【课件】2.4 光合作用与能量转化 -光合作用原理和应用 课件高一上学期 生物人教版（2019）必修1

第4节光合作用与能量转化第五章

细胞的能量供应和利用二光合作用原理和应用教学目标1.通过对光合作用相关科学史资料的阅读分析，小组合作探究，自主构建光合作用概念模型。2.通过自主构建光合作用模型，能从物质与能量观的视角，阐明光合作用过程中物质变化与能量转化的过程，说明光合作用原理和意义。3.通过对光反应与暗反应过程的比较归纳，及对光合作用过程的总结，领悟科学探究方法，体会人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。4.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。5.关注光合作用原理的应用。二光合作用原理和应用二光合作用原理和应用（1）概念和方程式绿色植物通过

，利用

，把

转化成

，并且释放出

的过程。叶绿体光能CO2和H2O

储存着能量的有机物O2

光合作用概念光合作用总反应式CO2+H2O*

(CH2O)+O2*叶绿体光能1.光合作用的原理1.光合作用的原理探索光合作用原理的部分实验1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？【答案】不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？【答案】希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？【答案】光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。二光合作用原理和应用思考.讨论1.光合作用的原理（2）光合作用过程色素分子C52C3ADP+PiH2OATP酶CO2固定酶还原酶光反应暗反应类囊体的薄膜上(基粒片层薄膜)叶绿体内的基质中

（CH2O）H2O可见光吸收O2[H]光解二光合作用原理和应用1.光合作用的原理（2）光合作用过程①光反应阶段二光合作用原理和应用ADP＋PiATP类囊体腔叶绿体中的色素高能电子水ee光能NADPH和ATP电子传递→Hill实验中DCPIP代替NADP+接受电子1.光合作用的原理（2）光合作用过程条件：场所：光、色素、酶叶绿体类囊体薄膜过程：水的光解：H2OO2+[H]光色素ATP的形成：ADP+Pi

ATP光、酶色素实质：将光能转化成(ATP、NADPH)活跃的化学能，

释放出O2。用于暗反应①光反应阶段二光合作用原理和应用NADP＋＋H+＋2e→NADPH

光1.光合作用的原理二光合作用原理和应用1、向藻类细胞光合作用的原料中加入14CO22、连续60s取样，将藻类细胞置于热酒精中3、分离溶解物中的分子4、进行放射性显影，以确定放射性的部位5s取样时产生的放射性物质60s取样时产生的放射性物质再溶解，化学分析，表明是3-磷酸甘油酸（C3）实验过程实验结果依次出现的放射性物质代表了暗反应过程中各种产物依次出现的顺序1.光合作用的原理二光合作用原理和应用CO2的固定：C3的还原：C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：三磷酸甘油酸CO2＋C5→2C3酶C3＋ATP＋NADPH→3-磷酸甘油醛酶C5糖类等酶1.光合作用的原理（2）光合作用过程CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：条件：场所：叶绿体基质2C3

酶[H]、ATP、酶[H]、ATP3-磷酸甘油醛过程：实质：同化CO2，将活跃的化学能

转化成稳定的化学能，储存在有机物中。②暗反应阶段二光合作用原理和应用说明：C5再生也属于卡尔文循环（暗反应）。C5糖类等酶1.光合作用的原理（2）光合作用过程1.光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有什么区别？

