新教材高中生物必修一选考生物54光合作用和能量转化课件.pptx

1、 光合作用是光合作用是唯一唯一能够能够捕获和转化光能捕获和转化光能的生物的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。学途径，是生物圈得以维持运转的基础。讨论：讨论：1.1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2.2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和 温度等条件？温度等条件？植物工厂植物工厂用用红色红色或或蓝色蓝色光的灯管，并光的灯管，并且在白天也开且在白天也开灯。灯。问题探讨参考答案：植物工厂用红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。讨论：1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？可以增强光照强度，调节温度、CO2浓度等，有 利于植物的光

2、合作用；而且不受外界天气的影 响，一年四季都可以生产各种蔬菜。2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和 温度等条件？因为植物光合作用还需要二氧化碳作原料，植 物生长需要无机盐、适宜的温度等条件。原始地球无生命，也无光合作用原始地球无生命，也无光合作用4646亿年前的原始地球（模拟图）亿年前的原始地球（模拟图）正常苗正常苗白化苗白化苗正常幼正常幼苗能进苗能进行光合行光合作用制作用制造有机造有机养料养料白化苗白化苗不能进不能进行光合行光合作用，作用，无法制无法制造有机造有机养料养料这说明叶片中的色素可能与光能的捕获有关。这说明叶片中的色素可能与光能的捕获有关。一一、捕获光能的色素和结构捕获光能的

3、色素和结构探究一绿叶中有哪些色素呢？绿叶中有哪些色素呢？绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离1.1.提取原理：提取原理：绿叶中的色素都能溶解于有机溶剂绿叶中的色素都能溶解于有机溶剂无水乙醇（或丙酮）无水乙醇（或丙酮）中，所以可以用无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。提取绿叶中的色素。2.2.分离原理：分离原理：纸层析法纸层析法 绿叶中的色素不止一种，它们都能溶解在层绿叶中的色素不止一种，它们都能溶解在层析液中。然而，它们析液中。然而，它们在层析液中的溶解度不同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；反之溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢则慢。这

4、样绿叶中的色素就随着层析液在滤纸。这样绿叶中的色素就随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。上的扩散而分离开。实验原理：实验原理：过滤（过滤（漏斗基部放一块漏斗基部放一块单层尼龙布单层尼龙布，以过滤叶脉和以过滤叶脉和SiOSiO2 2等。等。）研磨研磨SiOSiO2 2CaCOCaCO3 3无水乙醇无水乙醇取材（取材（5g 5g新鲜绿叶新鲜绿叶）溶解、提取色素溶解、提取色素有助于研磨充分有助于研磨充分防止色素被破坏防止色素被破坏 收集滤液收集滤液（棉塞塞紧）（棉塞塞紧）防止提取液挥发减少防止提取液挥发减少1.1.提取色素提取色素实验步骤实验步骤2、制备、制备 滤纸条滤纸条铅笔线铅笔线画铅笔细线画铅笔

5、细线滤液细线滤液细线画滤液细线画滤液细线要求：要求：（1 1）细直齐）细直齐（2 2）待滤液干）待滤液干后重复画后重复画1212次次3、画滤液细线、画滤液细线纸层析法纸层析法插滤纸条插滤纸条层析液层析液培养皿培养皿胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b4 4、分离色素、分离色素（盖住，因层析液易挥发，有一定毒性）（盖住，因层析液易挥发，有一定毒性）不能让滤不能让滤液细线触及液细线触及层析液层析液实验结果实验结果叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素（含量约（含量约3/43/4）叶绿素叶绿素a a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙

6、黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）绿叶中的色绿叶中的色素素功能：吸收、传递和转化光能功能：吸收、传递和转化光能5 5、观察与记录、观察与记录叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素 滤纸上色带的排滤纸上色带的排列顺序如何？宽窄如列顺序如何？宽窄如何？说明什么？何？说明什么？1、溶解度：、溶解度：高高低低2、含量：、含量：高高低低胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a a 叶绿素叶绿素b b叶绿素叶绿素a a 叶绿素叶绿素b b 叶黄素叶黄素胡萝卜素胡萝卜素叶绿体中的色素主要吸收叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光红光和蓝紫光探究二：这四种色素对光的吸收有什么差别吗？探

