2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1-5.4光合作用与能量转化课件（38张ppt）

(共38张PPT)
第四节 光合作用与能量转化（二）
——光合作用的原理
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）
叶绿素
类胡萝卜素
主要吸收蓝紫光和红光
主要吸收蓝紫光
溶解度最高、扩散最快
含量最多
绿叶色素的种类
绿叶中的色素
叶绿体结构适于光合作用
类囊体
外膜
内膜
基粒
叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构——类囊体堆叠而成。
吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上，基粒与基粒之间充满了基质。
叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大扩展了受光面积。
在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用的酶
光合作用
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，并且释放氧气的过程。
实质：合成有机物，储存能量
O2
(CH2O)
CO2
H2O
+
+
光能
叶绿体
思考：光合作用释放的氧气，是来自原料中的水
还是二氧化碳？
探索光合作用原理的部分实验
一、19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2
被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛缩合成糖。
H2O
CO2
O2
C
+
(CH2O)
二、1928年，科学家发现甲醛对植物体有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作
用转化成糖。
糖类和氧气的生成在同一个反应
甲醛
探索光合作用原理的部分实验
三、1937年，希尔发现，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。
思考：
1、希尔的实验说明了水的光解可以产生氧气，是否就说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素都来源于水？
2、希尔的实验还说明了什么？
不能
氧气的产生与糖类的合成不在同一化学反应。
+
O2
2H2O
光能
叶绿体
4H+
希尔反应：离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应
+
能量
探索光合作用原理的部分实验
四、1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中的氧气来源。
思考：
鲁宾和卡门的实验说明了什么？
光合作用产生的氧气中的氧元素均来源于水。
探索光合作用原理的部分实验
五、1954年，阿尔农用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
思考：
1、阿尔农的实验说明了什么？
2、尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应（水的光解）的关系。
在光照时，叶绿体产生了ATP。
+
能量
O2
2H2O
+
光能
叶绿体
4H+
ADP
+
Pi
ATP
探索光合作用原理的部分实验
六、1946年开始，卡尔文用放射性同位素14C标记CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的方向，称为卡尔文循环。
思考：
卡尔文的实验说明了什么？
光合产物中有机物的碳均来源于CO2。
探索光合作用原理的部分实验
时间 科学家 结论
19世纪末、1928年 多位科学家 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
1937年 希尔 水的光解产生氧气,氧气的生成与糖类的合成不是同一个反应
1941年 鲁宾、卡门 光合作用释放的氧来自水
1954年 阿尔农 在光照时，叶绿体中生成了ATP
1946年开始 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2
光合作用的原理
光合作用过程是否需要光能划分：
光反应阶段、暗反应阶段（碳反应阶段）
光合作用的原理
一、光反应阶段
光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行
1、场所：
3、物质变化：
4、能量变化：
叶绿体的类囊体薄膜上
2、条件：
光、色素、多种酶
2H2O
4NADPH
+
O2
光能
①水的光解：
②ATP的合成：
能量
ADP
+
Pi
ATP
+
酶
光能
ATP、NADPH中活跃的化学能
光合作用的原理
二、暗反应阶段
光合作用第二阶段的化学反应，有光没光都能进行。
1、场所：
3、物质变化：
4、能量变化：
2、条件：
叶绿体基质
有光无光均可、多种酶
CO2
2C3
+
C5
①CO2的固定：
酶
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
②C3的还原：
2C3
(CH2O)
酶
NADPH、ATP
ADP、Pi、NADP+
+
C5
光合作用的原理
光合作用的原理
光反应 暗反应
条件
场所
发生的反应
产物
能量变化
关系
光、酶、色素
叶绿体类囊体薄膜
①水的光解；②ATP的生成
NADPH、ATP、O2
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
有光无光均可、多种酶
叶绿体基质
①CO2的固定；②C3的还原
(CH2O)、ADP、Pi
→ 有机物中稳定的化学能
光反应
暗反应
NADPH、ATP
ADP、Pi、NADP+
光照下的植物如果被转移到黑暗的地方，植物体内C5化合物、C3化合物和有机物的含量会发生什么变化？
如果突然停止供应CO2给光照下的植物，此时植物体内C5化合物、C3化合物和有机物的含量又会发生什么变化？
停止光照后，光反应停止，光反应生成的NADPH和ATP减少，C3还原受阻，C3含量增多，C5含量减少，有机物含量减少
停止供应CO2，CO2的固定停止，C5含量增多，C3含量减少，有机物含量减少
第四节 光合作用与能量转化（三）
——光合作用原理的应用
叶绿体中
的色素
H2O
O2
水的光解
NADPH
供氢
光能
ATP
ADP + Pi
供能
CO2
2C3
（ CH2O ）
C5
多种酶
参加催化
还 原
光反应阶段
暗反应阶段
（在类囊体薄膜上进行）
（在基质中进行）
光合作用的原理
光合作用 有氧呼吸
条件
场所
物质 变化 有机物
气体
能量变化
光
活细胞
叶绿体
线粒体
合成有机物
分解有机物
吸CO2，放O2
