光合作用的原理和應(yīng)用

第4節(jié)能量之源——光與光合作用光合作用的原理和應(yīng)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(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后一段時(shí)間后一段時(shí)間后一段時(shí)間后植物能更新空氣實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

。普利斯特利實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)，應(yīng)如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)？應(yīng)將點(diǎn)燃的蠟燭和小鼠分別單獨(dú)置于玻璃罩內(nèi)，作為空白對(duì)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(guó)科學(xué)家梅耶

1785年，發(fā)現(xiàn)空氣的組成光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，將化學(xué)能儲(chǔ)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(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來。2.1864年,德國(guó)科學(xué)家薩克斯實(shí)驗(yàn)不變藍(lán)綠色葉片黑暗處理一半曝光一半遮光碘蒸汽

48小時(shí)2小時(shí)變藍(lán)分析：1.將綠葉先進(jìn)行黑暗處理的目的是什么？

2.實(shí)驗(yàn)中的自變量是？因變量是？

3.這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)照組是曝光處理、實(shí)驗(yàn)組是遮光處理光合作用的產(chǎn)物除氧氣外還有淀粉。實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xì)光束照射，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相對(duì)于一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1880年恩格爾曼實(shí)驗(yàn)將載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細(xì)的光束照射水綿。發(fā)現(xiàn)細(xì)菌只向葉綠體被光束照射到的部位集中。若將臨時(shí)裝片暴露在光下，細(xì)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(chǎng)所恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？4.1939年魯賓卡門實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的結(jié)果證明了什么？

3.該實(shí)驗(yàn)是否也是對(duì)照實(shí)驗(yàn)？相互對(duì)照同位素標(biāo)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(yīng)中碳的轉(zhuǎn)移途徑：____________________5.20世紀(jì)40年代卡爾文同位素標(biāo)記法CO2→C3→CH2O141414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(shí)把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲(chǔ)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(chǎng)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CO2光合作用探索歷程1.場(chǎng)所：葉綠體2.動(dòng)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(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)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(chǎng)所、動(dòng)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(yīng)2c3①固定供氫酶供能②還原(CH2O)[糖類]多種酶參加催化暗反應(yīng)光合作用的過程光能光反應(yīng)暗反應(yīng)場(chǎng)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(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)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(yīng)暗反應(yīng)聯(lián)系總反應(yīng)式光反應(yīng)[H]、ATP暗反應(yīng)ADP、Pi光能葉綠體（CH2O)+O2CO2+H2O思考：1.正常光合作用時(shí)，葉綠體中的ATP移動(dòng)方向是？ADP的移動(dòng)方向是？2.光反應(yīng)合成的ATP的作用是？能否給其他生命活動(dòng)提供能量？

暗反應(yīng)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(yīng)合成的ATP為暗反應(yīng)C3還原提供能量不為其他生命活動(dòng)提供能量暗反應(yīng)所需ATP只來自光反應(yīng)，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(dòng)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(yīng)有光無光都能進(jìn)行。若光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)可一直持續(xù)進(jìn)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(jié)合成水無氧呼吸產(chǎn)生的[H]反應(yīng)生成酒精或乳酸暗反應(yīng)不能持續(xù)，缺少ATP、[H]6.光和作用過程中當(dāng)供給14CO2時(shí)，放射性出現(xiàn)的順序是？當(dāng)供給3H2O時(shí)，放射性出現(xiàn)的順序是？

當(dāng)供給H218O時(shí)，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(yīng)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(yīng)減弱[H]↑(CH2O)↓ATP↑8.光合作用過程中，突然停止CO2供應(yīng)，[H]和ATP、C3、C5的變化如何？原因？環(huán)境因素對(duì)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(qiáng)度A點(diǎn)：___________，產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有__________________AB段：光合作用

呼吸作用B點(diǎn)：光合作用

呼吸作用，產(chǎn)生ATP的場(chǎng)所有____________

B點(diǎn)所示光照強(qiáng)度稱為___________呼吸作用細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體﹤=細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體光補(bǔ)償點(diǎn)C點(diǎn)：光合作用____呼吸作用,光照強(qiáng)度稱為__________

光飽和點(diǎn)＞限制B、C點(diǎn)光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素？B點(diǎn)限制光合作用強(qiáng)度的因素：_____________；C點(diǎn)限制光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素：_____________________________________。光照強(qiáng)度CO2濃度、溫度等環(huán)境因素應(yīng)用：a.增強(qiáng)光照強(qiáng)度b.延長(zhǎng)光照時(shí)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(dāng)光照強(qiáng)度大于B時(shí)，光合作用與呼吸作用的細(xì)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(qiáng)度日變化曲線氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)減少光照強(qiáng)度增強(qiáng)光照強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度光質(zhì)：白光為復(fù)色光，光合作用能力最強(qiáng)；單色光中紅光、藍(lán)紫光較強(qiáng)，綠光最差(大棚薄膜用無色透明的薄膜)2.CO2濃度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響(1)CO2濃度如何影響光合作用強(qiáng)度？CO2影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成。(2)應(yīng)用：溫室作物栽培時(shí)適當(dāng)提高室內(nèi)CO2濃度，如施用有機(jī)肥NH4HCO3、用CO2發(fā)生器提高產(chǎn)量，大田中“正其行，通其風(fēng)”，目的就是提高CO2濃度，提高產(chǎn)量CO2補(bǔ)償點(diǎn)CO2飽和點(diǎn)A點(diǎn)限制光合作用強(qiáng)度的因素：B點(diǎn)后限制光合作用強(qiáng)度的因素：CO2濃度光照強(qiáng)度、溫度3．溫度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響(1)溫度如何影響光合作用強(qiáng)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(shí)，白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當(dāng)降低溫室內(nèi)溫度，以降低細(xì)胞呼吸速率，保證植物有機(jī)物的積累。（增大晝夜溫差）4．水分、必需元素等因素對(duì)光合作用強(qiáng)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(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，如植物缺水導(dǎo)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(jìn)有機(jī)物的運(yùn)輸4．水分、必需元素等因素對(duì)光合作用強(qiáng)度也有影響(2)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)影響光合作用5．多因子影響

A.光照強(qiáng)度為a時(shí)，造成曲線Ⅱ和Ⅲ光合作用強(qiáng)度差異的原因是CO2濃度不同B.光照強(qiáng)度為b時(shí)，造成曲線Ⅰ和Ⅱ光合作用強(qiáng)度差異的原因是溫度不同C.光照強(qiáng)度為a～b，曲線Ⅰ、Ⅱ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高D.光照強(qiáng)度為b～c，曲線Ⅱ、Ⅲ光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度升高而升高總結(jié)：影響光合作用速率的外因（環(huán)境因素）：光照強(qiáng)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(xì)胞中光合作用和細(xì)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(qǐng)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(shí)加入CaCO3的目的是___________________。(3)過程Ⅳ、Ⅴ發(fā)生的場(chǎng)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式是__________，必須有氧氣參與進(jìn)行的是______。(5)較強(qiáng)光照下，Ⅰ過程中d的移動(dòng)方向是___________。(6)假如白天突然中斷CO2的供應(yīng)，則在短時(shí)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(dòng)增加增加A．過程①表示光合作用暗反應(yīng)，無光條件下能正常進(jìn)行B．過程②發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，所有活細(xì)胞都能進(jìn)行C．過程③表示有氧呼吸第二階段，無氧條件下能正常進(jìn)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