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(共74张PPT)
光合作用与能量转化
（第1课时）
捕获光能的色素和结构
Function of cell membrane
捕获光能的色素和结构
Function of cell membrane
玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于叶片中不含绿色色素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
1.光合色素的提取与分离；
2.光合色素的种类及其吸收光谱。
实验原理
提取绿叶中的色素
叶绿体中的色素属于脂溶性色素，不溶于水，易溶于有机溶剂。色素能溶解在有机溶剂无水乙醇、丙酮中，所以可用无水乙醇提取色素。
实验方法
无水乙醇提取色素（或者用95%乙醇加无水碳酸钠）
观看绿叶中色素提取实验视频，阅读教材98页探究实践内容，回答以下问题。
1.菠菜叶放置24-36小时的原因，能不能选用白菜做实验材料？
2.色素提取时所用试剂及作用？
3.研磨时应注意什么？原因为何？
4.为什么选用单层尼龙布过滤而不用纱布或者滤纸？
用放置24-26小时的菠菜叶，防止水分过多影响提取效果；白菜中所含的叶绿素少，影响提取效果
无水乙醇用于溶解色素，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。
研磨应迅速，少量多次加入无水乙醇，减少乙醇挥发；研磨应充分，色素完全释放
用单层尼龙布过滤叶脉和SiO2，滤纸和纱布会吸附色素
实验步骤
提取绿叶中的色素
（1）研磨
材料:5g鲜叶
药品
SiO2
CaCO3
无水乙醇
——使研磨充分
——防止色素破坏
——溶解色素
要求：要迅速、充分（为什么 ）
实验步骤
提取绿叶中的色素
（2）过滤：获取绿色滤液
滤纸吗？
实验原理
分离绿叶中的色素
不同的色素在层析液中溶解度不同，溶解度越高的，在滤纸上随层析液扩散的快，反之则慢，这样滤液中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开
实验方法
纸层析法
观看绿叶中色素分离实验视频，阅读教材98页探究实践内容，回答以下问题。
1.滤纸条为什么要剪去两角？
2.滤液细线的划线原则？
3.层析液能否没过滤液细线
4.分离后的色素有几种？
避免边缘效应，使层析液同步到达细线，避免色素带不整齐
细、直、齐；为保证有足够的色素，可多次重复划线
层析液不能没及滤液线；防止色素溶解在层析液中，而不能在滤纸上扩散
实验步骤
分离绿叶中的色素
制备滤纸条
铅笔线
画滤液细线
滤液细线
（细、齐、直）
（待滤液干后重复画1~2次）
分离色素
层析液
（盖住，因层析液易挥发，有一定毒性）
层析液不能浸没滤液线
（橙黄色）
（黄色）
（蓝绿色）
（黄绿色)
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
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）
绿叶中的色素
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
(2)滤纸条色素带重叠：
(3)滤纸条看不见色素带
①未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分。
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
滤液细线画得过粗。
①忘记画滤液细线。
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
1、如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，下列与之有关的叙述中，错误的是(　　)
A．应向培养皿中倒入层析液
B．应将滤液滴在a处，而不能滴在b处
C．实验结果应是得到四个不同颜色的
同心圆(近似圆形)
D．实验得到的若干个同心圆中，最小
的一个圆呈橙黄色
课堂练习
D
叶绿素b
叶绿素a
叶黄素
胡萝卜素
2、(2019·江苏卷)下图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　)
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
D
2.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(　 　)
A.①②③④
B.②④①③
C.④②③①
D.③②①④
B
甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
蒸馏水 + - - -
CaCO3 + + - +
SiO2 + + + -
三、光合色素的吸收光谱
色素的吸收光谱
叶绿素溶液
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
类胡萝卜素溶液
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
功能：吸收、传递和转化光能
植物工厂里为什么不用绿光作为光源？
植物叶片为什么是绿色？
思考：
叶绿体结构模式图
外膜
内膜
基粒
基质
每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。
而每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。
基质中有与光合作用有关的酶，少量DNA、RNA，核糖体
四、叶绿体的结构适于光合作用
叶绿体的功能（恩格尔曼实验）
水绵：叶绿体呈螺旋带状
需氧细菌
(1)实验材料：
叶绿体的功能（恩格尔曼实验）
水绵
需氧细菌
极细光束照射
完全曝光
黑暗 无空气
需氧细菌集中于叶绿体被光束照射到的部位
需氧细菌分布于叶绿体所有受光部位
极 细 光 束
均匀光照
结论：
(2)实验过程：
恩格尔曼的实验一：
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
（重要）
叶绿体的功能（恩格尔曼实验）
三棱镜
结论：
恩格尔曼实验二：
综合上述两个实验可以得出叶绿体的功能：
照射水绵
需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域
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。
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光
1.实验材料选择 和 。
2.没有空气的黑暗环境排除了 和 干扰。
3.用极细的光束照射，叶绿体上有 和
的部位，相当于一组 实验。
水绵的优点是 ；
需氧细菌的优点是 。
水绵
需氧细菌
叶绿体呈螺旋带状，便于观察
可确定释放氧气多的部位
氧气
光
光照多
光照少
对照
恩吉尔曼实验设计的巧妙之处：
5.4课前背诵
1.绿叶中色素提取和分离的原理分别是？
2.提取中加的二氧化硅和碳酸钙的原因？
3.过滤时用的什么？为什么不用滤纸？滤液细线划线原则？
4.从上到下说出滤纸条上的色素带颜色和名称？哪种溶解度最大？哪种含量最多？
5.叶绿素和类胡萝卜素分别吸收什么光？