2.光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？【答案】物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+；能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。二光合作用原理和应用思考.讨论1.光合作用的原理场所条件物质变化能量变化光反应暗反应基粒片层结构薄膜上基质中光、色素、水、酶[H]、ATP、CO2、酶水的光解ATP的生成CO2的固定C3的还原光能活跃的化学能活跃的化学能稳定的化学能联系前者是后者的基础，后者是前者的继续二光合作用原理和应用1.光合作用的原理二光合作用原理和应用模拟题提示2：3-磷酸甘油醛可以在叶绿体中合成淀粉，也能运出叶绿体在细胞质基质中合成蔗糖。模拟题经常将葡萄糖视作光合作用的直接产物，实际上葡萄糖并不是光合作用的直接产物，但我们可以将光合产物换算成相当于多少葡萄糖。模拟题提示1：模拟题（包括教师用书）将ATP和NADPH中的化学能称为不稳定的化学能，实际上应该是指ATP和NADPH这样的不稳定化合物中的化学能。物质才有稳定/不稳定之分，能量没有。2.光合作用原理的应用探究.实验二光合作用原理和应用实验原理2.光合作用原理的应用探究.实验二光合作用原理和应用操作步骤打出叶圆片（避开大叶脉）排出叶圆片中的空气，置暗处清水中准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水向小烧杯内加入叶圆片，控制光强记录叶圆片浮起所用的时间材料用具根据操作步骤列出材料用具问题：怎样控制自变量（光照强度）和无关变量？2.光合作用原理的应用光(1)光照强度呼吸速率净光合速率总光合速率光补偿点光饱和点应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中蓝色虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。B’C’D影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用不同波长的光对光合速率的影响不同，光合效率大小为：复合光（白光）＞红光＞蓝紫光＞绿光应用：不同颜色温室大棚的光合效率(1)无色透明大棚日光中各色光均能透过，有色大棚主要通过同色光，其他光被其吸收，所以用无色透明的大棚光合效率最高。(2)叶绿素对绿光吸收量最少，因此绿色塑料大棚光合效率最低。(3)光照时间

光照时间长，光合作用时间长，有利于植物的生长发育。光(2)光质影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用特别强调：1.透明物体的颜色由透过的色光决定。2.不透明物体的颜色由反射的色光决定。【注】不同波长的光对光合作用产物的合成有不同的影响：

红光有利于糖类等碳水化合物的合成；蓝紫光促进蛋白质、脂类物质的合成。光知识拓展影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用(4)光合速率的日变化0510152025303540610151824光合作用速率Timeofday(h)

炎热的夏天，中午前后光合速率下降的原因：因气孔关闭而造成CO2供给不足。在生产上的应用：a、适当提高光照强度；b、延长光照时间；c、温室大棚用无色透明玻璃。影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用2.CO2浓度①曲线分析：图1中A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。c和c′点都表示CO2饱和点。CO2补偿点CO2饱和点CO2饱和点影响光合速率的环境因素CC'探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用2.CO2浓度②应用：

在农业生产上可以通过“正其行，通其风”,增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。影响光合速率的环境因素CO2补偿点CO2饱和点CO2饱和点CC'探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用3.温度①曲线分析：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。光合作用呼吸作用影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用3.温度—实例分析

将生长状况相同的水稻幼苗分成若干组，分别置于不同日温和夜温下生长，其他条件相同且适宜。一段时间后测定统计每组幼苗的平均高度，结果如下：日温(℃)夜温(℃)11172330—33.2cm19.9cm2330.7cm24.9cm15.8cm1716.8cm10.9cm—影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用3.温度②应用：

a.适时播种;b.温室栽培中，白天可适当提高温度，夜间适当降低温度，适当提高昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）;c.植物“午休”原因之一。影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用4.水及矿质元素(1)水既是光合作用的原料；又是体内各种化学反应的介质；水还会影响气孔的开闭，从而影响进入植物体。(2)N、Mg、Fe等是叶绿素合成的必需元素，若缺乏，会影响叶绿素的合成，从而影响光合作用。应用：

合理灌溉，合理施肥。影响光合速率的环境因素探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。①曲线分析：影响光合速率的环境因素——多因子变量探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。①曲线分析：影响光合速率的环境因素——多因子变量探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用应用：

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，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；影响光合速率的环境因素——多因子变量探究.实验二光合作用原理和应用2.光合作用原理的应用②当温度适宜时，可适当增加CO2浓度和光照强度以提高光合速率。影响光合速率的环境因素——多因子变量探究.实验二光合作用原理和应用应用：