7、究二：这四种色素对光的吸收有什么差别吗？叶绿体中的叶绿体中的色素提取液色素提取液色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图（1 1）叶绿素）叶绿素a a和叶绿素和叶绿素b b主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光（430nm-450nm430nm-450nm）和和红光红光（640nm-660nm640nm-660nm）。（2 2）胡萝卜素和叶黄素主要吸收）胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光蓝紫光。1.正常杨树的叶为什么呈绿色？秋季为什么变黄了？叶绿体中叶绿素的含量多，且对绿光吸收量最少，绿光被反射出来，所以呈绿色；秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。2.2.大棚种植蔬菜

8、时，选择什么颜色的塑料薄大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？膜最好？白色或无色白色或无色二、叶绿体的结构二、叶绿体的结构18801880年年 恩格尔曼的实验恩格尔曼的实验没有空气的黑暗环境没有空气的黑暗环境极细光束极细光束暴露在光下暴露在光下水绵和好氧细菌的装片水绵和好氧细菌的装片结论：结论：氧是由氧是由 叶绿体叶绿体释放出来的，释放出来的，叶绿体叶绿体是光合作用的是光合作用的场所。场所。光合作用需要光合作用需要光照光照。恩格尔曼实验恩格尔曼实验2 2：透过三棱镜的光照射水绵透过三棱镜的光照射水绵水绵水绵结果：结果：需氧细菌聚集在需氧细菌聚集在红光红光和和蓝紫光蓝紫光区域。区域。好氧细

9、菌好氧细菌1.1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？恩格尔曼第一个实验的结论是什么？光合作用的场所在光合作用的场所在叶绿体叶绿体，并且释放出，并且释放出氧气氧气。2.2.恩格尔曼在选材、实验设计有什么巧妙之处？恩格尔曼在选材、实验设计有什么巧妙之处？选择材料的叶绿体选择材料的叶绿体呈带状呈带状，易观察；，易观察；好氧好氧菌聚集菌聚集 作为释放氧气的观察指作为释放氧气的观察指 标。运用标。运用对照对照和和单一变量单一变量 方法方法进行对比实验。进行对比实验。3.3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝 紫光区域，为什么？紫光区域，为什么？色素主要

10、吸收色素主要吸收红光红光和和蓝紫光蓝紫光，这区域产生的，这区域产生的氧气较氧气较 多多，故需氧菌聚集。，故需氧菌聚集。4.4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？叶绿体能叶绿体能吸收光能吸收光能用于光合作用，并释放出用于光合作用，并释放出氧气氧气。讨论讨论 叶绿体叶绿体是进行是进行光合作用光合作用的场所。的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布它内部的巨大膜表面上，不仅分布这许多这许多吸收光能的色素吸收光能的色素分子，还有分子，还有许多许多进行光合作用所必须的进行光合作用所必须的酶酶。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用1.1.概念：概念：

11、是指绿色植物通过是指绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把把二氧化碳二氧化碳和和水水转化成储存着能量的转化成储存着能量的有机物有机物（CHCH2 2O O），并且释放出，并且释放出氧气氧气的过程。的过程。2.2.反应式：反应式：CO2+H2O光能光能叶绿体叶绿体（CH2O）+O23.3.光合作用的实质光合作用的实质CO2+H2O光能光能叶绿体叶绿体（CH2O）+O2实实质质物质变化：物质变化：把把无机物无机物转变成转变成有机物有机物，释放，释放O2。能量变化：能量变化：把把光能光能转变成转变成有机物中有机物中的的化学能。化学能。（一）光合作用的原理（一）光合作用的原理 根据根据是否需

12、要光能是否需要光能，可以分为两个阶段：，可以分为两个阶段：光反应阶段光反应阶段:需要光能，在需要光能，在类囊体薄膜类囊体薄膜上进行；上进行；暗反应阶段：暗反应阶段：不需要光能，在不需要光能，在叶绿体基质叶绿体基质中进行。中进行。思考：思考：光能如何变成化学能？有机物如何合成？光能如何变成化学能？有机物如何合成？释放的释放的O O2 2来自于来自于H H2 2O O还是还是COCO2 2？好氧细菌好氧细菌思考思考讨论讨论 探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验 1.191.19世纪末：世纪末：COCO2 2的的C C和和O O分开，分开，C C和和H H2 2O O结合成甲醛。结合

