5.4光合作用与能量转化(共87张PPT1份视频)课件(第一课时)课件-人教版必修一

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5.4光合作用与能量转化(共87张PPT1份视频)课件(第一课时)课件-人教版必修一

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(共87张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第5章 细胞的能量供应和利用
(第1课时 )色素和叶绿体
植物进行光合作用起始于捕获光能,
植物捕获光能依靠特定的物质和结构。
正常的绿色玉米幼苗可以生长。
白化玉米幼苗,待种子中储存的养分
耗尽就会死去。
叶片中的色素与光能的捕获有关。
色素和叶绿体
一、绿叶中色素的种类—提取和分离实验
二、色素的功能(吸收光谱)
三、叶绿体的结构和功能
光合作用
1、实验原理
色素的提取原理:绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中,可用无水乙醇提取绿叶中的色素。
色素的分离原理:(纸层析法)各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上扩散的快,反之,则慢,这样几分钟后色素就会随层析液在滤纸上扩散而分离开。
一、绿叶中色素的提取和分离
剪碎
+CaCO3
+无水乙醇,研磨
色素滤液
提取绿叶中的色素
2、操作步骤
保护色素
研磨充分
溶解色素
单层尼龙布(不用滤纸、纱布)
过滤
+SiO2
分离色素
2、操作步骤
制备滤纸条
画滤液细线
纸层析
思考1、为什么层析液不能浸没滤液细线?
层析液:
20份石油醚、2份丙酮和1份苯
——黄绿色(叶绿素b)
——蓝绿色(叶绿素a)
——黄 色(叶 黄 素)
——橙黄色(胡萝卜素)
层析液
滤液细线
(溶解度最高)
叶绿素(3/4)
类胡萝卜素
绿叶中的色素


a
b
3、结果及分析
色素名称 元素组成
β-胡萝卜素 C、H
叶黄素 C、H、O
叶绿素a C、H、O、N、Mg
叶绿素b C、H、O、N、Mg
思考2、为什么不同色素呈现不同的颜色?
4、小结
一、绿叶中色素的提取和分离
二、色素的功能(吸收光谱)
三、叶绿体的结构和功能
光合作用
思考2、为什么不同色素呈现不同的颜色?
——黄绿色(叶绿素b)
——蓝绿色(叶绿素a)
——黄 色(叶 黄 素)
——橙黄色(胡萝卜素)
层析液
滤液细线
(溶解度最高)
叶绿素(3/4)
类胡萝卜素
绿叶中的色素


a
b
二、色素的功能
阳光(白光)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。
光是一种电磁波,分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光,颜色不同。一般情况下光合作用利用的都是可见光。
变换光的波长测定色素的吸收光谱
①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
变换光的波长测定色素的吸收光谱
①叶绿素主要吸收红光和蓝紫光
②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同
③类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,不吸收红光
色素 种类 色素 颜色 色素 含量 元素 组成 主要吸收
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
橙黄色
最少
C、H
蓝紫光
不吸收红光
黄色
较少
C、H、O
蓝紫光
不吸收红光
蓝绿色
最多
C、H、O、N、Mg
红光
蓝紫光
黄绿色
较多
C、H、O、N、Mg
红光
蓝紫光
思考、不同季节,不同植物的叶片为何会呈现不同的颜色?
比较项目 光合色素 细胞液色素
存在部位 叶绿体 液泡
溶解性 脂溶性 水溶性
代表种类 类胡萝卜素和叶绿素 花青素
颜色 橙黄、黄、绿 红、蓝、紫
颜色变化 不随pH改变变化颜色 随pH改变变化颜色
教材P101概念检测
思考、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。这种现象是如何造成的?
光的波长越长,所含能量越少,穿透能力越弱
红光的穿透能力最弱,蓝紫光穿透能力最强
浅层水体的藻类主要吸收红光和蓝紫光,吸收绿光很少
深层水体的藻类主要吸收蓝紫光,吸收的红光很少
教材P101拓展应用
一、绿叶中色素的提取和分离
二、色素的功能(吸收光谱)
三、叶绿体的结构和功能
光合作用
电子显微镜下,叶绿体由双层膜包被,内含许多基粒(由类囊体堆叠而成),基粒和基粒之间充满基质。
吸收光能的色素分布在类囊体薄膜上。叶绿体内由众多的基粒和类囊体,极大地扩展了受光面积。
1g菠菜叶片中的类囊体总面积有60m2左右。
ADP+Pi
ATP
实验对象:
自变量:
因变量:
汉水丑生侯伟作品
实验结果:
实验结论:
叶绿体吸收光能用于光合作用放氧气。
好氧细菌的分布

