绿素a/b：C、H、O、N、Mg(矿质元素)一、捕获光能的色素探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》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类胡萝卜素(约占1/4)叶绿素(约占3/4)橙黄色黄色蓝绿色黄绿色最少较少最多较多最高较高较低最低最快较快较慢最慢（三）结果分析一、捕获光能的色素探究·实践《绿叶中色素的提取与分离》吸收光谱蓝紫光和红光光谱主要吸收蓝紫光色素的作用：吸收、传递、转换光能二、叶绿体的结构适于进行光合作用1、叶绿体的结构①透明的内、外膜有利于光的透过。②与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中。③四种光合色素分布在类囊体的薄膜上。

类囊体基粒堆叠二、叶绿体的结构适于进行光合作用2、叶绿体的功能思考·讨论恩格尔曼的实验黑暗（局部受光）均匀光照好氧菌集中在叶绿体被光照射的部位好氧菌集中在叶绿体所有受光照射的部位恩格尔曼的第一个实验实验结论：①叶绿体是进行光合作用的场所。②氧气是由叶绿体释放的。二、叶绿体的结构适于进行光合作用2、叶绿体的功能思考·讨论恩格尔曼的实验恩格尔曼的第一个实验实验设计巧妙之处排除O2的干扰。水绵：叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌：可确定释放氧气的部位。①选材：②没有空气：叶绿体上的光照和无光照部位，形成对照。③用极细的光束点状投射：明确实验结果完全是由光照引起的。④局部光照和均匀光照下形成对照：二、叶绿体的结构适于进行光合作用2、叶绿体的功能思考·讨论恩格尔曼的实验实验结论：恩格尔曼的第二个实验透过三棱镜的光照射水绵，大量好氧细菌聚集在红光区和蓝紫光区。叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气一、概念检测：1.×√×；2.A二、拓展应用:1.有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。2.与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、言之有理就可以。

练习与应用P101第一部分

捕获光能的色素和结构第5章细胞的能量供应和利用第4节光合作用与能量转化二光合作用的原理和应用一、光合作用的原理绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并释放出O2的过程。＋O2光能叶绿体2、反应式：CO2＋H2O（CH2O）底物产物场所条件：+多种酶根据提示，结合以上概念尝试写出光合作用的化学反应式?1、概念：一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验①19世纪末，科学界普遍认为②1928年(CH2O)n有毒一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验③

1937年，希尔实验希尔实验模拟装置

氧化剂：Fe3+叶绿体悬浮液：有H2O，无CO2一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验③

1937年，希尔，离体叶绿体实验5min后H2O光照叶绿体Fe3+得e-Fe2+O2H+一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验讨论P1031.希尔实验是否说明植物光合作用产生的O2中的O元素全部都来自水？否，反应体系中还存在其他O元素供体，没有排除其它物质的干扰，也没有直接观察到O元素的转移。2.希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？是，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的C元素。水的光解与糖的合成是分阶段进行的。

一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验④

1941年，鲁宾和卡门，同位素标记O元素实验P51对比实验3.实验结论：水讨论P103光合作用释放的O2中的O元素全部来自

水。

O218O2一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验⑤

1954年，阿尔农，离体叶绿体实验-14.用示意图表示ATP合成与希尔反应的关系。材料：处理：结果：结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。讨论P103H2OO2+2H++能量光照叶绿体ADP+Pi

ATP离体叶绿体加入ADP、Pi，给予光照叶绿体生成ATP，且同时水光解产生O2一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验⑤

1954年，阿尔农，离体叶绿体实验-2NADP++2H++2e-

NADPH+H+酶H2O希尔反应：光照叶绿体Fe3+得e-Fe2+O2H+组别条件过程现象1黑暗提供CO2，NADPH、ATP产生(CH2O)2黑暗提供CO2，不提供NADPH、ATP不产生(CH2O)3光照提供CO2，不提供NADPH、ATP产生(CH2O)结论：CO2转化成(CH2O)需要________条件下产生的_________和______。光照NADPHATP一、光合作用的原理思考·讨论探索光合作用的原理的部分实验⑥

1946年，卡尔文，同位素标记C元素实验思路：材料：处理：结果：14CO2→14C3→14C6+14C5同位素标记14CO2，研究物质转化过程小球藻光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻鉴定放射性物质。如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。一、光合作用的原理根据是否需要光能，可以概括的分为光反应和暗反应(碳反应)叶绿体色素H2O叶绿体色素O2NADPHADP＋Pi酶ATP2C3多种酶供能还原（CH2O）暗反应（叶绿体基质）光反应（类囊体薄膜上）CO2C5固定色素还原、供能NADP+H+光合作用的过程一、光合作用的原理

