生物：54《能量之源-光與光合作用》課件（新人教版必修1）

1、第5章 細胞的能量供應和利用第4節(jié) 能量之源光與光合作用考點一：綠葉中色素的提取和分離實驗原理：提取(無水乙醇)、分離(層析液)目的要求：綠葉中色素的提取和分離及色素的種類材料用具：新鮮的綠葉、定性濾紙等、無水乙醇等方法步驟： 1.提取綠葉中的色素 2.制備濾紙條 3.畫濾液細線 4.分離綠葉中的色素 5.觀察和記錄討論： 1.濾紙條上色帶的數(shù)目、排序、寬窄？ 2.濾紙條上的濾液細線，為什么不能觸及層析液？方法與步驟：稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加少許的石英砂（充分研磨）和碳酸鈣 (防止研磨中色素被破壞)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進行過濾。色素分離實驗及作用色素有

2、那些功能呢？吸收、傳遞、轉換光能葉綠體中色素提取和分離實驗中幾個關鍵問題 取葉要新鮮 ， 濾液中含有較多的色素； 研磨要迅速充分，防止丙酮揮發(fā)，同時可以得到色素濃度較大的濾液； 畫濾液細線要重復次，以便色素帶清晰； 濾液細線要細、直，防止色素帶重疊； 濾液細線勿浸入層析液，防止色素溶解在層析液中； 層析時，燒杯要加蓋，避免苯等有毒物質揮發(fā)出來污染空氣； 實驗結束，要用肥皂洗手，因為實驗中可能接觸了苯等有毒物質； 濾紙條要避光保存，防止褪色 葉綠體中的色素：葉綠素葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）吸收紅光和藍紫光3/4類胡蘿卜素胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）吸收藍紫光1/4胡蘿卜素葉黃素葉綠

3、素a葉綠素b一 捕獲光能的色素和結構1、捕獲光能的色素色素葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b葉黃素胡蘿卜素葉綠素主要吸收紅光和藍紫光吸收可見的太陽光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光（藍綠色）（黃綠色）（橙黃色）（黃色）含量約占3/4含量約占1/4葉片中的葉肉細胞綠葉 葉肉細胞亞顯微結構模式圖 葉綠體亞顯微 結構模式圖2、捕獲光能的結構葉綠體（1）分布主要分布在綠色植物的葉肉細胞（2）形態(tài)一般呈扁平的橢球形或球形（3）結構外膜內(nèi)膜（4）功能光合作用的場所“養(yǎng)料的制造車間”“能量的轉換站”基粒由兩個以上的類囊體組成，含色素和酶基質含多種光合作用所必需的酶、少量的DNA透明，有利于光線的透過1.下列標號各代表

4、： 2.在上分布有光合作用所需的 和 ，在中也分布有光合作用所需的 。 基質酶? 外膜內(nèi)膜類囊體基粒色素酶 葉綠體亞顯微 結構模式圖.考點二：光合作用的發(fā)現(xiàn)及概念光合作用的概念： 光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。光合作用的探究歷程：植物體內(nèi)全部營養(yǎng)物質一、光合作用的發(fā)現(xiàn) 2000多年前，古希臘著名的哲學家亞里士多德認為：植物體是“土壤汁”構成的，即植物生長發(fā)育所需的物質完全來自土壤。1648年 比利時 海爾蒙特實驗圖A 土壤(烘干)100公斤幼樹2.5公斤圖B 只澆雨水(幾乎不含任何養(yǎng)料) 圖C 5年后樹長大了圖D 土壤烘干

5、后稱重，只比原來減輕了0.1公斤，樹增加了32公斤柳樹生長之謎植物增重主要來自于水，土壤提供極少量的物質思考：你認為結論完全正確嗎？植物的主要“食物”只來自水嗎？實驗結論：普里斯特利實驗薩克斯實驗的應用： 驗證光合作用生成淀粉時要注意的問題？1、實驗前應黑暗處理（饑餓處理）；2、用碘液鑒定前應先脫色、漂洗。1、為什么水綿是合適的實驗材料？2、他是如何控制實驗條件的？3、他是如何對照的？水綿具有細而長的葉綠體，便于觀察選用黑暗、無空氣的環(huán)境：排除環(huán)境中光線和氧氣的影響選用極細的光束，并用好氧細菌檢測：準確判斷釋放氧氣的部位討論：此實驗在設計上有什么巧妙之處？分以下幾個問題：自身對照實驗的選材、設

