光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件2023-2024學年高一上學期生物人教版（2019）必修1

0.5秒延遲符，無意義，可刪除.植物工廠可以避免由于自然環(huán)境中光照強度不足，導(dǎo)致光合作用強度低。光源的強度和色光可以調(diào)控，以使蔬菜產(chǎn)量達到最大。二氧化碳濃度，營養(yǎng)液和溫度是影響植物生長的重要外部條件

你參觀或聽說過植物工廠嗎？植物工廠在人工精密的控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營養(yǎng)液成分條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的蔬菜工廠完全依賴LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色光源?！締栴}探討】2.為什么要控制二氧化碳濃度、營養(yǎng)液成分和溫度等條件? 1.靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？正常幼苗能進行光合作用制造有機養(yǎng)料。白化苗不能進行光合作用，無法制造

有機養(yǎng)料。光合作用(photosynthesis)是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學途徑。

你知道韭菜與韭黃的區(qū)別嗎？【聯(lián)系生活】ATP水解主要是呼吸作用光合作用光合作用的能量來源于？太陽能誰來吸收太陽能呢？絕大多數(shù)生命活動所需的直接能量來源于？合成ATP所需的能量來源于？細胞呼吸分解的有機物中的能量主要來源于？捕獲光能的色素（1）提?。壕G葉中的色素都能溶解在有機溶劑無水乙醇（或丙酮）中（2）分離：紙層析法各種色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快.1.原理：實驗：綠葉中色素的提取和分離

一、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)1、捕獲光能的色素：無水乙醇（體積分數(shù)95%乙醇+無水碳酸鈉）層析液（由20份在60-90℃下分餾出來的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成）2.步驟：（1）提取綠葉中的色素SiO2——使研磨充分CaCO3—防止色素被破壞10ml無水乙醇—溶解色素研磨①制備濾紙條：1cm鉛筆線要剪去兩角目的：減少邊緣效應(yīng)，使層析液同時到達濾液細線。2.步驟：（2）分離綠葉中的色素（紙層析法）②畫濾液細線:畫線細、直、齊，待濾液干后重復(fù)畫線

目的：積累更多的色素，使色素帶更清晰，防止色素帶重疊而影響分離效果為何濾液細線不能觸及層析液？防止色素溶解在層析液中為何要蓋上培養(yǎng)皿？防止層析液揮發(fā)，因其易揮發(fā)且有毒③層析思考1:收集到的濾液綠色過淺的原因(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。(2)使用放置數(shù)天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。(3)一次加入大量的無水乙醇。(4)未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。(正確做法:分次加入少量無水乙醇提取色素)思考2:濾紙條色素帶重疊的原因沒經(jīng)干燥處理,濾液細線不能達到細、直、勻的要求,使色素擴散不一致造成的。【問題探討】思考3：銀杏的葉秋季為什么變黃了？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(wěn)定，所以顯出類胡蘿卜素的顏色。思考4：秋天楓葉變紅色的原因是什么？秋天葉綠體內(nèi)的色素主要類胡蘿卜素，呈橙黃色和黃色；液泡內(nèi)的色素主要是花青素，在酸性條件下呈紅色；【問題探討】如果在圓形濾紙的中央點開始，對葉綠體的色素進行層析，會看到什么現(xiàn)象？會出現(xiàn)四個同心圓的色素帶，從外往里依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b【拓展實驗】葉綠素類胡蘿卜素（含量約3/4）（含量約1/4）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）1、捕獲光能的色素：綠葉中色素的種類及分布1.濾紙條上色素帶的寬窄說明了什么？色素帶的寬窄說明綠葉中的4種色素含量不同，藍綠色最寬，說明葉綠素a含量最多；【問題探討】2.濾紙條上色素帶距離鉛筆線的遠近說明了什么？色素距離鉛筆線的遠近說明它們在層析液的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散的速度也不一樣。橙黃色最遠說明胡蘿卜素的溶解度最大。3.這4種色素對光的吸收有什么差別嗎？

色素的吸收光譜葉綠素溶液類胡蘿卜素溶液葉綠素主要吸收紅光和藍紫光類胡蘿卜素主要吸收藍紫光一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光；光是一種電磁波；可見光的波長是400-760nm；不同波長的光，顏色不同；【知識拓展】400500600700波長/nm葉綠素a葉綠素b類胡蘿卜素因為葉綠素對綠光吸收最少，綠光被反射回來，所以葉片才呈現(xiàn)綠色。

