5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化 課件 2024-2025學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版必修1

第1部分捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化思考藍(lán)藻中含有藻藍(lán)素，為什么看起來(lái)是綠的？綠葉為什么看起來(lái)是綠的？如何才能把綠葉中不同的色素分離開(kāi)來(lái)？如何分離不同的色素？差速離心法X適用于沉降能力不同的細(xì)胞器，不適用于色素分子揚(yáng)谷：用風(fēng)去吹動(dòng)谷物。谷粒被風(fēng)推動(dòng)的距離短，谷殼被風(fēng)推動(dòng)的距離遠(yuǎn)，從而分離。鹽湖的干涸的過(guò)程中，不同的鹽因溶解度不同，先后析出，形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。用溶劑推動(dòng)色素向前移動(dòng)。溶解度小的色素先析出，溶解度大的色素后析出，從而分離。紙層析法捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離原理：色素能溶解在有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇中，所以可用其提取色素。①5g新鮮綠葉→剪碎置于研缽中步驟：1．提取色素捕獲光能的色素步驟：②加入少許二氧化硅和碳酸鈣，再放入10mL無(wú)水乙醇，迅速、充分地進(jìn)行研磨。1．提取色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離二氧化硅的作用是？葉綠素與綠葉子菜？冷？熱？酸？步驟：③將研磨液迅速倒入玻璃漏斗中進(jìn)行過(guò)濾，收集濾液、封口。捕獲光能的色素1．提取色素單層尼龍布實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離為什么要立即封口?捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離2．分離色素：方法：紙層析法原理：色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在紙條上的擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上的擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同的色素分離。提取液與層析液（常見(jiàn)陷阱）實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離提取液層析液目的提取色素分離色素要求盡可能溶解所有色素不同色素溶解度要有區(qū)別成份無(wú)水乙醇/丙酮石油醚、丙酮、苯等有機(jī)溶劑混合而成（1）制備濾紙條剪去兩角，畫(huà)鉛筆細(xì)線鉛筆線捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離步驟：如果不剪去兩角，會(huì)有什么影響？鉛筆線的作用是？可以換為中性筆嗎？捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離步驟：要求：①細(xì)、齊、直，②待干后重復(fù)2~3次（2）畫(huà)濾液細(xì)線步驟：層析液培養(yǎng)皿注意：層析液不能沒(méi)及濾液細(xì)線捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離（3）紙上層析2．分離色素：實(shí)驗(yàn)結(jié)果（橙黃色）（黃色）（藍(lán)綠色）（黃綠色)胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素葉綠素捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離橙黃藍(lán)黃，胡黃ab某同學(xué)對(duì)綠葉中的色素分離實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。他將提取到的濾液滴在圓形濾紙片的最中間，在濾紙中間連上棉線燈芯，讓燈芯下垂與層析液接觸。實(shí)驗(yàn)應(yīng)該得到什么結(jié)果？捕獲光能的色素實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離綠葉中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光。捕獲光能的色素色素的作用捕獲光能的色素色素的作用葉綠素主要吸收？類胡蘿卜素呢？色素對(duì)______吸收最少捕獲光能的色素已知，波長(zhǎng)越短的光，穿透能力越強(qiáng)。海洋中的藻類，習(xí)慣上依其顏色分為綠藻、褐藻和紅藻。請(qǐng)推測(cè)，它們?cè)诤Ｑ笾蟹植嫉纳顪\關(guān)系是怎樣的？綠藻褐藻紅藻葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用類囊體基粒外膜內(nèi)膜核糖體DNA/RNA基質(zhì)類囊體薄膜上分布酶和光和色素1g菠菜葉片中的類囊體總面積竟有60m2左右。葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用比較葉綠體和線粒體，有哪些相似的地方？

基質(zhì)

外膜內(nèi)膜類囊體基粒必須有葉綠體才能進(jìn)行光合作用？類囊體和光合片層結(jié)構(gòu)、功能相似，都擴(kuò)大了膜面積以適應(yīng)光合作用。用透過(guò)三棱鏡的光照射水綿臨時(shí)裝片，發(fā)現(xiàn)好氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域。水綿實(shí)驗(yàn)5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2部分

