能量之源-光與光合作用.ppt

1、第四節(jié) 能量之源-光與光合作用 二 光合作用的原理和應(yīng)用,1 分析人類對光合作用探究歷程，形成光合 作用的概念；理解科學(xué)過程，領(lǐng)會技術(shù) （同位素示蹤法）與科學(xué)的關(guān)系；學(xué)習(xí)科學(xué) 家質(zhì)疑、創(chuàng)新、勇于實踐的科學(xué)精神和 科學(xué)態(tài)度。 2 闡明光合作用的過程實質(zhì)。,學(xué)習(xí)目標(biāo),當(dāng)你漫步在這綠色蔥蔥的樹林時， 你是否感覺神清氣爽，心曠神怡-,2、 光合作用的探究歷程,光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物,并且釋放氧氣的過程。,1、 光合作用的概念:,1648年 比利時 范.海爾蒙特(van Helmont) 1771年 英國 普里斯特利（J. Priestley） 1

2、779年 荷蘭 英格豪斯（J. Ingen-housz） 1782年 拉瓦錫（Laroisier, A.L. ） 1845年，德國科學(xué)家梅耶（R. Mayer） 1864年 德國 薩克斯（J. von Sachs） 1880年 美國 恩吉爾曼（C.Engelmann) 1939年 美國 魯賓(S.Reben)和卡門(M.Kamen) 20世紀(jì)0年代美國卡爾文 (M.Calvin),極 細(xì) 光 束,黑暗中,光照下,葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的場所,光合作用需要在光下進(jìn)行 光合作用中釋放氧氣,結(jié)論：,思考回顧：,1： 葉綠體中為什么能進(jìn)行光合作用？,2：是否只有在葉綠體中才能進(jìn)行光合作用？,酶、色素

3、,否，如藍(lán)藻,五年后,柳樹增重80kg多 土壤減少不到100g,結(jié)論：,植物增重主要來自水分。,現(xiàn)象：,蠟燭 熄滅。,現(xiàn)象：,蠟燭 持續(xù) 燃燒。,現(xiàn)象：,小鼠 死亡。,現(xiàn)象：,小鼠 存活。,結(jié)論：,植物能夠凈化因燃燒或呼吸而變混濁的空氣。,結(jié)論：,淀粉是光合作用的產(chǎn)物之一。,C18O2,CO2,O2,18O2,（一）,（二）,光合作用釋放的氧全部來自水。,結(jié)論:,普利斯特利的實驗 只有在陽光照射下 才能成功,結(jié)論1：,植物體只有綠葉才能更新空氣。,結(jié)論2：,1:從人類對光合作用的探究歷程來看,生物學(xué)的發(fā) 展與物理學(xué)和化學(xué)有什么聯(lián)系?與技術(shù)手段的進(jìn)步 有什么關(guān)系?試舉例說明.,2:分析人類對光合

4、作用的探究歷程,你還有哪些感悟?,思考討論：,2 光合作用的探究歷程,4 光合作用的過程,光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機(jī)物,并且釋放氧氣的過程。,1 光合作用的概念:,3 光合作用反應(yīng)式:,光合作用正是在葉綠體中進(jìn)行的,可以分為兩個階段： 第一階段是直接需要光的,稱為光反應(yīng) 第二階段不需要光的直接參與是二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪^程，這一過程稱為暗反應(yīng),光合作用的兩個階段,光合作用過程 ：,、光反應(yīng)階段 ：,發(fā)生部位： 反應(yīng)條件： 物質(zhì)變化 a.水的光解： b.ATP形成： 能量轉(zhuǎn)變：,葉綠體片層結(jié)構(gòu)薄膜上,光/色素分子/酶,光能 ATP中活躍化學(xué)能,光合

