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新教材2023年秋高中生物5.4光合作用与能量转化课件新人教版必修1
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第5章 细胞的能量供应和应用第4节 光合作用与能量转化叶绿体Chloroplast问题探讨1.用人工光源生产蔬菜，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可以 调控，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。2.影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，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。开篇Introductory观察发现叶片作为高等植物进行光合作用的主要器官通常都是绿色的，说明其中有绿色的色素。白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。 可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？一、捕获光能的色素和结构123探究·实践 绿叶中色素的提取和分离干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。探究·实践 绿叶中色素的提取和分离探究·实践 1.提取绿叶中的色素①称取5g的绿叶，剪碎， 放入研钵中。②放入少许二氧化硅和碳酸钙， 再放入10mL无水乙醇， 迅速、充分地研磨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。防止无水乙醇挥发叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗 中进行过滤。④收集滤液,封口。用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等。盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。①制备滤纸条为什么要剪去两角？避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线探究·实践 2.分离绿叶中的色素探究·实践 2.分离绿叶中的色素②画滤液细线★注意：细而齐、重复2—3次，待滤液干后，再画一两次。 （为了积累更多的色素使分离色素带更明显）探究·实践 2.分离绿叶中的色素为何滤液细线不能触及层析液？防止色素溶解在层析液中为何要盖上培养皿？防止层析液挥发，因其易挥发且有毒③层析探究·实践 绿叶中色素的提取和分离探究·实践 2.分离绿叶中的色素叶绿素类胡萝卜素（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）实验结果:光合色素的吸收光谱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。 功能：吸收、传递和转化光能叶绿体的结构适于进行光合作用形状：扁平的椭球形或球形结构：①内外两层膜均光滑，类囊体堆叠形成基粒扩大了膜面积，为光合色素和酶提供了更多的附着场所。②基质中含有少量DNA、RNA、核糖体等，可以进行某些蛋白质的生物合成功能：吸收光能思考·讨论水绵和需氧型细菌放在没有空气的小室内水绵好氧细菌极细光束照射完全曝光黑暗 无空气好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所思考·讨论1.为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线 和氧的干扰。思考·讨论三棱镜结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光综合上述两个实验可以得出：叶绿体是光合作用的场所思考·讨论小结：叶绿体的结构适于进行光合作用叶绿体的结构和功能相适应1.叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素2.类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶3.叶绿体的结构与光合作用高度适应二、光合作用的原理和应用1、探索光合作用原理的部分实验光合作用：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。简式：1928年: 甲醛不能通过光合作用转化成糖,甲醛对植物有毒.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。1、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：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。1940年: 鲁宾和卡门 （同位素标记法）CO2H2O C18O2H218O18O2O2甲组乙组结论：光合作用释放的氧来自水 , 与二氧化碳无关。1、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 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。 ATP的合成与希尔反应的关系: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。 总结： 1、探索光合作用原理的部分实验2、光合作用过程有光才能反应有光、无光都能反应划分依据:反应过程是否需要光能2、光合作用过程光反应 类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+吸收H+NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ条件：光、光合色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+场所：（基粒）类囊体薄膜上主要产物：O2 、 ATP 、 NADPH2、光合作用过程物质转化：水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：光能能量转变：ATP、NADPH中活跃的化学能2、光合作用过程暗反应 ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原NADPH能量条件：有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH场所：叶绿体基质中产物：（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+2、光合作用过程物质转化：CO2的固定：C3的还原：ATP、NADPH中活跃的化学能能量转变：有机物中稳定的化学能叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能酶2、光合作用过程2、光合作用过程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活泼的还原剂；②储存部分能量供暗反应阶段利用。