1、5.4 5.4 光合作用与能量装换光合作用与能量装换光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件有些蔬菜大棚是用红色或蓝色有些蔬菜大棚是用红色或蓝色的塑料薄膜来代替普通塑料薄的塑料薄膜来代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂着红色或膜，有的温室内悬挂着红色或者是蓝色的灯管。者是蓝色的灯管。1.1.用这种方法具体有哪些好处？这用这种方法具体有哪些好处？这样做对光合作用有什么影响吗样做对光合作用有什么影响吗？2.2.为何是用红色或蓝色的呢？用绿为何是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？色的可以吗？一、捕获光能的色素和结一、捕获光能的色素和结构构实
2、验原理：实验原理：提取提取(无水乙醇无水乙醇)、分离、分离(层析液层析液)目的要求：目的要求：绿叶中色素的提取及分离及色素的种类绿叶中色素的提取及分离及色素的种类材料用具：材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤：方法步骤：1.提取绿叶中的色素提取绿叶中的色素 2.准备滤纸条准备滤纸条 3.画滤液细线画滤液细线 4.分离绿叶中的不同色素分离绿叶中的不同色素 5.观察以及记录观察以及记录讨论：讨论：1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？2.滤纸条上的滤液细线，为何不能触及层析液？滤纸条上的滤液细线，为何不能触及层析液？1
3、 1、实验：绿叶中色素的提取和分离、实验：绿叶中色素的提取和分离光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件思考思考：1.绿叶中的色素是怎样被提取出来的？又是怎绿叶中的色素是怎样被提取出来的？又是怎样被分离开的？样被分离开的？2.滤纸上的滤液细线，为什么不能触及层析液滤纸上的滤液细线，为什么不能触及层析液？3.3.滤纸上的色素由上到下的顺序是什么？每种滤纸上的色素由上到下的顺序是什么？每种色素的颜色是？色素的颜色是？光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装
4、换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿素叶绿素a叶绿素叶绿素b实验结果：实验结果：光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件绿叶中的色素有绿叶中的色素有4 4种，可以归纳为两类：种，可以归纳为两类：叶绿素叶绿素类胡萝卜类胡萝卜素素（含量约（含量约3/4）（含量约（含量约1/4）叶绿素叶绿素a（蓝绿色）（蓝绿色）叶绿素叶绿素b（黄绿（黄绿色）色）胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修
5、一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？片金黄呢？由于叶绿素的含量大大超由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色显示出叶绿素的绿色由于叶绿素比类胡萝卜由于叶绿素比类胡萝卜素易受到低温的破坏，素易受到低温的破坏，秋季低温使叶绿素大量秋季低温使叶绿素大量破坏，而使类胡萝卜素破坏，而使类胡萝卜素的颜色显示出来的颜色显示出来2022-11-2210光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与
6、能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件吸收可见光，用于光合作吸收可见光，用于光合作用用2.2.色素的功能色素的功能：太阳光太阳光三棱镜三棱镜色素溶液色素溶液色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图叶绿素：吸收叶绿素：吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光类胡萝卜素：吸收类胡萝卜素：吸收蓝紫光蓝紫光问题：这些捕获光能的色素存在问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？于细胞中的什么部位？叶绿体叶绿体内膜内膜外膜外膜基质基质多种酶多种酶基粒基粒类囊体类囊体 色素色素和和酶酶 温故而知新温故而知新叶绿体的功能叶绿体的功能:叶绿体叶绿体是进行是进行光合作用的场所光合作用的场所，它内，它内部的巨大膜表面上，不仅
