【公開課】光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

基礎(chǔ)回顧糖類等有機物中的化學(xué)能主要來源于？人體生命活動所需能量直接來源于？ATP水解ATP中的能量來源于？呼吸作用光能光合作用的能量來源于？光合作用誰來吸收光能嗎？？5.4

光合作用和能量轉(zhuǎn)化一、

捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)問題討論思考：玉米中有時會出現(xiàn)白化苗。白化苗對植物的生長有什么影響？那么綠葉中究竟有哪些色素呢？探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離1.提取原理:綠葉中的色素屬于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有機溶劑，因此可用___________來提取。無水乙醇（1）提取方法：（2）色素提取時所用試劑及作用？無水乙醇：二氧化硅：碳酸鈣：溶解色素有助于充分研磨防止色素被破壞過濾法2.分離原理:各種色素在________中的_______不同,溶解度高的隨層析液在濾紙條上的__________,反之則慢。層析液溶解度擴散更快（1）分離方法：探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離（2）層析液的成分及注意事項：層析液由苯、丙酮、石油醚按一定比例混合而成。使用時應(yīng)注意蓋好蓋子并避免灑出。層析過程應(yīng)在通風(fēng)處進行，結(jié)束時應(yīng)用肥皂將手洗干凈。紙層析法（4）濾液細線的劃線原則:細、直、勻。探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離（3）制備濾紙條注意事項：將濾紙剪成能放入燒杯中的濾紙條在濾紙條一端剪去兩角（5）為何濾液細線不能觸及層析液？（6）為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止色素溶解在層析液中防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒實驗結(jié)果①濾紙上有幾條色素帶？④不同的色素帶分別對應(yīng)哪些色素？②從上而下的排序說明了什么？4條③不同條帶的寬窄說明了什么？含量不同溶解度不同胡蘿卜素葉黃素葉綠素a葉綠素b探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）葉綠素a（藍綠色）葉綠素b（黃綠色）胡蘿卜素（橙黃色）葉黃素（黃色）探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離思考：如果將色素濾液點在圓形濾紙的中央，色素帶從外至內(nèi)是？探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離1.實驗中加入藥品的其作用SiO2——使研磨充分CaCO3——防止色素破壞無水乙醇——提取色素層析液——分離色素2.若色素提取液呈淡綠色的，其原因有：①選取的葉片顏色不是濃綠色或稱取的綠葉過少或放置數(shù)天的菠菜葉，色素含量少；②加入的無水乙醇過多，色素溶液濃度小；③未加碳酸鈣或加入的過少，色素分子部分破壞；④研磨不充分，色素未能充分提取出來。3.若色素帶顏色較淺，其原因有：⑤畫濾液細線的次數(shù)太少，濾紙條上的色素含量少；⑥層析時，部分濾液細線已觸及層析液。同上4點提取液色素帶探究·實踐：綠葉中色素的提取和分離葉綠素溶液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類胡蘿卜素溶液紅橙黃綠青藍紫捕獲光能的色素都是可見光葉綠素主要吸收類胡蘿卜素主要吸收紅光和藍紫光藍紫光捕獲光能的色素分析：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。葉綠素的分子結(jié)構(gòu)β-胡蘿卜素的分子結(jié)構(gòu)(1)結(jié)構(gòu)外表：①_______內(nèi)部②_____③______：由_________堆疊而成↓決定(2)功能：進行____________的場所。雙層膜基質(zhì)基粒類囊體光合作用(3)物質(zhì)基礎(chǔ)在葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著許多吸收光能的_________。在_____________上和______________中，還有許多進行光合作用所必需的酶。色素分子類囊體膜葉綠體基質(zhì)葉綠體葉綠體基質(zhì)恩格爾曼的實驗極細的光束黑暗中——集中于葉綠體被光束照射的部位光下——分布于葉綠體所有受光部位水綿需氧細菌結(jié)論：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。（1）為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？提示：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？提示：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）為什么用極細的光束照射？提示：葉綠體上有光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對比實驗。恩格爾曼的實驗三棱鏡結(jié)論：葉綠體主要吸收紅光和藍紫光照射水綿需氧細菌聚集在紅光和藍紫光的區(qū)域為什么大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域？提示：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，因此需氧細菌在此區(qū)域分布。恩格爾曼的實驗好氧細菌水綿好氧細菌5.4

光合作用與能量轉(zhuǎn)化二、

光合作用的原理和作用光合作用：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。光合作用的原理總反應(yīng)式：糖類1.葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？2.光合作用如何將化學(xué)能儲存在有機物中？3.光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？光合作用的原理1．探究光合作用原理的部分實驗

