5.4.2光合作用與能量轉化光合作用的原理和應用課件高一上學期生物人教版必修一

5.4

光合作用與能量轉化二、

光合作用的原理和作用光合作用的概念:CO2+H2O葉綠體光能（CH2O）+O2

光合作用是指綠色植物通過___________，利用________，將_________________轉化成儲存著能量的___________，并且釋放出___________的過程。葉綠體光能二氧化碳和水有機物氧氣一、光合作用的原理1．探究光合作用原理的部分實驗

19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學家發(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化成糖。資料1不能通過光合作用實現(xiàn)資料2：

希爾反應：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），在光照下可以釋放氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。推測：葉綠體中的H2O光解產生氧氣資料2：

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），在光照下可以釋放氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體思考1：希爾的實驗能說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學反應嗎？水的光解和糖類合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。思考2：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？能夠說明。希爾反應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，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。

資料3：魯賓和卡門實驗同位素標記（示蹤）法；相互對照（即對比實驗）；光合作用釋放的氧全部來自水，而并不來源于CO2。

該實驗采用了什么實驗方法？如何對照？可以得出什么結論？

1954年，美國科學家阿爾農(D.Arnon)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。

1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。資料4：阿爾農實驗光照ATP水光解嘗試用示意圖表示ATP的合成與希爾反應的關系？總結上述實驗表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。

總結

那么糖又是如何形成的呢？

1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。資料5：卡爾文實驗光合產物中有機物的碳來自CO2。結論：2.光合作用的過程根據(jù)是否需要____________，這些化學反應可以概括地分為____________和_____________（現(xiàn)在也稱為碳反應）兩個階段。光能光反應暗反應(1)光反應類囊體薄膜的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶（氧化型輔酶Ⅱ）（還原型輔酶Ⅱ）條件：光、色素、多種酶場所：類囊體薄膜物質轉化水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素光能能量轉化:ATP,NADPH中活躍的化學能ADP+Pi+能量

ATP+H2O酶

NADPH的合成：NADP++H++e-

NADPH酶

(2)暗反應ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：場所：葉綠體基質中有光無光都可以，多種酶等

CO2的固定：C3的還原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有機物中穩(wěn)定的化學能CO2＋C5

2C3酶物質轉化ATP、NADPH中活躍的化學能能量轉化：

光合作用的全過程葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應暗反應NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能酶類囊體薄膜葉綠體基質可見光1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？2.NADP+和ADP的移動途徑呢？3.NADPH的作用？從類囊體薄膜到葉綠體基質。從葉綠體基質到類囊體薄膜。

在C3的還原中作還原劑小組討論，問題探究：3、光合作用中元素的轉移①H的轉移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O24、光反應與暗反應的比較反應階段反應部位反應條件物質變化能量變化產物聯(lián)系光合作用實質光反應暗反應類囊體薄膜上葉綠體基質必須有光、光合色素、酶有光或無光均可，多種酶光能→ATP和NADPH中活躍的化學能ATP和NADPH中活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反應為暗反應提供ATP和[H]，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+把無機物轉變成有機物，把光能轉變成化學能貯存起來5.光照和CO2濃度對光合作用物質含量變化的影響改變條件C3C5[H]和ATP(CH2O)模型分析光照減弱或停止，CO2

供應不變光照由弱變強，CO2

供應不變或沒有或沒有5.光照和CO2濃度對光合作用物質含量變化的影響改變條件C3C5[H]和ATP(CH2O)模型分析光照不變，CO2供應不足

光照不變，CO2供應增加

或沒有化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化細菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量討論：進行化能合成作用的生物屬于自養(yǎng)還是異養(yǎng)生物？異養(yǎng)生物：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。自養(yǎng)生物：以無機物轉變成為自身的組成物質。生物的代謝類型區(qū)別：能量來源不同光合作用化能合成作用類型共同點：將無機物合成有機物，并儲存能量生物：綠色植物、光合細菌；硝化細菌、鐵細菌、硫細菌等異養(yǎng)型動物和人類；營腐生、寄生生活的細菌和真菌等。生物的代謝類型自養(yǎng)型(1)光反應的場所是葉綠體中的類囊體薄膜，光反應產生的O2、ATP和NADPH都用于暗反應(

