2024-2025学年人教版生物课件必修一5-4光合作用与能量转化

第五章

细胞的能量供应和利用

第4节光合作用与能量转化捕获光能的色素及结构情景视频一

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。智慧植物工厂（视频）生活中各种绿色植物能进行光合作用，必然与绿色植物的物质和结构有关。叶片是进行光合作用的主要器官。思考：白化苗为什么最终死亡？白化苗由于不含绿色色素，不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。叶片中的绿色可能与光能的捕获有关。那么绿叶中究竟有哪些色素呢？一捕获光能的色素绿叶中色素的提取和分离实验1.实验原理：提取原理：提取方法：分离原理：分离方法：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。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。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢实验原理无水乙醇①研磨材料:5g鲜叶加入药品SiO2——有助于研磨充分CaCO3——防止色素被破坏无水乙醇——溶解色素②过滤：获取绿色滤液（试管口加棉花防挥发）一捕获光能的色素绿叶中色素的提取和分离实验2.实验步骤：（1）提取色素1cm

将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线；剪去两角的原因？防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而使形成的色素带不整齐一捕获光能的色素2.实验步骤：（2）制备滤纸条注意：（1）滤液细线要细、直、齐

（2）干燥后重复1—2次

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次；防止色素带重叠而影响分离效果

增加色素量，使分离出的色素带清晰滤液细线画滤液细线一捕获光能的色素2.实验步骤：（3）画滤液细线一捕获光能的色素分离绿叶中的色素效果(视频)叶绿素类胡萝卜素光合色素的功能：(占1/4)(占3/4)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）绿叶中光合素色的种类一捕获光能的色素3.实验结果：滤液线溶解度扩散速度最少最多吸收、传递和转化光能（1）收集的滤液绿色过浅的原因分析➊未加石英砂二氧化硅)，研磨不充分。（2）滤纸条色素带重叠

没等干后再划线、滤液线不能达到细、齐的要求，使色素扩散不一致造成的。➋菠菜叶不新鲜，滤液色素(叶绿素)太少。➌一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低

➍未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。一捕获光能的色素4.实验异常结果分析:（3）滤纸条看不到色素带➊忘记画滤液细线。➋滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中。（4）滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：➊忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏➋所用叶片为“黄叶”。一捕获光能的色素4.实验异常结果分析:思考：如果将色素滤液点在圆形滤纸的中央，色素带从外至内是？会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：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)捕获光能的色素Pigmentsthatcapturelightenergy实战训练

1.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中得到的色素带颜色较浅，分析其原因可能是（）①加入的提取液太多②用体积分数为95%的乙醇加入无水碳酸钠代替无水乙醇③研磨时没有加入碳酸钙④研磨时没有加入二氧化硅⑤取的叶片叶脉过多，叶肉细胞过少⑥画滤液细线的次数少⑦使用放置数天的菠菜叶A.①③⑦

B．②④⑤

C．①③④⑤⑥⑦ D．②③④⑤⑥实战训练

2在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为()试剂甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A.①②③④ B.②④①③ C.④②③① D.③②①④P99讨论2.滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同；同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。思考：这4种光合色素对光的吸收有什么差别呢？

太阳光是由不同波长的光组合成的复合光，不同波长的光，颜色不同，可见光的波长是400-760nm；波长小于400nm的光是紫外光；波长大于760nm的光是红外光。太阳光太阳光是由多种波长的光混合而成结论：一般情况下，光合作用吸收的光是可见光。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。一捕获光能的色素叶绿素b叶绿素a一捕获光能的色素合作探究：植物工厂中为什么不用发绿光的光源？绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。光叶绿体反射光透过光吸收光叶片为什么是绿色的呢？思考：这些色素存在于细胞中什么部位呢？

2.结构：由多个以上的类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含光合色素和酶外膜内膜基粒叶绿体基质含多种光合作用所必需的酶，少量DNA、RNA，核糖体极大的扩展了受光面积1.叶绿体：类囊体二叶绿体的结构适于进行光合作用水绵黑藻2.恩格尔曼的实验（一）恩格尔曼的第一个实验思考：（1）实验材料为什么选择水绵和好氧细菌？

水绵的叶绿体螺旋带状，便于观察。需氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位；选材的巧妙！恩格尔曼的第一个实验（2）为何要除去小室中原有的空气？

2.恩格尔曼的实验（一）（3）在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？

排除了氧气的干扰，保证好氧细菌的分布是叶绿体放氧导致的排除了光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比（相互对照）实验。（4）为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？临时装片暴露在光下与前面用极细光束形成完全和局部曝光的对照，再一次验证实验结果实验设计的巧妙！（5）由恩格尔曼第一个实验能得出什么结论？氧气是叶绿体释放出来的（或叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气）光三棱镜临时装片3.恩格尔曼的实验（二）思考：（1）请你预测该实验的结果并解释原因？好氧细菌好氧细菌水绵水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。（2）根据以上实验结果，教材P99图5-12中纵坐标还可以替换成什么指标？O2释放量叶绿体的结构适于进行光合作用资料：又结合其他实验证据，科学家们证明了：在叶绿体基质中，含有

多种进行光合作用所必需的酶。叶绿体是光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光进行光合作用释放氧气。

