5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

類囊體色素酶溫故知新

在葉綠體內(nèi)部類囊體的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器。5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用光合作用綠色植物通過

，利用

，將

轉(zhuǎn)化成

，并且釋放出

的過程。1.概念：葉綠體光能二氧化碳和水儲存著能量的有機(jī)物氧氣2.反應(yīng)式：注：（CH2O）表示糖類，

光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體

葉綠體是如何將化學(xué)能儲存在糖類等有機(jī)物中的？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？探索光合作用原理的部分實驗資料1：19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)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(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)1928年，科學(xué)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(zhuǎn)化成糖。初步判斷：氧來自二氧化碳的可能性較小，較可能來源于水。一、光合作用的原理資料2：1937年，英國科學(xué)家希爾。希爾發(fā)現(xiàn)，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），在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。

不能。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1.

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？O2H+離體的葉綠體懸浮液思考：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(jìn)行探究？同位素示蹤法

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。討論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(xué)反應(yīng)？資料3：1941年，美國科學(xué)家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)

用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同

位素18O分別標(biāo)記成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2討論3.分析魯賓和卡門做的實驗得出什么結(jié)論？對比實驗相互對照資料4：1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，當(dāng)向反應(yīng)體系供

給ADP、Pi時，會有ATP產(chǎn)生。同樣方法處理四只試管，只有1號有

ATP產(chǎn)生。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。討論4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。H2OO2+H++能量光照葉綠體ADP+PiATP思考：從該實驗，你能得出什么結(jié)論？ATP的合成場所：類囊體；合成條件：需光（酶）光合作用的過程根據(jù)是否需要____________，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為____________和_____________（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個階段。光能光反應(yīng)暗反應(yīng)1.光反應(yīng)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(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素光能能量轉(zhuǎn)化:ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量

ATP+H2O酶

NADPH的合成：NADP++H++2e-

NADPH酶2.暗反應(yīng)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(zhì)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(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2＋C5

2C3酶物質(zhì)轉(zhuǎn)化ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)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(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)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(zhì)。從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量光合作用中元素的轉(zhuǎn)移CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O29．下圖為綠色植物光合作用過程示意圖(圖中a～g為物質(zhì)，①～⑥為反應(yīng)過程)。下列判斷錯誤的是(

)A．圖中a物質(zhì)主要吸收紅光和藍(lán)紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲存在c和e中B．圖中①表示水分的吸收，③表示水的光解C．將b物質(zhì)用18O標(biāo)記，最終在(CH2O)中能檢測到18OD．在g物質(zhì)供應(yīng)充足時，突然停止光照，C3的含量將迅速下降3.光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物聯(lián)系光合作用實質(zhì)光反應(yīng)暗反應(yīng)類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)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(xué)能ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+把無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見光CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強(qiáng)增加減少增加增加1、請總結(jié)分析的方法？2、C3、C5含量變化有什么特點？葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見光光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減少增加減少增加減少CO2濃度增加減少增加減少增加條件驟變對光合作用中各物質(zhì)的影響[例2]離體的葉綠體在光下進(jìn)行穩(wěn)定的光合作用時，若改變某一條件，則葉綠體中ATP和O2的相對含量變化如圖所示，則改變的條件是(

)A．光照由強(qiáng)到弱，CO2供應(yīng)不變B．光照由弱到強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變C．光照不變，CO2供應(yīng)由充足到不足D．光照不變，CO2供應(yīng)由不足到充足化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量討論：進(jìn)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(jī)物來維持自身的生命活動。自養(yǎng)生物：以無機(jī)物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)。1.實驗原理：根據(jù)單位時間小圓形葉片浮起的數(shù)量的多少，探究光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系。

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉葉片上浮光合作用產(chǎn)生O2O2充滿細(xì)胞間隙2.材料用具：打孔器、5WLED臺燈、米尺、燒杯、綠葉等探究·實踐：探究環(huán)境因素對光合作用的影響3.方法步驟：0.6cm的打孔器打孔打出圓形小葉片30片黑暗保存葉片葉片置于注射器內(nèi)抽出葉片的氣體葉片均分為3組1.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）

