遺傳變異課件

遺傳變異課件第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

第一節(jié)光合作用

第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)光合作用我們已經(jīng)知道，光合作用是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的過程。我們每天吃的食物，也都直接或間接地來自光合作用制造的有機物。那么光合作用是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？一光合作用的發(fā)現(xiàn)1771年，英國科學(xué)家普里斯特利發(fā)現(xiàn)，將點燃的蠟燭與綠色植物一起放在一個密閉的玻璃罩內(nèi)，蠟燭不容易熄滅；將小鼠與綠色植物一起在玻璃罩內(nèi)，小鼠也不容易止息而死。因此，他指出植物可以更新空氣。1864年德國科學(xué)家薩克斯做了這樣一個實驗：把綠色葉片放在暗處幾小時，目的是葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，然后把這個葉片一半曝光，另一半遮光。過一段時間后，用碘蒸氣處理葉片，發(fā)現(xiàn)遮光的那一半葉片沒有發(fā)生顏色變化，曝光的那一半葉片則呈深藍色。第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日這一實驗成功地證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。1880年，美國科學(xué)家恩格爾曼用水綿進行了光合作用的實驗：把載有水綿和好樣細菌的臨時裝片放在沒有空氣的河黑暗環(huán)境里，然后用極細的光束照射水綿。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細菌向葉綠體被光束照射到的部位集中；如果上述臨時裝片完全暴露在光下，好養(yǎng)細菌則分布在葉綠體所有受光部位的周圍。該實驗證明：氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物物行光合作用的場所。光合作用中釋放出的氧到底是來自水，還是來自二氧化碳呢？20世紀30年代，美國科學(xué)家魯賓和卡門采用同位素標記法研究了這個問題。第一組向綠色植物提供和；第二組向同種綠色植物提供和。在相同的條件下，他們對兩組光合作用實驗釋放出的氧進行了分析，結(jié)果表明第一組釋放的氧全部是，第二組釋放的氧全部是。這個實驗證明，光合作用釋放的氧全部來自水。恩格爾曼的實驗在設(shè)計上有什么巧妙之處？第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日二光合作用的過程光合作用的過程分為兩個階段。下圖是光合作用的過程圖解光反應(yīng)階段光合作用第一個階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光能才能進行，這個階段叫做光反應(yīng)階段。光反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體內(nèi)的囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上進行的。暗反應(yīng)階段光合作用第二個階段的化學(xué)反應(yīng)，沒有光能也能進行，這個階段叫做暗反應(yīng)階段。暗反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體基質(zhì)中進行的。

光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段是一個整體，在光合作用的過程中，二者是緊密聯(lián)系的，缺一不可。第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日三光合作用的重要意義

光合作用為包括人類在內(nèi)的幾乎所有的生物的生存提供了物質(zhì)來源和能量來源。因此，光合作用對于人類和整個生物界都具有非常重要的意義。具體的說，光合作用除了制造數(shù)量巨大的有機物，將太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，并貯存在光合作用制造的有機物中，以及維持大氣中氧和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定外，還對生物的進化具有重要作用。課后思考題1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葉綠體的類囊體膜上進行光反應(yīng)和暗反應(yīng)B葉綠體的類囊體膜上進行暗反應(yīng)，不進行光反應(yīng)C葉綠體基質(zhì)中可進行光反應(yīng)和暗反應(yīng)D葉綠體基質(zhì)中進行暗反應(yīng)，不進行光反應(yīng)2在夏季中午光照強烈的情況下，綠色植物的光合作用強度略有下降。這時，葉肉細胞內(nèi)的ATP的含量變化依次是（）A升、降、升B降、升、降C降、升、升D升、降、降答案：D、C第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

光合作用葉綠體內(nèi)進行的一個復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)變化過程。從能量方面看，光合作用將光能最始轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能。從物質(zhì)方面看，光合作用包括水在光下分解并釋放出氧氣、二氧化碳的固定和還原，以及糖類等有機物的形成。人們要想提高農(nóng)作物的光合作用效率就必須對光合作用中能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)變化過程進行深入的研究。四光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換

