3.5 光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（第二課時）-高一上學(xué)期生物浙科版必修1

1、光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（二）課程導(dǎo)入CO2CO2CO2CO2O2O2O2光合作用的過程不需要光照光照葡萄糖等有機物CO2碳反應(yīng)光反應(yīng)H2O三碳糖O2一、光合作用受環(huán)境因素的影響（一）概念理解1. 光合速率（光合強度）指一定量的植物（如一定的葉面積）在單位時間內(nèi)進(jìn)行多少光合作用，如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。單位時間內(nèi)進(jìn)行多少光合作用2. 表觀光合速率與真正光合速率 在光照條件下，人們測得的CO2吸收量是植物從外界環(huán)境吸收的CO2總量，稱為表觀光合速率，又稱凈光合速率。 真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量，加上細(xì)胞呼吸釋放的CO2的量，即植物實際所同化的C

2、O2的量，又稱總光合速率。表觀光合速率小于真正光合速率。真正光合速率 = 表觀光合速率 + 呼吸速率線粒體葉綠體O2CO2CO2O2C6H12O6 +6O2+ 6H2O 6CO2+ 12H2O 6CO2+12H2O C6H12O6 +6O2+ 6H2O 光葉綠體酶（三）活動：探究環(huán)境因素對光合作用的影響 影響光合作用強度的因素有很多，可以選擇其中某種因素，探討它與光合作用的強度有什么關(guān)系。你可以參考以下案例的思路，決定自己要探究的環(huán)境因素和實驗方案。探究光照強度對光合作用強度的影響。參考案例打孔器，注射器，5WLED臺燈，米尺，燒杯，綠葉（如菠菜、吊蘭等）。材料用具方法步驟1. 取生長旺盛的綠

3、葉，用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片（避開大的葉脈）。2. 將圓形小葉片置于注射器內(nèi)。注射器內(nèi)吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，用手指堵住注射器前端的小孔并緩慢地拉動活塞，使圓形小葉片內(nèi)的氣體溢出。這一步驟可能需要重復(fù)23次。處理過的小葉片因為細(xì)胞間隙充滿了水，所以全部沉到水底。3. 將處理過的圓形小葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。4. 取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（可以事先通過吹氣的方法補充CO2，也可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%2%的NaHCO3溶液來提供CO2）。5. 向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，然后分別置于強、中、弱三種光照下。實驗中，可用5W的LED

4、燈作為光源，利用小燒杯與光源的距離來調(diào)節(jié)光照強度。6. 觀察并記錄同一時間段內(nèi)各實驗裝置中圓形小葉片浮起的數(shù)量。ABC葉片浮起數(shù)量多葉片浮起數(shù)量中葉片浮起數(shù)量少 在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強(小圓形葉片產(chǎn)生的O2多，浮起的多。)實驗結(jié)果思考：若測得一植物1小時釋放O2 10mL，這是不是該植物1小時中光合作用產(chǎn)生的全部O2?線粒體葉綠體O2釋放O2（可以測得）葉肉細(xì)胞光合作用產(chǎn)生的O2=釋放到空氣中的O2+呼吸作用消耗的O2（四）影響光合作用強度的環(huán)境因素 6CO2 + 12H2O光能葉綠體C6H12O6+ 6H2O + 6O2原料條件產(chǎn)物 濃度 水 分 光強度

5、溫 度CO21. 光強度光強度光合速率O光合速率隨光強度的增加而增加，但在強度達(dá)到全日照之前，光合作用已達(dá)到光飽和點時的速率，即光強度再增加，光合速率也不會增加。光飽和點遮陰全日照0O2釋放O2吸收ABC光強度呼吸速率表觀光合速率真正光合速率CO2吸收CO2釋放光補償點光飽和點真正光合速率 = 表觀光合速率 + 呼吸速率為什么光照到達(dá)C點后，光合強度就不再增強?C點后的主要限制因素：CO2濃度、溫度等AB光強度0吸收CO2陽生植物陰生植物B：光補償點C2：光飽和點C1釋放CO2光補償點、光飽和點：陽生植物 陰生植物C2藍(lán)紫光、紅光綠光最強：最弱：光質(zhì)（綠葉中的色素對不同波長的光吸收量不同）溫室

6、大棚中應(yīng)該選擇：選用無色透明的塑料薄膜補充人工光源(藍(lán)紫光和紅光)2. 溫度溫度光合速率O 溫度光合作用是酶促反應(yīng)，其速率受溫度影響，一定范圍內(nèi)隨溫度的升高而加快。光合作用對溫度比較敏感，溫度過高則酶的活性減弱或喪失，所以光合作用有一個最適溫度。最適溫度溫帶植物25通過影響酶的作用影響光合作用在生產(chǎn)上應(yīng)用： 在大棚生產(chǎn)中常常采用白天適當(dāng)升溫（保證光合作用正常進(jìn)行），晚上適當(dāng)降溫（降低呼吸酶的活性）。3. CO2濃度CO2濃度光合速率OCO2直接影響碳反應(yīng)速率?？諝庵蠧O2濃度的增加會使光合速率加快。直接影響碳反應(yīng)速率大氣中的二氧化碳的濃度約為0.035%，當(dāng)著一濃度增加至1%以內(nèi)時，光合速率會

