必修1光合作用的原理和应用

1、光与光合作用光合作用的原理和应用一、光合作用的概念和探究历程：1、概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光合作用的实质：合成有机物，储存能量2、光合作用的探究历程观点：植物体由“土壤汁”构成，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。问题：植物生长所需的物质来自何处？亚里士多德(Aristotle)一、1648年海尔蒙特栽培柳树实验结论：植物增重主要来自水分问题讨论与质疑：（1）你认为他的结论正确吗？（2）你认为海尔蒙特的实验设计存在什么问题？二、1771年普利斯特利的实验结论：绿色植物可以更新空气重复普利斯特利的实验有时成功，有时失败

2、，可能的原因是什么？实验过程：实验不足：三、1779年荷兰的科学家英格豪斯结论：只有在阳光照射下，植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。甲乙（2） 英格豪斯知道植物更新了空气中的什么成分吗？为什么？问题讨论：（1）他在实验中控制的单一变量是什么？ 1785年，由于发现了空气的组成成分，人们才明确绿叶在光下吸收了CO2，释放了O2。 1845年，德国科学家梅耶，根据能量转化和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。（3）在这一过程中，光能哪里去了？ 光能转化为化学能储存在什么物质中？四、1864年德国的植物学家萨克斯采用碘液检测淀粉的方法进行实验萨克斯，J.von Sac

3、hs (18321897) 暗处理叶部分遮光光照滴加碘液问题讨论：为什么要把绿叶在暗处放置一昼夜？叶片部分遮光，部分曝光，目的是什么？这个实验得出什么结论？结论：植物在光下产生了淀粉实验过程实验优点光合作用在哪里进行？没有氧气的黑暗环境没有氧气的有光环境极细的光束五、1880年，恩格尔曼的实验：100页实验证明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。1、恩格尔曼的实验选择水绵做研究材料的优点是什么?好氧性细菌的作用是什么?叶绿体带状大而明显，便于观察好氧性细菌的作用：指示氧气释放处的部位2、恩格尔曼的实验在设计上有什么巧妙之处?选用水绵作为实验材料，便于观察和分析研究；将

4、临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行（水滴中溶有CO2，水绵的光合作用可以进行)；选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位；进行黑暗（局部光照）和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。提出问题：光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？1、需要标记什么元素？2、如何作出假设？3、怎样设计分组对照实验？4、预测实验结果有几种情况？5、得出什么结论？问题讨论：六、美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）CO2H218O?C18O2H2O?预测1：若第一组为O2，第二组为18O2，则全部来自

5、H2O预测2：若第一组为18O2 ，第二组为O2 ，则全部来自CO2预测3：若两组既有18O2、也有O2，则来自两者。第一组第二组绿色植物（如小球 藻）CO2H218O18O2C18O2H2OO2结论：光合作用释放的氧气全部来自水 第一组第二组实验过程实验分析光合作用产生的有机物又是怎样合成的？美国卡尔文 用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中C的途径，这一途径称为卡尔文循环。年代科学家结论1664海尔蒙特水分是植物建造自身的原料1771普利斯特利植物可以更新空气1779英格豪斯只有在光照下只有绿叶才可以更新空气1845R.梅耶植物在光合作用

6、时把光能转变成了化学能储存起来1864萨克斯绿色叶片光合作用产生淀粉1880恩格尔曼氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。1939鲁宾 卡门光合作用释放的氧来自水。20世纪40代卡尔文光合产物中有机物的碳来自CO2二、光合作用的过程光反应暗反应划分依据:反应过程是否需要光能光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光、无光都能反应H2O类囊体膜酶Pi ADPATP光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O H + O2光能（还原剂）ATP的合成：ADPPi 能量（光能） ATP酶光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中H场所：条件：物质变

7、化能量变化进入叶绿体基质，参与暗反应供暗反应使用CO2 五碳化合物 C5 CO2的固定三碳化合物 2C3C3的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi ADPATPH糖类卡尔文循环暗反应阶段CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的还原：ATPH 、ADP+Pi叶绿体的基质中 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)+ C5 H2O酶糖类H 、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化CO2 五碳化合物 C5 CO2的固定三碳化合物 2C3叶绿体基质多种酶糖类ATPH 联系比较光反应、暗反应光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶（不需光）酶、H、A

8、TP叶绿体类囊体膜叶绿体基质中水的光解； ATP的生成CO2的固定； C3的还原 ATP中活 跃化学能光能ATP中活 跃化学能有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。 CO2+H2O （CH2O)+O2光能叶绿体色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24H多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应光合作用总过程：光反应H2O 2 H + 1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP水的光解：ATP的合成 ：暗反应CO2的还原： 2C3 + H (CH2O) + C5酶ATPCO2的固定： CO2 + C5 2C3酶

