【生物课件】光合作用与能量转化教学课件2023-2024学年高一上学期生物人教版必修一.pptx

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1、世博会上展示的一款叶子概念车（光合作用汽车）世博会上展示的一款叶子概念车（光合作用汽车）叶子概念车是一款能够充分利用太阳能、风能以及空气中的二氧化碳从而产生电能驱动的新能源汽车。车顶的大叶子是一个光电转化器，能把太阳能转化为电能。学习目标学习目标1、尝试提取和分离绿叶中的色素，简述色素的种类和功能2、光合作用中物质与能量的变化及联系3、探究影响光合作用强度的环境因素2023/12/7问题探讨问题探讨 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工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

2、植物。有的养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠植物工厂完全依靠LEDLED灯等人工光源，其中常见的灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源是红色、蓝色和白色的光源。1 1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？2 2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？、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，可以根而造成的减产。同时，人工光源的强度和不

3、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。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。此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。玉米（白化苗）玉米（白化苗）玉米（正常苗）玉米（正常苗）白化苗由于不能形成叶绿素，无法进行光合作用，待种子中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。贮存的养分耗尽就会死亡。捕获光能的色素这说明光合作用需要这说明光合作用需要色素色素去捕获光

4、能。去捕获光能。白化苗不白化苗不能进行光能进行光合作用，合作用，无法制造无法制造有机养料有机养料正常幼苗正常幼苗能进行光能进行光合作用制合作用制造有机养造有机养料料一、捕获光能的色素一、捕获光能的色素提取提取原理原理绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇（或丙酮）中，用无水乙醇提取色素。纸层析法：绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随层析液在滤纸上扩散而分开。分离分离原理原理（一）实验：（一）实验：绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离1.实验原理实验原理相似相溶（1 1）提取绿叶的色素）提

5、取绿叶的色素称取称取5g5g新鲜的绿叶，剪碎，新鲜的绿叶，剪碎，放入研钵中。放入研钵中。2.实验步骤实验步骤（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。）（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。）加入少许二氧化硅和碳加入少许二氧化硅和碳酸钙，再放入酸钙，再放入5-10mL5-10mL无水无水乙醇乙醇迅速、充分迅速、充分研磨研磨将研磨液迅速倒入玻璃将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行漏斗中进行过滤过滤。收集滤液收集滤液,封口封口 防止无水乙醇挥发防止无水乙醇挥发2 2、制备滤纸条、制备滤纸条铅笔线铅笔线画铅笔细线画铅笔细线3 3、画滤液细线、画滤液细线要求：细、直、齐要

6、求：细、直、齐 重复重复2323次次为什么要剪去滤纸为什么要剪去滤纸条的两角？条的两角？为了保证层析液同为了保证层析液同时到达滤液细线。时到达滤液细线。保证更多的色素转移保证更多的色素转移至滤液细线处。至滤液细线处。4 4、分离绿叶中的色素、分离绿叶中的色素层析液层析液培养皿培养皿原理：绿叶中的色素能溶解原理：绿叶中的色素能溶解在层析液（石油醚在层析液（石油醚+丙酮丙酮+苯）苯）中，但是溶解度不同，中，但是溶解度不同，溶解溶解度高的随层析液在滤纸条上度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢扩散得快，反之则慢。操作：将适量层析液倒入烧操作：将适量层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细杯中，将滤纸

7、条（有滤液细线的一端朝下）轻放入层析线的一端朝下）轻放入层析液中，盖上培养皿。液中，盖上培养皿。注意不能让滤液细注意不能让滤液细线触及层析液。线触及层析液。为了防止色素溶为了防止色素溶解在层析液中。解在层析液中。这些色素对光的吸收有什么差别呢？这些色素对光的吸收有什么差别呢？捕捕获获光光能能的的色色素素类胡萝类胡萝卜素卜素叶绿素叶绿素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b(占占1/4)1/4)(占占3/4)3/4)胡萝卜素胡萝卜素5 5、观察与记录、观察与记录实验中的材料试剂及操作目的过程操作内容操作目的提取色素材料叶片要新鲜、深绿使滤液中色素含量高试剂二氧化硅利于绿叶的充分研磨碳酸

8、钙防止研磨过程中色素被破坏无水乙醇溶解色素关键步骤研磨要迅速、充分提取较多色素、防止溶剂挥发盛滤液的试管口加棉塞防止溶剂挥发用单层尼龙纱布过滤而不用滤纸防止色素吸附在滤纸上分离色素试剂层析液分离色素关键步骤滤纸条的一端剪去两角防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快滤液细线重复画若干次，且要求细、直、齐使分离的色素带清晰滤液细线不能触及层析液防止色素溶解到层析液中知识总结P99P99课本思考讨论：课本思考讨论：1.1.滤纸条上有滤纸条上有4 4条不同颜色的色素带，从上到下依次为：胡萝卜素（橙条不同颜色的色素带，从上到下依次为：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a