向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片2.分別對這3個實驗裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照強(qiáng)光中等光弱光3.觀察并記錄同一時間段內(nèi)各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量?；蛏细∠嗤瑪?shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間。【LED燈作為光源（冷光源，排除溫度干擾），分別用不同光照強(qiáng)度（調(diào)節(jié)光源與燒杯的距離）去照射葉片?！糠椒ú襟E：4.實驗結(jié)果：5.實驗結(jié)論：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)二、光合作用原理的應(yīng)用1.光合作用強(qiáng)度的表示方法？CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能葉綠體固定CO2的量制造或產(chǎn)生有機(jī)物（糖類）量產(chǎn)生O2的量單位時間內(nèi)光合作用二、光合作用原理的應(yīng)用2、光合作用速率的測定線粒體葉綠體產(chǎn)生O2釋放O2（可以測得）葉肉細(xì)胞CO2吸收CO2（可以測得）測量到的光合作用指標(biāo)是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。光合作用強(qiáng)度的測定裝置真正（總）光合速率=凈（表觀）光合速率

+呼吸作用速率合成有機(jī)物的量固定或消耗CO2量

產(chǎn)生O2的量有機(jī)物積累量CO2吸收量O2釋放量消耗有機(jī)物的量黑暗下CO2的釋放量黑暗下O2的吸收量===+++CO2濃度水分光光質(zhì)光照強(qiáng)度光照時間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素3.影響光合作用強(qiáng)度的因素氣孔開閉情況（1）光照強(qiáng)度光照強(qiáng)度0CO2吸收速率CO2釋放速率ABC呼吸速率光補償點光飽和點凈光合速率總光合速率B：光合作用=呼吸作用D：光合速率開始達(dá)到最大時對應(yīng)的光照強(qiáng)度DAB：呼吸作用>光合作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸速率A:只進(jìn)行呼吸作用討論：1、C點之前和之后限制光合作用因素分別是？C點前：光照強(qiáng)度C點后：CO2濃度、溫度等2、能否在圖中找出總光合速率？A:只進(jìn)行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用

細(xì)胞呼吸釋放的CO2

全部用于光合作用BC：光合作用>呼吸作用AB：光合作用<呼吸作用解讀：曲線與細(xì)胞圖示相結(jié)合（1）光照強(qiáng)度[例6]如圖是葉肉細(xì)胞內(nèi)兩種細(xì)胞器間的氣體關(guān)系圖解，據(jù)圖判斷下列說法錯誤的是（）A.A、C表示葉綠體釋放氧氣的量，A＋C可以表示總光合速率B.B、C表示線粒體吸收氧氣的量，B＋C可以表示呼吸速率C.黑暗中，A、C的量為零D.葉肉細(xì)胞的凈光合速率可以用C或D來表示光照強(qiáng)度0ABC陽生植物呼吸速率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(cè)；對光的利用能力也不強(qiáng)，最大光合速率C1往左下移。應(yīng)用：合理密植間作套種適當(dāng)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(chǎn)上有哪些應(yīng)用？CO2吸收速率CO2釋放速率（1）光照強(qiáng)度4.已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25℃和30℃，如圖表示30℃時光合速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系。若溫度降到25℃（原二氧化碳濃度不變），理論上圖中相應(yīng)點a、b、d的移動方向分別是（）A.下移、右移、右上移

B.下移、左移、左下移C.上移、左移、右上移

D.上移、右移、右上移（2）CO2濃度CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點：對應(yīng)的CO2濃度為能進(jìn)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：1.多施有機(jī)肥或農(nóng)家肥；2.大田中還要注意通風(fēng)透氣。應(yīng)用：討論：C點之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、內(nèi)因）外因：主要為光照強(qiáng)度和溫度，內(nèi)因：酶的數(shù)量和活性。對應(yīng)的D點為CO2飽和點為什么？（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(yīng)。適時播種；溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫，從而提高作物產(chǎn)量（有機(jī)物積累量）。應(yīng)用：酶的活性暗(4)水及礦質(zhì)元素①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會影響__________的合成從而影響光合作用。②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)，也參與光合作用過程中反應(yīng)物和生成物的運輸；水還會影響__________，從而影響CO2進(jìn)入植物體，間接影響光合作用。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。葉綠素氣孔開閉溫度過高，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(qiáng)度BC