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第三节 光合作用
一、光合作用的发现
内容 时间 过程 结论
普里斯特利实验 1771年 蜡烛、小鼠和绿色植物实验 植物可以更新空气
萨克斯实验 1864年 叶片与遮光实验 绿色植物在光合作用中产生了淀粉
恩吉尔曼实验 1880年 水绵光合作用实验 氧是叶绿体释放出的，叶绿体是绿色植物光合作用的场所
鲁宾和卡门实验 20世纪30年代 采用同位素标记法实验 光合作用释放的氧全部来自水
二、叶绿体
光合作用过程图解
水在光下分解
供氢
C
XCO2
酶
叶绿体
光能中的色素
还多种酶
AITP一原参加催化
酶
ADP+Pi
(CH2O)
光反应
暗反应(共19张PPT)
一、光能在叶绿体中的转换
1、光能转换成电能
光能
叶绿素a（绝大多数）
叶绿素b、
胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
D
NADP+
NADPH
2H2O
O2+4H++4e-
C
B
A
2、电能转换成活跃的化学能
一部分电能：
NADP++2e-+H+ NADPH
另一部分电能：
ADP+Pi ATP
光
光
H2O
O2
e
H+
NADP+ NADPH
ADP+Pi ATP
CO2
（CH2O）
3、活跃的化学能转换成稳定的化学能
光
光
H2O
O2
e
H+
NADP+ NADPH
ADP+Pi ATP
CO2
（CH2O）
C5
C3
多种酶
二、C3和C4植物
1、概念：
C3植物：在光合作用的暗反应过程中仅
C3的植物。常见有小麦、水稻大麦、大
豆、菜豆、菠菜等大多数绿色植物。
固定二氧化碳的途径：CO2+C5→C3
C4植物：在光合作用的暗反应过程中既有
C4，又有C3的植物。常见有玉米 、甘蔗、
高粱、苋菜等热带植物。
固定二氧化碳的途径：CO2+C5→C4 →C3
2、两者区别：
（1）C3植物维管束外有一圈维管束鞘细胞，
不含叶绿体。周围叶肉细胞排列疏松。
（2）C4植物维管束外有两圈细胞：里是含
没有基粒的叶绿体的维管束鞘细胞。外是一
圈叶肉细胞。
3、C3和C4植物光合作用的特点
同C3植物相比，C4植物大大提高了固定CO2的能力。在高温、光照强烈和干旱的条件下，植物的气孔关闭时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。所以，C4植物比C3植物具有较强光合作用。
C3植物叶片进行光合作用的细胞只有叶肉细胞而C4植物有叶肉细胞和维管束鞘细胞。
C3植物只有C3途径；而C4植物有C4途径（在叶肉细胞的叶绿体内完成）和 C3途径（在维管束鞘细胞的叶绿体内完成）。
C3植物光合作用的全过程都是在叶肉细胞内进行。C4植物光合作用暗反应的最后阶段（C3化合物被还原为糖类——淀粉等）只在维管束鞘细胞内进行，因而，叶肉细胞中没有淀粉生成。
C3和C4植物光合作用途径的比较
项目 种类 CO2的受体 CO2固定后的产物 CO2固定的场所 C3还原的场所 ATP和NADPH的作用对象 暗反应途径
C3植物 C5 2C3 叶肉细胞的叶绿体 叶肉细胞的叶绿体 C3 C3途径
C4植物 C3
（PEP） C4 叶肉细胞的叶绿体 维管束鞘细胞的叶绿体 C3 C3和C4途径
（四）、提高农作物的光合作用效率
1、提高农作物对光能的利用率
延长光合作用的时间：如增加冬种
增加光合作用的面积：如套种、间种、合理密植
2、提高农作物的光合作用效率
光合作用效率是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。
A、光照强弱的控制：阳生植物与阴生植物
A 阳生植物
B 阴生植物
光照强度
光合作用强度
光饱和点
光补偿点
C
D
CO2吸收
CO2放出
E
B、光质的控制：白光 >红橙光 、蓝紫光 > 红橙光 或 蓝紫光 > 绿光
C、二氧化碳的供应
CO2含量
光合强度
增加CO2的方法：
合理密植，确保通风
多施农家肥
使用CO2发生器
O
a
b
c
d
e
光合作用的强度
二氧化碳的浓度
a → b：
b → c：
c → d：
d → e：
CO2太低，农作物消耗光合产物；
随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；
CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；
CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体 中毒或气孔关闭，抑制光合作用。
D、温度的控制
温度
光合作用强度
E、必需矿质元素的供应
P——ATP、NADP、膜成分
N——ATP、NADP、蛋白质、酶等
Mg——叶绿素，K——与物质运输有关
肥料三要素：N、P、K
归纳： 影响光合作用的因素：光照（光照时间、光强、 光质）、CO2含量、水、温度、矿物质等。
提高光合作用效率的新途径：从生物工程的角度改变植物对光能的利用效率（转化效率）。
四、生物固氮
1、生物固氮的概念：固氮微生物将大气中的氮（N2）还原成氨（NH3）的过程。固氮微生物主要指具有固氮功能的细菌、放线菌和蓝藻。
2、固氮微生物的种类：
A、共生固氮微生物：指与绿色植物互利共生的固氮 微生物。
如根瘤菌（固定的氮素占自然界生物固氮总量的绝大多数）
（1）形态：棒槌形、T 形、Y 形
（2）新陈代谢类型：异养需氧型
（3）特点：具有专一性
（4）与豆科植物的关系：
互利共生
豆科植物
光合作用
有机物
根瘤菌
固氮
NH3
（5）根瘤的形成：根瘤菌的繁殖刺激植物的一些薄壁细胞
分裂，组织膨大而成。
（6）意义：豆科植物从根瘤中获得的氮素占其一生的
30～80%。一个根瘤就是一座“小氮肥厂”。
B、自生固氮微生物：在土壤中能独立进行固氮的微生物
（1）形态：多为杆形或短杆形，单生或对生，对生呈“8”
字形排列，且有厚的荚膜。如圆褐固氮菌。
（2）圆褐固氮菌：异养需氧型
①固氮能力强 ②能分泌生长素，促进植物的
生长和果实的发育 ③可制成菌剂。
3、自生固氮微生物的分离方法：利用无氮培养基。PH>6.5
共生固氮微生物的分离？
4、生物固氮的意义（占地球上固氮总量的90%）
生物固氮
工业固氮
高能固氮
反硝化作用
氨化作用
硝化作用
氮循环的几个主要环节（概念）
A、生物体内有机氮的合成：植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮；动物直接或间接以植物为食物，进而合成动物体内的有机氮。
B、氨化作用：动植物的遗体、排出物和残落物中的有机氮被微生物分解后形成氨。
C、硝化作用：在有氧的条件下，土壤中的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐。
D、反硝化作用：在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等到多种微生物还原成亚硝酸盐，并进一步还原成分子态氮返回大气中。
E、固氮作用：大气中分子态的氮被还原成氨的过程。
5、生物固氮在农业生产上的应用
A、土壤中氮素流失（消耗）的途径：
随雨水流失；动植物吸收；反硝化
B、土壤中氮素补充的途径：
动植物尸体分解，施肥和生物固氮。
C、生物固氮应用实例：拌种和绿肥。