温室栽培时：2.光合作用原理的应用二光合作用原理和应用(1)光合作用强度，简单地说，就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量问题：植物光合作用制造的糖类会全部积累下来吗？光合作用制造的糖类呼吸作用消耗的糖类植物/细胞积累的糖类2.光合作用原理的应用二光合作用原理和应用(2)净光合速率与光合速率净光合速率＝总光合速率-呼吸速率生产中关注净光合作用模拟题提示：模拟题抠字眼区分总光合和净光合（植物或器官吸收、释放、储存……表示净光合），这种抠法并没有科学依据。2.光合作用原理的应用二光合作用原理和应用(3)水、光、温度、环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况、影响叶绿体形成和结构的因素都会影响光合作用强度问题：依次说明上述影响光合作用的因素是怎样影响光合作用的。提示：虽然水可以作为原料影响光合作用，但是水分供应常是通过影响气孔开闭来影响光合作用的。2.光合作用原理的应用二光合作用原理和应用知识.拓展CO2HCO3-磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸苹果酸CO2卡尔文循坏线粒体叶绿体叶绿体叶肉细胞维管束鞘细胞苹果酸C4植物具有CO2浓缩机制，可以在维管束鞘细胞中创造较高浓度的CO2水平，有利于提高植物在低CO2条件下的光合速率。2.光合作用原理的应用二光合作用原理和应用知识.拓展CO2气孔HCO3-CO2淀粉磷酸烯醇式丙酮酸苹果酸苹果酸液泡CAM适合生活在干旱地区。夜晚气孔开放，发生图示过程，将CO2以有机酸（苹果酸）的形式储存在液泡中。白天气孔关闭（有利于减少水分散失），储存在液泡中的苹果酸转移至叶绿体中分解释放出CO2用于光合作用（细胞呼吸也可以提供一部分CO2）。三化能合成作用自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。1.定义：2.实例：硝化细菌NH3+O2HNO2+能量HNO2+O2

HNO3+能量CO2+H2O(CH2O)+O2CO2+H2O(CH2O)+O2能量光合作用化能合成作用光能化学能如绿色植物、蓝藻、硝化细菌等，能以无机物为营养进行生活、繁殖的生物，称为自养生物（光能自养型、化能自养型）。相反，人、动物、真菌以及大多数细菌，只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动的生物，称为异养生物。自养与异养三、化能合成作用新陈代谢是生物与外界环境之间物质交换及其伴随能量转移的过程。包括同化作用和异化作用两个方面。同化作用异化作用（合成代谢）（分解代谢）同时进行相互依存生物体从外界摄取简单的营养物质，将其转变为构成自身的复杂物质并贮存能量的过程。生物体把自身的复杂物质分解成简单物质排出体外，并伴随释放能量的过程。同化与异化三、化能合成作用同化与异化新陈代谢是生物与外界环境之间物质交换及其伴随能量转移的过程。包括同化作用和异化作用两个方面。同化作用异化作用自养型异养型（合成代谢）（分解代谢）需氧型厌氧型兼性厌氧型同时进行相互依存三化能合成作用光合作用化能合成作用绿色植物硝化细菌等光能无机物氧化所放出来的化学能CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体2NH3+3O2

硝化细菌2HNO2+2H2O+能量2HNO2+O2

硝化细菌2HNO3+能量CO2

+H2O硝化细菌（CH2O）+O2将从外界环境中摄取的简单无机物（CO2和H2O）转变为自身储存能量的有机物。自养生物能量来源反应过程

共同点光合作用光能化学能水的光解ATP暗反应光反应糖类等有机物吸收释放分两个阶段进行外界影响因素NADPH氧气C3的还原CO2的固定e电子传递用于包括包括叶绿素类胡萝卜素位于光合色素储存于类囊体薄膜叶绿体基质发生在转化为依赖于被吸收练习与应用一、概念检测1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（

