【課件】5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化課時二光合作用的原理和應(yīng)用課件2022-2023學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版必修1

1、第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化光合作用的過程及原理的應(yīng)用（課時二）一、光合作用CO2+H2O (CH2O)+O2光能葉綠體指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。概念：反應(yīng)式：實質(zhì)：合成有機物，儲存能量6CO2+12H2O C6H12O6+ 6O2+6H2O 光能葉綠體01探索光合作用原理的部分實驗探究光合作用原理的部分實驗1、19世紀(jì)末 甲醛糖2、1928年 甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖 甲醛對植物有毒CO2O2C + H2O甲醛(CH2O)（有H2O，無CO2）3、1937年，希爾高鐵鹽低鐵鹽希爾反應(yīng)：O2全部來自于H2O嗎？水的光解產(chǎn)生氧

2、氣。結(jié)論： 像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。結(jié)論：光合作用釋放的氧全部來自水。同種植物CO2H2O 同位素標(biāo)記法C18O2H218O18O2O2甲組乙組4、1941年 魯賓和卡門5、1954年，阿爾農(nóng)結(jié)論： 1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實驗： 在給葉綠體照光時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時，體系中就會有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。 在光照時，葉綠體中生成了ATP。19世紀(jì)末甲醛糖 1928年甲醛對植物有毒不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖1937年希爾反應(yīng)水的光解產(chǎn)生氧氣1941年魯賓和卡門同位素標(biāo)記法

3、光合作用氧氣來自于水1954年阿爾農(nóng)光照下葉綠體合成ATP該過程總是與水的光解相伴1上述實驗表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進行的?？偨Y(jié) 02光合作用過程二、光合作用過程劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能光反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)閱讀課文P103104思考： 光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段在所需條件、進行場所、物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)換方面的內(nèi)容光合作用2根據(jù)是否需要光能，將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）兩個階段。光反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無光

4、都能反應(yīng)暗反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？H2O類囊體膜酶Pi ADPATP光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：ATP的合成：場所：條件：物質(zhì)變化能量變化：H+NADPH的合成：NADP+NADPH氧化型輔酶還原型輔酶色素O2光能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能H2O O2+ H+ e- 光色素NADP+ + H+ + e- NADPH酶ADP + Pi + 能量 ATP + H2O酶1946年開始，美國的卡爾文等用14CO2研究了植物在進行光合作用時CO2轉(zhuǎn)化為糖的路線。 （1）向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2,光照30秒后檢測產(chǎn)物，檢測到了多種帶14C標(biāo)記的化合物。 （2

5、）在5秒鐘光照后，卡爾文等檢測到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6). （3）光照時間為幾分之一秒時發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中。 CO2轉(zhuǎn)化成有機物過程中，C的轉(zhuǎn)移途徑是：CO2C3(CH2O)C5卡爾文循環(huán)光合作用2暗反應(yīng) ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：有沒有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPH場所：葉綠體基質(zhì)中產(chǎn)物：（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+光合作用2暗反應(yīng) 物質(zhì)轉(zhuǎn)化C3的還原：2C3 (CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)

6、變有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能光合作用第二階段的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進行，這個階段叫作暗反應(yīng)階段。CO2C5 2C3酶光反應(yīng)和暗反應(yīng)區(qū)別和聯(lián)系 光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段（碳反應(yīng)）場所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶多種酶2H2O O2+4NADPHADP+Pi+能量ATP光能ATP、NADPH中的化學(xué)能ATP、NADPH中的化學(xué)能糖類中的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料2C3CO2+C52C3NADPH(CH2O) +C5ATP過程光合作用21.NADPH和ATP的移動途徑是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。2.

7、NADP+和ADP的移動途徑呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。3.NADPH的作用？活潑的還原劑；儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。光合作用中元素的轉(zhuǎn)移2H的轉(zhuǎn)移：H2O NADPH (CH2O ) C的轉(zhuǎn)移：CO2 C3 （CH2O）O的轉(zhuǎn)移：CO2 C3 （CH2O）H2O O2 CO2 + H2O光能葉綠體（CH2O）+ O2光合作用2葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHCO2濃度不變NADPH、ATP C3C5 （CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強增加減少增加增加光合作用2葉綠體中的色素可見光C52