9、 a（蓝绿色）、叶绿素（蓝绿色）、叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）2.2.滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4 4种，它们在层析液中的溶种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同；同时由于解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同；同时由于4 4种色素的种色素的 颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。在做在做“绿叶中色素的提取和分离绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“(“”表

10、示使用，表示使用，“”表示未使用表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为？，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为？甲甲乙乙丙丙丁丁无水乙醇无水乙醇水水CaCO3SiO2【典型例题典型例题1】绿叶中色素的作用绿叶中色素的作用绿叶中的绿叶中的色素提取液色素提取液图：自然光通过三棱镜图：自然光通过三棱镜图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜现象：光屏出现明显的色光带现象：光屏出现明显的色光带现象：色光带变暗，现象：色光带变暗，且蓝紫光和红光大部分被吸收且蓝紫光和红光大部分被吸收绿叶中的色素能吸收光能，且主要吸收蓝紫光和红光。结论：结论：叶绿素主

11、要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。二、叶绿体的结构和功能外膜外膜内膜内膜基基粒粒基基质质类囊体类囊体1.叶绿体结构色素分布：类囊体薄膜上 酶分布：类囊体薄膜和基质外膜外膜内膜内膜基粒基粒基质基质类囊体类囊体小资料：水绵是常见的小资料：水绵是常见的淡水藻类淡水藻类，每条水绵有许多个结构相同的长筒，每条水绵有许多个结构相同的长筒状细胞连接成的。水绵状细胞连接成的。水绵有有很明显的特点：很明显的特点：叶绿体呈带状，螺旋排列在叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里细胞里。1880年德国恩格尔曼实验年德国恩格尔曼实验2.叶绿体功能验证实验水绵是常见的水绵是常见的淡水藻类淡水藻类每条水绵由许多个结构相

12、每条水绵由许多个结构相同的同的长筒状细胞长筒状细胞连接而成。连接而成。水绵很明显的特点是：水绵很明显的特点是：叶叶绿体呈带状绿体呈带状，螺旋螺旋排列在排列在细胞里。细胞里。先黑暗处理，再极细光束照射暴露在光下结论：氧是由叶绿体在光照下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。结论：氧是由叶绿体在光照下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。水绵水绵好氧好氧细菌细菌恩格尔曼的实验（一）恩格尔曼的实验（一）从这一实验你能得出什么结论？从这一实验你能得出什么结论？恩格尔曼的实验（二）恩格尔曼的实验（二）结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧气。结论：叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用，放出氧

13、气。1.恩格尔曼第一个实验结论：O O2 2是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。物进行光合作用的场所。2.提示：（选材好，设计妙）（选材好，设计妙）实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。3.这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会

14、释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。4.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。P101 二、拓展应用二、拓展应用1.有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。2.提示：与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物

15、的生长周期、生长环境、上市时间等生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。综述性短文要求资料新颖、证据确凿、逻辑清晰、言之有理。5-4 光合作用与能量转换学习目标学习目标1、尝试提取和分离绿叶中的色素，简述色素的种类和功能2、光合作用中物质与能量的变化及联系3、探究影响光合作用强度的环境因素课时课时2 2二、光合作用原理和应用光合作用：绿色植物通过光合作用：绿色植物通过 ，利用，利用 ，把，把 转化成储存着能量的转化成储存着能量的 ，并且释放，并且释放出出 的过程。的过程。叶绿体叶绿体光能光能二氧化碳和水二氧化碳和水有机物有机物氧气

16、氧气（一）光合作用的概念（一）光合作用的概念光合作用的实质：光合作用的实质：合成有机物，储存能量合成有机物，储存能量（二）（二）光合作用的反应式：光合作用的反应式：CO2+H2O (CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体 6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2 （三）探索光合作用原理的部分实验1.191.19世纪末，普遍观点：世纪末，普遍观点：COCO2 2中中C C和和O O被分开，被分开，O O2 2被释放被释放（O O2 2来源于来源于COCO2 2），C C与与H H2 2O O结合形成甲醛，甲醛缩合成糖；结合形成甲醛，甲醛缩合成糖；2.19282.1928年：甲