7、隨二氧化碳濃度的增加而增加，超過后植物不但不會增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影響植物正常的生長發(fā)育。4. 礦質(zhì)元素合理施肥應(yīng)用：N：P：Mg：是ATP的組成元素是葉綠素的組成元素是ATP的組成元素是磷脂的組成元素是葉綠素的組成元素光合作用中各種酶的組成元素5. 水水是光合作用的原料 缺水導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，CO2吸收減少，從而影響碳反應(yīng)。 水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用。缺水還會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進(jìn)入葉片，從而間接影響光合速率。 710時光合作用強度不斷增強的原因是在一定溫度和二氧化碳供應(yīng)充足的情況下，光合作用的強度是隨著光照加強而增強的。 在10-12時左右

8、光合作用強度明顯減弱，是因為此時溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)減少，導(dǎo)致光合作用強度明顯減弱。 1417時光合作用強度不斷下降的原因，是因為此時光強度不斷減弱。光合作用強度時刻光強度光合速率O低溫低CO2百分含量高CO2百分含量高溫6. 各種環(huán)境因素對光合作用的綜合影響 光強度、溫度和CO2濃度對光合作用的影響是綜合性的。在溫度較高或CO2濃度較高的情況下，光強度對光合速率的影響就比較顯著，而任何一個因素的減弱都可能限制光合作用。例如，在氣候寒冷時，日光再強，植物也不能以最快的速率生長，因為低溫限制了光合作用。仙人掌類植物不能在森林中生長，是因為它們需要大量的光，而森林中光

9、照不足。葉綠體處于不同條件下三碳糖、五碳糖、NADPH、ATP以及糖類合成量的動態(tài)變化條件三碳酸五碳糖NADPH、ATP糖類合成量停止光照、CO2供應(yīng)不變突然光照、CO2供應(yīng)不變光照不變、停止CO2供應(yīng)光照不變、CO2供應(yīng)增加光照和CO2不變、糖類輸出受阻增加減少減少減少減少增加增加增加減少增加增加減少增加減少減少增加增加減少增加減少提高農(nóng)作物光合強度的措施： 注意多用一些適當(dāng)、適量、合理等字眼1、適當(dāng)提高光照強度、延長光照時間3、適當(dāng)提高CO2濃度（施農(nóng)家肥，通風(fēng)，用CO2發(fā)生器）4、適當(dāng)提高溫度（白天升溫，晚上降溫）5、適當(dāng)增加植物體內(nèi)的含水量（合理澆水）6、適當(dāng)增加礦質(zhì)元素的含量（合理施

10、肥）2、合理密植拓展提升光合作用的早期研究 早在18世紀(jì)，科學(xué)家就已發(fā)現(xiàn)了光合作用。發(fā)現(xiàn)光合作用的是英國科學(xué)家普利斯特利，但他當(dāng)時并不知道光是必需的。荷蘭的英格豪斯幾年后證明了光合作用必須在光下才能發(fā)生。此后，許多科學(xué)家對光合作用進(jìn)行了多方面的研究，取得了一些成就，但對光合作用實質(zhì)的認(rèn)識進(jìn)展不大。 對光合作用實質(zhì)的認(rèn)識開始于20世紀(jì)初期，那時的研究方法只是在各種不同條件下進(jìn)行光合速率的測定。英國科學(xué)家伯萊克曼在這方面做出了突出的貢獻(xiàn)。他在做了大量測定之后，發(fā)現(xiàn)溫度對光合作用的影響與光強度有很大關(guān)系。光強度高時，光合速率在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度的升高而增加；光強度低時，光合速率與溫度似乎無關(guān)。由此

11、他推斷出光合作用包括一個依賴于光的反應(yīng)和一個與光無關(guān)的反應(yīng)，也就是說，光合作用包括光反應(yīng)和碳反應(yīng)。 在伯萊克曼的啟發(fā)下，德國的瓦爾堡設(shè)法把光合作用的光反應(yīng)、碳反應(yīng)分開。他的辦法是在“間歇光”下測定光合作用。間歇光是一種人工光源，能夠?qū)崿F(xiàn)極短時間的照光與極短時間的黑暗輪番交替，光和暗的時間均為十分之幾或百分之幾秒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)；一定量的光，間歇照射比連續(xù)照射的效率要高。以后的實驗證明，光反應(yīng)的速率比碳反應(yīng)的速率快得多，而且光反應(yīng)與溫度無關(guān)。光合作用中存在光反應(yīng)和碳反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)對于之后的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 19世紀(jì)，人們雖然已認(rèn)識到葉綠體是發(fā)生光合作用的場所，但證據(jù)并不充分。1937年，英國的科學(xué)家