反应式：光能叶绿体CO2＋H2O（CH2O）＋O26CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O总反应式：＋H2O色素光能水光解过程比较光反应暗反应进行部位进行条件物质变化能量转化联系叶绿体类囊体薄膜光、色素、酶①水光解:H2O

→O2+H+②NADPH合成:H++NADP+→NADPH③ATP合成:ADP＋Pi＋能量→ATP①CO2固定:

CO2＋C5→2C3②C3还原:光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定化学能叶绿体基质NADPH、ATP、多种酶、与光无关一、光合作用的原理思考·讨论P104

光反应和暗反应的区别与联系ADP+Pi2C3(CH2O)糖类酶NADP+NADPHATP光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+

。二、光合作用原理的应用环境改变（光照/CO2浓度）时光合作用各物质含量的变化条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)合成量光照由强到弱，CO2供应不变光照由弱到强，CO2供应不变光照不变，CO2由充足到不足光照不变，CO2由不足到充足↑↑↑↑↑↑↑↑↓↓↓↓↓↓↓↓降低光照增加CO2浓度降低CO2浓度增加光照C3C5C3C5注意：NADPH和ATP的含量变化是一致；C3和C5含量的变化是相反。1.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.③④②①⑤2.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，未被还原的C3上升C.绿光，NADPH下降 D.绿光，C5上升DC课堂练习课堂练习3.下图为绿色植物光合作用过程示意图（图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。下列有关叙述错误的是（）光合色素O2吸水水光解ATP合成ADPATPNADPHNADP+CO2CO2固定C3还原有机物合成DA.图中a主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能

B.将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18OC.图中①表示水分的吸收，③表示水的光解D.c为ATP，f为NADPHNADP+ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2

练习与应用P106练习3二、光合作用原理的应用探究·实践

探究环境因素对光合作用强度的影响光合作用强度

光合速率：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。

植物在单位时间内原料消耗量或产物生成量光照强度CO2浓度水分光光质、光照强度、光照时间、光照面积酶色素温度矿质元素气孔开闭情况影响因素主要：光照强度、CO2浓度、温度其次：H2O、矿质元素（N、Mg、K、P...）

外因环境因素内因叶龄、酶的种类、数量、活性、色素的含量、植物种类、植物自身特性（阴生、阳生）二、光合作用原理的应用探究·实践

探究光照强度对光合作用强度的影响自

变

量：因

变

量：无关变量：光照强度（小圆叶片与台灯的距离）同一时间内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量1、实验原理排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使其密度增大下沉。光合作用植物放出O2，在细胞间积累，使其密度减小上浮。根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。小圆形叶片的数量、取材的部位、气体逸出程度等二、光合作用原理的应用探究·实践

探究光照强度对光合作用强度的影响2、实验步骤二、光合作用原理的应用探究·实践

探究光照强度对光合作用强度的影响123叶片浮起数量多叶片浮起数量较多叶片浮起数量少二、光合作用原理的应用探究·实践

探究光照强度对光合作用强度的影响3、实验结果烧杯编号处理条件圆形叶片浮起的数量5min10min15min1距离台灯15cm1592距离台灯25cm0253距离台灯35cm011自

变

量因

变

量光合作用强度0光照强度在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强，

超过一定值后光合作用强度趋于稳定。4、实验结论代谢类型同化作用异化作用自养异养光能自养：化能自养：利用光能。利用化学能。非己→自己自己→非己无机物有机物→举例：绿色植物、蓝细菌举例：铁细菌、硫细菌、硝化细菌利用现成有机物举例：人、动物、真菌及大多数细菌。进行有氧呼吸需氧厌氧兼性厌氧进行无氧呼吸举例：人、动植物、硝化细菌等大多数生物。举例：蛔虫、乳酸菌、破伤风杆菌等。有氧和无氧举例：酵母菌等。拓展：细胞的代谢类型能量硝化细菌的化能合成作用CO2+H2O（CH2O）+O21、定义：2、举例：铁细菌、硫细菌、硝化细菌利用环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的过程。NH3HNO2HNO3氧化氧化化能合成作用第二部分

光合作用的原理和应用一、概念检测：1.√××；2.D；二、拓展应用:1.（1）光照强度逐渐增大；（2）此时温度很高，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；（3）光照强度不断减弱；（4）光照强度、温度；（5）根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。2.植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)，从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株植物(幼苗)就能够生存一段时间但究竟能够生存多长时间，涉及的问题很多。

