5.4光合作用與能量轉化課件高一上學期生物人教版必修1

5.4光合作用與能量轉化所有的綠色植物都可以進行光合作用，它們被稱之生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者。萬物生長靠太陽雨露滋潤禾苗壯......

光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。因此，有人稱光合作用是“地球上最重要的化學反應”。一生只需進食一次，它能把吃下的藻類中所含的葉綠體貯存下來，還對其加以利用進行光合作用，使之成為持久的食物來源。如果長時間不見陽光就會死亡。綠葉海蛞蝓問題探討你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源。討論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、營養(yǎng)液成分和溫度等條件？第1課時捕獲光能的色素與結構你一定吃過韭黃，它以誘人的色澤和鮮嫩的口感在蔬菜領域中占據(jù)了一席之地。它實際上是韭菜幼苗在黑暗條件下生長發(fā)育的產(chǎn)物，屬于白化苗。與正常苗相比，白化苗因其不含色素不能進行光合作用，無法制造有機養(yǎng)料而不能長期存活。由此可見，光能的捕獲與葉片中的色素有關?！舅伎肌恐参锶~片在不同時期顏色不同，這與葉片中的色素有關，那植物葉片中到底含有哪些色素？一、捕獲光能的色素【思考】提取色素需要注意什么問題呢？1.所選材料富含綠色的色素；2.將細胞及葉綠體破碎，使色素充分釋放；3.保證色素的活性與結構不被破壞；綠葉中色素的提取與分離綠葉中的色素屬于脂溶性色素，不溶于水，但能溶于有機溶劑，因此可以用無水乙醇等有機溶劑提取綠葉中的色素。提取色素的原理提取綠葉中的色素

【任務1】觀看視頻《綠葉中色素的提取》，并結合教材P98的實踐探究，回答相關問題：綠葉中色素的提取與分離提取綠葉中的色素

綠葉中色素的提取與分離取材：稱取5g新鮮綠葉；①②④③研磨：剪碎葉片，放入研缽中，加少許二氧化硅和碳酸鈣，再加入10mL無水乙醇，迅速、充分研磨；過濾：漏斗基部放一塊單層尼龍布，將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進行過濾；收集：用小試管收集色素濾液，及時將試管口用棉塞塞嚴。提取綠葉中的色素

1.提取色素時為什么要選擇綠色的葉片？2.提取色素時所用的試劑有什么？分別有何作用？3.提取色素時為何要迅速充分？4.盛放濾液的試管為什么要加棉塞？使濾液中色素含量高①無水乙醇：溶解色素；②二氧化硅（SiO2）：使研磨更充分；③碳酸鈣（CaCO3）:保護色素減少乙醇揮發(fā)，充分溶解色素減少乙醇揮發(fā)和色素氧化綠葉中色素的提取與分離【任務1】觀看視頻《綠葉中色素的提取》，并結合教材P98的實踐探究，回答相關問題：綠葉中色素的提取與分離2.分離濾液中的色素

——紙層析法分離色素的方法不同的色素在層析液中的溶解度不同。溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快；溶解度低的隨層析液在濾紙上擴散得慢。分離色素的原理【任務2】觀看視頻《綠葉中色素的分離》，并結合教材P98~P99的實踐探究，回答相關問題：綠葉中色素的提取與分離2.分離濾液中的色素

制備濾紙條畫濾液細線分離綠葉中的色素：將適量層析液倒入試管中，將濾紙條輕輕插入層析液中，

隨后用棉塞塞緊試管口(不能讓濾液細線觸及層析液)觀察結果：濾紙條上色素帶有4條綠葉中色素的提取與分離2.分離濾液中的色素

1.層析液的成分是什么？在使用時應注意什么事項？2.畫濾液細線的原則是什么？3.為什么不能讓濾液細線觸及層析液？4.濾紙條上出現(xiàn)了多少條色帶？有何差異層析液是由石油醚、苯、丙酮按照一定的比例混合配制而成。使用時要注意在通風的環(huán)境進行，實驗后及時清洗干凈雙手。細、直、勻防止色素直接溶到層析液中綠葉中色素的提取與分離2.分離濾液中的色素

