光合作用與能量轉(zhuǎn)化【備課精研+高效課堂】 高一生物 課件 人教版2019必修1

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第5章細胞的能量供應(yīng)和利用俗話說：“萬物生長靠太陽”，為什么這么說呢？①地球表面上的綠色植物每年大約制造4400億噸有機物；②地球表面上的綠色植物每年儲存的能量約為7．11×1018kJ，這個數(shù)字大約相當于240000個三門峽水電站所發(fā)出的電力。綠色植物儲存在有機物中的能量來自哪里呢？一捕獲光能的色素實驗：綠葉中色素的提取和分離

葉綠體中的色素葉綠素類胡蘿卜素(藍綠色)（黃綠色）（橙黃色）（黃色）2.

色素的作用可見光的連續(xù)光譜色素的吸收光譜觀察葉綠體色素提取液時，對著光源（透射光）和背著光源（反射光）將看到試管內(nèi)提取液顏色分別呈現(xiàn)出（D）A．綠色和綠色B．淡黃色和綠色C．紅色和橙黃色D．綠色和紅色“葉綠素的丙酮提取液在透射光下是翠綠色的，在反射光下是棕紅色的?！痹蚴鞘裁?？對著光源觀察葉綠素提取液時，看到的是葉綠素的吸收光譜。由于葉綠素提取液吸收的綠光部分最少，故用肉眼觀察到的為綠色透射光。背光源觀察葉綠素提取液時，看到的是葉綠素分子受激發(fā)后所產(chǎn)生的發(fā)射光譜。當葉綠素分子吸收光子后，就由最穩(wěn)定的、能量最低的基態(tài)提高到一個不穩(wěn)定的、高能量的激發(fā)態(tài)。由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，因此發(fā)射光波(此光波即為熒光)，消失能量，迅速由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)。葉綠素分子吸收的光能有一部分用于分子內(nèi)部振動上，輻射出的能量就小。光是以光子的形式不連續(xù)傳播的，而且E=hv=hc／λ，即波長與光子能量成反比。因此，反射出的光波波長比入射光波的波長長，葉綠素提取液在反射光下呈紅色。葉綠素溶液在透射光下呈綠色，在反射光下呈紅色的現(xiàn)象叫做熒光現(xiàn)象。了解葉綠體的透射光和反射光為什么不同？葉綠體中的色素能大量吸收紅光和藍紫光，幾乎不吸收綠光，白光透過色素提取液時，白光中的紅光和藍紫光被吸收了，剩下的光經(jīng)人眼的加工，看起來就成綠色的了（其實其中還有、橙光、黃光、靛光等）。真正的反射光也跟透射光一樣是以綠色光為主的。我們看到的暗紅色，是由于溶液中的色素吸收了藍紫光后不能用于光合作用（沒有了相應(yīng)的酶系統(tǒng)），形成熒光重新輻射出來。因為能量在吸收——輻射過程中有一部分轉(zhuǎn)化成熱能損失了，所以熒光是比藍紫光能量少的紅光。又由于色素對綠光來說幾乎是完全透明的，透過的綠光很多，反射的綠光很少。因此，從透射方向看是綠光為主，我們看起來是綠色的，從反射方向看，綠光很少，以紅色的熒光為主，我們看起來就是紅色的。葉綠體色素只有被提取到溶液中后才有熒光現(xiàn)象。在正常葉片中的色素由于吸收的光能用于光合作用了，沒有熒光。色素吸收的紅光也會形成熒光，但紅光的能量低，再損失一部分后，輻射出來的熒光就成了人眼看不到的紅外光了。了解

實驗表明：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。葉綠素對綠光吸收最少（不吸收）。葉綠素、類胡蘿卜素的吸收光譜吸收光能的百分比波長nm100500基粒外膜內(nèi)膜基質(zhì)色素與光反應(yīng)有關(guān)的酶與暗反應(yīng)有關(guān)的酶二、葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能類囊體恩格爾曼實驗討論：恩格爾曼實驗在設(shè)計上有什么巧妙之處？葉綠體是吸收光能和進行光合作用的場所。功能：恩格爾曼在上述實驗后，又做了一個實驗：（1）什么是光合作用？（2）寫出光合作用的總反應(yīng)式。

