第五章第四节 光合作用的原理和应用

(共73张PPT)
一、光合作用的概念：
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能量的有机物，并且释放氧气的过程。
二、光合作用的探究历程
一粒种子可以长成参天大树,植物是如何进行物质积累的
实验1：1648年海尔蒙特(比利时)
柳树实验: 把一棵2.3kg的柳树苗种植在一桶90.8kg的土壤中，然后只用雨水浇灌而不供给任何其他物质，5年后柳树增重到76.7kg，而土壤只减轻了57g。
植物的物质积累来自水
实验2：1771年（英）普里斯特利
普利斯特利实验
结论:
植物可以更新空气
一段时间后
一段时间后
从对照实验的角度分析，普利斯特利的实验设计是否严谨？
若不严谨？应怎样补充完善实验？
设置空白对照
实验3：1779年，荷兰的英格豪斯
500次植物更新空气实验
结论：植物体的绿叶在光下才能更新空气。
1845年，梅耶（德）:
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，把光能转变成化学能储存起来
实验4：1864年，萨克斯(德)
（置于暗处几小时）
思考：目的是什么？
一半遮光
一半曝光
消耗掉叶片中的营养物质
实验
对照
暗处
曝光
消耗营养
碘蒸气
绿色叶片
绿色叶片
暗处
消耗营养
遮光
碘蒸气
1、绿色植物的叶片在光合作用中产生了淀粉
2、光合作用需要光
实验5：1880年，恩格尔曼（美）
隔绝空气
黑暗，用极细光束照射
完全暴露在光下
水绵和好氧细菌的装片
1、氧是由 叶绿体释放出来的，
叶绿体是光合作用的场所。
2、光合作用需要光照
恩吉尔曼实验的结果
分析：这一巧妙的实验说明了什么？
好氧型细菌
水绵
实验6：20世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的同位素标记实验：
证实:光合作用释放的氧气来于水
C18O2
O2
CO2
18O2
H2O
H218O
光照下的
球藻悬液
光合作用释放的O2到底是来自H2O ，还是CO2呢？
实验7：20世纪40年代美国科学家卡尔文用14C标记的14CO2追踪其放射性探明：
CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径——卡尔文循环
CO2
碳的同位素 C
14
CO2
14
( CH2 O)+O2
CO2+ H2O
14
光能
叶绿体
请按时间先后顺序排列下列事件：
①德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
②美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法，证明光合作用释放的氧气全部来自参加反应的水
③英国科学家普利斯特利指出植物可以更新空气
④美国科学家恩格尔曼用水绵做实验，证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
A ①②③④　　B ④③②①　　
C ③①④② D ③④①②
.在光合作用实验里，如果所用的水中有0.2%的水分子含18O，CO2中有0.68 %的CO2中含有18O，那么，植物进行光合作用释放的O2中，含18O的比例为( )
(A)0.2% (B) 0.44 %
(C) 0.68 % (D) 0.88 %
A
三、光合作用的过程：
CO2 +H2O *
1、总反应式:
2、过程：（包括两个阶段）
1）.光反应
2）.暗反应
叶绿体
光能
(CH2O)+O2*
色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
[H]
酶
吸收
光解
光反应
1）光反应：
1.水的光解：
2H2O → 4[H]+O2
酶
光
2.ATP的形成
ADP+Pi → ATP
酶
光能
能量变化:
光能转变成ATP中的活跃的化学能
物质变化:
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
能
固定
还原
酶
暗反应
2）暗反应：
1.CO2的固定
CO2+C5 → 2C3
酶
2.C3的还原
能量变化:
ATP中活跃的化学能转变成有机物中的稳定的化学能
2C3 (CH2O)
[H] ATP
酶
C5
物质变化:
光合作用的过程
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
酶
酶
（CH2O）
CO2
吸收
光解
酶
光反应
暗反应
［H］
供氢
固定
还原
光反应阶段 暗反应阶段
进行部位
条件
物质
变化
能量变化
联系
叶绿体基粒囊状结构中
叶绿体基质中
光、色素和酶
ATP、 ［H］、多种酶
光能转变成活跃的化学能（ATP）
活跃的化学能变成稳定的化学能
光反应为暗反应提供［H］和ATP
暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
水的光解2H2O→4[H]+O2
合成ATP ADP+Pi → ATP
光
酶
光能
CO2的固定CO2+C5 →2C3
C3的还原2C3 → → (CH2O)
酶
酶
ATP [H]
光
3、光反应和暗反应的比较
四、光合作用的本质
将无机物合成有机物
把光能转变成化学能储藏在有机物中
五、光合作用的重要意义
⑴为包括人类在内的几乎所有生物
的生存提供了物质来源和能量来源
⑵维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
⑶促进生物进化
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
请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？
停止光照
光反应停止
