人教版生物必修一课件 5.4.2 光合作用的原理和应用

(共43张PPT)
第４节　能量之源　　
　　　　　　　光与光合作用

光合作用的原理和应用


只浇水

五年后
1684年 比利时 海尔蒙特
柳树增重 74.47 kg
土壤减少 0.06 kg
海尔蒙特认为水是构建植物生长原材料，
你完全同意他的看法吗？

思考

一段时间后
1771年 英国 普利斯特利


一段时间后

普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气

一段时间后

一段时间后
1779年 荷兰 英格豪斯

结论2：植物体只有绿叶才能更新污浊的空气
结论1：普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功



黑
暗

光
下

1845年，德国科学家梅耶指出：
植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？ 也就是植物在吸收水和二氧化碳、释放氧气的过程中，还产生了什么物质？

1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳．
1864年,德国植物学家萨克斯实验
绿色 叶片
黑暗处理
曝光 遮光
酒精脱色 碘蒸气处理
不变蓝


几小时

一段时间后
变蓝


结论：
1.光合作用的产物是淀粉
2.光合作用需要光
结论：
叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
1880年 美国科学家 恩格尔曼
现象：
分析：









在没有空气的黑暗环境中
好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。
光线照射部位进行光合作用产生了氧气。
光合作用释放的O2到底是来自H2O ，
还是CO2呢？
1941年 美国 鲁宾 卡门
证实:光合作用释放的氧气来于水
O2
18O2























C18O2




CO2
H2O
H218O


光照下的
球藻悬液




同位素标记法研究
?
?
20世纪40年代,美国科学家卡尔文 (M.Calvin)
CO2
碳的同位素 : C
14
CO2
14
( CH2 O)+O2
14
CO2+ H2O
14

光能
叶绿体

光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？
年代 科学家 结论
1771 普利斯特利
1779 英格豪斯
1785 -
1845 R.梅耶
1864 萨克斯
1880 恩格尔曼
1939 鲁宾 卡门
20世纪40代 卡尔文
一、光合作用探究历程
植物可以更新空气
只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳
植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
绿色叶片光合作用产生淀粉
氧由叶绿体释放出来，叶绿体是光合作用的场所
光合作用释放的氧来自水
光合产物中有机物的碳来自CO2
1.场所：叶绿体
2.条件：光能
3.原料：二氧化碳 水
4.产物：糖类 氧气

通过以上的研究和探索，你知道光合作用的场所、条件、原料、产物是分别是什么吗？

三、光合作用总反应式：
CO2 + H2 * O

光能
叶绿体
（CH2O)+ * O2
二、光合作用的场所、条件、原料、产物：
概念：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。
你能用一个化学反应式表示出来吗?
根据所学的化学知识可知，水和二氧化碳 反应，应该生成什么产物？
碳酸
那为什么在植物光合作用的过程中产物不是碳酸而是有机物？这说明光合作用过程中水和二氧化碳是否直接反应？
光合作用的过程是怎样的？其全过程分为几个阶段？
不是直接反应的
全过程根据条件的不同分为光反应和暗反应两个阶段


叶绿体中的色素




H2O


①水的光解

O2

[H]

ADP+Pi


酶 ②
ATP


co2

C5

光反应
2c3
①
固
定


供氢
酶

酶
供能



②
还
原
(CH2O)
[糖类]



多种酶
参加催化

暗反应
能量转化:
光能

ATP中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
元素转移：

O元素:
H2＊O

＊O2
C元素:
＊CO2

＊C3

＊CH2O
四、光合作用的过程

光能

①条件：
必须有光、
色素、
酶
②场所：
③物质变化：

水的光解：
ATP的合成：
类囊体的薄膜上
光能
1.光反应阶段
⑤能量变化：
ATP中活跃的化学能


④产物：
[H]、O2、ATP
2H2O 4 [H]+O2

光
ADP+Pi +能量 ATP
酶

①条件：
有没有光都可以、
②场所：
叶绿体内的基质中
③物质变化：

CO2的固定：
CO2＋C5 2C3

酶
C3的还原：
ATP中活跃的化学能
2.暗反应阶段
2C3+[H] (CH2O)+C5

酶
ATP
⑤能量变化：
有机物中稳定的化学能


④产物：
CH2O 、 ADP 、 Pi
光反应、
需多种酶
光反应 暗反应
条件
场所
物质变化
产物
能量变化
关系
光、色素、酶
光反应、多种酶
类囊体的薄膜上
叶绿体内的基质中
1.水的光解
2.ATP的生成
1.CO2的固定
2.C3的还原
[H]、ATP、O2
CH2O、ADP、Pi
光能
ATP中活跃化学能

