54光与光合作用.ppt

第5章 细胞的能量供应和利用第4节 能量之源光与光合作用,人教版必修1,光能转化为细胞能够 的过程称为光合作用。,绿叶中通过什么物质捕获并转化光能呢？,太阳光中有能量，太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。,色素,利用的化学能,本节课主要目的是探究绿叶中含有几种色素和学习对色素进行提取和分离的方法,自主学习,阅读课本P97-98页的实验绿叶中色素的提取和分离,一、捕获光能的色素,1、为什么选择新鲜的绿叶？,2、无水乙醇、层析液分别有什么作用？层析液的成分主要是什么？,3、二氧化硅和碳酸钙有什么作用？,？,4、为什么要将滤液试管口用棉塞塞严？,新鲜的绿叶,无水乙醇；层析液；,二氧化硅使，碳酸钙,防止,色素含量较高,提取色素,分离色素,研磨更充分,防止色素被破坏,乙醇挥发和色素被氧化,丙酮，苯，石油醚,绿叶中色素的提取和分离（溶解法和纸层析法）,叶绿体中的色素能溶解在 中，用无水乙醇可提取叶绿体中色素。,色素的提取,实验原理,色素的分离,色素在层析液中，溶解度高的色素分子随层析液在纸条上的扩散得快，溶解度低的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得慢，因而可用层析液将不同的色素分离。,有机溶剂无水乙醇,溶解度不同,实验注意事项,1、丙酮和层析液都是（）的有机溶剂，所以研磨要快，收集的滤液要用棉塞塞住，层析时要加盖，尽量减少有机溶剂的挥发。,2、用干燥的定性滤纸，因为（）,3、滤纸条一端剪去两个角是因为滤纸条边缘扩散快，中间扩散慢，（）,4、滤液细线细、直、齐是（）,5、重复画滤液细线2-3次，是为了（）,6、层析时不要让滤液细线触及层析液，防止色素()中而无法分离,其透性好，吸收滤液较多,易挥发且有一定毒性,保证使滤液能同步到达滤液细线,防止色素带重叠而影响分离效果,积累更多的色素,溶解于层析液,滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？宽窄如何？这说明了什么？,？,(蓝绿色),(黄绿色),(橙黄色),(黄色),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）,扩散速度,含量,溶解度,最快,较快,较慢,最慢,最少,较少,最多,较多,最高,较高,较低,最低,叶绿素由C、H、O、N、Mg构成,色素吸收的光谱,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,叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱,叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。红光有利于糖类的合成，蓝光有利于蛋白质、脂肪的合成。,叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，再加上叶绿素含量多，所以叶片才呈现绿色。,2、温室或大棚种植蔬菜应选择什么颜色的塑料薄膜？,1、叶片为什么往往是绿色的呢？,可以选择有色薄膜，比如红色或蓝色的薄膜，只允许红光或蓝光通过。还可以选择无色透明塑料薄膜可以通过所有波长的可见光（波长为400-700），光合效率最强。,3、秋季植物叶变黄、变红是什么原因？,秋季,气温降低,叶绿素分解，叶片中的叶黄素、胡萝卜素开始显露；形成了花青素，花青素遇酸变红,自主学习,阅读课本P99-100页的叶绿体结构和叶绿体功能的实验,二、叶绿体的结构和功能,1817年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布情况。,1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。,小资料,基粒,外膜,内膜,基质,类囊体,(有色素和酶),(内囊体堆叠，含有酶),双层膜；类囊体堆叠成基粒增大膜面积；基质中也有酶，还有少量的DNA和RNA,内囊体薄膜上含有吸收、传递、转化光能的色素,叶绿体存在于叶肉细胞、茎幼嫩组织、保卫细胞,使用：水绵,好氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察,恩格尔曼实验1880年，(美）,资料分析：叶绿体的功能,1,装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。,装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的周围。,氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。,2,结论：,叶绿体的被光束照射到的部位是光合作用的场所,结论：,现象：,现象：,没有空气黑暗,极 细 光 束,完 全 光 照,氧气是叶绿体释放出来的。叶绿体是光合作用的场所。光合作用需要光能,结论:,恩吉尔曼实验,1、为什么水绵是合适的实验材料？2、他是如何控制实验条件的？,水绵具有细而长的叶绿体，便于观察,A、选用黑暗、无空气的环境：排除环境中光线和氧气的影响,B、选用极细的光束，并用好氧细菌检测，准确判断释放O2的部位,讨论：此实验在设计上有什么巧妙之处？分以下几个问题：,C、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。,三、光合作用的探索历程,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并且释放出O2的过程。