请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？
[H] ↓
ATP↓
还原受阻
C3 ↑
C5 ↓
CO2 ↓
固定停止
C3 ↓
C5 ↑
（CH2O）减少
[H] ↑
ATP↑
（CH2O）减少
条件 C3 C5 [H]、ATP （CH2O）
停止光照
CO2供应不变
突然光照
CO2供应不变
光照不变
停止CO2供应
光照不变
CO2供应增加
光照不变
CO2供应不变
（CH2O）运输受阻
六、影响光合作用的因素及其在生
产实践上的应用
影响光合作用的环境因素：
① 光
② 二氧化碳的浓度
③ 温度
④ 水
⑤ 矿质元素等
植物自身因素
在一定范围内，光照越强，光合作用速率随光照强度的增强而加快；超过一定范围，再增加光照强度，光合作用速率不再加快
⑴ 光照强度:
CO2
吸收量
CO2
释放量
光照强度
1、光
a
b
c
CO2
吸收量
CO2
释放量
光照强度
呼吸速率
光饱和点
光补偿点
净光合速率
总光合速率
真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
b
c
a
表示方法：
净光合速率：
用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示
真正（实际）光合速率：
用O2产生量、 CO2固定量或有机物产生量表示
测定方法：
呼吸速率：
将植物置于黑暗中，测定实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
净光合速率：
将植物置于光下，测定实验容器中O2增加量、 CO2减少量或有机物增加量
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
阳生植物
阴生植物
B：光补偿点
C：光饱和点
应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。
C
光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物 阴生植物
>
一天的时间
光合作用效率
O
光照强度
12
13
11
光合作用效率与光照强度、时间的关系
A
B
C
D
E
10
15
14
生产上的应用：
1、适当提高光照强度（阴生、阳生植物的光强不同）
2、增加光合作用面积
3、延长光合作用时间
温室中人工光照
合理密植
间作套种
轮作
已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为250C和300C，下图表示250C时光合作用与光照强度的关系。若温度升到300C （原光照强度和CO2浓度不变），理论上图中相应点a、b、c移动方向分别为：
A 下移、右移、下移
B 下移、左移、下移
C 上移、左移、上移
D 上移、右移、上移
红光＞蓝紫光＞绿光
⑵光质:
光质也影响光合速率,通常复色光 （白光）下光合速率最高；红光下光合速率较快,蓝光次之,绿光最差.
生产上应用：
1、温室大棚使用无色透明的玻璃
2、若要降低光合作用，则用有色玻璃如
红色玻璃绿色玻璃等
光合作用是在酶的催化下进行的,温度直接影响酶的活性.
一般植物在10～35 ℃下正常进行光合作用,其中AB段(10～35 ℃)随温度的升高而逐渐加强,B点(35 ℃)以上酶的活性逐渐下降,光合作用开始下降,50 光合作用完全停止.
10
20
30
40
50
温度℃
光合速率
2、温度
A
B
C
2、温度
在一定范围内，光合作用速率随温度升高而加快；B点是提高光合速率的最适温度；超过B点以后，光合速率随温度的升高而下降，原因是温度过高会使酶活性下降
应用：
1、适时播种
2、温室栽培农作物时：
1）冬天，可适当提高温度；夏
天，可适当降低温度。
2）增大昼夜 温差（白天适当提
高温度，晚上适当降低温度）
3、二氧化碳浓度：
在一定范围内，光合作用速率随二氧化碳浓度增大而加快；但达到一定浓度时，再增加二氧化碳浓度，光合作用速率也不再增加，甚至减弱（细胞呼吸抑制）
A点：
CO2补偿点
B点：
CO2饱和点
..CO2补偿点.....CO2饱和点
............降低.......... 增高
光照增强
光照减弱
............增高.......... 降低
应用：
1、大田：“正其行，通其风”
2、施用有机肥
3、投放干冰或二氧化碳发生器
N：光合酶及[H]和ATP的重要组分
P：[H]和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
4、矿质营养
应用：
合理施肥
5、水 　　水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质。另外，水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体，缺水还会引起淀粉水解加快,可溶性糖过多,光合产物输出缓慢.所以水对光合作用影响很大，生产上，应合理灌溉，预防干旱
应用：
预防干旱，合理灌溉
6、 叶龄
叶片的光合速率与叶龄密切相关。幼叶净光合速率低；叶片全展后，光合速率达最大值；叶片衰老后，光合速率下降。
叶龄
C
D
影响光能利用率的因素在生产中的应用：
延长光合作用时间
增加光合作用面积
光能利用率
光合作用效率
( 轮作 )
( 合理密植：间种、套种 )
1、光照强度、光质
2、CO2浓度
3、温度
4、矿质元素（ 合理施肥）
5、水（ 合理灌溉）
实验原理：
　　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，结果使原来下沉的叶片上浮，根据上浮所需的时间长短，即能比较光合作用的强弱。
七、探究环境因素对光合作用的影响
观察与记录
一、不同光照强度对光合作用的影响
烧杯 光照
（日光灯） 距离 光照强度 叶子圆片上浮所需时间
第一片 第二片 第三片 第四片
1 40W 5CM