5、作用過程 ：,、暗反應(yīng)階段 ：,發(fā)生部位： 反應(yīng)條件： 物質(zhì)變化 a.CO2固定： b.C3化合物還原： 能量轉(zhuǎn)變：,葉綠體基質(zhì)中,C02、多種酶,ATP中活躍化學(xué)能 有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能。,光合作用過程 ：,、光反應(yīng)與暗反應(yīng)聯(lián)系、區(qū)別 ：,聯(lián)系:光反應(yīng)與暗反應(yīng)共同構(gòu)建成光合作用的完整統(tǒng)一體。兩者緊密聯(lián)系。光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供能量(ATP)、還原劑(H)，光反應(yīng)是暗反應(yīng)的前提和基礎(chǔ)；暗反應(yīng)過程中產(chǎn)生的ADP和Pi為光反應(yīng)合成ATP提供原料,是光反應(yīng)的繼續(xù)和最后歸宿。兩者相輔相成，相互影響，相互制約，缺一不可。,光合作用的全過程,供氫,供能,還原,多種酶參加催化,（CH2O）,2C3,C5,固定,C

6、O2,光反應(yīng)過程,暗反應(yīng)過程,H2O,B,A,C,D,E+Pi,F,G,CO2,J,光,8.下 圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：,圖中B是，它來自于的分解。 圖中C是，它被傳遞到葉綠體的 部位，用于。 圖中D是，在葉綠體中合成D所需的能量來自 圖中的H表示， H為I提供 當(dāng) 突然停止光照時，F(xiàn)，G。（填增加或減少）,H,I,2,水,H,基質(zhì),還原C3,ATP,色素吸收的光能,增加,減少,光反應(yīng),H、ATP,光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了H和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi。,光合作用光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別,葉綠體的類囊體薄膜上,葉綠體的基質(zhì)上,光、色素、酶,酶,光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H和AT

7、P，暗反應(yīng)產(chǎn)生ADP和Pi為光反應(yīng)提供原料,光合作用的過程,閱讀課本P:103106,填寫下表,H2O,O2,ATP,CO2,2C3,(CH2O),還原,1光照強(qiáng)度對光合速率的影響 (1)光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系曲線分析,A點：光照強(qiáng)度為0，此時只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放的CO2量可表示此時細(xì)胞呼吸的強(qiáng)度。 AB段：隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)，CO2釋放量逐漸減少，這是因為細(xì)胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，此時細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度。 B點：細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度(光照強(qiáng)度只有在B點以上時，植物才能正常生長)，B點所示光照強(qiáng)

8、度稱為光補(bǔ)償點。,BC段：表明隨光照強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，到C點以上不再加強(qiáng)，C點所示光照強(qiáng)度稱為光飽和點。限制C點以后光合作用強(qiáng)度不再增加的內(nèi)部因素是色素的含量以及酶的數(shù)量和最大活性，外部因素是CO2濃度等除光照強(qiáng)度之外的環(huán)境因素。 (2)應(yīng)用 陰生植物的光補(bǔ)償點和光飽和點都較陽生植物低，如圖中虛線所示。間作套種農(nóng)作物，可合理利用光能。,2溫度對光合速率的影響,(1)關(guān)鍵點的含義 光合作用是在酶催化下進(jìn)行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在1035下正常進(jìn)行光合作用，其中AB段(1035)隨溫度的升高光合作用逐漸加強(qiáng)，B點(35)以后酶活性下降，光合作用開始下降，50時光合作用

9、完全停止。 (2)生產(chǎn)上的應(yīng)用：溫室栽培植物時，白天適當(dāng)提高溫度，晚上適當(dāng)降溫，增加晝夜溫差，以降低細(xì)胞呼吸消耗有機(jī)物。,3CO2濃度對光合速率的影響,(1)關(guān)鍵點的含義 在一定范圍內(nèi)，植物光合速率隨CO2濃度增大而加快；當(dāng)CO2濃度達(dá)到一定值時，再增加CO2濃度，光合速率也不再增加，甚至減弱(細(xì)胞呼吸被抑制)。 圖1中A點表示光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點；圖2中的A點表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1和圖2中的B和B點都表示CO2飽和點。 (2)生產(chǎn)上的應(yīng)用 對農(nóng)田里的農(nóng)作物應(yīng)“正其行，通其風(fēng)”； 對溫室作物來說，應(yīng)增施農(nóng)家肥料或使用CO2發(fā)生器。,4多因子影響

