1.5.4_能量之源--光与光合作用(二)光合作用的原理和应用

(共23张PPT)
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。
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
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。
光合作用化学反应式：
光合作用过程
光能
叶绿体
CO2 + H2 O （CH2O)+ O2
（1）光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？
（2）每个阶段反应的条件、场所、物质变化、
能量变化如何？
光合作用的过程
光反应
暗反应
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
条件：
叶绿体中的色素
光能
H2O
水在光下分解
O2
[H]
光、酶、色素
过程：
场所：
类囊体的薄膜上
物质
H2O
光
[H]
+
O2
ADP+Pi
+
光能
酶
ATP
能量
光能
ATP中活跃化学能
ADP+Pi
酶
ATP
暗 反 应
CO2
C5
固
定
2C3
[H]
供氢
酶
(CH2O)
[糖类]
场所：
条件：
过程：
叶绿体基质
酶
多种酶
参加催化
co2+ C5
酶
2c3
2c3
酶
(CH2O)
C5
[H] ATP
ATP
酶
ADP+Pi +能量
物
质
能量
ATP中活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能
还 原
酶
ATP
供能
ADP+Pi
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
光合作用总过程：
光反应和暗反应的比较
场所
条件
物质变化
能量变化
光反应
暗反应
联系
基粒片层结构薄膜
叶绿体基质中
光、色素、酶、水、ADP Pi
[H]、ATP、酶、 CO2 、C5
水的光解
ATP的生成
CO2的固定
C3的还原
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→ 有机物中稳定的化学能
1、光反应为暗反应准备了还原剂[H]和能量ATP；
2、暗反应为光反应补充消耗掉的ADP和Pi。
叶绿体处不同条件下，C3、C5、［H］、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 ［H］和ATP (CH2O)合成量
停止光照
CO2供应不变
光照不变
停止CO2供应
光照不变
CO2供应不变
(CH2O)运输受阻
增加 下降 减少或没有 减少或没有
减少 增加 增加 减少或没有
增加 减少 增加 减少
原料和产物的对应关系：
（CH2O）
C
H
O
CO2
CO2
H2O
O2
H2O
能量的转移途径：
碳的转移途径：
光能
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
光合作用原理的应用
影响光合作用强度的因素？
CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。
例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。
自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物。
四、化能合成作用
异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物。
自然界中少数种类的细菌能够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 ，这种合成作用叫做化能合成作用。
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 2C6H12O6+ 6O2
能量
光合作用与有氧呼吸的比较
光反应 暗反应 有氧呼吸
反应场所 叶绿体基粒类囊体薄膜上 叶绿体基质 细胞质基质和线粒体
反应条件 光、色素和酶 ATP、 [H]、酶 O2、酶
物质变化 水的光解
ATP的合成 CO2的固定
CO2的还原 葡萄糖的初步分解
丙酮酸彻底分解
[H]的氧化
能量变化 光能转化为活跃的化学能 活跃的化学能转化为稳定的化学能 稳定的化学能转化为活跃的化学能
影响因子 光照强度、CO2浓度、T、矿质元素、H2O T、O2
总反应式
影响光能利用率的因素在生产中的应用：
延长光合作用时间
增加光合作用面积
光能利用率
光合作用效率
( 轮作 )
( 合理密植：间种、套种 )
1、光照强度、光质
2、CO2浓度
3、温度
4、矿质元素（ 合理施肥）
5、水（ 合理灌溉）
（1）单位时间内光合作用产生糖的数量
（2）单位时间光合作用吸收二氧化碳的量
（3）单位时间光合作用放出的氧气的量
对于绿色植物来说，进行光合作用的同时，还在进行呼吸作用。
光下测定的值为净光合作用
实际光合作用＝净光合作用＋呼吸作用。
（1）光合作用实际产氧量 = 实测的氧气释放量 + 呼吸作用吸耗氧量
（2）光合作用实际二氧化碳消耗量 = 实测的二氧化碳消耗量 + 呼吸作用二氧化碳释放量
（3）光合作用葡萄糖净生产量 = 光合作用实际葡萄糖生产量﹣呼吸作用葡萄糖消耗量（呼吸速率可在黑暗条件下测得）
若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表阴生植物。
BC段：随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，
C点为光饱和点。
A点:光照强度为0此时只进行细胞呼吸，释放的二氧化碳量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度增强，二氧化碳释放量逐渐减少，因细胞呼吸释放二氧化碳一部分用于光合作用，细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B点细胞呼吸释放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。B点称为光补偿点
(1)光照强度
(2)二氧化碳浓度
①曲线分析
在一定浓度范围内，随二氧化碳浓度的增加，植物的光合作用强度加强。
A点：表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度。
B点：表示二氧化碳饱和点，超过该浓度，光合强度不再增加。
②应用：对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其风；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用二氧化碳发生器。
B
A
光合作用强度
(3)温度
①曲线分析
光合作用是在多种酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性AB段：在一定温度范围内，随温度的升高，光合作用逐渐增强B点表示光合作用的最适温度，此时光合速率最高；
BC段表示 ，超过了光合作用的最适温度，随温度的升高，光合作用强度逐渐下降。
②应用：适时播种；温室栽培中要保持昼夜温差。
光合作用强度
(4)必需矿质元素供应对光合作用的影响
①影响：矿质元素直接或间接影响光合作用。一定范围 内N、P、K等矿质元素越多，光合速率越快。N是构成 叶绿素、酶、ATP等的元素；P是构成ATP等的元素，参与叶绿体膜的构成；Mg是构成叶绿素的元素；K影响糖类的合成和运输。
②应用：合理施肥。
(5)水对光合作用的影响
①影响：水尽管是光合作用的原料和化学反应的介质，但是水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。缺水（蒸腾作用过强）导致气孔关闭，限制二氧化碳进入叶片；缺水引起叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等。
②应用：预防干旱，合理灌溉。