光合作用的探究歷史和原理PART1 什么是光合作用回憶~初中光合作用的反應(yīng)物？生成物？反應(yīng)條件？方程式？回憶~初中光合作用的反應(yīng)物？生成物？反應(yīng)條件？方程式？水綿實(shí)驗(yàn)恩格爾曼使用水綿做了實(shí)驗(yàn)：把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境中光合反應(yīng)中，氧原子的來(lái)源與去向觀察反應(yīng)反應(yīng)方程式：氧氣中的氧來(lái)自CO2還是H2O？如何證明？同位素標(biāo)記法——放射性與非放射性同位素光合反應(yīng)中，氧原子的來(lái)源與去向CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O1940年，魯賓和卡門(mén)的同位素標(biāo)記法實(shí)驗(yàn)：用氧的同位素18O標(biāo)記H2O或CO2進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)

18O2O2PART2 希爾實(shí)驗(yàn)與光反應(yīng)希爾反應(yīng)——?jiǎng)潟r(shí)代的發(fā)現(xiàn)1937年,英國(guó)劍橋大學(xué)植物學(xué)家希爾(RobertHill)發(fā)現(xiàn)，離體葉綠體懸浮在含有可以被還原的物質(zhì)，如一些Fe3+鹽的溶液中(電子受體)，照光時(shí)，在不發(fā)生CO2固定的情況下,可使H2O分解釋放O2:鐵鹽鐵鹽鐵鹽鐵鹽O2O2O2希爾反應(yīng)4Fe3++2H2O光

葉綠體4Fe2++4H++02（不需要掌握）該實(shí)驗(yàn)證明：（1）釋放的氧氣來(lái)自H2O；（2）氧氣的釋放與CO2的固定是兩個(gè)不同的過(guò)程；分階段！希爾反應(yīng)中，氧化劑（三價(jià)鐵）的作用是什么？鐵鹽作為氧化劑參與反應(yīng)，接受電子。在正常情況下，作為氧化劑的是NADP+（氧化型輔酶Ⅱ），與H2O分解產(chǎn)生的H+結(jié)合并接受電子，形成NADPH（還原型輔酶Ⅰ）NADPH與呼吸作用中的NADH都屬于[H]還原氫光合作用伴隨著ATP的生成1954年阿爾農(nóng)等人用菠菜葉綠體，弗倫克爾發(fā)現(xiàn)，光下向葉綠體懸浮液中加入ADP與Pi則有ATP產(chǎn)生。ADP+PiATP希爾實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)進(jìn)一步，把分離的葉綠體（完整）和葉綠體碎片（有完整的類囊體）分開(kāi)，分別進(jìn)行希爾反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)：結(jié)構(gòu)特征能進(jìn)行的反應(yīng)完整葉綠體內(nèi)外膜完整形態(tài)正常吸收光能、放氧、產(chǎn)生ATP、產(chǎn)生NADPH、固定二氧化碳、生成糖類破碎葉綠體內(nèi)外膜破裂類囊體完整吸收光能、放氧、產(chǎn)生ATP、產(chǎn)生NADPH光反應(yīng)H2OO2NADPHADP+PiATPNADP+葉綠體光反應(yīng)（類囊體薄膜）光反應(yīng)H2OO2NADPHADP+PiATPNADP+葉綠體光反應(yīng)（類囊體薄膜）PART3 卡爾文與暗反應(yīng)暗反應(yīng)ATPCO2NADPH阿爾農(nóng)的另一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在黑暗中進(jìn)行糖類卡爾文的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)A.Benson與M.Calvin于1949年用放射性同位素示蹤法對(duì)光合作用進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)思路是:根據(jù)被14C標(biāo)記的化合物出現(xiàn)時(shí)間的先后，推測(cè)生化過(guò)程。在不斷縮短光照時(shí)間后殺死小球藻，同時(shí)提取產(chǎn)物并分析，直到最終提取物中只有1種放射性代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個(gè)產(chǎn)物?？栁目栁牡牡谝粋€(gè)實(shí)驗(yàn)向小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2后，分別給予小球藻不同的光照時(shí)間后立即殺死小球藻。從培養(yǎng)液中提出產(chǎn)生的放射性物質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)組別光照時(shí)間（s）放射性物質(zhì)分布16012種糖類及類似物，氨基酸、有機(jī)酸等22012種糖類及類似物32大量3-磷酸甘油酸（三碳化合物）卡爾文的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)在光合作用過(guò)程中，突然降低CO2濃度，作為CO2受體的化合物會(huì)積累起來(lái)，而CO2生成的產(chǎn)物會(huì)立即減少。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下圖所示，據(jù)圖分析：C3C5卡爾文的發(fā)現(xiàn)——暗反應(yīng)如果突然停止光照，會(huì)發(fā)生什么呢？光反應(yīng)(CH2O)CO2C52C3光反應(yīng)和暗反應(yīng)葉綠體(CH2O)NADPHADP+PiATPNADP+CO2C52C3固定還原暗反應(yīng)H2OO2光反應(yīng)（類囊體薄膜）（葉綠體基質(zhì)）光反應(yīng)和暗反應(yīng)葉綠體(CH2O)NADPHADP+PiATPNADP+CO2C52C3固定還原暗反應(yīng)H2OO2光反應(yīng)（類囊體薄膜）（葉綠體基質(zhì)）光反應(yīng)

