生物人教版（2019）必修1 5.4.2光合作用的原理和应用（共42张ppt）

(共42张PPT)
这款“一叶子概念车”的动力原理是什么？
它为什么不使用汽油呢？
请总结光合作用的概念和总反应式（教材P102）
5.4.2 光合作用的原理和应用
一、光合作用的原理
1、探索光合作用原理的部分实验
(1)19世纪末
(2)1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
(3)1937年，希尔：
结论:离体叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气。
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？
答：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。
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？
答：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，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
(3)1937年，希尔：
结论:离体叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气。
(4)1941年，鲁宾和卡门:
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
①该实验用了什么科学方法？此方法有什么好处？
18O2
O2
同位素示踪法
②该实验的自变量是什么？其他变量怎么处理？
③该实验能得出什么结论？
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自于H2O。
自变量：同位素氧原子的标记位置不同
④该实验中，若只标记H2O中的O或只标记CO2中的O进行实验，能否证明光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水？
(5)1954年，阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
(6)1957年，发现这一过程总是与水的光解相伴随。
问：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
一、光合作用的原理
2、光合作用过程：
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
多种酶
①水的光解：
②ATP的合成：
①CO2的固定：
②C3的还原：
光反应为暗反应提供 ，
暗反应为光反应提供 。
类囊体薄膜
叶绿体基质
光能转化为NADPH和ATP中的活跃化学能
NADPH和ATP中的化学能转化为有机物中稳定化学能
NADPH、ATP
NADP+、ADP+Pi
联系
物质
能量
光反应为暗反应提供 ，
暗反应将活跃化学能转化为有机物中稳定化学能。
ATP中活跃化学能
原料
产物
NADPH、ATP、CO2
H2O、NADP+、ADP+Pi
NADPH、ATP、O2
(CH2O)、NADP+、ADP+Pi
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是_____,B是___,它来自于____的分解。
②图中C是____ ，它被传递到 __ _部位，用于 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自_ ___。
④图中G___,F是___,J是____ 。⑤图中的H表示_______， I表示_______，H为I提供__________。
光
H2O
B
A
C
D
E
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
NADPH
叶绿体基质
作还原剂，还原C3
ATP
光能
光反应
NADPH和ATP
色素
C5
C3
糖类
暗反应
条件
C3
C5
ATP
NADPH
(CH2O)
光照减弱、
CO2供应不变
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
当条件改变时，在短时间内C3、C5、ATP、NADPH含量变化？
减少
增加
增加
减少
光照增强、
CO2供应不变
光照不变、
CO2供应减少
光照不变、
CO2供应增加
减少
增加
增加
减少
1、步骤及操作：
(1)打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。
二、【实验】探究环境因素对光合作用强度的影响
1、步骤及操作：
(2)将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内 逸出。细胞间充满了水，浮力减小，叶片 。
气体
沉到水底
二、【实验】探究环境因素对光合作用强度的影响
1、步骤及操作：
(3)将处理过圆形小叶片放入清水中， 保存。
黑暗
问：为什么要黑暗保存？
答：防止实验前叶片光合作用产生氧气。
光照强度不同，光合作用产生 速率不同。相同时间内，叶片上浮数量 。
1、步骤及操作：
(4)取3只小烧杯，分别倒入富含 的清水。
CO2
光照下，绿色植物光合作用产生 。
O2
O2
不同
问：有哪些办法可以提高清水中CO2浓度？
1、步骤及操作：
