3.5 光合作用将光能转化为化学能（55张）（第二课时）-高一生物学（浙科版2019必修1）

(共55张PPT)
3.5 光合作用将光能转化为化学能（二）
第三章 细胞的代谢
课程导入
CO2
CO2
CO2
CO2
O2
O2
O2
光合作用的过程
不需要光照
光照
葡萄糖等有机物
CO2
碳反应
光反应
H2O
三碳糖
O2
一、光合作用受环境因素的影响
（一）概念理解
1. 光合速率（光合强度）
指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行的光合作用，如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳。
单位时间内进行多少光合作用
线粒体
叶绿体
产生O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
真正光合速率= 净光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
2. 表观光合速率与真正光合速率
在光照条件下，人们测得的CO2吸收量是植物从外界环境吸收的CO2总量，称为表观光合速率，又称净光合速率。
真正光合速率是指植物在光照条件下，植物从外界环境中吸收的CO2的量，加上细胞呼吸释放的CO2的量，即植物实际所同化的CO2的量，又称总光合速率。表观光合速率小于真正光合速率。
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率
线粒体
叶绿体
O2
CO2
CO2
O2
C6H12O6 +6O2+ 6H2O 6CO2+ 12H2O
6CO2+12H2O C6H12O6 +6O2+ 6H2O
光
叶绿体
酶
影响光合作用的因素
光：光照强度、光质、光照时间
CO2的浓度、H2O
矿质元素（Mg合成叶绿素）
温度
外因
内因
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同
（三）活动：探究环境因素对光合作用的影响
影响光合作用强度的因素有很多，可以选择其中某种因素，探讨它与光合作用的强度有什么关系。你可以参考以下案例的思路，决定自己要探究的环境因素和实验方案。
探究光照强度对光合作用强度的影响。
参考案例
打孔器，注射器，5WLED台灯，米尺，烧杯，绿叶（如菠菜、吊兰等）。
材料用具
实验原理：
①叶片含有空气，上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
②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。
方法步骤
1. 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。
方法步骤
2. 将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2~3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
3. 将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
方法步骤
4. 取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2）。
5. 向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
6. 观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
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 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
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(小圆形叶片产生的O2多，浮起的多。)
实验结果
【开始做实验】
光照强度对光合作用强度的影响
3W 5W 10W
CO2浓度对光合作用强度的影响
0%NaHCO3 1%NaHCO3 2%NaHCO3
不同光质对光合作用强度的影响
9
1 10
图1 光照强度对光合作用速率的影响
图2 CO2浓度对光合作用速率的影响
图3 光质对光合作用速率的影响
思考：若测得一植物1小时释放O2 10mL，这是不是该植物1小时中光合作用产生的全部O2
线粒体
叶绿体
O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2
（四）影响光合作用强度的环境因素
6CO2 + 12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
原料
条件
产物
浓度
水 分
光强度
温 度
CO2
1. 光强度
