第5章第4节第2课时光合作用的原理和应用(共37张PPT)-2023-2024学年高一生物人教版必修一课件

(共37张PPT)
第4节第2课时 光合作用的原理和应用
第5章 细胞的能量供应和利用
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
指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，并且释放出氧气的过程。
（一）光合作用
①概念：
②反应式：
③实质：
合成有机物，储存能量
探究光合作用原理的部分实验
1.19世纪末 氧气
甲醛→糖
2.1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
CO2
O2
C + H2O
甲醛
（二）光合作用的原理
(CH2O)
（有H2O，无CO2）
3.1937年，希尔
高铁盐
低铁盐
希尔反应：
O2全部来自于H2O吗？
水的光解产生氧气。
结论：
光合作用产生的O2来自于H2O。
4.1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法）
结论：
H2O
H218O CO2
O2 O2
O2
O2 O2
O2
C18O2
O2
O2
O2 O2
O2
O2 O2 O2
O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
5.1954年，阿尔农
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。
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
（三）光合作用过程
划分依据:反应过程是否需要光能
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
暗反应
阅读课文P103—104思考：
光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、物质变化、能量转换方面的内容
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
①光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量（光能) ATP
酶
光能→活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
O2
1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。
（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。
（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).
（3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：
CO2
C3
(CH2O)
C5
卡尔文循环
②暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
NADPH 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量
变化
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADP+
NADPH
NADPH
(CH2O)
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
叶绿体
色素
供氢
酶
供能
多种酶参加催化
暗反应（叶绿体基质）
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
光反应（叶绿体类囊体薄膜）
（三）光合作用过程
光合作用中元素的转移
①H的转移：
H2O → NADPH → (CH2O )
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
CO2+H2O*
光能
叶绿体
（CH2O）+O2*
H2O* →O2*
1.光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转换等方面有什么区别？
2.光反应阶段和暗反应阶段之间的物质和能量联系是怎样的？
思考.讨论：
光反应和暗反应区别和联系
光反应阶段 暗反应阶段（碳反应）
场所
条件
物质变化
能量变化
联系
项目
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
多种酶
2H2O →O2+4NADPH
ADP+Pi+能量→ATP
光能→ATP、NADPH中的化学能
ATP、NADPH中的化学能→糖类中的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH
暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料
2C3
CO2+C5→2C3
NADPH
(CH2O) +C5
ATP
过程
讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
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
减少
减少
增加
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
叶绿体
色素
供氢
酶
供能
多种酶参加催化
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。
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的合成作用。
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2
能量
（四）化能合成作用
自养生物
异养生物
如人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
原料
条件
产物
CO2浓度
水 分
光 照
矿质元素
温 度
(五）光合作用原理的应用
1.光合作用的强度：
指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
探究·实践
探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用强度的影响
1.打孔
2.处理叶片
3.自变量处理
4.观察记录
自变量
实验对象
因变量
因果关系
无关变量
（对照实验）
对照实验：除了一个因素外，_________都保持相同的实验。对照试验一般要设置对照组和__________。
对照组：不经自变量处理；
实验组：经过自变量处理（施加或减除）
其余因素
实验组
2.影响光合作用的因素
（1）光照强度
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点对应的横坐标：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
AB段：光合<呼吸
BC段：光合>呼吸
　　真正光合速率=净光合速率+呼吸速率
项目 表示方法
净光合速率（又称表观光合速率） O2的释放量、CO2的吸收量、
有机物的积累量
真正光合速率（又称实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、
有机物的制造量
呼吸速率（黑暗中测量） CO2的释放量、O2的吸收量、
有机物的消耗量
1.间作套种
2.通过轮作,延长光合作用时间
3.通过合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长.
应用：
（2）CO2浓度
A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）；
A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
B和B′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
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.
（2）CO2浓度
（3）温度
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。
应用：1.适时播种
2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温.
3.植物“午休”现象的原因之一
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
（4）矿质元素
应用：合理施肥
（5）水
光合作用强度
O
时间
A
7 12 14 18
1.水是光合作用的原料
2.水是体内各种化学反应的介质
3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体
应用：预防干旱 合理灌溉
多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系
曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子，当到Q点时，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
内因：
外因：
基因决定酶种类数量不同
水分（应用：合理灌溉）
矿质元素（应用：合理施肥）
温度：影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”
CO2浓度（升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、
加干冰……）
光质（光的颜色）
光照
光照时间： （应用：延长光照时间：一年两/三熟）
光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间
苗、剪枝；适当升高光强度，间作套种（提高光能的利用率）
不同植物光合作用不同；
不同部位（叶）光合作用不同；
不同叶龄的叶光合作用不同。
影响光合作用因素总结
（应用：大棚种植用红光或
蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）
延长光合作用时间
增加光合作用面积
提高光能利用率
控制光照强弱
控制光质
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应　
提高复种指数
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施农家肥，使用CO2发生器
阴生植物
阳生植物
提高光合
速率
适时适量施肥
3. 提高农作物产量措施
1.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ）
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应
D
2.光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( )
①外膜 ②内膜 ③基质 ④类囊体膜
A．③② B．③④
C．①② D．④③
B
（六）跟踪训练
3、光合作用过程的正确顺序是（　）
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
4、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（　）
Ａ．三碳化合物　 Ｂ．五碳化合物
Ｃ．［Ｈ］　　　 Ｄ．氧气　
Ｄ
Ｂ
5.某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（ ）
A.CO2 叶绿体 ATP
B.CO2 叶绿素 ATP
C.CO2 乙醇 糖类
D.CO2 三碳化合物 糖类
D
THANKS