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(共51张PPT)
世博会上展示的一款叶子概念车（光合作用汽车）
叶子概念车是一款能够充分利用太阳能、风能以及空气中的二氧化碳从而产生电能驱动的新能源汽车。车顶的大叶子是一个光电转化器，能把太阳能转化为电能。
第4节 光合作用与能量转化
学习目标
1、尝试提取和分离绿叶中的色素，简述色素的种类和功能
2、光合作用中物质与能量的变化及联系
3、探究影响光合作用强度的环境因素
2023/12/7
？
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控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
用人工光源可以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。同时，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。
玉米（白化苗）
玉米（正常苗）
白化苗由于不能形成叶绿素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
捕获光能的色素
这说明光合作用需要色素去捕获光能。
白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料
正常幼苗能进行光合作用制造有机养料
一、捕获光能的色素
提取原理
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。
纸层析法：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随层析液在滤纸上扩散而分开。
分离原理
（一）实验：绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理
相似相溶
（1）提取绿叶的色素
①称取5g新鲜的绿叶，剪碎，放入研钵中。
2.实验步骤
（二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。）
②加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入5-10mL无水乙醇
迅速、充分研磨
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
收集滤液,封口
防止无水乙醇挥发
2、制备滤纸条
铅笔线
画铅笔细线
3、画滤液细线
★要求：细、直、齐
重复2—3次
为什么要剪去滤纸条的两角？
为了保证层析液同时到达滤液细线。
保证更多的色素转移至滤液细线处。
4、分离绿叶中的色素
层析液
培养皿
原理：绿叶中的色素能溶解在层析液（石油醚+丙酮+苯）中，但是溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢。
操作：将适量层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻放入层析液中，盖上培养皿。
注意不能让滤液细线触及层析液。
为了防止色素溶解在层析液中。
这些色素对光的吸收有什么差别呢？
捕获光能的色素
类胡萝卜素
叶绿素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
(占1/4)
(占3/4)
胡萝卜素
5、观察与记录
实验中的材料试剂及操作目的
过程 操作内容 操作目的
提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高
试剂 二氧化硅 利于绿叶的充分研磨
碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏
无水乙醇 溶解色素
关键 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发
用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上
分 离 色 素 试剂 层析液 分离色素
关键 步骤 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中
知识总结
P99课本思考讨论：
1.滤纸条上有4条不同颜色的色素带，从上到下依次为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）
2.滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同；同时由于4种色素的 颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为？
甲 乙 丙 丁
无水乙醇 － ＋ ＋ ＋
水 ＋ － － －
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
②
④
①
③
【典型例题1】
绿叶中色素的作用
绿叶中的
色素提取液
图：自然光通过三棱镜
图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜
现象：光屏出现明显的色光带
现象：色光带变暗，
且蓝紫光和红光大部分被吸收
绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。
结论：叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
二、叶绿体的结构和功能
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
1.叶绿体结构
色素分布：
类囊体薄膜上
酶分布：
类囊体薄膜和基质
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
小资料：水绵是常见的淡水藻类，每条水绵有许多个结构相同的长筒状细胞连接成的。水绵有很明显的特点：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。
1880年德国恩格尔曼实验
2.叶绿体功能验证实验
水绵是常见的淡水藻类
每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。
水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。
先黑暗处理，再极细光束照射
暴露在光下
结论：氧是由叶绿体在光照下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
水绵
好氧细菌
恩格尔曼的实验（一）
从这一实验你能得出什么结论？
恩格尔曼的实验（二）
结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。
1.恩格尔曼第一个实验结论：O2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。
2.提示：（选材好，设计妙）
①实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用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，等等。
3.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。
4.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。
讨论
P101 二、拓展应用
1.有关。
①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所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。②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。
