光合作用的原理和應用

第4節(jié)能量之源——光與光合作用光合作用的原理和應用一、光合作用的探究歷程光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程1.1771年普利斯特利實驗一段時間后一段時間后一段時間后一段時間后植物能更新空氣實驗結論：

。普利斯特利實驗結果說服力不強，應如何設計對照實驗？應將點燃的蠟燭和小鼠分別單獨置于玻璃罩內(nèi)，作為空白對照。1779年，荷蘭的英格豪斯綠色植物只有在光照條件下才能更新污濁的空氣1845年，德國科學家梅耶

1785年，發(fā)現(xiàn)空氣的組成光能轉變成化學能，將化學能儲存在什么物質(zhì)中呢？明確綠葉在光下釋放的是氧氣，吸收的是二氧化碳。植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來。2.1864年,德國科學家薩克斯實驗不變藍綠色葉片黑暗處理一半曝光一半遮光碘蒸汽

48小時2小時變藍分析：1.將綠葉先進行黑暗處理的目的是什么？

2.實驗中的自變量是？因變量是？

3.這個實驗證明了什么？自變量是光的有無、因變量是有無淀粉生成消耗掉葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)對照組是曝光處理、實驗組是遮光處理光合作用的產(chǎn)物除氧氣外還有淀粉。實驗材料選擇水綿，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可確定釋放氧氣多的部位沒有空氣的黑暗環(huán)境，排除了氧氣和光的干擾用極細光束照射，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相對于一組對照實驗臨時裝片暴露在光下的實驗再次驗證實驗結果3.1880年恩格爾曼實驗將載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細的光束照射水綿。發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中。若將臨時裝片暴露在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光部位。O2是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所恩格爾曼實驗的結論是什么？4.1939年魯賓卡門實驗H2OH218O18O2光照下的球藻懸液C18O2O2

CO2分析：1.魯賓和卡門研究的課題是什么？

2.他們采用了什么方法？實驗的結果證明了什么？

3.該實驗是否也是對照實驗？相互對照同位素標記法光合作用釋放的O2來自H2O光合作用釋放的O來自H2O還是CO2?(CH2O)+O214CO2+H2O14光能葉綠體（1）方法：__________________（2）發(fā)現(xiàn)了卡爾文循環(huán)，即暗反應中碳的轉移途徑：____________________5.20世紀40年代卡爾文同位素標記法CO2→C3→CH2O141414年代科學家結論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變成了化學能儲存起來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40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2光合作用探索歷程1.場所：葉綠體2.動力：光3.原料：二氧化碳水4.產(chǎn)物：糖類氧氣CO2+H2*

O光能葉綠體（CH2O)+*O2概念：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。通過以上的研究和探索，光合作用的場所、動力、原料、產(chǎn)物分別是什么？葉綠體中的色素H2O

①水的光解O2[H]

ADP+Pi

酶②ATPco2C5光反應2c3①固定供氫酶供能②還原(CH2O)[糖類]多種酶參加催化暗反應光合作用的過程光能光反應暗反應場所條件物質(zhì)變化能量變化需光、色素、酶需多種酶葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)水的光解、ATP的合成CO2的固定、C3的還原、ATP水解光能ATP中活躍化學能有機物中穩(wěn)定化學能H20O2[H]ADP、PiATPCO2C3C5(CH2O)色素吸收光能不需要酶，水的光解與ATP的合成都需要酶H20O2[H]ADP、PiATPCO2C3C5(CH2O)光反應暗反應聯(lián)系總反應式光反應[H]、ATP暗反應ADP、Pi光能葉綠體（CH2O)+O2CO2+H2O思考：1.正常光合作用時，葉綠體中的ATP移動方向是？ADP的移動方向是？2.光反應合成的ATP的作用是？能否給其他生命活動提供能量？

暗反應所需要的ATP來自？能否來自呼吸作用產(chǎn)生的ATP？3.線粒體產(chǎn)生的ATP作用是？ATP從類囊體移向基質(zhì)ADP從基質(zhì)移向類囊體光反應合成的ATP為暗反應C3還原提供能量不為其他生命活動提供能量暗反應所需ATP只來自光反應，沒有來自呼吸作用的能量線粒體產(chǎn)生的ATP為其他生命活動提供能量4.光合作用和有氧呼吸、無氧呼吸都能產(chǎn)生[H]，各自的作用是？5.暗反應有光無光都能進行。若光反應停止，暗反應可一直持續(xù)進行嗎？光合作用產(chǎn)生的[H]用于還原C3有氧呼吸產(chǎn)生的[H]與O2結合成水無氧呼吸產(chǎn)生的[H]反應生成酒精或乳酸暗反應不能持續(xù)，缺少ATP、[H]6.光和作用過程中當供給14CO2時，放射性出現(xiàn)的順序是？當供給3H2O時，放射性出現(xiàn)的順序是？