8、C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH光照不變NADPH、ATPC3C5 （CH2O）CO2濃度減少增加減少增加減少CO2濃度增加減少增加減少增加03光合作用影響因素及應(yīng)用光合作用強度的表示方法：固定或者利用CO2的量制造或產(chǎn)生有機物（糖類）量產(chǎn)生或消耗O2的量單位時間內(nèi)光合作用 CO2+H2O (CH2O)+O2光能葉綠體光合作用強度：指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量問題：植物光合作用制造的糖類會全部積累下來嗎？光合作用制造的糖類呼吸作用消耗的糖類植物細(xì)胞積累的糖類 6CO2 + 12H2O光能葉綠體 C6H12O6 +

9、 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2OC6H12O6+ 6H2O + 6O2光合作用速率的測定CO2固定量 = CO2吸收量 +呼吸CO2產(chǎn)生量有機物制造量 = 有機物積累量 + 呼吸消耗量總光合速率 = 凈光合速率 + 呼吸速率O2產(chǎn)生量 = O2釋放量 + 呼吸O2消耗量1.如果光合強度用葡萄糖的量表示，那么，“產(chǎn)生”、“合成”或“制造”葡萄糖的量是指總光合強度，而“積累”、“增加”或“凈產(chǎn)生”葡萄糖的量則指的是凈光合強度。 2.如果光合強度用CO2的量表示，那么，“同化”、“固定”或“消耗”CO2的量表示的是總光合強度，而“從環(huán)境（或容器）中吸收”或“環(huán)境（或容器）中減少”CO

10、2的量則指的是凈光合強度。3.如果光合強度用O2的量表示，那么“產(chǎn)生”或“制造”O(jiān)2的量指的是總光合強度，而“釋放至容器（或環(huán)境）中”或“容器（或環(huán)境）中增加”O(jiān)2的量則指的是凈光合強度。 小結(jié)：真正/實際/總光合（速率）=呼吸（速率）+ 凈光合（速率）測 量計 算速率CO2O2糖類實際/總/真正光合固定、消耗、產(chǎn)生制造、生成 表觀/凈（光下測量植物體）吸收釋放積累呼吸（黑暗中測量）釋放/產(chǎn)生吸收消耗凈凈凈總總?cè)~綠體（光合作用）吸收的CO2量或者釋放的O2量，指的是總光合在范圍上超過葉綠體的，比如葉肉細(xì)胞，葉片，容器等就是指凈光合影響光合作用的因素有哪些？CO2的濃度CO2H2O （CH2O）

11、O 2 光能葉綠體？H2O光：光照強度、光質(zhì)、光照時間溫度礦質(zhì)元素（Mg合成葉綠素）影響光合作用的因素及實踐應(yīng)用外因：內(nèi)因：酶的種類、數(shù)量色素的含量葉齡不同P限制因素：外因：CO2濃度、溫度、水、礦質(zhì)元素等內(nèi)因：酶的活性和含量、色素含量光照強度光CO2吸收量CO2釋放量光照強度OAC光飽和點B呼吸速率光照強度 【光照時間、光質(zhì)(光的顏色或光的波長)】光補償點C光飽和點：植物達(dá)到最大光合速率所需要的最小光照強度光補償點：植物達(dá)到光合速率等于呼吸速率時，所對應(yīng)的光照強度。只進行細(xì)胞呼吸光合呼吸C點對應(yīng)的橫坐標(biāo)：CO2釋放量表明此時的呼吸強度。AB段：B點：光合作用強度=細(xì)胞呼吸強度。BC段：C點：

12、光合作用強度達(dá)到最大值，達(dá)到飽和增加光照強度光合作用強度不再增加。光飽和點光照強度對光合作用的影響光照強度0CO2吸收CO2釋放ABC陽生植物呼吸速率光補償點光飽和點陰生植物A1B1C1凈光合總光合（限制因素：CO2濃度、溫度等）DB1：陰生植物呼吸作用較弱，對光的利用能力也不強呼吸C點之前限制光合作用因素是光照強度 已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別是25、30，如圖曲線表示該植物在25時光合作用強度與光照強度的關(guān)系。若將溫度調(diào)節(jié)到30的條件下（原光照強度和CO2濃度不變），從理論上講，圖中相應(yīng)點的移動分別是A.a點上移，b點左移，m值增加 B.a點上移，b點左移，m值不變C.a點下