恩格尔曼的实验之一
叶绿体是否照到光。
水绵(叶绿体呈____状)、好氧细菌。
叶绿体照光部位是否产生氧气,观测指标是
好氧细菌集中分布在叶绿体的照光部位。
光合作用的场所是叶绿体
叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
恩格尔曼的实验
其他实验证据(如有机物的合成部位在叶绿体)
不能说明
说明
说明
1954年科学家才确认光合作用全过程均发生在叶绿体
恩格尔曼在证明了光合作用的放氧部位是叶绿体后,紧接着又做了一个实验:他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,结果见下图:
如何解释好氧细菌主要聚集在红光和蓝紫光照射的水绵细胞附近?
课堂小结
1、色素的种类——提取、分离实验
2、色素的功能——叶绿素吸收红光和蓝紫光、类胡萝卜素吸收蓝紫光
3、叶绿体的结构和功能——光合作用的场所
第4节 光合作用与能量转化
第5章 细胞的能量供应和利用
(第2课时 )光合作用的原理
一、探索光合作用原理的部分实验
二、光合作用过程——光反应
四、光反应与暗反应的联系
三、光合作用过程——暗反应
光合作用
H-COH(甲醛)
1937年,英国植物学家希尔发现,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H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。
离体叶绿体
铁盐(或其他氧化剂)
H2O
2H+
+ O2
光照
思考、希尔反应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,反应体系中可以还存在其他氧元素供体。
光反应研究——希尔反应
思考、为使离体的叶绿体保持活性,对悬浮液的要求是?
思考、希尔的实验是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CO2,糖类合成时需要CO2中的碳元素。
等渗溶液
A
B


光反应研究——鲁宾和卡门实验
1954年
ADP+Pi→ATP

1957年
NADP++H++2e→NADPH
H2O→1/2m O2 +2H++2e

光反应研究——阿尔农
1958年:光反应发生在基粒
ADP+Pi→ATP
NADP+:氧化型辅酶Ⅱ
NADPH:还原型辅酶Ⅱ
叶绿体中分离出的类囊体
缓冲液
充分平衡
转移类囊体
加入ADP和Pi
无光条件放置
A组
B组
B组
A组
类囊体膜内外的pH都为4
光反应研究——贾格道夫
检测到ATP
未检测到ATP
pH=4
pH=8
pH=4
pH=4
pH=4
pH=4
思考1、本实验的自变量是什么?因变量是什么?
类囊体外缓冲液的pH
类囊体膜两侧是否具有 H+ 浓度梯度
是否生成 ATP
思考:2、分析实验结果,可得出什么结论?
光合作用合成ATP与类囊体膜两侧的H+浓度梯度有关
思考3、在叶绿体内,类囊体膜通过__________(主动运输/协助扩散/自由扩散)的方式才能创造其两侧的 H+浓度差。
主动运输
一、探索光合作用原理的部分实验
二、光合作用过程——光反应
四、光反应与暗反应的联系
三、光合作用过程——暗反应
光合作用
光合作用分为需要光的光反应和有无光均可的暗反应
光照7.5s,黑暗7.5s,光暗交替共135s
连续光照135s
→ 光合产物量:a
→ 光合产物量:0.7a
A组
B组
ADP+Pi
ATP
叶绿体中的色素

e
光子
H+浓度差
光反应过程详解
类囊体腔
e
2e+NADP++H+→NADPH
ADP+Pi→ATP
H2O→1/2O2 +2H++2e

ADP+Pi→ATP
NADP++H++2e→NADPH
H2O→O2+2H++2e

光反应的物质变化:
光反应的能量变化:
光能
电能
H+势能
ATP中的化学能
NADPH中的化学能
一、探索光合作用原理的部分实验
二、光合作用过程——光反应
四、光反应与暗反应的联系(C3、C5含量变化)
三、光合作用过程——暗反应
光合作用
①给小球藻通14CO2光下培养
②杀死细胞,终止光合作用
③提取溶液中的物质,用纸层析法使这些物质分离
④对滤纸进行放射性显影,确定滤纸上具有放射性的位置
14C同位素标记法
④剪下这部分滤纸,溶解,提取放射性物质并进行化学鉴定
暗反应研究——卡尔文循环
光照5s取样时产生的放射性物质
光照60s取样时产生的放射性物质
再溶解,化学分析,表明是3-磷酸甘油酸(C3)
实验结果
暗反应研究——卡尔文循环
①给小球藻通C14O2光下培养
②杀死细胞,终止光合作用
③提取溶液中的物质,用纸层析法使这些物质分离
④对滤纸进行放射性显影,确定滤纸上具有放射性的位置
④剪下这部分滤纸,溶解,提取放射性物质并进行化学鉴定
思考、如果确定放射性首先出现在哪种化合物中?
CO2的固定:
C3的还原:
C5:核酮糖─ 1 ,5 ─二磷酸,即RuBP
C3:3─磷酸甘油酸
CO2+C5 → 2C3

