资源简介

(共47张PPT)
光合作用
与
能量转化
Photosynthesis
导
01
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。有的植物工程完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色、白色的光源。
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减产②可根据植物生长的情况调控人工光源的强度和不同色光（光质），使蔬菜产量达到最大
导
植物为什么呈现绿色？
3.为什么要控制CO2浓度、营养液成分和温度条件？
影响植物光合作用的环境因素，通过控制使植物达到最佳生长状态
2.能不能用绿色的光源？
自养生物
异养生物
光合作用/化能合成作用…
捕食/寄生/共生…
太阳
光能
吸收、传递、转化
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
光合作用过程中具体是哪个结构中的哪些物质能够吸收传递转化光能？
评
一、捕获光能的色素和结构
Q1.对于一棵树来说，哪些部位可以进行光合作用？
绿色植物的绿色部分，主要是叶片
Q2.为什么这些部位呈现绿色？
说明有绿颜色的色素
Q3.观察下图两种玉米植株的颜色，思考：思考哪株植物能长久存活？
叶片是进行光合作用的主要器官
正常植株，因为白化植株养分耗尽后就会死亡
白化植株呈现白色
正常植株呈现绿色
不久后死亡
正常存活
无绿色色素
含绿色色素
说明色素是进行光合作用的必要条件
光能
评
绿叶中有哪些可以捕获光能的色素呢？
实验：绿叶中色素的提取和分离
评
一、实验：绿叶中色素的提取和分离
色素的提取
色素的分离
1.色素的提取
步骤：
(1)色素的提取方法：
过滤法
(2)色素的提取原理：
色素易溶于有机溶剂无水乙醇
①称取5g新鲜绿叶，减去主叶脉，剪碎，放入研钵中；
(3)色素的提取步骤：
②向研钵中加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入5~10 mL无水乙醇，迅速、充分地进行研磨；
溶解色素；
使研磨更加充分；
防止色素被破坏；
二氧化硅：
碳酸钙：
无水乙醇：
迅速：
防止乙醇挥发及色素被破坏
保证色素充分溶解
充分：
色素含量多
新鲜绿叶：
评
③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部放一块单层尼龙布）中进行过滤，将滤液收集到试管中、及时用棉塞将试管口塞严。
单层尼龙布：
不用滤纸、纱布（滤纸、纱布会吸收大量滤液）
防止无水乙醇挥发和色素氧化
及时用棉塞将试管口塞严：
2.色素的分离
(1)色素的分离方法：
纸层析法
色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的色素分子随
(2)色素的分离原理：
层析液在纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。
(3)色素的分离步骤：
①制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管
直径，长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一段剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线；
干燥：
使层析液在滤纸条上快速扩散
评
剪去两角：
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而使形成的色素带不齐
用铅笔画细线：
“打草稿”（不用记）
②画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地划出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀地细线）。待滤液干后，再重画一到两次。
画出的滤液细线要求细齐直，原因是：
增加滤液细线中色素的含量，使分离的色素带清晰分明
待滤液干后再画：
再重画一到两次：
防止滤液细线扩散过宽
③分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一段朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞紧紧塞住试管口（也可以用小稍微代替试管，用培养皿盖住小烧杯）。
滤液细线不能接触层析液：
层析液也是有机溶剂，滤液细线一旦接触层析
液会导致色素直接溶解在层析液中，而不能在滤纸条上扩散了
防止色素带重叠而影响分离效果
评
塞住试管口/培养皿盖住小烧杯：
防止层析液挥发
3.观察与记录
考点一：排序
考点二：颜色
考点三：含量
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
考点四：溶解度
考点五：扩散速度
评
延伸思考：实验装置的改进
在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，会出现什么现象？
会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为：
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)
色素的分离和提取实验中可能出现的异常现象的原因分析：
Q1.色素带较浅的可能原因？
1、研磨不充分；或者未加二氧化硅，导致色素未能充分提取出来
2、制备色素所用的材料过少或者无水乙醇过多，导致色素浓度过小
3、画滤液细线时画的次数太少，没有积累足够的色素
4、绿叶不新鲜
Q2.色素带没有出现的可能原因？
1、没有画滤液细线
2、滤液细线接触层析液时间过长，导致色素溶解在了层析液中
3、误将蒸馏水当作提取液和层析液
4、研磨时未加无水乙醇
Q3.绿素a和叶绿素b色素带较浅或者没有的原因？
