5.4.2 光合作用的原理和应用(课件共39张PPT)

(共39张PPT)
第4节 第2课时
光合作用的原理和应用
SW生老师
绿色植物通过 ，利用 ，将 转
化成 ，并且释放出 的过程。
1.概念：
叶绿体
光能
二氧化碳和水
储存着能量的有机物
氧气
2.反应式：
注：（CH2O）表示糖类，
光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
叶绿体是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
一、光合作用的原理
资料1：19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。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
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。
初步判断：
氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。
1、探究光合作用的部分实验
离体的叶绿体
悬浮液
资料2：希尔反应
1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），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。
O2
H+
不能。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。
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？
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。
讨论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？
资料3：鲁宾和卡门实验
相互对照（即对比实验）；
该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？
同位素标记（示踪）法；
光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。
资料4：
讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2O O2 + H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光照
ATP
水
光解
O2
根据是否需要____________，这些化学反应可以概括地分为____________和_____________（现在也称为碳反应）两个阶段。
光能
光反应
暗反应
2、光合作用的过程
1.光反应
类囊体薄膜
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
（氧化型辅酶Ⅱ）
（还原型辅酶Ⅱ）
条件：
光、色素、多种酶
场所：
类囊体薄膜
物质转化
水的光解：
ATP的合成：
H2O O2 + H+ + e-
光
光能
能量转化:
ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
资料5：卡尔文实验
光合产物中有机物的碳来自CO2。
结论：
固定
2.暗反应
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
还原
酶
NADPH
酶
能量
条件：
场所：
叶绿体基质中
有光无光都可以，多种酶等
CO2的固定：
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
有机物中稳定的化学能
CO2＋C5 2C3
酶
物质转化
ATP、NADPH中活跃的化学能
能量转化：
光合作用的全过程
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
酶
类囊体薄膜
叶绿体基质
可见光
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量
光合作用中元素的转移
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
3.光反应与暗反应的比较
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
联 系 光合作用实质 光反应
暗反应
类囊体薄膜上
叶绿体基质
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
条件骤变对光合作用中各物质的影响
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
1、请总结分析的方法？ 2、C3、C5含量变化有什么特点？
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少
CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加
条件骤变对光合作用中各物质的影响
1.实验原理：
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。
叶片含有空气，上浮
抽气
叶片下沉
叶片上浮
光合作用产生O2
O2充满细胞间隙
2.材料用具：
打孔器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶等
二、探究实践：探究环境因素对光合作用的影响
3.方法步骤：
0.6cm的打孔器打孔
打出圆形小叶片30片
黑暗保存叶片
叶片置于注射器内
抽出叶片的气体
叶片均分为3组
1.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片
2.分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照
强光
中等光
弱光
3.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。
或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。
【LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节
光源与烧杯的距离）去照射叶片。】
方法步骤：
4.实验结果：
5.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
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
固定CO2的量
制造或产生有机物（糖类）量
产生O2的量
单位时间内光合作用
三、光合作用强度的表示方式
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）
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。
四、光合作用速率的测定
光合作用强度的测定装置
真正（总）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
=
=
=
+
+
+
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
（1）光照强度
光照强度
0
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合速率
总光合
速率
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时对应的光照强度
D
AB：呼吸作用>光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
速率
A:只进行呼吸作用
讨论：1、C点之前和之后限制光合作用因素分别是？
C点前：光照强度
C点后：CO2浓度、温度等
2、能否在图中找出总光合速率？
五、影响光合作用强度的因素
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
解读：曲线与细胞图示相结合
光照强度
0
A
B
C
阳生植物
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
阴生植物
A1
B1
C1
D
提示：
阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。
应用：
合理密植、间作套种、适当剪枝
讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？据此生产上有哪些应用？
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
（2）CO2浓度
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合速率
B点：
C点：
应用：
1.多施有机肥或农家肥；
2.大田中还要注意通风透气。
讨论：C点之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、内因）
外因：主要为光照强度和温度，
内因：酶的数量和活性。
对应的D点为CO2饱和点
为什么？
（3）温度
O
温度
A
光合速率
B
C
原理：
温度通过影响 影响光合作用主要制约 反应。
应用：
适时播种；温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量（有机物积累量）。
酶的活性
暗
温度过高，为减少蒸腾作用，
气孔关闭，CO2供应不足，
光合速率下降，出现“午休”
现象
时间
光合
作用强度
BC段：
光照强度不断减弱
AB段：
光照强度不断增大
DE段：
【典型曲线分析】
光照强度、温度
从图中可以看出，限制光合作用的因素有 。
提出提高光合作用强度的合理措施 。
补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等
①N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响__________的合成从而影响光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响__________，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
叶绿素
气孔开闭
(4)水及矿质元素
应用：
在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。
能够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
CO2+H2O （CH2O)+ O2
能量
讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。
拓展：化能合成作用
课堂总结
一、概念检测
1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( )
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( )
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( )
课堂练习
√
×
×
2.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
D
3.根据光合作用的基本过程填充下图。
O2
NADPH
ATP
C3
NADP+
ADP+Pi
C5
二、拓展应用
1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。
(1)7—10时的光合作用强度不断增强的原因是______________
光照强度逐渐增大
(2)10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是________
________________________________________________________________________
此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制
(3)14—17时的光合作用强度不断下降的原因是_______________
光照强度不断减弱
(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有_________________
光照强度、温度
(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。
根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。