資源簡介

(共76張PPT)
5.4 光合作用與能量轉化
第5章 細胞的能量供應和應用
生物學（新人教版）
分子與細胞
光合作用與能量轉化
第一課時：
光能
綠葉中通過什么物質捕獲并轉化光能呢？
細胞的化學能
地球上最重要的化學反應？
玉米（白化苗）
玉米（正常苗）
白化苗由于不能形成葉綠素，無法進行光合作用，待種子中貯存的養分耗盡就會死亡。
捕獲光能的色素
正常幼苗能進行光合作用制造有機養料
白化苗不能進行光合作用，無法制造有機養料
這說明光合作用需要色素去捕獲光能。
1.為什么有些植物的葉片不是綠色的
2.為什么有些植物的葉片在不同時期顏色不同呢？
呈綠色是因為葉子中含色素，到了秋天葉子變黃，說明所含的色素很可能不止一種。
提取原理
綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇（或丙酮）中，用無水乙醇提取色素。
紙層析法：綠葉中色素在層析液(汽油)中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散速度不同。溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快；反之則慢。
分離原理
（一）實驗：綠葉中色素的提取和分離
一、捕獲光能的色素
1.實驗原理
1.提取綠葉中的色素
2.制備濾紙條
3.畫濾液細線
4.分離綠葉中的色素
5.觀察和記錄
四、方法步驟
剪碎
加藥品
研磨
過濾
無水乙醇：
提取色素
二氧化硅：
有助于研磨充分
碳酸鈣：
防止研磨中色素被破壞
防止溶劑揮發，充分溶解色素
迅速、充分研磨：
單層尼龍布
試管口塞緊
1.提取綠葉中的色素
試管口加棉花防揮發
2.制備濾紙條
鉛筆線
畫鉛筆細線
取經干燥處理的濾紙，將濾紙剪成長6cm，寬1cm的濾紙條，剪去一端的兩角，在距離剪角端1cm處用鉛筆畫一條橫線
剪去兩角的目的是使層析液擴散均勻同時到達濾液細線
③畫濾液細線
濾液細線
畫濾液細線
要求：
細直齊
干燥后重復1—2次
防止色素帶重疊而影響分離效果
積累更多的色素
④分離綠葉中的色素
要求：層析液不能沒及濾液線
插濾紙條
層析液
培養皿
★培養皿加蓋防揮發
防止色素溶解于層析液中而無法分離
⑤觀察和記錄
排序越上面，說明該色素在層析液的溶解度越 擴散速率越 。色素帶越寬，說明該色素含量越 。
高
快
多
胡黃ab
①從色素帶的位置可知各種色素在層析液中溶解度的高低依次是：胡蘿卜素﹥葉黃素﹥葉綠素a﹥葉綠素b。
②從色素帶的寬度可知各種色素的含量一般是：葉綠素a ﹥葉綠素b ﹥葉黃素﹥胡蘿卜素。
結果分析
實驗注意事項
1、無水乙醇和層析液都是（ ）的有機溶劑，所以研磨要快，收集的濾液要用棉塞塞住，層析時要加蓋，盡量減少有機溶劑的揮發。
2、濾紙條一端剪去兩個角是因為濾紙條邊緣擴散快，中間擴散慢，（ ）
易揮發且有一定毒性
保證使濾液能同步到達濾液細線
3、濾液細線細、直、齊是（ ）
4、重復畫濾液細線2-3次，是為了（ ）
5、層析時不要讓濾液細線觸及層析液，防止色素( )中而無法分離
防止色素帶重疊而影響分離效果
積累更多的色素
溶解于層析液
★二、說明色素的種類和功能
胡蘿卜素（橙黃色）
葉黃素（黃色）
葉綠素a (藍綠色)
葉綠素b（黃綠色）
葉綠素
3 /4
類胡蘿卜素
1 /4
功能：吸收、傳遞和轉化光能
捕獲光能的色素
綠葉中色素的作用
綠葉中的
色素提取液
圖：自然光通過三棱鏡
圖：自然光經過色素提取液后通過三棱鏡
現象：光屏出現明顯的色光帶
現象：色光帶變暗，
且藍紫光和紅光大部分被吸收
綠葉中的色素能吸收光能，且主要吸收藍紫光和紅光。
