5.4.2 光合作用的原理和应用（2019人教版生物必修1课件）(共33张PPT)

(共33张PPT)
第五章 细胞的能量供应和利用
5.4.2光合作用的原理和应用
（第1课时）
本节目标
01
光合作用的原理
光合作用原理的应用
02
课堂导入
1
万物生长靠太阳
雨露滋润禾苗壮
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
一、光合作用
概念
反应式
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
表示糖类
自然界中到处都有二氧化碳、水和阳光，然而能够利用它们合成有机物的却只有能进行光合作用的细胞。完成这一神奇过程的就是叶绿体。
类囊体
外膜
内膜
基粒
探究光合作用原理的部分实验
十九世纪前
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
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
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。
离体的叶绿体悬浮液
铁盐
（或其他氧化剂）
O2
希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
结论：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
O2
18O2
C18O2
H2O
CO2
H218O
光照射下的小球藻悬浮液
1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法研究了光合作用中O2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：
结论
1954年，美国阿尔农等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。
A组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi；
结果叶绿体中可以生产ATP
B组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi；
结果叶绿体中不生产ATP
结论
在叶绿体中，有光存在的情况下，ADP与Pi结合生成ATP，即在光下叶绿体内同时进行两个反应
探究光合作用原理的部分实验总结
年代 科学家 结论
十九世纪末 / 甲醛→糖 甲醛对植物有毒
1928年 / 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
1941年 鲁宾和卡门 利用同位素示踪法确定，光合作用氧气来自于水
1954年 阿尔农 光照下叶绿体合成ATP
1957年 阿尔农 这一过程总是与水的光解相伴
二、光合作用过程
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
光反应（光合作用第一阶段）
暗反应（光合作用第二阶段）又称碳反应
划分依据:反应过程是否需要光能
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
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，这个阶段叫做光反应阶段。
光、色素、酶
叶绿体中类囊体的薄膜上
（有光反应阶段所需的色素和酶）
将光能转变为活跃的化学能，释放出O2
概念
条件
部位
实质
物质变化
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
H2O
类囊体薄膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H+
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
光反应阶段
O2
暗反应阶段
条件
多种酶。暗反应在有光、无光时均能进行
部位
叶绿体基质中
过程
绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5（一种五碳化合物）结合，这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子。在有关酶的催化下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与CO2的固定。这样，暗反应就形成从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。
暗反应阶段
实质
暗反应的实质是同化CO2，将活跃的化学能转化成稳定的化学能，储存在有机物中。
NADPH
过程
CO2的固定：CO2+C5 2C3
C3的还原：2C3 （CH2O）+C5
酶
ATP、酶
过程
酶
ATP、酶
NADPH
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
光合作用总过程：
NADP+
NADPH
光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系，缺一不可
联系：
光反应阶段为暗反应阶段提供 ，暗反应阶段产生的 为光反应阶段合成ATP提供原料。
光合作用过程中各元素的去向：
6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O
光能
叶绿体
光反应和暗反应的比较
光反应 暗反应
区别 所需条件
进行场所
物质变化
能量转化
联系 物质变化上的联系 能量转化上的联系 必须有光
有光或无光均可
类囊体薄膜
叶绿体基质
水光解为O2和H+;ATP和NADPH的合成
CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解
光能转化为ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH;
暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+
讨论
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少或
没有生成
减少或
没有生成
减少或
没有生成
增加
叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
光合作用原理的应用
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，又称光合速率。
1）光照
2）温度
3）二氧化碳浓度
4）水分
5）矿质元素
影响光合作用强度的因素：
光合作用的强度：
探究光照强度对光合作用的影响实验视频
探究二氧化碳对光合作用速率的影响实验视频
光照强度对光合作用强度的影响
(1)A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？其释放量的含义是什么？
答：A点时，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。
光照强度对光合作用强度的影响
(2)B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。
答：B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此点为光补偿点。
光补偿点
光照强度对光合作用强度的影响
(3)C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？
答：当达到C点后，光合作用不再随光照强度的升高而增加，称之为光饱和点。
CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，CO2吸收量达到最高后的主要限制因素为温度和CO2浓度。
光饱和点
　 光合作用整套机构对温度比较敏感，温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。
呼吸作用
光合作用
温度
吸收或释放量
CO2
0
温度对光合作用强度的影响
温室栽培中，可适当提高白天温度，适当降低夜间温度，从而提高作物产量（有机物积累量）。
农田里的农作物应增施有机肥
温室中可增施有机肥或使用CO2发生器等。
CO2浓度对光合作用强度的影响
在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而____________；
但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也____________。
增加
不再增加
光照强度
0
CO2吸收
CO2释放
A
B
C
阳生植物
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
净光合
总光合
（B：光合=呼吸）
（C'：光合速率开始达到最大时外界的光照强度）
（限制因素：CO2浓度、温度等）
C'
（B1：阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强）
（AB：光<呼）
（BC：光>呼）
呼吸
1、延长光照时间、增加光照强度、选择适当的光源；
2、白天适当增加温度，夜间适当降低温度；
3、适当提高CO2的浓度（施用农家肥）；
4、合理灌溉，提供适当水分;
5、合理施肥，提供必要的矿物质元素；
6、农作物间距合理(合理密植）。
增加农作物产量的几点做法：
光合作用的意义
①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源.
②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源.
③维持了大气成分的基本稳定
自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物
异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物
生物
例如：硝化细菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
化能合成作用
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。
氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸，这两个反应释放出的化学能，被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类。
课堂小结
课堂精练
判断题
（1）光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上（ ）
（2）高等绿色植物白天进行光反应，夜晚进行暗反应（ ）
（3）光反应为暗反应提供NADPH和ATP（ ）
（4）光合作用产生的O2中的O来自CO2和H2O（ ）
（5）绿色植物进行光合作用的能量来源于光能（ ）
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