7、分布着许多部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的吸收光能的色素分子色素分子，还有许多进行，还有许多进行光合作用所必需的光合作用所必需的酶酶。一、光合作用探究历程一、光合作用探究历程假说演绎法假说演绎法观察现象提出假设得出结论演绎推理验证假设光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件每天浇水，每天浇水，5年后年后 1、1642年，海尔蒙特年，海尔蒙特(J.B.van Helmont，比利时，比利时)植物增重主要来自水分植物增重主要来自水分不足：没有考虑到阳光、空气对光合作用的不足：没有考虑到阳光、空气对光合作用的影响。影响。海尔蒙
8、特的实验光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件普里斯特利实验1771年：英国，普里斯特利年：英国，普里斯特利光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件普利斯特利实验普利斯特利实验结论：植物可以更新空气。结论：植物可以更新空气。光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件结论结论1：只有在：只有在光下光下植物才能更新空气。植物才能更新空气。黑 暗 光 下 结论结论2：植物体的：植物体的绿绿叶叶在光下才能更新空在
9、光下才能更新空气。气。普利斯特利的实验只有在普利斯特利的实验只有在阳光照射阳光照射下才能成功下才能成功英根豪斯实验英根豪斯实验光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件结论：结论：绿叶在绿叶在光下吸收光下吸收COCO2 2，释放释放O O2 2。1 1、17791779年年,荷兰科学家英格豪斯确定植物荷兰科学家英格豪斯确定植物只有只有绿叶绿叶才能更新空气并且才能更新空气并且依赖于光依赖于光。2 2、17851785年年,拉瓦锡发现了空气的组成。拉瓦锡发现了空气的组成。3 3、18451845年，德国科学家梅耶根据年，德国科学家梅耶根
10、据能量的能量的转化与守恒定律转化与守恒定律指出，植物光合作用时，指出，植物光合作用时，把把光能转化成化学能光能转化成化学能储存起来。储存起来。相关信息：光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件萨克斯的实验萨克斯的实验暗处理暗处理光照光照在暗在暗处放处放置置24个小个小时时滴加碘液滴加碘液曝光一半，曝光一半，遮光一半遮光一半热酒精脱色热酒精脱色光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件 思考：思考：该实验还能得出其他结该实验还能得出其他结论吗？论吗？光合作用与能量装换【新
11、教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件结论：氧气是叶绿体产生的结论：氧气是叶绿体产生的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,光合作用需要光合作用需要光照光照。水绵水绵的叶绿体呈的叶绿体呈螺旋式带状螺旋式带状，便于观察，便于观察排除了氧气和光对实验结果的影响排除了氧气和光对实验结果的影响光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件 返回返回光合作用氧来源的探
12、究H H2 21818O O?C C1818O O2 2H H2 2O O第一组第一组第二组第二组COCO2 2?O2O21818O O2 2鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验氧气中的氧原子来自于水氧气中的氧原子来自于水 美国科学家卡尔文的实验美国科学家卡尔文的实验碳的同位素碳的同位素 14C(CH2 O)14CO214产物产物:淀粉淀粉条件条件:光光光合作用发现小结：光合作用发现小结：17711771年，英国普利英国普利斯特利斯特利原料原料:水水18801880年，年，美国恩格美国恩格尔曼尔曼2020世纪世纪3030年年代，美国鲁代，美国鲁宾与卡门宾与卡门18641864年，年，德国萨克德国萨克斯