葉綠素主要吸收藍紫光和紅光；
類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。
吸收光能的百分比
0
波長
50
100
葉綠素a
葉綠素b
圖：葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜
類胡蘿卜素
1.正常銀杏的葉為什么呈綠色？
葉綠體中葉綠素的含量多，且對綠光吸收量最少，綠光被反射出來，所以呈綠色；
2、秋季為什么變黃了？
秋季，葉片的葉綠素分子在低溫下被破壞，而類胡蘿卜素較穩定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。
色素的功能
葉綠體色素具有吸收光能、
傳遞光能、轉化光能的作用
這些捕獲光能的色素存在于細胞中的什么部位呢？
葉綠體結構模式圖
外膜
內膜
基粒
基質
每個基粒都由一個個圓餅狀的囊狀結構堆疊而成。這些囊狀結構稱為類囊體。吸收光能的四種色素就分布在類囊體的薄膜上。
而每個基粒都含有兩個以上的類囊體，多者可達100個以上。葉綠體內有如此多的基粒和類囊體，極大地擴大了受光面積。
二、葉綠體的結構和功能
1.葉綠體結構
色素分布：
類囊體薄膜上
酶分布：
類囊體薄膜和基質
現象：
分析：
在沒有空氣的黑暗環境中，用極細的光束照射水綿
好氧細菌只集中在被光線照射的葉綠體附近。
光線照射部位進行光合作用產生了氧氣。
恩格爾曼的實驗
葉綠體的功能
螺旋帶狀葉綠體
在沒有空氣的光亮環境中
現象：
分析：
產生氧氣的部位是葉綠體。
好氧細菌集中在葉綠體所有受光部位。
結論：
氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所
選材好。
水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；
用好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位。
設計妙。
沒有空氣的黑暗環境排除了氧氣和光的干擾；
用極細的光束照射，葉綠體上可分為有光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗。
恩格爾曼實驗的巧妙之處
葉綠體是進行光合作用的場所，它內部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。
葉綠體的功能
葉
綠
體
含光合色素
所以說葉綠體是進行光合作用的結構基礎。
位于類囊體薄膜上
含光合酶
位于類囊體薄膜上
（少量）
位于基質中
（大量）
總結
P101
葉綠素
類胡蘿卜素
葉綠素a(藍綠色)
葉綠素b（黃綠色）
胡蘿卜素（橙黃色）
葉黃素（黃色）
（吸收紅光和藍紫光）
（吸收藍紫光）
含量約占3/4
含量約占1/4
葉綠體是進行光合作用的場所，它內部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。
課堂小結
例1、如圖表示新鮮菠菜葉中四種色素的相對含量及在濾紙條上的分離的情況，以下說法正確的是（　　）
A.四種色素都溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大
B.丙、丁兩種色素主要吸收藍紫光和紅光
C.菠菜發黃的原因是色素甲、乙的含量減少
D.水稻在開花時節，葉片中色素含量是（甲+乙）＜（丙+丁）
C
下列關于葉綠體的描述，正確的是（ ）
A．葉綠體中的類胡蘿卜素主要吸收紅光和藍紫光
B．光學顯微鏡可以觀察到類囊體