光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換，包括以下是三個步驟：光能轉(zhuǎn)換成電能；電能又轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能；活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能。其中，第一步和第二步屬于光反應(yīng)階段，第三步屬于暗反應(yīng)階段。在上述過程中，二氧化碳和水最終轉(zhuǎn)換成糖類等有機物并且釋放出氧，穩(wěn)定的化學(xué)能就儲存在糖類等有機物中。

光能轉(zhuǎn)換成電能在光的照射下，具有吸收和傳遞光能作用的色素，將吸收的光能傳遞給少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a，是這些葉綠素a被激發(fā)而失（e），脫離葉綠素a的電子，經(jīng)過一系列的傳遞，最后傳遞給一個帶正電荷的有機物——NADP。失去電子的葉綠素a變成一種強氧化劑，能夠從水分子中奪取電子，使水分子氧化生成氧分子和氫離子，葉綠素a由于獲得電子而恢復(fù)原狀。這樣在光的照射下，少數(shù)處于特殊狀態(tài)下的葉綠素a，連續(xù)不斷地失去電子和獲得電子，從而形成電第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日示子流，使光能轉(zhuǎn)換為電能。如圖(1)所圖（1）圖（2）

電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能

這個過程的反應(yīng)式是：一部分電能就轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲存在NADPH中。與此同時，葉綠體利用光能轉(zhuǎn)換成另一部分電能將ADP和Pi轉(zhuǎn)化成ATP（圖-2),這一部分電能則轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲存在ATP中。

這一步形成的NADPH和ATP供暗反應(yīng)階段中合成有機物用。NADPH可以將二氧化碳最終還原成糖類等有機物，自身則氧化成NADP,繼續(xù)接受脫離開葉綠素a的電子。

活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能

在暗反應(yīng)階段中，二氧化碳被固定后形成的一些三碳化合物，經(jīng)過一系列復(fù)雜的變化，最終形成糖類等富含穩(wěn)定化學(xué)能的有機物。這樣活躍的化學(xué)能就轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能，儲存在糖類等有機物中。第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日五C3植物和C4植物

1.概念

(1)C3植物：在暗反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)移途徑是首先進入C3化合進物，然后進入有機物，只具備這種CO2轉(zhuǎn)移途徑的植物叫C3植物。

（2）C4植物：在暗反應(yīng)中CO2的轉(zhuǎn)移途徑是首先進入C4化合物，然后進入C3化合物，最后進入有機物。具備這種CO2轉(zhuǎn)移途徑的植物叫C4植物。

2.C3植物和C4植物的結(jié)構(gòu)特點C3植物C4植物維管束鞘細胞形態(tài)小大葉綠體無有，但無基粒不能進行光合作用葉肉細胞排列疏松花環(huán)型葉綠體有有，但不能進行CO2還原第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

3.C3植物和C4植物的光和特征特征C3植物C4植物CO2固定途徑C4途徑C4途徑和C4途徑CO2固定的最初產(chǎn)物C3C4CO2固定場所葉肉細胞葉綠體C4途徑：葉肉細胞葉綠體C3途徑：維管束鞘細胞葉綠體光合產(chǎn)物形成場所葉肉細胞維管束鞘細胞光合效率較低較高第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日C3途徑和C4途徑光合作用中固定CO2的途徑，發(fā)生在C3植物體內(nèi)，叫做C3途徑。發(fā)生在C4植物體內(nèi)的固定CO2途徑，除了C3途徑，還有C4途徑。如圖（3）所示由此可見，C4植物光合作用中的C4途徑發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體內(nèi)，C3途徑發(fā)生在維管束鞘細胞的葉綠體內(nèi)，兩者共同完成二氧化碳的固定。課后思考題在C3途徑和C4途徑中，CO2被固定后首先形成的產(chǎn)物分別是（）AC3和C4；BPEP和C4；CC5和C3；DC3和PEPA第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