9、总结：产物和原料的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：碳的转移途径：光能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能CO2C3（CH2O）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_光H2OBACDE+PiFGCO2JHI2水H基质用作还原剂，还原C3ATP色素吸收的光能光反应H和ATP色素C5化合物C3化合物糖类三、光合作用原理的应用一）光合作用强度1、概念：指植物在单位

10、时间内通过光合作用制造糖类的数量。2、表示方法：用一定时间内原料的消耗和产物生成的数量来定量表示。 实际光合作用强度是植物在光照下实际同化二氧化碳的量，但植物在进行光合作用时也进行呼吸作用，会同时放出二氧化碳，因此所测得的一般为表面光合作用或净光合作用，就是实际光合作用所同化的二氧化碳的量减去因呼吸作用而释放的二氧化碳的量。一般所说的光合作用强度，就是指净光合作用强度。 二）影响光合作用强度的环境因素CO2的浓度；光照强弱；光的成分；温度的高低；必需矿物质元素；水分等。1光照强度A点：只进行细胞呼吸；AB段：随光照强度增强，光合作用增强，但光合作用强度仍小于细胞呼吸强度；B点(光补偿点)：光合

11、作用强度等于细胞呼吸强度；BC段：随光照强度不断增强，光合作用强度大于细胞呼吸强度；C点(光饱和点)：光合作用强度达到最大值。ABC2、光质（光的成分）光质复色光（白光）下：光合速率最快单色光中：红光：蓝紫光：绿光：光合速率最快光合速率较快光合速率最慢3、光合作用面积OA段表示随叶面积的增大；光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点，随叶面积的增大，光合作用不再增强，原因是有很多叶被遮挡；OB段干物质量随光合作用的增强而增加，但由于A点以后光合作用量不再增加，叶片随叶面积的不断增加呼吸量不断增加，所以干物质积累量不断降低，如BC段。适当提高光照强度；延长光合作用时间；适当间苗、修剪；

12、合理密植；温室大棚使用无色透明玻璃或薄膜。应用4、CO2浓度 在一定范围内，光合作用强度随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定程度后，光合作用强度不再增加。曲线中A点：只进行细胞呼吸；B点(CO2补偿点)：光合作用强度等于细胞呼吸强度；C点(CO2饱和点)：光合作用强度达到最大值。 CO2是光合作用的原料。在一定范围内，CO2越多，光合作用速率越大，但到A点时，即CO2达到饱和时，则不再增大。温室栽培植物时，释放一定量的干冰或多施有机肥；大田生产“正其行，通其风”，提高CO2浓度。应用5、温度 B点是最适温度，此时光合作用最强，高于或低于此温度光合作用强度都会下降，因为温度会影响酶

13、的活性。适时播种；温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降低温度；植物“午休”现象的原因之一。应用6、矿质元素 矿质元素是光合作用的产物葡萄糖进一步合成许多有机物时必需的物质。如缺少N影响蛋白质(酶)、ATP和NADPH的合成； 缺少P就会影响ATP和NADPH的合成； 缺少Mg就会影响叶绿素的合成; 缺少K影响光合产物的运输和转化。应用 合理施肥可促进叶面积增大，提高酶的合成率，从而提高光合作用速率7、多因子的影响 P点时，限制光合作用速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合作用速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子不再是限制光合作用速率的因子，要想提高光合作用速率

14、，可采取适当提高图示的其他因子的措施。 温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合作用速率；也可同时适当补充CO2，进一步提高光合作用速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合作用速率。应用特别提醒(1)影响光合作用的因素还有内因，如色素、酶等；且环境因素还有水、无机盐等。(2)各种环境因素，对光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合地起作用。三）探究光照强弱对光合作用的影响实验分析：1、自变量：2、中间盛水的玻璃柱的作用：3、因变量：光照强度通过调节台灯与实验装置间的距离来决定。吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。光合作用强度 可通过

15、观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强度。 此实验中材料的处理方式和步骤可以应用于探究其他因素（CO2浓度、温度等）对光合作用的影响，只要改变自变量即可。四、化能合成作用概念：能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用 实例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌1、化能合成作用2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2能量 能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物 不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物 如：绿色植物，蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等如：人、动物、真菌(如蘑菇) 、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等自养生物：异养生物：2、自养生物和异养生物总结：绿色植物的光合作用与呼吸作用的比较 光合作用 有氧呼吸在哪些细胞进行反应场所反应条件