高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》二 光合作用的原理和应用教学课件ppt
展开你参观或听说过植物工厂吗?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。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源,其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处?2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件?
用人工光源可以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的减产。同时,人工光源的强度和不同色光是可以调控的,可以根据植物生长的情况进行调节,以使蔬菜产量达到最大。
二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件,因此要进行控制,以便让植物达到最佳的生长状态。
白化苗由于不能形成叶绿素,无法进行光合作用,待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
这说明光合作用需要色素去捕获光能。
白化苗不能进行光合作用,无法制造有机养料
正常幼苗能进行光合作用制造有机养料
为什么有些植物的叶片在不同时期颜色不同呢?
一、 捕获光能的色素和结构
绿叶中究竟有哪些种类的色素呢??
绿叶中色素的提取和分离
不同的色素在层析液中的溶解度不同,溶解度越高的色素随层析液在滤纸上的扩散速度就越快,反之则慢。
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。
*可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替
*成分: 20份__________________________、 2份_____和1份___混合而成;
在60-90℃下分馏出来的石油醚
*防止研磨中色素(主要保护叶绿素)被破坏;
*作用:溶解色素、提取色素;
①5g新鲜绿叶→剪碎置研钵中
②加入少许二氧化硅和碳酸钙,再放入10ml无水乙醇
1. 提取绿叶中的色素:
防止溶剂挥发,充分溶解色素
(2)过滤:获取色素滤液
★注意用棉塞将试管口塞严
防止溶剂挥发和色素分子被氧化
2.色素的分离(纸层析法)
减少边缘效应,使滤液同时到达滤液细线。
★要求:细、直、齐
注意:待滤液干后,再画一两次。
为防止色素带重叠而影响分离效果
用毛细吸管,吸取少量滤液,沿着铅笔线均匀地画
(防止层析液挥发,因其易挥发且有毒)
将滤纸条有滤液细线的一端插入层析液。
防止色素溶解于层析液中而无法分离
注意:不能让滤液细线触及层析液
*色素的宽窄可以表示色素的含量!!
若色素提取液呈淡绿色的,其原因有
①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶,色素含量少
②加入的无水乙醇过多,色素溶液浓度小
③未加碳酸钙或加入的过少,色素分子部分破坏
④研磨不充分,色素未能充分提取出来
若色素带颜色较浅,其原因有
⑤划滤液细线的次数太少,滤纸条上的色素含量少
⑥层析时,部分滤液细线已触及层析液
如果在圆形滤纸的中央点开始,对叶绿体的色素进行层析,会看到什么现象?
会出现四个同心圆的色素带,从外往里依次为____________________________________________;
胡萝卜橙黄、叶黄黄、a蓝绿、b黄绿
因为叶绿素对绿光吸收最少,绿光被反射回来,所以叶片才呈现绿色。
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
叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱
1、根据色素对不同波长的光的吸收的特点,想一想温室或大棚种植蔬菜时,应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源?
选无色透明的塑料薄膜,为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜,即让植物吸收更多的光能;大棚内照明灯在功率相同的情况下,最好选蓝紫光和红光;
2、叶片呈现绿色的原因是什么?
绿叶中的色素对绿光吸收最少,绿光反射进入眼睛的量最多,所以叶片看起来是绿色的;
3、银杏的叶秋季为什么变黄了?
秋季,叶片的叶绿素分子在低温下被破坏,而类胡萝卜素较稳定,所以显出类胡萝卜素的颜色。
4、秋天枫叶变红色的原因是什么?
秋天叶绿体内的色素主要类胡萝卜素,呈橙黄色和黄色;液泡内的色素主要是花青素,在酸性条件下呈红色;
影响叶绿素合成的因素:
(1)光照:光照是影响叶绿素合成的主要因素,植物在黑暗一般不能合成叶绿素,因而叶片发黄;
(2)温度:温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性,进而影响叶绿素的合成;另外,低温时叶绿素分子易被破坏,因为秋天叶片变黄;
(3)矿质元素:叶绿素中含有N、Mg等矿质元素,若缺乏将导致叶绿素无法合成;
叶肉细胞亚显微结构模式图
叶绿体亚显微 结构模式图
捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位?