6、計有哪些巧妙之處？1、選用水綿、好氧細菌做實驗材料（便于觀察）2、選用黑暗沒有空氣的環(huán)境（單一變量原則）3、先在黑暗條件下用極細的光束，再完全曝光（對照原則）恩吉爾曼實驗的結果分析：這一巧妙的實驗說明了什么？葉綠體中的色素對不同波長的吸收的強度不同，主要吸收紅光與藍紫光，幾乎不吸收綠光積極思維 返回20世紀40年代，卡爾文(M.Calvin) 用14C標記的CO2供小球藻實驗，追蹤檢測其放射性。探明CO2中的C的轉移途徑?？栁难h(huán)：CO2 C3 (CH2O)4 能量之源光與光合作用1771年，普里斯特利(Joseph Priestley)： 1785年，才明確綠色植物在光照下釋放氧氣，吸收二

7、氧化碳。1779年，英格豪斯（J.Ingen-housz）發(fā)現(xiàn)：普里斯特利的實驗只有在光下才能成功；植物體只有綠葉才能更新污濁的空氣。植物可以更新空氣，但忽略了光的作用。4 能量之源光與光合作用1845年，德國科學家梅耶（R.Mayer）： 根據(jù)能量轉化與守恒定律明確指出，植物在進行光合作用時，把光能轉化成化學能儲存起來了。1864年，薩克斯(Julius von Sachs)的實驗： 綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生淀粉1880年，恩吉爾曼的實驗：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是進行光合作用的場所。4 能量之源光與光合作用1940年，美國科學家魯賓、卡門同位素標記實驗： 光合作用釋放的氧氣全部來自

8、于水20世紀40年代，美國科學家卡爾文的實驗： CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑-卡爾文循環(huán)經(jīng)典實驗實驗結論恩吉爾曼實驗魯賓、卡門實驗光合作用吸收二氧化碳并放出氧氣，光合作用需要光。（原料、產(chǎn)物和條件）綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。（產(chǎn)物）氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是進行光合作用的場所。（產(chǎn)物和場所）光合作用釋放的氧全部來自水。（原料與產(chǎn)物的關系）普利斯特利等實驗薩克斯實驗光二氧化碳水氧氣有機物二氧化碳+水 氧氣+有機物CO2O2光照H2O葉綠體葉綠體光合作用表達式：色素：基粒類囊體的薄膜上酶：基粒類囊體的薄膜上和葉綠體基質中考點三：光合作用的過程及實質4 能量之源光與光

9、合作用場所:類囊體薄膜葉綠體基質H2O類囊體膜酶Pi ADPATP1.光反應階段酶光、色素、葉綠體內(nèi)的類囊體膜上水的光解：H2O H + O2光能（還原劑）ATP的合成：ADPPi 能量（光能） ATP酶條件 ：場所：物質變化：能量變化：光能轉變?yōu)榛钴S的化學能貯存在ATP中HCO2糖類 五碳化合物 C5 蛋白質脂質CO2的固定三碳化合物 2C3C3的還原 基質多種酶H2O類囊體膜酶Pi ADPATPHCO2糖類 五碳化合物 C5 蛋白質脂質CO2的固定三碳化合物 2C3C3的還原 基質多種酶HATP2.暗反應階段CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的還原：ATPH 、ADP+Pi條件：場所：

10、物質變化：能量變化：葉綠體的基質中多種酶、 ATP中活躍的化學能轉變?yōu)樘穷惖?有機物中穩(wěn)定的化學能2C3 (CH2O)酶糖類H 、ATP光反應階段與暗反應階段的比較項目光反應階段暗反應階段區(qū)別場所條件物質變化能量轉化囊狀結構的薄膜上葉綠體的基質中需光、色素和酶不需光、色素;需多種酶光能轉變?yōu)锳TP中活潑的化學能ATP中活潑的化學能轉化為糖類等有機物中穩(wěn)定的化學能水的光解：H2O 光 H+O2光ADP+Pi ATP酶CO2的固定：CO2+C5 2C3C3的還原：2C3 （CH2O） H，ATP酶ATP ADP+Pi酶聯(lián) 系1、光反應是暗反應的基礎，光反應為暗反應的進行提供H和ATP2、暗反應是光

11、反應的繼續(xù)，暗反應為光反應的進行提供合成ATP的原料ADP和Pi3、兩者相互獨立又同時進行，相互制約又密切聯(lián)系思考:原料和產(chǎn)物的對應關系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的轉移途徑：碳的轉移途徑：卡爾文循環(huán)光能ATP中活躍的化學能(CH2O)中穩(wěn)定的化學能CO2C3（CH2O）4 能量之源光與光合作用葉綠體光CO2+H2O* (CH2O)+O2*光合作用總反應式：4 能量之源光與光合作用葉綠體光6CO2+12H2O* C6H12O6+6O2*+6H2O四、光合作用的實質物質變化：把簡單的無機物轉變?yōu)閺碗s的有機物能量變化：把光能轉變成儲存在有機物中的化學能物質變化：無機物能量變

