5.4 光合作用和能量轉(zhuǎn)化課件-2024-2025學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

生物學(xué)（新人教版）分子與細胞第五章細胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化

Biology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。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？？正常玉米植株（綠色）和白化玉米植株（白色）一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)白化苗葉片不含綠色色素，不能進行光合作用，無法制造有機養(yǎng)料，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。正常幼苗葉片含綠色色素，能進行光合作用制造有機養(yǎng)料這說明葉片中的色素可能與光能的捕獲有關(guān)綠葉中究竟有哪些色素？下面我們通過實驗來探究綠葉中色素的提取和分離2.實驗?zāi)康?/p>

（1）進行綠葉中色素的提取和分離。

（2）探究綠葉中含有幾種色素。1.實驗原理

提取原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，所以可以用無水乙醇提取綠葉中的色素。

分離原理：綠葉中的色素都能溶解在層析液中，但不同的色素溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢。這樣，綠葉中的色素就會隨著層析液在濾紙上的擴散而分開。紙層析法3.實驗材料用具新鮮的綠葉（如菠菜的綠葉）無水乙醇（也可用體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇加入適量無水碳酸鈉來代替）、層析液（由20份在60~90℃下分餾出來的石油醚、兩份丙酮和1份苯混合而成）（可用93號汽油代替），二氧化硅（二氧化硅可使研磨更充分），碳酸鈣（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，毛細吸管，剪刀，藥匙，量筒(10mL)，天平等。4.方法步驟（一）提取綠葉中的色素綠葉二氧化硅和碳酸鈣無水乙醇單層尼龍布棉塞思考討論一、實驗材料1.實驗中能否選擇白菜葉片作為實驗材料？葉片能否用清水浸泡？2.為什么用無水乙醇而不用水作提取液？用丙酮可以嗎？（1）不能，應(yīng)選取新鮮綠色的葉片，綠葉中色素含量較高。（2）綠葉不要用清水浸泡，會使細胞吸水，使提取液中色素的濃度降低，影響實驗效果。色素是有機物，能溶于有機溶劑（如無水乙醇），但不溶于水?？梢杂帽?，但丙酮有一定的毒性。二、實驗操作要領(lǐng)1.研磨時加無水乙醇不應(yīng)一次加入，應(yīng)分多次加入的原因是什么？2.加入二氧化硅和碳酸鈣的目的是什么？3.加入無水乙醇的目的是什么？4.迅速、充分研磨的目的是什么？不應(yīng)一次性加入，為保證提取效果，應(yīng)分多次加入。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。溶解（提?。┥亍Ｑ杆伲悍乐挂掖紦]發(fā)和色素的破壞充分：葉綠體能夠被充分被破壞，使得色素能充分被釋放出來。5.為什么用單層尼龍布過濾研磨液，而不用濾紙？因為濾紙會吸附色素6.用棉塞將試管口塞緊防止乙醇揮發(fā)和色素氧化7.為什么過濾？濾液中含有葉脈和二氧化硅等。①制備濾紙條（二）分離綠葉中的色素1.干燥的過濾紙？將干燥的定性濾紙剪成寬度略小于試管直徑，長度略小于試管長度的濾紙條，再將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端底部1CM處用鉛筆畫一條細的橫線。鉛筆線畫鉛筆細線其透性好，吸收濾液較多同時使層析液在濾紙條上擴散速度快。2.濾紙條一端剪去兩角的目的是什么防止色素在濾紙條邊緣擴散太快，出現(xiàn)弧形帶，保證在濾紙上均勻擴散，使分離出的色素帶平齊。②畫濾液細線用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線（也可將濾液倒入培養(yǎng)皿，再用蓋玻片蘸取濾液，在橫線處按壓均勻的細線）。待濾液干后，再重畫一到兩次。3.濾液細線的劃線要求？細、直、齊。使分離出的色素帶嚴(yán)整不重疊。4.為什么濾液細線要重復(fù)畫一到兩次？增加色素濃度，使分離出的色素帶明顯。③分離綠葉中的色素將適量的層析液倒入試管中，將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液中，隨后用棉塞塞緊試管口。也可用小燒杯代替試管，用培養(yǎng)皿蓋住小燒杯。5.層析時，為什么不能讓濾液細線觸及層析液？濾液細線觸及層析液會使紙條上的色素會溶解于層析液中，使實驗失敗。6.燒杯要蓋上培養(yǎng)皿、試管要塞上棉塞層析液易揮發(fā)且有毒。④觀察和記錄觀察試管內(nèi)濾紙條上出現(xiàn)了幾條色素帶，以及每條色素帶的顏色和寬窄。將實驗結(jié)果記錄下來。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）濾液中的色素類胡蘿卜素葉綠素胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b(占1/4)(占3/4)（橙黃色）（黃色）（藍綠色）（黃綠色）7.濾紙條上色素帶的位置說明什么問題？色素帶的寬窄說明什么問題？

