光合作用的原理和应用兰琳.ppt

二 光合作用的原理和应用,阳光下最重要的魔术,光能,叶绿体,CO2+H2O,（CH2O）+O2,五年后,柳树增重 74.47 kg 土壤减少 0.06 kg,水分是建造植物体的原料,一.光合作用的探究历程：,推论：,1771年，(英)普利斯特利的实验,结论:,植物可以更新空气,光照下，一段时间后,有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？,1普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功,2植物体只有绿叶才能更新空气。,1779年，(荷兰)英格豪斯的实验,结论:,1785年，绿叶在光下吸收CO2 ，释放O2。,1782年,拉瓦锡发现了空气的组成。,1845年，德国科学家梅耶指出，植物光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。,1864年，（德）萨克斯的实验,结论：,碘液,植物通过光合作用可制造淀粉。,进行对照,消耗掉叶片中的营养物质（淀粉）,为什么部分遮光、部分曝光？,为什么在暗处放置几小时？,1.光合作用的原料、产物、场所和条件是什么？ 其化学反应式是？,原料 CO2和H2O； 产物 糖类和O2；,场所叶绿体； 条件光合酶；,光合作用的反应式是：,CO2 + H2O,（CH2O） + O2,2.光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢?还是两者兼而有之？,一种元素的各种同位素都有相同的化学性质有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素,用放射性同位素代替非放射性的同位素来制成各种化合物，这种化合物跟通常的化合物一样参与所有化学反应，却带有“放射性标记”，用仪器可以探测出来这种原子叫做示踪原子,32P 31P 3H 1H 14C 12C 35S 32S 18O 16O,1939，美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）,CO2 + H2O,（CH2O） + O2,光合作用释放的O2到底是来自H2O，还是CO2呢? 应标记哪一种元素？,H2180,C02,1939，美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）,H20,C18O2,第一组,第二组,02,1802,结论：,光合作用释放的O2全部来自于H2O,如何设计？,从CO2到糖类是怎样的变化过程? 用什么方法进行研究?,同位素标记法,14CO2,14C3,14C6H12O6,结论:,P103:思考与讨论,2.,生物学的发展与物理学和化学的研究和进展关系很密切。例如： 到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确光合作用放出的气体是O2，吸收的是CO2 ； 鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的气体O2是来自水，而不是来自CO2 ； 卡尔文用同位素示踪技术探明了CO2中的碳在光和作用中的转化成有机物中碳的途径。,3. 善于观察生活中的现象、 敢于对前辈科学家质疑、 勇于用实践来验证猜想、 不畏科学道路的艰辛、 巧妙的设计 ,在卡尔文的继续研究中发现,CO2的受体是一种含有五个碳的化合物(C5化合物),这种C5在相关酶的作用下与CO2结合成六碳化合物,这个六碳化合物十分不稳定,立刻分解为2分子的C3化合物.,史料分析,CO2的固定:,二 光合作用的过程,史料分析:,科学家用藻类进行闪光实验,在光能量相同,照光时间一样的条件下,一组连续照光,另一组用闪光照射,中间间隔一定暗期, 发现后者光合效率是连续光下的2到4倍.,光合作用可分为需光和不需光两个阶段,结论:,问题:光合作用的所有反应都需要在光下进行么?,二 光合作用的过程,二 光合作用的过程,色素分子,可见光,G,H,D,E,A,B,C,多种酶,酶,M,F,吸收,光解,能,固定,还原,N,K,H2O,O2,H,ADP+Pi,ATP,C5,2C3,(CH2O),CO2,光反应阶段,暗反应阶段,叶绿体类囊体的薄膜上,叶绿体基质中,二 光合作用的过程,1.