光合作用的原理和應(yīng)用課件【備課精研+高效課堂】 高一上學(xué)期生物人教版必修1

5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用一、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。①概念：②反應(yīng)式：③實質(zhì)：合成有機物，儲存能量二、光合作用的原理探究光合作用原理的部分實驗1、19世紀(jì)末，科學(xué)家普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。2、1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。探究光合作用原理的部分實驗3、1937年，希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。希爾反應(yīng)：離體的葉綠體在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體二、光合作用的原理O2全部來自于H2O嗎？探究光合作用原理的部分實驗4、1941年，魯賓和卡門用同位素示蹤法，研究了光合作用中氧氣的來源。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2結(jié)論：光合作用釋放的氧來自水。二、光合作用的原理探究光合作用原理的部分實驗二、光合作用的原理5、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。結(jié)論：在光照時，葉綠體中生成了ATP。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系：ADP+PiATP根據(jù)是否需要光能，光合作用過程分為：光反應(yīng)和暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）。二、光合作用的原理1、光反應(yīng)階段光合作用第一階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個階段叫作光反應(yīng)階段。葉綠體中的色素光能H2O 水在光下分解O2H++NADP+NADPHADP+Pi酶ATP氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ要區(qū)別于呼吸作用：

氧化型輔酶Ι

NAD+

還原型輔酶Ι

NADH光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+葉綠體的類囊體薄膜上水的光解：2H2OH++O2光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶場所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：1、光反應(yīng)階段光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能NADPH的合成：H++NADP+NADPH光能→活躍的化學(xué)能2、暗反應(yīng)階段光合作用第二階段的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進(jìn)行，這個階段叫作暗反應(yīng)階段。CO2C5

固定2C3NADPH供氫酶(CH2O)淀粉、蔗糖多種酶參加催化還原酶ATP供能ADP+Pi1946年開始，美國的卡爾文等用14CO2研究了植物在進(jìn)行光合作用時CO2轉(zhuǎn)化為糖的路線。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。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).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)CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：葉綠體的基質(zhì)中ATPNADPHADP+Pi2C3

（CH2O)+H2O+C5酶NADPH、ATP、酶、CO2場所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：2、暗反應(yīng)階段ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C物中穩(wěn)定的化學(xué)能NADP+活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能光能H2OCO2還原（CH2O）葉綠體

色素供氫酶供能多種酶參加催化暗反應(yīng)（葉綠體基質(zhì)）2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+光反應(yīng)（葉綠體類囊體薄膜）【歸納：光合作用過程】思考.討論：光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段在所需條件、進(jìn)行場所、發(fā)生的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)換等方面有什么區(qū)別？光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段之間的物質(zhì)和能量聯(lián)系是怎樣的？三.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+等原料過程

光NADP＋＋H+＋2e-→NADPHADP＋Pi＋能量→ATP酶CO2＋C5→2C3酶小試牛刀：填填空P1063H1、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、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？①.活潑的還原劑；②.儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用；思考?討論4、光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

思考?討論6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2討論：葉綠體處不同條件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的短時間動態(tài)變化條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應(yīng)不變增加減少減少減少光照不變停止CO2供應(yīng)減少增加增加減少光能H2OCO2還（CH2O）葉綠體色素供氫酶供能原 多種酶參加催化2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+C5、NADPH、ATP變化一致，C3、C5相反。四、光合作用的意義①把無機物合成有機物，不僅是自身的營養(yǎng)物質(zhì),而且是人和動物的食物來源.②將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，貯存在有機物中，提供了生命活動的能量來源.③維持了大氣成分的基本穩(wěn)定自養(yǎng)生物：能夠直接把從外界環(huán)境攝取的無機物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)，并儲存了能量的一類生物異養(yǎng)生物：不能直接利用無機物制成有機物，只能把從外界攝取的現(xiàn)成的有機物轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并儲存了能量的一類生物

生物例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量五、化能合成作用利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。例如硝化細(xì)菌，能將土壤中的氨氧化成亞硝酸，進(jìn)而將亞硝酸氧化成硝酸，這兩個反應(yīng)釋放出的化學(xué)能，被硝化細(xì)菌用來將CO2和H2O合成糖類。這些糖類可供硝化細(xì)菌維持自身生命活動。六、光合作用原理的應(yīng)用1、光合作用強度：植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐一、實驗原理：

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉；O2充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮。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。光合作用產(chǎn)生O2實驗流程1.提出問題

2.作出假設(shè)