练习与应用P106一、选择题：1.B；2.B；3.B；4.C；5.D；6.D二、非选择题：2.（1）提高；因为CO2参与光合作用暗反应，在光照充足的情况下，CO2增加，其单位时间内与C5结合形成的C3也会增加，形成的葡萄糖也增加，故光合作用速率增加。（2）NADPH和ATP的供应限制；固定CO2的酶活性不够高、C5的再生速率不足、有机物在叶绿体中积累较多等，都是制约因素。所以单纯增加CO2，不能使反应速率倍增。（3）可能成立，若植物长期处于CO2倍增下，降低了固定CO2的酶含量或者活性，当恢复到大气CO2浓度后，已经降低的固定CO2的酶的含量或活性未能恢复，又失去了高浓度CO2的优势，因此会表现出比大气CO2浓度下更低的光合速率。学生可大胆做出合理推测，而不局限于说出上述答案。

复习与提高P108（4）回答本题的关键是摒弃简单的线性思维方式，要从生命活动的复杂性角度去回答。首先，不能只从光合作用效率可能提高的角度来看待温室效应，而必须全面分析温室效应可能产生的环境问题。其次，仅从大气中CO2比例增加是否提高光合作用速率的角度看，也不能以线性思维来看待。植物光合作用受到温度、水分等外部因素的影响，也受到内部的酶的活性等因素的影响，长期高CO2浓度可能使某些酶活性降低，高温也可能引起植物其他的变化，如色素降低；同时温室效应导致气温升高，引起蒸发率升高而影响水分供应，高温环境增强呼吸作用消耗的有机物也增多。因此温室效应不一定会提高作物产量。

复习与提高P108补充1：影响光合作用的因素B光照强度0（一）光O点：光照强度为00—B：随着光照强度增加，光合作用强度增大B点后：随着光照强度增加，光合作用强度不再增加光合作用速率1、光照强度（影响因素：光照强度）（限制因素：CO2浓度、温度等）2、光质3、光照时间红光＞蓝紫光＞绿光

农业上的应用：适当提高光照强度大棚用无色透明，补充蓝紫光或红光延长光照时间——主要影响光反应，制约NAHPH和ATP产生补充1：影响光合作用的因素（二）CO2——主要影响暗反应，制约C3的生成。BCO2浓度光合作用速率O—A：CO2浓度较低，不进行光合作用A点：进行光合作用的C02最低浓度B点后：随着C02浓度增加，光合速率没有变化A—B：随着C02浓度增加，光合速率增大（影响因素：C02浓度）（主要限制因素：光照强度、温度等）OA

农业上的应用：正其行，通其风增施农家肥，投放干冰合理密植补充1：影响光合作用的因素（三）温度——主要影响暗反应，制约C3的生成。温度光合作用速率

农业上的应用：温室栽培增大昼夜温差你知道新疆的水果含糖量普遍较高的原因吗？白天温度高，有利于光合作用合成有机物；夜间温度低，有利于降低呼吸作用消耗有机物。补充1：影响光合作用的因素（四）H2O——主要影响暗反应，制约C3的生成。

农业上的应用：缺水→植物气孔关闭→CO2吸收减少→暗反应减弱合理灌溉气孔———补充1：影响光合作用的因素（五）矿质元素

农业上的应用：合理施肥NPMg：光合作用中各种酶的组成元素是ATP的组成元素是叶绿素的组成元素是ATP的组成元素是磷脂的组成元素是叶绿素的组成元素K：促进有机物的运输，有利于光合作用的进行植物会因土壤溶液浓度过高发生渗透失水，而出现萎蔫注意多因素对光合作用的影响P点之前：限制光合速率的因素应为________坐标所表示的因子；P-Q之间：限制光合速率的因素应为________坐标所表示的因子；Q点之后：______坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子。横横、纵横补充1：影响光合作用的因素比较项目光合作用有氧呼吸场所条件物质转变能量转变实

质反应式联系补充2：光合作用与细胞呼吸的区别与联系P108.2叶绿体细胞质基质和线粒体在光照条件下进行有光无光都能进行无机物→有机物有机物→无机物光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能、热能氧化分解有机物，释放能量，合成ATP合成有机物，储存能量补充2：光合作用与细胞呼吸的区别与联系图A对应右图

，含义：

；图B对应右图

，含义：

；图C对应右图

，含义：

；图D对应右图

，含义：

；观察下面两幅图，指出左、右图的对应关系呼吸作用>光合作用只有呼吸作用没有光合作用呼吸作用=光合作用呼吸作用<光合作用AB段A点B点BC段C点之前：限制因素是光照强度；C点之后：限制因素是CO2浓度、温