【課件】光合作用的原理和應(yīng)用第2課時課件2022-2023學年高一上學期生物人教版必修1

高中生物必修一第五章細胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)光合作用的原理和應(yīng)用二、光合作用的原理1、探索光合作用原理的部分實驗

資料1：

資料2：

光照H2OO2葉綠體討論1.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應(yīng)？

光照H2OO2葉綠體能夠說明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O,沒有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨立的反應(yīng)階段。

資料2：討論2.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？

不能。希爾反應(yīng)僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。討論3：光合作用生成的O2中的氧元素到底來自H2O還是CO2？如何設(shè)計實驗進行探究？

資料2：

資料3：

資料4：20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻（一種單細胞的綠藻）做了這樣的實驗：用經(jīng)過14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向，最終證明了CO2是如何轉(zhuǎn)化為有機物中的碳的。討論7.卡爾文實驗的結(jié)論是什么？14CO2小球藻有機物的14C結(jié)論：光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2

資料5：

20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻做了這樣的實驗：用經(jīng)過14C標記的14CO2供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向。（1）向反應(yīng)體系中通入一定量14CO2，光照30S后檢測到多種含14C的有機物，將光照時間縮短至幾分之一秒，90%的放射性穩(wěn)定地出現(xiàn)在一種三碳化合物(簡稱C3），5S左右光照后，又檢測到了含有放射性的五碳化合物（簡稱C5）和六碳糖。（2）實驗發(fā)現(xiàn)，在光照條件下，突然降低CO2的濃度，C3和C5含量有如右圖變化：C5C3討論8：請嘗試分析寫出CO2、C3和C5的關(guān)系式。CO2C3C5

資料6：概念：光能CO2和H2O有機物O2葉綠體綠色植物通過

利用

，將

轉(zhuǎn)化成儲存著能量的

，并且釋放出

的過程。2、光合作用的過程光反應(yīng)暗反應(yīng)劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能光反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)光合作用過程H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP1）光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：H2OH++O2+2e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學能[H]場所：條件：能量變化物質(zhì)變化進入葉綠體基質(zhì)，參與暗反應(yīng)供暗反應(yīng)使用NADPH的合成：NADP++H++2e-→NADPHCO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3C3的還原葉綠體基質(zhì)多種酶H2O類囊體膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖類+H2O卡爾文循環(huán)CO2糖類

五碳化合物C5

蛋白質(zhì)脂質(zhì)CO2的固定三碳化合物2C3C3的還原

基質(zhì)多種酶[H]ATP2）暗反應(yīng)階段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP[H]、ADP+Pi條件：場所：物質(zhì)變化：能量變化：葉綠體的基質(zhì)中多種酶、

ATP和NADPH中活躍的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖?/p>

有機物中穩(wěn)定的化學能2C3(CH2O)+C5酶糖類[H]、ATP光合作用的總反應(yīng)式

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體CO2+H2O光能葉綠體C6H12O6+H2O+O2光合作用反應(yīng)式（CHO三種元素的去向）66

126葉綠體中的色素H2O

①水的光解O2[H]ADP+Pi

酶②ATPco2C5光反應(yīng)2c3①固定供氫酶酶供能②還原(CH2O)[糖類]多種酶參加催化暗反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化:光能ATP活躍化學能穩(wěn)定化學能元素轉(zhuǎn)移O元素:H2＊O

＊O2光合作用的過程光能＊CH2O＊C3＊C

O2C元素:光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了ATP和[H]，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的比較項目光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段區(qū)別場所條件物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化類囊體的薄膜上葉綠體的基質(zhì)中需光、色素和酶需多種酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中活潑的化學能ATP中活潑的化學能轉(zhuǎn)化為糖類等有機物中穩(wěn)定的化學能水的光解：2H2O

