光合作用与能量转化PPT教学课件1

第4节光合作用与能量转化第5章细胞的能量供应和利用2020/12/222020/12/22问题探讨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。影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。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。一、捕获光能的色素和结构思考：“白化苗”能持续正常地生长吗？光合作用与细胞中的色素有关。思考：细胞哪些结构含有色素？液泡：花青素叶绿体：多种光合色素不能进行光合作用，不能持续正常地生长。只有叶绿体中的色素可以捕获光能。实验原理：1、绿叶中色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。2、绿叶中色素的分离：绿叶中的色素都能溶解在层析液中，不同的色素溶解度不同，溶解度越高的色素随层析液在滤纸上扩散速度越快。绿叶中色素的提取和分离探究·实践方法步骤：称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的二氧化硅（有助于研磨得充分）和碳酸钙(防止研磨中色素被破坏)与10ml无水乙醇。在研钵中迅速、充分地研磨。将研磨液进行过滤（单层尼龙布），及时用棉塞将试管口塞严。1、提取绿叶中的色素2、制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线。3、画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后，再重画一到两次。4、分离绿叶中的色素注意：不能让滤液细线触及层析液滤纸上的滤液细线如果触到层析液，滤液细线中的色素就会被层析液溶解，而不能在滤纸上扩散，实验就会失败。5、观察与记录胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）排序从上到下：叶绿素a色素带最宽，胡萝卜素色素带最窄说明绿叶中四种色素的含量不同，叶绿素a最多，胡萝卜素最少。叶绿素ａ＞叶绿素ｂ＞叶黄素＞胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散的快慢也不同；同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。10绿叶中的色素叶绿素类胡萝卜素（一）捕获光能的色素叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素（蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）主要吸收蓝紫光和红光主要吸收蓝紫光（约3/4）（约1/4）(3:1)(1:2)叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光叶片为什么往往是绿色的呢？实验表明：叶绿素a和b在蓝紫光和红光部分都有很高的吸收峰，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。叶绿素的吸收光谱16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)2020/12/22植物工厂里为什么不用发绿光的光源?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中制造有机物。16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)（二）叶绿体的结构适于进行光合作用这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体薄膜上。想一想：叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，有什么作用？极大地扩展了受光的面积。吸收、传递、转化光能。（只有特殊状态下的叶绿素a可以转化光能）色素的功能？内膜外膜基粒类囊体腔基质16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)现象：装片中需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。现象：装片中需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位。结论：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。1880年，恩格尔曼的实验（一）16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)现象：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。结论：叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用。蓝紫光红光1880年，恩格尔曼的实验（二）16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)2020/12/22思考·讨论1、恩格尔曼第一个实验的结论是什么？2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？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？4、综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？恩格尔曼第一个实验的结论是：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。实验材料选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用需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；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。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，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。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。16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)2020/12/22课后练习二、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、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。16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)19二、光合作用的原理和应用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。16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)20场所：动力：原料：产物：叶绿体二氧化碳、水CO2+H2O光能叶绿体（CH2O)+O2光能有机物（主要是糖类）、氧气总反应式：6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)2020/12/22探索光合作用原理的部分实验思考·讨论实验一：1937年，英国植物学家希尔（R.Hill）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、希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？2、希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？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，也没有直接观察到氧元素的转移。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。16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)223、分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？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CO2。实验二：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）思考·讨论16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)234、尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。实验三：1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。思考·讨论H2OO2+NADPH+能量光照叶绿体ADP+PiATP16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)（一）光合作用的原理光反应暗反应（碳反应）划分依据：反应过程是否需要光能16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)H2O类囊体薄膜酶ADP＋PiATP1、光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：2H2O4H++O2光能NADP+ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶条件：场所：物质变化：能量变化：光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中。H+NADPH：供还原剂、供氢、供能16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)CO2糖类五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原叶绿体基质多种酶NADPHATPCO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP、NADPH条件：场所：物质变化：能量变化：叶绿体的基质中多种酶、NADPH、ATPATP、NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)＋C5酶糖类2、暗反应阶段16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)273、光合作用的过程：叶绿体中的色素H+ADP+PiATP酶2C3C5CO2（CH2O）多种酶参加催化H2OO2光能光反应阶段暗反应阶段（类囊体薄膜上）（叶绿体基质中）光能活跃的化学能有机物中稳定的化学能NADPHNADP+酶16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)条件首先变化物质随后变化物质光照增强CO2供应不变光照减弱CO2供应不变光照不变CO2供应增加光照不变CO2供应减弱NADPH、ATP增加C3减少，C5增加NADPH、ATP减少C3增加，C5减少C5减少，C3增加C5增加，C3减少NADPH、ATP减少NADPH、ATP增加分析叶绿体中C3、C5、NADPH、ATP的动态变化16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)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、酶酶、ATP、NADPH叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的还原ATP、NADPH中活跃化学能光能ATP、NADPH中活跃化学能有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi思考·讨论光反应和暗反应的区别与联系16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)影响光合作用的因素：（二）光合作用原理的应用1、影响光合作用的内部因素：（1）光合色素的含量；（2）酶的数量和活性等；（3）C5化合物的含量。光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。16光合作用与能量转化(共43张PPT)16光合作用与能量转化(共43张PPT)2020/12/22探究·实践探究环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响方法步骤：1、取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。2、将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2～3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。3、将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。4、取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。5、向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、