光合作用課件【新教材】人教版高中生物必修一

第5章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和應(yīng)用第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化葉綠體Chloroplast問(wèn)題探討1.用人工光源生產(chǎn)蔬菜，可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成的減產(chǎn)。同時(shí)人工光源的強(qiáng)度和不同色光可以調(diào)控，可以根據(jù)植物生長(zhǎng)的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。2.影響光合作用的因素很多，既有植物自身?xiàng)l件也有外界條件，二氧化碳濃度，營(yíng)養(yǎng)液和溫度是影響植物生長(zhǎng)的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。你參觀或聽(tīng)說(shuō)過(guò)植物工廠(chǎng)嗎？植物工廠(chǎng)在人工精密的控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營(yíng)養(yǎng)液成分條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的蔬菜工廠(chǎng)完全依賴(lài)LED燈等人工光源，其中常見(jiàn)的是紅色、藍(lán)色和白色光源。1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？2.為什么要控制二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液成分和溫度等條件?

在植物工廠(chǎng)里,人工光源可以為植物的生長(zhǎng)源源不斷地提供能量。在自然界,則是萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)。太陽(yáng)光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化,是生物圈得以維持運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

光合作用(photosynthesis)是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學(xué)途徑。因此,有人稱(chēng)光合作用是“地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)"。開(kāi)篇Introductory觀察發(fā)現(xiàn)葉片作為高等植物進(jìn)行光合作用的主要器官通常都是綠色的，說(shuō)明其中有綠色的色素。白化苗不能進(jìn)行光合作用，無(wú)法制造有機(jī)養(yǎng)料?？梢?jiàn)，葉片中的色素與光能的捕獲有關(guān)。綠葉中有哪些色素呢？一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)123用無(wú)水乙醇提取色素（色素能溶解在有機(jī)溶劑中）提取的原理實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶崛〔⒎蛛x綠葉中的色素，探究綠葉中色素的種類(lèi)分離的原理用層析液分離色素（色素在層析液中溶解度不同，溶解度越高，擴(kuò)散得越快）-----紙層析法探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)材料與試劑新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）、無(wú)水乙醇、層析液（可用93號(hào)汽油代替）二氧化硅、碳酸鈣新鮮的綠葉色素含量多二氧化硅可使研磨更充分3.碳酸鈣防止研磨中色素被破壞干燥的定性濾紙，試管，棉塞，試管架，研缽，玻璃漏斗，尼龍布，毛細(xì)吸管，剪刀，藥勺，量筒(10mL)，天平。實(shí)驗(yàn)用具探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離探究·實(shí)踐1.提取綠葉中的色素1234①稱(chēng)取5g的綠葉，剪碎，

放入研缽中。②放入少許二氧化硅和碳酸鈣，

再放入10mL無(wú)水乙醇，

迅速、充分地研磨二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。防止無(wú)水乙醇揮發(fā)葉綠體能夠被充分破壞，使得色素能充分被釋放出來(lái)③將研磨液迅速倒入玻璃漏斗

中進(jìn)行過(guò)濾。④收集濾液,封口。用單層尼龍布過(guò)濾，過(guò)濾葉脈及二氧化硅等。盛放濾液的試管用橡膠塞塞緊，防止無(wú)水乙醇的揮發(fā)。①制備濾紙條干燥的定性濾紙1cm鉛筆線(xiàn)為什么要剪去兩角？避免層析液在邊緣擴(kuò)散過(guò)快（邊緣效應(yīng)），使其同步到達(dá)細(xì)線(xiàn)探究·實(shí)踐2.分離綠葉中的色素探究·實(shí)踐2.分離綠葉中的色素②畫(huà)濾液細(xì)線(xiàn)★注意：細(xì)而齊、重復(fù)2—3次，待濾液干后，再畫(huà)一兩次。

（為了積累更多的色素使分離色素帶更明顯）探究·實(shí)踐2.分離綠葉中的色素為何濾液細(xì)線(xiàn)不能觸及層析液？防止色素溶解在層析液中為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒③層析探究·實(shí)踐綠葉中色素的提取和分離探究·實(shí)踐2.分離綠葉中的色素葉綠素類(lèi)胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍(lán)綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）實(shí)驗(yàn)結(jié)果:這4種色素對(duì)光的吸收有什么差別嗎？光合色素的吸收光譜葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的吸收光譜葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光類(lèi)胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少，綠光被反射回來(lái)，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。功能：吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能這些捕獲光能的色素存在于細(xì)胞中的什么部位？葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用形狀：扁平的橢球形或球形結(jié)構(gòu)：①內(nèi)外兩層膜均光滑，類(lèi)囊體堆疊形成基粒擴(kuò)大了膜面積，為光合色素和酶提供了更多的附著場(chǎng)所。②基質(zhì)中含有少量DNA、RNA、核糖體等，可以進(jìn)行某些蛋白質(zhì)的生物合成功能：吸收光能思考·討論水綿和需氧型細(xì)菌放在沒(méi)有空氣的小室內(nèi)葉綠體除了吸收光能以外，還有什么功能嗎？恩格爾曼《實(shí)驗(yàn)一》

