光合作用的原理和應(yīng)用蘭琳

二光合作用的原理和應(yīng)用陽光下最重要的魔術(shù)光能CO2+H2O（CH2O）+O21五年后柳樹增重74.47kg土壤減少0.06kg水分是建造植物體的原料一.光合作用的探究歷程：1642年，海爾蒙特只用純凈的雨水澆灌樹苗.制作了桶蓋防止灰塵落入.

推論：21771年，(英)普利斯特利的實驗

結(jié)論:植物可以更新空氣光照下，一段時間后有人重復(fù)了普利斯特利的實驗，得到相反的結(jié)果，所以有人認(rèn)為植物也能使空氣變污濁？31普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功2植物體只有綠葉才能更新空氣。1779年，(荷蘭)英格豪斯的實驗

結(jié)論:41785年，綠葉在光下吸收CO2，釋放O2。

1782年,拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了空氣的組成。1845年，德國科學(xué)家梅耶指出，植物光合作用時，把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲存起來。51864年，（德）薩克斯的實驗結(jié)論：碘液植物通過光合作用可制造淀粉。遮光曝光6進(jìn)行對照消耗掉葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)（淀粉）為什么部分遮光、部分曝光？為什么在暗處放置幾小時？7

1.光合作用的原料、產(chǎn)物、場所和條件是什么？其化學(xué)反應(yīng)式是？

原料—CO2和H2O；產(chǎn)物—糖類和O2；場所—葉綠體；條件—光合酶；光合作用的反應(yīng)式是：CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O22.光合作用釋放的O2到底是來自H2O，還是CO2呢?還是兩者兼而有之？8一種元素的各種同位素都有相同的化學(xué)性質(zhì)．有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素,用放射性同位素代替非放射性的同位素來制成各種化合物，這種化合物跟通常的化合物一樣參與所有化學(xué)反應(yīng)，卻帶有“放射性標(biāo)記”，用儀器可以探測出來．這種原子叫做示蹤原子．32P→31P3H→1H14C→12C35S→32S18O→16O91939，美國魯賓和卡門實驗（同位素標(biāo)記法）CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2光合作用釋放的O2到底是來自H2O，還是CO2呢?應(yīng)標(biāo)記哪一種元素？10H2180C021939，美國魯賓和卡門實驗（同位素標(biāo)記法）H20C18O2第一組第二組021802結(jié)論：光合作用釋放的O2全部來自于H2O如何設(shè)計？11從CO2到糖類是怎樣的變化過程?

用什么方法進(jìn)行研究?同位素標(biāo)記法50年代美國科學(xué)家卡爾文和他的同事們應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)以同位素碳,即14CO2飼養(yǎng)小球藻觀察小球藻光合作用中碳的轉(zhuǎn)化和去向.研究中發(fā)現(xiàn):幾秒鐘之內(nèi),

小球藻出現(xiàn)了第一個被標(biāo)記的化合物-----一個含有三個碳原子的化合物中(C3化合物)。隨后葡萄糖中也出現(xiàn)了放射性14C

。14CO214C314C6H12O6結(jié)論:12年代科學(xué)家結(jié)論1771普利斯特利植物可以更新空氣1779英格豪斯只有在光照下只有綠葉才可以更新空氣1845R.梅耶植物在光合作用時把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲存起來1864薩克斯綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉1880恩格爾曼氧由葉綠體釋放出來。葉綠體是光合作用的場所。1939魯賓卡門光合作用釋放的氧來自水。20世紀(jì)40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機(jī)物的碳來自CO2P103:思考與討論132.生物學(xué)的發(fā)展與物理學(xué)和化學(xué)的研究和進(jìn)展關(guān)系很密切。例如：①到1785年，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確光合作用放出的氣體是O2，吸收的是CO2

；②魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法證明光合作用釋放的氣體O2是來自水，而不是來自CO2