濾紙條上色素帶的位置說明：4種色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙條上擴散的快慢不同。排序越上面，說明該色素在層析液的溶解度越高，擴散速率越快。

色素帶的寬窄說明：色素含量不同。色素帶越寬，色素的含量越高。葉綠體中的色素功能：吸收、傳遞（四種色素）、轉(zhuǎn)化光能（只有少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a）實驗：綠葉中色素的提取和分離1.若最終得到的色素帶顏色淺，不清晰，原因可能有哪些？2.若最終得到的色素帶重疊，不整齊，原因可能有哪些？3.若最終沒得到色素帶，原因可能有哪些？4.濾紙條上只呈現(xiàn)胡蘿卜素、葉黃素的色素帶的原因？①濾紙條一端兩角剪得不對稱；②濾液細線畫得不夠細、直、齊；③沒經(jīng)過干燥處理。①未加無水乙醇；③層析液觸及濾液細線①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出來；

②一次加入大量的無水乙醇，導(dǎo)致提取液的濃度太低；③使用放置數(shù)天的綠葉或綠葉用量少，濾液中色素含量太少；④未加碳酸鈣或加入過少,色素分子被破壞。⑤畫濾液細線時沒重復(fù)①未加碳酸鈣，導(dǎo)致葉綠素被破壞；

②所用葉片為黃葉。異常結(jié)果分析不同色素對光的吸收差異光是一種電磁波，分為可見光和不可見光?？梢姽獾牟ㄩL是400-760nm；不同波長的光，顏色不同；波長小于400nm的光是紫外光；波長大于760nm的光是紅外光；一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光；A.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，不吸收紅光。B.葉綠素a和葉綠素b的吸收峰值不同。C.葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收；綠葉中的色素對其他波長的光吸收量很少（尤其是綠光）。光合色素的吸收光譜分析濾液中色素對不同的單色光吸收有什么差異？思考：影響色素合成的因素光照溫度礦質(zhì)元素1.光照光是葉綠體發(fā)育和葉綠素合成必不可少的條件。植物在缺光條件下影響葉綠素形成而使葉子發(fā)黃的現(xiàn)象，稱為黃化現(xiàn)象正常韭菜韭黃

2.溫度

最適溫度是20~30℃，最低溫度約為2~4℃，最高溫度為40℃左右。

溫度過高或過低均降低合成速率，加速葉綠素降解。

秋天葉子變黃和早春寒潮過后秧苗變白等現(xiàn)象，都與低溫抑制葉綠素形成有關(guān)。4.水（了解）植物缺水會抑制葉綠素的生物合成，且與蛋白質(zhì)合成受阻有關(guān)。嚴(yán)重缺水時，葉綠素的合成減慢，降解加速，所以干旱時葉片呈黃褐色。3.礦質(zhì)元素：氮、鎂：葉綠素的組分；

鐵、銅、錳、鋅：葉綠素酶促合成的輔因子。分析：為什么植物春夏葉子翠綠?而深秋則葉片金黃呢？由于葉綠素的含量大大超過類胡蘿卜素，而使類胡羅卜素的顏色被掩蓋，只顯示出葉綠素的綠色。低溫使葉綠素大量破壞，而使類胡蘿卜素的顏色顯示出來。當(dāng)溫度低于7℃時，樹葉中會生成花青素。1.溫室或大棚種植蔬菜時，應(yīng)選擇什么顏色的玻璃、塑料薄膜或補充光源？2.葉片呈綠色的原因？秋天葉片變黃的原因？3.楓葉秋天變紅色的原因？思考討論葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射出來；葉片中葉綠素的含量遠遠大于類胡蘿卜素的含量，類胡蘿卜素的顏色被葉綠素掩蓋了。寒冷時，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉子變黃。秋天降溫時，植物體為適應(yīng)寒冷，體內(nèi)積累了較多的可溶性糖，有利于形成紅色的花青素，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈現(xiàn)紅色。選白色或無色透明的塑料薄膜；大棚內(nèi)照明燈在功率相同的情況下，最好選藍紫光和紅光。

分布：主要分布在綠色植物的葉肉細胞

形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形

功能：光合作用的場所。

結(jié)構(gòu)：外膜內(nèi)膜基粒由兩個以上的類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含色素和酶基質(zhì)含有與光合作用有關(guān)的酶、少量DNA、RNA，核糖體等二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用1.葉綠體結(jié)構(gòu)2.葉綠體的功能（1）恩格爾曼的第一個實驗

1881年，德國科學(xué)家恩格爾曼用水綿進行有關(guān)實驗。把水綿和需氧細菌的臨時裝片放在無空氣空間內(nèi)。在黑暗中用極細光束照射水綿，發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中。若在光亮條件，則細菌分布在葉綠體所有受光部位。