光

4[H]+O2光ADP+PiATP酶CO2的固定：CO2+C52C3C3的還原：2C3

（CH2O）

[H]，ATP酶ATPADP+Pi酶聯(lián)系1、光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，光反應(yīng)為暗反應(yīng)的進行提供[H]和ATP2、暗反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，暗反應(yīng)為光反應(yīng)的進行提供合成ATP的原料ADP和Pi3、兩者相互獨立又同時進行，相互制約又密切聯(lián)系下圖是光合作用過程圖解，請分析后回答下列問題：①圖中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圖中的H表示——，H為I提供——光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基質(zhì)C3的還原ATP色素吸收的光能光反應(yīng)[H]和ATP

請分析光下的植物突然停止光照后，其體內(nèi)的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？停止光照光反應(yīng)停止請分析光下的植物突然停止CO2的供應(yīng)后，其體內(nèi)的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？[H]

↓

ATP↓還原受阻C3

↑C5↓CO2↓固定停止C3↓C5↑能力提升

（CH2O）CO2C52C3[H]酶固定還原供氫供能ATP增加減少減少或沒有減少或沒有減少增加增加增加減少增加增加減少或沒有增加減少減少增加增加減少增加減少

整個光合作用過程中的物質(zhì)變化和能量變化分別是什么？物質(zhì)變化：無機物能量變化：光能轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變光合作用的實質(zhì)：有機物糖類等有機物中的化學能儲存1、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.③④②①⑤2、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ＤＢ練一練3、某科學家用含有14C的CO2來追蹤光合作用中的C原子，14C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D4、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B三、光合作用原理的應(yīng)用簡單地說，就是指植物在__________內(nèi)通過光合作用__________的數(shù)量，也叫光合速率；（一）光合作用強度1.概念：單位時間制造糖類2.表示方法單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生__________的量；單位時間內(nèi)光合作用產(chǎn)生__________的量；單位時間內(nèi)光合作用利用__________的量；糖類O2CO2（二）影響光合作用的因素：1、影響光合作用的內(nèi)部因素：（1）光合色素的含量；（2）酶的數(shù)量和活性等；（3）C5化合物的含量。（4）葉齡、葉面積指數(shù)等葉面積指數(shù)1、含義:葉面積指數(shù)又叫葉面積系數(shù),指單位土地面積上植物葉片總面積與土地面積的比值。即葉面積指數(shù)二葉片總面積/對應(yīng)土地面積。2、曲線分析OA段表明隨葉面積指數(shù)的不斷增大,光合作用實際量不斷增大;A點以后,隨葉面積指數(shù)的增大,光合作用實際量不再增大,原因是光照已被最大限度利用。OB段表明干物質(zhì)量隨葉面積指數(shù)的增大而增大;B點以后，光合作用實際量不再增大,但隨葉面積指數(shù)的不斷增大,呼吸量(OC段)不斷增大，所以干物質(zhì)量不斷減少(BC段)。3、應(yīng)用:適當修剪和合理密植。葉齡1、原理:隨著葉齡的增大(幼嫩→成熟→衰老)，細胞內(nèi)色素和酶的含量以及酶的活性等發(fā)生變化，進而影響光合速率。2、曲線分析在一定范圍內(nèi),隨葉齡增大,葉面積增大，葉內(nèi)的葉綠體、葉綠素增多,光合速率增強;當葉面積、葉綠體、葉綠素處于穩(wěn)定狀態(tài)時,光合速率也基本穩(wěn)定;隨后,隨葉齡增大,葉綠素減少,光合速率下降。3、應(yīng)用:作物生長后期，適當摘除發(fā)黃的老葉，可以降低細胞呼吸對有機物的消耗。原料條件產(chǎn)物