吸O2，放CO2
吸能反应
放能反应
二氧化碳 + 水 有机物 + 氧气
光能
叶绿体
有机物 + 氧气 二氧化碳 + 水
光合作用：
细胞呼吸(以有氧呼吸为例)：
光合作用和有氧呼吸的区别
物质方面：
C：CO2 （CH2O） C3H4O3 CO2
O：H2O O2 H2O
H：H2O H+ （CH2O） [H] H2O
能量方面：
光能 ATP中活跃化学能 (CH2O）中稳定的化学能

暗反应
呼吸Ⅰ
呼吸Ⅱ
光反应
呼吸Ⅲ
光反应
暗反应
呼吸Ⅰ、Ⅱ
呼吸Ⅲ
光反应
细胞呼吸
暗反应
热能
ATP中活跃的化学能
用于各项生命活动
光合作用和有氧呼吸的联系
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
你还有其他表示光合作用强度的方法吗？
O2
(CH2O)
CO2
H2O
+
+
光能
叶绿体
植物单位时间内吸收CO2的量；
植物单位时间内释放O2的量
影响光合作用的因素
O2
(CH2O)
CO2
H2O
+
+
光能
叶绿体
自身因素：
影响叶绿体形成和结构的因素
环境因素
①无机营养
矿质元素：Mg 合成叶绿素
②病虫害……
①光：光照强度、光质、光照时间；
②温度；
③二氧化碳浓度；
④水分……
探究光照强度对光合作用的影响
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
检测方法：
无关变量：
要求相同且适宜
相同时间小圆形叶片浮起的数量
控制方法：
相同瓦数台灯离实验装置的距离
控制方法：
如温度，用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰
实验原理：
叶片含有空气，上浮 _______。
抽气
产生O2充满细胞间隙，叶片 。
光合作用
下沉
上浮
探究光照强度对光合作用的影响
甲
乙
丙
叶片浮起数量多
叶片浮起数量较多
叶片浮起数量少
探究光照强度对光合作用的影响
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作
用强度也不断增强。
项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮
起数量
甲 10片 20 mL 强 多
乙 10片 20 mL 中 中
丙 10片 20 mL 弱 少
实验结论：
探究光照强度对光合作用的影响
实验结果：
随着光照强度不断加强，光合作用不断加强，到C点不再加强，称C点对应的光照强度为光饱和点。
光照强度增大，光合作用逐渐加强，CO2的释放量逐渐减少（有一部分用于光合作用），此段细胞呼吸强度＞光合作用强度。
光照强度
O
光补偿点
光饱和点
单位
时间
CO2吸收量
净光合速率
总光合速率
B
A
C
光补偿点，即光合作用强度＝细胞呼吸强度（细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用）。
光照强度对光合作用的影响
A点：
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
AB段：
B点：
BC段：
呼吸速率
光照强度对光合作用的影响
光照强度
O
单位
时间
CO2吸收量
光补偿点
光饱和点
B
A
C
应用：
②阴雨天温室大棚中适当提高光照强度可以增加光合作用强度。
①阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低。间作套种时应注意农作物的种类搭配；
温度对光合作用的影响
AB段：随温度的升高而逐渐加强；
BC段：光合酶活性下降，光合作用开始下降，50℃左右光合作用停止。
应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；
夏天，温室栽培可适当降低温度。
白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；
晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。
CO2浓度对光合作用的影响
应用：①大田生产时“正其行，通其风”；
②增施有机肥；
③温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍相连。
在一定范围内随CO2浓度的增加光合作用增强，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用强度不再增强。
图1中A点、图2中的A′点表示光合作用强度等于细胞呼吸强度，此浓度为CO2补偿点。图1中的B与图2中B′都表示CO2饱和点。
水分对光合作用的影响
水是光合作用的原料，间接影响光合作用。
缺水
气孔
关闭
限制二氧化碳进入叶片
光合作用受影响
应用：炎热的夏天中午，可以适当
地给植物进行遮阴。
N：光合酶及ATP的重要组分
P：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
例如：N，P，K，Mg等
应用：适时、适量施肥。
矿质元素对光合作用的影响
多因子对光合作用的影响
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
化能合成作用
例如： 硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量
CO2+H2O （CH2O）+O2
硝化细菌：
自然界中的少数种类的细菌，能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
随堂检测
1．如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物 叶片光合作用强度变化曲线。分析曲线图并回答问题。
（1）7-10时的光合作用强度不断增强的原因是__________________________________。
（2）10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是________________________________
__________________________________。
（3）14-17时左右的光合作用强度不断下降的原因是___________________。
（4）从图中可看出影响光合作用的因素有_________________________。
光照强度逐渐增大
此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，使光合作用暗反应受抑制
光照强度不断减弱
光照强度、温度
2．光照强度、温度、二氧化碳浓度等均会影响光合速率，从而影响作物产量。下列措施中，与应用光合作用原理来提高产量无关的是（ ）
A．合理密植，使作物的叶片充分接受光照
B．增加光照强度，提高光合作用的效率
C．降低夜间温度，减少有机物的消耗
D．大棚作物施农家肥，增加原料二氧化碳
随堂检测
C