5.4光合作用与能量转化课件高一上学期生物人教版必修1

5.4光合作用与能量转化所有的绿色植物都可以进行光合作用，它们被称之生态系统的生产者。万物生长靠太阳雨露滋润禾苗壮......

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”。一生只需进食一次，它能把吃下的藻类中所含的叶绿体贮存下来，还对其加以利用进行光合作用，使之成为持久的食物来源。如果长时间不见阳光就会死亡。绿叶海蛞蝓问题探讨你参观或听说过植物工厂吗？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？第1课时捕获光能的色素与结构你一定吃过韭黄，它以诱人的色泽和鲜嫩的口感在蔬菜领域中占据了一席之地。它实际上是韭菜幼苗在黑暗条件下生长发育的产物，属于白化苗。与正常苗相比，白化苗因其不含色素不能进行光合作用，无法制造有机养料而不能长期存活。由此可见，光能的捕获与叶片中的色素有关。【思考】植物叶片在不同时期颜色不同，这与叶片中的色素有关，那植物叶片中到底含有哪些色素？一、捕获光能的色素【思考】提取色素需要注意什么问题呢？1.所选材料富含绿色的色素；2.将细胞及叶绿体破碎，使色素充分释放；3.保证色素的活性与结构不被破坏；绿叶中色素的提取与分离绿叶中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，但能溶于有机溶剂，因此可以用无水乙醇等有机溶剂提取绿叶中的色素。提取色素的原理提取绿叶中的色素

【任务1】观看视频《绿叶中色素的提取》，并结合教材P98的实践探究，回答相关问题：绿叶中色素的提取与分离提取绿叶中的色素

绿叶中色素的提取与分离取材：称取5g新鲜绿叶；①②④③研磨：剪碎叶片，放入研钵中，加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，迅速、充分研磨；过滤：漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤；收集：用小试管收集色素滤液，及时将试管口用棉塞塞严。提取绿叶中的色素

1.提取色素时为什么要选择绿色的叶片？2.提取色素时所用的试剂有什么？分别有何作用？3.提取色素时为何要迅速充分？4.盛放滤液的试管为什么要加棉塞？使滤液中色素含量高①无水乙醇：溶解色素；②二氧化硅（SiO2）：使研磨更充分；③碳酸钙（CaCO3）:保护色素减少乙醇挥发，充分溶解色素减少乙醇挥发和色素氧化绿叶中色素的提取与分离【任务1】观看视频《绿叶中色素的提取》，并结合教材P98的实践探究，回答相关问题：绿叶中色素的提取与分离2.分离滤液中的色素

——纸层析法分离色素的方法不同的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；溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。分离色素的原理【任务2】观看视频《绿叶中色素的分离》，并结合教材P98~P99的实践探究，回答相关问题：绿叶中色素的提取与分离2.分离滤液中的色素

制备滤纸条画滤液细线分离绿叶中的色素：将适量层析液倒入试管中，将滤纸条轻轻插入层析液中，

随后用棉塞塞紧试管口(不能让滤液细线触及层析液)观察结果：滤纸条上色素带有4条绿叶中色素的提取与分离2.分离滤液中的色素

1.层析液的成分是什么？在使用时应注意什么事项？2.画滤液细线的原则是什么？3.为什么不能让滤液细线触及层析液？4.滤纸条上出现了多少条色带？有何差异层析液是由石油醚、苯、丙酮按照一定的比例混合配制而成。使用时要注意在通风的环境进行，实验后及时清洗干净双手。细、直、匀防止色素直接溶到层析液中绿叶中色素的提取与分离2.分离滤液中的色素