色素的吸收光譜1、樹葉為什么是綠色？2、大棚種植蔬菜時，選擇什么顏色的塑料薄膜最好？白色或無色捕獲光能的色素存在于細胞的什么部位？（1）什么是類囊體？類囊體上分布著什么物質(zhì)？（2）基粒與類囊體有什么關(guān)系？這樣的關(guān)系具有什么意義？綠葉葉綠體類囊體外膜內(nèi)膜基粒2、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用色素酶外膜內(nèi)膜基粒：由兩個以上的類囊體堆疊而成，類囊體薄膜上含色素和酶基質(zhì)：含多種光合作用所必需的酶透明，有利于光線的透過雙層膜1、分布：2、結(jié)構(gòu)：主要在綠色植物的葉肉細胞中2、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用1.葉綠體的結(jié)構(gòu)2.葉綠體的功能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討論：1.本實驗的結(jié)論是什么？綜合上述兩個實驗可以得出：葉綠體是光合作用的場所2.葉綠體的功能討論：本實驗的結(jié)論是什么？葉綠體主要吸收紅光和藍紫光0.5秒延遲符，無意義，可刪除.1、為什么選用水綿和好氧細菌作為實驗材料？水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察。好氧細菌可確定釋放O2的部位。2、為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境，可排除光線和氧的干擾。恩格爾曼在選材、實驗設(shè)計上有什么巧妙之處？【問題探討】葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)1.葉綠體內(nèi)部巨大的膜表面上，分布著大量光合色素2.類囊體膜上和葉綠體基質(zhì)中，有許多與光合作用有關(guān)的酶【知識總結(jié)】綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。數(shù)量關(guān)系：6CO2+12H2O

C6H12O6+6H2O+6O2葉綠體光能（1）原料與產(chǎn)物分別是什么？（2）場所是哪里？反應(yīng)需要什么條件？（3）該反應(yīng)中物質(zhì)和能量的變化是怎樣的？

二、光合作用的原理和應(yīng)用CO2+H2O(CH2O)+O2葉綠體光能1.光合作用的定義123結(jié)論:植物體只有在光下才能更新污濁的空氣。

二、光合作用的原理和應(yīng)用2.光合作用的探究歷程對光合作用的早期推測甲醛1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖?！举Y料分析】光反應(yīng)的研究——希爾反應(yīng)4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體【結(jié)論】水的光解產(chǎn)生氧氣。氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學反應(yīng)，而是分階段進行的?！举Y料分析】1.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中氧元素全部都來自水？不能說明，希爾反應(yīng)僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應(yīng)？能夠說明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料——CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨立的反應(yīng)階段?！締栴}探討】光反應(yīng)的研究——魯賓和卡門同位素標記法18CO2光照射下的小球藻懸液H2OO2CO2H218O18O2【結(jié)論】光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2。小球藻——單細胞綠藻（真核細胞）【資料分析】光反應(yīng)的研究——阿爾農(nóng)離體葉綠體的懸浮液【資料分析】1954年，美國科學家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，光照下，葉綠體可以合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總與水的光解相伴隨。暗反應(yīng)的研究——卡爾文循環(huán)同位素標記法卡爾文【資料分析】（3）30秒后檢測產(chǎn)物，檢測到了多種帶14C標記的化合物。1946年，美國的卡爾文等用14CO2研究了CO2轉(zhuǎn)化為糖的途徑：向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2,給予光照（1）光照時間為幾分之一秒時發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中。

（2）在5秒鐘光照后，卡爾文等檢測到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).CO2C3(CH2O)C5劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能3.光合作用過程光反應(yīng)暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）兩個階段

二、光合作用的原理和應(yīng)用類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解光反應(yīng)過程H+NADPH酶(1)光反應(yīng)階段a、條件：光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+b、場所：類囊體薄膜上氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶c、物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解:ATP的合成:H2OO2+H+

光色素ADP+Pi+能量ATP+H2O酶NADPH的合成:NADP++H++2e-NADPH酶光能e、能量轉(zhuǎn)變:ATP和NADPH中活躍的化學能d、主要產(chǎn)物:O2、ATP、NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ(1)光反應(yīng)階段ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶暗反應(yīng)過程NADPH酶（卡爾文循環(huán)）a、條件：有沒有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPHb、場所：葉綠體基質(zhì)中(2)暗反應(yīng)階段ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶暗反應(yīng)過程NADPH酶（卡爾文循環(huán)）c、物質(zhì)轉(zhuǎn)化CO2的固定:C3的還原:CO2＋C52C3酶2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學能e、能量轉(zhuǎn)變:糖類中穩(wěn)定的化學能d、產(chǎn)物:（CH2O）、ADP、Pi、NADP+(2)暗反應(yīng)階段反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物兩階段相同點光合作用實質(zhì)聯(lián)系光反應(yīng)暗反應(yīng)葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)葉綠體色素、酶、光能酶H2ONADPH+O2酶ADP+Pi+能量ATP酶CO2被固定C3被還原形成糖類等有機物光能→活躍的化學能活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、(CH2O)、C5都包括物質(zhì)變化和能量變化把無機物轉(zhuǎn)變成有機物，把光能轉(zhuǎn)變成化學能貯存起來光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較ATP→ADP+Pi+能量酶光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)光反應(yīng)NADPH、ATPADP、Pi類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)光合作用的過程H+NADPH酶酶能量場所：類囊體薄膜場所：葉綠體基質(zhì)1、NADPH和ATP的移動途徑是？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)；2、NADP+和ADP、Pi的呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜；3、NADPH的作用？1.活潑的還原劑；2.儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用；【問題探討】條件驟變時物質(zhì)含量的變化CO2濃度不變光反應(yīng)NADPHATP

C3

C5

(CH2O)光照減弱

光照增強H2OCO2NADPHO2酶多種酶ADP+PiATPC52C3（CH2O）H2O水的光解形成ATPCO2的固定C3的還原積累、增加消耗、減少【問題探討】條件驟變時物質(zhì)含量的變化光照不變暗反應(yīng)C