光反应和暗反应的区别,回归课本,知识整合,基粒(类囊体的薄膜上),叶绿体基质中,需光,色素和酶,需多种酶、ATP、H,光能转变为活泼的化学能，储存在ATP中,ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能,光反应和暗反应是一个整体,二者紧密联系,缺一不可。,光反应,暗反应,ATP,H,ADP,Pi,2.光反应阶段与暗反应阶段的联系,光合作用与呼吸作用的区别：,CO2、H2O,O2、葡萄糖等有机物,O2、葡萄糖等有机物,CO2、H2O等,贮藏能量的过程 光能活跃的化学能 稳定的化学能,释放能量的过程 稳定的化学能活跃的化学能,有叶绿体的细胞、叶绿体,活细胞、细胞质基质、线粒体,光照下才可发生,光下、暗处都可发生,叶绿体和线粒体：,都是双层膜 都有基粒和酶 都有增大膜面积的结构 都有少量的DNA和RNA 都与能量转换有关 都是半自主复制细胞器,1 光合作用中，糖类是在 阶段形成的，O2是在 阶段形成的，ATP是在 阶段形成的。,暗反应,光反应,光反应,课堂反馈,2. 光合作用过程中，光反应为暗反应提供的物质是（ ） A、H和ATP B、H和O2 C、O2和ATP D、H和H2O,A,3. 在光合作用中，需消耗ATP的是（ ） A、三碳化合物的还原 B、CO2的固定 C、水在光下分解 D、叶绿素吸收光能,A,4.下列有关光合作用的叙述中,正确的是( ) A.光反应所需要的色素分布于叶绿体的囊状结构薄膜上及基质中 B.光反应释放的氧气来自于水分子 C.暗反应在叶绿体的基粒中进行 D.暗反应只在无光条件下进行,B,5. 某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，这种C原子的转移途径是（ ） A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇 糖类 D、CO2 三碳化合物 糖类,D,6. 在光合作用过程中，能量的转移途径是（ ） A、光能 ATP 葡萄糖 B、光能 叶绿素 葡萄糖 C、光能 CO2 葡萄糖 D、光能 葡萄糖 淀粉,A,7.下图是一个研究光合作用过程的实验，实验前溶液中加入ADP，磷酸盐、叶绿体等，实验时按图示控制进行，并不断测定有机物合成量，用此数据绘成曲线。请你用已学的光合作用知识， 解释曲线形成的原因。,(1)ab段由于缺乏CO2，使光合作用过程中的 阶段不能进行，因此无有机物生成。,(2)bc段在提供了CO2之后，由于ab段已积累了大量的 ，所以有机物能快速合成。,暗反应,ATP和H,(3)cd段在无光照条件下，由于光合作用过程中的 阶段无法进行，无法继续提供 ,又由于ab段所积累的物质 的原因，使有机物的合成逐渐下降至0。,光反应,ATP和H,被逐渐用完,光照强度和CO2浓度变化对植物细胞中C3、C5 、H、ATP、(CH2O)含量的影响,思考,1、有光但无CO2 叶肉细胞内与光合作用相关物质的量变化,2、无光但有CO2 叶肉细胞内与光合作用相关物质的量变化,无CO2CO2固定C3化合物还原ATP、NADPH利用,无光光反应ATP、NADPH生成 C3化合物还原,例：将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下。 (1)当CO2浓度突然降至极低水平时,发现植物叶片中的五碳化合物含量突然上升。这是因为 缺少时,植物体内的五碳化合物不能形成 . (2)如果在降低CO2浓度的同时,停止光照,则不出现上述五碳化合物上升现象。这是因为暗反应所必需的 供应不足,使 不能形成五碳化合物。,CO2,三碳化合物,H和ATP,三碳化合物,三、光合作用原理的应用,1、影响光合作用强度的环境因素?,（2008广东）光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适合的是（ ）,A植物体鲜重增加量 B植物体干重增加量,CO2释放量 DCO2吸收量,A,试绘出温度、 CO2含量、光照强度影响光合作用强度的曲线。,光合作用强度,温度,(一)温度,农业大棚生产中，结合呼吸作用分析阴雨天应采取怎样的手段增产或减少生产中的损失？,B,最适温度,(二)二氧化碳的供应,1）OA段表明: . 2）AB段表明： 。 3） BC段表明： 。 4)结论： 。,CO2含量,光合作用强度,O,A,B,C,二氧化碳含量很低时,绿色植物不能制造有机物,随二氧化碳含量提高,光合作用逐渐增强,二氧化碳提高到一定程度,光合作用不再随二氧化碳含量的提高而增强,周围空气中二氧化碳含量,直接影响绿色植物光合作用,分析曲线上的几个关键点的含义，并分析农业生产中如何应用,空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。