人教版高中生物必修一课件：5.4能量之源光和光合作用 (共52张PPT)

(共52张PPT)
能量之源——光和光合作用
光合作用的发现和概述
光合作用的探究历程
——范.海尔蒙特（1642）
柳树增重：74.47kg
土壤减重：0.06kg
柳树增加的物质来源于水！
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？
光合作用的探究历程 ——普利斯特利
光合作用的探究历程
——荷兰人英格豪斯进一步实验…
原来植物只有在光下才会放出氧气！
光合作用探究历程
——德·索叙尔实验发现：
CO2和 H2O 合成了植物体内的有机物
植物产生的O2与吸收的CO2大致相等
光合作用探究历程
——1880年恩格尔曼
需氧细菌只集中在受光部位，那里有氧气！
只有受光的叶绿体周围才产生氧气
光合作用探究历程
——德国萨克斯实验
让一张叶片一半
曝光一半遮光
绿叶在光下制造淀粉。
用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
光合探究
“希尔反应”证明：没有CO2，也能产生O2
氧气是水分解后产生的 ！ 光能将水分解的反应称为希尔反应
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
光合作用探究历程——
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
美国卡尔文
用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。
卡尔文循环：CO2 → C3 → (CH2O)
光合作用探究
—德国的梅耶
光能
化学能
储存在什么物质中？
德国梅耶
什么是光合作用？
归纳和总结
光合作用需要的条件
（1）物质条件：
原料（CO2、H20）、 酶、 光合色素
（2）能量条件：光能
（2）结构条件：叶绿体
（3）环境条件：
光、CO2、温度、H2O、矿质元素、
光合作用的物质和能量变化：
（1）CO2和H20生成了有机物和O2
（2） 光能转化成储存在有机物中的能量（化学能）
定义：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
反应物、条件、场所、生成物
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
糖类
归纳和总结
光合作用依托的物质和结构条件
叶绿体
光合色素
叶绿体的结构
外膜
内膜
基粒
基质
类囊体
捕获光能的色素分布在___________
类囊体的薄膜上
实验——绿叶中色素的提取和分离
实验原理：提取(无水乙醇)、分离(层析液)
目的要求：绿叶中色素的提取和分离及色素的种类
材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等
方法步骤：
1.提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条
3.画滤液细线 4.分离绿叶中的色素
5.观察和记录
讨论：
1.滤纸条上色带的数目、排序、宽窄？
2.滤纸条上的滤液细线，为什么不能触及层析液？
(三)方法与步骤
称取5g左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（充分研磨）和碳酸钙 (中和细胞中的酸，防止镁从叶绿素分子中移出)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。
叶绿体中的色素：
叶绿素a
叶绿素b
叶黄素
胡萝卜素
叶绿素
类胡萝卜素
讨论：
1.用这种方法有什么好处？不同颜色的光照对植物的光合作用会有什么影响？
2.为什么不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源？
用红色或蓝色的塑料薄膜
挂红色或蓝色的灯管
问题探讨:
1.用这种方法可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。
2.因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。
能量之源——光和光合作用
（二）光合作用的过程和意义
1937年,英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。
在光下，叶绿体能将水分解成O2和[H]。
结论：
他将离体的叶绿体加到具有H受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。
聚光色素：亦称天线色素，能吸收、传递光能到作用中心色素分子上起光学反应，包括大部分的叶绿素a,全部的叶绿素b和类胡萝卜素.