；③卡爾文用同位素示蹤技術(shù)探明了CO2中的碳在光和作用中的轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。143.善于觀察生活中的現(xiàn)象、敢于對前輩科學(xué)家質(zhì)疑、勇于用實踐來驗證猜想、不畏科學(xué)道路的艱辛、巧妙的設(shè)計………15在卡爾文的繼續(xù)研究中發(fā)現(xiàn),CO2的受體是一種含有五個碳的化合物(C5化合物),這種C5在相關(guān)酶的作用下與CO2結(jié)合成六碳化合物,這個六碳化合物十分不穩(wěn)定,立刻分解為2分子的C3化合物.史料分析CO2+C52C3酶CO2的固定:二光合作用的過程16史料分析:科學(xué)家用藻類進(jìn)行閃光實驗,在光能量相同,照光時間一樣的條件下,一組連續(xù)照光,另一組用閃光照射,中間間隔一定暗期,發(fā)現(xiàn)后者光合效率是連續(xù)光下的2到4倍.光合作用可分為需光和不需光兩個階段,結(jié)論:問題:光合作用的所有反應(yīng)都需要在光下進(jìn)行么?二光合作用的過程17二光合作用的過程18色素分子可見光GHDEABC多種酶酶MF吸收光解能固定還原NKH2OO2[H]ADP+PiATPC52C3(CH2O)CO2光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)中二光合作用的過程191.光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別回歸課本,知識整合項目光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段場所條件物質(zhì)變化能量變化基粒(類囊體的薄膜上)葉綠體基質(zhì)中需光,色素和酶需多種酶、ATP、[H]2H2O

光

4[H]+O2光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姷幕瘜W(xué)能，儲存在ATP中ATP中活潑的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶ADP+Pi+光能

ATPCO2的固定：CO2+C52C3酶C3的還原：2C3(CH2O)+C5[H]酶

ATPADP+Pi20光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個整體,二者緊密聯(lián)系,缺一不可。光反應(yīng)暗反應(yīng)ATP[H]ADPPi2.光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的聯(lián)系21光合作用與呼吸作用的區(qū)別：光合作用呼吸作用原料產(chǎn)物能量轉(zhuǎn)換發(fā)生部位發(fā)生條件CO2、H2OO2、葡萄糖等有機(jī)物O2、葡萄糖等有機(jī)物CO2、H2O等貯藏能量的過程光能→活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)能釋放能量的過程穩(wěn)定的化學(xué)能→活躍的化學(xué)能有葉綠體的細(xì)胞、葉綠體活細(xì)胞、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體光照下才可發(fā)生光下、暗處都可發(fā)生22葉綠體和線粒體：都是雙層膜都有基粒和酶都有增大膜面積的結(jié)構(gòu)都有少量的DNA和RNA都與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)都是半自主復(fù)制細(xì)胞器231光合作用中，糖類是在

階段形成的，O2是在

階段形成的，ATP是在

階段形成的。暗反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)課堂反饋242.光合作用過程中，光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的物質(zhì)是（）A、[H]和ATPB、[H]和O2C、O2和ATPD、[H]和H2OA253.在光合作用中，需消耗ATP的是（）A、三碳化合物的還原B、CO2的固定C、水在光下分解D、葉綠素吸收光能A264.下列有關(guān)光合作用的敘述中,正確的是()A.光反應(yīng)所需要的色素分布于葉綠體的囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上及基質(zhì)中B.光反應(yīng)釋放的氧氣來自于水分子C.暗反應(yīng)在葉綠體的基粒中進(jìn)行D.暗反應(yīng)只在無光條件下進(jìn)行B275.某科學(xué)家用含有14C的CO2來追蹤光合作用中的C原子，這種C原子的轉(zhuǎn)移途徑是（）

A、CO2

葉綠體ATPB、CO2

葉綠素ATPC、CO2

乙醇糖類

D、CO2

三碳化合物糖類D286.在光合作用過程中，能量的轉(zhuǎn)移途徑是（）A、光能ATP葡萄糖B、光能葉綠素葡萄糖C、光能CO2

葡萄糖D、光能葡萄糖淀粉A29

7.下圖是一個研究光合作用過程的實驗，實驗前溶液中加入ADP，磷酸鹽、葉綠體等，實驗時按圖示控制進(jìn)行，并不斷測定有機(jī)物合成量，用此數(shù)據(jù)繪成曲線。請你用已學(xué)的光合作用知識，解釋曲線形成的原因。30(1)ab段由于缺乏CO2，使光合作用過程中的

階段不能進(jìn)行，因此無有機(jī)物生成。(2)bc段在提供了CO2之后，由于ab段已積累了大量的

，所以有機(jī)物能快速合成。暗反應(yīng)ATP和[H]31(3)cd段在無光照條件下，由于光合作用過程中的

階段無法進(jìn)行，無法繼續(xù)提供

,又由于ab段所積累的物質(zhì)