13、成甲醛。COCO 2 2+H+H2 2O O 甲醛甲醛+O+O2 23.19413.1941年，鲁宾和卡门：年，鲁宾和卡门：同位素标记法同位素标记法COCO2 2+H+H2 2O O*（CHCH2 2O O）+O O*2 24.1954-574.1954-57年，阿尔农：年，阿尔农：水光解产生水光解产生ATPATPH H2 2O H+OO H+O2 2 +ATPATP光能光能2.19372.1937年，希尔：年，希尔：水光解产生氧气（希尔反应）水光解产生氧气（希尔反应）H H2 2O H+OO H+O2 2 鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门的实验 同位素同位素标记法：用放射性同位素标标记法：用放射性

14、同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪学家通过追踪放射性同位素放射性同位素标记的化标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做这种方法叫做同位素标记法同位素标记法。第一组第一组光合作用产生的光合作用产生的O O2 2全部来自于全部来自于H H2 2O O。H H2 218180 0C0C02 2H H2 20 0C C1818O O2 2第二组第二组18180 02 20 02 2美国鲁宾和卡门实验（美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法同位素标记法）讨论讨论1.1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物

15、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于水？光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自于水？因为没有对比实验，因为没有对比实验，未排除未排除产生的氧气来自其它物产生的氧气来自其它物 质质，故故不能说明不能说明产生的氧气产生的氧气全部全部来自于水来自于水2.2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一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？个化学反应？希尔实验只证实水光解产生氧气，希尔实验只证实水光解产生氧气，未说明未说明水光光解水光光解 与糖的合成不是同一反应。与糖的合成不是同一反应。3.3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结

16、论？分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？光合作用产生的氧气光合作用产生的氧气全部来自于水。全部来自于水。4.4.尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATPATP的合成与希尔反应的关系。的合成与希尔反应的关系。2H2H2 2O O 4 H+O4 H+O2 2 ADPADPPi Pi 能量（能量（光能光能 ）ATPATP1.光反应阶段光反应阶段类囊体类囊体薄膜薄膜中中的色素的色素光能光能H2O水在光下分解水在光下分解O2H场所：场所：过程：过程：能量转变：能量转变：水的光解：水的光解：ATP ATP的合成：的合成：光能光能ATP中活跃的化学能中活跃的化学能ADP+PiATP酶酶光、色素、酶光

17、、色素、酶类囊体薄膜上类囊体薄膜上2H2O 4H+O2光光ADP+Pi+光能光能 ATP酶酶（NADPHNADPH）C5 固固 定定2C3H供氢供氢酶酶多种酶多种酶参加催化参加催化还还 原原酶酶ATP供能供能ADP+Pi2.暗反应阶段暗反应阶段条件：条件：场所：场所：叶绿体基质中叶绿体基质中过程过程:CO2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶三碳化合三碳化合物的还原：物的还原：ATP中活跃中活跃的化学能的化学能能量转变：能量转变：2C3 +H+ATP (CH2O)+C5 酶酶不需光，需多种酶不需光，需多种酶有机物中稳有机物中稳定的化学能定的化学能(CH2O)糖类糖类 总结：总结：光合作用过程

18、图解光合作用过程图解色素分子色素分子可见光可见光吸收吸收ADP+PiATP酶酶光反应光反应暗反应暗反应C52C3固定固定CO2多种酶多种酶能能还原还原（卡尔文循环）（卡尔文循环）酶酶(CH2O)再生再生2H2OO24H光解光解光合作用的反应式：光合作用的反应式：光反应2H2H2 2O 4H+OO 4H+O2 2+PiPi+光能光能ATPATP酶酶ADPADP水的光解（水的光解（希尔反应希尔反应）：）：ATPATP的合成（光合磷酸化）：的合成（光合磷酸化）：暗反应暗反应C C3 3的还原（的还原（卡尔文循环卡尔文循环）：）：2C2C3 3+H (CH+H (CH2 2O)+CO)+C5 5COC

19、O2 2的固定：的固定：COCO2 2+C+C5 5 2C 2C3 3光反应光反应反应总式：反应总式：CO2+H2O（CH2O）+O2光能光能叶绿体叶绿体拓展：拓展：产物与原料中元素的对应关系产物与原料中元素的对应关系（CH2O）HOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：能量的转移途径：碳的转移途径：碳的转移途径：光能光能中中活跃活跃的化学能的化学能(CH(CH2 2O)O)中中稳定稳定的化学能的化学能CO2C3（CH2O）停止停止光照光照光反应光反应停止停止H H ATPATP还原还原受阻受阻C C3 3C C5 5 停止停止COCO2 2供应供应固定固定受阻受阻还原还原继续继续C C

