光合作用的原理和应用

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二 光合作用的原理和应用
亚里斯多德：植物体营养物质都是从土壤中获得。
光合作用的探究历程
结论：水分是植物建造自身的原料。
1648年海尔蒙特栽培的柳树实验
一段时间后
一段时间后
1771年普利斯特利实验
普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气。
英国普里斯特利的实验
有时实验失败
得到相反结论：绿色植物也能使空气变污浊。
1779年，荷兰英格豪斯重复了普里斯特利
的实验 500多次。
结论：只有在阳光照射下才能成功，只有绿叶才能更
新污浊的空气。
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。
光能去哪里了呢？
1845年，德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
1864年萨克斯的实验
光能转化成化学能，贮存于什么物质中呢？
一半遮光
一半曝光
（置于暗处几小时）
思考：为什么要在暗处放置几小时？
为什么一半曝光，一半遮光呢？
一半遮光 另一半曝光
脱色 碘蒸气 脱色 碘蒸气
遮光的一半不变色 曝光的一半呈深蓝色
结论：光合作用中产生了淀粉（糖类）。
1880年，美国恩格尔曼的实验
结论：氧由叶绿体释放，叶绿体是光合作用的场所。
水绵的临时水装片
在没有空气的环境里
黑暗中 光照中
带状叶绿体螺旋排列
1939年，美国鲁宾和卡门的实验
结论：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。
光合作用释放的O2是来自气体CO2还是H2O？
同位素标记法
A
B
20世纪40年代，
美国卡尔文用14CO2
供小球藻进行光合作
用，最终探明了CO2
中碳在光合作用中转
化成有机物中碳的途
径，称卡尔文循环。
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 植物可以更新空气
1779 英格豪斯 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1845 R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864 萨克斯 绿色叶片光合作用产生淀粉
1880 恩格尔曼 氧由叶绿体释放出来，叶绿体是光合作用的场所
1939 鲁宾 卡门 光合作用释放的氧来自水
20世纪40代 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2
光合作用探索历程
原料：
产物：
条件：
场所：
CO2、H2O
糖类，O2
光
叶绿体
这些内容你能一个化学反应式来表示吗？
光合作用的总反应式
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
光能
叶绿体
光合作用的过程
ATP
光能
H2O
O2
H
ADP+Pi
CO2
2C3
C5
(CH2O)
叶绿体
中的色素
强的还原剂
供氢
酶
供能
多种酶
的催化
固定
酶
光合作用过程的图解
光反应阶段
（基粒）
暗反应阶段
（叶绿体基质）
还原
光能
活跃的化学能
有机物中
稳定的化学能
比较项目 光反应 暗反应
区
别
反应条件
反应场所
物质变化
能量变化
联 系
光 色素 酶
[H] ATP 多种酶
基粒囊状结构薄膜
叶绿体基质
① 水的光解
H2O → [H]＋ O2
② ATP的生成
ADP＋Pi＋能量→ATP
②C3(CO2)的还原
①CO2的固定
CO2＋C5→2C3
光能→活跃化学能
活跃化学能→
稳定化学能
光反应为暗反应提供还原剂[H]和ATP，暗反应也促进光反应的进行。
C5
C3 (CH2O)
ATP
[H]
光合作用是植物体、一切生物生命活
动的基础，光反应和暗反应是一个整体，
二者紧密联系、相互影响、相互促进。
1.自然界中生物生命活动所需有机物和能量的来源是 。
光合作用的意义
光合作用，实现了物质转变和能量转变。
是生物界最基本的新陈代谢。
2.大气中 O2含量约 21% 左右，CO2 含量约
0.03 % 左右。为什么大气中的 O2 和 CO2
含量能维持相对稳定呢？
自动净化器
3.光合作用在地球上生物的漫长进化过程中有
什么作用？
蓝藻类生物光合放氧，使有氧呼吸的生物得以发生和发展。
形成臭氧层，保护地球上的水生生物登陆。
化能合成作用
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。
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。
光合作用原理的运用
植物自身因素
环境因素对光合作用的影响
1）光照
2）温度
3）二氧化碳浓度
4）水分
5）矿质元素
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
阳生植物
阴生植物
B：光补偿点
C：光饱和点
应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。
C
光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物 阴生植物
>
释放
CO2
1.影响光合作用效率的因素—光照强度
一天的时间
光合作用效率
O
光照强度
12
13
11
光合作用效率与光照强度、时间的关系
A
B
C
D
E
10
15
14
轮作：延长光合作用时间
间种、合理密植：
增加光合作用面积
合理利用光能
光
合
作
用
速
率
CO2浓度
2.二氧化碳的供应对光合效率的影响
规律:
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。
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。
3.影响光合作用的因素——温度
应用：
增加昼夜温差
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.影响光合作用的因素——矿质营养
延长光合作用时间
增加光合作用面积
增加光能利用率
提高光合作用效率
控制光照强弱
控制光质
控制温度
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应　
控制H2O供应
提高复种指数（轮作）
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施有机肥，
使用CO2发生器
阴生植物
阳生植物
应用——提高农作物产量的措施
红光和蓝紫光
适时适量施肥
合理灌溉
保持昼夜温差
（光饱和点）
（光补偿点）
光照强度
A
B
CO2的吸收值
CO2的释放值
光照强度的影响
黑暗中呼吸作用强度
净光合速率
总光合速率
真正(总)光合速率 = 表观(净)光合速率 + 呼吸速率
光照强度
A
B
（光补偿点）
（光饱和点）
CO2的吸收值
CO2的释放值
光照强度的影响
温度，CO2
光合作用结构
一般情况下，光照强度达到B点后，限制光合速率的主要原因有哪些？
10 20
10 5 0 5
-
放出
吸收
O2
(mg/dm2h)
光照强度 (klx)
叶片光合速率与光照强度的关系
A
B
C
D
1.对植物而言,光照越强越好吗
2.在此图上,你能画出胡椒光合速率的大致曲线吗
C′
水稻叶片的光合作用速率与空气中二氧化碳含量的关系
1.你认为空气中CO2的含量最可能是在哪儿
2.如何提高大田和温室中CO2的含量
农田里的农作物应确保良好的通风透光，增施有机肥，深施“碳酸氢铵”。
温室中应增施农家肥料或使用CO2发生器等。
二氧化碳的含量
光合作用的速率
0