13、移，b點右移，m值下降D.a點下移，b點不移，m值上升答案:CO2CO2O2CO2.O2CO2（A：只呼吸，無光合）O2CO2（AB：光合呼吸）光光照強度陰生植物 是指在弱光條件下比強光條件下生長良好的植物。陽生植物 在強光環(huán)境中生長發(fā)育健壯，在陰蔽和弱光條件下生長發(fā)育不良的植物稱陽性植物陰生植物陽生植物1.間作套種2.通過輪作,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,導(dǎo)致葉面互相遮擋,呼吸強于光合,影響生殖生長應(yīng)用：影響光合作用強度的因素CO2濃度OA段：A點：AB段：B點:C點：BACO光合速率CO2濃度CO2濃度太低，無法進行

14、光合作用開始進行光合作用，光合作用啟動點，光合作用的最低CO2濃度。隨CO2濃度的升高，光合速率也加快CO2飽和點光合作用最大值，達(dá)到飽和CO2飽和點:植物達(dá)到光合作用最大值所需要的最小CO2濃度。原理：CO2濃度主要影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成。CO2濃度PACCO2飽和點OCO2吸收量CO2濃度BCO2補償點CO2釋放量A點之后CO2釋放量減少，說明植物在吸收CO2，植物開始進行光合作用。B點CO2釋放量和CO2吸收量為0，說明植物光合速率等于呼吸速率。限制因素：外因：光照強度、溫度、水、礦質(zhì)元素等內(nèi)因：酶的活性和含量、色素含量C點:植物光合作用達(dá)到最大值時所對應(yīng)的最小CO2 濃度。應(yīng)用

15、：溫室栽培時適當(dāng)提高CO2的濃度措施：多施有機肥或農(nóng)家肥；（微生物呼吸） 大田生產(chǎn)“正其行（合理安排植株的間距），通其風(fēng)（補充新鮮的CO2）”，即為提高CO2濃度、增加產(chǎn)量；釋放一定量的干冰或給植物澆碳酸飲料(施NH4HCO3)。正其行，通其風(fēng)溫度對光合作用的影響O溫度A光合速率BC最適溫度下植物光合作用最大，植物體內(nèi)的酶最適溫度在4050之間。溫度過高時植物氣孔關(guān)閉或酶活性降低，光合速率會減弱。（1）原理： 溫度通過影響有關(guān)酶的活性,從而影響光合作用；對光反應(yīng)和暗反應(yīng)都有影響，但主要影響暗反應(yīng)光合作用強度O光照強度121410一天的時間思考：為什么在中午光合作用強度反而會下降？光合作用強度夏

16、季晴天的中午氣溫高，植物為防止蒸騰失水而關(guān)閉氣孔，CO2吸收減少，進而降低光合速率?！拔缧荨爆F(xiàn)象：拓展：光照強度與光合作用強度（一天）適時播種。溫室栽培時，白天適當(dāng)提高溫度，提高凈光合速率，夜間適當(dāng)降溫，降低呼吸速率，降低有機物的消耗，保證植物有機物的積累。植物“午休”原因之一措施：缺水氣孔關(guān)閉限制CO2進入葉片光合作用受影響水對光合作用的影響水是光合作用的原料，間接影響光合作用。應(yīng)用：合理澆灌光合作用強度O時間A 7 12 14 18水 1.水是光合作用的原料2.水是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)3.水還影響氣孔的開閉,間接影響CO2進入植物體 礦質(zhì)元素對光合作用的影響N：光合酶及NADP+和ATP

17、的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分K：促進光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分應(yīng)用：合理施肥多因素曲線分析甲乙(1)甲圖中的自變量為_，OP段影響光合速率的因素是_，PQ段影響光合速率的因素是_，Q點之后影響光合速率的因素是_；(2)乙圖中的自變量為_， OP段影響光合速率的因素是_，PQ段影響光合速率的因素是_，Q點之后影響光合速率的因素是_；光照強度、溫度光照強度光照強度、溫度溫度光照強度、CO2濃度光照強度光照強度、CO2濃度CO2濃度a點：溫度降低， 減弱，CO2釋放減少。b點：開始進行 。bc段：光合作用 細(xì)胞呼吸。 c點：光合作用 細(xì)胞呼吸。ce段：光合作用 細(xì)胞呼