19世紀末，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1不能通過光合作用實現(xiàn)資料2：希爾反應(yīng)1.希爾的實驗可以得出什么結(jié)論？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)？

水的光解產(chǎn)生氧氣。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。懸浮液中有H2O，沒有CO2

資料3：魯賓和卡門實驗同位素標記（示蹤）法；相互對照（即對比實驗）；光合作用釋放的氧全部來自水，而并不來源于CO2。

該實驗采用了什么實驗方法？如何對照？可以得出什么結(jié)論？資料4：色素的吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的過程A：代表處于特殊狀態(tài)下的葉綠素aB：代表具有吸收和傳遞光能作用的色素C和D：代表傳遞電子的物質(zhì)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。資料5：阿爾農(nóng)實驗光照ATP水光解光合作用原理上述實驗表明：光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進行的。

根據(jù)是否需要______，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為________和________（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個階段。光能光反應(yīng)暗反應(yīng)光反應(yīng)類囊體薄膜的色素分子可見光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、色素、多種酶場所：類囊體薄膜物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素光能能量轉(zhuǎn)化:ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量ATP+H2O酶

NADPH的合成：NADP++H++e-

NADPH酶電能卡爾文實驗美國科學(xué)家卡爾文用小球藻（一種綠藻）作為實驗材料，先通入14CO2，然后間隔不同時間取樣，分析細胞內(nèi)含有放射性的物質(zhì)。發(fā)現(xiàn)在0.5秒時，14C放射性出現(xiàn)在三碳酸中，5秒時出現(xiàn)在三碳糖和RuBP（一種五碳糖）上。思考：14C在有機物中出現(xiàn)的先后順序？14CO2→三碳酸→三碳糖和RuBP卡爾文實驗卡爾文在光照下，突然停止CO2供應(yīng)，發(fā)現(xiàn)三碳酸減少，RuBP增多；重新恢復(fù)CO2供應(yīng)，則三碳酸增多，RuBP減少。思考：CO2被何種物質(zhì)接收形成三碳酸？14CO2+RuBP→2分子三碳酸14CO2→三碳酸→三碳糖和RuBP卡爾文實驗用離體葉綠體做實驗，突然停止光照發(fā)現(xiàn)三碳酸迅速增加，RuBP和三碳糖同步迅速減少。若不照光，給離體葉綠體提供ATP和NADPH，葉綠體也能將三碳酸轉(zhuǎn)化為三碳糖，同時ATP和NADPH含量急劇下降。若實驗中，光照和CO2穩(wěn)定供應(yīng)，三碳酸、三碳糖、RuBP先后達到飽和值并保持穩(wěn)定。思考：三碳酸如何轉(zhuǎn)變?yōu)槿继呛蚏uBP？三碳酸三碳糖→RuBPATPNADPH14CO2+RuBP→三碳酸三碳糖→RuBPATPNADPH暗反應(yīng)暗反應(yīng)：光合作用第二階段有沒有光都能進行，稱為暗反應(yīng)階段（又稱碳反應(yīng)）。條件：場所：葉綠體基質(zhì)中有光無光都可以，多種酶等ADP+PiATPNADP+能量C5三碳酸多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量三碳糖ADP+PiATPNADP+能量C5三碳酸多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量CO2的固定：C3的還原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2＋C5

2C3酶物質(zhì)轉(zhuǎn)化ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)化：

三碳糖暗反應(yīng)光合作用光合作用的全過程葉綠體中的色素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)能貯存起來光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2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條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響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光合作用原理的應(yīng)用“正其行，通其風(fēng)”光合作用原理的應(yīng)用1.光合作用強度的表示方法？CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體固定CO2的量制造或產(chǎn)生有機物（糖類）量產(chǎn)生O2的量單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)物的生成量或底物的消耗量！2、光合作用速率的測定線粒體葉綠體產(chǎn)生O2釋放O2（可以測得）葉肉細胞CO2吸收CO2（可以測得）實際測量到的光合作用指標是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。光合作用原理的應(yīng)用植物在進行光合作用的同時，還進行呼吸作用。真正(總)光合速率=凈(表觀)光合速率