的原因，使有機(jī)物的合成逐漸下降至0。光反應(yīng)ATP和[H]被逐漸用完32光照強(qiáng)度和CO2濃度變化對植物細(xì)胞中C3、C5、[H]、ATP、(CH2O)含量的影響思考331、有光但無CO2

葉肉細(xì)胞內(nèi)與光合作用相關(guān)物質(zhì)的量變化2、無光但有CO2

葉肉細(xì)胞內(nèi)與光合作用相關(guān)物質(zhì)的量變化無CO2—CO2固定—C3化合物還原—ATP、NADPH利用ATP、NADPH增多ADP+Pi、NADP減少無光—光反應(yīng)—ATP、NADPH生成—C3化合物還原C3增多、C5減少ATP、NADPH減少ADP+Pi、NADP+增多C3減少C5增多34例：將植物栽培在適宜的光照、溫度和充足的CO2條件下。(1)當(dāng)CO2濃度突然降至極低水平時,發(fā)現(xiàn)植物葉片中的五碳化合物含量突然上升。這是因為

缺少時,植物體內(nèi)的五碳化合物不能形成

.(2)如果在降低CO2濃度的同時,停止光照,則不出現(xiàn)上述五碳化合物上升現(xiàn)象。這是因為暗反應(yīng)所必需的

供應(yīng)不足,使

不能形成五碳化合物。CO2三碳化合物[H]和ATP三碳化合物35三、光合作用原理的應(yīng)用1、影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素?色素分子可見光GHEDABC多種酶酶MF吸收光解能固定還原酶NKH2OO2[H]ADP+PiATPC52C3(CH2O)CO2光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)中36（2008廣東）．光合作用強(qiáng)度可以用多種指標(biāo)表示，以下不適合的是（）A．植物體鮮重增加量B．植物體干重增加量C．O2釋放量D．CO2吸收量

A37試?yán)L出溫度、CO2含量、光照強(qiáng)度影響光合作用強(qiáng)度的曲線。38光合作用強(qiáng)度溫度(一)溫度農(nóng)業(yè)大棚生產(chǎn)中，結(jié)合呼吸作用分析陰雨天應(yīng)采取怎樣的手段增產(chǎn)或減少生產(chǎn)中的損失？B最適溫度39(二)二氧化碳的供應(yīng)1）OA段表明:

.2）AB段表明：

。3）BC段表明：

。4)結(jié)論：

。CO2含量光合作用強(qiáng)度OABC二氧化碳含量很低時,綠色植物不能制造有機(jī)物隨二氧化碳含量提高,光合作用逐漸增強(qiáng)二氧化碳提高到一定程度,光合作用不再隨二氧化碳含量的提高而增強(qiáng)周圍空氣中二氧化碳含量,直接影響綠色植物光合作用分析曲線上的幾個關(guān)鍵點的含義，并分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中如何應(yīng)用40空氣中CO2含量一般占330mg/L，與植物光合所需最適濃度（1000mg/L）相差太遠(yuǎn)。41光照強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度0(三)光照強(qiáng)度AB42BC光照強(qiáng)度0植物吸收CO2量B：C：釋放CO2量光合作用消耗的CO2=呼吸作用釋放的CO2量光照強(qiáng)度增加到一定強(qiáng)度后，植物的光合作用強(qiáng)度不再增加光補(bǔ)償點光飽和點AA：只有呼吸作用(三)光照強(qiáng)度43BC光照強(qiáng)度0凈光合作用A真正光合作用黑暗中呼吸作用所釋放的CO2量(三)光照強(qiáng)度B：C：光補(bǔ)償點光飽和點A：只有呼吸作用D植物吸收CO2量釋放CO2量真正光合作用﹣呼吸作用凈光合作用=44P106:下圖是北方夏季一天中葉片光合作用強(qiáng)度的變化曲線，分析各段曲線形成的原因:adcbe1210714時光合作用強(qiáng)度中午光照強(qiáng)烈,為減少體內(nèi)水分散失,部分氣孔關(guān)閉,通過氣孔進(jìn)入的二氧化碳減少.結(jié)論：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，增加光照強(qiáng)度可提高光合效率ab段：de段:451.在夏至這天，假設(shè)下列地區(qū)溫度相同且晴天，則同種植物有機(jī)物積累最多的地區(qū)是（）