1、没有加入碳酸钙，导致研磨过程中色素被破坏
2、色素提取液制备完以后放置时间过长，导致叶绿素被分解
3、选取的叶片不是新鲜的叶片，而是老叶或者黄叶
Q4.色素带出现重叠的原因？
滤纸条没有经干燥处理；或滤液细线没有画的细直，导致色素扩散不一致;未剪去两角
评
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
叶绿体中的色素
总结色素的种类：
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b属于脂溶性色素
拓展：
花青素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素。水果、蔬菜、花卉中的主要呈色物质大部分与之有关。在植物细胞液泡不同pH条件下，花青素使花瓣、叶片等呈现五彩缤纷的颜色。
四种色素对光的吸收是否有差别？
评
二、色素的作用
阳光是由不同波长的光组成组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱
1.色素的吸收光谱：
评
让不同颜色的光照射色素提取液，有些波段的光被色素吸收了，在光谱上出现黑线带，这种光谱叫色素吸收光谱
评
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
对其他波段吸收量较少,吸收最少的是绿光
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
不吸收红、橙、黄光
评
Q1.为什么有些植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
三、与生活的联系
1.叶片中叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素
2.绿光吸收最少反射回来
由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来
Q2.植物工厂里为什么不用发绿光的光源？（课本99 “？”）
绿色光源发出绿色的光,这种波长的光被光合色素吸收的最少,不适合
评
光合色素的储存位置—叶绿体
四、色素的位置
评
叶绿体膜
内膜
外膜
叶绿体基粒
类囊体
光合色素
光合作用相关酶
基粒由许多圆饼状的囊状结构堆叠而成
叶绿体类囊体薄膜上有色素以及酶
叶绿体内有如此众多的基粒和类囊体，增大叶绿体内的膜表面积；极大地扩展了受光的面积；
叶绿体基质
（光合作用相关酶、DNA、RNA、核糖体）
评
叶绿体除了吸收光能之外，还有什么功能呢？
恩格尔曼的水绵实验
研究对象：水绵 & 好氧细菌
隔绝空气，在黑暗条件下，用极细的光照射
自变量：
因变量：
氧气的产生
：自变量
光照
：因变量
细菌的分布
完全暴露在光下
Ps:好氧细菌的分布
光照
无空气的黑暗环境：排除O2和光的干扰
极细的光束：有光与无光对照
暴露阳光下：局部有光与完全曝光对照
评
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。
2. 恩格尔曼在选材和设计上有什么巧妙之处？
水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；好氧细菌可确定氧气产生部位
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；
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
临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果。
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。
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。
评
一、光合作用的原理
1.概念：光合作用时指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
2.用反应式可表示为：
探究光合作用原理的部分实验
1、19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，二氧化碳的C和O被分开，氧气被释放，C与水结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
到1982年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
评
2、1937年，英国科学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有水，没有二氧化碳），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
只有H2O没有CO2
离体的叶绿体悬浮液
O2
探究光合作用原理的部分实验
评
【讨论】
1、希尔的实验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？为什么？
不能;反应体系中可能还存在其他氧元素供体。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.希尔的实验能否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
能；因为悬浮液中没有合成糖类的必需原料——CO2，说明未进行糖类合成。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
延伸思考：写出水的光解反应式？
H2O→1/2O2 ＋2H+＋2e
光能
NADP＋＋H+＋2e →NADPH
酶
评
探究光合作用原理的部分实验