13、斯16641664年，年，比利时海比利时海尔蒙特尔蒙特原料和产物原料和产物:更新空气更新空气(二氧化碳二氧化碳和氧气和氧气)产物氧来产物氧来自于水。自于水。场所场所:叶绿体叶绿体条件条件:光光CO2+H2O*(CH2O)+O2*光能光能叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体光光二氧化碳二氧化碳 水水糖类糖类 氧气氧气 绿色植物通过绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把，把二氧二氧化碳和水化碳和水转化成储存着能量的转化成储存着能量的有机物有机物,并且并且释放出释放出氧气氧气的过程。的过程。场所：场所：动力：动力：原料：原料：产物：产物：概念：概念：总反应式总反应式光反应阶光反应阶段段叶绿体叶绿体中的
14、色中的色素素光能光能H2O水在光下分解水在光下分解O2HADP+Pi酶酶ATP条件：条件：场所：场所：H2OHO2ADP+Pi+光能光能ATP过程：过程：暗反应阶段暗反应阶段CO2C5 固固 定定2C3H供氢供氢酶酶(CH2O)糖类糖类 场所：场所：条件：条件：多种酶多种酶参加催化参加催化还还 原原过程：过程：CO2+C52C32C3(CH2O)+C5H ATPATPADP+Pi+能量能量ATP供能供能ADP+Pi叶绿体叶绿体中的色中的色素素光能光能H2O水在光下分解水在光下分解O2HADP+Pi酶酶ATPCO2C5 固固 定定2C3(CH2O)糖类糖类 多种酶多种酶参加催化参加催化还还 原原
15、供氢供氢酶酶供能供能光合作用总过程：光合作用总过程：光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段光反应光反应H2O 2 H+1/2O2+Pi+光能光能ATP酶酶ADP水的光解：ATP的形成：暗反应暗反应CO2的还原：2C3 (CH2O)+C5CO2的固定：CO2+C5 2C3总结：总结：叶绿体叶绿体*光合作用的实质：光合作用的实质：合成有机物，储存能合成有机物，储存能量量原料和产物的对应关系：原料和产物的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：能量的转移途径：碳的转移途径：碳的转移途径：光能光能中中活跃活跃的化学能的化学能(CH2O)中中稳定稳定的化学能的化学能CO
16、2C3（CH2O）联系：联系：光反应和暗反应是一个整光反应和暗反应是一个整体体,二者紧密联系二者紧密联系,缺一不可缺一不可。光。光反应是暗反应的基础，光反应阶反应是暗反应的基础，光反应阶段为暗反应阶段提供能量段为暗反应阶段提供能量（ATP）和还原剂和还原剂H，暗反应阶段产生暗反应阶段产生的的ADP和和Pi为光反应阶段合成为光反应阶段合成ATP提供原料。提供原料。光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光合作用与能量装换【新教材】人教版高中生物必修一课件光、色素、酶等光、色素、酶等ATPATP、H H、多种酶等、多种酶等类囊体的薄膜上类囊体的薄膜上基质中基质中水光解成水光解成H H和
17、和O O2 2ADP+Pi+ADP+Pi+光能光能ATPATP CO CO2 2的固定的固定 C C3 3的还原的还原光能光能活跃化学能活跃化学能活跃化学能活跃化学能稳定化学能稳定化学能 光反应光反应暗反应暗反应条件条件场所场所物质变化物质变化能量变化能量变化联联 系系光反应和暗反应的比较光反应和暗反应的比较物质联系物质联系：光反应阶段产生的：光反应阶段产生的H H，在暗反应阶段用于还原在暗反应阶段用于还原C C3 3；能量联系能量联系：光反应阶段生成的：光反应阶段生成的ATPATP，在暗反应阶段中将其储，在暗反应阶段中将其储 存的化学能释放出来，帮助存的化学能释放出来，帮助C C3 3形成糖
18、类，形成糖类，ATPATP中中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供ATPATP和和H H ，暗反应为光反应补充暗反应为光反应补充ADPADP和和PiPi。影响光合作用的环境因素影响光合作用的环境因素光合作用速率光合作用速率光照强度光照强度 在光照强度较低时，植物光合速率也很低。随着光在光照强度较低时，植物光合速率也很低。随着光照强度的逐渐增强，光合速率也相应地变大；当光照照强度的逐渐增强，光合速率也相应地变大；当光照强度进一步提高时，光合速率的增加幅度逐渐减小；强度进一步提高时，光合速率的增加幅度逐渐减小；当光照强度超