2C3 +ATP+NADPH → 3 ─磷酸甘油醛

核酮糖
甘油
暗反应阶段
场所:叶绿体基质(提供酶、原料等)
物质变化
能量变化
CO2的固定:
C3的还原:
CO2+C5 → 2C3

2C3 +ATP+NADPH → 3-磷酸甘油醛+C5

ATP和NADPH中的化学能
糖类等稳定化合物中的化学能
韧皮部(筛管)
植株各处
模拟题经常将葡萄糖视作光合作用的直接产物,实际上葡萄糖并不是光合作用的直接产物,但我们可以将光合产物换算成相当于多少葡萄糖。
O2
2C3
CO2
C5
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
教材P106课后题
光合作用
光能
化学能
水的光解
ATP
暗反应
光反应
糖类等有机物
吸收
分两个阶段进行
NADPH
氧气
C3的还原
CO2的固定
e
电子
传递
用于
包括
包括
叶绿素
类胡萝卜素
位于
光合色素
类囊体薄膜
叶绿体基质
转化为
依赖于
被吸收
发生在
释放
储存于
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。
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
CO2 + H2O 糖类
能量

化能合成作用
2HNO2 + O2 2HNO3 + 能量
硝化细菌
一、探索光合作用原理的部分实验
二、光合作用过程——光反应
四、光反应与暗反应的联系(C3、C5含量变化)
三、光合作用过程——暗反应
光合作用
物质方面:
光反应生成的____和______供暗反应中________,而暗反应为光反应提供__________。
ATP
NADPH
C3的还原
ADP、Pi和NADP+
能量方面:
光反应将光能转变为不稳定化合物(___________)中的化学能,暗反应再将不稳定化合物中的化学能转变为稳定化合物(______________)中的化学能。
ATP和NADPH
糖类等有机物
思考、若光照强度减弱,短时间内,叶绿体内的C5、C3、NADPH和ATP的含量如何变化?
思考、若CO2浓度下降,短时间内,叶绿体内的C5、C3、NADPH和ATP的含量如何变化?
思考、C5含量升高的原因是?
当CO2浓度突然降低时,C5化合物的合成速率不变,消耗速率却减慢,导致C5化合物积累(来的不变,去的减少)
课堂小结
1、探索光合作用原理——希尔反应、鲁宾卡门、阿尔农、雅根多夫
2、光合作用过程——光反应、暗反应
3、光反应与暗反应之间的联系——物质、能量
下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。据图回答下列问题:
A代表的过程为________________,发生的场所为_________________
B代表的过程为________________,发生的场所为_________________
C代表的过程为________________,发生的场所为_________________
D代表的过程为________________,发生的场所为_________________
光反应
叶绿体的类囊体膜
有氧呼吸第二三阶段
叶绿体基质
细胞呼吸第一阶段
细胞质基质
暗反应
线粒体基质和线粒体内膜
O2
ADP+Pi
NADP+
C5
NADH(或还原型辅酶I)
14CO2
有机物(14CH2O)
丙酮酸(14C3H4O3)
14CO2
暗反应
有Ⅰ
有Ⅱ
14C3
14C5
H218O
18O2
H218O
C18O2
(CH218O)
C3H418O3
C18O2
光反应
有Ⅲ
有Ⅱ
有Ⅱ
暗反应
有Ⅰ
14CO2和H218O在光合作用和呼吸作用过程中的反应情况分析
第4节 光合作用与能量转化
第5章 细胞的能量供应和利用
(第3课时 )光合作用的应用
三、光合呼吸综合曲线题目
一、影响光合作用的因素
二、测定植物的光合速率
光合作用