20、3 3C C5 5 项目项目光反应光反应暗反应暗反应速度速度场所场所条件条件物质物质变化变化能量能量变化变化叶绿体叶绿体类囊体薄膜类囊体薄膜叶绿体叶绿体基质基质光、色素光、色素和和酶酶HH、ATPATP和和多种酶多种酶 COCO2 2的固定的固定：CO2+C5 2C3光能光能转变为活跃的化转变为活跃的化学能，储存在学能，储存在ATP中中酶酶光能光能ADP+Pi ATPATP中中活跃的化学能活跃的化学能转化为糖转化为糖类等有机物中类等有机物中稳定的化学能稳定的化学能2H2O 光能光能 4H+O2很很快快（以毫秒计）（以毫秒计）较较缓慢缓慢 C C3 3的还原的还原：2C3 +HH （CH2O）+

21、C5 ATP酶酶思考思考讨讨论论 1.1.光反应与暗反光反应与暗反应的区别应的区别思考思考讨论讨论 2.2.光反应与暗反应的联系光反应与暗反应的联系光反应是暗反应的光反应是暗反应的基础，基础，光反应为暗反应的光反应为暗反应的进行提供进行提供还原还原HH和和ATPATP；暗反应是光反应的暗反应是光反应的继续继续；暗反应为光反应的；暗反应为光反应的进行提供合成进行提供合成ATPATP的原料的原料ADPADP和和PiPi；总之，光反应和暗反应是两个既总之，光反应和暗反应是两个既相互独立相互独立又又同时同时进行进行、既、既相互制约相互制约又又密切联系密切联系的两个生理过程。的两个生理过程。相关信息相关

22、信息 光合作用的产物有一部分是光合作用的产物有一部分是淀粉淀粉，还有一部，还有一部分是分是蔗糖蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。输到植株各处。（一）光合作用强度（光合速率）：（一）光合作用强度（光合速率）：1.1.概念：概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。五、光合作用原理的应用五、光合作用原理的应用2.2.表示方法表示方法单位时间单位时间内光合作用产生有机物的量内光合作用产生有机物的量单位时间单位时间内光合作用固定内光合作用固定CO2的量的量单位时间单位时间内光合作用产生内光合作用产生

23、O2的量的量（二）影响光合作用强度的因素（二）影响光合作用强度的因素1、内因（遗传因素）、内因（遗传因素）2、外因（环境因素）、外因（环境因素）不同种类植物、同一植物的不同生长发育时期等。如不同种类植物、同一植物的不同生长发育时期等。如叶龄、叶龄、生长时期、叶面积指数等生长时期、叶面积指数等 .光照强度、光质（波长）：光照强度、光质（波长）：提供能量提供能量 .CO.CO2 2浓度：浓度：原料原料 .温度温度：影响酶的活性影响酶的活性 .必需的矿质元素（无机盐）：如必需的矿质元素（无机盐）：如MgMg2+2+合成叶绿素、合成叶绿素、N N是酶和是酶和ATPATP的原料等。的原料等。.水分：水分

24、：原料原料（还间接影响（还间接影响COCO2 2供应）供应）光照（光照强度、光质、光照时间）光照（光照强度、光质、光照时间）实验原理：实验原理：叶片有空气，上浮叶片有空气，上浮叶片下沉叶片下沉抽气抽气光合作用光合作用产生产生O2黑暗中黑暗中光照强度光照强度实验结论：实验结论：一定光照强度范围内，植物光合作用强一定光照强度范围内，植物光合作用强度随光照强度增强而增强。度随光照强度增强而增强。充满细胞间隙，充满细胞间隙，叶片上浮叶片上浮光照强度光照强度吸收吸收COCO2 2净光合速率净光合速率总光合速率总光合速率光照强度光照强度 总光合速率总光合速率=净光合速率净光合速率+呼吸速率呼吸速率光补偿点