極細光束

均勻光照結(jié)論：葉綠體光合作用釋放氧氣，葉綠體是進行光合作用的場所（2）恩格爾曼的第二個實驗

用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧型細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。

（3）在類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中含有多種進行光合作用所必

需的酶。結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光水綿黑藻仔細觀察，水綿的葉綠體有什么特殊之處？0.5秒延遲符，無意義，可刪除.（1）為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？

水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細菌可確定釋放O2的部位。(2)為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？

選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾。(3)恩格爾曼第一個實驗的結(jié)論是什么？

氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。(4)恩格爾曼的實驗方法有什么巧妙之處？①選材：a.水綿具有細長的螺旋帶狀葉綠體，易于觀察現(xiàn)象。

b.好氧細菌的利用，準(zhǔn)確顯示出氧氣產(chǎn)生的部位。②設(shè)計：黑暗無空氣的設(shè)計，排除了氧氣和光的干擾。 ③極細的光束照射：葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實驗。④進行黑暗(局部光照)和曝光對比實驗，從而明確實驗結(jié)果完全是光照引起的。

（5）在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？

這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于好氧細菌在此區(qū)域分布。（6）綜合上述資料，你認為葉綠體具有什么功能？

葉綠體是進行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。3.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用（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)。色素

酶光合作用的原理和應(yīng)用（第二課時）01光合作用的原理一、探究光合作用原理的部分實驗資料1：19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。資料2：1937年，英國植物學(xué)家希爾：化學(xué)反應(yīng)式：

像這樣，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)稱作希爾反應(yīng)。一、探究光合作用原理的部分實驗結(jié)論：光合作用釋放的氧全部來自水。同種植物CO2H2O資料3：1941年，魯賓、卡門實驗同位素標(biāo)記法C18O2H218O18O2O2甲組乙組一、探究光合作用原理的部分實驗資料4：1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。結(jié)論：光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2。一、探究光合作用原理的部分實驗資料5：1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)(D.Arnon)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。光照ATP水光解嘗試用示意圖表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系？一、探究光合作用原理的部分實驗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？

不能說明。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。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(xué)反應(yīng)？

希爾反應(yīng)底物是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(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨立的反應(yīng)階段。3.分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結(jié)論？

光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2。4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。二、光合作用的概念CO2+H2O葉綠體光能（CH2O）+O2光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)，現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)，兩個階段。三、光合作用的過程光合作用過程的示意圖C3是指三碳化合物---3-磷酸甘油酸C5是指五碳化合物---核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）葉綠體中的色素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、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)可見光1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？2.NADP+和ADP的移動途徑呢？3.NADPH的作用？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量三、光合作用的過程光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物聯(lián)系光合作用實質(zhì)光反應(yīng)暗反應(yīng)類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)必須有光、光合色素、酶有光或無光均可，多種酶光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5、NADP+、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ADP、Pi、NADP+把無機物轉(zhuǎn)變成有機物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來筆記四、條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見光CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強增加減少增加增加1、請總結(jié)分析的方法？2、C3、C5含量變化有什么特點？四、條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見光光照不變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02光合作用的應(yīng)用一、影響光合作用的因素1.概念：植物在

內(nèi)通過光合作用制造

的量。（通常用光合速率表示）糖類單位時間光合作用的強度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體2.表示方法單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生有機物的量單位時間內(nèi)光合作用消耗CO2的量單位時間內(nèi)光合作用放出O2的量CO2的濃度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體H2O光：光照強度、光質(zhì)、光照時間礦質(zhì)元素（N、Mg是合成葉綠素的原料）外因：內(nèi)因：酶的種類、數(shù)量色素的種類、含量植物自身因素（遺傳特性、葉齡、葉面積指數(shù)等）溫度影響光合作用的因素光合作用的影響因素影響光合作用強度的因素CO2濃度水分光光質(zhì)光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素氣孔開閉情況

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉；O2充滿細胞間隙，葉片上浮。根據(jù)單位時間小圓形葉片浮起的數(shù)量的多少，探究光照強度與光合作用強度的關(guān)系。光合作用產(chǎn)生O2實驗原理二、探究環(huán)境因素對光合作用的影響實驗?zāi)康模禾骄抗庹諒姸葘夂献饔玫挠绊懽宰兞浚汗庹諒娙跻蜃兞浚汗夂献饔脧姸葯z測方法相同時間小圓形葉片浮起的數(shù)量控制方法不同瓦數(shù)的燈或相同瓦數(shù)臺燈離實驗裝置的距離注射器的作用：實驗材料：圓形小葉片排出圓形小葉片中的氣體二、探究環(huán)境因素對光合作用的影響筆記方法步驟：1）打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片2）將圓形小葉片置于注射器內(nèi)，使葉片內(nèi)氣體逸出二、探究環(huán)境因素對光合作用的影響3）將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存