CO2濃度

水分

光照

礦質(zhì)元素

溫度6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能葉綠體2、影響光合作用的環(huán)境因素2、影響光合作用的環(huán)境因素光照強度CO2濃度溫度礦質(zhì)元素水外部因素探究·實踐探究環(huán)境因素（光照強度）對光合作用強度的影響方法步驟：1、取生長旺盛的綠葉，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)2～3次。處理過的小葉片因為細胞間隙充滿了水，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。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。觀察記錄同一時間段內(nèi)各燒杯中小圓片浮起數(shù)量→光反應(yīng)光照強度1)光照強度光合速率0光照強度→[H]、ATP→暗反應(yīng)C3還原→（CH20）原理：主要影響光反應(yīng)階段ATP和[H]的產(chǎn)生限制因素？外因：溫度、CO2濃度等內(nèi)因：色素的含量、酶的數(shù)量和活性等外部因素光照強度吸收量CO2C2ABC10釋放量CO2光照強度的影響A點：CO2O2光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2A點：黑暗時，只進行細胞呼吸，該點的數(shù)值代表呼吸速率，溫度高低決定A點的上移和下移AB段：CO2CO2此段：光合速率小于呼吸速率光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2開始有光合作用，細胞呼吸釋放的CO2有一部分用于光合作用，所以CO2釋放量逐漸減少。植物干重減小B點：O2CO2光合速率等于呼吸速率，光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2稱作光補償點，此時干重不變（但全天減?。拗乒夂献饔玫囊蛩貫楣庹諒姸壬郎卦擖c

移，增加CO2有該點

移右左B點時，對于葉肉細胞而言，光合速率大于呼吸速率；BC1段：CO2CO2光照強度0吸收量CO2C2ABC1cba釋放量CO2光合速率大于呼吸速率。凈光合速率a+呼吸速率c=(總)光合速率bc開始從外界吸收CO2。吸收值a代表凈光合速率ac代表呼吸速率C1點：限制光合速率的外界因素為

等光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2光合速率達最大值，C2點稱作光飽和點，CO2CO2CO2濃度、溫度內(nèi)因為色素的數(shù)量和酶的數(shù)量和活性；光照強度A點：AB段：B點：BC段：C點：光照強度為0時只進行細胞呼吸，釋放C02量代表此時的呼吸強度

隨光照強度增強，光合作用逐漸增強，C02的釋放量逐漸減少,因一部分用于光合作用

光補償點,此時細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=細胞呼吸速率

隨光照強度不斷增強，光合作用不斷增強

光飽和點,光照強度達到一定值時，光合作用不再增強

凈

真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率AB光照強度0吸收CO2陽生植物陰生植物B：光補償點C：光飽和點C光補償點、光飽和點：陽生植物陰生植物>凈光合速率總光合速率呼吸速率=+有機物積累量、CO2吸收量、O2的釋放量合成有機物的量固定或消耗CO2量產(chǎn)生O2的量

黑暗中消耗有機物的量、CO2的釋放量、O2的吸收量常表示為：常表示為：常表示為：****真光合速率，不能直接測出，只能根據(jù)凈光合速率和呼吸速率計算得出；總（真）光合速率=表觀（凈）光合速率+呼吸速率測凈光合速率：將植物置于密閉容器，并置于光下，測定容器內(nèi)O2釋放量或CO2吸收量或糖類積累量；測呼吸速率：將植物置于密閉容器，并置于黑暗中，測定容器內(nèi)O2消耗量、CO2產(chǎn)生量、有機物消耗量；補充：光補償點與光飽和點的移動思考：A、AB、B、BC、C所代表的含義分別可用下列那個圖來表示？CO2吸收量OCO2釋放量光照強度···ABCAABBBCC光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的釋放量曲線c：凈光合速率曲線d：呼吸速率E點：凈光合速率等于呼吸速率總光合速率是凈光合速率的2倍曲線a、b的差值：凈光合作用強度光合作用強度=呼吸作用強度D點：凈光合作用強度為0【典型曲線分析】①圖中A點含義：