vs.

暗反應(yīng)光反應(yīng)碳反應(yīng)條件場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化光、酶不需要光、多種酶葉綠體類囊體膜葉綠體基質(zhì)水的光解ATP及NADPH的形成CO2的固定C3的還原、C5的再生光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ATP、NADPH中的化學(xué)能→糖類中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為碳反應(yīng)提供NADPH和ATP。聯(lián)系：光合作用總反應(yīng)式CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體2018年11月浙江選考加試題26題。實(shí)驗(yàn)中常用希爾反應(yīng)來(lái)測(cè)定除草劑對(duì)雜草光合作用的抑制效果。希爾反應(yīng)基本過(guò)程：將黑暗中制備的離體葉綠體加到含有DCIP（氧化型）、蔗糖和pH7.3磷酸緩沖液的溶液中并照光。水在光照下被分解，產(chǎn)生氧氣等，溶液中的DCIP被還原，顏色由藍(lán)色變成無(wú)色。用不同濃度的某除草劑分別處理品種甲和品種乙雜草的離體葉綠體并進(jìn)行希爾反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。下列敘述正確的是（B）

A．相同濃度除草劑處理下，單位時(shí)間內(nèi)溶液

顏色變化快的品種受除草劑抑制效果更顯著B(niǎo)．與品種乙相比，除草劑抑制品種甲類囊體的功能較強(qiáng)C．除草劑濃度為K時(shí)，品種乙的葉綠體能產(chǎn)生三碳糖D．不用除草劑處理時(shí)，品種乙的葉綠體放氧速率高于品種甲知識(shí)卡片——化學(xué)滲透學(xué)說(shuō)如圖表示某生物膜結(jié)構(gòu)及其發(fā)生的部分生理過(guò)程，下列敘述正確的是(

B

)A．圖示膜結(jié)構(gòu)為葉綠體內(nèi)膜B．a(chǎn)側(cè)為葉綠體基質(zhì)，其中含有少量DNAC．甲表示色素，在層析液中溶解度最高的是葉綠素aD．圖示過(guò)程為光反應(yīng)，該過(guò)程不需要酶的催化5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第3部分

光合作用原理的應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)類型異養(yǎng)生物(人、動(dòng)物、真菌、大部分細(xì)菌)營(yíng)養(yǎng)類型自養(yǎng)生物光能自養(yǎng)生物(綠色植物)化能自養(yǎng)生物利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持生命活動(dòng)化能合成作用利用體外環(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)種類的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌CO2+H2O(CH2O)+O2能量基于光合作用反應(yīng)方程式——哪些因素會(huì)影響光合作用速率？PART1 葉圓片實(shí)驗(yàn)——光強(qiáng)度與光合速率葉圓片實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度與光合作用速率之間的關(guān)系1.用打孔器打出大小相等的圓葉片若干片（避開(kāi)葉的主脈）

