生物人教版（2019）必修1 5.4.2 光合作用的原理和应用（共28张ppt）

(共28张PPT)
光合作用和原理和应用
资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家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。
探索光合作用原理
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
1
光合作用的原理
×
O2
资料2：1937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。像这样，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。
探索光合作用原理
1
光合作用的原理
讨论1.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？
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。
光照
H2O O2
叶绿体
资料2：1937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。像这样，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。
探索光合作用原理
讨论2.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？
不能。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
1
光合作用的原理
讨论3：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实验进行探究？
资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)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。然后，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。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。
探索光合作用原理
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
1
光合作用的原理
资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)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。然后，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。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。
探索光合作用原理
1
光合作用的原理
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
讨论4.分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？
场所：类囊体(有色素)
条件：必须有光
物质变化：水的光解产生氧气和H+
1
光合作用的原理
讨论5.从该实验，你能得出什么结论？
资料4：研究者为探究上述过程发生的场所和条件，进行了下述实验操作。结果表明四只试管中只有1号有气泡产生，收集后可使点燃的卫生香复燃。从4只试管取样分别加入特定的氢离子受体（如 2,6-D，一种氧化剂，蓝色染料，能被还原性物质还原成无色)，发现1号褪色。
探索光合作用原理
资料5：1954年，美国科学家阿尔农发现，当供给Pi、ADP时，会有ATP产生。同样方法处理四只试管，只有1号有ATP产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
探索光合作用原理
1
光合作用的原理
讨论6.从该实验，你能得出什么结论？
ATP的合成场所：类囊体
合成条件：需光（酶）
【小组合作】尝试构建光合作用的光反应过程示意图
1
光合作用的原理
ATP
ADP+Pi
酶
O2
NADP++H+
H2O
光解
光反应阶段
类囊体薄膜
NADPH
光反应阶段
物质变化:
能量转化:
条 件：
场 所：
水的光解：
H2O → O2+H+
光
ATP的合成：
ADP + Pi + 能量 → ATP
酶
NADPH的合成：
NADP++H++2e-→NADPH
光能→ATP和NADPH中的活跃化学能
叶绿体的类囊体薄膜
光、色素、酶
资料6：20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）做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2 ，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终证明了CO2是如何转化为有机物中的碳的。
探索光合作用原理
讨论7.卡尔文实验的结论是什么？
14CO2
小球藻
有机物的14C
结论：
光合产物中有机物的碳来自CO2
1
光合作用的原理
1
光合作用的原理
资料7： 20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。
（1）向反应体系中通入一定量14CO2，光照30S后检测到多种含14C的有机物，将光照时间缩短至几分之一秒，90%的放射性稳定地出现在一种三碳化合物(简称C3），5S左右光照后，又检测到了含有放射性的五碳化合物（简称C5）和六碳糖。
（2）实验发现，在光照条件下，突然降低CO2的浓度，
C3和C5含量有如右图变化：
探索光合作用原理
C5
C3
讨论8：请尝试分析写出CO2、C3和C5的关系式。
CO 2 C3 C5
完善光合作用的示意图。
1
光合作用的原理
2C3
CO2
（CH2O）
多种酶
参加反应
固定
暗反应阶段
叶绿体基质
还原
C5
2、暗反应阶段
物质变化:
能量转化:
条 件：
场 所：
叶绿体基质
多种酶、CO2
ATP和NADPH的分解
CO2的固定：CO2+C5→2C3
酶
C3的还原：2C3 C5+(CH2O)
酶
ATP、NADPH
ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能
能量变化：
物质变化：
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
总反应式
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
1
光合作用的原理
2
光合作用原理的应用
CO2浓度
水分
光
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
影响光合作用强度的因素
气孔开闭情况
2
光合作用原理的应用
单位时间内______________、___________、______________。
有机物的产量
CO2的消耗量
O2的产生量
光合作用强度
实验：探究光照强度对光合作用强度的影响
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
打出小圆形叶片
实验：探究光照强度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。
抽出叶片的气体
1.向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片
2.分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照
3.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。
或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。
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。
实验记录
实验结论
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
(1)光照强度
①关键点：
A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸;
B点细胞呼吸释放的CO2量=光合作用吸收的CO2量
此时的光照强度称为光补偿点;
C点时达到了光饱和点，此时光照强度增加，光合作用强度不再增加。
②关键线段：AB段光合作用的强度 细胞呼吸的强度；
BC段光合作用的强度 细胞呼吸的强度。
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>
1
光合作用原理的应用
O2
CO2
O2
CO2
净光合速率
O2的释放量
CO2的吸收量
有机物的积累、增加量
2
光合作用原理的应用
②：CO2浓度
CO2吸收量
CO2释放量
CO2浓度
A
B
C
O
D
b
c
d
总光合速率
一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增大而增大
在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。
2
光合作用原理的应用
③：温度
温度
光合
速率
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
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
2
光合作用原理的应用
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
外因④：水分和矿质元素
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
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
时间
光合
作用强度
BC段：
光照强度不断减弱
AB段：
光照强度不断增大
DE段：
【典型曲线分析】
1.AD段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是____________________；
2.DH段玻璃罩内CO2浓度下降的原因是____________________；
3.HI段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是_____________________；
4.光合速率等于呼吸速率的点是_________；
5.经过一昼夜的时间，该植物是否生长？____。判断的依据是
___________________________________________________
_________________。
思考
光合速率＜呼吸速率
光合速率＜呼吸速率
光合速率＞呼吸速率
D、H
是
I和A点相比，玻璃罩内CO2浓度减少，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。
如图是密闭玻璃罩内的植物一天中光合速率的变化曲线图。
光照下CO2的吸收量
黑暗中CO2的释放量
曲线c：净光合速率
曲线d：呼吸速率
E点：
净光合速率等于呼吸速率
总光合速率是净光合速率的2倍
曲线a、b的差值：
净光合作用强度
光合作用强度 = 呼吸作用强度
D点：
净光合作用强度为0
新陈代谢
营养类型
光能自养
6CO2+12H2O
C6H12O6+6O2+6H2O
光能
叶绿体
（光合作用）
化能自养
（化能合成作用）
NH3
HNO2+能量
HNO3+能量
CO2+H2O
（CH2O）
能量
硝化细菌
自养型
异养型
寄生、腐生、捕食
3
化能合成作用