12、希爾（R.Hill，1899-1991）用分離的葉綠體進(jìn)行實驗，證明在有氧化劑（如高鐵鹽）存在時，水可在光照條件下被氧化為O2。這個實驗不僅直接證明了葉綠體是光合作用的細(xì)胞器，而且證明了光合作用所釋放的氧來自于水。 20世紀(jì)40年代，利用氧同位素的示蹤技術(shù)證明了光合作用中所釋放的氧來自于水，而水的光氧化才是光合作用的光反應(yīng)。光照射下的小球藻懸液C18O2CO2H2OH218OO218O2 1945年以后，碳的放射性同位素14C被發(fā)現(xiàn)，于是卡爾文想到，如果讓植物以14C標(biāo)記的二氧化碳為原料進(jìn)行光合作用，然后尋找14C轉(zhuǎn)變的途徑，就可以解決光合作用中的重要問題了。于是他和同事們進(jìn)行研究，經(jīng)過多年的

13、努力，于1954年完全闡明了光合作用中碳的轉(zhuǎn)變途徑，即卡爾文循環(huán)。 光合作用中產(chǎn)生ATP的機制、光系統(tǒng)和光系統(tǒng)、光呼吸、C-4植物等，都是20世紀(jì)70年代以后的研究成果。目前的研究熱點之一是光系統(tǒng)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。希望在不久的將來，人類可以進(jìn)一步闡明光合作用的機理?？栁难h(huán)鞏固練習(xí)1. 下列關(guān)于光合作用過程中光反應(yīng)和碳反應(yīng)的理解，正確的是（）A. 光反應(yīng)只能在有光條件下進(jìn)行，碳反應(yīng)只能在黑暗中進(jìn)行B. 光反應(yīng)是在葉綠體類囊體上進(jìn)行，碳反應(yīng)只能在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行C. 影響光反應(yīng)的外界因素僅有光照強度，影響碳反應(yīng)的外界因素只是CO2濃度D. 光反應(yīng)為碳反應(yīng)提供NADPH和ATP，碳反應(yīng)需要不止一種酶的

14、催化D2. 高溫?zé)岷?dǎo)致作物產(chǎn)量下降，其原因不可能是（）A. 高溫?zé)岷κ姑富钚韵陆礏. 高溫?zé)岷κ构夂仙睾拷档虲. 高溫?zé)岷κ箽饪钻P(guān)閉D. 高溫?zé)岷κ构鈴姸冉档虳3. 如圖所示為在溫度適宜的條件下，光強度和CO2濃度對某植物光合作用速率的影響。下列敘述錯誤的是（）A. 曲線中a點轉(zhuǎn)向b點時，光反應(yīng)增強，碳反應(yīng)增強B. 曲線中b點轉(zhuǎn)向d點時，葉綠體中C5的含量降低C. 曲線中c點的限制因素可能是葉綠體中酶的數(shù)量，與光強度無關(guān)D. 在一定范圍內(nèi)增加光照和CO2濃度有利于提高光合速率B光合作用速率光強度4. 科學(xué)家向小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2，給予實驗裝置不同時間光照，結(jié)果如表所示。根據(jù)實驗

15、結(jié)果分析，下列敘述錯誤的是（）A. 碳反應(yīng)最初形成的主要是3磷酸甘油酸（三碳化合物）B. 本實驗利用小球藻研究的是光合作用的碳反應(yīng)階段C. 3磷酸甘油酸可直接轉(zhuǎn)化成氨基酸、有機酸等D. 實驗結(jié)果說明小球藻光合作用產(chǎn)物是糖類和氨基酸、有機酸等C實驗組別光照時間（s）放射性物質(zhì)分布12大量3磷酸甘油酸（三碳化合物）22012種磷酸化糖類360除上述12種磷酸化糖類外，還有氨基酸、有機酸等5. 棉花的光強度與光合作用強度之間的關(guān)系如右下圖所示，該曲線是實測一片葉子在不同光強度條件下的CO2吸收和釋放的情況。你認(rèn)為下列四個選項中，細(xì)胞中發(fā)生的情況與曲線中A、B、C三點相符的是（ ）A. B. C. D. C吸收釋放光強度6. 為了探明臭柏幼苗在遮蔭處理下的光合特性，通過盆栽實驗，測定了75%遮蔭處理下臭柏的葉面積、葉綠素含量等生理指標(biāo)。75%遮蔭自然條件株葉面積（cm2