19、过某一定值时，光合速率就不再增加。当光照强度超过某一定值时，光合速率就不再增加。1 1、光照强度、光照强度思考：光照强度影响光合作用_阶段的强度。光反应 在一定范围内，植物光合速率随着在一定范围内，植物光合速率随着 CO2浓浓度的上升而增加，在达到某一定值后，再增加度的上升而增加，在达到某一定值后，再增加 CO2浓度，光合速率不再增加。浓度，光合速率不再增加。2 2、COCO2 2浓度浓度CO2浓度浓度光合作用速率光合作用速率思考：CO2是光合作用的原料，其浓度会影响_阶段的强度。暗反应 光合作用只能在一定的温度范围内进行，光合作用只能在一定的温度范围内进行，在在最适温度最适温度时，光合作用速
20、率时，光合作用速率最快最快，高于或低于最适温度高于或低于最适温度，光合作用速率，光合作用速率下降下降。3 3、温度、温度最适温度温度温度光合作用速率光合作用速率 思考：温度是通思考：温度是通过影响过影响_来影响光合作用来影响光合作用的。的。酶活性酶活性（2 2）营养元素）营养元素4、其他：_是叶绿素的组成成分；_是光合酶的组成成分；_是ATP的组成成分等。（1）水分）水分水是光合作用的_；水是体内各种化学发应的_；水能影响_的开闭。MgNP原料原料介质介质气孔气孔O光照强度光照强度COCO2 2吸收吸收COCO2 2释放释放ABCO光光合合作作用用速速率率COCO2 2浓度浓度ABO光光合合作
21、作用用速速率率10 20 30 40 50 温度（温度（C）ABC光合作用的实际量光合作用的实际量2 4 6 8叶面积指数叶面积指数O物质的量物质的量呼吸量呼吸量干物质量干物质量O光光合合作作用用速速率率叶龄叶龄ABCO水和矿质元素浓度水和矿质元素浓度光光合合作作用用速速率率A单一因素对光合作用影响的图象单一因素对光合作用影响的图象2、同一植物的不同生长发育时期及同一植物、同一植物的不同生长发育时期及同一植物不同叶片，光能利用率不同不同叶片，光能利用率不同 叶面积指数与光合作用强度的关系叶面积指数与光合作用强度的关系（光合作用）（光合作用）反反应应强强度度（呼吸作用）（呼吸作用）K叶面积指数叶
22、面积指数0 2 4 6 8 10 12A呼吸呼吸作用作用叶龄与光合作用强度的关系如图所示：叶龄与光合作用强度的关系如图所示：ABCO（2 2）提高农作物光合作用强度的措施）提高农作物光合作用强度的措施1 1、适当提高光照强度、延长光照时间、适当提高光照强度、延长光照时间3 3、适当提高、适当提高COCO2 2浓度浓度4 4、适当提高温度、适当提高温度5 5、适当增加植物体内的含水量、适当增加植物体内的含水量6 6、适当增加矿质元素的含量、适当增加矿质元素的含量2 2、合理密植、合理密植影响光合作用的外界条件影响光合作用的外界条件表观光合表观光合作用强度作用强度实际光实际光合作用合作用的强度的强
23、度该叶片中该叶片中细胞呼吸细胞呼吸的强度的强度=-(糖类质量糖类质量)1、光照强度，其他条件不变、光照强度，其他条件不变（温度，（温度，CO2浓度）浓度）光照强度光照强度ACO2吸吸收量收量BCO2释释放量放量阴生植物阴生植物光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点O OA A点点，只进行有氧呼吸只进行有氧呼吸B B点点，光合强度光合强度=呼吸强度呼吸强度C C点点，光合强度最大光合强度最大C2、CO2浓度（其他条件不变）浓度（其他条件不变）COCO2 2浓度为浓度为A A，光合强度，光合强度=呼吸强度呼吸强度COCO2 2浓度为浓度为B B，光合强度，光合强度最大最大CO2浓度浓度A光光合合速速率率
24、B理论上分析：若想理论上分析：若想使植物通过光合作使植物通过光合作用积累有机物增加：用积累有机物增加：A A向左移动，向左移动，B B向右移动向右移动O O1.为为生物生物生存提供了生存提供了物质物质来源和来源和能量能量来源；来源；2.维持了大气中维持了大气中O2和和CO2的相对稳定；的相对稳定；3.对生物的进化有直接意义。对生物的进化有直接意义。(1)使还原性大气使还原性大气氧化性大气氧化性大气 (2)使有氧呼吸生物得以发生和发展使有氧呼吸生物得以发生和发展 (3)形成臭氧层，过滤紫外线，使水生生物登形成臭氧层，过滤紫外线，使水生生物登 陆成为可能陆成为可能 光合作用的意义光合作用的意义自养