光合速率随光强度的增加而增加，但在强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的速率，即光强度再增加，光合速率也不会增加。
0
O2释
放
O2吸收
A
B
C
光强度
呼吸速率
表观光合速率
真正光合速率
CO2吸
收
CO2释
放
光补偿点
光饱和点
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率
为什么光照到达C点后，光合强度就不再增强
C点后的主要限制因素：CO2浓度、温度等
阳生植物是指在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下
生长发育不良的植物称阳性植物。
阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。
阴生
植物
阳生
植物
A
B
光强度
0
吸收
CO2
阳生植物
阴生植物
B：光补偿点
C2：光饱和点
C1
释放
CO2
光补偿点、光饱和点：阳生植物 阴生植物
>
C2
A:只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2
全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
蓝紫光、红光
绿光
最强：
最弱：
光质（绿叶中的色素对不同波长的光吸收量不同）
温室大棚中应该选择：选用无色透明的塑料薄膜
补充人工光源(蓝紫光和红光)
O
温度
A
光合速率
B
C
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
应用：
2. 温度
通过影响酶的作用影响光合作用
温度光合作用是酶促反应，其速率受温度影响，一定范围内随温度的升高而加快。光合作用对温度比较敏感，温度过高则酶的活性减弱或丧失，所以光合作用有一个最适温度。
3. CO2浓度
CO2浓度
光合速率
O
CO2直接影响碳反应速率。空气中CO2浓度的增加会使光合速率加快。
直接影响碳反应速率
大气中的二氧化碳的浓度约为0.035%，当着一浓度增加至1%以内时，光合速率会随二氧化碳浓度的增加而增加，超过后植物不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。
应用：
N：
P：
Mg：
是ATP的组成元素
是叶绿素的组成元素
是ATP的组成元素
是磷脂的组成元素
是叶绿素的组成元素
光合作用中各种酶的组成元素
4. 矿质元素
合理施肥
5. 水——水是光合作用的原料
缺水导致植物气孔关闭，CO2吸收减少，从而影响碳反应。
水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用。缺水还会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合速率。
7～10时光合作用强度不断增强的原因是在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度是随着光照加强而增强的。
在10-12时左右光合作用强度明显减弱，是因为此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。
14～17时光合作用强度不断下降的原因，是因为此时光强度不断减弱。
光合作用强度
时刻
光强度
光合速率
O
低温
低CO2百分含量
高CO2百分含量
高温
6. 各种环境因素对光合作用的综合影响
光强度、温度和CO2浓度对光合作用的影响是综合性的。在温度较高或CO2浓度较高的情况下，光强度对光合速率的影响就比较显著，而任何一个因素的减弱都可能限制光合作用。例如，在气候寒冷时，日光再强，植物也不能以最快的速率生长，因为低温限制了光合作用。仙人掌类植物不能在森林中生长，是因为它们需要大量的光，而森林中光照不足。
叶绿体处于不同条件下三碳糖、五碳糖、NADPH、ATP以及糖类合成量的动态变化
条件 三碳酸 五碳糖 NADPH、ATP 糖类合成量
停止光照、 CO2供应不变
突然光照、 CO2供应不变
光照不变、 停止CO2供应
光照不变、 CO2供应增加
光照和CO2不变、糖类输出受阻
增加
减少
减少
减少
减少
增加
增加
增加
减少
增加
增加
减少
增加
减少
减少
增加
增加
减少
增加
减少
提高农作物光合强度的措施：
注意多用一些适当、适量、合理等字眼
1、适当提高光照强度、延长光照时间
3、适当提高CO2浓度（施农家肥，通风，用CO2发生器）
4、适当提高温度（白天升温，晚上降温）
5、适当增加植物体内的含水量（合理浇水）
6、适当增加矿质元素的含量（合理施肥）
2、合理密植
拓展提升
光合作用的早期研究
早在18世纪，科学家就已发现了光合作用。发现光合作用的是英国科学家普利斯特利，但他当时并不知道光是必需的。荷兰的英格豪斯几年后证明了光合作用必须在光下才能发生。此后，许多科学家对光合作用进行了多方面的研究，取得了一些成就，但对光合作用实质的认识进展不大。