12、化：光能轉變轉變有機物糖類等有機物中的化學能化能合成作用：利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來把無機合成有機物。少數(shù)的細菌，如硝化細菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O2 2HNO3+能量硝化細菌舉例：6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量自養(yǎng)生物: 以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著的能量。異養(yǎng)生物: 只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。所需的能量來源不同（光能、化學能）光能自養(yǎng)生物綠色植物硝化細菌化能自養(yǎng)生物例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。4 能量之源光與光合作用光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用 ：提高

13、光合作用強度，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。例如：控制光照的強弱和溫度的高低， 適當增加作物環(huán)境中二氧化碳的濃度， 等等。影響光合作用的主要外界因素：1）光照 2）CO2 3）溫度影響光合作用的因素及其相關原理在生產(chǎn)實踐中的應用 考點四：影響光合作用的因素葉齡 OA段：AB段：BC段：幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉內(nèi)葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合作用速率不斷提高 壯葉，葉片的面積、葉綠體和葉綠素都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率也基本穩(wěn)定。 老葉，隨著葉齡的增加，葉片內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率也隨之下降。 應用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當摘除老葉、殘葉及莖葉蔬菜及時換新葉，可降低其細胞呼吸消耗有機物

14、。 影響光合作用的因素及其相關原理在生產(chǎn)實踐中的應用 考點四：影響光合作用的因素單因子變量對光合作用的影響 光合作用強度表示方法1、單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生有機物（糖）的 數(shù)量（即植物重量或有機物的增加量）。2、單位時間內(nèi)光合作用吸收C02的量(或實驗 容器內(nèi)CO2減少量)。3、單位時間內(nèi)光合作用放出02的量(或實驗容 器內(nèi)02增加量)。單因子變量對光合作用的影響 光照時間：光照強度： 光質：時間越長，產(chǎn)生的光合產(chǎn)物越多在一定光照強度范圍內(nèi)，增加光照強度可提高光合作用速率。1光照光反應光照強度光照強度光合速率0光強光強CO2吸收CO2釋放A0BCNADPH、ATP暗反應 C3還原（CH20）光照

15、強度A點：AB段：B點：BC段：C點：光照強度為0時只進行細胞呼吸，釋放C02量代表此時的呼吸強度 隨光照強度增強，光合作用逐漸增強，C02的釋放量逐漸減少,因一部分用于光合作用 光補償點,此時細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=細胞呼吸速率 隨光照強度不斷增強，光合作用不斷增強 光飽和點,光照強度達到一定值時，光合作用不再增強 凈光照強度凈真正光合速率凈光合速率+呼吸速率 光反應光照強度光照強度光合速率0光強光強CO2吸收CO2釋放A0BC光補償點光飽和點NADPH、ATP暗反應 C3還原（CH20）不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出

16、了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水層對光波中的紅、橙部分吸收顯著多于對藍、綠部分的吸收，即到達深水層的光線是相對富含短波長的光，所以吸收紅光和藍紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方光反應光照強度光照強度光合速率0光強光強CO2吸收CO2釋放A0BC陽生植物陰生植物光補償點光飽和點NADPH、ATP暗反應 C3還原（CH20）從海的不同深度采集到4種類型的浮游植物（、和），測定了每種類型的光合作用，如下圖所示。在最深處采集到的是哪種類型的浮游植物？ 光照強度光合速率光反應光照強度據(jù)光照強度可制定的農(nóng)作物增產(chǎn)措施光照強度NADPH、ATP暗反應

17、C3還原（CH20）(1)白天：適當增強光照(2)陰雨天：適當補光(5)種植時： 合理密植(4)間作套種時農(nóng)作物的種類 搭配，林帶樹種的配置 (3)冬季溫室栽培避免高溫 過度密植減產(chǎn)的原因從生理學角度看：過度密植使得植物下半部的葉片受到的光照強度過弱（小于光補償點），使這部分葉片光合作用強度小于呼吸作用強度造成大量消耗有機物導致農(nóng)作物減產(chǎn)。光的性質白光紅光、藍紫光 綠光溫室大棚塑料薄膜的顏色最好是：無色透明綠色植物生理實驗的安全燈顏色：綠色水域植物（藻類水深）的垂直分布：綠藻紅藻褐藻2光照面積 OA段：A點：OB段：BC段：OC段：隨葉面積的不斷增大，光合作用實際量不斷增大 光合作用面積的飽和