是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。光能三、光合作用的原理及應(yīng)用探索光合作用原理的部分實驗19世紀末，科學(xué)界普遍認為，參與光合作用的CO2會拆分成C與O2，O2被釋放，而C與H2O結(jié)合成甲醛，甲醛再縮合得到糖。然而在1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤法，分別向植物提供正常的H2O和18O標記的C18O2，以及受標記的H218O和正常CO2。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。20世紀40年代，卡爾文（美）

同位素標記法

發(fā)現(xiàn)CO2的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化為有機物中的碳，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。

CO2C3(CH2O)有機物中的C來自于CO2事實上，光合作用的過程非常復(fù)雜，包括一系列化學(xué)反應(yīng)。在光合作用研究過程中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)以下事實：事實1：在人們對光合作用的認識達到一定程度時，以反應(yīng)式6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2表示光合作用。事實2：1937年，植物生理學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，將葉綠體分離后置于含有一定濃度蔗糖溶液的試管中，制備成葉綠體懸浮液。若在試管中加入適當?shù)摹半娮邮荏w”，給予葉綠體一定強度的光照，在沒有CO2時就能放出O2，同時電子受體被還原。希爾反應(yīng)式是H2O+氧化態(tài)電子受體→還原態(tài)電子受體+1/2O2事實3：在希爾反應(yīng)的基礎(chǔ)上，Amon又發(fā)現(xiàn)，處于光下的葉綠體在不供給CO2時，既能積累還原態(tài)電子受體也能積累ATP；若撤去光照，供給CO2，則還原態(tài)電子受體和ATP被消耗，并有有機物（CH2O）產(chǎn)生。根據(jù)以上事實，回答下列相關(guān)問題。（1）基于以上三個事實推測，光合作用反應(yīng)式中的C6H12O6中的O可能來自_____。（2）希爾反應(yīng)模擬了葉綠體光合作用中_____階段的部分變化，該階段中電子受體由氧化態(tài)變成還原態(tài)的____（填物質(zhì)名稱），希爾實驗中配制葉綠體懸浮液時加入一定濃度的蔗糖溶液的目的是_____。（3）Amon的實驗說明（CH2O）的生成可以不需要光，但需要_____（不考慮水）。（4）若向葉綠體懸浮液中加入C3且提供光照、不提供CO2則短時間內(nèi)ATP和[H]_____（填“會”或“不會”）出現(xiàn)積累，原因是____________。CO2光反應(yīng)[H]形成等滲溶液，維持葉綠體的正常形態(tài)和功能CO2、ATP、[H]不會[H]和ATP用于暗反應(yīng)中C3的還原，故在提供了C3的前提下，[H]和ATP不斷被利用，短時間內(nèi)不會出現(xiàn)積累（3）光合作用的過程、物質(zhì)變化、能量變化？根據(jù)是否需要光能：過程：光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的比較光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段反應(yīng)部位條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)光、色素和酶，等多種酶，有、無光都行光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP暗反應(yīng)產(chǎn)生的ADP和Pi為光反應(yīng)合成ATP提供原料實質(zhì)光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)的ATP和NADPH來源阻斷，暗反應(yīng)停止合成有機物，儲存能量現(xiàn)在我們了解到，根據(jù)是否需要光能，光合作用被概括為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段。光反應(yīng)階段的進行必須有光，發(fā)生在類囊體的薄膜上。光合色素吸收來的光能，一方面用于水的光解，一方面為ATP的合成供能。其中，水光解出氧氣、H+和電子，經(jīng)傳遞的電子和H+、氧化型輔酶Ⅱ，即NADP+結(jié)合，形成還原型輔酶Ⅱ，即NADPH。暗反應(yīng)階段有沒有光都能進行，也稱碳反應(yīng)，發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。20世紀40年代，美國科學(xué)家卡爾文等進行了同位素示蹤實驗：向小球藻提供放射性14C標記的14CO2用以光合作用，追蹤14C的去向，最終探明了CO2中的碳是如何轉(zhuǎn)化到有機物中的。每分子CO2與一分子C5結(jié)合，形成兩個C3。隨后，C3接受光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH釋放的能量，并被NADPH還原，其中一些進一步轉(zhuǎn)化為糖類等有機物，另一些重新形成C5，用于CO2的固定。暗反應(yīng)就這樣循環(huán)進行，因而也稱作卡爾文循環(huán)。簡單地講，光反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為儲存在ATP和NADPH中的化學(xué)能，并提供給暗反應(yīng)。暗反應(yīng)利用這些能量，將CO2轉(zhuǎn)化為儲存化學(xué)能的有機物。兩個反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)變化密不可分。完成了自然界中規(guī)模巨大的物質(zhì)轉(zhuǎn)變，為綠色植物本身及為人類和動物直接或間接地制造了有機物。物質(zhì)來源（綠色工廠）完成了自然界中規(guī)模巨大的能量轉(zhuǎn)變，是一切生物所需能量的最終來源。能量來源（能量轉(zhuǎn)換器）光合作用的意義氧氣來源（空氣凈化器）從根本上改變了地球環(huán)境，并不斷凈化環(huán)境，保持大氣中O2和CO2含量的基本穩(wěn)定。光合作用原理的應(yīng)用目的：措施：光合作用強度：如何提高光合作用強度？