3、1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记水和二氧化碳。然后进行了以下两组实验：甲组给植物提供H2O和C18O2,乙组提供H218O和CO2 ，最终发现：甲组释放的氧气都是O2 ，乙组释放的都是18O2
结论：光合作用产生的O2来自于H2O。
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
光照射下的
小球藻悬液
评
延伸思考2：该实验有对照组吗？满足对照原则吗？
无单独对照组;实验组相互对照（对比实验）
延伸思考1：如何判断实验结果是释放的18O2还是O2？
注意：不能通过检测放射性判断：18O2是无放射性的同位素
【讨论】
3、分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？
光合作用释放的O2中的氧元素全部来源于H2O，而并不来源于CO2
4、1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP，1957年，阿尔农又发现这一过程总是与水的光解相伴随。
4、尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：
【讨论】
H2O O2 + NADPH + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
评
光合作用过程复杂，包括一系列化学反应。依据是否需要光能分为：
光反应阶段
暗反应阶段
光合作用第一个阶段；必须有光才能进行
光合作用第二个阶段，又称“碳反应阶段”有无光都能进行
二、光合作用的过程
类囊体薄膜
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
酶
吸收
H+
NADPH
酶
光解
NADP+
：直接以分子形式释放出叶绿体
参与该细胞有氧呼吸第三阶段或释放到外界
：为暗反应提供活泼的还原剂
及部分能量
：为暗反应提供能量
评
（2）条件：外界条件：
内部条件：
（1）场所：
类囊体薄膜上
光
色素、酶
（3）物质变化：
水的光解：
H2O 2H＋ ＋1/2O2 + 2e-
光能
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
ATP的合成：
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
（4）能量变化：
光能
ATP、NADPH中活跃的化学能
1.光反应阶段
评
2.暗反应阶段
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
暗反应阶段,
被利用，经过一系列的反应生成糖类
CO2是如何转变为糖类的呢？
卡尔文等用小球藻做试验研究：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环（暗反应阶段）
（放射性）同位素标记法
科学研究方法：
CO2
C5
为光反应ATP
合成提供原料
为光反应NADPH
合成提供原料
又参与CO2固定
细胞呼吸消耗
储藏器官储存、建造植物体
评
（2）条件：外界条件：
内部条件：
（1）场所：
（3）物质变化：
（4）能量变化：
叶绿体基质
不需要光照，需要CO2
多种酶、NADPH、ATP
CO2的固定：
C3 的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
CO2＋C5 2C3
酶
ATP的水解：
ATP ADP + Pi + 能量
酶
NADPH的分解：
NADPH NADP+ + H+ + 2e-
酶
ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能
（5）产物：
光合作用产物一部分是淀粉，在叶绿体基质中合成，并暂时储存
在叶绿体基质，然后水解成葡萄糖转运到细胞质，还有一部分是蔗糖，可以进入筛管，再通过韧皮部运输到细胞各处。
评
类囊体薄
膜上
的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
酶
可见光
光合作用全过程
C5
小结：光反应与暗反应的比较
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
光反应
暗反应
类囊体薄膜上
叶绿体基质
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、NADP+、C5、（CH2O ）
产物去向
NADPH：
ATP：
O2：
ADP、Pi：
NADP+：
C5：
（CH2O ）：
又参与CO2固定
为光反应ATP合成提供原料
为光反应NADPH合成提供原料
细胞呼吸消耗、储藏器官储存
为C3还原提供还原剂和能量
为C3还原提供能量
直接从叶绿体释放
评
思考1：光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？
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
光反应为暗反应提供活跃化学能;暗反应将活跃化学能转化为稳定化学能
思考2：光反应能在无CO2的环境中长期进行吗？暗反应能在无光的环境中长期进行吗？
均不能；
暗反应受阻，光反应因产物ATP、DNDPH积累,缺乏ADP、Pi、NADP+等也不能进行；没有光反应，暗反应缺乏DANPH、ATP等无法长时间进行
评
思考3：光合作用过程中ATP和NADPH的移动途径？ADP、Pi、NADP+的移动途径？
ATP、NADPH：
ADP、Pi、NADP+：
类囊体薄膜→叶绿体基质
叶绿体基质→类囊体薄膜
思考4：光合作用过程中各元素的转移途径分别为？并在反应式中标注出来
H的转移：
H2O → NADPH→(CH2O)
C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O → O2
评