17、醛不能通过光合作用转化成糖；年：甲醛不能通过光合作用转化成糖；3.19373.1937年年，希希尔尔反反应应：离离体体叶叶绿绿体体在在适适当当条条件件下下可可以以发发生生水水的的光光解解、产产生生O O2 2；4.19414.1941年，年，鲁宾和卡门：同位素示踪法，鲁宾和卡门：同位素示踪法，O O2 2来源于来源于H H2 2O O；5.19545.1954年，阿尔农：光照下，叶绿体可以合成年，阿尔农：光照下，叶绿体可以合成ATPATP；6.19576.1957年年，阿阿尔尔农农：光光照照下下，叶叶绿绿体体可可以以合合成成ATPATP，这这一一过过程程总总是是与与水水的的光解相伴随光解相伴随

18、希尔反应希尔反应抽去空气O2光（无CO2）1937年 希尔（Hill）CO2H218O18O2C18O2H2OO2第一组第二组结论：光合作用释放的氧气来自水 对比实验 P103 P103 讨论讨论1.不能说明，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。2.能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。3.光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于C

19、O2 4.例如：（四）光合作用过程 O2NADPHNADP+ADP+PiATP 色素 C3 C5CO2H2O(CH2O)暗反应光反应P106卡尔文循环卡尔文循环14CO2卡尔文的实验卡尔文的实验有机物H2O小球藻O214CO2（含14C）同位素标记法项目项目项目项目光反应光反应 暗反应暗反应暗反应暗反应部位部位部位部位条件条件条件条件物质物质物质物质变化变化变化变化能量能量能量能量变化变化变化变化联系联系联系联系类囊体薄膜类囊体薄膜叶绿体基质叶绿体基质光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供NADPHNADPH和和ATPATP暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供ADPADP和和PiPi 水的光解；

20、水的光解；ATP的合成；的合成；NADPH的形成的形成CO2的固定；的固定；C3的还原；的还原；C5的再生的再生光能光能光、色素、酶光、色素、酶COCO2 2、ATP ATP、NADPH和多种和多种酶酶NADPH NADPH 和和 ATPATP中中的化学能的化学能(CH(CH2 2O)O)中的中的稳定化学能稳定化学能光反应和碳反应的比较光合作用的意义光合作用意义 3对生物的进化具有重要作用意义 1生物界中有机物的来源意义 4生命活动所需能量的最终来源意义 2维持大气中氧气和二氧化碳的平衡光合作用是生物界获得食物、能量和氧气的根本途径。四、影响光合作用的因素（一）光照（一）光照（1）光照强度）光

21、照强度CO2吸收CO2释放.A.B.C光照强度1、A点意义A点光照强度为0，此时细胞只进行呼吸作用，此时CO2的释放值表示该植物的呼吸强度2、AB段意义 光合作用不断加强，但小于呼吸作用强度，有机物积累量为负值3、B点意义 此时，光合作用=呼吸作用，有机物积累量为0。该点也叫光补偿点4、C点意义在BC段，光合作用不断增强，到达C点之后，光合作用不再增强，称为光饱和点CO2吸收CO2释放.A.B.C光照强度虚线、实线区别？CO2吸收CO2释放.A.B.C光照强度H1H2H35、H1、H2、H3意义?H1：净光合作用（净产量）H2：呼吸作用H3：总光合作用H3=H1+H2问题问题如果光照过于强烈，

22、如果光照过于强烈，会引起植物什么现象会引起植物什么现象?会引起植物会引起植物“午休午休”现象现象在该图中哪个点代表的是植物午休在该图中哪个点代表的是植物午休现象？现象？C点点解释：解释：由于这个时间光照太过强烈，植物为了减少由于这个时间光照太过强烈，植物为了减少水分蒸发，把气孔关闭；造成二氧化碳吸收水分蒸发，把气孔关闭；造成二氧化碳吸收减少，光合作用效率下降减少，光合作用效率下降（2）光质）光质白光的光合作用的效果最好，白光的光合作用的效果最好，单色光中单色光中 红光、蓝紫光较好，绿光效率最差红光、蓝紫光较好，绿光效率最差（3）叶面积指数与光合作用的关系）叶面积指数与光合作用的关系叶面积指数概

23、念：叶面积指数概念：有机物叶面积指数光合作用总量呼吸损耗A1 1、为什么随着叶面指数增加，、为什么随着叶面指数增加，光合作用总量不能无限增加？光合作用总量不能无限增加？2、随着叶面积指数增加，光合作用、随着叶面积指数增加，光合作用净产量会怎样变化？净产量会怎样变化？3 3、A A点植物的净产量是多少？点植物的净产量是多少？4 4、在图中最佳叶面积指数怎样寻找？、在图中最佳叶面积指数怎样寻找？植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值植物叶面积总和与植株所覆盖的土地面积的比值（二）二氧化碳的浓度（二）二氧化碳的浓度经过对光照对光合作用影响的介绍，大家怎样应用光照这个经过对光照对光合作用影响的介绍