25、生物：自养生物：能够直接把从外界环境能够直接把从外界环境摄摄取的无机物转变成为自身的组成物质取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物并储存了能量的一类生物 五、化能合成作用五、化能合成作用异养生物：异养生物：不能直接利用无机物制成有机不能直接利用无机物制成有机物物，只能把从外界，只能把从外界摄取的现成的有机物摄取的现成的有机物转转变成自身的组成物质，并储存了能量的一变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物类生物 化能合成作用化能合成作用能够利用体外环境中的能够利用体外环境中的某些某些无机物氧化时所释放的能量无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合来制造有机物的合成作用成作用
26、例如：例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌少数种类的细菌2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+能量能量硝化细菌硝化细菌6CO6CO2 2+6H+6H2 2O 2CO 2C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2能量能量1、如图表示光合作用过程，据图回答：、如图表示光合作用过程，据图回答：课堂练习课堂练习（1）图中）图中A为为 ，B为为 ，C为为 ，D为为 ，E为为 ，F为为 ，G为为 。（CH2O）光能光能叶绿体
27、中的色素叶绿体中的色素HCO2C3C5（2）B存在于存在于 上，其上，其吸收的光能，一方面将水裂解为吸收的光能，一方面将水裂解为_，另一方面用于合成另一方面用于合成 。叶绿体类囊体薄膜叶绿体类囊体薄膜 O2和和H ATP（3）D与与F结合形成结合形成E，这个过程叫，这个过程叫做做 。E接受光反应产生的接受光反应产生的_提供的能量，并被提供的能量，并被 还原，形还原，形成成G和和F的过程叫做的过程叫做 。CO2的固定的固定HATP C3的还原的还原（4）如果突然停止光照，则）如果突然停止光照，则E含量含量_、F含量含量_。如果光照不变，。如果光照不变，D的含量突然降至极低水平，则的含量突然降至极
28、低水平，则E含量含量_、F含量含量_。下降下降上升上升CO2C5C3上升上升下降下降H停止停止光照光照光反应光反应停止停止H ATP还原还原受阻受阻C3 C5(1)光照强光照强弱弱 CO2供应不变供应不变H减少减少ATP减少减少O2产生量减少产生量减少C3还原减弱还原减弱CO2固定仍固定仍正常进行正常进行C3含量上升含量上升C5含量下降含量下降(CH2O)合成量减少合成量减少(2)光照不变光照不变 减少减少CO2供应供应CO2固定减弱固定减弱C3还原仍正常进行还原仍正常进行C3含量下降含量下降C5含量上升含量上升H相对增加相对增加ATP相对增加相对增加上述两种物质上述两种物质转化速度变慢，转化
29、速度变慢，O2产生量减少产生量减少(CH2O)合成合成 量相对减少量相对减少光合作用过程中光合作用过程中C3、C5、ATP、H、（CH2O）含量的变化）含量的变化项目项目光照强度光照强度增强增强,CO2供应不变供应不变停止光照停止光照,CO2供应供应不变不变光照不变光照不变CO2增多增多光照不变光照不变CO2减少减少C3C5H ATP（CH2O）（1）曲线）曲线AB上升的原因是上升的原因是 _，从而使光合作用从而使光合作用_阶段产生的阶段产生的_增加，促进了增加，促进了_反应的进行。反应的进行。2、下图为夏季晴朗的白天某植物叶片光合作、下图为夏季晴朗的白天某植物叶片光合作用强度的变化曲线图，请
30、观察后回答：用强度的变化曲线图，请观察后回答：光照强度逐渐增强光照强度逐渐增强光反应光反应H和和ATP暗暗2、下图为夏季晴朗的白天某植物叶片光合作、下图为夏季晴朗的白天某植物叶片光合作用强度的变化曲线图，请观察后回答：用强度的变化曲线图，请观察后回答：（2）C点光合作用强度减弱是由于中午的温度点光合作用强度减弱是由于中午的温度过高，过高，_作用过大，叶片气孔作用过大，叶片气孔_，使光，使光合作用原料之一的合作用原料之一的_供应大量减少，影响供应大量减少，影响了了_反应，使光合作用强度反应，使光合作用强度_。关闭关闭蒸腾蒸腾 CO2 暗暗下降下降2、下图为夏季晴朗的白天某植物叶片光合作、下图为夏季晴朗的白天某植物叶片光合作用强度的变化曲线图，请观察后回答：用强度的变化曲线图，请观察后回答：（3）DE段光合作用下降是因为段光合作用下降是因为_，以致光合作用以致光合作用_阶段产生的阶段产生的_减少，因而影响了减少，因而影响了_阶段的进行。阶段的进行。光照强度逐渐减弱光照强度逐渐减弱光反应光反应H和和ATP暗反应暗反应3