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，还有很多进行光合作用所必需的酶。

思考：叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础是什么？指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体（1）O2是来自H2O还是来自CO2？（2）如何得出氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应？二、光合作用的原理1.光合作用概念：2.化学反应式：请自主阅读课本P102页思考讨论，思考以下问题：注：（CH2O）表示糖类19世纪末甲醛→糖1928年甲醛对植物有毒，甲醛不能通过光合作用转化成糖。CO2O2C+H2O甲醛实验1：1937年

希尔有H2O没有CO2离体的叶绿体悬浮液思考：（1）该实验的结论是什么？O2离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解、产生氧气。（3）是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？能。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。（2）是否说明O2中的氧元素全部来自于H2O？不能。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。18O2O2CO2第一组H218O光照下的小球藻悬浮液C18O2H2O第二组光照下的小球藻悬浮液思考：（1）该实验用了什么科学方法？此方法有什么好处？实验中自变量是什么？如何对照？可以得出什么结论？实验2：1941年美国鲁宾和卡门同位素标记法；相互对照（即对比实验）；光合作用释放的氧气全部来自H2O，而不来源于CO2。（2）结合物理化学知识，水的光解产生氧气的同时还产生了哪些物质？2H+和2e-可追踪物质的运行和变化规律，弄清化学反应的详细过程；NADP++2H++2e-NADPH+H+结合H2O分解产生的2H+和2e-问题2：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？能量转化如何？酶问题1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？实验3：阿尔农实验1部分光能转化为储存在NADPH中的化学能思考：叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收的光能是否全部转化为NADPH中的化学能呢？材料：离体叶绿体处理：加入ADP、Pi，给予光照结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。活动：根据能量转化，用化学反应式来表示ATP的合成与希尔反应的关系。解释氧化型辅酶Ⅱ和还原型辅酶Ⅱ总结：叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一猜猜:糖类是如何生成的呢？实验4：阿尔农实验2材料：离体叶绿体处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件结果：离体叶绿体中有糖类生成结论：黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。思考：（1）光合作用的反应是否整个过程都需要光照呢？不是；分为光反应和暗（碳）反应两个阶段（2）在自然状态下，绿色植物能长时间不需要光照就能合成糖类吗？为什么？不能。光反应为暗反应提供ATP和NADPH思考:CO2如何转化为糖类？实验5：卡尔文实验1实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程材料：小球藻处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6结论：CO2C3

C6C5其他中间产物60秒后三碳化合物5秒后C52C3还原的C3卡尔文实验2：实验现象：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。CO2（CH2O）结论：C3与C5之间是相互循环的。多种酶ATPNADPHADP+PiNADP+2C3C5O2所需条件必须有光、色素、酶有/无光均可、多种酶、ATP和NADPH、CO2场所类囊体薄膜叶绿体基质物质变化水光解为O2、H+和e-，ATP和NADPH的合成CO2的固定，C3的还原，ATP和NADPH的分解能量变化光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+；光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。联系光反应阶段暗反应阶段CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体（1）H的转移：（2）C的转移：（3）O的转移：H2O→NADPH→(CH2O)CO2→C3→（CH2O）CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

思考：1.正常进行光合作用的植物，突然停止光照（CO2供应不变）后，短时间内NADPH、ATP、C3、C5含量如何变化？若突然增强光照呢？CO2供应不变，停止光照：NADPH和ATP减少、C3增加、C5减少CO2供应不变，增强光照：NADPH和ATP增加、C3减少、C5增加2.正常进行光合作用的植物，突然停止CO2供应（光照不变）后，短时间内C3、C5、NADPH、ATP含量如何变化？若突然增加CO2供应呢？光照不变，停止CO2供应：光照不变，增加CO2供应：NADPH和ATP减少、C3增加、C5减少NADPH和ATP增加、C3减少、C5增加

能够利用体外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合成作用。例如：硝化细菌。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌CO2+H2O(CH2O)+O2能量化能合成作用：总结：可以把无机物合成有机物的生物包括：绿色植物、光合细菌、化能合成细菌光合作用和呼吸作用的关系C6H12O6

+6O2+12H2O+能量+6H2O6CO2酶有氧呼吸光合作用CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体影响光合作用强度的因素合理补充光照合理补充CO2合理灌溉合理施肥（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。影响光合作用强度的因素多因子（光照强度、CO2浓度、温度）与光合作用强度之间的关系曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示的其他因子。光合作用原理的应用

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。1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？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而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件?影响光合作用的因素既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度，营养液和温度是影响植物光合作用的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态01打孔取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。02排气将圆形小叶片置于吸入清水的注射器内，用手指堵住注射器前端小孔拉动活塞，使叶片内气体逸出。03沉水将处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。04实验分别将10片叶圆片投入3只20mlNaHCO3的小烧杯中并调整5W台灯距离（10、20、30CM）实验步骤：教材P105探究光照强度对光合作用强度的影响自变量：因变量：不同光照强度（可用相同功率光源在不同距离照射调节）光合作用强度检测方法：同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量（或上浮相同数量圆叶片所需时间）光合作用产生的O2量大于有氧呼吸消耗的O2量思考：1.叶片上浮的原因是_________________________________________测量并记录实验结果：实验结论：在一定范围内，随光照强度的增强光合作用强度增加2.植物在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？补例.图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是A.在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小B.上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小C.通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度D.因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸B大练习册P107光合速率与呼吸速率的测定装置1.黑暗条件下，甲测定吸收O2的速率，代表呼吸速率2.光照条件下，乙测定释放O2的速率，代表净光合速率例：某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的