【公开课】光合作用与能量转化课件-2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.4光合作用与能量转化一 捕获光能的色素和结构万物生长靠太阳太阳能是几乎所有生命系统中能量太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头，而光合作用是的最终源头，而光合作用是唯一唯一能能够够捕获捕获和和转化转化光能的生物学途径。光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是因此，有人称光合作用是地球地球上最重要的化学反应上最重要的化学反应。预测：白化苗的生长趋势植物的叶片中含有哪些色素呢？怎样提取这些色素呢？可见，叶片中的色素可能与光能的捕获有关一、捕获光能的色素和结构待种子中储存的养分耗尽就会死去实验原理【探究实践】绿叶中色素的提取和分离1、提取原理:绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。2、分离原理:各种色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快,反之则慢。这样，绿叶中色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。方法步骤称取5g的绿叶，剪碎，放入研钵中。1.1.提取提取绿叶中的色素绿叶中的色素放入少许二氧化硅和碳酸钙 再放入10mL无水乙醇 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。迅速、充分地研磨减少无水乙醇挥发 叶绿体中的色素被充分被释放出来将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。用单层尼龙布过滤，过滤叶脉及二氧化硅等，且不吸附色素。收集滤液,封口。【探究实践】绿叶中色素的提取和分离2 2、制备滤纸条、制备滤纸条干燥的铅笔线剪两角使层析液在滤纸条上扩散得快避免边缘效应，使层析液同步到达细线排除其他色素对实验结果的干扰【探究实践】绿叶中色素的提取和分离3 3、画滤液细线、画滤液细线要求：细、直、齐；重复23次过宽会影响分离效果【探究实践】绿叶中色素的提取和分离为了积累更多的色素，使分离后的色素带更明显层析液培养皿层析液不能没及滤液线防止色素溶解在层析液中4 4、分离绿叶中的色素、分离绿叶中的色素5 5、观察与记录、观察与记录【探究实践】绿叶中色素的提取和分离减少层析液的挥发叶绿素类胡萝卜素（含量约3/4）（含量约（含量约1/41/4）叶绿素a 叶绿素b胡萝卜素叶黄素 绿叶中的色素6 6、实验结果、实验结果滤纸条上的色素带的分布情况说明了什么？滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，他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（橙黄色）（黄色）（蓝绿色）（黄绿色）种类：胡黄ab颜色：橙黄黄、蓝绿（黄）绿含量：叶a叶b叶黄胡萝卜素【探究实践】绿叶中色素的提取和分离你记住了吗？蓝紫光色带很暗蓝紫光和红光色带很暗类胡萝卜类胡萝卜素提取液素提取液 叶绿素提取液叶绿素提取液阳光是不同波长的光组合成的复合光。在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。这四种色素对光的吸收有什么差别呢？l色素的吸收光谱及应用叶绿素溶液叶绿素溶液叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收红光和蓝紫光红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收类胡萝卜素主要吸收蓝紫光蓝紫光类胡萝卜素溶液类胡萝卜素溶液红光、蓝紫光哪去了？被色素吸收了！l色素的吸收光谱及应用色素溶液的吸收光谱l色素的吸收光谱及应用分别让不同颜色的光照射色素溶液叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱四种色素吸收的光波长是否相同？不同叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)主要吸收蓝紫光。叶绿素a和叶绿素b在哪种波长下吸收光能最多？类胡萝卜素呢？不同的色素有不同的吸收光谱，有利于绿色植物充分的吸收光能。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。为什么树叶通常呈绿色？l色素的吸收光谱及应用思考：植物工厂里为什么不用绿光作为光源？绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用制造有机物。植物工厂l色素的吸收光谱及应用四种色素吸收的光波长有差别，但都可以用于光合作用，这些色素存在细胞中的什么位置呢？l叶绿体的结构适于进行光合作用类囊体薄膜上色素分布：叶绿体除了吸收光能，还有什么功能？每个基粒都含有两个以上的类囊体，多的可达100个以上思考讨论 叶绿体的功能黑暗中：需氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位光下：分布于叶绿体所有受光部位结论：氧气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。资料1恩格尔曼的实验一恩格尔曼的实验二大量的需氧细菌聚焦在红光和蓝紫光区域？光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多的氧。实验一设计巧妙之处1、实验材料选择 和 。水绵的优点是 。需氧细菌的优点是 。2、没有空气的黑暗环境排除了 和 的干扰。3、用极细的光束照射，叶绿体分为了 和 的部位，相当于一组 。4、临时装片暴露在光下，再一次 。水绵需氧细菌叶绿体呈螺旋带状，便于观察可确定释放氧气多的部位氧气光光照多光照少对比实验验证实验结果思考讨论 叶绿体的功能极细的光束在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。思考讨论 叶绿体的功能资料2l综上所述，你认为叶绿体有什么功能？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结合其他实验证据，得出叶绿体是光合作用的场所这一结论叶绿体的结构适用于进行光合作用类囊体薄膜上分布着色素光合作用所需要的酶光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。1、光合作用的概念二、光合作用的原理自养生物自养生物例如绿色植物、蓝细菌等。例如绿色植物、蓝细菌等。异养生物异养生物 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、例如人、动物、真菌真菌及及大多数的细菌大多数的细菌。硝化细菌属于硝化细菌属于？