10、,環(huán)境因子對植物光合作用并不是單獨地發(fā)揮作用，而是綜合起作用。但各種因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子為關(guān)鍵因子，因此在分析相關(guān)問題時，應(yīng)抓關(guān)鍵因子。,外部因素,反應(yīng)條件：光、溫度、必需礦質(zhì)元素 反應(yīng)原料： CO2濃度、水,內(nèi)部因素,影響光合作用的因素有哪些？,植物種類不同（陰生植物、陽生植物）,植物種類不同對光合作用的影響,作物后期,適當(dāng)摘除老葉、殘葉，降低呼吸。,1.幼葉不斷生長,葉綠體(素)不斷增加,光合速率不斷加快； 2.老葉葉綠體破壞,光合速率減慢。,葉齡,光,在生產(chǎn)上的應(yīng)用,對光合作用的影響,外因,2.光質(zhì)(光的波長),1.光照強(qiáng)度,復(fù)色(白色)光 最好 紅光 其次

11、藍(lán)紫光 次之 綠光 最差,1.注重陰、陽生植物間作套種 2. 一年之內(nèi)輪作,延長光合作用時間 3.通過合理密植,增加光合作用面積 4.溫室大棚,使用無色透明玻璃 5.防止?fàn)I養(yǎng)生長過強(qiáng),導(dǎo)致葉面互相遮擋.,光合作用強(qiáng)度,0,呼吸速率,光補(bǔ)償點,光飽和點,陰生植物,陽生殖物,光補(bǔ)償點、光飽和點 ： 陽生植物 陰生植物,溫室： 使用干冰； 使用二氧化碳發(fā) 生器； 使用農(nóng)家肥 溫室與大田： 確保良好通風(fēng)；增施有機(jī)肥料；深施“碳銨”。,CO2是光合作用的原料.,CO2,ab: CO2太低，農(nóng)作物消耗光合產(chǎn)物； bc: 隨CO2的濃度增加，光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)； cd: CO2濃度再增加，光合作用強(qiáng)度保持不變

12、； de: CO2濃度超過一定限度，將引起原生質(zhì)體中毒或氣孔關(guān)閉，抑制光合作用。,CO2的補(bǔ)償點,CO2的飽和點,1.適時播種 2.溫室栽培時,白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫（增加晝夜溫差）。,溫度會直接影響酶的活性. （ 主要是影響暗反應(yīng)）,溫度,影響光能利用率的因素在生產(chǎn)中的應(yīng)用：,延長光合作用時間,增加光合作用面積,光能利用率,光合作用效率,( 輪作 ),( 合理密植：間種、套種 ),1、光照強(qiáng)度、光質(zhì),2、CO2濃度,3、溫度,4、礦質(zhì)元素（ 合理施肥）,5、水（ 合理灌溉）,光合作用原理的運用,1）光照,2）溫度,3）二氧化碳濃度,4）水分,5）礦質(zhì)元素,植物自身（內(nèi)部）因素,環(huán)境因

13、素對光合作用的影響,1區(qū)別,2.光合速率與呼吸速率 (1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗環(huán)境中，測定實驗容器內(nèi)CO2增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量。 (2)凈光合速率和真正光合速率 凈光合速率：常用一定時間內(nèi)O2釋放量、CO2吸收量或有機(jī)物積累量表示； 真正光合速率：常用一定時間內(nèi)O2產(chǎn)生量，CO2固定量或有機(jī)物產(chǎn)生量來表示。,(3)光合速率與呼吸速率的關(guān)系,綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織測得的數(shù)值為呼吸速率(A點)。 綠色組織在有光條件下光合作用與細(xì)胞呼吸同時進(jìn)行，測得的數(shù)據(jù)為凈光合速率。 真正光合速率凈光合速率呼吸速率。,2012北京海淀模擬將某種綠色植物的葉片，放在特定的實驗裝置中

14、，研究在10、20的溫度條件下，分別置于黑暗和5 klx、10 klx條件下的光合 作用和呼吸作用。結(jié)果如下圖所示(橫坐標(biāo)為時間，單位：小時)。,對以上結(jié)果分析正確的是() A該葉片20時的呼吸速率是10時的4倍 B該葉片在10、5 klx的光照下，每小時光合作用產(chǎn)生的氧氣量是3 mg C該葉片在5 klx光照下，10時積累的有機(jī)物比20時少 D該葉片在20、10 klx光照下，每小時光合作用產(chǎn)生的氧氣量是6 mg,解析20時呼吸速率為2 mg/2h1 mg/h,10時為1 mg/2h0.5 mg/h,20時的呼吸速率是10時的2倍，A項錯誤；10、5 klx的光照下，每小時產(chǎn)生的O2量為6