(二)叶绿体是光合作用的场所
众多的基粒和类囊体极大地扩展了受光的面积。
1880年恩格尔曼的实验
有关叶绿体的功能的实验:
(1)恩格尔曼第一实验的结论是什么?
氧是由叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,光合作用需要光照。
(2)恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处?
叶绿体呈螺旋式带状,便于观察。
确定释放氧气多的部位。
叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对照实验。
(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?
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。
光合作用的场所只能是叶绿体吗?
蓝藻、光合细菌等没有叶绿体也能进行光合作用。
光合作用:绿色植物通过 ,利用 ,把 转化成储存着能量的 ,并且释放 的过程。
(一)、光合作用的概念
(二)、光合作用的反应式:
(三)、探究光合作用原理的部分实验
1、19世纪末
2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒
(有H2O,无CO2)
O2全部来自于H2O吗?
水的光解产生氧气。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
4、1941年,鲁宾、卡门实验
氧气中的氧元素全部来自于H2O;
5、1954年,阿尔农
在光照时,叶绿体中生成了ATP。
这一过程总是与水的光解相伴随。
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
划分依据:反应过程是否需要光能
类囊体薄膜上的色素分子
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+
ATP、NADPH中活跃的化学能
O2、ATP、NADPH
(3)30秒后检测产物,检测到了多种带14C标记的化合物。
弄清了CO2转化成有机物过程:
1946年开始,美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径:向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照
(1)光照时间为几分之一秒时发现,90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。
(2)在5秒钟光照后,卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6).
2、暗反应(碳反应)阶段
有没有光都可以,需多种酶、CO2、ATP、NADPH
(CH2O)、ADP 、Pi、NADP+
说明: C3是三碳化合物,即3-磷酸甘油酸; C5是五碳化合物,即核酮糖-1,5-二磷酸;
NADPH和ATP的移动途径是?
从类囊体薄膜到叶绿体基质;
NADP+和ADP、Pi的呢?
从叶绿体基质到类囊体薄膜;
1.活泼的还原剂;2.储存部分能量供暗反应阶段利用;
对某植株做如下处理: (甲)持续光照10分钟; (乙)光照5秒,再暗处理5秒,连续交替20分钟 若其他条件不变,则在甲、乙两种情况下, 植株所制造的有机物总量是:( ) A、甲>乙 B、甲<乙 C、甲=乙 D、无法确定
1、停止光照后,暗反应能否长期进行?
2、如果暗反应受到抑制,光反应会不会受影响?
条件骤变时物质含量的变化
2C3 +NADPH (CH2O)+C5
停止光照,CO2供应不变
NADPH、ATP、O2产生减少
(CH2O)合成量减少
H2O →2 NADPH+ 1/2O2
没有光反应就没有暗反应
光照不变,停止CO2供应
NADPH、ATP增加
H2O →2 NADPH + 1/2O2
没有暗反应光反应也不能进行
C6H12O6+6H2O+6O2
(CH218O) H218O
ATP和NADPH中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
H2O → NADPH → (CH2O ) H2O
光合作用和细胞呼吸的关系
同一植物在不同部位的叶片(叶龄不同)
同一植物在不同的生长发育阶段
酶的数量、活性不同色素的数量不同
光、温度、CO2浓度、矿质元素、水等
A点:黑暗时,只进行细胞呼吸,该点的数值代表呼吸速率,温度升高A点下移,温度降低A点上移。
此段:光合速率小于呼吸速率
开始有光合作用,细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用,所以CO2释放量逐渐减少。
光合速率等于呼吸速率,
此时光照强度称作光补偿点,
此时干重不变(但全天减小),限制光合作用的因素为光照强度
增加CO2有该点 移。
改变的条件利于呼吸则右移,否则左移
光合速率大于呼吸速率。
限制光合速率的因素为 等
光合速率达最大值对应的最小的光照强度称作光饱和点
改为更适宜的温度后C1点 移 ,C2点 移
有机物积累量、CO2吸收量、O2的释放量
有机物的产生量(制造量)CO2固定量O2的产生量
有机物的量消耗量CO2的释放量、O2的吸收量
有机物的产生量(制造量)
真正(总)光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
思考:A、AB、B、BC、C所代表的含义分别可用下列那个图来表示?