【任务2】观看视频《绿叶中色素的分离》，并结合教材P98~P99的实践探究，回答相关问题：【任务3】请仔细观察色素分离后的滤纸条，思考并讨论以下问题：1.滤纸条上一共有多少条色带？每条色带的颜色如何？从上到下，分别是什么色素？2.这些色带中宽度最宽的是第几条色带？说明了什么？3.滤纸条上色带的分布情况说明了什么？绿叶中色素的提取与分离实验现象观察与结果分析胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）（含量最多）类胡萝卜素叶绿素溶解度高溶解度低（约1/4）（约3/4）绿叶中色素的提取与分离实验现象观察与结果分析叶绿素b叶绿素a叶黄素胡萝卜素结论1：色素带的条数与色素种类有关，4条色带说明有4种色素；结论2：色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此色素含量越多；结论3：色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高；绿叶中色素的提取与分离实验现象观察与结果分析【思考】这4种色素对光的吸收有什么差别呢？太阳光（白光）白光通过在三棱镜时，由于折射角度的不同，不同波长的光得以分离。三棱镜叶绿体中色素吸收分光谱绿叶中色素的提取与分离太阳光（白光）三棱镜类胡萝卜素叶绿体中色素吸收分光谱绿叶中色素的提取与分离太阳光（白光）三棱镜叶绿素叶绿体中色素吸收分光谱绿叶中色素的提取与分离光合作用利用的光都是可见光；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。绿叶中色素的提取与分离【思考】植物工厂为什么不用发绿光的光源？叶片为什么是绿色的呢？联系生活温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢？注意：使花朵、水果呈现不同颜色的色素(花青素)是位于液泡中的，属于水溶性色素。【思考】请结合叶绿素的分子结构，组成叶绿素的化学元素有哪些？C、H、O、N、Mg吸收、传递、转化光能光学显微镜下可以看到呈椭球型或球形的叶绿体。电子显微镜下可见其由双层膜包被，内含许多由类囊体堆叠而成的基粒，基粒和基粒之间充满基质。吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。叶绿体内由众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。据计算，1g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟有60m2左右。二.叶绿体的结构适于进行光合作用叶绿体的功能思考·讨论1881年，德国科学家恩格尔曼用水绵和好氧细菌做了这样的实验：资料一密闭容器中整体曝光密闭容器中极细光束把载有水绵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到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。恩格尔曼实验一：叶绿体的功能思考·讨论恩格尔曼实验二：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。叶绿体的功能思考·讨论恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。结合其他的实验证据，科学家们得出叶绿体是光合作用的场所这一结论。在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。二.叶绿体的结构适于进行光合作用1.下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是（）A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收C.通常红外光和紫外光可被叶录体中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的【小试牛刀】【小试牛刀】2.下列关于叶绿素的叙述，错误的是（）A.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素B.被叶绿素吸收的光可用于光合作用C.叶绿素a和叶绿素b在红光区为吸收峰值不同D.植物呈现绿色是由于叶绿素能效地吸收绿光第2课时光合作用的原理三.光合作用的原理光合作用的探索历程19世纪末甲醛→糖甲醛对植物有毒，甲醛不能通过光合作用转化成糖。CO2O2C+H2O甲醛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的氧元素全部都来自水？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？光合作用的探索历程1937年·希尔希尔发现，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。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应（光反应）。H2O光照叶绿体O2+NADPH+能量NADP++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。

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。发现光合作用中水的光解产生O2光合作用的探索历程1941年·鲁宾和卡门美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。O2中的O全部来自于H2O1954年.阿尔农光合作用的探索历程

954年，美国阿尔农发现，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。ADP+PiATPH2O光照叶绿体O2+NADPH+能量NADP++光合作用的探索历程20世纪50年代·卡尔文1946年开始，美国的卡尔文等用小球藻（一种单细胞绿藻）作为实验材料，用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪反射性14C的去向，最终探明了CO2中的C是如何转化为有机物中的C的。向藻类细胞光合作用的原料中加入14CO2每隔（很短）一段时间进行取样，迅速将藻类细胞放入热酒精中。双向纸层析法分离溶液中的分子后进行放射性自显影，确定放射性存在于哪些化合物上。依次出现的放射性物质代表了暗反应过程中各种产物依次出现的顺序。卡尔文循环三碳化合物五碳化合物根据卡尔文实验放射性自显影的结果，光合作用的暗反应过程最先出现的是一种三碳化合物——3-磷酸甘油醛。在此基础上，暗反应的全部过程及其他中间产物都慢慢被揭示。这是一个含多种三碳化合物和五碳化合物的循环，后来被人们称为“卡尔文循环”。高中阶段学习的暗反应是极其简化的过程。光合作用的探索历程20世纪50年代·卡尔文三.光合作用的原理光合作用的过程【任务】请大家带着以下问题快速阅读P103~P104的相关内容。1.光合作用可分为几个阶段？每个阶段分别在细胞的什么结构上进行？分别需要什么条件？2.光合作用的过程中有哪些物质的变化？3.光合作用是如何实现能量转化的？4.光合色素吸收的光能有什么用途？