2、光合作用过程③ H 的转移：H2O → NADPH→ (CH2O ) ① C 的转移：CO2 → C3 →（CH2O）② O 的转移：CO2 → C3 →（CH2O）H2O → O2 叶绿体总反应式光反应和暗反应的比较必须有光有光或无光均可类囊体薄膜叶绿体基质水光解为O2和H+;ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能光反应为暗反应提供ATP和NADPH;暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+拓展·补充 环境条件骤变时，相关物质含量的变化拓展·补充 环境条件骤变时，相关物质含量的变化化能合成作用 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。拓展·补充三、光合作用的影响因素及应用光合作用强度定义：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量线粒体叶绿体O2释放O2（可以测得）叶肉细胞CO2吸收CO2（可以测得）叶绿体：进行光合作用，合成有机物，产生O2，消耗CO2线粒体：进行有氧呼吸，消耗有机物，消耗O2，产生CO2光合作用强度只有呼吸作用，无光合作用O2CO2光合作用<呼吸作用光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用O2O2CO2CO2光合作用强度光合作用制造的有机物的量 - 呼吸作用消耗的有机物的量 = 有机物积累量固定或消耗CO2量产生O2的量CO2吸收量O2的释放量CO2的释放量O2的吸收量总光合作用强度 - 呼吸作用强度 = 净光合作用强度真正光合作用强度 - 呼吸作用强度 = 表观光合作用强度光合作用强度影响光合作用的因素影响光合作用的因素阳生植物呼吸速率光补偿点光饱和点净光合总光合B点：光合作用=呼吸作用D点：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）阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强。A-B：光合作用<呼吸作用B-C：光合作用>呼吸作用呼吸A点: 只进行呼吸作用1、光照强度应用：①合理密植；②阴雨天适当补充光照③间作套种④适当剪枝影响光合作用的因素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B-C：光合作用>呼吸作用A-B：光合作用<呼吸作用影响光合作用的因素DA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：2、 CO2浓度影响光合作用的因素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。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。3、 温度影响光合作用的因素植物24小时中CO2的吸收量e～f：光照减弱，光合速率明显变慢c～d：温度高，部分气孔关闭，CO2供应量 下降，光合速率减慢。 植物出现“午休”现象。b、f点：光补偿点，光合速率=呼吸速率f点：积累有机物最多的点 a点：温度降低， 减弱，CO2释放减少。 b点：开始进行 。bc段：光合作用 细胞呼吸。 c点：光合作用 细胞呼吸。ce段：光合作用 细胞呼吸。 d点： 过高，部分或全部气孔关闭， CO2供应量下降，出现“午休现象”。 e点：光合作用 细胞呼吸。ef段：光合作用 细胞呼吸。fg段：停止 ，只进行 。呼吸光合作用小于等于大于温度等于小于光合作用呼吸作用影响光合作用的因素①积累有机物时间段： 段。②制造有机物时间段： 段。③消耗有机物时间段： 段。④一天中有机物积累最多的时间点： 点。CEBFOGE影响光合作用的因素一天中温室大棚中CO2的变化影响光合作用的因素D、H点：光合速率等于呼吸速率F-G段：午休现象I点：CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。 说明有有机物的积累DH段：光合速率大于呼吸速率， 积累有机物光合作用强度的测定装置总光合产生的O2量 = 呼吸消耗的O2量 + 净光合释放O2量
第5章 细胞的能量供应和应用第4节 光合作用与能量转化叶绿体Chloroplast问题探讨1.用人工光源生产蔬菜，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可以 调控，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。2.影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，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。开篇Introductory观察发现叶片作为高等植物进行光合作用的主要器官通常都是绿色的，说明其中有绿色的色素。白化苗不能进行光合作用，无法制造有机养料。 可见，叶片中的色素与光能的捕获有关。绿叶中有哪些色素呢？一、捕获光能的色素和结构123探究·实践 绿叶中色素的提取和分离干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药勺，量筒(10mL)，天平。探究·实践 绿叶中色素的提取和分离探究·实践 1.提取绿叶中的色素①称取5g的绿叶，剪碎， 放入研钵中。②放入少许二氧化硅和碳酸钙， 再放入10mL无水乙醇， 迅速、充分地研磨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。防止无水乙醇挥发叶绿体能够被充分破坏，使得色素能充分被释放出来③将研磨液迅速倒入玻璃漏斗 中进行过滤。④收集滤液,封口。用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等。盛放滤液的试管用橡胶塞塞紧，防止无水乙醇的挥发。①制备滤纸条为什么要剪去两角？避免层析液在边缘扩散过快（边缘效应），使其同步到达细线探究·实践 2.分离绿叶中的色素探究·实践 2.分离绿叶中的色素②画滤液细线★注意：细而齐、重复2—3次，待滤液干后，再画一两次。 （为了积累更多的色素使分离色素带更明显）探究·实践 2.分离绿叶中的色素为何滤液细线不能触及层析液？防止色素溶解在层析液中为何要盖上培养皿？防止层析液挥发，因其易挥发且有毒③层析探究·实践 绿叶中色素的提取和分离探究·实践 2.分离绿叶中的色素叶绿素类胡萝卜素（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）实验结果:光合色素的吸收光谱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。 功能：吸收、传递和转化光能叶绿体的结构适于进行光合作用形状：扁平的椭球形或球形结构：①内外两层膜均光滑，类囊体堆叠形成基粒扩大了膜面积，为光合色素和酶提供了更多的附着场所。②基质中含有少量DNA、RNA、核糖体等，可以进行某些蛋白质的生物合成功能：吸收光能思考·讨论水绵和需氧型细菌放在没有空气的小室内水绵好氧细菌极细光束照射完全曝光黑暗 无空气好氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位结论：叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所思考·讨论1.为什么选用水绵和好氧细菌作为实验材料？水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。好氧细菌可确定释放O2的部位。2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？选用黑暗并且没有空气的环境，可排除光线 和氧的干扰。思考·讨论三棱镜结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光综合上述两个实验可以得出：叶绿体是光合作用的场所思考·讨论小结：叶绿体的结构适于进行光合作用叶绿体的结构和功能相适应1.叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着大量光合色素2.类囊体膜上和叶绿体基质中，有许多与光合作用有关的酶3.叶绿体的结构与光合作用高度适应二、光合作用的原理和应用1、探索光合作用原理的部分实验光合作用：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。简式：1928年: 甲醛不能通过光合作用转化成糖,甲醛对植物有毒.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。1、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：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。1940年: 鲁宾和卡门 （同位素标记法）CO2H2O C18O2H218O18O2O2甲组乙组结论：光合作用释放的氧来自水 , 与二氧化碳无关。1、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 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。 ATP的合成与希尔反应的关系: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。 总结： 1、探索光合作用原理的部分实验2、光合作用过程有光才能反应有光、无光都能反应划分依据:反应过程是否需要光能2、光合作用过程光反应 类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+吸收H+NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ条件：光、光合色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+场所：（基粒）类囊体薄膜上主要产物：O2 、 ATP 、 NADPH2、光合作用过程物质转化：水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：光能能量转变：ATP、NADPH中活跃的化学能2、光合作用过程暗反应 ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原NADPH能量条件：有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH场所：叶绿体基质中产物：（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+2、光合作用过程物质转化：CO2的固定：C3的还原：ATP、NADPH中活跃的化学能能量转变：有机物中稳定的化学能叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH光能→ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能酶2、光合作用过程2、光合作用过程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活泼的还原剂；②储存部分能量供暗反应阶段利用。2、光合作用过程③ H 的转移：H2O → NADPH→ (CH2O ) ① C 的转移：CO2 → C3 →（CH2O）② O 的转移：CO2 → C3 →（CH2O）H2O → O2 叶绿体总反应式光反应和暗反应的比较必须有光有光或无光均可类囊体薄膜叶绿体基质水光解为O2和H+;ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能光反应为暗反应提供ATP和NADPH;暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+拓展·补充 环境条件骤变时，相关物质含量的变化拓展·补充 环境条件骤变时，相关物质含量的变化化能合成作用 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。拓展·补充三、光合作用的影响因素及应用光合作用强度定义：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量线粒体叶绿体O2释放O2（可以测得）叶肉细胞CO2吸收CO2（可以测得）叶绿体：进行光合作用，合成有机物，产生O2，消耗CO2线粒体：进行有氧呼吸，消耗有机物，消耗O2，产生CO2光合作用强度只有呼吸作用，无光合作用O2CO2光合作用<呼吸作用光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用O2O2CO2CO2光合作用强度光合作用制造的有机物的量 - 呼吸作用消耗的有机物的量 = 有机物积累量固定或消耗CO2量产生O2的量CO2吸收量O2的释放量CO2的释放量O2的吸收量总光合作用强度 - 呼吸作用强度 = 净光合作用强度真正光合作用强度 - 呼吸作用强度 = 表观光合作用强度光合作用强度影响光合作用的因素影响光合作用的因素阳生植物呼吸速率光补偿点光饱和点净光合总光合B点：光合作用=呼吸作用D点：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）阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强。A-B：光合作用<呼吸作用B-C：光合作用>呼吸作用呼吸A点: 只进行呼吸作用1、光照强度应用：①合理密植；②阴雨天适当补充光照③间作套种④适当剪枝影响光合作用的因素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B-C：光合作用>呼吸作用A-B：光合作用<呼吸作用影响光合作用的因素DA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：2、 CO2浓度影响光合作用的因素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。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。3、 温度影响光合作用的因素植物24小时中CO2的吸收量e～f：光照减弱，光合速率明显变慢c～d：温度高，部分气孔关闭，CO2供应量 下降，光合速率减慢。 植物出现“午休”现象。b、f点：光补偿点，光合速率=呼吸速率f点：积累有机物最多的点 a点：温度降低， 减弱，CO2释放减少。 b点：开始进行 。bc段：光合作用 细胞呼吸。 c点：光合作用 细胞呼吸。ce段：光合作用 细胞呼吸。 d点： 过高，部分或全部气孔关闭， CO2供应量下降，出现“午休现象”。 e点：光合作用 细胞呼吸。ef段：光合作用 细胞呼吸。fg段：停止 ，只进行 。呼吸光合作用小于等于大于温度等于小于光合作用呼吸作用影响光合作用的因素①积累有机物时间段： 段。②制造有机物时间段： 段。③消耗有机物时间段： 段。④一天中有机物积累最多的时间点： 点。CEBFOGE影响光合作用的因素一天中温室大棚中CO2的变化影响光合作用的因素D、H点：光合速率等于呼吸速率F-G段：午休现象I点：CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。 说明有有机物的积累DH段：光合速率大于呼吸速率， 积累有机物光合作用强度的测定装置总光合产生的O2量 = 呼吸消耗的O2量 + 净光合释放O2量
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