光补偿点、光饱和点 : 阳生植物 阴生植物
盛夏一天24小时中,植物吸收和释放CO2量的变化
一天中密闭容器中CO2的变化
黑暗,仅有细胞呼吸,无光合作用
光合速率逐渐增大,但小于呼吸速率
光合速率大于呼吸速率,随着光强和温度的提高,光合速率逐渐增大
原因是气温过高,蒸腾作用旺盛,使气孔关闭,导致二氧化碳供应不足。
随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱
光合速率等于呼吸速率,有机物积累达最多
一天中温室大棚中CO2的变化
开始有了光合作用,吸收了呼吸释放的部分CO2
没有光照,只有细胞呼吸释放CO2
温度较低,呼吸释放CO2速率较小
光合速率大于呼吸速率,积累有机物
CO2浓度大小跟A点相比减小,说明有有机物的积累
(2)CO2浓度的影响
C2 :CO2的饱和点
a :a → b:b → c:c → d:
CO2深度超过一定限度,抑制光合作用。
进行光合作用最低的CO2的浓度;
随CO2的浓度增加,光合作用强度增强;
CO2浓度再增加,光合作用强度不变;
光合作用是在酶的催化下进行的,温度直接影响酶的活性。一般植物在10℃~35℃下正常进行光合作用。
(4)矿质元素对光合作用的影响
当超过一定浓度后,会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫
N:酶和ATP的重要组分P:ATP的重要组分;Mg:叶绿素的重要组分
①水分既是光合作用的原料,又是化学反应的媒介;②缺水→气孔关闭→CO2进入受阻→间接影响光合作用
多因子外界因素对光合作用速率的影响
比较光合作用、呼吸作用
有机物氧化分解成无机物
ATP中活 跃化学能
糖类等有机物中稳定化学能
C6H12O6等有机物稳定的化学能
ATP中活 跃化学能和热能
光合作用为呼吸作用提供物质(有机物、O2);呼吸作用为光合作用提供原料(CO2)
光合作用强度还可以通过哪些指标来定量的表示?
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的量。
如:单位时间内光合作用产生糖类的量 单位时间内光合作用固定CO2的量 单位时间内光合作用产生O2的量
影响光合作用强度的因素
化能合成作用:指某些细菌能够利用体外环境中的某些________氧化时所释放出来的能量来制造______的合成作用。
例:硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
测量细胞呼吸和净光合作用速率
测定植物的呼吸速率,方法步骤是: ①.甲、乙两装置的D中都放入NaOH溶液,装置乙作对照组 ②.将甲、乙两装置的玻璃钟罩遮光处理,放在温度等相同且适宜的环境中 ③.30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
测定植物的净光合速率,方法步骤是: ①.甲、乙两装置的D中都放入NaHCO3溶液,装置乙作对照组 ②.将甲、乙两装置放在光照强度、温度等相同且适宜的环境中③.30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
1、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段,下列说法正确的是( ) A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应,不进行光反应 C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
2、光合作用过程中,产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( ) ①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜 A.③② B.③④ C.①② D.④③
3、光合作用过程的正确顺序是( )①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原A.④③②⑤① B.④②③⑤① C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤4、在暗反应中,固定二氧化碳的物质是( )A.三碳化合物 B.五碳化合物C.[H] D.氧气
5.某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子,14C的转移途径是( ) A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇 糖类 D、CO2 三碳化合物 糖类
6.(2009海南卷)在其他条件适宜的情况下,在供试植物正常进行光合作用时,突然停止光照,并在黑暗中立即开始连续取样分析,在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是( ) A C3和C5都迅速减少 B C3和C5都迅速增加 C C3迅速增加, C5迅速减少 D C3迅速减少, C5迅速增加
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