六提高農(nóng)作物的光能利用率

1.概念光能利用率：綠色植物通過光合作用制造的有機物中所含有的能量，與光合作用中吸收的光能的比值

2.措施（1）控制光照強度：根據(jù)不同植物對光的需求不同，將它們種植在不同的區(qū)域。（2）控制CO2的供應(yīng)：低濃度和高濃度都限制光合作用的強度，在適宜濃度范圍內(nèi)，只CO2濃度提高，光合作用逐漸增強。（3）控制礦質(zhì)元素的供應(yīng)：適量使用礦質(zhì)元素。課后思考題在下列有關(guān)光合作用的敘述中，不正確的是（）A.水分解發(fā)生在葉綠體的類囊狀體膜上B.光反應(yīng)和暗反應(yīng)中都有許多酶參與C.溫度降低到0℃，仍有植物能進行光合作用D.NADP在暗反應(yīng)中起還原作用，并將能量轉(zhuǎn)移到糖類分子中D第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)生物固氮

一、生物固氮1.概念固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程

2.生物固氮的根本原因生物體有固氮基因能控制合成固氮酶，催化生物固氮

二、固氮微生物的種類共生固氮微生物：共生固氮微生物是指與一些綠色植物互利共生的固氮微生物，如根瘤菌。自生固氮微生物：自生固氮微生物第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日是指在土壤中能夠獨立進行固氮的微生物，其中，多數(shù)是一類叫做自生固氮菌的細菌。自生固氮菌大多是桿菌和短桿菌，單生或?qū)ι?。自生固氮菌中，人們?yīng)用最多的是圓褐固氮圓褐氮菌具有較強的固氮能力，并且能夠分泌生長素，促進植物的生長和果實的發(fā)育。因此，將圓褐固氮菌制成菌劑，施用到土壤中，可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。

三、生物固氮過程簡介固氮微生物的固氮過程，是細胞內(nèi)固氮酶的催化作用下進行的，生物固氮的過程十分復(fù)雜。如圖（4）所示

五、生物固氮的意義大氣中的氮，必須通過依生物固氮為主的固氮作用，才能被植物吸收利用。動物直接或間接地以植物為食。動物體內(nèi)的一部分蛋白質(zhì)在分解過程中產(chǎn)生的尿素等含氮物，以及動植物遺體中的含氮物質(zhì)，被土壤中的微生物分解第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日后形成氨。氨經(jīng)過土壤中消化細菌的作用，最終轉(zhuǎn)化成硝酸鹽，硝酸鹽可以被植物吸收利用?？梢娚锕痰谧匀唤绲h(huán)中具有十分重要的作用

六、生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用1.將圓褐固氮菌劑釋放到土壤中，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。2.對豆科植物可進行根瘤拌種，也能提高豆科植物的產(chǎn)量。3.通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，可將固氮基因轉(zhuǎn)到菲固氮基因中。本章重難闡述

1.特殊狀態(tài)下的葉綠素a失去電子的特殊狀態(tài)的葉綠素a在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了變化，失去了一個電子，變成了強氧化劑，可以最終從水中獲得電子而恢復(fù)原結(jié)構(gòu)。

第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日2.輔酶Ⅱ的特性

輔酶Ⅱ具有一個十分重要的特性，就是它的煙酰胺部分很容易與氫結(jié)合而被還原，成為還原型輔酶Ⅱ（NADPH),這種還原型輔酶Ⅱ具有很強的還原能力

3.光轉(zhuǎn)換中物質(zhì)變化的量關(guān)系要對各種物質(zhì)變化的量地關(guān)系有一個新的認識：①2分子水分解；②形成2分子NADPH；所以光合作用的總反應(yīng)式為：

4.C4植物的葉片中為什么只有維管束鞘細胞出現(xiàn)淀粉粒由于C4植物的CO2的固定、還原及C5的再生和CH2O的形成是在維管束鞘細胞中第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

5中，C4植物生長得比C3植物好。.在干旱的環(huán)境中，為什么C4植物生長得比C3植物好C3途徑中CO2的固定是通過二磷酸核糖羧化酶的催化來實現(xiàn)的。C4途途徑的CO2的固定是通過磷酸稀醇式丙酮酸羧化酶的催化作用來實現(xiàn)的。這兩種酶都能固定CO2，但是它們對CO2的親和力相差很遠。由于C4植物能夠利用低濃度的CO2，當天氣干旱、氣孔關(guān)閉時，C4植物甚至能夠利用細胞間隙中含量低的CO2繼續(xù)進行光合作用，而C3植物則不能，所以，在干旱環(huán)境進行的，所以，C4植物進行光合作用時，只有維管束鞘細胞中形成淀粉，而葉肉細胞中不形成淀粉。相反，C3植物通過光合作用產(chǎn)生的淀粉只存在于葉肉細胞中維管束鞘細胞中則沒有淀粉。