【任務2】觀看視頻《綠葉中色素的分離》，并結合教材P98~P99的實踐探究，回答相關問題：【任務3】請仔細觀察色素分離后的濾紙條，思考并討論以下問題：1.濾紙條上一共有多少條色帶？每條色帶的顏色如何？從上到下，分別是什么色素？2.這些色帶中寬度最寬的是第幾條色帶？說明了什么？3.濾紙條上色帶的分布情況說明了什么？綠葉中色素的提取與分離實驗現(xiàn)象觀察與結果分析胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）（含量最多）類胡蘿卜素葉綠素溶解度高溶解度低（約1/4）（約3/4）綠葉中色素的提取與分離實驗現(xiàn)象觀察與結果分析葉綠素b葉綠素a葉黃素胡蘿卜素結論1：色素帶的條數(shù)與色素種類有關，4條色帶說明有4種色素；結論2：色素帶的寬窄與色素含量有關，色素帶越寬說明此色素含量越多；結論3：色素帶擴散速度與溶解度有關，擴散速度越快說明溶解度越高；綠葉中色素的提取與分離實驗現(xiàn)象觀察與結果分析【思考】這4種色素對光的吸收有什么差別呢？太陽光（白光）白光通過在三棱鏡時，由于折射角度的不同，不同波長的光得以分離。三棱鏡葉綠體中色素吸收分光譜綠葉中色素的提取與分離太陽光（白光）三棱鏡類胡蘿卜素葉綠體中色素吸收分光譜綠葉中色素的提取與分離太陽光（白光）三棱鏡葉綠素葉綠體中色素吸收分光譜綠葉中色素的提取與分離光合作用利用的光都是可見光；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。綠葉中色素的提取與分離【思考】植物工廠為什么不用發(fā)綠光的光源？葉片為什么是綠色的呢？聯(lián)系生活溫室或大棚種植蔬菜時，應選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補充光源？為什么有些植物的葉片在不同時期顏色不同呢？注意：使花朵、水果呈現(xiàn)不同顏色的色素(花青素)是位于液泡中的，屬于水溶性色素?！舅伎肌空埥Y合葉綠素的分子結構，組成葉綠素的化學元素有哪些？C、H、O、N、Mg吸收、傳遞、轉化光能光學顯微鏡下可以看到呈橢球型或球形的葉綠體。電子顯微鏡下可見其由雙層膜包被，內含許多由類囊體堆疊而成的基粒，基粒和基粒之間充滿基質。吸收光能的色素分布在類囊體薄膜上。葉綠體內由眾多的基粒和類囊體，極大地擴展了受光面積。據(jù)計算，1g菠菜葉片中的類囊體的總面積竟有60m2左右。二.葉綠體的結構適于進行光合作用葉綠體的功能思考·討論1881年，德國科學家恩格爾曼用水綿和好氧細菌做了這樣的實驗：資料一密閉容器中整體曝光密閉容器中極細光束把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的小室內，在黑暗中用極細的光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中；如果把裝置放在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光的部位。恩格爾曼實驗一：葉綠體的功能思考·討論恩格爾曼實驗二：用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。葉綠體的功能思考·討論恩格爾曼的實驗直接證明了葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結合其他的實驗證據(jù)，科學家們得出葉綠體是光合作用的場所這一結論。在葉綠體內部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。這是葉綠體捕獲光能、進行光合作用的結構基礎。二.葉綠體的結構適于進行光合作用1.下列關于高等植物葉綠體中色素的敘述，錯誤的是（）A.葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中B.構成葉綠素的鎂可以由植物的根從土壤中吸收C.通常紅外光和紫外光可被葉錄體中的色素吸收用于光合作用D.黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉綠素合成受阻引起的【小試牛刀】【小試牛刀】2.下列關于葉綠素的敘述，錯誤的是（）A.葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素B.被葉綠素吸收的光可用于光合作用C.葉綠素a和葉綠素b在紅光區(qū)為吸收峰值不同D.植物呈現(xiàn)綠色是由于葉綠素能效地吸收綠光第2課時光合作用的原理三.光合作用的原理光合作用的探索歷程19世紀末甲醛→糖甲醛對植物有毒，甲醛不能通過光合作用轉化成糖。CO2O2C+H2O甲醛1.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？光合作用的探索歷程1937年·希爾希爾發(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，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學反應稱作希爾反應（光反應）。H2O光照葉綠體O2+NADPH+能量NADP++不能說明。希爾反應僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。

希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯(lián)，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。發(fā)現(xiàn)光合作用中水的光解產(chǎn)生O2光合作用的探索歷程1941年·魯賓和卡門美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2。O2中的O全部來自于H2O1954年.阿爾農(nóng)光合作用的探索歷程

954年，美國阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。ADP+PiATPH2O光照葉綠體O2+NADPH+能量NADP++光合作用的探索歷程20世紀50年代·卡爾文1946年開始，美國的卡爾文等用小球藻（一種單細胞綠藻）作為實驗材料，用經(jīng)過14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤反射性14C的去向，最終探明了CO2中的C是如何轉化為有機物中的C的。向藻類細胞光合作用的原料中加入14CO2每隔（很短）一段時間進行取樣，迅速將藻類細胞放入熱酒精中。雙向紙層析法分離溶液中的分子后進行放射性自顯影，確定放射性存在于哪些化合物上。依次出現(xiàn)的放射性物質代表了暗反應過程中各種產(chǎn)物依次出現(xiàn)的順序?？栁难h(huán)三碳化合物五碳化合物根據(jù)卡爾文實驗放射性自顯影的結果，光合作用的暗反應過程最先出現(xiàn)的是一種三碳化合物——3-磷酸甘油醛。在此基礎上，暗反應的全部過程及其他中間產(chǎn)物都慢慢被揭示。這是一個含多種三碳化合物和五碳化合物的循環(huán)，后來被人們稱為“卡爾文循環(huán)”。高中階段學習的暗反應是極其簡化的過程。光合作用的探索歷程20世紀50年代·卡爾文三.光合作用的原理光合作用的過程【任務】請大家?guī)е韵聠栴}快速閱讀P103~P104的相關內容。1.光合作用可分為幾個階段？每個階段分別在細胞的什么結構上進行？分別需要什么條件？2.光合作用的過程中有哪些物質的變化？3.光合作用是如何實現(xiàn)能量轉化的？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綠色植物通過