中心色素：亦称作用中心色素，能接受聚光色素传递来的光能并通过光化学反应将其转化为电能,指少数特殊状态的叶绿素a(P680和P700)。
（一）光能的吸收与传递
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
2.光合作用的过程：
在黑暗条件下，只要供给了ATP和[H]，叶绿体就能将CO2转变为糖。
结论：
在黑暗条件下，ATP和[H]是CO2转化为糖的必要条件。
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验。
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。
光合作用的总反应式：
6CO2+6H2O→C6H12O6+O2
6CO2+6H2O→C6H12O6+O2
光合作用的物质变化：无机物→有机物
光合作用的物质变化：光能→化学能
光合作用的意义
为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质；
为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量；
维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。
总之，从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
能量之源——光和光合作用
（三）影响光合作用的因素
①图中A点含义： ；
②B点含义： ；
③C点表示： ；
④若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表 植物。
光照强度为0，只进行呼吸作用
光合作用与呼吸作用强度相等，称为光补偿点
光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点
阴生
图中A点表示： 。
CO2浓度达到植物所需的最大值，光合速率不再上升
①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；
②B点表示： ；
③BC段表示： ；
酶的活性
酶
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
稳定的化学能? 活跃的化学能。释放能量
光合作用与细胞呼吸的比较：
叶绿体
细胞质基质、
线粒体
需光
不需光
合成有机物
分解有机物
光能?稳定的化学能。储存能量。
合成代谢
分解代谢
光合作用为细胞呼吸提供有机物和O2；
细胞呼吸为光合作用提供CO2。
光合作用和呼吸作用中的化学计算
光合作用反应式：
6CO2＋12H2O→C6H12O6＋6O2＋6H2O
呼吸作用反应式：
有氧：C6H12O6＋6O2＋6H2O→ 6CO2＋12H2O
无氧：C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2 (植物)
实测CO2吸收量
＝光合作用CO2吸收量-呼吸作用CO2释放量
实测O2释放量
＝光合作用O2释放量-呼吸作用O2消耗量
影响光合作用的环境因素
光强度
温度
二氧化碳的浓度
水
矿质营养
各种环境因素对光合作用的影响是综合性的，哪种因素处在一个不利于光合作用进行的临界点上，哪个因素成其限制因素。
（一）光照
光饱和现象：光照增加到一定强度光合速率不再增加的现象。
光饱和点：刚刚达到光饱和现象时的光照强度。
光补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的光照强度。
图26是光强-光合速率关系的模式图。
暗中叶片不进行光合作用，只有呼吸作用释放CO2 (图26中的OD为呼吸速率)。
随着光强的增高，光合速率相应提高，当到达某一光强时，叶片的光合速率等于呼吸速率，即CO2吸收量等于CO2释放量，表观光合速率为零，这时的光强称为光补偿点。
图26 光强-光合曲线图解
A.比例阶段； B.比例向饱和过渡阶段； C.饱和阶段
(1)光强-光合曲线
不同植物的光强-光合曲线不同，光补偿点和光饱和点也有很大的差异。
光补偿点高的植物一般光饱和点也高，
草本植物的光补偿点与光饱和点通常要高于木本植物；
阳生植物的光补偿点与光饱和点要高于阴生植物；
C4植物的光饱和点要高于C3植物。
图27 不同植物的光强光合曲线
CO2饱和点：CO2浓度继续增加光合速率不再增加，此时CO2的浓度称CO2饱和点。
CO2补偿点：光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时的CO2浓度。
CO2 补偿点以上，CO2 饱和点以下的区间内，净光合速率与CO2浓度成正比。
（二）CO2
(二)CO2
1.CO2-光合曲线
光下CO2浓度为零时叶片只有光、暗呼吸,释放CO2。图中的OA部分为光下叶片向无CO2气体中的CO2释放速率,通常用它来代表光呼吸速率。
在比例阶段，光合速率随CO2浓度增高而增加，当光合速率与呼吸速率相等时，环境中的CO2浓度即为CO2补偿点(图中C点)；当达到某一浓度(S)时，光合速率便达最大值(Pm)，开始达到光合最大速率时的CO2浓度被称为CO2饱和点。
图 30 叶片光合速率对细胞间隙CO2浓度响应示意图
2.CO2供给
┌ 最高温度：40－50℃
三基点 │ 最适温度：25－35℃
└ 最低温度：5－7℃
昼夜温差对光合净同化率有很大的影响。
在一定温度范围内，昼夜温差大有利于光合积累。
（三）温度
(三)温度
光合过程中的暗反应是由酶所催化的化学反应，因而受温度影响。
在强光、高CO2浓度时温度对光合速率的影响要比弱光、低CO2浓度时影响大(图32)，这是因为在强光和高CO2条件下，温度成了光合作用的主要限制因素。
图32 不同CO2浓度下温度对光合速率的影响
a.在饱和CO2浓度下；
b.在大气CO2浓度下
1、水为光合作用的原料，没有水不能进行光合作用。
2、水分亏缺会使光合速率下降。在水分轻度亏缺时，供水后尚能使光合能力恢复，倘若水分亏缺严重，供水后叶片水势虽可恢复至原来水平，但光合速率却难以恢复至原有程度 。
（四）水分
N、Mg----叶绿素组成
P、Cu、Fe----磷酸化（NADP、ATP）
K、Mg----激活剂
K----气孔调节
Fe、Cu、Zn、Mn----叶绿素合成
Cl、Mn----水光解（活化剂）
（五）矿质营养