25、光补偿点：光合作用速率光合作用速率=呼吸作用速率呼吸作用速率的光照强度的光照强度C光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点光饱和点光饱和点：光合作用速率达到光合作用速率达到最大最大时时的光照强度的光照强度光质（光的波长）不同，影响光合速率；光质（光的波长）不同，影响光合速率；白光白光为复色光，为复色光，光合作用能力最强光合作用能力最强。光质光质1 1有甲、乙、丙、丁有甲、乙、丙、丁4 4盆长势均匀的植物置于阳光下，甲品红盆长势均匀的植物置于阳光下，甲品红光照射；乙绿色光照射；丙添加品红色滤光片光照射；乙绿色光照射；丙添加品红色滤光片A A；丁添加绿色；丁添加绿色滤光片滤光片B B（如图），经过一段时间

26、，各盆中长势最旺的和长势（如图），经过一段时间，各盆中长势最旺的和长势最差的依次是下列哪一组（最差的依次是下列哪一组（）A A甲、乙甲、乙 B B乙、丙乙、丙 C C甲、丁甲、丁 D D丙、丁丙、丁 光照时间光照时间 光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。光照的日变化光照的日变化一天的时间一天的时间光合作用强度光合作用强度O光照强度光照强度12 1311ABCDE101514阳生植物夏季晴朗的白天一天的变化阳生植物夏季晴朗的白天一天的变化（1 1）为什么）为什么7-107-10时光合作用强度不断增强？时光合作用强度不断增强？（2 2

27、）为什么）为什么1212时左右光合作用强度明显减弱？时左右光合作用强度明显减弱？（3 3）为什么）为什么14-1714-17时光合作用强度不断下降？时光合作用强度不断下降？在一定的温度和二氧化碳供应充足的在一定的温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度随光照加强情况下，光合作用的强度随光照加强而增强的。而增强的。温度很高，蒸腾作用很强，气孔大温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，量关闭，CO2供应减少，导致光合作供应减少，导致光合作用强度明显减弱。用强度明显减弱。光照强度不断减弱。光照强度不断减弱。夏季晴朗的白天某种夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作绿色植物叶片光合作用强度曲线图用强度

28、曲线图 CO CO2 2浓度浓度光光合合作作用用强强度度COCO2 2浓度浓度0 0ABCOCO2 2补偿点补偿点：光合作用速率光合作用速率=呼吸作用速率呼吸作用速率外界环境中的二氧化碳浓度外界环境中的二氧化碳浓度.COCO2 2饱和点：饱和点：光合作用速率达到光合作用速率达到最大最大时时外界环境中的二氧化碳浓度外界环境中的二氧化碳浓度COCO2 2补偿点补偿点COCO2 2饱和点饱和点 温度温度温度直接影响酶的活性。温度直接影响酶的活性。一般植物在一般植物在10103535下下正常进行光合作用，在正常进行光合作用，在2525 3030最适宜。最适宜。N、P、K等元素等元素 矿质元素（无机盐离

29、子）矿质元素（无机盐离子）在一定范围内，营养元素越多，光合速率就越快。在一定范围内，营养元素越多，光合速率就越快。N：促进叶面积增大，叶数量增多，增加促进叶面积增大，叶数量增多，增加光合面积。光合面积。Mg：与叶绿素的形成有关。与叶绿素的形成有关。.水分水分1.缺少原料直接影响光合作用缺少原料直接影响光合作用2.会导致叶片气孔关闭，限制会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而进入叶片，从而间接影响光合作用。间接影响光合作用。缺水：缺水：水过多：水过多：会导致根部缺少氧气，限制植株的代谢，会导致根部缺少氧气，限制植株的代谢，从而间接影响光合作用。从而间接影响光合作用。应用：合理灌溉应用：合理

30、灌溉 六、化能合成作用六、化能合成作用 利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物。少数的细菌，如硝化细菌。把无机合成有机物。少数的细菌，如硝化细菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量能量硝化细菌硝化细菌举例：举例：6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量能量自养生物自养生物:以以COCO2 2和和HH2 2OO（无机物）为原料合成糖类（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着的能量。（有机物），糖类中储存着的能量。异养生物异养生物:只能利用环境中现成的有机物来维持自身的只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。生命活动。所需的能量来源不同（光能、化学能）所需的能量来源不同（光能、化学能）光能自养生物光能自养生物绿色植物绿色植物硝化细菌硝化细菌化能自养生物化能自养生物