有机物中稳定的化学能
光反应

[H]、ATP
暗反应

ADP、Pi
3.光反应和暗反应的比较

请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？
停止光照

光反应停止

请分析光下的植物突然停止CO2供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？

[H]↓
ATP↓


还原受阻


C3↑
C5↓
CO2↓
固定停止



C3↓
C5↑
C5
五、光合作用原理的运用
①植物自身因素
②环境因素对光合作用强度的影响

1）光照
2）温度
3）二氧化碳浓度
4）水分
5）矿质元素
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。（也可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。）
农业生产上许多增加农作物产量的措施，是为了提高
光合作用强度：
①光照强度（例1）


A
B



光照强度
0
吸收
CO2
C
释放
CO2

净光合速率

总光合速率

B点：光合作用强度____细胞呼吸强度
C点：光合强度达到______
A点：光照强度为__，只进行_________，
AB段：随光照增强，光合作用逐渐增强，
BC段：随光照增强，光合作用逐渐增强，
C点以后限制光合作用的因素不再是光照强度（可能为_____、________。
0
细胞呼吸
＜
＝
＞
最强
温度
CO2浓度

呼吸速率
但此段仍为光合强度____呼吸强度。
释放的CO2量表明此时的呼吸强度。
（B点对应的光照强度为光补偿点）。
此段光合强度____呼吸强度。
（C点对应的光照强度为光饱和点）。
1.影响光合作用强度的因素—光照
由于植物进行光合作用吸收CO2的同时，还进行呼吸作用，释放出CO2，这些CO2未出植物体又被光合作用利用。
所以，在光照下测定的CO2吸收量只是光合作用从外界吸收的量，称为净光合速率 。

总光合速率是指植物在光下实际把CO2转化成有机物的量，即在单位时间内单位面积叶片从外界吸收和自身呼吸释放CO2的量。

在黑暗条件下植物自身呼吸释放的CO2量表示呼吸速率。

阅读一下
净光合速率
总光合速率
－
呼吸速率
＝
①光照强度（例1）


A
B



光照强度
0
吸收
CO2
C
释放
CO2

净光合速率

总光合速率


呼吸速率
将植物置于黑暗环境中，测定单位时间内：
呼吸速率表示方法：
净光合速率：
常用单位时间内：
CO2释放量、
O2吸收量、
有机物消耗量。
CO2吸收量、
O2释放量、
有机物积累量表示。
总光合速率：
常用单位时间内：
CO2固定量、
O2产生量、
有机物制造量表示。
光照条件下，
光照条件下，
1.影响光合作用强度的因素—光照
拓展题1：
以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。
下列分析正确的是（ ）
A.光照相同时间，35℃时光合作用制造有机物的量与30℃时相等

B.光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多

C.温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少

D.两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的
量相等
A




总光合速率
＝呼吸速率＋净光合速率
25℃

净光合速率
（虚线）
净光合速率下降，实际光合速率没有下降。
（如A选项)
实际光合速率是呼吸速率的2倍.


甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝藻光合作用速率与光照强度的关系。有关说法正确的是（　　）

A.图甲中，光照强度为b时，光合作用速率等于呼吸作用速率
B.图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位
的CO2
C.图乙中，光照强度为X时，细胞中产生ATP的场所是叶绿体和
线粒体
D.图乙中，限制a、b、c点光合作用速率的因素主要是光照强度
拓展题2：
实际光合速率
只呼吸
光合＜呼吸
蓝藻无叶绿体和线粒体



B
在一定浓度的CO2和适当温度条件下，测定植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，光照强度与该植物叶片光合作用速度的关系及CO2的转移方向如图所示，分析下图并回答问题：
（1）在上图b点所示条件下，该植物叶肉细胞内能够产生
ATP的部位是__________________________________。
（2）在左图中，在c点时，叶绿体中ADP的移动方向是从
_______移向____________ 。
叶绿体、
细胞质基质、
线粒体、
基质
类囊体薄膜
拓展题3：
（3）在一昼夜中，将该植物叶片置于8 klx光照下10小时，
其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中有机物
的积累量为________mg（假设积累的有机物都是葡萄糖）；