)(2)暗反應包括CO2的固定和C3的還原，兩個階段都在葉綠體基質中進行(

)(3)整個光合作用過程中，能量的轉化是光能→ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能(

)(4)光合作用釋放的O2都來自水(

)正誤判斷

·矯正易混易錯√×√√

在適宜反應條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質，組合正確的是（）A.紅光，ATP下降

B.紅光，未被還原的C3上升C.綠光，NADPH下降

D.綠光，C5上升C【經典例題】光合作用分為光反應階段和暗反應階段，下列敘述正確的是（）A.光反應階段不需要酶，暗反應階段需要多種酶B.光反應階段消耗水，暗反應階段消耗ATPC.光反應階段固定CO2，暗反應階段還原C3D.光反應階段在葉綠體基質進行，暗反應階段在類囊體薄膜上進行例1B課堂檢測搶答題８、光反應階段能量變化是

。

9、暗反應階段能量變化是

。

.

。

10、若白天突然中斷了二氧化碳的供應，則首先積累起來的物質是

。７、二氧化碳中碳的轉移途徑是

。

co2c3(CH2O)光能活躍化學能ATP中ATP中活躍化學能有機物中穩(wěn)定化學能五碳化合物

探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響一、光合作用的強度1.概念：植物在

內通過光合作用制造

的量。（通常用光合速率表示）糖類單位時間2.光合作用強度（光合速率）的表示方法固定CO2的量制造或產生有機物（糖類）量產生O2的量單位時間內光合作用CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體光合作用強度：產物的生成量或底物的消耗量！CO2的濃度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體H2O光：光照強度、光質、光照時間礦質元素（N、Mg是合成葉綠素的原料）外因：內因：酶的種類、數(shù)量色素的含量葉齡不同溫度二、光合作用的強度3.光合作用強度的影響因素實驗原理：

葉片含有空氣上浮葉片下沉充滿細胞間隙，葉片上浮

抽氣光合作用產生O2探究光照強度對光合作用強度的影響自變量：光照強弱因變量：光合作用強度檢測方法相同時間小圓形葉片浮起的數(shù)量控制方法不同瓦數(shù)的燈或相同瓦數(shù)臺燈離實驗裝置的距離閱讀P105，找出以下關鍵信息：注射器的作用：實驗材料：圓形小葉片排出圓形小葉片中的氣體實驗：探究光照強度對光合作用強度的影響探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響二、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2.將圓形小葉片置于注射器內，使葉片內氣體逸出探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存，小圓形葉片全部沉到水底4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）5）分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片，然后分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照(3盞40W臺燈分別向3個實驗裝置照射，光照強弱可通過調節(jié)臺燈與實驗裝置間的距離來決定)。光源會產生熱量，導致溫度不同，所以為了保證單一變量，應該加一個盛水玻璃柱，排除溫度對實驗結果的影響。冷光源方法步驟：實驗：探究光照強度對光合作用強度的影響什么作用？吸收熱量排除干擾甲乙丙葉片浮起數(shù)量多葉片浮起數(shù)量中葉片浮起數(shù)量少強中弱方法步驟：實驗：探究光照強度對光合作用強度的影響探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響

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.觀察并記錄結果三、實驗結論在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響討論：利用該裝置還能探究哪些環(huán)境因素對光合作用的影響？這些因素分別如何控制呢？提示：CO2濃度（吹氣時間或不同質量分數(shù)的NaHCO3溶液）、溫度（水浴保溫）、光質（不同顏色的彩色燈泡）二、光合作用原理的應用2、光合作用速率的測定線粒體葉綠體產生O2釋放O2（可以測得）葉肉細胞CO2吸收CO2（可以測得）植物在進行光合作用的同時，還進行呼吸作用。實際測量到的光合作用指標是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。真(總)光合作用、凈光合作用和細胞呼吸的關系:CO2O2有機物真光合作用固定量產生量制造量凈光合作用吸收量釋放量積累量細胞呼吸釋放量(黑暗)吸收量(黑暗)消耗量(黑暗)三：光合作用和呼吸作用的關系真光合速率=凈光合速率+呼吸速率→光反應光照強度光合速率0光強→NADPH、ATP→暗反應