實驗：環(huán)境因素對光合作用強度的影響（P104）

控制光照強度、溫度適當提高CO2濃度合理供應(yīng)必需礦質(zhì)元素增加作物產(chǎn)量提高光合作用強度指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的量。“春雨滿囤糧”，強調(diào)的是水分對莊稼的重要性“三伏不熱，五谷不結(jié)”，是指伏天豐富的光和熱利于莊稼生長“正其行，通其風(fēng)”，說明莊稼應(yīng)合理密植，保持空氣流通這些農(nóng)諺強調(diào)的，正是影響光合作用強度的因素。

影響光合作用的因素有哪些？（1）光照強度對光合作用強度的影響?曲線分析：A點：光照強度為0，此時只進行細胞呼吸。AB段：隨光照強度增強，光合作用強度也逐漸增強，CO2釋放量逐漸減少，這是因為細胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時細胞呼吸強度大于光合作用強度。B點：細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強度等于細胞呼吸強度（光照強度只有在B點以上時，植物才能正常生長），B點對應(yīng)光照強度稱為光補償點。BC段：表明隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強，到C點以后不再加強了，C點對應(yīng)光照強度稱為光飽和點。C應(yīng)用：（2）CO2濃度對光合作用強度的影響?曲線分析圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用速率隨CO2濃度的增大而增大，但當CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用速率不再增加。圖1中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補償點；圖2中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1和圖2中的B和B′點都表示CO2飽和點。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行、通其風(fēng)”；增施農(nóng)家肥、NH4HCO3肥料等增大CO2濃度圖1圖2（3）溫度對光合作用速率的影響?曲線分析：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。低溫導(dǎo)致酶的活性降低，引起植物的光合作用速率降低，在一定范圍內(nèi)隨著溫度的升高酶活性升高進而引起光合速率也增強；溫度過高會引起酶活性降低，植物光合速率降低。另外，溫度也是影響氣孔關(guān)閉的因素之一。應(yīng)用：冬天，溫室栽培白天可適當提高溫度，以提高光合作用；晚上適當降低溫度，以降低細胞呼吸，保證植物有機物的積累。防止“光合午休”現(xiàn)象。措施：遮陰（4）必需元素供應(yīng)對光合速率的影響?曲線分析：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫。應(yīng)用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。（5）水分的供應(yīng)對光合作用速率的影響影響：水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進入葉片，從而間接影響光合作用。應(yīng)用：根據(jù)作物的需水規(guī)律合理灌溉。?隨幼葉不斷生長，葉面積不斷增大，葉內(nèi)葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合速率不斷增加；壯葉時，葉面積、葉綠體都處于穩(wěn)定狀態(tài)，光合速率基本穩(wěn)定；老葉時，隨葉齡增加，葉內(nèi)葉綠素被破壞，光合速率下降。應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當摘除老葉和殘葉。

（6）葉齡對光合速率的影響(1)曲線分析：P點時，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標所表示的因子，隨其因子的不斷加強，光合速率不斷提高。當?shù)絈點時，橫坐標所表示的因子不再是影響光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示中的其他因子的方法。(2)應(yīng)用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同時充入適量的