18、點 隨葉面積的增大，光合作用不再增強，原因是有很多葉被遮擋，光照強度在光補償點以下 干物質量隨光合作用增強而增加 隨葉面積的不斷增加，干物質積累量不斷降低 隨葉面積的不斷增加，呼吸量不斷增加 2光照面積 應用：適當間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長。封行過早，使中下層葉片所受的光照往往在光補償點以下，白白消耗有機物，造成不必要的浪費。 C3的生成CO2濃度暗反應C3還原（CH20）光合速率0CO2濃度AB3CO2濃度A點：AB段：B點：進行光合作用所需CO2的最低濃度 在一定范圍內(nèi)，隨C02濃度的提高，植物的光合速率加快 表示C02的飽和點，CO2超過該濃度，光合速率達到最大不再提高。 C3

19、的生成CO2濃度暗反應C3還原（CH20）光合速率0CO2濃度ABCO2飽和點CO2補償點？C3的生成CO2濃度暗反應C3還原（CH20）光合速率0CO2濃度AB思考：1、在溫度適宜、CO2含量超過B點對應的濃度的條件下，如何進一步提高光合效率？2、若光照充足、溫度適宜，造成B點的原因是什么？3、若再繪另一光照更弱條件下的該曲線，則圖中A點向什么方向移動。3CO2濃度3CO2濃度應用：農(nóng)作物增產(chǎn)措施（2）溫室栽培，晴天適當增加 CO2濃度施有機肥（農(nóng)家肥）施用NH4HCO3肥料（1）合理密植使農(nóng)田通風良好 “正其行，通其風” 光合速率0CO2濃度ABCO2發(fā)生器 4 H2OH+的生成H2O暗反

20、應C3還原（CH20）NADPH的生成 含水量1、光合作用的原料；2、植物體內(nèi)各種生化 反應的介質；3、影響氣孔的開閉。應用：根據(jù)作物需水規(guī)律合理灌溉； 預防干旱洪澇OA段：在一定范圍內(nèi)，水越充足，光合作用速率越快 5 礦質元素 礦質元素礦質元素直接或間接影響光合作用。如可促進葉片面積增大，提高酶的合成速率，作為酶的激活劑等，提高光合作用速率。 應用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。 6溫度酶活性1、溫度NADPH、ATP生成量暗反應（CH20）生成量光反應主次2、溫度是影響氣孔開閉的因素之一6溫度應用：農(nóng)作物增產(chǎn)措施晴天：白天適當升溫，晚上適當 降溫以保持較高的晝

21、夜溫差連續(xù)陰雨天：白天和晚上均降溫1、適時播種；2、溫室栽培：3、防止“午休”現(xiàn)象多因子對光合作用速率的影響P點：Q點：限制光合速率的因素為橫坐標所表示的因子，隨該因子的不斷加強，光合速率不斷提高 橫坐標所表示的因素，不再是影響光合速率的因子，若要提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子的方法 多因子對光合作用速率的影響溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當充加C02，進一步提高光合速率。當溫度適宜時，可適當增加光照強度和C02濃度以提高光合速率?？傊筛鶕?jù)具體情況，通過增加光照強度，調(diào)節(jié)溫度或增加CO2濃度來充分提高光合速率，以達到

22、增產(chǎn)的目的 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2葉綠體光能C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量酶O2、C6H12O6CO2 關于光合作用和呼吸作用的關系各項生命活動光合作用與有氧呼吸的比較光合作用有氧呼吸區(qū)別場所所需條件物質變化能量變化聯(lián)系光合作用為有氧呼吸提供 、 ；呼吸作用為光合作用提供 。葉綠體主要在線粒體光、溫度、酶等O2、溫度、酶等無機物合成有機物有機物分解成無機物光能轉變成穩(wěn)定的化學能有機物中的化學能釋放出來，轉移給ATP有機物O2CO2氧氣釋放量（CO2吸收量、葡萄糖生產(chǎn)量）= 光合量 - 呼吸量在暗處或植物體的非綠色部分：氧氣吸收量（CO2釋放量、葡萄糖消耗量）= 呼吸量光合作用、呼吸作用都進行只進行呼吸作用例1：科學家用14C標記二氧化碳，發(fā)現(xiàn)碳原子在一般植物體內(nèi)光合作用中的轉移途徑是A二氧化碳葉綠素葡萄糖B二氧化碳ATP葡萄糖C二氧化碳五碳化合物