,1、光合作用的概念,2、光合作用的实质,合成有机物，储存能量,1.英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是？,2.荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么？德国科学家梅耶得出了什么结论？,？,植物可以更新空气，但没有发现光的作用。,英格豪斯：植物更新空气需要光，并且只有绿叶才有这个功能,梅耶：光能转变为化学能储存起来了。,3.德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么？,光合作用的产物有淀粉的生成,4.鲁宾和卡门的同位素标记法的探究实验过程及所证明什么问题？,光合作用释放的氧气来自于水的分解,反应条件：反应场所：反应物：生成物：能量变化：,光能等,叶绿体,CO2，H2O,有机物，O2,光能化学能,四、光合作用的过程,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,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,H2O,类囊体膜,酶,光反应阶段,光、色素、酶、水,叶绿体的类囊体薄膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,场所：,条件：,物质变化,能量变化,进入叶绿体基质，参与暗反应,供暗反应使用,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,叶绿体基质多种酶,糖类+H2O,卡尔文循环,暗反应阶段,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,H、ATP、酶、CO2,场所：,条件：,物质变化,能量变化,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,叶绿体基质多种酶,糖类+H2O,H,比较光反应、暗反应,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、H2O,CO2、多种酶、H、ATP,叶绿体类囊体薄膜上,叶绿体基质中,水的光解；ATP的生成,CO2的固定；C3的还原,光反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。,讨论：条件变化时，各种物质合成量的动态变化。,增加,减少,减少或没有,减少或没有,减少,增加,增加,增加,减少,增加,减少或没有,增加,增加,减少,减少,增加,H2O2H+1/2O2,水的光解：,ATP的合成：,暗反应,总结,光反应,特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物,总结,光反应,CO2的固定：,CO2的还原：,原料和产物的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径,碳的转移途径,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,（CH2O）,光合作用的意义,为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质,为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量,维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。缓解温室效应,总之，从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。,形成臭氧，保护地球生物,自养生物,以光、CO2、H2O等无机物为原料合成糖类等有机物，且有机物中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物、许多微生物。,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。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌、硫细菌、Fe细菌。,光能自养生物,化能自养生物,生长时能以简单的无机物作为营养物质，称为自养型生物,新陈代谢,同化作用（把非己变成自己）,异化作用（把自己变成非己）,自养型,异养型,需氧型,厌氧型,红螺菌的同化作用属于兼性营养型,酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型,光能自养型,化能自养型,植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。,光合作用强度概念,影响光合作用强度的因素,植物自身因素(植物种类、不同生长阶段、酶的种类和数量、叶面积指数、叶龄),环境因素：光（强度、光质、时间长短）、温度、水分、CO2浓度、矿质元素,光合作用原理的应用,光合作用速率(光合速率）,单位时间、单位叶面积吸收的CO2的量或放出O2的量，称为光合作用速率，简称为光合速率,一般测定光合速率的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数，称为表观光合速率或净光合速率。即表观（净）光合速率+呼吸速率=总（真正）光合速率。