少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但能少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但能利用环境中利用环境中某些无机物某些无机物氧化时所释放的能量来氧化时所释放的能量来制造有机物制造有机物。自养生物自养生物CO2+H2O (CH2O)+O2光能叶绿体2、光合作用的反应式：糖类CO2和H2O光叶绿体(CH2O)和O2无机物有机物原料：物质变化：产物：条件：场所：能量变化：光能化学能叶绿体如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？二、光合作用的原理1928年发现：甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。19世纪末CO2O2C+H2O甲醛l探索光合作用原理的部分实验思考 讨论糖糖由甲醛缩合而成1937年，希尔在分离的叶绿体悬浮液（有H2O，无CO2）中加入铁盐或其他氧化剂，将其分别放在阳光下和黑暗条件下，光照条件下有气泡产生；黑暗条件下无气泡产生。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称作希尔反应。O2全部来自于H2O吗？l光合作用原理的部分探索实验第一组H H2 218180 0C02H20C18O2第二组180202光照射下的小球藻悬浮液实验结论：1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2。进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件相同且适宜，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。l光合作用原理的部分探索实验光合作用产生的O2来自于H2O。1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，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。结论：在光照时，叶绿体可合成ATP。l光合作用原理的部分探索实验离体叶绿体的悬浮液光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光、无光都能反应光反应暗反应(碳反应)光合作用l光合作用的原理上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自于水。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。l光合作用的原理光合作用过程的示意图H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶PiPi ADPADPATPATP光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O O2+H+光能光能ATP的合成：ADPPi 能量（光能）ATP酶酶H H+NADPH的合成：H+NADP+2e-NADPHNADPNADP+NADPHNADPH氧化型辅酶氧化型辅酶还原型辅酶还原型辅酶色素色素场所：条件：物质变化：能量变化：l光合作用的原理光反应阶段ATP中活跃的化学能NADPH中的化学能光能 20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞的绿藻)悬液做实验。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的14CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程卡尔文循环。卡尔文的工作促进了对光合作用的认识，荣获1961年诺贝尔化学奖。【参考资料】l光合作用的原理1、描述暗反应过程2、暗反应的场所、条件、物质变化和能量变化3、与光反应区别与联系l光合作用的原理自主学习暗反应阶段（课本P104前三段文字）思考：CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的还原：ATP ADP+Pi叶绿体的基质中2C3 (CH2O)+C5酶NADPH、ATP、酶NADP+NADPH场所：条件：物质变化:能量变化:l光合作用的原理CO2C5 CO2的固定 2C3糖类ATPNADPH(CH2O)C3的还原叶绿体基质多种酶暗反应阶段ATP中活跃的化学能NADPH中的化学能糖类等有机物中稳定的化学能（卡尔文循环）光反应和暗反应的区别与联系光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶不需光、酶、H、ATP叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的还原活跃化学能光能活跃化学能稳定化学能联系光反应和暗反应紧密联系，能量变化与物质变化密不可分光反应暗反应暗反应光反应NADPH、ATPADP、Pi和NADPNADP+课堂小结类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶光反应暗反应H+NADPH酶酶能量场所：类囊体薄膜场所：叶绿体基质2、NADP+和ADP、Pi的呢？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1、NADPH和ATP的移动途径是？从类囊体薄膜到叶绿体基质不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化增加减少增加减少减少或没有生成减少或没有生成减少或没有生成增加思考：1、以上物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变后短时间内发生的。2、C3、C5含量的变化是相反的，NADPH和ATP的含量变化是一致。条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供应不变光照不变停止CO2供应 光合作用的强度：三、光合作用的应用影响因素？只要影响原料、能量的供应，都可能影响光合作用的强度。指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。CO2+H2O （CH2O）+O2光能叶绿体Mg、N等矿质元素；酶的活性受温度等影响。光照强度、光质、光照时间气体反应物作为反应物和反应的媒介；水分气孔关闭CO2供应(色素、酶）光：光照强度、光质、光照时间温度（通过影响酶活性影响光合作用）H2O矿质元素（Mg合成叶绿素）CO2的浓度外因：内因：酶的种类、数量色素的含量叶龄不同、不同植物四、光合作用强度的影响因素如果光照减弱，光合作用的强度会怎么改变呢？1.实验原理：叶片含有空气，叶片上浮。抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片会下降；光照后，叶片进行光合作用，释放O2，使细胞间隙又充满气体，叶片会上浮。2.实验变量 自变量：控制方法：因变量：观