2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1-5.4.2光合作用的原理和应用课件（29张ppt）

(共29张PPT)
5.4.2光合作用的原理和应用
光合作用
光合作用：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。
01
光合作用的原理
探究光合作用原理的部分实验
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。
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
×
O2
探究光合作用原理的部分实验
1937年，英国科学家希尔。
希尔反应：取植物的绿色叶片研磨过滤后，放到两个培养皿中，分别放在阳光下和黑暗中，阳光下的有气泡产生。
结论：有光照时，有气体产生；植物的光合作用需要光；植物在光照下产生气体。
讨论
1.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？
2.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？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。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。
能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，因此，该实验说明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。
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。
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
探究光合作用原理的部分实验
讨论
3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
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。
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。
探究光合作用原理的部分实验
探究光合作用原理的部分实验
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。
光合作用的过程
光合作用的光反应过程
ATP
ADP+Pi
酶
O2
NADP++H+
H2O
光解
光反应阶段
类囊体薄膜
NADPH
光反应过程
光、色素、酶、H2O
类囊体薄膜
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
条件：
场所：
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
NADPH
水的光解：
ATP的合成：
物质变化：
NADPH的形成：
能量转变：
（1）光反应阶段
2H2O + O2
光解
H+
NADP++H+ NADPH
光能转变为NADPH和ATP中的化学能
H+
NADP+
+
暗反应过程
场所：
叶绿体基质
条件：
酶、NADPH 、ATP、二氧化碳
ADP+Pi
ATP
NADPH
NADP+
（CH2O）
CO2
2C3
固定
C5
还原
淀粉、蔗糖
物质变化：
CO2的固定：
C5 + CO2 → 2 C3
C3的还原：
NADPH NADP+
ATP ADP+Pi
C3
（CH2O）+ C5
注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP
能量变化：
ATP、NADPH中的化学能→有机物中的化学能
光合作用的过程
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
光反应和暗反应的区别和联系
光反应 暗反应
所需条件 必须有光 有光或无光均可
进行场所 类囊体膜 叶绿体基质
物质变化 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
能量转化 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
02
光合作用的应用
探究环境因素对光合作用强度的影响
叶片含有空气，上浮
抽气
叶片下沉；
O2充满细胞间隙，叶片上浮。根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。
光合作用
产生O2
实验原理
打孔器、
3个注射器
1个100W台灯、
4个小烧杯、新鲜绿叶、
富含二氧化碳的清水、皮尺
实验器材
探究环境因素对光合作用强度的影响
探究环境因素对光合作用强度的影响
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
影响光合作用强度的因素
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
气孔开闭情况
光照强度
1.间作(几种作物同时期播种)、套种(几种作物不同时期播种)
2.轮作(几种作物轮换种植)
3.合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
应用：
A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。
C点：光合作用强度最大。C点之前限制光合作用因素是光照强度，
C点之后限制因素是CO2 、温度等
AB段：光合<呼吸
BC段：光合>呼吸
D点：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
光补偿点
光饱和点
D
CO2浓度
C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
D点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
应用：1.多施有机肥或农家肥
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等.
3.大田中还要注意通风透气.
B点 ：进行光合作用所需CO2的最低浓度
A
B
C
D
0
吸收CO2
释放CO2
CO2浓度
温度
最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
应用：1.适时播种
2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温
3.植物“午休”现象
外因——水分和矿质因素
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
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。
化能合成作用
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）
自养型
异养型
寄生、腐生、捕食
NH3
HNO2+能量
HNO3+能量
CO2+H2O
（CH2O）
能量
硝化细菌
练习
答案：D
解析：二氧化碳参与光合作用的暗反应过程，根据暗反应中二氧化碳的固定过程可知二氧化碳中的碳原子首先转移到三碳化合物中，然后暗反应进行的是三碳化合物的固定，所以碳原子又转移到有机物中，即碳原子的转移途径为：二氧化碳→三碳化合物→糖类。故选：D。
1.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是( )
A.CO2→叶绿素→ADP
B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→乙醇→糖类
D.CO2→三碳化合物→糖类
练习
2.在大棚栽培蔬菜过程中，不能提高光合作用强度的措施是( )
A.适当降低夜间温度
B.适时通风透气
C.适时增施有机肥
D.适当提高光照强度
答案：A
解析：提高光合作用强度的措施有适时通风透气、适时增施有机肥、适当提高光照强度，B、C、D不符合题意；而适当降低夜间温度不能提高光合作用强度，A符合题意。
练习
3.在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，下列说法错误的是( )
A.水中加适量冰块设置不同的温度梯度，可以探究温度对光合作用的影响
B.调节100W聚光灯与相应植物之间的距离，可以探究光照强度对光合作用的影响
C.白光透过不同颜色的玻璃纸，可以探究不同颜色的光对光合作用的影响
D.使用精密pH试纸调节pH，可以探究pH对光合作用的影响
答案：D
解析：本题考查影响光合作用的环境因素和实验方法。水中加适量冰块，可以设置不同的温度梯度，以此探究温度对光合作用的影响，A正确；调节100W聚光灯与相应植物之间的距离，可以改变光照强度大小，从而探究光照强度对光合作用的影响，B正确；白光透过不同颜色的玻璃纸，会出现不同颜色的光，可以探究不同颜色的光对光合作用的影响，C正确；使用精密叫试纸只能检测溶液的pH，不能调节pH，故无法探究pH对光合作用的影响，D错误。