C3還原（CH20

）→光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2一定光強后光合速率不再增加的原因：內因：色素含量，酶的數(shù)量和最大活性；外因：CO2濃度等除光強以外的環(huán)境因素。二、影響光合作用強度的因素及應用——光照強度3、影響因素：（1）光照強度光照強度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC光補償點光飽和點B：光合作用=呼吸作用D：達到最大光合速率時所對應的最小光照強度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用A:只進行呼吸作用討論：C點之前和之后限制光合作用因素分別是？C點前：光照強度C點后：CO2濃度、溫度等3、影響因素：（1）光照強度光照強度0ABC陽生植物光補償點光飽和點陰生植物A1B1C1D提示：陰生植物的呼吸作用較弱，光補償點B1在B點左側；對光的利用能力也不強，最大光合速率C1往左下移。應用：合理密植間作套種適當剪枝討論：若該曲線表示的是陽生植物的光合速率，陰生植物的曲線該如何畫？據(jù)此生產上有哪些應用？CO2吸收速率CO2釋放速率A:只進行呼吸作用B：光合作用速率=呼吸作用速率B點之后：光合作用速率>呼吸作用速率AB：光合作用速率<呼吸作用速率解讀：曲線與細胞圖示相結合ED光補償點光飽和點凈光合速率總光合速率呼吸速率二、影響光合作用強度的因素及應用——光照強度(1)光補償點與光飽和點的移動規(guī)律規(guī)律光合作用強度增強：光補償點左移，光飽和點右移。光合作用強度減弱：光補償點右移，光飽和點左移。與陽生植物相比，陰生植物光補償點和飽和點都相應左移。

已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別是25℃、30℃，如圖曲線表示該植物在25℃時光合作用強度與光照強度的關系。若將溫度調節(jié)到30℃的條件下（原光照強度和CO2濃度不變），從理論上講，圖中相應點的移動分別是（）A.a點上移，b點左移，m值增加 B.a點上移，b點左移，m值不變C.a點下移，b點右移，m值下降 D.a點下移，b點不移，m值上升C經典例題3、影響因素：（2）CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點：對應的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＝呼吸作用速率最大光合速率B點：C點：在農業(yè)生產上可以通過“正其行，通其風”，增施農家肥等增大CO2濃度，提高光合速率。應用：討論：C點之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、內因）外因：主要為光照強度和溫度，內因：酶的數(shù)量和活性。對應的D點為CO2飽和點3、影響因素：（3）溫度O溫度A光合速率BC原理：溫度通過影響

影響光合作用主要制約

反應。溫度過高時植物

，光合速率會減弱。1.溫室中,白天適當提高溫度,晚上適當降溫，從而提高作物產量（有機物積累量）。2.解釋植物“午休”現(xiàn)象。應用：酶的活性暗氣孔關閉缺水氣孔關閉限制CO2進入葉片光合作用受影響原理：水既是光合作用的

，又是體內各種化學反應的

，直接影響光合作用速率；水分還能影響氣孔的

，間接影響

進入葉片，從而影響光合作用速率。3、影響因素：（4）水應用：合理澆灌原料介質開閉CO23、影響因素：（5）礦質元素N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分；P：NADP+和ATP的重要組分；K：促進光合產物向貯藏器官運輸，如淀粉的運輸；Mg：葉綠素的重要組分。應用：合理施肥討論：礦質元素含量過高對植物的生長會造成什么影響？提示：礦質元素含量過高，根細胞很難吸水，甚至失水，光合速率也會下降，甚至停止。影響光合作用的因素及應用（1）原理：光合作用強度與光質有關，在可見光光譜的范圍內，不同波長的光下，光合作用效率不同。白光是復合光，紅光、藍紫光下植物的光合作用強度較大，綠光下植物的光合作用強度最弱。（2）應用①塑料大棚栽培時，常選擇“無色塑料”以便透過各色光②陰天或夜間給大棚“人工補光”時，則宜選擇植物吸收、利用率較高的“紅光和藍紫光”拓展、影響光合作用強度的因素及應用——光質葉片由小到大的過程中，葉面積逐漸增大，葉肉細胞中的葉綠體逐漸增多，光合色素逐漸增加，光合作用效率不斷增強。生長到一定程度，葉片面積和光合色素等達到穩(wěn)定狀態(tài)，光合作用效率也基本穩(wěn)定。伴隨著葉片的衰老，部分色素遭到破壞，光合作用效率下降。拓展、影響光合作用強度的因素及應用——葉齡能產生激素的細胞一定能合成酶嗎?能合成酶的細胞一定能產生激素嗎?兩者的區(qū)別是什么?P點：限制光合速率的因素應為

；Q點：橫坐標所表示的因子不再是影響光合速率的因子，影響因子主要為

。橫坐標所表示的因子各曲線所表示的因子4.多因子變量能產生激素的細胞一定能合成酶嗎?能合成酶的細胞一定能產生激素嗎?兩者的區(qū)別是什么?應用：①適宜光照強度下，白天可適當升高