光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过

，利用

，把

和

转化成储存着

的

，并且释放出

的过程。叶绿体光能二氧化碳水能量有机物氧气三.光合作用的原理光合作用的总反应式CO2+H2O（CH2O）+O2叶绿体光能e-H2ONADPHO2ADP+PiATP运至线粒体供有氧呼吸使用，若有富余，也可运出细胞膜供给给其他细胞。根据是否需要光能，我们把光合作用分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段必须有光才能进行，在类囊体薄膜上完成。光和色素吸收的光能：一方面将H2O→O2和H+，H+与NADP+结合后形成NADPH，作为活泼还原剂的NADPH

既参与暗反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；另一方面，在相关酶的作用下，提供能量使ADP+Pi→ATP。这样，光能就转化为ATP中的化学能。NADP+【光反应】光合作用的过程三.光合作用的原理【暗反应】ATPCO2三碳化合物C3五碳化合物C5有机物（CH2O）暗反应阶段有没有光都能进行，在叶绿体基质中完成。CO2经过一系列反应生成糖类：绿叶吸收的CO2，首先与C5结合，生成C3；C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，一些C3逐渐被转化为糖类，另一些又转变为C5。C5又可以继续去固定CO2。所以暗反应实际上是一个C3和C5的循环。暗反应产生的NADP+和ADP、Pi也可以继续供光反应使用。CO2的

固

定C3的

还

原NADPH光合作用的过程三.光合作用的原理光反应阶段叶绿体内的类囊体薄膜上场所：光、色素、酶等条件：光能→ATP和NADPH中活跃的化学能。能量转换：水的光解：物质变化ATP的合成：

光能NADP+

＋2H+＋2e-NADPHADP＋PiATP光能供暗反应使用暗反应阶段叶绿体基质场所：酶、NADHP、ATP等条件：ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。能量转换：CO2的固定：物质变化C3的还原：CO2

＋C5C32ATPC3C5

＋(CH2O)NADPH葡萄糖卡尔文循环固定还原淀粉NADPHATPCO22C3C5(CH2O)叶绿体基质(CH2O)蔗糖细胞质基质蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。光合作用的产物除了葡萄糖和淀粉外，还有一部分是蔗糖。光合作用的过程光反应与暗反应的区别和联系项目光反应暗反应区别条件光、色素、酶ATP、NADPH、CO2、多种酶场所类囊体薄膜叶绿体基质物质变化水的光解、ATP和NADPH的合成CO2的固定、C3的还原能量转化光能→ATP和NADPH中活跃的化学能活跃的化学能→（CH2O）中稳定的化学能联系①物质联系：光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。②能量关系：光反应阶段产生的ATP和NADPH中活跃的化学能转化为暗反应阶段中

储存在糖类中的稳定化学能。总之，光反应是暗反应所需物质和能量

的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。光反应与暗反应的联系由图可知：光反应为暗反应提供了

；暗反应为光反应提供了

。NADPH、ATPNADP+、ADP、Pi三.光合作用的原理三.光合作用的原理光合作用的过程尝试分析光照强度减弱或CO2浓度下降后，叶绿体内的C5、C3、NADPH和ATP的含量变化？情况1：光照停止，CO2供应正常卡尔文循环固定NADPHATPCO22C3C5(CH2O)还原光反应尝试分析光照强度减弱或CO2浓度下降后，叶绿体内的C5、C3、NADPH和ATP的含量变化？情况2：光照正常，停止CO2供应卡尔文循环固定NADPHATPCO22C3C5(CH2O)还原光反应3.如图为某植物光合作用的示意图，下列相关叙述正确的是(

)A.阶段②中稳定的化学能转变成活跃的化学能B.若中断CO2的供应则阶段①产生的b增多，d减少C.阶段①中c为NADH，作为还原剂参与阶段②中f的还原D.为该植物提供14C