A、哈爾濱B、北京C、上海D、海口結(jié)論：光照時間越長，產(chǎn)生的光合作用產(chǎn)物越多

A462.建溫室時，選用

顏色的玻璃或塑料薄膜作頂棚，能提高光能利用率．Ａ紅橙和藍(lán)紫Ｂ綠色Ｃ無色透明結(jié)論：紅橙光和藍(lán)紫光有利于提高光合效率。綠光不利于提高光合效率。白光下光合作用最強(qiáng)Ｃ473.綠色植物在什么溫度范圍內(nèi)，光合作用效率最高？Ａ１０℃Ｂ０℃Ｃ３０℃Ｃ48例1.離體的葉綠體在光照下進(jìn)行穩(wěn)定光合作用時，如果突然中斷CO2氣體的供應(yīng)，短暫時間內(nèi)葉綠體中C3化合物與C5化合物相對含量的變化是A.C3化合物增多、C5化合物減少B.C3化合物增多、C5化合物增多C.C3化合物減少、C5化合物增多D.C3化合物減少、C5化合物減少C49水是光合作用的原料，水作為原料對光合作用的影響是很小的，幾乎可以忽略不計。但當(dāng)植物體內(nèi)水分供應(yīng)不足，或因植物的蒸騰作用過于旺盛，植物根系水分供應(yīng)不上時，植物葉片上的氣孔就會關(guān)閉，以減少水分的散失。氣孔關(guān)閉，外界空氣中的CO2就不能進(jìn)入葉片內(nèi)部，固定不到CO2就不能形成C3，暗反應(yīng)受阻，光合作用下降。這是在炎熱的夏季中午光合作用下降的主要原因。水影響光合作用的因素光照強(qiáng)烈,為減少體內(nèi)水分散失,部分氣孔關(guān)閉,通過氣孔進(jìn)入的二氧化碳減少.50必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)影響光合作用的因素N：P：Mg：是各種酶以及NADP+和ATP的重要組成成分是葉綠體膜、NADP+和ATP的重要組成成分葉綠素的重要組成成分。51實驗探究：環(huán)境因素對光合作用強(qiáng)度的影響52光能葉綠體CO2+H2O（CH2O）+O2自養(yǎng)生物：異養(yǎng)生物：53硝化細(xì)菌是生活在土壤中的一種細(xì)菌，它制造有機(jī)物的過程?思考其屬于自養(yǎng)生物、異養(yǎng)生物？2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O2硝化細(xì)菌2HNO3+能量（CH2O）+O2CO2+H2O思考：光合作用和化能合成作用的主要區(qū)別是什么？自養(yǎng)型光合作用：利用光能化能合成作用：利用化學(xué)能化能合成作用54光合作用呼吸作用哪些細(xì)胞進(jìn)行反應(yīng)場所反應(yīng)條件總反應(yīng)式能量變化把____轉(zhuǎn)變成______儲存在__________中將有機(jī)物中的____釋放出來，一部分轉(zhuǎn)移到____中實質(zhì)把_________轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，同時把光能轉(zhuǎn)變成______，儲存在______中。分解____________，釋放_________，產(chǎn)生______

55

1.(2003·江蘇)生長旺盛的葉片，剪成5mm見方的小塊，抽去葉內(nèi)氣體，做下列處理(如圖)，這四個處理中，沉入底部的葉片最先浮起的是()C566.下圖是小球藻進(jìn)行光合作用示意圖，圖中物質(zhì)A與物質(zhì)B的分子量之比是（）C18O2AH2OCO2BH218O光照射下的小球藻Ｄ

A.１：２B.２：１

C.９：８D.８：９571.葉綠體中的色素所吸收的光能，用于_______和____________;形成的________和__________提供給暗反應(yīng)。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。3.在光合作用中，葡萄糖是在________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。水的光解形成ATP[H]ATPCO2H2O光能化學(xué)能暗反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)58下圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：①圖中A是______,B是_______,它來自于______的分解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于____________________

。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基質(zhì)用作還原劑，還原C3ATP色素吸收的光能光反應(yīng)階段[H]和ATP色素C5化合物C3化合物糖類591、在光合作用的暗反應(yīng)過程中，沒有被消耗掉的是（）

A、[H]B、C5化合物C、ATPD、CO2B2、與光合作用光反應(yīng)有關(guān)的是（）①H2O②ATP③ADP④CO2A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④A3、將植物栽培在適宜的光照、溫度和充足的C02條件下。如果將環(huán)境中C02含量突然降至極低水平，此時葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3化合物、C5化合物和ATP含量的變化情況依次是A.上升；下降；上升B.下降；上升；下降C.下降；上升；上升D.上升；下降；下降C604、光合作用的過程可分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個階段，下列說法正確的是（）