；②B點含義：

；③C點表示：

；④若甲曲線代表陽生植物，則乙曲線代表

植物。

光照強度為0，只進行呼吸作用光合作用與呼吸作用強度相等，稱為光補償點光合作用強度不再隨光照強度增強而增強，稱為光飽和點陰生0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO22）CO2濃度的影響CO2濃度CO2的補償點CO2的飽和點原理：CO2濃度主要影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成；CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點含義：對應(yīng)的CO2濃度為能進行光合作用的最低CO2濃度；CO2補償點；光合作用速率＝呼吸作用速率；該點對應(yīng)的CO2濃度（即D點）為CO2飽和點；C點之后光合速率的限制因素不再為CO2濃度，外因主要為光照強度和溫度，內(nèi)因為酶的數(shù)量和活性；B點含義：C點含義：2）CO2濃度的影響應(yīng)用：（1）通其風，正其行；（2）增施有機肥（利用有機肥微生物呼吸作用釋放的CO2）；（3）溫室栽培農(nóng)作物可以投放干冰或使用CO2發(fā)生器；CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2D（2）CO2濃度的影響光合速率0CO2濃度（

CO2飽和點）B外因：光照強度、溫度；內(nèi)因：色素和酶的數(shù)量、

酶的活性；限制因素ACO2飽和點：達到最大光合速率的最小CO2濃度；此點之后，CO2濃度不再是光合速率的限制因素；***CO2太少無法被固定，因此積累到一定量，才會啟動光合作用；（2）CO2濃度的影響b:CO2的補償點a—b:CO2太低，農(nóng)作物消耗光合產(chǎn)物；

b—c:隨CO2的濃度增加，光合作用強度增強；

c—d:CO2濃度再增加，光合作用強度保持不變；

d—e:CO2濃度超過一定限度，將引起原生質(zhì)體中毒或氣孔關(guān)閉，降低光合作用。abcdCO2濃度c:CO2的飽和點→C3的生成→暗反應(yīng)C3還原→（CH20）e（2）CO2濃度的影響AB段:(在一定范圍內(nèi))隨溫度的升高,光合作用逐漸加強B點:光合作用中酶的最適溫度BC段:酶活性降低,光合速率下降,若溫度過高,酶失活停止光合作用一般植物的最適溫度在25℃～30℃3）溫度（1）原理：

溫度通過影響與光合作用有關(guān)的酶的活性影響光合作用；（2）應(yīng)用：適時播種；溫室栽培時，白天適當提高溫度，提高凈光合速率，夜間適當降溫，降低呼吸速率，降低有機物的消耗，保證植物有機物的積累；5）水分水分

①水分既是光合作用的原料，又是化學反應(yīng)的媒介；②缺水→氣孔關(guān)閉→CO2進入受阻→間接影響光合作用應(yīng)用措施：合理灌溉。植物夏季為何“午休”？植物蒸騰散失水分。為避免缺水→氣孔關(guān)閉→CO2進入受阻→間接影響光合作用光合作用強度OA710121418t水分夏季晴朗的白天溫度過高，為減少蒸騰作用，氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，光合速率下降，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象時間光合作用強度BC段：光照強度不斷減弱AB段：光照強度不斷增大DE段：【典型曲線分析】5）礦質(zhì)元素應(yīng)用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

N：蛋白質(zhì)、ATP的重要組分P：磷脂（生物膜），核酸組成元素，ATP的重要組分；K：促進光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分……多因素影響甲乙(1)甲圖中的自變量為______________，OP段影響光合速率的因素是_________，PQ段影響光合速率的因素是_____________，Q點之后影響光合速率的因素是____；(2)乙圖中的自變量為_________________，OP段影響光合速率的因素是_________，PQ段影響光合速率的因素是_______________，Q點之后影響光合速率的因素是___________；光照強度、溫度光照強度光照強度、溫度溫度光照強度、CO2濃度光照強度光照強度、CO2濃度CO2濃度

延長光合作用時間增加光合作用面積光能利用率（提高產(chǎn)量）提高光合作用效率(輪作、溫室中人工光照）(合理密植、間種、套種)1、控制光照強度2、適當補充CO23、控制適宜的溫度4、礦質(zhì)元素（合理施肥）5、水（合理灌溉）提高光合作用速率(提高產(chǎn)量)措施：通風透氣在溫室中施有機肥使用CO2發(fā)生器：保持晝夜溫差拓展：化能合成作用除綠色植物(自養(yǎng)生物)能利用光能合成有機物外，少數(shù)細菌利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所