當供給H218O時，放射性出現(xiàn)的順序是？

O元素:H218O

18O2C元素:14CO214C3（14CH2O）H元素：3H2O3[H]C3H2O7.光合作用過程中，突然停止光照，[H]和ATP、C3、C5的變化如何？原因？光反應停止[H]↓ATP↓C3還原受阻C5↓停止光照C3↑(CH2O)↓CO2↓固定停止C3↓C5↑暗反應減弱[H]↑(CH2O)↓ATP↑8.光合作用過程中，突然停止CO2供應，[H]和ATP、C3、C5的變化如何？原因？環(huán)境因素對光合作用的影響（1）光照（2）二氧化碳濃度（3）溫度（4）礦質(zhì)元素1．光照強度A點：___________，產(chǎn)生ATP的場所有__________________AB段：光合作用

呼吸作用B點：光合作用

呼吸作用，產(chǎn)生ATP的場所有____________

B點所示光照強度稱為___________呼吸作用細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體﹤=細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體光補償點C點：光合作用____呼吸作用,光照強度稱為__________

光飽和點＞限制B、C點光合作用強度的環(huán)境因素？B點限制光合作用強度的因素：_____________；C點限制光合作用強度的環(huán)境因素：_____________________________________。光照強度CO2濃度、溫度等環(huán)境因素應用：a.增強光照強度b.延長光照時間措施：間作、輪作、套作c.增加光合作用面積措施：合理密植AB當光照強度大于B時，光合作用與呼吸作用的細胞圖呢？總光合速率凈光合速率呼吸速率總光合速率=呼吸速率+凈光合速率

凈光合速率=總光合速率-呼吸速率凈光合速率呼吸速率夏季晴朗的一天中植物光合作用強度日變化曲線氣孔關閉，CO2供應減少光照強度增強光照強度光合作用強度光質(zhì)：白光為復色光，光合作用能力最強；單色光中紅光、藍紫光較強，綠光最差(大棚薄膜用無色透明的薄膜)2.CO2濃度對光合作用強度的影響(1)CO2濃度如何影響光合作用強度？CO2影響暗反應階段，制約C3的形成。(2)應用：溫室作物栽培時適當提高室內(nèi)CO2濃度，如施用有機肥NH4HCO3、用CO2發(fā)生器提高產(chǎn)量，大田中“正其行，通其風”，目的就是提高CO2濃度，提高產(chǎn)量CO2補償點CO2飽和點A點限制光合作用強度的因素：B點后限制光合作用強度的因素：CO2濃度光照強度、溫度3．溫度對光合作用強度的影響(1)溫度如何影響光合作用強度？(2)如何調(diào)節(jié)溫度可以增加大棚農(nóng)作物的產(chǎn)量？溫度通過影響酶的活性影響光合作用溫室栽培植物時，白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當降低溫室內(nèi)溫度，以降低細胞呼吸速率，保證植物有機物的積累。（增大晝夜溫差）4．水分、必需元素等因素對光合作用強度也有影響(1)水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學反應的介質(zhì)，如植物缺水導致萎蔫，使光合速率下降。表明

。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可根據(jù)作物的需水規(guī)律，合理灌溉N：P：Mg：K：光合酶的重要組分ATP的重要組分葉綠素的重要組分促進有機物的運輸4．水分、必需元素等因素對光合作用強度也有影響(2)礦質(zhì)營養(yǎng)影響光合作用5．多因子影響

A.光照強度為a時，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強度差異的原因是CO2濃度不同B.光照強度為b時，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強度差異的原因是溫度不同C.光照強度為a～b，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強度隨光照強度升高而升高D.光照強度為b～c，曲線Ⅱ、Ⅲ光合作用強度隨光照強度升高而升高總結：影響光合作用速率的外因（環(huán)境因素）：光照強度、CO2濃度、溫度影響光合作用速率的內(nèi)因（自身因素）：

酶的數(shù)量和活性、葉綠體的數(shù)量、色素含量下面是某植物葉肉細胞中光合作用和細胞呼吸的物質(zhì)變化示意圖，其中Ⅰ～Ⅴ為生理過程，a～h為物質(zhì)名稱，請回答：(1)圖中物質(zhì)b和g的分別是______和______。(2)物質(zhì)a分布在葉綠體的_____________，提取該物質(zhì)時加入CaCO3的目的是___________________。(3)過程Ⅳ、Ⅴ發(fā)生的場所依次是_______和_______。氧氣二氧化碳類囊體的薄膜上防止色素被破壞線粒體基質(zhì)線粒體內(nèi)膜(4)Ⅰ～Ⅴ過程中，能夠產(chǎn)生ATP的過程是____________，ATP的結構簡式是__________，必須有氧氣參與進行的是______。(5)較強光照下，Ⅰ過程中d的移動方向是___________。(6)假如白天突然中斷CO2的供應，則在短時間內(nèi)f量的變化是_____(填“增加”或“減少”)；假如該植物從光照條件下移到黑暗處，h量的變化是________(填“增加”或“減少”)。I、Ⅲ、Ⅳ、VA—P～P～PV從葉綠體基質(zhì)向類囊體薄膜方向移動增加增加A．過程①表示光合作用暗反應，無光條件下能正常進行B．過程②發(fā)生在細胞質(zhì)基質(zhì)中，所有活細胞都能進行C．過程③表示有氧呼吸第二階段，無氧條件下能正常進行D．過程③產(chǎn)生的[H]、ATP、CO2都用于過程①化能合成作用2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量

2HNO2+O22HNO3+能量

能量6CO2+6H2O