C．葉綠體外表的雙層膜上具有葉綠素和酶
D．基粒由類囊體堆疊而成
【典型例題】
D
光合作用的原理和應用
第二課時：
光合作用的概念
光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
原料：二氧化碳 水
產物：糖類 氧氣
場所：葉綠體
條件：光 , 多種酶
（1）光合作用的原料、產物、場所、條件是什么？
（2）你能用一個化學反應式表示出來嗎
光能
葉綠體
CO2 + H2 O （CH2O)+ O2
人們是如何發現光合作用過程的呢？
閱讀課本P102，解決討論題1/2/3
綠藻
綠藻
H218O
H2O
C18O2
CO2
H2O
H218O
O2
18O2
（一）
（二）
1839 美國科學家 魯賓、卡門
結論：光合作用釋放的氧氣來自水。
同位素標記法
2、光合作用的過程
劃分依據:反應過程是否需要光能
光反應階段
葉綠體中
的光合色素
光能
H2O
水在光下分解
O2
H+
ADP+Pi
酶
ATP
光、酶、色素
類囊體的薄膜上
條件：
場所：
H2O
光
酶
H+
+
O2
物質
ADP+Pi
+
光能
酶
ATP
能量
光能
ATP中活躍化學能
過程：
NADP++H+
酶
NADPH
NADP++H+
酶
NADPH
CO2
C5
固
定
2C3
NADPH
供氫
酶
(CH2O)
糖類
場所：
條件：
葉綠體基質
多種酶
多種酶
參加催化
過程：
CO2+ C5
酶
2C3
酶
(CH2O)+C5
[H] ATP
ATP
酶
ADP+Pi +能量
物
質
能量
ATP中活躍的化學能 糖類中穩定的化學能
酶
ATP
供能
ADP+Pi
暗反應階段
卡爾文循環
光反應階段
（葉綠體類囊體薄膜）
暗反應階段
（葉綠體基質）
光能
葉綠體
中的色素
18O2
ATP
水在光下分解
酶
C18O2
2C3
C5
（CH218O）
多種酶
參加催化
固
定
供氫
ADP+Pi
供能
還
原
[H]
H218O
光合作用
總反應式：
CO2+H2O
葉綠體
光能
(CH2O)+O2
討論：條件變化時，各種物質合成量的動態變化。
條件 C3 C5 [H]和ATP (CH2O)合成量
停止光照，CO2不變
突然光照，CO2不變
光照不變停止CO2供應
光照不變，CO2增加
增加
減少
減少或沒有
減少或沒有
減少
增加
增加
增加
減少
增加
減少或沒有
增加
增加
減少
減少
增加
光反應階段與暗反應階段的比較
項目 光反應階段 暗反應階段
區 別 場所
條件
物質變化
能量轉化
類囊體的薄膜上
葉綠體的基質中
需光、色素和酶
ATP、CO2\NADPH,需多種酶
光能轉變為ATP中活躍的化學能
ATP中活躍的化學能轉化為糖類等有機物中穩定的化學能
水的光解：2H2O 光 4[H]+O2
光
ADP+Pi ATP
酶
CO2的固定：CO2+C5 2C3
C3的還原：2C3 （CH2O）
[H]，ATP
酶
ATP ADP+Pi
酶
聯 系 1.光反應是暗反應的基礎，為暗反應提供[H]和ATP
2.暗反應是光反應的繼續，為光反應提供合成ATP的原料ADP和Pi
3.兩者相互獨立又同時進行，相互制約又密切聯系
整個光合作用過程中的物質 變化和能量變化分別是什么？
物質變化：
無機物
能量變化：
光能
轉變
轉變
光合作用的實質：合成有機物，儲存能量。
有機物
糖類等有機物中的化學能
特別說明：光合作用的產物除糖類和氧外，還有氨基酸、脂肪等有機物
三、光合作用的意義
①把無機物合成有機物，不僅是自身的營養物質,而且是人和動物的食物來源.
②將光能轉換成化學能，貯存在有機物中，提供了生命活動的能量來源.