6.C3與C4植物的區(qū)別一是維管束鞘細胞。C3植物的維管束鞘細胞內(nèi)無葉綠體，C4植物的維管束鞘細胞內(nèi)含有無基粒的葉綠體且細胞比較大；二是光合作用中CO2的固定途徑。C3植物CO2的固定是C5與CO2結(jié)合形成C3，不需要能量僅需要酶，與暗反應(yīng)中CO2的還原發(fā)生同一細胞的同一葉綠體內(nèi)；C4植物的CO2第一次固定需要消耗能量，第一第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日次固定與還原不在同細細胞內(nèi)完成

7.適當增加CO2濃度的利與弊有三種措施可以提高農(nóng)田中CO2的濃度，一是控制好農(nóng)作物的密度；二是增施有機肥料；三是適當施用碳酸氫銨肥料。但是必須強調(diào)的是，空氣中高濃度的CO2可以強烈吸收紅外線。從而就可能會造成“溫室效應(yīng)”。

8.共生固氮微生物與自身固氮微生物的差別常見類型與豆科植物的關(guān)系代謝類型固氮產(chǎn)物對植物的作用固氮量共生固氮微生物根瘤菌共生有專一性異氧需氧型氨提供氮素大自生固氮微生物圓褐固氮菌無異氧需氧型氨提供氮素和生長素小第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

9.氮循環(huán)與碳循環(huán)的差異進入生態(tài)系統(tǒng)的方式進入生態(tài)系統(tǒng)的作用生物返還大氣的途徑參與循環(huán)碳循環(huán)光合作用綠色植物及其他自養(yǎng)型生物生產(chǎn)者、消費者、分解者的呼吸作用所有生物碳循環(huán)生物固氮作用、閃電、化肥廠固氮微生物反硝化細菌的反消化作用分解者、固氮微生物、硝化細菌、反硝化細菌第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

10.氮循環(huán)中幾種微生物的特殊作用及其在生態(tài)系統(tǒng)中的地位在氮循環(huán)中的作用代謝類型在生態(tài)系統(tǒng)中的地位根瘤菌將N2合成氨異氧需氧型消費者圓褐固氮菌將N2合成氨異氧需氧型分解者細菌、真菌將生物遺體中的含氨化合物轉(zhuǎn)化為氨異氧需氧型分解者硝化細菌將土壤中的氨轉(zhuǎn)化為硝酸鹽自氧需氧型生產(chǎn)者反硝化細菌硝酸鹽轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽再轉(zhuǎn)化成N2異氧厭氧型分解者第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

11.有關(guān)氮循環(huán)的生理過程和內(nèi)容(1)生物固氮：固氮微生物將大氣中的氮還原成氨的過程。(2)高能固氮：在閃電等瞬間放電所產(chǎn)生的高能作用下使空氣中的氮與水中的氫結(jié)合，形成氨和硝酸的過程。(3)工業(yè)固氮:用高溫、高壓和化學(xué)催化劑的方法，將氮轉(zhuǎn)化為氨。(4)氨化作用：微生物將動植物遺體、排出物、殘落物中的有機氮分解后形成氨的過程。(5)硝化作用：在有樣條件下，土壤中的氨或銨鹽在硝化細菌的作用下最終氧化成氨的過程。第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期日

本章練習(xí)題1.ATP儲存的能量和ADP形成ATP時提供的能量分別是（）A.化學(xué)能、只能是電能B.電能、化學(xué)能C.化學(xué)能、電能和化學(xué)能D.化學(xué)能、只能是化學(xué)能2.光合作用的過程包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)，光反應(yīng)能夠為暗反應(yīng)提供的物質(zhì)是（)A.[H]和ATPB.C5化合物