3.設(shè)計并進(jìn)行實驗不同光照強度自變量如何控制自變量因變量因變量檢測指標(biāo)無關(guān)變量調(diào)節(jié)光源與葉片距離光合作用強度葉片大小、數(shù)量、二氧化碳濃度等變量的分析和控制：同一時間段內(nèi)葉片浮起數(shù)量探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：2.將圓形小葉片置于注射器內(nèi)，使葉片內(nèi)氣體逸出探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：5.向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，分別置于強、中、弱光下

項目

燒杯

小圓形葉片加富含CO2的清水光照強度葉片浮起數(shù)量110片20mL強多210片20mL中中310片20mL弱少6.觀察并記錄結(jié)果探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：三、實驗結(jié)論：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。2、影響光合作用的因素光合作用原理的應(yīng)用光：光照強度、光質(zhì)、光照時間CO2的濃度、H2O礦質(zhì)元素（Mg合成葉綠素）溫度外因：內(nèi)因：酶的種類、數(shù)量色素的含量葉齡不同CO2吸收量CO2釋放量光照強度OAD光飽和點B凈光合速率呼吸速率總（真）光合速率光補償點CA點：只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，CO2釋放量表明此時的呼吸強度。B點：光補償點，即光合作用強度=細(xì)胞呼吸強度。C點：光合作用強度最大。C點之前限制光合作用因素是光照強度，C點之后限制因素是CO2、溫度等AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸D點：光飽和點，增加光照強度光合作用強度不再增加。（1）光照強度真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率項目表示方法凈光合速率（又稱表觀光合速率）O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量真正光合速率（又稱實際光合速率）O2的產(chǎn)生量、CO2的固定量、有機物的制造量呼吸速率（黑暗中測量）O2的吸收量、CO2的釋放量、有機物的消耗量1.間作(幾種作物同時期播種)、2.合理密植,增加光合作用面積3.溫室大棚,使用無色透明玻璃應(yīng)用：光補償點光飽和點D（1）光照強度思考題：1、若溫度升高，A點怎么變？2、若植物缺鎂，B點怎么變？（2）CO2濃度C點：CO2補償點（表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時的CO2濃度）；D點：CO2飽和點（表示在一定范圍內(nèi)CO2濃度達(dá)到該點后，光合作用強度不再隨CO2濃度增加而增加）。應(yīng)用：1.多施有機肥或農(nóng)家肥2.溫室栽培植物時還可使用CO2發(fā)生器等.3.還要注意通風(fēng)透氣.（正其行通其風(fēng)）B點

：CO2啟動點（表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度）ABCD0吸收CO2釋放CO2CO2濃度（3）溫度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40~50℃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。應(yīng)用：1.適時播種2.溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,

晚上適當(dāng)降溫3.植物“午休”現(xiàn)象CO2H2OO2N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分；維持葉綠體正常結(jié)構(gòu)和功能K：促進(jìn)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（4）礦質(zhì)元素（5）水光合作用強度O時間7 10121418水是光合作用的原料水是體內(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(jìn)入植物體應(yīng)用：預(yù)防干旱 合理灌溉中午溫度過高，為了減少蒸騰作用，氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，光合速率下降，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象內(nèi)因：外因：光照影響光合作用因素總結(jié)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。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)、使用農(nóng)家肥、加干冰……

光質(zhì)（光的顏色）

（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）延長光合作用時間增加光合作用面積提高光能利用率控制光照強弱控制光質(zhì)控制CO2供應(yīng)控制必需礦質(zhì)元素供應(yīng)通風(fēng)透光在溫室中施農(nóng)家肥，使用CO2發(fā)生器提高復(fù)種指數(shù)溫室中人工光照合理密植間作套種陰生植物陽生植物提高光合速率——適時適量施肥提高農(nóng)作物產(chǎn)量措施鞏固練習(xí)下圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答：（1）7～10時的光合作用強度不斷增強原因：（2）12時左右的光合作用強度明顯減弱原因：（3）14～17時的光合作用強度不斷減弱原因：光照不斷減弱，光合作用強度不斷減弱。光照不斷增強，光合作用強度不斷增強。溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)減少，光合作用強度明顯減弱。ABDCE時間光合作用速率6789101112131415161718?？键c：一天中溫室大棚中CO2的變化AC段：BC段：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；o～a：b～c：c～d：d～e：e～f：b、f點：f點：h～o：2812162024O時間CO2的吸收速率/mg·h-16241830-1236adcefhb夜間溫度低，呼吸速率減慢oo傍晚溫度降低，呼吸速率減慢光照增強，光合速率明顯加快光照減弱，光合速率明顯變慢光補償點，光合速率=呼吸速率植物24小時中CO2的釋放量g溫度高，部分氣孔關(guān)閉，光合速率減慢溫度降低，氣孔打開，光合速率增加積累有機物最多的點2812162024O時間CO