24、，大家怎样应用光照这个因素来增加我们的在农业生产中的应用？因素来增加我们的在农业生产中的应用？适当增加光照强度，延长光照时间，适当增加密植适当增加光照强度，延长光照时间，适当增加密植也可以采用也可以采用套种、套种、间作、轮作间作、轮作等方法来增产等方法来增产光合作用强度CO2的浓度.B.CB B点表示点表示CO2CO2补偿点补偿点C C点表示点表示CO2CO2饱和点饱和点生产中，提高生产中，提高CO2CO2浓度的措施？浓度的措施？通风通风施用有机肥施用有机肥施用施用NHNH4 4HCOHCO3 3（三）温度（三）温度温度通过影响酶的活性来影响光合作用温度通过影响酶的活性来影响光合作用1、适当增

25、加昼夜温差能提高作物的产量、适当增加昼夜温差能提高作物的产量2、温室生产中，在晴朗的白天，可以、温室生产中，在晴朗的白天，可以 温度？温度？在阴雨的时候，可以在阴雨的时候，可以 温度？温度？提高提高降低降低（四）矿质元素（四）矿质元素（N、P、K、Mg）N N：酶、：酶、ATPATP、NADPNADP+、NADPHNADPH等组成成分等组成成分P P：ATPATP、NADPNADP+组成成分，由它构成的磷脂是组成叶绿组成成分，由它构成的磷脂是组成叶绿体膜的主要物质体膜的主要物质K K：参与光合产物糖类的运输：参与光合产物糖类的运输MgMg：组成叶绿素：组成叶绿素（五）水（五）水光合作用的原料，

26、缺少时光合速率下降；另外，缺水使气孔光合作用的原料，缺少时光合速率下降；另外，缺水使气孔关闭，影响关闭，影响COCO2 2的吸收。的吸收。光合作用原理的应用1.影响光合作用的因素光照、CO2浓度、温度、矿质元素、水等2.提高农作物光合作用强度的措施（1）适当提高光照强度、延长光照时间（3）适当提高CO2浓度（4）适当提高温度（白天提高温度，晚上降低温度）（5）适当增加植物体内的含水量（6）适当增加矿质元素的含量（2）合理密植小结：(1)(1)光照光照 ：则：则C C3 3 ，C C5 5 ，NADPHNADPH和和ATP ATP ；(2)(2)光照光照 ：则：则C C3 3 ，C C5 5 ，

27、NADPHNADPH和和ATP ATP ；(3)CO(3)CO2 2 ：则：则C C3 3 ，C C5 5 ，NADPHNADPH和和ATP ATP ；(4)CO(4)CO2 2 ：则：则C C3 3 ，C C5 5 ，NADPHNADPH和和ATP ATP ；O2NADPHNADP+ADP+PiATP 色素 C3 C5CO2H2O(CH2O)暗反应光反应14CO2三、化能合成作用三、化能合成作用1、自然界中少数种类的细、自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中某菌，能够利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量些无机物氧化时释放的能量来把无机物制造成有机物，来把无机物制造成有机物，这种合成作

28、用，叫做化能合这种合成作用，叫做化能合成作用。成作用。想一想想一想:光合作用光合作用和化能合成作用有和化能合成作用有何异、同点？何异、同点？2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2+O2硝化细菌硝化细菌2HNO3+能量能量CO2+H2O（CH2O）O22 2、自养生物、自养生物（1 1）概念）概念生物体在同化作用过程中，生物体在同化作用过程中，能够以能够以光能或无机物氧化所释光能或无机物氧化所释放的化学能为能源放的化学能为能源，以环境中，以环境中的的COCO2 2为碳的来源，来合成自为碳的来源，来合成自身的物质，并且储存能量，这身的物质，并且储存能量，这类生物叫

29、类生物叫自养生物自养生物。（2 2）自养生物的种类）自养生物的种类A A、光能自养生物、光能自养生物无机物无机物有机物有机物光能光能如：绿色植物、水藻、少如：绿色植物、水藻、少数种类的细菌数种类的细菌叶绿体叶绿体B B、化能自养生物、化能自养生物无机物无机物有机物有机物化学能化学能如：硝化细菌、硫细菌、如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌、氢细菌等铁细菌、氢细菌等2 2、异养生物、异养生物生物体在同化作用过程中，生物体在同化作用过程中，以环境中现成的有机物作为能以环境中现成的有机物作为能量和碳的来源，将这些物质摄量和碳的来源，将这些物质摄入体内，转变成自身的物质，入体内，转变成自身的物质，并且储存能量，这类生物叫异并且储存能量，这类生物叫异养生物。养生物。例如：人和动物、营腐生或寄例如：人和动物、营腐生或寄生生活的真菌、大多数的细菌生生活的真菌、大多数的细菌