光合作用的原理和应用课件【备课精研+高效课堂】 高一上学期生物人教版必修1

5.4.2光合作用的原理和应用第五章细胞的能量供应和利用一、光合作用CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体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。①概念：②反应式：③实质：合成有机物，储存能量二、光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验1、19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。2、1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。探究光合作用原理的部分实验3、1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。结论：水的光解产生氧气。4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能叶绿体二、光合作用的原理O2全部来自于H2O吗？探究光合作用原理的部分实验4、1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧气的来源。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2结论：光合作用释放的氧来自水。二、光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验二、光合作用的原理5、1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。结论：在光照时，叶绿体中生成了ATP。H2OO2+2H+

+能量光照叶绿体尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：ADP+PiATP根据是否需要光能，光合作用过程分为：光反应和暗反应（碳反应）。二、光合作用的原理1、光反应阶段光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。叶绿体中的色素光能H2O 水在光下分解O2H++NADP+NADPHADP+Pi酶ATP氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ要区别于呼吸作用：

氧化型辅酶Ι

NAD+

还原型辅酶Ι

NADH光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+叶绿体的类囊体薄膜上水的光解：2H2OH++O2光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶场所：条件：物质变化：能量变化：1、光反应阶段光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能NADPH的合成：H++NADP+NADPH光能→活跃的化学能2、暗反应阶段光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。CO2C5

固定2C3NADPH供氢酶(CH2O)淀粉、蔗糖多种酶参加催化还原酶ATP供能ADP+Pi1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：CO2C3(CH2O)C5卡尔文循环CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：叶绿体的基质中ATPNADPHADP+Pi2C3

（CH2O)+H2O+C5酶NADPH、ATP、酶、CO2场所：条件：物质变化：能量变化：2、暗反应阶段ATP和NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能NADP+活跃的化学能→有机物中稳定的化学能光能H2OCO2还原（CH2O）叶绿体

色素供氢酶供能多种酶参加催化暗反应（叶绿体基质）2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+光反应（叶绿体类囊体薄膜）【归纳：光合作用过程】思考.讨论：光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转换等方面有什么区别？光反应阶段和暗反应阶段之间的物质和能量联系是怎样的？三.光反应和暗反应区别和联系

光反应阶段暗反应阶段（碳反应）场所条件物质变化能量变化联系项目叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质光、色素、酶多种酶光能→ATP、NADPH中的化学能ATP、NADPH中的化学能→糖类中的化学能光反应为暗反应提供ATP和NADPH暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料过程

光NADP＋＋H+＋2e-→NADPHADP＋Pi＋能量→ATP酶CO2＋C5→2C3酶小试牛刀：填填空P1063H1、NADPH和ATP的移动途径是什么？从类囊体薄膜到叶绿体基质；2、NADP+和ADP的移动途径呢？从叶绿体基质到类囊体薄膜；3、NADPH的作用？①.活泼的还原剂；②.储存部分能量供暗反应阶段利用；思考•讨论4、光合作用中元素的转移①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

思考•讨论6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的短时间动态变化条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供应不变增加减少减少减少光照不变停止CO2供应减少增加增加减少光能H2OCO2还（CH2O）叶绿体色素供氢酶供能原 多种酶参加催化2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。四、光合作用的意义①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源.②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源.③维持了大气成分的基本稳定自养生物：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异养生物：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

生物例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量五、化能合成作用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。例如硝化细菌，能将土壤中的氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸，这两个反应释放出的化学能，被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类。这些糖类可供硝化细菌维持自身生命活动。六、光合作用原理的应用1、光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践一、实验原理：

叶片含有空气，上浮抽气叶片下沉；O2充满细胞间隙，叶片上浮。根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。光合作用产生O2实验流程1.提出问题

2.作出假设

3.设计并进行实验不同光照强度自变量如何控制自变量因变量因变量检测指标无关变量调节光源与叶片距离光合作用强度叶片大小、数量、二氧化碳浓度等变量的分析和控制：同一时间段内叶片浮起数量探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：1.打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱光下