对光合作用实质的认识开始于20世纪初期，那时的研究方法只是在各种不同条件下进行光合速率的测定。英国科学家伯莱克曼在这方面做出了突出的贡献。他在做了大量测定之后，发现温度对光合作用的影响与光强度有很大关系。光强度高时，光合速率在一定温度范围内随温度的升高而增加；光强度低时，光合速率与温度似乎无关。由此他推断出光合作用包括一个依赖于光的反应和一个与光无关的反应，也就是说，光合作用包括光反应和碳反应。
在伯莱克曼的启发下，德国的瓦尔堡设法把光合作用的光反应、碳反应分开。他的办法是在“间歇光”下测定光合作用。间歇光是一种人工光源，能够实现极短时间的照光与极短时间的黑暗轮番交替，光和暗的时间均为十分之几或百分之几秒。结果发现；一定量的光，间歇照射比连续照射的效率要高。以后的实验证明，光反应的速率比碳反应的速率快得多，而且光反应与温度无关。光合作用中存在光反应和碳反应的发现对于之后的研究产生了深远的影响。
19世纪，人们虽然已认识到叶绿体是发生光合作用的场所，但证据并不充分。1937年，英国的科学家希尔（R.Hill，1899-1991）用分离的叶绿体进行实验，证明在有氧化剂（如高铁盐）存在时，水可在光照条件下被氧化为O2。这个实验不仅直接证明了叶绿体是光合作用的细胞器，而且证明了光合作用所释放的氧来自于水。
20世纪40年代，利用氧同位素的示踪技术证明了光合作用中所释放的氧来自于水，而水的光氧化才是光合作用的光反应。
光照射下的小球藻悬液
C18O2
CO2
H2O
H218O
O2
18O2
1945年以后，碳的放射性同位素14C被发现，于是卡尔文想到，如果让植物以14C标记的二氧化碳为原料进行光合作用，然后寻找14C转变的途径，就可以解决光合作用中的重要问题了。于是他和同事们进行研究，经过多年的努力，于1954年完全阐明了光合作用中碳的转变途径，即卡尔文循环。
光合作用中产生ATP的机制、光系统Ⅰ和光系统Ⅱ、光呼吸、C-4植物等，都是20世纪70年代以后的研究成果。目前的研究热点之一是光系统的细微结构。希望在不久的将来，人类可以进一步阐明光合作用的机理。
卡尔文循环
巩固练习
1. 下列关于光合作用过程中光反应和碳反应的理解，正确的是（　　）
A. 光反应只能在有光条件下进行，碳反应只能在黑暗中进行
B. 光反应是在叶绿体类囊体上进行，碳反应只能在叶绿体基质中进行
C. 影响光反应的外界因素仅有光照强度，影响碳反应的外界因素只是CO2浓度
D. 光反应为碳反应提供NADPH和ATP，碳反应需要不止一种酶的催化
D
2. 高温热害会导致作物产量下降，其原因不可能是（　　）
A. 高温热害使酶活性下降
B. 高温热害使光合色素含量降低
C. 高温热害使气孔关闭
D. 高温热害使光强度降低
D
3. 如图所示为在温度适宜的条件下，光强度和CO2浓度对某植物光合作用速率的影响。下列叙述错误的是（　　）
A. 曲线中a点转向b点时，光反应增强，碳反应增强
B. 曲线中b点转向d点时，叶绿体中C5的含量降低
C. 曲线中c点的限制因素可能是叶绿体中酶的数量，与光强度无关
D. 在一定范围内增加光照和CO2浓度有利于提高光合速率
B
光合作用速率
光强度
4. 科学家向小球藻培养液中通入14CO2，给予实验装置不同时间光照，结果如表所示。根据实验结果分析，下列叙述错误的是（　　）
A. 碳反应最初形成的主要是3－磷酸甘油酸（三碳化合物）
B. 本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段
C. 3－磷酸甘油酸可直接转化成氨基酸、有机酸等
D. 实验结果说明小球藻光合作用产物是糖类和氨基酸、有机酸等
C
实验组别 光照时间（s） 放射性物质分布
1 2 大量3－磷酸甘油酸（三碳化合物）
2 20 12种磷酸化糖类
3 60 除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
5. 棉花的光强度与光合作用强度之间的关系如右下图所示，该曲线是实测一片叶子在不同光强度条件下的CO2吸收和释放的情况。你认为下列四个选项中，细胞中发生的情况与曲线中A、B、C三点相符的是（ ）
A. ①②③　　　　　　 B. ②③①
C. ②③④ D. ①②④
C
吸收
释放
光强度
6. 为了探明臭柏幼苗在遮荫处理下的光合特性，通过盆栽实验，测定了75%遮荫处理下臭柏的叶面积、叶绿素含量等生理指标。
75%遮荫 自然条件
株叶面积 （cm2） 3715 2856
总叶绿素 （mg g-1FW） 1.67 1.41
胞间CO2浓度 （μmol mol-1） 297 178
净光合速率 （μmol m-2 s-1） 4.47 14.05
实验结果如表所示，请分析回答：
（1）叶绿素中含量较多的色素是________。光反应的产物中用于碳反应的有_____________。
（2）自然条件下胞间CO2浓度更低，推测其原因是____________________ _________。75%遮荫处理一段时间后，臭柏幼苗产生的有利于提升光能利用率的变化是_____________________________。
叶绿素a
NADPH和ATP
光照强度大，净光合速率高，消耗CO2较快
总叶绿素含量增加，叶面积增大
THANKS