③維持了大氣成分的基本穩定
自養生物：能夠直接把從外界環境攝取的無機物轉變成為自身的組成物質，并儲存了能量的一類生物
（四）、化能合成作用
異養生物：不能直接利用無機物制成有機物，只能把從外界攝取的現成的有機物轉變成自身的組成物質，并儲存了能量的一類生物
——氧化某些無機物所釋放的能量來制造有機物
例如：硝化細菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化細菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化細菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
（四）、化能合成作用
同步P113
項目 光合作用 化能合成作用
能量來源 光能 氧化無機物釋放的能量
代表生物 綠色植物 硝化細菌
相同點 都能將CO2和H2O等無機物合成有機物 來源 去路
[H] 光合作用
有氧呼吸
ATP 光合作用
有氧呼吸
有機物分解
水的光解
用于暗反應C3的還原
與O2結合生成水
ADP+Pi+光能
ATP
用于C3的還原，轉換成
有機物中穩定的化學能
有機物分解
釋放的能量
用于各種需能的
生命活動
光合作用與細胞呼吸過程中【H]和ATP 的來源、去路的比較
只用于自身物質合成，不用于生命活動
例1、 光合作用過程中，消耗ATP和產生ATP的部位在葉綠體中依次為 ( )
①外膜 ②內膜 ③基質 ④類囊體膜
A．③② B．③④ C．①② D．④③
B
例2、科學家用14C標記二氧化碳，發現碳原子在一般植物體內光合作用中的轉移途徑是（ ）
A．二氧化碳→葉綠素→葡萄糖
B．二氧化碳→ATP→葡萄糖
C．二氧化碳→五碳化合物→葡萄糖
D．二氧化碳→三碳化合物→葡萄糖
D
光合作用原理的應用
第三課時：
新疆哈密瓜以“甜”著稱。
新疆哈密瓜為什么那么甜？
光合作用的過程
思考：1、影響光合作用的因素有哪些？
2、如何表示“光合作用強度”？
影響光合作用強度的因素：
內因：色素的含量、酶的數量和活性
外因：光照強度、CO2濃度、溫度、水分、礦質元素等
光合作用強度（光合速率）的表示方法：
用單位時間內反應物的“消耗量”或生成物的“產生量”表示
多因子對光合速率的影響的分析思路
①曲線分析：
P點：限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨著該因子的不斷加強，光合速率不斷提高。
Q點：橫坐標所表示的因子不再影響光合速率，要想提高光合速率，可適當提高圖中的其他因子。
★光照強度是影響光合作用的主要因素。_
1、實驗流程
打出小圓形葉片(30片)：用打孔器在生長旺盛的綠葉上
打出(直徑＝1cm)
↓
抽出葉片內氣體：用注射器(內有清水、小圓形葉片)
抽出葉片內氣體(O2等)
↓
將小圓形葉片放入黑暗處盛有清水的 燒杯中 ，不同光強照射
　　↓
對照實驗及結果：小圓形 葉片浮上來
探究：光照強度對光合作用的影響
1．探究光照強度對光合作用強度的影響
(1)分析實驗中葉片下沉和進行光照后葉片又上浮的原因：
①葉片下沉的原因：________________________。
②光照后上浮的原因：_____________________________。
(2)實驗中觀察的指標(因變量)：
____________________________。
探究點一　光照強度對光合作用的影響
葉片中的氣體被抽出
葉片通過光合作用產生了氧氣
單位時間內葉片浮起的數量
項目燒杯 小圓形葉片 加富含CO2的清水 光照強度 葉片浮起數量
甲 10片 20mL 強 多
乙 10片 20mL 中 中
丙 10片 20mL 弱 少
(2)實驗結論：在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強(小圓形葉片中產生的O2多，浮起的多)。
3.實驗結果和結論
（1）實驗結果
光合作用速率表示方法：
通常以一定時間內CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等產物的生成數量來表示。
光合作用的強度：
可以通過一定時間內原料消耗或產物生成的數量來定量地表示。
由于測量時的實際情況，光合作用速率又分為凈光合速率和真正光合速率。