）(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（

）(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（

）2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（

）×√×D3.根据光合作用的基本过程填充下图。【提示】按照教材第103页图5-14解答。练习与应用二、拓展应用1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。(1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因是_____。(2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是______。(3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是______。(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有_____。(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。练习与应用【答案】(1)光照强度逐渐增大(2)此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制(3)光照强度不断减弱(4)光照强度、温度(5)根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。2.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下一粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在30°C左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。练习与应用【提示】植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)，从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株植物(幼苗)就能够生存一段时间但究竟能够生存多长时间，涉及的问题很多。潮湿的土壤含有水分，植物根系吸收水分后，大部分可通过蒸腾作用散失到空气中，由于瓶是密闭的，散失到空气中的水分能够凝结，回归土壤供植物体循环利用。但是，随着植株的生长，越来越多的水分通过光合作用成为有机物的组成部分，尽管有机物能够通过呼吸作用释放出二氧化碳和水(这些水既可以散失到空气中回归土壤，也可以在叶片细胞中直接用于光合作用)，毕竟有机物是不断积累的，这意味着回归到土壤的水分会越来越少，有可能成为影响植物生存的限制因素，因此，要预测植物生存的时间，需要知道土壤含水量和植物体内有机物积累速率等信息。土壤中的无机盐被植物根系吸收以后，绝大部分成为植物体的组成成分(少量可能随落叶归还土壤)，因此难以循环利用，但植物对无机盐的需要量是很少的，土壤中无练习与应用机盐到底能满足植物体生长多长时间的需要与土壤的多少土壤中各种无机盐的含量，植株的大小等有关，这些信息是任务提示中没有给出的，因此不能从这方面做出准确预测，从给出信息可知,在阳光和温度方面不存在制约瓶中植物生存的问题。二氧化碳是植物进行光合作用必需的原料之一瓶中的二氧化碳通过植物的光合作用被植物体利用,转化为有机物。有机物通过植物的呼吸作用分解成二氧化碳和水，可见二氧化碳在植物体和瓶中空气之间是可以循环的。但是随着植株的生长，有机物会不断积累，这意味着中空气所含的二氧化碳会逐渐减少要预测瓶中二氧化碳能维持植物体生存多长时间，还需要知道瓶中二氧化碳总量、植物体光合速率呼吸速率或有机物积累速率等信息。上述推理大多是建立在植物体不断生长基础上的，这是因为玻璃瓶容积小，植物幼苗正在处于生长期。此外，瓶中植物生存时间的长短,还与植物的种类有关。如果是寿命很短的某种草本植物，即使瓶中各种条件长久适宜，植物生存的时间也不会长。练习与应用复习与提高一、选择题1.下列关于水稻细胞内ATP的叙述，错误的是（

）A.能与ADP相互转化B.只能由细胞呼吸产生C.可为物质跨膜运输提供能量D.释放的磷酸基团能与某些蛋白质结合2.在不损伤植物细胞内部结构的情况下，下列可用于去除细胞壁的物质是（

）A.蛋白酶B.纤维素酶C.盐酸D.淀粉酶3.下图表示酶活性与温度的关系。下列叙述正确的是（

）

A.当温度为t2时，该反应的活化能最高B.当反应物浓度提高时，t2对应的数值可能会增加C.温度在t2时比在t1时更适合酶的保存D.酶的空间结构在t1时比t3时破坏更严重BBB4.叶绿体不同于线粒体的特点有（

）A.具有双层选择透过性膜B.利用水进行化学反应C.能分解水产生氧气和H+D.合成ATP为生命活动供能5.叶肉细胞中不能合成ATP的部位是（

）A.线粒体内膜B.叶绿体的类囊体膜C.细胞质基质D.叶绿体基质6.在我国西北地区，夏季日照时间长，昼夜温差大，那里出产的瓜果往往特别甜。这是因为（

）A.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用微弱B.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用强烈C.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用强烈D.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱复习与提高CDD二非选择题1.请设计并填写一个表格，简明而清晰地体现出你对光合作用与细胞呼吸之间主要区别和内在联系的理解。复习与提高2.CO2浓度增加会对植物光合作用速率产生影响。研究人员以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作

为实验材料，分别进行三种不同实验处理，甲组提供大气CO2浓度（375μmol•mol-1），乙组提供CO2浓度倍增环境（75