18、吸。 d點： 過高，部分或全部氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)“午休現(xiàn)象”。 e點：光合作用 細(xì)胞呼吸。ef段：光合作用 細(xì)胞呼吸。fg段：停止 ，只行 。呼吸光合作用小于等于大于溫度等于小于光合作用呼吸作用影響光合作用的因素影響光合作用的因素分析1經(jīng)典圖形（1）積累有機物的時間段：（2）制造有機物的時間段：（3）消耗有機物的時間段：（4）一天中有機物最多的時間點：（5）一天中有機物最少的時間點：ce段bf段og段e點c點一天中有機物積累量 = 白天總光合作用量 - 一天呼吸消耗量 變式： 一天有機物的積累量 = 白天凈光合作用量 - 晚上呼吸消耗量 影響光合作用的因素一天中溫室大棚中CO2的變化AC段：BC段

19、：CD段：開始有了光合作用，吸收了呼吸釋放的部分CO2，但光合作用強度小于細(xì)胞呼吸強度；D點：沒有光照，只有細(xì)胞呼吸釋放CO2溫度較低，呼吸釋放CO2速率較小光合速率等于呼吸速率DH段：FG段：H點：光合速率等于呼吸速率I點：光合速率大于呼吸速率，積累有機物午休現(xiàn)象CO2濃度大小跟A點相比減小，減少的CO2轉(zhuǎn)化成有機物積累在植物體內(nèi)。說明有有機物的積累HI段：光照繼續(xù)減弱，光合作用強度小于細(xì)胞呼吸強度，直至光合作用完全停止；內(nèi)因：外因：基因決定酶種類數(shù)量不同水分應(yīng)用：合理灌溉礦質(zhì)元素應(yīng)用：合理施肥溫度影響酶的活性應(yīng)用：適時播種、晝夜溫差大“午休”CO2濃度升高CO2的濃度：通風(fēng)、混養(yǎng)、使用農(nóng)家

20、肥、加干冰 光質(zhì)（光的顏色）光照 光照時間： （應(yīng)用：延長光照時間：一年兩/三熟） 光合面積（葉面指數(shù)）（應(yīng)用：合理密植、間苗、剪枝；適當(dāng)升高 光強度，間作套種（提高光能的利用率）不同植物光合作用不同；不同部位（葉）光合作用不同；不同葉齡的葉光合作用不同。影響光合作用因素總結(jié)（應(yīng)用：大棚種植用紅光或藍(lán)紫光的燈管；無色透明的薄膜）光合作用速率：一定時間內(nèi)、單位面積CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等產(chǎn)物生成量來表示。 植物在進行光合作用的同時，還進行呼吸作用。實際測量到的光合作用指標(biāo)是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。 單位時間、單位面積積累的有機物的量。 單位時間、單位面積釋放的O2的量

21、。 單位時間、單位面積吸收的CO2的量。 光合速率的測定測定方法： 先將植物置于黑暗中，測量呼吸速率 。 在有光條件下，測定表觀光合速率。 計算：實際(真正)光合速率表觀光合速率呼吸速率。光照強度012345O2釋放例如：根據(jù)O2的變化量測定光合速率光合速率的測定1、光合速率的測定方法氣體量變化法將裝置置于光照充足，溫度適宜的環(huán)境中保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，滿足了綠色植物光合作用的需求。細(xì)胞呼吸會不會改變瓶內(nèi)壓強？不會測定的是總光合還是凈光合？凈光合液滴右移代表？凈光合大于0光合速率的測定2、光合速率的測定方法黑白瓶法黑瓶不透光，只進行呼吸作用白瓶透光，可以進行光合作用和呼吸作用。呼吸作用

22、量 =初始溶氧量 黑瓶溶氧量凈光合作用量 =白瓶溶氧量 初始溶氧量總光合作用量 =凈光合作用量+呼吸作用量= 白瓶溶氧量-黑瓶溶氧量從某一水層取樣，裝入若干個等體積黑瓶和白瓶中，并分別測得初始溶氧量；把黑白瓶懸掛于原水深處。一段時間后，分別測出黑、白瓶的溶氧量并算出平均值。光合速率的測定04探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響光合作用強度一、實驗原理： 葉片含有空氣，上浮葉片下沉O2充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。抽氣光合作用產(chǎn)生O2根據(jù)單位時間小圓形葉片浮起的數(shù)量的多少， 探究光照強度與光合作用強度的關(guān)系。自變量光照強弱因變量光合作用強度無關(guān)變量要求相同且適宜檢測方法相同時間小圓形葉片浮起的數(shù)量控制方法不同