将该植物叶片从光下移到黑暗中，叶绿体中C5化合物含量
短时间内将________。
24.5
减少
在一定浓度的CO2和适当温度条件下，测定植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，光照强度与该植物叶片光合作用速度的关系及CO2的转移方向如图所示，分析下图并回答问题：
拓展题3：
（4）若已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，上图曲线表示该植物在30℃时光合作用速度与光照强度的关系。若将温度降低到25℃的条件下（原光照强度和CO2浓度不变），理论上b点将向______(左移/右移)。
c点将向______(上移/下移)。
在一定浓度的CO2和适当温度条件下，测定植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，光照强度与该植物叶片光合作用速度的关系及CO2的转移方向如图所示，分析下图并回答问题：
左移
上移
拓展题3：
（5）上图曲线中a、c两点所代表的光合作用强度分别与图甲、乙、丙、丁的对应关系是:a点对应____；c点对应____。
乙
丁
呼吸＞光合
只呼吸
呼吸=光合
呼吸＜光合
在一定浓度的CO2和适当温度条件下，测定植物叶片在不同光照条件下的光合作用速度，光照强度与该植物叶片光合作用速度的关系及CO2的转移方向如图所示，分析下图并回答问题：
拓展题3：
光合作用强度
光照强度


A







B
C
D
E
夏季一天的时间


O
12









13
11
10
15
14
光合作用强度与光照强度、时间的关系
1.影响光合作用强度的因素—光照
①光照强度（例2）
拓展题4：
下图是夏季晴朗的白天,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：
（1）上午7～10时的光合作用强度不断增强，是因为：
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加强的。
（2）为什么12时左右的光合作用强度明显减弱？
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。
（3）下午14～17时光合作用强度不断下降，
是因为：
此时光照强度不断减弱。
下图中的甲．乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的
吸收和释放情况的示意图。
甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天。请据图回答问题：
（1）甲图曲线中C点和E点（外界环境中CO2浓度变化为零）处，植株处于何种生理活动状态？
光合作用吸收CO2的量等于细胞呼吸释放CO2的量。
拓展题5：
（2）根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的____段，其中光合作用强度最高的是___点，植物积累有机物最多的是___点。
BF
D
E
拓展题5：
下图中的甲．乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的
吸收和释放情况的示意图。
甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天。请据图回答问题：
（3）乙图中FG段CO2吸收量逐渐减少是因为__________，
以致光反应产生的_____和_____逐渐减少，从而影响了
暗反应的进行，使_____化合物数量减少，影响了CO2固定．
[H] ??
ATP
C5
光强减弱
拓展题5：
下图中的甲．乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2的
吸收和释放情况的示意图。
甲图是在春季的某一晴天，乙图是在盛夏的某一晴天。请据图回答问题：
将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得
的实验结果如图所示．请回答下列问题：
（1）图二中的b点对应于图一中的____点，导致图二曲线
在b点上升的原因是_______________________________．
（2）图一中的C点对应于图二中的____点，其生理含义是
_____________________．
（3）到达图二中____点时，植物体积累的有机物最多．i点
时植物的生理状态是________________．
凌晨气温下降，植物呼吸作用减弱
B?
d
光合速率等于呼吸速率
h
只进行呼吸作用
拓展题6：
（4）图一中曲线DE段玻璃罩内CO2浓度下降减慢，原因是：
____________________________________________．
（5）经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会______．
（填“增加”、“减少”或“不变”）
中午气孔关闭，CO2吸收量减少，光合作用减弱
增加
将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得
的实验结果如图所示．请回答下列问题：
拓展题6：
光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在10℃～35℃下正常进行光合作用。
2.影响光合作用强度的因素—温度
应用：增加昼夜温差
在一定的浓度范围内,光合作用速率随CO2的浓度增大而加快，超过一定浓度光合作用速率趋于稳定。
3.影响光合作用强度的因素—二氧化碳浓度
B
应用：在农业生产上可以通过 ：
“正其行，通其风”、温室中增施农家肥
等措施增大CO2浓度，提高光能利用率。
4.影响光合作用强度的因素—水分
应用：合理灌溉
水既是光合作用的原料，缺水既可以直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
5.影响光合作用强度的因素—矿质营养
应用：合理施肥
6.多因子对光合速率的影响曲线
曲线分析:
P点时，限制光合速率的因素应为_______（横坐标/纵坐标）所示的因子，随相应因子的不断加强，光合速率不断提高。
横坐标
当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可适当提高图示中的其他因子。

六、化能合成作用



①自养生物：绿色植物以光为能源、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。因此绿色植物属于自养生物。
③化能合成作用:少数细菌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，这种合成作用叫化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。
②异养生物：人、动物、真菌以及大多数细菌，细胞中没有叶绿素，不能进行光合作用，它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动，它们属于异养生物。

2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2 2HNO3+能量



能量
CO2+H2O (CH2O)+O2




硝化细菌的化能合成作用
除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌，属于进行化能合成作用的自养生物。
习题答案
1、（1）√；（2）×。
2、B，? 3、D，? 4、C，? 5、D， 6、B。
7、光合作用中光反应阶段的能量来源是光能，
暗反应阶段的能量来源是ATP。
8、白天若突然中断二氧化碳的供应，叶绿体内
首先积累起来的物质是五碳化合物。
基础题：