15、mg/2h1 mg/2h3.5 mg，B項錯誤；5 klx光照下，若用O2釋放量表示10時積累的有機(jī)物為6 mg/2h3 mg/h,20時為4 mg/2h2 mg/h，C項錯誤；20、10 klx光照下，每小時光合作用產(chǎn)生的氧氣量是：(10 mg2 mg)/2h6 mg/h，D項正確。 答案D,對光合作用總量、凈光合作用和細(xì)胞呼吸關(guān)系的考查 有關(guān)光合作用和細(xì)胞呼吸的總結(jié) (1)光合作用所需CO2的兩個來源：由呼吸作用產(chǎn)生；從周圍空氣中吸收(若是水生植物，則從周圍的水中吸收)。光合作用釋放的O2的兩個去向：用于呼吸作用；呼吸作用消耗不完的釋放到周圍的空氣中。光合作用制造的葡萄糖的兩個去向：用于呼

16、吸作用消耗；呼吸作用消耗不完的用于積累。,(2)發(fā)生時間：光合作用只在有光照時發(fā)生，呼吸作用在有光和無光時均能發(fā)生。 (3)注意以下四種情況： 強(qiáng)光照射：光合作用速率大于細(xì)胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的O2的去向：供給線粒體釋放到葉片外。葉綠體需要的CO2的來源：線粒體產(chǎn)生外界吸收。光合作用強(qiáng)度呼吸作用強(qiáng)度。,中等強(qiáng)度光照：光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的O2供給線粒體進(jìn)行細(xì)胞呼吸。線粒體產(chǎn)生的CO2供給葉綠體進(jìn)行光合作用，葉片與外界環(huán)境不進(jìn)行氣體交換。光合作用強(qiáng)度呼吸作用強(qiáng)度,弱光光照：光合作用速率小于細(xì)胞呼吸速率。線粒體需要的O2部分來自葉綠體，部分從外界吸收。線粒體產(chǎn)生的CO2除供給

17、葉綠體利用外，其余釋放到葉片外。過程如圖所示。光合作用強(qiáng)度呼吸作用強(qiáng)度,黑暗情況：不進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，葉片從外界吸收O2，釋放CO2。過程如圖所示。 總之，真正光合作用速率凈光合作用速率細(xì)胞呼吸速率。,診斷：,1、下列四個選項中，能代表細(xì)胞中發(fā)生的情況與曲線中C點相符的是（）,2、某綠色植物呼吸和光合作用最適的T分別為250C和300C，開始的T為 25，當(dāng)變?yōu)?00C時，a、c、d分別怎樣移動?(上圖）,a,b,c,d,CO2,CO2,CO2,CO2,CO2,CO2,A,B,C,D,C,答：a點向上移，c點向左移，d點向上移,呼吸速率、凈光合速率的測定：,測量什么? 、 。 燒杯

18、中裝 、 。 條件？ 、 。,呼吸速率 光合速率,NaOH,黑暗,NaHCO3,光下,測呼吸速率原理 測光合速率原理,黑暗處，只進(jìn)行呼吸作用,消耗O2，產(chǎn)生的CO2被NaOH吸收,氣壓下降 ，液滴左移,液滴左移的距離（體積）即為O2的消耗量也即呼吸速率,光下，光合作用呼吸作用,光合作用產(chǎn)生的O2多于呼吸作用吸收的O2，而CO2維持穩(wěn)定,氣壓增大 ，液滴右移,液滴右移的距離（體積）即為O2的產(chǎn)生量也即凈光合速率,如圖為某植物細(xì)胞部分結(jié)構(gòu)示意圖，據(jù)圖分析，下列四項敘述中，正確的是(),Aa、b箭頭表示的是O2進(jìn)出細(xì)胞的過程 Be、f箭頭表示的是CO2進(jìn)出細(xì)胞的過程 C以C18O2作原料進(jìn)行光合作用