2.提示：与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。综述性短文要求资料新颖、证据确凿、逻辑清晰、言之有理。
5-4 光合作用与能量转换
学习目标
1、尝试提取和分离绿叶中的色素，简述色素的种类和功能
2、光合作用中物质与能量的变化及联系
3、探究影响光合作用强度的环境因素
课时2
二、光合作用原理和应用
光合作用：绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
（一）光合作用的概念
光合作用的实质：
合成有机物，储存能量
（二）光合作用的反应式：
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
6CO2 + 12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
（三）探索光合作用原理的部分实验
1.19世纪末，普遍观点：CO2中C和O被分开，O2被释放（O2来源于CO2），
C与H2O结合形成甲醛，甲醛缩合成糖；
2.1928年：甲醛不能通过光合作用转化成糖；
3.1937年，希尔反应：离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解、产生O2；
4.1941年，鲁宾和卡门：同位素示踪法，O2来源于H2O；
5.1954年，阿尔农：光照下，叶绿体可以合成ATP；
6.1957年，阿尔农：光照下，叶绿体可以合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
希尔反应
抽去空气
O2
光
（无CO2 ）
1937年 希尔（Hill）
CO2
H218O
18O2
C18O2
H2O
O2
第一组
第二组
结论：光合作用释放的氧气来自水
对比实验
P103 讨论
1.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。
2.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。
3.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
4.例如：
（四）
光
合
作
用
过
程
O2
NADPH
NADP+
ADP+Pi
ATP
色素
C3
C5
CO2
H2O
(CH2O)
暗反应
光反应
P106
卡尔文循环
14CO2
卡尔文的实验
有机物
H2O
小球藻
O2
14CO2
（含14C）
同位素
标记法
项目 光反应 暗反应
部位
条件
物质变化
能量变化
联系
类囊体薄膜
叶绿体基质
①光反应为暗反应提供NADPH和ATP
②暗反应为光反应提供ADP和Pi
①水的光解；
② ATP的合成；
③NADPH的形成
①CO2的固定；
②C3的还原；
③C5的再生
光能→
光、色素、酶
CO2 、ATP 、 NADPH和多种酶
NADPH 和 ATP中
的化学能
(CH2O)中的
稳定化学能
→
光反应和碳反应的比较
光合作用的意义
光合作用
意义 3
对生物的进化具有重要作用
意义 1
生物界中有机物的来源
意义 4
生命活动所需能量的最终来源
意义 2
维持大气中氧气和二氧化碳的平衡
光合作用是生物界获得食物、能量和氧气的根本途径。
四、影响光合作用的因素
（一）光照
（1）光照强度
CO2
吸收
CO2
释放
.A
.B
.C
光照强度
1、A点意义
A点光照强度为0，此时
细胞只进行呼吸作用，
此时CO2的释放值表示
该植物的呼吸强度
2、AB段意义
光合作用不断加强，但小于呼吸作用强度，有机物积
累量为负值
3、B点意义
此时，光合作用=呼吸作用，有机物积累量
为0。该点也叫光补偿点
4、C点意义
在BC段，光合作用不断增强，
到达C点之后，光合作用不
再增强，称为光饱和点
CO2
吸收
CO2
释放
.A
.B
.C
光照强度
虚线、实线区别？
CO2
吸收
CO2
释放
.A
.B
.C
光照强度
H1
H2
H3
5、H1、H2、H3意义
H1：净光合作用（净产量）
H2：呼吸作用
H3：总光合作用
H3=H1+H2
问题
如果光照过于强烈，
会引起植物什么现象
会引起植物“午休”现象
在该图中哪个点代表的是植物午休
现象？
C点
解释：
由于这个时间光照太过强烈，植物为了减少
水分蒸发，把气孔关闭；造成二氧化碳吸收
减少，光合作用效率下降
（2）光质
白光的光合作用的效果最好，
单色光中 红光、蓝紫光较好，绿光效率最差
（3）叶面积指数与光合作用的关系
叶面积指数概念：
有机物
叶面积指数
光合作用总量
呼吸损耗
A
1、为什么随着叶面指数增加，
光合作用总量不能无限增加？
2、随着叶面积指数增加，光合作用
净产量会怎样变化？
3、A点植物的净产量是多少？
4、在图中最佳叶面积指数怎样寻找？
植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值
（二）二氧化碳的浓度
经过对光照对光合作用影响的介绍，大家怎样应用光照这个
因素来增加我们的在农业生产中的应用？
适当增加光照强度，延长光照时间，适当增加密植
也可以采用套种、间作、轮作等方法来增产
光合
作用
强度
CO2的浓度
.B
.C
B点表示CO2补偿点
C点表示CO2饱和点
生产中，提高CO2浓度的措施？
①通风
②施用有机肥
③施用NH4HCO3
（三）温度
温度通过影响酶的活性来影响光合作用
1、适当增加昼夜温差能提高作物的产量
2、温室生产中，在晴朗的白天，可以 温度？
在阴雨的时候，可以 温度？
提高
降低
（四）矿质元素（ N、P、K、Mg）
N：酶、ATP、NADP+、 NADPH等组成成分
P： ATP、NADP+组成成分，由它构成的磷脂是组成叶绿
体膜的主要物质
K：参与光合产物糖类的运输
Mg：组成叶绿素
（五）水
光合作用的原料，缺少时光合速率下降；另外，缺水使气孔
关闭，影响CO2的吸收。
光合作用原理的应用
1.影响光合作用的因素
光照、CO2浓度、温度、矿质元素、水等
2.提高农作物光合作用强度的措施
（1）适当提高光照强度、延长光照时间
（3）适当提高CO2浓度
（4）适当提高温度（白天提高温度，晚上降低温度）
（5）适当增加植物体内的含水量
（6）适当增加矿质元素的含量
（2）合理密植
小结：
(1)光照 ：则C3 ，C5 ，[NADPH]和ATP ；
(2)光照 ：则C3 ，C5 ，[NADPH]和ATP ；
(3) CO2 ：则C3 ，C5 ，[NADPH]和ATP ；
(4) CO2 ：则C3 ，C5 ，[NADPH]和ATP ；
O2
NADPH
NADP+
ADP+Pi
ATP
色素
C3
C5
CO2
H2O
(CH2O)
暗反应
光反应
14CO2
三、化能合成作用
1、自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来把无机物制造成有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用。
想一想:光合作用和化能合成作用有何异、同点？
2NH3+3O2
2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2
硝化细菌
2HNO3+能量
CO2+H2O
（CH2O）＋O2
2、自养生物
（1）概念
　　生物体在同化作用过程中，能够以光能或无机物氧化所释放的化学能为能源，以环境中的CO2为碳的来源，来合成自身的物质，并且储存能量，这类生物叫自养生物。
（2）自养生物的种类
A、光能自养生物
无机物
有机物
光能
　　如：绿色植物、水藻、少数种类的细菌
叶绿体
B、化能自养生物
无机物
有机物
化学能
如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等
2、异养生物
　　生物体在同化作用过程中，以环境中现成的有机物作为能量和碳的来源，将这些物质摄入体内，转变成自身的物质，并且储存能量，这类生物叫异养生物。
例如：人和动物、营腐生或寄生生活的真菌、大多数的细菌

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