高中生物学 人教版（2019）必修一课件 5.4.2光合作用的原理及应用课件(共48张PPT)

(共48张PPT)
“万物生长靠太阳，
雨露滋润禾苗壮”
地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物。叶片是绿色植物进行光合作用的主要器官
5.4.2
光合作用的原理和应用
类囊体薄膜:色素、酶
叶绿体基质：酶
温故知新
一、光合作用的概念
光合作用是指绿色植物通过 ，利用 ，把 和 转化成储存着 的 ，并且释放出 的过程。
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
光合作用的反应式：
叶绿体
光能
二氧化碳
水
能量
有机物
氧气
1、19世纪末 甲醛→糖
2、1928年 甲醛对植物有毒
甲醛不能通过光合作用转化成糖
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
二、光合作用的原理
(一)探究光合作用原理的部分实验
（有H2O，无CO2）
高铁盐
低铁盐
研磨
过滤
叶绿体有气泡产生
叶绿体无气泡产生
希尔反应：
O2全部来自于H2O吗？
水的光解产生氧气。
结论：
3、1937年，希尔在分离的叶绿体悬浮液（有H2O，无CO2）中加入高铁盐，将其分别放在阳光下和黑暗条件下，阳光条件下有气泡产生，同时高铁盐被还原成低铁盐；黑暗条件下无气泡产生。
结论：
4、1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法）
H2O
H218O CO2
O2 O2
O2
O2 O2
O2
O2
O2
O2 O2
O2
O2 O2 O2
O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
C18O2
光合作用产生的O2来自于H2O。
5、1954年，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。
ATP
【结论】在光照时，叶绿体中生成了 。
思考讨论1
(1)实验一：希尔实验
①希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？
不能，仅说明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。
没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没观察到氧元素的转移。
②希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
能说明，希尔反应是将离体叶绿体置于有水的悬浮液中完成的，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，暗示着水的光解与糖的合成不是同一个化学反应。
(2)实验二：鲁宾和卡门的实验
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全部来源于水，并不来源于CO2。
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
(二) 光合作用过程
思考讨论2
1、联系教材102页实验、认真阅读教材103页光反应相关内容、找出光反应“条件”；“场所”；“物质变化”；“能量变化”。
2、教材104页暗反应内容并结合相关资料、找出并完善暗反应“条件”；“场所”；“物质变化”；“能量变化”。
3、光反应与暗反应的“条件”；“场所”；“物质变化”；“能量变化”等方面有什么区别？
4、光反应与暗反应在“物质变化”与“能量转化” 方面存在什么联系？
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
类囊体薄膜
水的光解：
2H2O O2 +4H++4e-
光能/酶
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量 ATP
酶
光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ +2e- NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
Ⅰ.光反应阶段
能量变化
酶
【资料1】 1954年，阿尔农等发现在黑暗条件下，只要提供了ATP和NADPH,叶绿体就能将CO2转变为糖。
【结论】：CO2转化为糖不需要______，需要______________。
光照
ATP和NADPH
Ⅱ.暗反应阶段
【资料2】 20世纪50年代，卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。
他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中，上述实验中卡尔文等是通过控制_________来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了___________等技术方法。
反应时间
同位素示踪
CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：
CO2
C3
(CH2O)
C5
【资料3】 卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：
停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高。
停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。
由此可见C3和C5之间的关系是______(请用箭头表示)。
CO2
C3
(CH2O)
C5
暗反应阶段
CO2
C5五碳化合物
2C3三碳化合物
CO2的固定
多种酶
糖类
ATP
NADPH
(CH2O)
C3的还原
场所：
条件：
物质变化
能量变化
NADPH 、ATP、酶
叶绿体基质
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
2C3 (CH2O)＋C5
酶
糖类
NADP+
NADPH
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
问题3、光反应、暗反应在反应“条件”；“场所”；“物质变化”；“能量变化”等方面有什么区别？
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
酶、NADPH、ATP
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
水的光解；
ATP、NADPH的生成
CO2的固定；
C3的还原
ATP和NADPH
中活跃化学能
光能
ATP和NADPH
中活跃化学能
有机物中稳
定化学能
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
C3的还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系，缺一不可
CO2固定
物质联系：光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供合成ATP的原料ADP和Pi，合成NADPH的原料NADP+。
能量联系：NADPH和ATP中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能
问题4、光反应与暗反应在“物质变化”与“能量转化” 方面存在什么联系？
光合作用中元素的转移
①C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
②O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O* →O2*
CO2+H2O * （CH2O）+O2 *
光能
叶绿体
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
1.请结合教材光合作用原理图分析，外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？
思考与讨论
Ⅲ.光合作用过程分析
2.请结合教材光合作用原理图及生产生活实际分析，找出影响光合作用的外界因素有哪些？
光照强度、CO2浓度、温度、矿质元素、水
原料
条件
产物
CO2浓度
水 分
光 照
矿质元素
温 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
三、光合作用原理的应用
1、光合作用的强度
2.处理叶片
1.打孔
3.自变量处理
4.观察记录
探究.实践——
环境因素对光合作用强度的影响
思考教材P105探究光照强度对光合作用强度的影响的相关问题。
光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。
(2)本实验的因变量是什么？检测指标是什么？
光合作用强度。相同时间圆形小叶片浮起的数量。
(3)光照下叶片上浮，请分析其中的原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。
光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。
(1)本实验的自变量是什么？如何控制？
（1）光照强度
只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
即光合作用强度=细胞呼吸强度。此时的光照强度为光补偿点，
对应的光照强度为光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
光补偿点
光饱和点
光合速率<呼吸速率
光合速率>呼吸速率
2、影响光合作用的环境因素
A点
AB段
B点
BC段
C点
　　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的产生量、O2的消耗量、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
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）；
表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
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）。
A点
A′点：
B和B′点：
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
（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
1.水主要通过影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体
2. 水是体内各种化学反应的介质
应用：图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。
图2曲线中E点光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应、出现“午休”现象。
　　（6）多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系
　P点限制因素为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点时，横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，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、提高农作物产量的措施
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。
四、化能合成作用
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
微专题(三)　光合作用与细胞呼吸的关系、
曲线模型及相关实验设计
一、光合作用与细胞呼吸的关系
1.光合作用与细胞呼吸在物质和能量上的联系
①CO2；②O2；③H2O；④ATP；⑤ADP＋Pi；⑥NADP＋；⑦C5；⑧C3；⑨(CH2O)；⑩丙酮酸； [H]。
三、测定光合速率和呼吸速率的方法
1.“装置图法”测定光合速率与呼吸速率
(1)测定装置
(2)测定方法及解读
①测定呼吸速率(装置甲)
a.装置甲烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。
b.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用的干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.红色液滴向左移动(用红色液滴单位时间内向左移动的距离代表呼吸速率)。
②测定净光合速率(装置乙)
a.装置乙烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
b.必须给予较强光照处理，且温度适宜。
c.红色液滴向右移动(用红色液滴单位时间内向右移动的距离代表净光合速率)。
③根据“总(真正)光合速率＝呼吸速率＋净光合速率”可计算得到总(真正)光合速率。
物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
2.叶圆片称重法
测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率(S为叶圆片面积)。
净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
3.黑白瓶法
“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：
规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。
4.半叶法
如图所示，将植物对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。