19、，在較強(qiáng)光照下，測得含18O的呼吸作用產(chǎn)物的主要去向是圖中的d,解析本題綜合考查光合作用和細(xì)胞呼吸之間的關(guān)系。a表示葉綠體吸收CO2，b表示葉綠體釋放O2，e表示線粒體吸收O2，f表示線粒體釋放CO2，c表示葉綠體產(chǎn)生的O2被線粒體利用，d表示線粒體產(chǎn)生的CO2被葉綠體利用。以C18O2作原料進(jìn)行光合作用，18O的轉(zhuǎn)移為：C18O2有機(jī)物，呼吸作用中有機(jī)物中的18OC18O2，在較強(qiáng)光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸產(chǎn)物C18O2主要被葉綠體利用，即主要去向是圖中的d。,光合作用的重要意義,包括人類在內(nèi)的幾乎所有生物的生存提供了物質(zhì)來源和能量來源 維持大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定

20、 促進(jìn)生物進(jìn)化 從物質(zhì)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)變的過程來看，光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝,答案C,化能合成作用,自然界中少數(shù)種類的細(xì)菌，雖然細(xì)胞內(nèi)沒有色素，不能進(jìn)行光合作用，但是能夠體外環(huán)境中某些無機(jī)物釋放的能量來制造有機(jī)物，這種合成作用，叫做化能合成作用。,化能合成作用,自養(yǎng)生物,以光為能源，以CO2和H2O（無機(jī)物）為原料合成糖類（有機(jī)物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。例如綠色植物。,異養(yǎng)生物,只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細(xì)菌。,化能合成作用,利用環(huán)境中某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物。少數(shù)的細(xì)菌，如硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌。,

21、光能自養(yǎng)生物,化能自養(yǎng)生物,所需的能量來源不同（光能、化學(xué)能）,化能合成作用 (1)化能合成作用的實例 硝化細(xì)菌的化能合成作用,除了硝化細(xì)菌外，常見的還有硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等。硫細(xì)菌進(jìn)行的反應(yīng)式如下：,(2)自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物,3、在光合作用中,糖類是在 中形成的，氧氣是在 中形成的，ATP是在 中形成的，CO2是在 固定的。,2、光合作用的實質(zhì)是：把 和 轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物， 把 轉(zhuǎn)變成 ，貯藏在有機(jī)物中。,1、如用14CO2示蹤，在光合作用過程中，14C在下列分子中的轉(zhuǎn)移 途徑是 （ ） A、14CO2葉綠素ADP B、14CO2ADP糖類 C、14CO2三碳化合物糖類D、14CO2葉綠素ATP,練

22、一練 測一測,二氧化碳,水,光能,化學(xué)能,暗反應(yīng),光反應(yīng),暗反應(yīng),光反應(yīng),4光合作用過程的正確順序是（） 二氧化碳的固定 氧氣的釋放 葉綠素吸收光能 水的光解三碳化合物被還原 A. B. C. D.,5光合作用的暗反應(yīng)中，三碳化合物轉(zhuǎn)變成葡萄糖，最起碼需要 的條件是（） O2葉綠素分子ATPH多種酶五碳化合物 A. B. C. D.,6、請按時間先后順序排列下列事件 （ ） 德國科學(xué)家薩克斯證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉 美國科學(xué)家魯賓和卡門采用同位素標(biāo)記法證明，光合作用釋放的氧 氣全部來自參加反應(yīng)的水 英國科學(xué)家普里斯特利指出植物可以更新空氣 德國科學(xué)家恩格爾曼用水綿做實驗證明，氧是由葉綠體釋放出來 的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所 A B C D 7、1864年，德國科學(xué)家薩克斯將綠色葉片放在暗處幾小時，然后把 此葉片一半遮光，一半曝光。經(jīng)過一段時間后，用碘蒸氣處理葉片， 成功地證明綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。該實驗在設(shè)計上具有 很強(qiáng)的嚴(yán)密性，具體體現(xiàn)在 A、本實驗不需要設(shè)對照實驗 B、曝光處作為對照實驗 C、本實驗