(5)向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于
光下(三盏灯与实验装置间距离的差值不宜过小)。
强、中、弱
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
1 10片 20 mL 强
2 10片 20 mL 中
3 10片 20 mL 弱
1、步骤及操作：
(6)结果：
2、结论：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 。
记录相同时间内小圆叶 。
或记录 。
浮起相同数量小圆叶所用时间
浮起数量
多
中
少
增强
【拓展】若要探究CO2浓度对植物光合作用的影响，如何对本实验进行改造？自变量是什么？
三、光合作用的原理应用
1、光合作用强度：是指植物在 内通过光合作用制造 的数量。
★表示方法：用一定时间内 或 的数量来定量表示。
单位时间
糖类
原料消耗
产物生成
2、影响光合作用强度的因素：
(1)植物自身因素:酶的种类与数量、色素种类、叶龄等
(2)环境因素对光合作用的影响：
光照强度、光质、水分、
矿质元素（Mg合成叶绿素）；
二氧化碳浓度；
温度；
主要影响光反应
主要影响暗反应
主要影响酶的活性
光照下，我们检测到的O2量是绿色植物光合作用实际产生的总O2量吗？
表观(净)光合速率
O2
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
释放O2
（可以测得）
呼吸作用速率
O2产生量
CO2固定或消耗量
有机物的制造量
O2释放量
CO2吸收量
有机物的积累量
黑暗下O2吸收量
黑暗下CO2释放量
黑暗下
有机物的消耗量
真正光合速率
=
-
=
-
产生
固定
O2
CO2
光合速率 呼吸速率
＞
O2
CO2
只进行呼吸速率
O2
CO2
光合速率 呼吸速率
O2
CO2
光合速率 呼吸速率
﹤
﹦
原理 光照强度通过影响____反应产生ATP及NADPH的速率，进而影响____反应合成有机物的速率
曲线模型及分析 ①A点： ，
B点： ，
C点： ；
②AC段:光合速率随光照强度的增强而 ；
③C点后光合速率随光照强度的增加而 ；
④虚线所示为： 植物
应用 ①温室中可 提高光合速率； ② ，可提高对光的利用率。
2、外界（环境）因素：
（1）单因素对光合速率的影响：
①光照强度
光
暗
呼吸作用强度
光补偿点
光饱和点
光饱和点：植物达到最大光合速率所需要的最小光照强度。
光补偿点:植物达到光合速率等于呼吸速率时，所对应的光照强度。
原理 光照强度通过影响____反应产生ATP及NADPH的速率，进而影响____反应合成有机物的速率
曲线模型及分析 ①A点： ，
B点： ，
C点： ；
②AC段:光合速率随光照强度的增强而 ；
③C点后光合速率随光照强度的增加而 ；
④虚线所示为： 植物
应用 ①温室中可 提高光合速率； ② ，可提高对光的利用率。
2、外界（环境）因素：
（1）单因素对光合速率的影响：
①光照强度
光
暗
呼吸作用强度
光补偿点
光饱和点
增加
不再变化
阴生
适当增大光照强度
阴、阳生植物间作套种
2、外界（环境）因素：
点是光饱和点；
影响A点光合速率的因素是 ；
影响C点光合速率的因素是 。
B
光照强度
CO2、温度
（1）单因素对光合速率的影响：
①光照强度
AB段形成原因是 ；
C点形成原因是 .
；
DE段形成原因是 。
光照强度增强，光合速率增大
光照强度减弱，光合速率减小
温度过高，蒸腾作用强，为减少水分散失，气孔大量关闭，CO2供应减少
2、外界（环境）因素：
（1）单因素对光合速率的影响：
①光照强度
教材P106：拓展应用
【例题】下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线中错误的结论是(　　)
A.曲线AB段表明光合作用强度随光照增强而增强
B.C点光合作用强度减弱是由于气温升高，气孔关闭，参与暗反应的原料ATP供应大量减少，从而影响光合作用的强度
C.DE段光合作用强度下降的主要原因是光照强度减弱
D.从以上信息得知影响光合作用的外界因素是光照和温度
【例题】下图曲线表示某植物在恒温30℃、CO2浓度一定时光合速率与光照强度的关系，下列叙述错误的是(　　)
A.与b点相比较，c点时叶肉细胞中三碳化合物的含量降低
B.若将CO2浓度降低，则叶绿体中NADPH合成速率将会变小，c点向左下方向移动
C.当光照强度为X时，叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体、细胞质基质和线粒体
D.已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25℃，图中a点将向上移动，b点将向右移动
原理 温度通过影响__ 的活性进而影响光合速率(主要是暗反应)
曲线模型及分析 点对应的温度为最适温度；
②AB段，随温度升高光合速率
；
③BC段，随温度升高光合速率
。
应用 ①冬天利用 ，促进植物生长； ②温室中， ，减少夜晚有机物的消耗，有利于有机物的积累。
酶
B
升高
降低
温室大棚提高温度
增加昼夜温差
②温度
(3)CO2浓度、矿质离子浓度：
原理 CO2浓度影响暗反应中 ，矿质离子影响与光合作用有关的色素、酶、膜结构的形成。
曲线模型及分析 ①AB段(CD段)，随CO2浓度(矿质离子浓度)的增加光合速率 ；
②B点后，随CO2浓度的增加光合速率 ；
③D点后，随矿质离子浓度的增加光合速率 (细胞 )。
应用 ① ，以保证CO2的供给； ②温室中可使用CO2发生器，以提高CO2浓度； ③ ，补充土壤中的矿质元素。