2.用注射器連抽幾次抽出葉片中的氣體，使葉片沉入水底葉圓片實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度與光合作用速率之間的關(guān)系3.將3個(gè)燒杯編號(hào)后，分別倒入富含CO2的清水；各放入10圓形小葉片；分別置于距離光源遠(yuǎn)、中、近三個(gè)位置。觀察并記錄同一時(shí)間段內(nèi)各實(shí)驗(yàn)裝置中圓形小葉片浮起的數(shù)量。葉圓片實(shí)驗(yàn)圓形葉片加富含CO2的清水光照距離光照強(qiáng)度葉片浮起數(shù)量110片20ml5cm強(qiáng)多210片20ml30cm中中310片20ml50cm弱少在一定范圍內(nèi),隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng),光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)(小圓形葉片中產(chǎn)生的O2多,浮起的多)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)不足與改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)有哪些缺陷？如何改進(jìn)？如何用實(shí)驗(yàn)測(cè)量光合作用的速率下表所示是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法測(cè)定夏季某池塘不同深度水體中，初始平均O2濃度與24小時(shí)后平均O2濃度比較后的數(shù)據(jù)。下列有關(guān)分析正確的是(D)A.

水深1m處白瓶中水生植物24小時(shí)產(chǎn)生的O2為3g/LB．水深2m處白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率C．水深3m處白瓶中水生植物不進(jìn)行光合作用D．水深4m處白瓶中藻類植物產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所是葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體水深(m)1234白瓶中O2濃度(g/L)＋3＋1.50－1黑瓶中O2濃度(g/L)－1.5－1.5－1.5－1.5黑白瓶法半葉法(1)MA表示葉片初始質(zhì)量－呼吸作用有機(jī)物的消耗量；MB表示(____________)＋(____________)－呼吸作用有機(jī)物的消耗量。(2)若M＝MB－MA，則M表示______________________。將對(duì)稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ柚箖刹糠值奈镔|(zhì)和能量轉(zhuǎn)移。在適宜光照下照射6小時(shí)后，在A、B的對(duì)應(yīng)部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，則可計(jì)算出該葉片的光合速率，其單位是mg/(dm2·h)。請(qǐng)分析回答下列問(wèn)題：如何用實(shí)驗(yàn)測(cè)量光合作用的速率錐形瓶中放NaHCO3溶液（可以不斷補(bǔ)充CO2，使其濃度不變）。則U形管中液體移動(dòng)的距離可表示__________。光合作用速率與光強(qiáng)度的關(guān)系光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)呼吸作用速率光合速率光照強(qiáng)度陰生苔蘚陰生草木陽(yáng)生草木小麥玉米高粱不同植物利用光能的能力并不相同間作案例農(nóng)作物光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)植株高度甲2000800050cm乙30003000050cm丙20008000200cm丁300030000200cm選哪兩種農(nóng)作物間作比較合適？為什么？如何通過(guò)光照增加光合作用？1.適當(dāng)提高光照強(qiáng)度。光的顏色？波長(zhǎng)？2.延長(zhǎng)光合作用時(shí)間3.增加光合作用面積小試牛刀某突變型水稻葉片的葉綠素含量約為野生型的一半，但固定CO2酶的活性顯著高于野生型。圖顯示兩者在不同光照強(qiáng)度下的CO2吸收速率。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（

A）A．野生型水稻的光補(bǔ)償點(diǎn)比突變型水稻的高B．光照強(qiáng)度低于P點(diǎn)時(shí)，野生型水稻因葉綠素含量多，利用弱光能力強(qiáng)，光合速率更大C．光照強(qiáng)度為P點(diǎn)時(shí)，野生型水稻總光合速率等于突變型水稻總光合速率D．光照強(qiáng)度高于P點(diǎn)時(shí)，突變型凈光合速率繼續(xù)升高的原因可能是固定CO2酶的活性更強(qiáng)PART2 其他影響光合作用速率的因素CO2濃度對(duì)光合作用