思考5：请分析光下的植物突然降低光照后，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5
的含量如何变化？为什么？
光照
减弱
光反应减弱
ATP、NADPH↓
C3 还原受阻
CO2固定不变
C3消耗减少，合成不变
C5合成减少，消耗不变
C3↑
C5↓
光照
增强
光反应增强
ATP、DNAPH↑
C3消耗增加，合成不变
C5合成增加，消耗不变
C3↓
C5↑
C3 还原加快
CO2固定不变
评
思考6：假如白天突然减少CO2的供应，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？
CO2 减少
暗反应减弱
CO2固定减弱
C3 还原不变
C3合成减少，消耗不变
C5消耗减少，合成不变
C3↓
C5↑
C3 还原减弱
光反应不变
ATP、NADPH消耗减少，合成不变
ATP、NADPH↑
评
思考7：假如白天突然增加CO2的供应，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？
CO2 增加
暗反应增强
CO2固定增强
C3 还原不变
C3合成增加，消耗不变
C5消耗增加，合成不变
C3 ↑
C5 ↓
C3 还原增强
光反应不变
ATP、NADPH消耗增加，合成不变
ATP、NADPH ↓
评
条件 C3 C5 NADPH ATP (CH2O)
合成量
光照减弱，CO2不变
光照增强，CO2不变
光照不变，CO2减少
光照不变，CO2增加
增加
减少
减少
减少
减少
增加
增加
增加
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
小结：当外界条件突然发生变化时，短时间内各种物质含量的变化
减少
增加
增加
减少
C5、NADPH、ATP变化一致
C3与C5/NADPH/ATP变化相反
对光合作用有利
合成增加
反之减少
评
“模型法”表示C3、C5、NADPH和ATP的含量变化
评
三、影响光合作用的因素
CO2的浓度
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
H2O
光：光照强度、光质、光照时间
矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）
外因：
内因：
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同
温度
评
探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响
自变量：
因变量：
光合作用强度
检测方法
控制方法
不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离
注射器的作用：
实验材料：
圆形小叶片
排出圆形小叶片中的气体
光照强度（强度、光质）
CO2的吸收：可以用红外线CO2传感器测量
O2的释放：小叶片浮起数量法
有机物合成：淀粉含量测量法
可检测一定时间内上浮的小圆叶片的数量或
上浮一定数量小圆叶片所需的时间
评
1、光照强度
三、影响光合作用的因素
Q.光照强度通过影响哪一阶段进而影响光合速率？
A点的意义：光照强度为0时，细胞只进行呼吸作用
光补偿点
光饱和点
CO2
吸
收
量
O
CO2
释
放
量
光照强度
·
·
·
A
B
C
·
D
B点：光合作用和呼吸作用强度相等，称为光补偿点。
图中C点的意义：光合作用强度不再随光照强度增加而变化，此时对应的D点为光饱和点。
AB段的意义：随着光照强度增加，光合作用强度增强，
CO2释放量逐渐减少。
BC段的意义：光照强度不断增加，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
注意：说明到C点之后影响y轴的因素不再是x轴，而是其他因素。
应用：①温室中增加光强，使作物增产；
②间做套种农作物，合理利用光能
评
2.CO2浓度
CO2补偿点；光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合作用强度
B点：
C点：
对应的D点为CO2饱和点
A’点：
进行光合作用所的最低CO2浓度
应用：
农业生产中“正齐行，通其风”，施用农家肥增大CO2浓度
评
3.温度
O
温度
A
光合速率
B
C
原理：
温度通过影响 影响光合作用。
主要制约 反应。
温度过高时植物 ，光合速率会减弱。
1.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量
（有机物积累量）。Q.？
2.解释植物“午休”现象。
应用：
酶的活性
暗
气孔关闭
评
4.水分
原理：
水既是光合作用的 ，又是体内各种化学反应的 ，直接影响光合作用速率；
水分还能影响气孔的 ，间接影响 进入叶片，从而影响光合作用速率
应用：合理浇灌
原料
介质
开闭
CO2
5.矿质元素
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
应用：合理施肥
评
四、化能合成作用
1.定义：自然界中的某些细菌，利用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过程。
2.实例：硝化细菌（利用NH3氧化成HNO3过程释放的能量来合成有机物）
2NH3+3O2
2HNO2+O2
2HNO3 + 能量
CO2+H2O
硝化细菌
（CH2O）+O2
2HNO2+2H2O+能量
评
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源
代表生物 绿色植物
相同点 都能将 等无机物合成有机物 3、光合作用与化能合成作用的比较
光能
CO2和H2O
无机物氧化
释放的能量
硝化细菌
Class over
下课
biology
2020

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