一般通过吸收的CO2的量或放出O2的量来测定。,探究：环境中影响光合作用强度的因素,实验原理：利用真空渗水法排除叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合作用的过程中植物吸收CO2并排除O2，产生O2的多少与光合作用的强度密切相关，O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内叶片上浮的数量及时间长短，来比较光合作用的强弱。,间接测O2生成速率，来比较不同光照强度和不同CO2浓度条件下光合作用的强度。,实验方法,新鲜腊梅叶片，打孔器，注射器，40W台灯，100ml烧杯，镊子，NaHCO3溶液，一次性纸杯，标签纸，清水等,材料用具,实验步骤：1.用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片（避开叶的主脉）,2.用注射器连抽几次抽出叶片中的气体，使叶片沉入水底,3.将气体逸出的叶片放入一次性杯中保存,4.将3个烧杯编号后，分别加入2个40ml NaHCO3溶液、1个40ml清水，并各放入10片抽去气体的叶片,5.按实验记录表进行操作,6.记录实验数据,实验结果,实验反思：实验变量梯度太大，组别少，因此误差大，应分别对不用因素进行探究，且应有平行试验。,影响光合作用的各种因素,注意P、Q点的含义,内因：外因：,基因决定酶种类数量不同,影响光合作用因素总结,两种表示方法有什么区别呢？,1.光,光照强度,ABC点以及AB段、BC段各代表的意义，？,A:光照强度为0,只进行细胞呼吸,释放的CO2量表明呼吸强度,B:光合作用强度呼吸作用强度,呼吸释放的CO2全用于光合作用,C:光合强度最大点，C点以后限制光合作用的不再是光照强度,（光饱和点）,AB段:随光照增强,光合作用逐渐加强,此段呼吸强度光合强度,（呼吸强度）,（光补偿点）,BC段:随光照增强,光合作用逐渐加强,此段光合强度呼吸强度,光照强度对光合速率的影响,光,阳生植物,阴生植物,（呼吸强度）,（光补偿点）,（光饱和点）,阴生植物的光补偿点、光饱和点阳生植物,受光影响,受CO2、酶或其他因素限制,应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,一天的时间,光合作用速率,O,光照强度,12,14,10,光合作用速率与光照强度、时间的关系,夏天一天中日照强度与光合作用速率的关系,日变化(光照时间)：一般与太阳辐射的进程相符合。,光合作用速率（夏天）,O,光照强度（夏天）,12,14,10,一天的时间,光合作用速率与光照强度、时间的关系,春天一天中日照强度与光合作用速率的关系,应用：控制好光强、光照时间,措施：,大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上；根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。通过轮作,延长光合作用时间,哪一株植物生长状况更好?,光质,温室大棚一般使用无色透明玻璃,呼吸量,影响光合作用的因素光照面积,合理利用光能的方法,1、套种、复种：延长光合作用时间,2、间种、合理密植：增加光合作用面积,3、防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长,2.温度,能,AB段:(在一定范围内)随温度的升高,光合作用逐渐加强,B点:光合作用中酶的最适温度,BC段:酶活性降低,光合速率下降,若温度过高,酶失活停止光合作用,生活在寒带地区的植物能否正常进行光合作用？。,AB段、BC段、B点各代表？,？,一般植物在1035下正常进行光合作用,应用措施：（1）大田中适时播种（2）温室栽培植物时，冬天适当增温，夏天适当降温；白天调到最适温度或适当提高温度，晚上适当降温以增加昼夜温差；阴雨天白天适当降温，维持昼夜温差。,请判断图中曲线哪条代表的是光合作用、呼吸作用？净光合速率曲线怎样绘制？,3.水分,水分既是光合作用的原料和产物，又是化学反应的媒介,应用措施：合理灌溉。,植物夏季为何“午休”？,水分,水分是植物蒸腾的对象。缺水气孔关闭CO2进入受阻间接影响光合作用,4.CO2,a:CO2饱和点。光合速率不再随CO2浓度的增加而增加,CO2浓度,a,0,c,d,光合速率,呼吸速率,c:呼吸作用强度。只有呼吸，没有光合作用,d:CO2补偿点。光合作用吸收的CO2呼吸作用释放的CO2,ad段:(在一定范围内)光合速率随CO2浓度的增大而加快,A:进行光合作用所需最低外界CO2浓度B:CO2饱和点,b:CO2的补偿点,c:CO2的饱和点,ab:CO2太低，农作物消耗光合产物；bc:随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；cd:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；de:CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度（燃烧液化石油气，使用CO2发生器),措施：,多施有机肥或农家肥 大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量释放一定量的干冰或施“碳铵”(NH4HCO3),必须指出：增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”,CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,5.