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高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4节 光合作用与能量转化综合与测试备课课件ppt
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第4节 光合作用与能量转化综合与测试备课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了影响色素合成的因素，叶绿体的结构，叶绿体的功能，光合作用的过程，外部因素内部因素，第四部分化能合成作用，营养类型，自养生物，化能自养生物，硝化细菌等内容，欢迎下载使用。
第一部分捕获光能的色素和结构
玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
实验：绿叶中色素的提取和分离
一、原理1、提取原理2、分离原理
绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。然而它们在层析液中的溶解度不同：溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，几分钟后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
思考：1、什么试剂可替代无水乙醇？ 2、层析液含有哪些物质，可由什么代替？
称取5g菠菜叶，剪碎，放入研钵中；加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
用棉塞将试管口塞紧（目的是防止乙醇挥发和色素氧化）
得到的色素提取液颜色呈淡绿色的原因有哪些?
①研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，导致溶解的色素量很；②选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少；③加入无水乙醇的量过多，导致色素溶液浓度偏小；④未加入碳酸钙或加入的量过少，导致色素被破坏，主要是叶绿素被破坏。
色素均匀扩散，更好地分离
防止层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀
细、直：使分离的色素带平整、不重叠
积累更多的色素，使分离出的色素带清晰。
笔墨中的色素会也能随层析液扩散，污染从绿叶中提取的色素
不能让滤液细线触及层析液： 防止色素溶解在层析液中， 导致实验失败观察不到色素带
防止层析液中的成分挥发(因为丙酮、苯等有毒)
（主要吸收蓝紫光和红光）
1、色素带的位置说明什么问题？2、色素带的宽窄说明什么问题？
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
温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
光照温度矿质元素水氧气遗传因素
胡萝卜素：橙黄色不饱和碳氢化合物：C40H56
叶黄素：黄色胡萝卜素衍生的醇类：C40H56O2
1. 光照光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。
2. 温度 最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。 温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。 秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
4.水（了解） 植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3. 矿质元素 氮、镁：叶绿素的组分； 铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
结构：双层膜结构的细胞器
1、选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。 （2）好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
2、设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
4、进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
3、极细的光束照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
叶绿体中的色素主要吸收红光与蓝紫光，几乎不吸收绿光
恩吉尔曼第二个实验的结果
第二部分光合作用的原理和应用
1、1648年，海尔蒙特的柳树实验
柳树增重约82kg土壤减少约0.1kg
水分是建造植物体的原料
忽略了植物能否从空气中得到什么
2、1771年，英国科学家普利斯特利
“植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气”
没有设置对照组,排除光照对实验结果的干扰。
（旁栏思考题）为什么有人认为植物也能使空气变污浊？
无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。
3、1779年, 荷兰的科学家英格豪斯（500多次试验）
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功； 植物体只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。即：可以更新空气的是O2 ，使空气变污浊的是CO2
4、1845年，德国科学家梅耶
根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
5、1864年，德国科学家萨克斯
光合作用的产物还有淀粉。
光合作用产生的O2来自CO2还是H2O？
6、1941年，美国鲁宾和卡门（同位素标记法）
光合作用产生的O2来自于H2O。
7、20世纪40年，美国卡尔文
卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
光合产物中有机物的碳来自CO2
氧气、有机物（淀粉等）
光能→ATP中活跃的化学能
CO2、多种酶、ATP、 [H]
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？
把简单的无机物转变为复杂的有机物
把光能转变成储存在有机物中的化学能
光反应和暗反应的区别与联系
CO2、ATP、 [H] 、多种酶
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
第三部分光合作用的影响因素
单位时间内______________、___________、______________。
实验：探究光照强弱对光合作用强度的影响
利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，使原来下沉的叶片上浮。根据单位时间内圆形叶片上浮的数量，间接判断光合作用强弱。
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. 将圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。这一步骤可重复几次。
3.将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全都沉到水底。
避免光合作用产生O2，使叶片上浮
4.取3只小烧杯，分别倒入20 mL富含二氧化碳的清水(事先可用口通过玻璃管向清水内吹气)。
5.分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照(3盏40W台灯分别向3个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定)。
光源会产生热量，导致温度不同，所以为了保证单一变量，应该加一个盛水玻璃柱，排除温度对实验结果的影响。