项目

烧杯

小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量110片20mL强多210片20mL中中310片20mL弱少6.观察并记录结果探究光照强弱对光合作用强度的影响探究•实践二、方法步骤：三、实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。2、影响光合作用的因素光合作用原理的应用光：光照强度、光质、光照时间CO2的浓度、H2O矿质元素（Mg合成叶绿素）温度外因：内因：酶的种类、数量色素的含量叶龄不同CO2吸收量CO2释放量光照强度OAD光饱和点B净光合速率呼吸速率总（真）光合速率光补偿点CA点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。C点：光合作用强度最大。C点之前限制光合作用因素是光照强度，C点之后限制因素是CO2、温度等AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸D点：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。（1）光照强度真正光合速率=净光合速率+呼吸速率项目表示方法净光合速率（又称表观光合速率）O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量真正光合速率（又称实际光合速率）O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量呼吸速率（黑暗中测量）O2的吸收量、CO2的释放量、有机物的消耗量1.间作(几种作物同时期播种)、2.合理密植,增加光合作用面积3.温室大棚,使用无色透明玻璃应用：光补偿点光饱和点D（1）光照强度思考题：1、若温度升高，A点怎么变？2、若植物缺镁，B点怎么变？（2）CO2浓度C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；D点：CO2饱和点（表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。应用：1.多施有机肥或农家肥2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等.3.还要注意通风透气.（正其行通其风）B点

：CO2启动点（表示进行光合作用所需CO2的最低浓度）ABCD0吸收CO2释放CO2CO2浓度（3）温度最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。应用：1.适时播种2.温室中,白天适当提高温度,

晚上适当降温3.植物“午休”现象CO2H2OO2N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分应用：合理施肥（4）矿质元素（5）水光合作用强度O时间7 10121418水是光合作用的原料水是体内各种化学反应的介质3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体应用：预防干旱 合理灌溉中午温度过高，为了减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象内因：外因：光照影响光合作用因素总结不同植物光合作用不同；不同部位（叶）光合作用不同；不同叶龄的叶光合作用不同。水分—应用：合理灌溉矿质元素—应用：合理施肥温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、使用农家肥、加干冰……

光质（光的颜色）

（应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）光照时间：（应用：延长光照时间：一年两/三熟）光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高光强度，间作套种（提高光能的利用率）延长光合作用时间增加光合作用面积提高光能利用率控制光照强弱控制光质控制CO2供应控制必需矿质元素供应通风透光在温室中施农家肥，使用CO2发生器提高复种指数温室中人工光照合理密植间作套种阴生植物阳生植物提高光合速率——适时适量施肥提高农作物产量措施巩固练习下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答：（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因：（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。光照不断增强，光合作用强度不断增强。温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。ABDCE时间光合作用速率6789101112131415161718常考点：一天中温室大棚中CO2的变化AC段：BC段：CD段：开始有了光合作用，吸收了呼吸释放的部分CO2，但光合作用强度小于细胞呼吸强度；D点：没有光照，只有细胞呼吸释放CO2温度较低，呼吸释放CO2速率较小光合速率等于呼吸速率DH段：FG段：H点：光合速率等于呼吸速率I点：光合速率大于呼吸速率，积累有机物午休现象CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。说明有有机物的积累HI段：光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止；o～a：b～c：c～d：d～e：e～f：b、f点：f点：h～o：2812162024O时间CO2的吸收速率/mg·h-16241830-1236adcefhb夜间温度低，呼吸速率减慢oo傍晚温度降低，呼吸速率减慢光照增强，光合速率明显加快光照减弱，光合速率明显变慢光补偿点，光合速率=呼吸速率植物24小时中CO2的释放量g温度高，部分气孔关闭，光合速率减慢温度降低，气孔打开，光合速率增加积累有机物最多的点2812162024O时间CO