CO2固定
升高
不再升高
下降
失水
增加空气流动
合理施肥
CO2补偿点
CO2饱和点
【例题】下图曲线表示某植物在恒温30℃、CO2浓度一定时光合速率与光照强度的关系，下列叙述错误的是(　　)
A.与b点相比较，c点时叶肉细胞中三碳化合物的含量降低
B.若将CO2浓度降低，则叶绿体中NADPH合成速率将会变小，c点向左下方向移动
C.当光照强度为X时，叶肉细胞中产生ATP的场所有叶绿体、细胞质基质和线粒体
D.已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到25℃，图中a点将向上移动，b点将向右移动
（2）多因素对光合速率的影响
P点，限制光合速率的因素为 ；
Q点，限制光合速率的因素为 ；
光照强度
温度
【应用】在一定强度光照下，白天可适当提高 ，
，提高光合速率；也可同时适当补充 ，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加 ，提高光合速率。
温度
增加光合酶的活性
CO2
光照强度和CO2浓度
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是________ 、________ 、______。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子_____(填“是”或“不是”)影响光合速率的主要因素，此时的限制因素分别是______、________、_______ _。
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥的益处包括________________________ (答出2点即可)。
增加土壤肥力、增加大棚内CO2浓度
【例题】据图分析多因素对光合作用的影响：
光照强度
光照强度
温度
不是
温度
CO2浓度
光照强度
CO2
CO2
四、解读自然环境、密闭容器中植物光合作用曲线：
1、自然环境：
该图与教材106页中“拓展应用1题”有什么异同？
①哪个点开始进行光合作用？
②哪个点是光合速率等于呼吸速率？
③哪个点是植物“午休”？
④ef和gh下降的原因相同吗？
⑤哪个点是有机物积累量最多？
2、密闭容器：
四、解读自然环境、密闭容器中植物光合作用曲线：
①哪个点开始进行光合作用？
②哪个点是光合速率等于呼吸速率？
③哪个点是植物“午休”？
④哪个点是有机物积累量最多？
⑤一昼夜后有机物的总量变化是？
五、光合速率与呼吸速率的测定：
1、气体体积变化法～测光合作用O2产生的体积或CO2消耗的体积：
乙装置在强光下植物进行光合作用和呼吸作用，红色液滴 移的距离，可表示净光合速率。
甲装置在黑暗条件下植物只进行呼吸作用，红色液滴 移的距离，可表示呼吸速率。
左
右
2、半叶法～测定光合作用有机物的产生量：
“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射几小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，计算MB－MA可表示 。
黑瓶不透光，瓶中生物只能进行 ；
白瓶透光，瓶中生物可进行 。
真正光合作用＝ （净光合作用）
＋ （呼吸作用）
3、黑白瓶法～测溶氧量的变化：
呼吸作用
光合作用和呼吸作用
白瓶中氧气增加量
黑瓶中氧气减少量
黑、白瓶中初始的溶氧量为10mg/L 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e
白瓶溶氧量(mg/L) 3 10 16 24 30 30
黑瓶溶氧量(mg/L) 3 3 3 3 3 3
六、化能合成作用（硝化作用）：
1、概念：自然界中存在某些微生物(如 )，能利用体外环境中的某些 氧化时所释放的 来制造 。
硝化细菌
有机物
化学能
问①：硝化细菌是自养生物？还是异养生物？
问②：化能合成作用与光合作用最主要的区别是什么？
答：能量来源不同。
2、过程：
无机物
大本P108：例7
(2019全国1卷)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小，回答下列问题。(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力_______。(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是
__________________________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株均分成两组，在干旱条件下，一组进行 处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的 。预期结果是ABA处理组 ，对照组 。
增强
降低
ABA
气孔开度
气孔开度减小
气孔开度不变
【例题】图1表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O2吸收和释放速率的变化示意图，a、b点对应时刻分别为6点和19点。图2表示光照强度与植物光合速率的关系。下列有关说法错误的是(　　)
A.图1中24h内不进行光合作用的时段是0～5点和20～24点
B.图1的阴影部分可表示6～19点有机物的积累量
C.图2中限制a～c段光合速率的主要外界因素是光照强度
D.图2的c点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体、叶绿体