光合作用與細胞呼吸之間的氣體變化
下列為葉肉細胞內線粒體與葉綠體之間的氣體變化圖示，據圖判斷生理過程。
圖①：表示黑暗中，只進行細胞呼吸；
圖②：表示細胞呼吸速率＞光合作用速率；
圖③：表示細胞呼吸速率＝光合作用速率；
圖④：表示細胞呼吸速率＜光合作用速率。
1.光照強度
真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率
影響光合作用強度的因素
A點：只進行呼吸作用
B點：光合=呼吸（光補償點）
C點：光合作用達到最大
AB段：光合<呼吸
BC段：光合>呼吸
陰生植物的光補償點、光飽和點 小于 陽生植物
(1)光補償點與光飽和點的移動規律
應用：控制好光的強度
措施：
①大棚種植陰雨天應補充光照，把光強控制在光飽和點，至少要在光補償點之上；
②根據陽生植物和陰生植物對光照的不同要求，控制光照強弱。如間作套種時農作物的種類搭配、林帶樹種的搭配等。
★大棚中適當增加CO2濃度提高作物光合作用。
曲線分析：
CO2濃度很低時，綠色植物不能進行光合作用，A進行光合作用所需CO2的最低濃度 。
B點：CO2飽和點
A點：CO2補償點（光合速率和呼吸速率相等時的CO2濃度）
2.CO2濃度
真
正
光
合
速
率
CO2濃度
A
B
應用：溫室栽培時適當提高CO2的濃度
措施：
①多施有機肥或農家肥；
②大田生產“正其行，通其風”，即為提高CO2濃度、增加產量；
③釋放一定量的干冰或給植物澆碳酸飲料(施NH4HCO3)。
3、溫度——影響酶的活性
①光合作用是在 的催化下
的，溫度直接影響 ；
②B點表示：
；
③BC段表示：
；
酶的活性
酶
此溫度條件下，光合速率最高
超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降
應用：白天適當升溫提高光合速率
夜晚適當降溫降低呼吸速率
★缺水時氣孔關閉，影響CO2進入葉肉細胞，使光合速率下降。
4.水
含水量
1、光合作用的原料；
2、植物體內各種生化
反應的介質；
3、影響氣孔的開閉。
OA段：在一定范圍內，水
越充足，光合作用速率越快
光合作用強度
O
時間：盛夏
A
7 10 12 14 18
A點的含義是：溫度過高，氣孔關閉， CO2供應不足光合速率下降
4.礦質元素
合理施肥可促進葉片面積增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率。
N：酶及ATP的重要組分
P：磷脂、ATP的重要組分；維持葉綠體膜的正常結構和功能
Mg：葉綠素的重要組分
K：既使莖稈健壯抗倒伏，同時又促進淀粉的形成
和向儲存器官（塊莖）的運輸。
1．光合作用與有氧呼吸的聯系
探究點二　光合作用和細胞呼吸的關系
2、真正光合作用速率=表觀光合速率+呼吸速率
真正（有機物制造量、氧氣消耗量、二氧化碳產生量）
表觀（有機物積累量、氧氣吸收量、二氧化碳釋放量）
有機物積累量=光合作用制造量-呼吸作用消耗量
3.綠色植物24 h內有機物的“制造”、“消耗”與積累
①積累有機物時間段： 段。
②制造有機物時間段： 段。
③消耗有機物時間段： 段。
④一天中有機物積累最多的時間點： 點。
CE
BF
OG
E
(2)光合作用和有氧呼吸分別在哪個階段產生ATP？分別有什么用途？
(1)光合作用和有氧呼吸過程中都產生[H]，它們的來源和用途分別是怎樣的？
解答　光合作用過程產生的[H]來自水，用于暗反應過程中C3的還原；有氧呼吸的第一、二階段產生[H]，來自葡萄糖和水，用于第三階段與O2結合成水。
解答　光合作用的光反應階段產生ATP，用于暗反應階段C3的還原；有氧呼吸的三個階段都產生ATP，用于各項生命活動。
2、通過實驗測得一片葉子在不同光照條件下CO2吸收和釋放的情況如下圖所示。乙圖中所示細胞發生的情況與甲圖中A點、AB段、B點、BC段依次相符的一項是(　　)
A.①②③④ B.③①②④ C.④②③① D.②①③④
D
3．利用裝置圖法測定植物光合速率與呼吸速率
(1)裝置中溶液的作用：在測細胞呼吸速率時，NaOH溶液可_____________________；在測凈光合速率時，NaHCO3溶液可____________，保證了容器內CO2濃度的恒定。
吸收容器中的CO2
提供CO2
謝 謝 觀 看

展開更多......

收起↑