,光照强度,光合作用强度,0,(三)光照强度,A,B,B,C,光照强度,0,植物吸收CO2量,B：,C：,释放CO2量,光合作用消耗的CO2= 呼吸作用释放的CO2量,光照强度增加到一定强度后，植物的光合作用强度不再增加,光补偿点,光饱和点,A,A：,只有呼吸作用,(三)光照强度,B,C,光照强度,0,净光合作用,A,真正光合作用,黑暗中呼吸作用所释放的CO2量,(三)光照强度,B：,C：,光补偿点,光饱和点,A：,只有呼吸作用,D,植物吸收CO2量,释放CO2量,真正光合作用呼吸作用,净光合作用=,P106:下图是北方夏季一天中叶片光合作用强度的变化曲线，分析各段曲线形成的原因:,a,d,c,b,e,12,10,7,14,时,光合作用强度,中午光照强烈,为减少体内水分散失,部分气孔关闭,通过气孔进入的二氧化碳减少.,结论：在一定光照强度范围内，增加光照强度可提高光合效率,ab段： de段:,1.在夏至这天，假设下列地区温度相同且晴天，则同种植物有机物积累最多的地区是（ ） A、哈尔滨 B、北京 C、上海 D、海口,结论：光照时间越长，产生的光 合作用产物越多,A,2.建温室时，选用 颜色的玻璃或塑料薄膜作顶棚，能提高光能利用率, 红橙和蓝紫 绿色 无色透明,结论：红橙光和蓝紫光有利于提高光合效率。 绿光不利于提高光合效率。 白光下光合作用最强,3.绿色植物在什么温度范围内，光合作用效率最高？, ,例1.离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是 A.C3化合物增多、C5化合物减少 B.C3化合物增多、C5化合物增多 C.C3化合物减少、C5化合物增多 D.C3化合物减少、C5化合物减少,C,水是光合作用的原料，水作为原料对光合作用的影响是很小的，几乎可以忽略不计。但当植物体内水分供应不足，或因植物的蒸腾作用过于旺盛，植物根系水分供应不上时，植物叶片上的气孔就会关闭，以减少水分的散失。气孔关闭，外界空气中的CO2就不能进入叶片内部，固定不到CO2就不能形成C3，暗反应受阻，光合作用下降。这是在炎热的夏季中午光合作用下降的主要原因。,水,影响光合作用的因素,光照强烈,为减少体内水分散失,部分气孔关闭,通过气孔进入的二氧化碳减少.,必需矿质元素的供应,影响光合作用的因素,N： P： Mg：,是各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分,是叶绿体膜、 NADP+和ATP的重要组成成分,叶绿素的重要组成成分。,实验探究：环境因素对光合作用强度的影响,自养生物：,异养生物：,硝化细菌是生活在土壤中的一种细菌，它制造有机物的过程? 思考其属于自养生物、异养生物？,2NH3+3O2,2HNO2+ O2,（CH2O）+ O2,思考：光合作用和化能合成作用的主要区别是什么？,自养型,光合作用：,利用光能,化能合成作用：,利用化学能,1.(2003江苏)生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理(如图)，这四个处理中，沉入底部的叶片最先浮起的是 ( ),C,6.下图是小球藻进行光合作用示意图，图中物质A与物质B的分子量之比是（ ）,C18O2,A,H2O,CO2,B,H218O,光照射下的小球藻,1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_ 和_;形成的_和_ 提供给暗反应。,2.光合作用的实质是：把_和_转变为有机物，把_转变成_,贮藏在有机物中。,3.在光合作用中，葡萄糖是在_中形成的，氧气是在_中形成的，ATP是在_中形成的，CO2是在_固定的。,水的光解,形成ATP,H,ATP,CO2,H2O,光能,化学能,暗反应,光反应,光反应,暗反应,下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。 图中C是_，它被传递到叶绿体的_部位，用于_ 。 