+呼吸作用速率合成有機物的量固定或消耗CO2量產(chǎn)生O2的量有機物積累量CO2吸收量O2的釋放量消耗有機物的量黑暗下CO2的釋放量黑暗下O2的吸收量===+++光合作用原理的應(yīng)用3.影響光合作用的因素有哪些？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)量色素的含量葉齡不同溫度光合作用原理的應(yīng)用（1）光照強度光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC呼吸速率光補償點光飽和點凈光合速率總光合速率B：光合作用=呼吸作用D：光合速率開始達到最大時對應(yīng)的光照強度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸速率A:只進行呼吸作用討論：1、C點之前和之后限制光合作用因素分別是？2、能否在圖中找出總光合速率？光合作用原理的應(yīng)用陰生植物是指在弱光條件下比強光條件下生長良好的植物。陽生植物在強光環(huán)境中生長發(fā)育健壯，在陰蔽和弱光條件下生長發(fā)育不良的植物稱陽性植物陰生植物陽生植物光照強度0ABC陽生植物呼吸速率光補償點光飽和點陰生植物A1B1C1D提示：陰生植物的呼吸作用較弱，光補償點B1在B點左側(cè)；對光的利用能力也不強，最大光合速率C1往左下移。應(yīng)用：合理密植、間作套種、適當(dāng)剪枝討論：若該曲線表示的是陽生植物的光合速率，陰生植物的曲線該如何畫？據(jù)此生產(chǎn)上有哪些應(yīng)用？CO2吸收速率CO2釋放速率（1）光照強度光合作用原理的應(yīng)用A:只進行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用

細胞呼吸釋放的CO2

全部用于光合作用BC：光合作用>呼吸作用AB：光合作用<呼吸作用解讀：曲線與細胞圖示相結(jié)合光合作用原理的應(yīng)用（2）CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點：對應(yīng)的CO2濃度為能進行光合作用的最低CO2濃度。CO2補償點

光合作用速率＝呼吸作用速率最大光合速率B點：C點：1.多施有機肥或農(nóng)家肥；2.溫室栽培可使用CO2發(fā)生器等；3.大田中還要注意通風(fēng)透氣。應(yīng)用：討論：C點之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、內(nèi)因）外因：主要為光照強度和溫度，內(nèi)因：酶的數(shù)量和活性。對應(yīng)的D點為CO2飽和點光合作用原理的應(yīng)用（3）溫度O溫度A光合速率BC原理：溫度通過影響

影響光合作用主要制約

反應(yīng)。溫度過高時植物

，光合速率會減弱。1.溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫，從而提高作物產(chǎn)量（有機物積累量）。2.解釋植物“午休”現(xiàn)象。應(yīng)用：酶的活性暗氣孔關(guān)閉光合作用原理的應(yīng)用（4）礦質(zhì)元素N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分；P：NADP+和ATP的重要組分；K：促進光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸，如淀粉的運輸；Mg：葉綠素的重要組分。應(yīng)用：合理施肥討論：礦質(zhì)元素含量過高對植物的生長會造成什么影響？礦質(zhì)元素光合速率光合作用原理的應(yīng)用缺水氣孔關(guān)閉限制CO2進入葉片光合作用受影響原理：水既是光合作用的

，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的

，直接影響光合作用速率；水分還能影響氣孔的

，間接影響

進入葉片，從而影響光合作用速率。（5）水應(yīng)用：合理澆灌原料介質(zhì)開閉CO2光合作用原理的應(yīng)用水光合速率探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響自變量：光照強弱因變量：光合作用強度檢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閱讀P105，找出以下關(guān)鍵信息：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分組實驗：分別將10片葉圓片投入3只盛20mLNaHCO3的小燒杯中并調(diào)整40W臺燈距離（10、20、30cm）什么作用？吸收熱量排除干擾探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響討論：利用該裝置還能探究哪些環(huán)境因素對光合作用的影響？這些因素分別如何控制呢？提示：CO2濃度（吹氣時間或不同質(zhì)量分數(shù)的NaHCO3溶液）、溫度（水浴保溫）、光質(zhì)（不同顏色的彩色燈泡）光合作用原理的應(yīng)用積累有機物的時間段：制造有機物的時間段：消耗有機物的時間段：一天中有機物最多的時間點：一天中有機物最少的時間點：ce段bf段og段e點c點此植物是否能正常生長？一天積累有機物>0如圖是夏季晴朗條件下植物一天中光合速率的變化曲線圖。光合作用原理的應(yīng)用如圖是密閉玻璃罩內(nèi)的植物一天中光合速率的變化曲線圖。CO2濃度增加的原因是CO2濃度下降的原因是光合速率等于呼吸速率的點是_____；經(jīng)過一晝夜的時間，該植物是否生長？____。判斷的依據(jù)是光合作用的起始點是