，利用

，把

和

轉化成儲存著

的

，并且釋放出

的過程。葉綠體光能二氧化碳水能量有機物氧氣三.光合作用的原理光合作用的總反應式CO2+H2O（CH2O）+O2葉綠體光能e-H2ONADPHO2ADP+PiATP運至線粒體供有氧呼吸使用，若有富余，也可運出細胞膜供給給其他細胞。根據(jù)是否需要光能，我們把光合作用分為光反應和暗反應兩個階段。光反應階段必須有光才能進行，在類囊體薄膜上完成。光和色素吸收的光能：一方面將H2O→O2和H+，H+與NADP+結合后形成NADPH，作為活潑還原劑的NADPH

既參與暗反應，同時也儲存部分能量供暗反應階段利用；另一方面，在相關酶的作用下，提供能量使ADP+Pi→ATP。這樣，光能就轉化為ATP中的化學能。NADP+【光反應】光合作用的過程三.光合作用的原理【暗反應】ATPCO2三碳化合物C3五碳化合物C5有機物（CH2O）暗反應階段有沒有光都能進行，在葉綠體基質中完成。CO2經(jīng)過一系列反應生成糖類：綠葉吸收的CO2，首先與C5結合，生成C3；C3接受ATP和NADPH釋放的能量，并且被NADPH還原，一些C3逐漸被轉化為糖類，另一些又轉變?yōu)镃5。C5又可以繼續(xù)去固定CO2。所以暗反應實際上是一個C3和C5的循環(huán)。暗反應產(chǎn)生的NADP+和ADP、Pi也可以繼續(xù)供光反應使用。CO2的

固

定C3的

還

原NADPH光合作用的過程三.光合作用的原理光反應階段葉綠體內的類囊體薄膜上場所：光、色素、酶等條件：光能→ATP和NADPH中活躍的化學能。能量轉換：水的光解：物質變化ATP的合成：

光能NADP+

＋2H+＋2e-NADPHADP＋PiATP光能供暗反應使用暗反應階段葉綠體基質場所：酶、NADHP、ATP等條件：ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能。能量轉換：CO2的固定：物質變化C3的還原：CO2

＋C5C32ATPC3C5

＋(CH2O)NADPH葡萄糖卡爾文循環(huán)固定還原淀粉NADPHATPCO22C3C5(CH2O)葉綠體基質(CH2O)蔗糖細胞質基質蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈?。光合作用的產(chǎn)物除了葡萄糖和淀粉外，還有一部分是蔗糖。光合作用的過程光反應與暗反應的區(qū)別和聯(lián)系項目光反應暗反應區(qū)別條件光、色素、酶ATP、NADPH、CO2、多種酶場所類囊體薄膜葉綠體基質物質變化水的光解、ATP和NADPH的合成CO2的固定、C3的還原能量轉化光能→ATP和NADPH中活躍的化學能活躍的化學能→（CH2O）中穩(wěn)定的化學能聯(lián)系①物質聯(lián)系：光反應為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供NADP+、ADP和Pi。②能量關系：光反應階段產(chǎn)生的ATP和NADPH中活躍的化學能轉化為暗反應階段中

儲存在糖類中的穩(wěn)定化學能?？傊?，光反應是暗反應所需物質和能量

的準備階段，暗反應是光反應的繼續(xù)，是物質和能量轉化的完成階段。光反應與暗反應的聯(lián)系由圖可知：光反應為暗反應提供了

；暗反應為光反應提供了

。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過程嘗試分析光照強度減弱或CO2濃度下降后，葉綠體內的C5、C3、NADPH和ATP的含量變化？情況1：光照停止，CO2供應正常卡爾文循環(huán)固定NADPHATPCO22C3C5(CH2O)還原光反應嘗試分析光照強度減弱或CO2濃度下降后，葉綠體內的C5、C3、NADPH和ATP的含量變化？情況2：光照正常，停止CO2供應卡爾文循環(huán)固定NADPHATPCO22C3C5(CH2O)還原光反應3.如圖為某植物光合作用的示意圖，下列相關敘述正確的是(

)A.階段②中穩(wěn)定的化學能轉變成活躍的化學能B.若中斷CO2的供應則階段①產(chǎn)生的b增多，d減少C.階段①中c為NADH，作為還原劑參與階段②中f的還原D.為該植物提供14C