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(共45张PPT)
第4节
光合作用和能量转化(1)
问题探讨
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密的控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色光源。
问题探讨
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
①避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。
②人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
正常玉米植株（绿色）和白化玉米植株（白色）
玉米白化苗的叶片不含绿色色素不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死去。
一
捕获光能的色素和结构
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
实验原理：
（1）提取原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
（2）分离原理:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上的扩散更快,反之则慢。
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
实验方法：
提取方法：过滤法
分离方法：纸层析法
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
实验过程
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
实
验
结果
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
（含量约占1/4）
叶绿素
（含量约占3/4）
制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？
使层析液同步到达滤液细线，防止色素带不整齐
色素分离时，为何要注意层析液不能没及滤液细线？
防止色素溶解于层析液中，不能分离。
画得细、齐、直：防止色素带重叠而影响分离效果。
待滤液干后重画1~2次：积累更多色素，使分离后的色素带明显。
画滤液细线为什么要求细、齐、直，且待滤液干后重画1~2次？
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
思维拓展:
在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，由外向内依次是什么色素？分别是什么颜色？
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
胡萝卜素
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(1)收集到的滤液中绿色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
绿叶中色素的提取和分离实验的异常现象分析
(2)滤纸条色素带重叠：
滤液细线画得过粗。
(3)滤纸条看不到色素带
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，色素全部溶解到层析液中。
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
绿叶中的色素主要吸收蓝紫光和红光。
绿叶色素提取液
为什么绿叶呈现为绿色？
一
捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
【探究·实践：绿叶中色素的提取和分离】
叶绿素主要吸收：蓝紫光、红光
类胡萝卜素主要吸收：蓝紫光
植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
一
捕获光能的色素和结构
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
【思考·讨论：叶绿体的功能】
一
捕获光能的色素和结构
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（恩格尔曼的实验示意图）
1. 恩格尔曼第一个实验的结论是什么？
氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
【思考·讨论：叶绿体的功能】
一
捕获光能的色素和结构
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
（恩格尔曼的实验示意图）
2. 恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？
①水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，好氧细菌可确定释放氧气多的部位；
②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
③用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；
④临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
【思考·讨论：叶绿体的功能】
一
捕获光能的色素和结构
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
恩格尔曼的第二个实验示意图
3. 在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。
【思考·讨论：叶绿体的功能】
一
捕获光能的色素和结构
2.叶绿体的结构适于进行光合作用
恩格尔曼的第二个实验示意图
4. 综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。 ( )
(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。 ( )
(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。 ( )
课堂巩固
×
√
×
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是 ( )
A.所有植物细胞中都含有4种色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
课堂巩固
A
课堂巩固
3. 海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
第4节
光合作用和能量转化(2)
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
光合作用：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
场所
能量来源
反应物
产物
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
【思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验】
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
（1）19世纪末：甲醛→糖
1928年：
甲醛对植物有毒；甲醛不能通过光合作用转化成糖
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
【思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验】
1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。
（2）
NADP+
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
【思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验】
（2）
讨论：
1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
【思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验】
（2）
讨论：
2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料—CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
【思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验】
（3）鲁宾和卡门的实验
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
光照射下的
小球藻悬液
讨论：
分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
【思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验】
（4）1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光合作用两个阶段
（1）光反应阶段 （必须有光才能进行）
（2）暗反应（碳反应）阶段 （有没有光都能进行）
类囊体薄膜
上的色素
ADP+Pi
ATP
酶
吸收
NADP+（氧化型辅酶Ⅱ）
NADPH（还原型辅酶Ⅱ）
酶
H2O
O2
H+
光解
可见光
光
反
应
阶
段
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
光、色素、酶
叶绿体的类囊体薄膜上
场 所：
条 件：
物质变化：
水的光解：
2H2O O2 + 4H+
色素、酶
光
ATP的合成：ADP + Pi + 能量（光能) ATP
酶
酶
NADPH的合成： NADP+ + H+ NADPH
光能 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能
能量变化：
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
ADP+Pi
ATP
NADP+
C5
2C3
多种酶
(CH2O) 糖类
CO2
固定
还
原
酶
NADPH
酶
暗
反
应
阶
段
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
CO2的固定：
酶
CO2＋C5 2C3
叶绿体的基质中
有光无光都可，多种酶
场 所：
条 件：
物质变化：
能量变化：
ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
光反应为暗反应提供 ,
，
暗反应为光反应提供 ,
。
NADPH
ADP和Pi
NADP＋
和ATP
214C3
14CO2
14C5
（14CH2O）
光
叶绿体中的色素
水在光下分解
H2O
O2
[NADPH]
多种酶的催化
还原
固
定
ATP
供能
ADP＋Pi
酶
光反应阶段
暗反应阶段
A
B
C
D
E
F
G
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
H
I
光反应阶段 暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
联系
比较光反应、暗反应
二
光合作用的原理和应用
1.光合作用的原理
光、色素、酶
不需光、酶、NADPH、ATP
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质中
水的光解；
ATP、NADPH的生成
CO2的固定；
C3的还原
光能→ATP、NADPH中活 跃化学能
ATP、NADPH中活跃化学能→
有机物中稳定化学能
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi 。
二
光合作用的原理和应用
2.光合作用原理的应用
光合作用强度：
是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
二
光合作用的原理和应用
2.光合作用原理的应用
【探究·实践：探究环境因素对光合作用强度的影响】
二
光合作用的原理和应用
2.光合作用原理的应用
化能合成作用：
利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
(2)实例
硝化细菌
能量来源：将氨氧化成硝酸释放的能量
反应物：水和二氧化碳
产物：糖类
光补偿点
光饱和点
二
光合作用的原理和应用
A点:只进行细胞呼吸吸收O2、释放CO2
AB段:细胞呼吸强度>光合作用强度,吸收O2、释放CO2
光补偿点
光饱和点
二
光合作用的原理和应用
B点:细胞呼吸强度＝光合作用强度,不与外界进行气体交换
B点以后细胞呼吸强度<光合作用强度,吸收CO2、释放O2
1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( )
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( )
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( )
课堂巩固
√
×
×
2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 ( )
A.CO2 →叶绿素→ADP
B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→乙醇→糖类
D.CO2→三碳化合物→糖类
课堂巩固
D
3.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因
是 .
(2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因
是 .
课堂巩固
光照强度逐渐增大
此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制
1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。
(3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因
是 .
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素
是 .
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。
课堂巩固
光照强度不断减弱
光照强度、温度

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