6.光合色素主要分布在哪里？与光合作用相关的酶分布在哪里？
光合作用的
原理和应用
了解光合作用的探究历程
1
掌握光合作用的过程
2
掌握光合作用原理的实践应用
3
了解化能合成作用
4
OBJECTIVE
探索光合作用原理的部分实验
1
探索光合作用原理的部分实验
1
光合作用
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
过程
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？
叶绿体是如何将光能转化为化学能？
又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
探索光合作用原理的部分实验
1
19世纪末 甲醛→糖
1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
CO2
O2
C + H2O
甲醛
1937年，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H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
探索光合作用原理的部分实验
1
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。
希尔反应
结论：①水的光解产生氧气。
②氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
离体叶绿体
铁盐(或其他氧化剂)
H2O
2H+
+ O2
光照
探索光合作用原理的部分实验
1
O2全部来自于H2O吗？
1940年，鲁宾和卡门 （同位素标记法）
光照射下的
小球藻悬液
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
结论：光合作用释放的氧来自水
探索光合作用原理的部分实验
1
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
H2O O2 + 2H+
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
ATP的合成与希尔反应的关系
能量
+
上述实验表明，
光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的，还伴随着能量的产生　。
总结
光合作用
2
光合作用
2
根据是否需要光能，
将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。
光合作用
光反应
暗反应
（碳反应）
必须有光
叶绿体类囊体的薄膜上进行
有光无光均可
叶绿体基质中进行
光合作用
2
光反应
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
（氧化型辅酶Ⅱ）
（还原型辅酶Ⅱ）
条件：
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+
场所：
类囊体薄膜
主要产物：
O2、ATP、NADPH
光合作用
2
光反应
物质转化
水的光解：
ATP的合成：
2H2O O2+ 4H+
光
色素
NADPH的合成：
光能
能量转变
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADP+ + H+ NADPH
酶
光合作用
2
暗反应
ADP+Pi
ATP
NADP++H+
能量
C5
2C3
酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
条件：
有光无光都可以，酶、CO2、ATP、NADPH
场所：
叶绿体基质中
产物：
（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+
卡尔文循环
光合作用
2
暗反应
物质转化
CO2的固定：
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
ATP、NADPH中活跃的化学能
能量转变
有机物中稳定的化学能
CO2＋C5 2C3
酶
光合作用
2
叶绿体
中的色素
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
酶
类囊体薄膜
叶绿体基质
光合作用的实质：
合成有机物，贮存能量
光合作用
2
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
3.NADPH的作用？
①在C3的还原中作还原剂；
②为C3的还原提供能量
光合作用中元素的转移
2
①H的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )+ C5
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）+ C5
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）+ C5
H2O → O2
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
光合作中条件骤变对各物质的影响
2
叶绿体
中的色素
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
光合作用
2
叶绿体
中的色素
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少
CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加
化能合成作用
2
能够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。
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为 和 。
自养生物
异养生物
光能自养生物
化能自养生物
绿色植物、
蓝细菌等
硝化细菌、铁细菌、硫细菌等
病毒、人、动物、真菌、大多数细菌
(只能利用现有有机物)
(利用光能合成有机物)
(利用化学能合成有机物)
异养生物
自养生物
所需的能量来源不同（光能、化学能）
化能合成作用和光合作用的不同：
光合作用
2
光反应阶段 暗反应阶段
场所
条件
物质 变化
能量 变化
联系
类囊体薄膜
叶绿体基质
光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP+
有没有光都行、酶、CO2、ATP、NADPH
水的光解：
H2O O2 + NADPH
光能、酶
色素
ATP的合成：
ADP+Pi+能量 ATP+H2O
酶
CO2的固定：
C3的还原：
光能
ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应 提供 NADPH和ATP；
暗反应为光反应 提供 ADP、Pi 、 NADP+；
两者紧密联系，能量转化与物质变化密不可分
光反应阶段和暗反应阶段的比较和联系
探究环境因素对光合作用强度的影响
3
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