2 40W 30CM
3 40W 50CM
结论：
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增强而增强
五、光合作用和呼吸作用中的化学计算
光合作用反应式：
6CO2＋12H2O→C6H12O6＋6O2＋6H2O
呼吸作用反应式：
有氧：C6H12O6＋6O2＋6H2O→ 6CO2＋12H2O
无氧：C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2 (植物)
实测CO2吸收量
＝光合作用CO2吸收量-呼吸作用CO2释放量
实测O2释放量
＝光合作用O2释放量-呼吸作用O2消耗量
化能合成作用
自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中某些无机物释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用。
2、硝化细菌是生活在土壤中的一种细菌，它的同化作用过程如下：思考其同化作用的类型是什么？
2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+ O2
硝化细菌
2HNO3+能量
CO2 + H2O
2NH3+3O2
硝化细菌
（CH2O）+ O2
　　进行光合作用和化能合成作用的生物都是自养型生物，而只能利用环境中现成的有机物来维持自身生命活动的生物是异养型生物．
化能自养需氧型
【例题1】测定植物光合作用的速率，最简单有效的方法是测定：
A.植物体内葡萄糖的氧化量
B.植物体内叶绿体的含量
C.二氧化碳的消耗量
D.植物体内水的消耗量
【例题2】如果做一个实验测定藻类植物是否完成光反应,最好是检测其:
A.葡萄糖的形成
B.淀粉的形成
C.氧气的释放
D.CO2的吸收量
练一练
1、光合作用中光反应阶段为暗反应阶段提供了（ ）
A．O2和C3化合物
B．叶绿体色素
C．H20和O2
D．[H]和ATP
D
2、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（ ）
A、[H]
B、五碳化合物
C、ATP
D、二氧化碳
B
3、 光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行 光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
D
A．曲线AB段表示绿色植物没有进行光合作用
B．曲线BD段表示绿色植物仅进行光合作用
C．在B点显示绿色植物光合作用和呼吸作用
的速率相等
D．整段曲线表明，随光照强度的递增，光合
作用增强，呼吸作用减弱
4.如图为原来置于黑暗环境中的绿色植物曝于光下后。根据其吸收CO2量制成的曲线。下列叙述正确的是( )
C
5．下图曲线表示农田中Ⅰ昼夜温度变化；Ⅱ光照强度；Ⅲ植物吸收CO2的变化，请判断下列说法中不正确的是
A. 在Ⅲ曲线与时间轴交点c和e时，光合作用吸收的CO2和呼吸作用释放的CO2量相等。
B. a点的形成是由夜间的低温造成的
C. 在从时间轴上的c点开始合成有机物，到e点有机物的合成终止。
D. 增大曲线Ⅲ与时间轴所围成的正面积措施包括提高光照强
C
6．在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光
合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某
种C3植物能更有效的利用CO2，使光合产量高于m点的
选项是：
A.若a点在a2，b点在b2时 B.若a在a1，b在b1时
C.若a点在a2，b在b1时 D.若a在a1，b点在b2时
D
7.图5-20表示光强度和温度对同一植物光合作用的影响，请分析说明：
(1)图中的A、B比较，_________的光强度较高，判断依据是__________。
(2)图中X段的光合速率受__________影响；Y段光合速率差异是受____________影响。
(3)当温度是限制因素时_______________的变化影响光合作用速率。
A
相同温度时，A的光合速率较高
光强度
温度
光强度
玉米和大豆间作套种
年代 科学家 结论
1771 普利斯特利 植物可以更新空气
1779 英格豪斯 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1845 R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864 萨克斯 绿色叶片光合作用产生淀粉
1880 恩格尔曼 氧由叶绿体释放出来，叶绿体是光合作用的场所
1939 鲁宾 卡门 光合作用释放的氧来自水
20世纪40代 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2
一、光合作用探索历程
光反应过程:
条件:
光、色素、酶、ADP、Pi、NADP+
场所:
叶绿体类囊体薄膜上
暗反应
条件:
不需光、酶、ATP、 [H]
场所:
叶绿体基质
2）暗反应：
用于光合作用的水只占蒸腾失水的1%，因此，缺水影响光合作用主要是间接原因。 （1）气孔关闭 气孔运动对叶片缺水非常敏感，轻度水分亏缺就会引起气孔导度下降，导致进入叶内的CO2减少。 （2）光合产物输出减慢 水分亏缺使光合产物输出变慢，光合产物在叶片中积累，对光合作用产生反馈抑制作用。 （3）光合机构受损 中度的水分亏缺会影响PSII、PSI的天线色素蛋白复合体和反应中心，电子传递速率降低，光合磷酸化解偶联，同化力形成减少。严重缺水时，甚至造成叶绿体类囊体结构破坏，不仅使光合速率下降，而且供水后光合能力难以恢复。 （4）光合面积减少 水分亏缺使叶片生长受抑，叶面积减小，作物群体的光合速率降低。 水分过多也会影响光合作用。土壤水分过多时，通气状况不良，根系活力下降，间接影响光合作用。