矿质元素,在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率,当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。,应用措施：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率。,6.叶龄,OA段幼叶。随幼叶的不断生长，叶面积增大，叶绿体增多，叶绿素含量增加，光合速率增加。AB段壮叶。叶片面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率稳定。BC段老叶。随叶龄的增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。,应用措施：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶。可降低其呼吸作用消耗有机物。,几个易混淆的概念,光能利用率,光合作用效率,光合作用速率,光合作用强度,单位土地面积上植物光合作用积累的有机物中所含的化学能，占同一期间入射单位土地面积的光能量的百分率。光能利用率=光合作用制造的有机物中的能量/种植面积内所照射的光能。,一、光能利用率,、延长光照时间、增加光合作用面积和增加光合作用效率等。其中延长光照时间是延长全年内单位土地面积绿色植物进行光合作用的时间。,提高光能利用率是发挥农作物增产潜力的有效途径,2、意义,1、概念,3、措施,、轮种、间种和套种。在一年内通过巧妙搭配各种农作物，在空间和时间上提高光能利用；增加光合作用面积是通过合理密植，通过控制叶面积指数，保证净光合速率最大，积累的光合产物最多。,二、光合作用效率,绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。光合作用效率=光合作用制造的有机物中的能量/光合作用中吸收的光能。molm2s-1（每秒每平方米叶面积吸收CO2微摩尔数）、moldm2h-1（每小时每平方分米叶面积吸收CO2微摩尔数）。,1、概念：,延长每天的光照时间、提高CO2浓度和温度，保证矿质元素的供应。,2、提高光合作用效率的措施,三、光合作用速率(光合速率）,单位时间、单位叶面积吸收的CO2的量或放出O2的量，称为光合作用速率，简称为光合速率,一般测定光合速率的方法中都没有把叶片的呼吸作用考虑在内，所以测定的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数，称为表观光合速率或净光合速率。如果把表观光合速率+呼吸速率，则得到总（真正）光合速率。,1、概念：,四、光合作用强度,植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，称为光合作用强度。,1、概念：,2、影响光合作用强度的因素,内因：个体差异、酶的种类和数量、叶龄、叶面积指数(疏密）,外因：光（强度、光质、时间长短）；CO2浓度；温度矿质元素；水分、,概念之间的联系与区别,光能利用率与光合作用效率,光合作用速率与光合作用强度,光合作用效率与光合作用速率,光能利用率与光合作用效率,光能利用率是针对单位面积土地上的植物光合作用，包括光合作用效率。,光合作用效率是针对植物本身光合作用，通常从影响植物光合作用的环境因素来分析。两者之间的关系是包含关系。,光合作用速率与光合作用强度,这两个概念没有本质区别，只是测定的角度不同。但大多数情况是测定光合作用速率,光合作用速率是针对单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量,光合作用强度是针对单位时间内制造糖类的数量，由于吸收CO2的量或放出O2的量与制造糖类的量之间具有一定的数量关系，若制造的糖类是C6H12O6时，吸收6分子CO2，可制造1分子C6H12O6,光合作用效率与光合作用速率,光合作用效率是从能量的角度计算,光合速率是从物质变化角度的测定。,1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_ 和_;形成的_和_ 提供给暗反应。,2.光合作用的实质是：把_和_转变为有机物，把_转变成_,贮藏在有机物中。,3.在光合作用中，葡萄糖是在_中形成的，氧气是在_中形成的，ATP是在_中形成的，CO2是在_固定的。,水的光解,形成ATP,H,ATP,CO2,H2O,光能,化学能,暗反应,光反应,光反应,暗反应,练一练,4、下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。图中C是_，它被传递到叶绿体的_部位，用于_。图中D是_，在叶绿体中合成D所需的能量来自_图中G_,F是_,J是_图中的H表示_，H为I提供_,2,水,H,基质,用作还原剂，还原C3,ATP,色素吸收的光能,光反应,H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖类,6.某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（）A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇 糖类 D、CO2 三碳化合物 糖类,D,5.将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是()A.上升；下降；上升 B.下降；上升；下降 C.下降；上升；上升 D.上升；下降；下降,C,