光合作用强度的表示方法
固定CO2的量
制造或产生有机物（糖类）量
产生O2的量
单位时间内光合作用
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
光合作用强度
一、实验原理：
①叶片含有空气，上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
植物在单位时间内通过光合作用产生O2的量。
抽气
光合作用
产生O2
②根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，
探究光照强度与光合作用强度的关系。
自变量
光照强弱
因变量
光合作用强度
无关变量
温度、叶片大小数量等
检测方法
相同时间小圆形叶片浮起的数量
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
要求相同且适宜
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
二、方法步骤：
1.打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，
小圆形叶片全部沉到水底
探究光照强度对光合作用强度的影响
3
4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（吹气或者1%~2%的NaHCO3溶液）
探究环境因素对光合作用强度的影响
3
5.分组实验：将3只小烧杯中分别投入10片叶圆片并调整40W台灯距离（10、20、30CM）
探究环境因素对光合作用强度的影响
3
探究环境因素对光合作用强度的影响
3
项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮起数量
1 10片 20 mL 强 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
6.观察并记录结果
三、实验结论
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
光合作用原理的应用
4
光合作用原理的应用
4
（一）影响光合作用强度的因素
内因（植物自身因素）：
叶龄、叶面积、植物种类、不同生长阶段、
色素含量、酶的数量和活性
外因（环境因素）：
原料：
CO2的浓度
含水量
动力：
光能
（
、光照时间、光质）
光照强度
条件（酶）：
温度、pH
叶绿体的形成和结构：
无机营养（ ）
矿质元素Mg2+等
光合作用速率的测定
4
光合作用速率
一定时间内, 单位面积CO2等反应物的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量来表示。
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
测量到的光合作用速率称为净光合作用速率
植物只进行光合作用吗？CO2、O2、(CH2O)的变化只和光合作用有关吗？
光合作用速率的测定
4
线粒体
叶绿体
产生O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
固定CO2
吸收CO2
（可以测得）
净光合作用速率：常用单位时间、单位叶面积O2释放量、CO2吸收量或有机物的积累量来表示
真正光合速率：即实际光合速率，常用单位时间、单位叶面积的O2产生量、CO2固定量和有机物的产生量来表示
光合作用速率的测定
4
真正光合速率= 净光合速率 + 呼吸作用速率
有机物的合成量
CO2固定或消耗量
O2的产生量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
有机物消耗量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
6CO2 + 12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
6CO2 + 12H2O
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
光照强度对光合作用的影响曲线
4
A:只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2
全部用于光合作用；
光合作用产生的O2
全部用于呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
光照强度对光合作用的影响
4
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
阳生植物
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
净光合
总光合
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
B1：阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
A:只进行呼吸作用
C点之前限制光合作用因素是光照强度
应用：
合理密植
间作套种
适当剪枝
CO2浓度对光合作用的影响
4
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
对应的D点为CO2饱和点
C点之后光合速率的限制因素：
外因主要为光照强度和温度，
内因为酶的数量和活性。
B点：
C点：
1.多施有机肥或农家肥；
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器、干冰等；
3.大田中还要注意通风透气，增加农作物产量。
应用：
温度对光合作用的影响
4
O
温度
A
光合速率
B
C
最适温度下植物光合作用最大，
植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。
温度过高时酶活性降低，光合速率会减弱。
1.适时播种
2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温
3.植物“午休”现象
应用：
温度过高—水分散失过快（蒸腾作用）—气孔关闭—CO2吸收受阻—影响暗反应
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
水对光合作用的影响
4
应用：预防干旱，合理浇灌
矿质元素对光合作用的影响
4
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
Mg：叶绿素的重要组分
应用：合理施肥
P～Q的形成原因：土壤中矿质元素过多，土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。
小结
4
光合作用与能量转化
光合作用
光合作用应用
概念
反应式
探究历程
影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素
硝化细菌
光合作用原理
过程
光反应：类囊体薄膜
暗反应：叶绿体基质
化能合成作用
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体

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