图中D是_，在叶绿体中合成D所需的能量来自_ 图中G_,F是_,J是_ 图中的H表示_， H为I提供_,2,水,H,基质,用作还原剂，还原C3,ATP,色素吸收的光能,光反应阶段,H和ATP,色素,C5化合物,C3化合物,糖类,1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（ ） A、H B、C5化合物 C、ATP D、CO2,B,2、与光合作用光反应有关的是（ ） H2O ATP ADP CO2 A. B. C. D.,A,3、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是 A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降 C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降,C,4、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（ ） A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应 B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应 C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应 D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应,D,5、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的 部位在叶绿体中依次为 ( ) 外膜 内膜 基质 类囊体膜 A B C D,B,6、光合作用过程的正确顺序是（ ） 二氧化碳的固定 氧气的释放 叶绿素吸收光能水的光解三碳化合物被还原 A. B. C. D. 7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（ ） 三碳化合物 五碳化合物 氧气,8、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最先（ ） A、在植物体内的葡萄糖中发现 B、在植物体内的淀粉中发现 C、在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现 D、在植物体周围的空气中发现,D,10、在光合作用过程中，能量的转移途径是 A、光能 ATP 叶绿素 葡萄糖 B、光能 叶绿素 ATP 葡萄糖 C、光能 叶绿素 CO2 葡萄糖 D、光能 ATP CO2 葡萄糖,B,二氧化碳相对值,温度,(三)温度,较高温度使呼吸作用加强更为明显,净光合速率下降,光合速率,净光合速率,呼吸速率,O,光合作用速率,叶龄,A,B,C,(四)叶龄,O,光合作用速率,水和矿质元素浓度,A,(五)水和矿质元素浓度,1.通风透光 2.使用农家肥料，可以使土壤中微生物的数量增多，活动增强，分解有机物，放出二氧化碳。 3.植物的秸秆通过深耕埋于地下，可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。 4.使用NH4HCO3 肥料,增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”,二氧化碳的供应,1.增加光合作用的面积，合理密植。 2.适当间苗、修剪，合理施肥浇水避免徒长,光合面积,叶面积,0,物质量,呼吸量,干物质量,光合作用实际量,B,A,2,4,6,8,应用,C,O2,光合作用实际产O2量=,实测的O2释放量+呼吸作用耗O2量,光合作用实际CO2消耗量=,实测的CO2吸收量+呼吸作用CO2释放量,光合作用生产的葡萄糖=,实测(积累)的葡萄糖+呼吸作用消耗的葡萄糖,CO2,问题2:光下还有其他反应进行么?,1954年美国科学家阿尔农等在给膜破裂的叶绿体照光时发现,当给反应体系中供给无机磷,ADP,和H受体时,体系中就会有ATP和H产生.,史料分析3,结论:,叶绿体在光下还能合成ATP.,1954年,阿尔农同时发现,只要供给ATP和H,即使在黑暗中,叶绿体可将CO2转变为糖.,史料分析5,问题4:暗反应阶段发生了怎样的变化?,暗反应将CO2转变为糖.,结论:,问题7: C3化合物又是如何转化为葡萄糖的?,史料分析7-(2),每个C3从ATP中获取能量,再被H还原为一种贮能更多的一种中间产物PGAL,一部分的PGAL经一系列化学变化成为葡萄糖,更多的PGAL再经一系列复杂变化又生成C5化合物-即CO2的受体而继续循环,保证暗反应的循环.,C3的还原：,(1)在卡尔文的继续研究中发现,CO2的受体是一种含有五个碳的化合物(C5化合物),这种C5在相关酶的作用下与CO2结合成六碳化合物,这个六碳化合物十分不稳定,立刻分解为2分子的C3化合物. (2)每