CO2浓度
环境中CO2浓度
叶片气孔开闭情况
影响叶绿体形成和结构的因素

温度
光照强度
光质
无机盐(矿质元素)
正其行,通其风
探究光照强度对光合作用强度的影响
光照强度
指光照的强弱,以单位面积上所接受可见光的能量来度量,单位勒克斯(Lx)
光合作用强度
可以通过测定一段时间内原料消耗或产物生成的数量来定量的表示。
简单的说,就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
汉水丑生侯伟作品
汉水丑生侯伟作品
实验对象
实验结果
实验结论
自变量
对照类型
因变量
沉入水底的叶圆片
光照强度
光合作用强度
相互对照
无关变量
叶圆片的数量和大小、温度、CO2浓度等
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。
可观测指标为叶圆片上浮的数量
灯泡相同,距离不同;灯泡不同,距离相同
光照强度-光反应-暗反应-光合作用强度(光合速率)
氧气产生的速率
用仪器检测气体的变化情况
用仪器检测的氧气量是植物叶绿体产生的氧气总量吗?
光照强度
O2吸收
O2释放
思考、低光照强度下(小于c),光合速率主要受什么外界因素限制?
思考、高光照强度下(大于d),光合速率主要受什么外界因素限制?
思考、a点和d点分别为光补偿点和光饱和点,请说出a点和d点的含义。
光照强度
CO2浓度
光补偿点:光合速率等于呼吸速率时所对应的光照强度
光饱和点:达到最大光合速率的最小光照强度

CO2浓度
环境中CO2浓度
叶片气孔开闭情况
影响叶绿体形成和结构的因素

温度
光照强度
光质
无机盐(矿质元素)
实验对象
实验结果
实验结论
自变量
对照类型
因变量
水生单细胞小球藻
CO2浓度
光合作用强度
相互对照
无关变量
温度、光照强度等
在一定范围内,随着CO2浓度不断增大,光合作用强度也不断增强。
可观测指标:培养液中溶解氧浓度变化
不同浓度的碳酸氢钠溶液
CO2浓度-暗反应-光反应-光合作用强度(光合速率)
探究CO2浓度对光合作用强度的影响
温度是通过影响___________而影响光合作用速率的。植物体内的酶最适温度在_______℃之间。
酶的活性
40-50
在一定浓度范围内,增大必需矿质元素的供应,可提高光合作用速率,但当超过一定浓度后,会因___________而导致光合作用速率下降。
失水过多
N:是各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分,叶绿素中也有N元素。
P:是叶绿体膜、 NADPH和ATP的重要组成成分。
Mg:叶绿素的重要组成成分。
K:在合成糖类,以及将其运输到块根、块茎和种子等器官过程中起作用。
矿质元素-物质或结构形成-光反应或暗反应-光合速率
温度、矿质元素、水对光合作用强度的影响
水是光合作用的原料。缺水还会导致叶片_____________,降低叶片的____________量,从而使光合速率下降。
气孔关闭
CO2吸收
C点对应的时刻,植物光合作用强度较低的原因是什么?
“光合午休”
CO2
气孔
HCO3-
CO2
淀粉
磷酸烯醇
式丙酮酸
苹果酸
苹果酸
液泡
思考、CAM植物生活在干旱地区,经检测,其气孔在白天几乎完全关闭,但却可以进行旺盛的光合作用,你能推测CAM植物是如何解决CO2供应的吗?
夜晚打开气孔吸收CO2,以苹果酸的形式储存在液泡中;白天,分解苹果酸释放CO2供光合作用使用(细胞呼吸也可以提供一部分)
拓 展
CO2
HCO3-
磷酸烯醇
式丙酮酸
丙酮酸
丙酮酸
苹果酸
CO2
卡尔文循坏
线粒体
叶绿体
叶绿体
叶肉细胞
维管束鞘细胞
苹果酸
外界CO2浓度较低时,C4植物的叶肉细胞通过一种CO2浓缩机制(被一种对CO2亲和力很高的酶所催化),可以在维管束鞘细胞中创造较高浓度的CO2水平,有利于提高植物在低CO2条件下的光合速率。
拓 展

