5.4光合作用与能量转化 光合作用的原理和应用 课件人教版(2019)高中生物必修一(共25张PPT)

(共25张PPT)
400 450 500 550 600 650 700
波长/nm
第4节光合作用与能量转化 光合作用的原理和应用
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
早上起来公园里的空 气格外清新，这是为 什么 与植物有什么 关系
植物也在生长，它所需要 的营养物质从何而来
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。
探究一：光合作用的概念
光合作用的概念：
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO 分子的
C和O被分开，O2被释放，C与H O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。
1928年，科学家发现甲醛不能通过光合作用转化成糖。
一 、光合作用的原理
探究二：探究光合作用原理的部分实验
1937年，英国植物学家希尔 (R.Hill) 发现，在离体
叶绿体的悬浮液中加人铁盐或其他氧化剂(悬浮液中 有H O,没有CO ), 在光照下可以释放出氧气。像这 样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧 气的化学反应称作希尔反应。
希尔反应：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、
产生氧气的化学反应称作希尔反应。
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10同位素180分别标记H O 和CO , 使它们分别变成H 18o 和C 8O , 然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H O和 C 8O , 第二组给同种植物提供H 180 和CO 。 在其他条件都 相同的情况下，第一组释放的氧气是O , 第二组放的都是
CO
180
光照射下的小球藻悬液
2180
18O 。
1941年，光合作用释放的氧
气来自水。
第 二 组
第 一 组
HO
C18O
0
CO
淀粉
卡尔文循环
(国完CO,的生化过理)
NADPH ADP+Pi
基质侧
光系统11 相驼色素bf
ATP 合 成 酶
光系统I
H O yO +2H- 4H* 质体蓝素
1954年，美国科学家阿尔农 (D.Armon) 发现，在光
照下，叶绿体可合成ATP,197 年，他发现这一过程总 是与水的光解相伴随。
阿尔农发现，ATP的
产生总是与水的光解 相伴随。
菌菌糖
叶绿体
腔 例
NADP+
ATP
H*
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
不能说明。希尔反应仅说明了高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
能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬得
液中有H O, 没有合成糖的另一种必需原料——CO , 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。
3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论
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。
4. 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
2 +NADPH+ 能量
ADP+Pi+
叶绿体
H O
光照
上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素
来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化 学反应，而是分阶段进行的。
根据是否需要光能，化学反应可以概括地分为 光反应和暗反应(现在也称为碳反应)两个阶 段。
探究三：光合作用的反应阶段
-叶绿体基质
太阳能
类囊体
光反应
暗反应
(CH O)
CO
H O
光能Ww
ADP+Pi
NADP+
NADPH
ATP
光反应阶段：
C
多种酶
参加催化
5
(CH O)
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
暗反应阶段：
CO
C
(CH O)
H,O
水在光下的分解
光反应阶段 暗反应阶段
C
多种酶 参加催化
光能WW√ 色素和酶
ADP+Pi
NADP+
NADPH
ATP
O
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O 和H+;ATP和 NADPH的合成
CO 的固定；C 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
光反应和暗反应的区别
能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗
反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
物质联系：光反应生成的ATP 和NADPH 供暗反应C 的 还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi 和NADP+。
光反应和暗反应的联系
因 素 原理 图像
应用
光 照 强 度 光照强度通过影响植物 的光反应进而影响光合 速率。光照强度增大， 光反应速率加快，产生 的NADPH和ATP增多， 使暗反应中还原过程加 快，从而使光合产物增 加。
温室大棚内适当高
光照强度可以提高光
合速率；欲使植物生
长，必须使光照强度大
于光补偿点。
二、光合作用原理的应用
探究四：探究环境因素对光合作用强度的影响
CO 2浓 度 CO 浓度影响暗 反应阶段，制 约C 的形成。 0 A' B' CO 浓度
A.大田中增加空气流
动，以增加CO 浓度，如 “正其行，通其风”;
B.温室中可增施有机
肥，以增大CO 浓度
温 度 温度通过影响 酶的活性进而 影响光合作用， 主要制约暗反 应。 B 0 50温度/℃
A.大田中适时播种；
B.温室中，增加昼夜温
差，保证植物有机物的
积累
0 A' CO 浓度
光合速率
光合速率
项 目 光合作用
化能合成作用
区别 能量来源 光能
氧化无机物氧化放出的能量
代表生物 绿色植物
硝化细菌
相同点 都能将CO 和H O等无机物合成有机物
对比光合作用学习化能合成作用
下列叙述不正确的是()
A.有氧呼吸过程中产生的[H]与氧气结合生成水分子，
释放大量的能量
B.线粒体的内膜和基质中都能生成[H]
C.光合作用光反应阶段产生NADPH是在叶绿体的类囊
体薄膜上完成的
D.光合作用光反应产生的NADPH 参与了暗反应中C 的
还原
答案：B
解析：细胞有氧呼吸的过程中，前两个阶段产生的[H]与
氧气结合生成水，释放大量能量；线粒体内膜上不产生 [H]; 光合作用光反应阶段产生NADPH,场所是类囊体薄 膜；光反应产生的NADPH 和ATP用于暗反应还原三碳化 合物。
下列关于光合作用的叙述，错误的是()
A.暗反应阶段既有C 的生成又有C 的消耗
B.光反应阶段不需要酶的参与
C.光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能
D.光合作用过程中既有[H]的产生又有[H]的消耗
答案：B
解析：由上述分析可知，暗反应阶段既有C 的生成又有
C 的消耗，A 正确；光反应过程需要酶的参与，B错误； 光合作用过程中光反应产生[H], 暗反应消耗[H],C 正确； 光合作用过程将光能转换成有机物中的化学能，D 正确。
与大棚种植蔬菜相关的措施及分析中，正确的是( )
A.施用农家肥，可提高大棚中CO 的浓度
B.加大蔬菜的种植密度，可不断提高蔬菜的产量
C.阴雨天适当提高大棚内温度，可明显增加有机物的
积累量
D.用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜，可提高蔬菜的
光合作用速率
答案：A
解析：农家肥中含有大量微生物和有机物，微生物可分
解农家肥产生二氧化碳，从而提高大棚中的二氧化碳浓 度 ，A正确；种植蔬菜要合理密植，如果过密，植物叶片 就会相互遮挡，反而会使产量下降，B 错误；阴雨天光合 作用较弱，要降低大棚内温度，减少呼吸作用消耗的有 机物量才有利于有机物的积累，C错误；叶绿素主要吸收 红光和蓝紫光，对其他光也有吸收，用红色塑料薄膜代 替无色塑料薄膜，只允许红光透过，反而会降低蔬菜的 光合作用速率，D错误。