6.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强
二、建立模型 探究CO2和O2的变化情况（相对数量关系）
条件：__________
三、影响光合作用强度的因素
O2的释放量CO2的吸收量有机物的积累、增加量
O2产生、制造量CO2固定、同化、消耗量有机物制造、产生、合成量
O2消耗量CO2产生量有机物消耗量
有机物制造量 = 有机物积累量 + 呼吸有机物消耗量
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
O2产生量 = O2释放量 + 呼吸O2消耗量
CO2固定量 = CO2吸收量 + 呼吸CO2产生量
外部因素 2、CO2浓度
给某植物12小时光照，12小时黑暗处理，求一昼夜植物对CO2的吸收量。
1） V（CO2吸收）= a mg/h V（呼吸）= b mg/h
2） V（CO2同化）= c mg/h V（呼吸）= b mg/h
一定范围内，光合速率随温度升高而升高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象
B、C、D三点，哪一点淀粉含量最多？
（教材P106 二、拓展题）
N：光合酶及ATP的重要组分P： 类囊体膜和ATP的重要组分； K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分
外部因素 5、矿质元素
各种植物的光合速率变化
阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。
阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。
在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物
单位土地面积上，植物的总叶面积
在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。
内部因素 3、叶面积指数
适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积
净光合速率等于呼吸速率
总光合速率是静光合速率的2倍
光合作用强度 = 呼吸作用强度
四、光合作用强度的多因素影响
限制光合速率的因素为横坐标所示的因素，随该因素的不断加强，光合速率不断提高
横坐标所示的因素不再是限制光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因素
五、环境因素骤变对光合作用相关物质含量变化的分析方法
b与a相比，胞内___多，___少
d与c相比，胞内___多，___少
六、光合作用影响因素的实践应用
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收光能的比值
指单位土地面积上，农作物通过光合作用产生的有机物中的能量与这块土地所接受太阳能的比值
在一块地上，同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物。
在一种作物生长的后期，种上另一种作物，其共同生长的时间短。
异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌)
光能自养生物(绿色植物)
利用环境中现成的有机物来维持生命活动。
利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌。
大多数植物，蓝藻（产氧光合），硝化细菌、硫细菌、铁细菌
绿硫细菌、红硫细菌（不产氧光合）
大多数细菌，大多数动物，菟丝子
乳酸杆菌、破伤风杆菌、产甲烷杆菌，蛔虫
第五部分光合速率的测定
1、光合速率的测定方法——气体量变化法
将装置置于光照充足，温度适宜的环境中
保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
细胞呼吸会不会改变瓶内压强？
测定的是总光合还是净光合？
2、光合速率的测定方法——黑白瓶法
从某一水层取样，装入若干个等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量；把黑白瓶悬挂于原水深处。一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值。
第一部分捕获光能的色素和结构
玉米中有时会出现白化苗。白化苗由于不能进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
实验：绿叶中色素的提取和分离
一、原理1、提取原理2、分离原理
绿叶中的色素不只一种，它们都能溶解在层析液中。然而它们在层析液中的溶解度不同：溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，几分钟后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。
绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。
思考：1、什么试剂可替代无水乙醇？ 2、层析液含有哪些物质，可由什么代替？
称取5g菠菜叶，剪碎，放入研钵中；加少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10mL无水乙醇，进行迅速、充分的研磨。将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。
用棉塞将试管口塞紧（目的是防止乙醇挥发和色素氧化）
得到的色素提取液颜色呈淡绿色的原因有哪些?
①研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，导致溶解的色素量很；②选材不当，未选择新鲜绿叶或称取的新鲜绿叶量过少；③加入无水乙醇的量过多，导致色素溶液浓度偏小；④未加入碳酸钙或加入的量过少，导致色素被破坏，主要是叶绿素被破坏。
色素均匀扩散，更好地分离
防止层析液在边缘扩散过快，使色素在滤纸上扩散均匀
细、直：使分离的色素带平整、不重叠
积累更多的色素，使分离出的色素带清晰。
笔墨中的色素会也能随层析液扩散，污染从绿叶中提取的色素
不能让滤液细线触及层析液： 防止色素溶解在层析液中， 导致实验失败观察不到色素带
防止层析液中的成分挥发(因为丙酮、苯等有毒)
（主要吸收蓝紫光和红光）
1、色素带的位置说明什么问题？2、色素带的宽窄说明什么问题？
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
温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充光源？
光照温度矿质元素水氧气遗传因素
胡萝卜素：橙黄色不饱和碳氢化合物：C40H56
叶黄素：黄色胡萝卜素衍生的醇类：C40H56O2
1. 光照光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件。植物在缺光条件下影响叶绿素形成而使叶子发黄的现象，称为黄化现象。
2. 温度 最适温度是20~30℃，最低温度约为2~4℃，最高温度为40℃左右。 温度过高或过低均降低合成速率，加速叶绿素降解。 秋天叶子变黄和早春寒潮过后秧苗变白等现象，都与低温抑制叶绿素形成有关。
4.水（了解） 植物缺水会抑制叶绿素的生物合成，且与蛋白质合成受阻有关。严重缺水时，叶绿素的合成减慢，降解加速，所以干旱时叶片呈黄褐色。
3. 矿质元素 氮、镁：叶绿素的组分； 铁、铜、锰、锌：叶绿素酶促合成的辅因子。
结构：双层膜结构的细胞器
1、选材：（1）水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。 （2）好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位。
2、设计：黑暗无空气的设计，排除了氧气和光的干扰。
4、进行黑暗(局部光照)和曝光对比实验，从而明确实验结果完全是光照引起的。
3、极细的光束照射：叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。
恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
叶绿体中的色素主要吸收红光与蓝紫光，几乎不吸收绿光
恩吉尔曼第二个实验的结果
第二部分光合作用的原理和应用
1、1648年，海尔蒙特的柳树实验
柳树增重约82kg土壤减少约0.1kg
水分是建造植物体的原料
忽略了植物能否从空气中得到什么
2、1771年，英国科学家普利斯特利
“植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气”
没有设置对照组,排除光照对实验结果的干扰。
（旁栏思考题）为什么有人认为植物也能使空气变污浊？
无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。
3、1779年, 荷兰的科学家英格豪斯（500多次试验）
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功； 植物体只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。即：可以更新空气的是O2 ，使空气变污浊的是CO2
4、1845年，德国科学家梅耶
根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
5、1864年，德国科学家萨克斯
光合作用的产物还有淀粉。
光合作用产生的O2来自CO2还是H2O？
6、1941年，美国鲁宾和卡门（同位素标记法）
光合作用产生的O2来自于H2O。
7、20世纪40年，美国卡尔文
卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
光合产物中有机物的碳来自CO2
氧气、有机物（淀粉等）
光能→ATP中活跃的化学能
CO2、多种酶、ATP、 [H]
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？
把简单的无机物转变为复杂的有机物
把光能转变成储存在有机物中的化学能
光反应和暗反应的区别与联系
CO2、ATP、 [H] 、多种酶
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
第三部分光合作用的影响因素
单位时间内______________、___________、______________。
实验：探究光照强弱对光合作用强度的影响
利用真空渗入法排除叶内细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中的溶解度很小，而在细胞间积累，使原来下沉的叶片上浮。根据单位时间内圆形叶片上浮的数量，间接判断光合作用强弱。
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. 将圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排出注射器内残留空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。这一步骤可重复几次。
3.将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全都沉到水底。
避免光合作用产生O2，使叶片上浮
4.取3只小烧杯，分别倒入20 mL富含二氧化碳的清水(事先可用口通过玻璃管向清水内吹气)。
5.分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照(3盏40W台灯分别向3个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定)。
光源会产生热量，导致温度不同，所以为了保证单一变量，应该加一个盛水玻璃柱，排除温度对实验结果的影响。
6.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强
二、建立模型 探究CO2和O2的变化情况（相对数量关系）
条件：__________
三、影响光合作用强度的因素
O2的释放量CO2的吸收量有机物的积累、增加量
O2产生、制造量CO2固定、同化、消耗量有机物制造、产生、合成量
O2消耗量CO2产生量有机物消耗量
有机物制造量 = 有机物积累量 + 呼吸有机物消耗量
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
O2产生量 = O2释放量 + 呼吸O2消耗量
CO2固定量 = CO2吸收量 + 呼吸CO2产生量
外部因素 2、CO2浓度
给某植物12小时光照，12小时黑暗处理，求一昼夜植物对CO2的吸收量。
1） V（CO2吸收）= a mg/h V（呼吸）= b mg/h
2） V（CO2同化）= c mg/h V（呼吸）= b mg/h
一定范围内，光合速率随温度升高而升高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象
B、C、D三点，哪一点淀粉含量最多？
（教材P106 二、拓展题）
N：光合酶及ATP的重要组分P： 类囊体膜和ATP的重要组分； K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分
外部因素 5、矿质元素
各种植物的光合速率变化
阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。
阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。
在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物
单位土地面积上，植物的总叶面积
在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。
内部因素 3、叶面积指数
适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积
净光合速率等于呼吸速率
总光合速率是静光合速率的2倍
光合作用强度 = 呼吸作用强度
四、光合作用强度的多因素影响
限制光合速率的因素为横坐标所示的因素，随该因素的不断加强，光合速率不断提高
横坐标所示的因素不再是限制光合速率的因素，影响因素为坐标图中所标示出的其他因素
五、环境因素骤变对光合作用相关物质含量变化的分析方法
b与a相比，胞内___多，___少
d与c相比，胞内___多，___少
六、光合作用影响因素的实践应用
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量与光合作用所吸收光能的比值
指单位土地面积上，农作物通过光合作用产生的有机物中的能量与这块土地所接受太阳能的比值
在一块地上，同时期按一定行数的比例间隔种植两种以上的作物。
在一种作物生长的后期，种上另一种作物，其共同生长的时间短。
异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌)
光能自养生物(绿色植物)
利用环境中现成的有机物来维持生命活动。
利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌。
大多数植物，蓝藻（产氧光合），硝化细菌、硫细菌、铁细菌
绿硫细菌、红硫细菌（不产氧光合）
大多数细菌，大多数动物，菟丝子
乳酸杆菌、破伤风杆菌、产甲烷杆菌，蛔虫
第五部分光合速率的测定
1、光合速率的测定方法——气体量变化法
将装置置于光照充足，温度适宜的环境中
保证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用的需求。
细胞呼吸会不会改变瓶内压强？
测定的是总光合还是净光合？
2、光合速率的测定方法——黑白瓶法
从某一水层取样，装入若干个等体积黑瓶和白瓶中，并分别测得初始溶氧量；把黑白瓶悬挂于原水深处。一段时间后，分别测出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值。
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