?；虺淙?/p>

，晚上適當

；

②當溫度適宜時，可適當提高

或充入

。溫度適量CO2降溫光照強度適量CO24.多因子變量光補償點凈光合（總）光飽和點三：光合作用和呼吸作用的關系A點：OA表示

；呼吸速率AB段：凈光合速率

0，植物

正常生長，甚至

；＜不能死亡B點：凈光合速率

0，植物

；

＝只生存，不生長BC段：凈光合速率

0，植物

正常生長；＞能四：夏季晴朗的一天a點：2-4時，CO2釋放量

；

（原因：

）b點：6時左右，

光合作用；（現(xiàn)象：

）bc：6-7時，光合速率

呼吸速率；溫度降低，呼吸作用減弱減小日出開始進行＜四：夏季晴朗的一天c點：7時左右，光合速率

呼吸速率；

（此時的光照強度對應：

）d點：12時左右，光合作用

；

＝光補償點減弱溫度過高,蒸騰作用過強，部分氣孔關閉，CO2吸收量減少，光合速率下降午休現(xiàn)象ef段：光合作用

細胞呼吸。fg段：沒有光照，

停止，只行

。積累有機物時間段：ce段。一天中有機物積累最多的時間點：e點。制造有機物時間段：bf段。一晝夜有機物積累量表示為：S1-S2-S3(表示面積)消耗有機物時間段：Og段。<光合作用呼吸作用

自然環(huán)境中一晝夜植物光合作用曲線S2S3S1AC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胞呼吸強度；D/H點：沒有光照，只有細胞呼吸釋放CO2溫度較低，呼吸釋放CO2速率較小光合速率等于呼吸速率2.密閉環(huán)境中一晝夜O2和CO2含量的變化思考甲乙圖中N點小于M點分別說明了什么？DH段：FG段：光合速率大于呼吸速率，積累有機物午休現(xiàn)象HI段：光照繼續(xù)減弱，光合作用強度小于細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止；圖示3：密閉環(huán)境下，一晝夜CO2的變化A：光合速率呼吸速率B：光合速率呼吸速率＝＝經過一晝夜N點低于M點，植物體內的有機物總量

增加圖示3：密閉環(huán)境下，一晝夜O2的變化經過一晝夜N點低于M點，植物體內的有機物總量

減少光照下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03.相關曲線分析五、自然環(huán)境及密閉容器中光合作用變化的模型測定方法：①先將植物置于黑暗中，測量呼吸速率

。②在有光條件下，測定凈(表觀)光合速率。③計算：總(真正)光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。例如：根據(jù)O2的變化量測定光合速率五.、測定光合速率和呼吸速率的方法五.光合速率的測定（凈光合速率）有色液滴毛細管綠色植物NaHCO3①NaHCO3溶液作用：

；②測定指標：

（單位時間內有色液滴

移的體積）③條件：

；保證容器內CO2濃度的恒定O2的釋放量右有光注意：右移取正值（光合＞呼吸），左移取負值（光合＜呼吸）。1.有色液滴法(或CO2緩沖液)有色液滴毛細管綠色植物NaHCO3有光（凈光合）有色液滴毛細管綠色植物NaOH黑暗（呼吸）

將上述裝置放在黑暗條件下，液滴單位時間內左移的距離即為呼吸速率，與凈光合速率相加就能算出總光合速率。能否利用該裝置測定總光合速率？思考五.光合速率的測定（凈光合速率）總光合速率=凈光合速率+呼吸速率注意物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應設置對照試驗。(或CO2緩沖液)習題鞏固5習題鞏固51.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，氣孔關閉，二氧化碳供應減少，光合作用強度明顯減弱。ABDCE時間光合作用速率6789101112131415161718習題鞏固52.光合作用的過程可分為光反應和暗反應兩個階段，

下列說法正確的是（）

A.葉綠體類囊體膜上進行光反應和暗反應

B.葉綠體類囊體膜上進行暗反應，不進行光反應

C.葉綠體基質中可進行光反應和暗反應

D.葉綠體基質中進行暗反應,不進行光反應D

習題鞏固53.在適宜反應條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，

突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。

下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質，組合正確的是（）

A.紅光，ATP下降

B.紅光，未被還原的C3上升

C.綠光，NADPH下降

D.綠光，C5上升C習題鞏固54.圖示適宜條件下，甲、乙兩種植物葉片的CO2凈吸收速率與CO2

濃度的關系，下列說法正確的是（）

A.CO2濃度大于a