CO2浓度
环境中CO2浓度
叶片气孔开闭情况
影响叶绿体形成和结构的因素

温度
光照强度
光质
无机盐(矿质元素)
影响光合作用的因素
三、光合呼吸综合曲线题目
一、影响光合作用的因素
二、测定植物的光合速率
光合作用
汉水丑生侯伟作品
O2
CO2
该叶肉细胞的
光合速率 = 呼吸速率
该叶肉细胞的
光合速率 < 呼吸速率
该叶肉细胞的
光合速率 > 呼吸速率
该叶肉细胞
只呼吸不光合
叶肉细胞
思考、该装置所测氧气的变化量,是叶肉细胞中叶绿体产生的全部氧气量吗?
O2
CO2
密闭容器中
氧气的增加量
光合细胞
氧气的产生量
光合细胞和非光合细胞呼吸耗氧量
氧气的释放量(释放到环境中)
光合细胞
非光合细胞
思考、该装置所测氧气的变化量,是叶肉细胞产生的全部氧气量吗?
若检测CO2或有机物的变化,该如何分析?(假如V光合>V呼吸)
净光合速率 = 总(真)光合速率 - 呼吸速率
氧气的产生量
呼吸耗氧量
氧气释放量
光合作用吸收的CO2量
从环境中吸收的CO2量
呼吸产CO2量
有机物的制造量
(产生量)
有机物的积累量
呼吸消耗的有机物量
以测定的密闭容器中的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果如图所示。下列分析正确的是 ( )
A.光照相同时间,35℃时光合作用制造的有机物的量与30℃时相等
B.光照相同时间,在20℃条件下植物积累的有机物的量最多
C.温度高于25℃时,光合作用制造的有机物的量开始减少
D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等
A
净光合速率
呼吸速率
练 习
黑暗下液滴左移的距离:
测呼吸速率
光照下液滴右移的距离:
测净光合速率
若实验组液滴右移x,对照组右移y或左移y。则光合作用引起的液滴移动的距离____________
x-y或x+y
将植物对称叶片的一部分(A)遮光,另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理),并采用适当方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后(h),在这两部分叶片的对应部位截取相同面积(s)的叶片,分别烘干称重,记为MA、MB。
MA=
MB=
MB-MA:
净光合量 + 呼吸消耗量
原叶重 - __________
原叶重 + ___________
呼吸消耗量
净光合量
A
B
检测方法
液滴移动法
半 叶 法
黑白瓶法测某水层浮游藻类的光合速率
从池塘不同深度采集水样,分别装入黑白瓶中(白瓶为透明玻璃瓶,黑瓶为黑布包裹的玻璃瓶)并封闭。然后将黑白瓶对应悬挂于原水样采集位置,同时测定各水层剩余水样溶氧量,作为初始溶氧量。24h后,测定各黑白瓶中溶氧量。若测得某水层初始溶氧量为A mg·L-1,白瓶溶氧量为B mg·L-1,黑瓶溶氧量为C mg·L-1,则该
水层浮游藻类的呼吸速率为______mg·L-1·d-1,
该水层浮游藻类的净光合速率为_______mg·L-1·d-1,
该水层浮游藻类的总光合速率为_______mg·L-1·d-1。
A—C
B—A
B—C
10时叶圆片X
(干重x克)
12时叶圆片Y(干重y克)
14时叶圆片Z(干重z克)
呼吸速率= _________ 净光合速率=______________
总光合速率=_______________
(z-y)/2S
(x-y)/2S
(x+z-2y)/2S
叶圆片面积为:S
三、光合呼吸综合曲线题目
一、影响光合作用的因素
二、测定植物的光合速率(真光合与净光合)
光合作用
A点:光照强度为0,此时植物只进行______作用,单位时间内的CO2释放量可表示此时植物的______速率。
AB段:随着光照强度增大,植物的光合速率增大,单位时间内CO2释放量减少,因为细胞呼吸产生的CO2有一部分用于____________。
B点:植株呼吸作用产生的CO2 ______________________,此时植株的呼吸速率____光合速率。
BC段:植株的光合速率______呼吸速率,细胞呼吸产生的CO2不能满足光合作用的需求,植物会从外界吸收CO2。C点对应的____________称为光饱和点。
呼吸
呼吸
光合作用
等于光合作用消耗的CO2
等于
大于
光照强度
氧气吸收量
氧气释放量
①夜晚无光,植株只进行______作用,密闭容器内CO2浓度不断升高。白天有光时,植株可同时进行光合作用和细胞呼吸,只要呼吸速率大于光合速率,容器内CO2的浓度就会持续______。D点对应的时刻,容器内的CO2浓度不再继续升高,说明此时______________________。所以,植株开始进行光合作用的时间_____(是/不是)D点对应的时间。
呼吸
升高
光合速率等于呼吸速率
不是
②曲线DH段对应的时间段,植株的光合速率______呼吸速率,容器内CO2的浓度不断降低。曲线FG段CO2的浓度降低的速率较慢,可能的原因是气孔部分关闭,使叶肉细胞的____________下降,从而影响暗反应。H点,CO2的浓度不再继续下降,说明此时_______________________。
大于
CO2吸收量
光合速率等于呼吸速率
③经过一昼夜,容器内的CO2总量______ (增多/减少),说明经过一昼夜,植株______(有/无)有机物的积累。若植株较长时间都处于这种状态,则该植株______(能/不能)正常生长发育。
④在图中画出一昼夜玻璃罩内氧气浓度的变化曲线。
减少

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