A.葉綠體類囊體膜上進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng)

B.葉綠體類囊體膜上進(jìn)行暗反應(yīng)，不進(jìn)行光反應(yīng)

C.葉綠體基質(zhì)中可進(jìn)行光反應(yīng)和暗反應(yīng)

D.葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行暗反應(yīng),不進(jìn)行光反應(yīng)D5、光合作用過程中，產(chǎn)生ADP和消耗ADP的部位在葉綠體中依次為()①外膜②內(nèi)膜③基質(zhì)④類囊體膜

A．③②B．③④

C．①②D．④③B616、光合作用過程的正確順序是（）①二氧化碳的固定②氧氣的釋放③葉綠素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被還原A.④③②⑤①B.④②③⑤①C.③②④①⑤D.③④②①⑤7、在暗反應(yīng)中，固定二氧化碳的物質(zhì)是（）Ａ．三碳化合物Ｂ．五碳化合物Ｃ．［Ｈ］Ｄ．氧氣ＤＢ628、在光照充足的環(huán)境里，將黑藻放入含有18O的水中，過一段時間后，分析18O放射性標(biāo)記，最先（）A、在植物體內(nèi)的葡萄糖中發(fā)現(xiàn)B、在植物體內(nèi)的淀粉中發(fā)現(xiàn)C、在植物體內(nèi)的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)中均可發(fā)現(xiàn)D、在植物體周圍的空氣中發(fā)現(xiàn)D6310、在光合作用過程中，能量的轉(zhuǎn)移途徑是A、光能ATP葉綠素葡萄糖B、光能葉綠素ATP葡萄糖C、光能葉綠素CO2

葡萄糖D、光能ATPCO2葡萄糖B64二氧化碳相對值溫度(三)溫度較高溫度使呼吸作用加強(qiáng)更為明顯,凈光合速率下降光合速率凈光合速率呼吸速率65O光合作用速率葉齡ABC(四)葉齡66O光合作用速率水和礦質(zhì)元素濃度A(五)水和礦質(zhì)元素濃度671.通風(fēng)透光2.使用農(nóng)家肥料，可以使土壤中微生物的數(shù)量增多，活動增強(qiáng)，分解有機(jī)物，放出二氧化碳。3.植物的秸稈通過深耕埋于地下，可以通過微生物的分解作用產(chǎn)生二氧化碳。4.使用NH4HCO3肥料增加CO2可以提高光合效率，但是無限制地在全球范圍內(nèi)提高CO2濃度，會產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”二氧化碳的供應(yīng)681.增加光合作用的面積，合理密植。2.適當(dāng)間苗、修剪，合理施肥澆水避免徒長光合面積葉面積0物質(zhì)量呼吸量干物質(zhì)量光合作用實際量●●●BA2468應(yīng)用C69O2O2光合作用實際產(chǎn)O2量=

實測的O2釋放量+呼吸作用耗O2量光合作用實際CO2消耗量=實測的CO2吸收量+呼吸作用CO2釋放量光合作用生產(chǎn)的葡萄糖=實測(積累)的葡萄糖+呼吸作用消耗的葡萄糖CO2CO270問題2:光下還有其他反應(yīng)進(jìn)行么?1954年美國科學(xué)家阿爾農(nóng)等在給膜破裂的葉綠體照光時發(fā)現(xiàn),當(dāng)給反應(yīng)體系中供給無機(jī)磷,ADP,和H受體時,體系中就會有ATP和[H]產(chǎn)生.史料分析3結(jié)論:葉綠體在光下還能合成ATP.711954年,阿爾農(nóng)同時發(fā)現(xiàn),只要供給ATP和[H],即使在黑暗中,葉綠體可將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘?史料分析5問題4:暗反應(yīng)階段發(fā)生了怎樣的變化?暗反應(yīng)將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘?結(jié)論:72問題7:C3化合物又是如何轉(zhuǎn)化為葡萄糖的?史料分析7---(2)每個C3從ATP中獲取能量,再被[H]還原為一種貯能更多的一種中間產(chǎn)物PGAL,一部分的PGAL經(jīng)一系列化學(xué)變化成為葡萄糖,更多的PGAL再經(jīng)一系列復(fù)雜變化又生成C5化合物----即CO2的受體而繼續(xù)循環(huán),保證暗反應(yīng)的循環(huán).2C3(CH2O)+C5[H]