極細(xì)光束

均勻光照水綿好氧細(xì)菌極細(xì)光束照射完全曝光黑暗

無(wú)空氣好氧細(xì)菌集中于葉綠體被光束照射的部位好氧細(xì)菌分布于葉綠體所有受光部位結(jié)論：葉綠體光合作用釋放氧氣，葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所思考·討論1.為什么選用水綿和好氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料？水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細(xì)菌可確定釋放O2的部位。2.為什么選用黑暗并且沒(méi)有空氣的環(huán)境？選用黑暗并且沒(méi)有空氣的環(huán)境，可排除光線(xiàn)

和氧的干擾。思考·討論

極細(xì)光束

均勻光照三棱鏡結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)紫光綜合上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出：葉綠體是光合作用的場(chǎng)所照射水綿好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光的區(qū)域思考·討論恩格爾曼《實(shí)驗(yàn)二》小結(jié)：葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)1.葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著大量光合色素2.類(lèi)囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，有許多與光合作用有關(guān)的酶3.葉綠體的結(jié)構(gòu)與光合作用高度適應(yīng)二、光合作用的原理和應(yīng)用1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)光合作用：指綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過(guò)程。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體簡(jiǎn)式：光合作用釋放的氧氣，是來(lái)自原料中的水還是二氧化碳？葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？又是如何將化學(xué)能儲(chǔ)存在糖類(lèi)等有機(jī)物中的？1928年:甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖,甲醛對(duì)植物有毒.19世紀(jì)末:甲醛→糖CO2O2C+H2O甲醛1937年，希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒(méi)有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)。希爾反應(yīng):4Fe3+

+2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。氧氣的產(chǎn)生和糖類(lèi)的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。思考問(wèn)題：1、2O2真的全部來(lái)自于H2O嗎？1940年:魯賓和卡門(mén)

（同位素標(biāo)記法）光照射下的小球藻懸液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲組乙組結(jié)論：光合作用釋放的氧來(lái)自水,與二氧化碳無(wú)關(guān)。1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1954年，美國(guó)阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)：在給葉綠體光照時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時(shí)，體系中就會(huì)有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATPATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系:上述實(shí)驗(yàn)表明:光合作用釋放的氧氣中的氧元素來(lái)自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類(lèi)的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。

總結(jié)：

1、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)2、光合作用過(guò)程有光才能反應(yīng)有光、無(wú)光都能反應(yīng)劃分依據(jù):反應(yīng)過(guò)程是否需要光能光反應(yīng)（光合作用第一階段）暗反應(yīng)（光合作用第二階段）又稱(chēng)碳反應(yīng)2、光合作用過(guò)程光反應(yīng)

類(lèi)囊體薄膜上的色素分子可見(jiàn)光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ條件：光、光合色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+場(chǎng)所：（基粒）類(lèi)囊體薄膜上主要產(chǎn)物：O2、ATP、NADPH2、光合作用過(guò)程物質(zhì)轉(zhuǎn)化：水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素NADPH的合成：光能能量轉(zhuǎn)變：ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量

ATP+H2O酶NADP++H++2e-NADPH酶2、光合作用過(guò)程暗反應(yīng)

ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類(lèi)CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：有沒(méi)有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPH場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)中產(chǎn)物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+2、光合作用過(guò)程物質(zhì)轉(zhuǎn)化：CO2的固定：C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)變：有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2＋C52C3酶葉綠體中的色素可見(jiàn)光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH光能→ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶2、光合作用過(guò)程2、光合作用過(guò)程1.NADPH和ATP的移動(dòng)途徑是什么？從類(lèi)囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。2.NADP+和ADP的移動(dòng)途徑呢？從葉綠體基質(zhì)到類(lèi)囊體薄膜。3.NADPH的作用？①活潑的還原劑；②儲(chǔ)存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。2、光合作用過(guò)程③H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)①C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）②O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體總反應(yīng)式光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較光反應(yīng)暗反應(yīng)區(qū)別所需條件進(jìn)行場(chǎng)所物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化聯(lián)系物質(zhì)變化上的聯(lián)系能量轉(zhuǎn)化上的聯(lián)系必須有光有光或無(wú)光均可類(lèi)囊體薄膜葉綠體基質(zhì)水光解為O2和H+;ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光能→ATP和NADPH中的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi、NADP+葉綠體中的色素可見(jiàn)光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHCO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強(qiáng)增加減少增加增加拓展·補(bǔ)充環(huán)境條件驟變時(shí)，相關(guān)物質(zhì)含量的變化拓展·補(bǔ)充環(huán)境條件驟變時(shí)，相關(guān)物質(zhì)含量的變化葉綠體中的色素可見(jiàn)光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減少增加減少增加減少CO2濃度增加減少增加減少增加化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類(lèi)的細(xì)菌。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量拓展·補(bǔ)充三、光合作用的影響因素及應(yīng)用光合作用強(qiáng)度定義：指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類(lèi)的數(shù)量6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體表示方法：固定或消耗CO2的量制造或產(chǎn)生有機(jī)物（糖類(lèi)）量產(chǎn)生O2的量單位時(shí)間內(nèi)光合作用思考：能否測(cè)量出光合作用強(qiáng)度？線(xiàn)粒體葉綠體O2釋放O2（可以測(cè)得）葉肉細(xì)胞CO2吸收CO2（可以測(cè)得）葉綠體：進(jìn)行光合作用，合成有機(jī)物，產(chǎn)生O2，消耗CO2線(xiàn)粒體：進(jìn)行有氧呼吸，消耗有機(jī)物，消耗O2，產(chǎn)生CO2光合作用強(qiáng)度O2CO2O2CO2只有呼吸作用，無(wú)光合作用O2CO2光合作用<呼吸作用O2CO2光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用O2O2CO2CO2光合作用強(qiáng)度光合作用制造的有機(jī)物的量-呼吸作用消耗的有機(jī)物的量=有機(jī)物積累量固定或消耗CO2量產(chǎn)生O2的量CO2吸收量O2的釋放量CO2的釋放量O2的吸收量總光合作用強(qiáng)度-呼吸作用強(qiáng)度=凈光合作用強(qiáng)度真正光合作用強(qiáng)度-

呼吸作用強(qiáng)度=

表觀光合作用強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度影響光合作用的因素光照強(qiáng)度、CO2的濃度、溫度H2O、礦質(zhì)元素（Mg合成葉綠素）外因內(nèi)因酶的種類(lèi)、數(shù)量色素的含量葉齡不同影響光合作用的因素光照強(qiáng)度0CO2吸收CO2釋放ABC陽(yáng)生植物呼吸速率光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)陰生植物A1B1C1凈光合總光合B點(diǎn)：光合作用=呼吸作用D點(diǎn)：光合速率開(kāi)始達(dá)到

最大時(shí)外界的光照強(qiáng)度（限制因素：CO2濃度、溫度等）D陰生植物呼吸作用較弱，對(duì)光的利用能力也不強(qiáng)。A-B：光合作用<呼吸作用B-C：光合作用>呼吸作用呼吸A點(diǎn):只進(jìn)行呼吸作用1、光照強(qiáng)度應(yīng)用：①合理密植；②陰雨天適當(dāng)補(bǔ)充光照③間作套種④適當(dāng)剪枝影響光合作用的因素A:只進(jìn)行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用細(xì)胞呼吸釋放的CO2

全部用于光合作用B-C：光合作用>呼吸作用A-B：光合作用<呼吸作用影響光合作用的因素CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點(diǎn)：對(duì)應(yīng)的CO2濃度為能進(jìn)行光合作用的最低CO2濃度。CO2補(bǔ)償點(diǎn)光合作用速率＝呼吸作用速率對(duì)應(yīng)的D點(diǎn)為CO2飽和點(diǎn)C點(diǎn)之后光合速率的限制因素：外因主要為光照強(qiáng)度和溫度，內(nèi)因?yàn)槊傅臄?shù)量和活性。B點(diǎn)：C點(diǎn)：1.多施有機(jī)肥或農(nóng)家肥；2.溫室栽培植物時(shí)還可使用CO2發(fā)生器等；3.大田中還要注意通風(fēng)透氣。應(yīng)用：2、

CO2濃度影響光合作用的因素O溫度A光合速率BC最適溫度下植物光合作用最大，植物體內(nèi)的酶最適溫度在40~50℃之間。溫度過(guò)高時(shí)植物氣孔關(guān)閉或酶活性降低，光合速率會(huì)減弱。1.適時(shí)播種2.溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫3.植物“午休”現(xiàn)象應(yīng)用：3、

溫度影響光合作用的因素植物24小時(shí)中CO2的吸收量e～f：光照減弱，光合