【课件】光合作用的原理和应用课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

5.4.2光合作用与能量转化二、光合作用的原理和应用O2CH2OH2OCO2太阳能类囊体叶绿体基质类囊体色素酶温故知新

在叶绿体内部类囊体的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器。光合作用绿色植物通过

，利用

，将

转化成

，并且释放出

的过程。1.概念：叶绿体光能二氧化碳和水储存着能量的有机物氧气2.反应式：注：（CH2O）表示糖类，

光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能叶绿体

叶绿体是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？探索光合作用原理的部分实验1：19世纪末

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)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。一、光合作用的原理3、1937年，希尔O2全部来自于H2O吗？水的光解产生氧气。结论：像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。离体的叶绿体悬浮液思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实

验进行探究？同位素示踪法

能够说明。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。讨论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？讨论1

能说明O2全部来自于H2O吗？

不能。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。结论：光合作用释放的氧全部来自水,而并不来源于CO2CO2H2O同位素标记法C18O2H218O18O2O2甲组乙组4、1941年鲁宾和卡门对比实验相互对照光照射下的小球藻悬液资料4：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，当向反应体系供

给ADP、Pi时，会有ATP产生。同样方法处理四只试管，只有1号有

ATP产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。H2OO2+H++能量光照叶绿体ADP+PiATP思考：从该实验，你能得出什么结论？ATP的合成场所：类囊体；合成条件：需光（酶）

阿尔农发现，在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能

将CO2转化为糖类，同时ATP和NADPH含量急剧下降。1、卡尔文循环呈现有机物的形成过程，与前面水的光解产生氧气

过程是否存在一定联系？2、ATP和NADPH参与生成C5和C6的过程。那光能是经过怎样的转化

储存到糖类中的？水的光解为卡尔文循环提供了ATP和NADPH光能首先被光合色素吸收，转化成ATP、NADPH中的化学能，再转移到糖类等有机物中。资料6：H2OO2+H++能量光照叶绿体ADP+Pi

ATPNADP+

+H+

+e

NADPH

4.总结：通过以上实验得出：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一化学反应，而是分成光反应和暗反应两个阶段。资料5：

20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：情境1：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，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和

六碳糖(C6)。

（小球藻是一种单细胞的绿藻）

如何确定二氧化碳中的C先转移到C3、C5和C6中的哪个化合物呢？缩短反应时间情境2：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的C5化合

物和C6化合物。缩短工作时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种C3化合物上。资料5：

卡尔文等用小球藻做了这样的实验：1、大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。CO2C3(CH2O)C52、CO2与什么物质结合形成C3?实验发现，在光照条件下，突然降低CO2的浓度，C3和C5含量有如右图变化：C5C3结论：CO2与C5结合形成C3化合物上述资料表明

光合作用吸收的二氧化碳与C5结合形成C3，C3经过一系列变化，转化为糖类的同时又形成C5。这些C5又参与C3的形成。这样，C5到C3再到C5的循环，可以源源不断进行下去。所以暗反应也称为卡尔文循环（碳循环）。小结

这一阶段光合作用的相关化学反应，有光无光都能进行，所以这个阶段叫做暗反应阶段。光合作用的过程

光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。O2CH2OH2OCO2太阳能类囊体叶绿体基质光能叶绿体中的色素H2OO2水在光下分解ADP+PiATP光反应阶段（类囊体薄膜）NADP+NADPHH+光合作用的原理项目光反应需要条件外界条件：；内部条件：反应场所叶绿体物质变化（1）水的光解（2）NADPH的形成（氧化型辅酶Ⅱ）NADP＋＋H＋+2e-―→NADPH（还原型辅酶Ⅱ）（3）ATP的合成ADP＋Pi＋能量―→ATP能量变化光酶光照色素、酶类囊体薄膜上H2O―→O2＋H＋光能→ATP和NADPH中的活跃的化学能注意：NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。光能叶绿体中的色素2C3CO2固定C5多种酶参加催化(CH2O)还

原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（气孔）暗反应阶段光反应阶段（叶绿体基质）（类囊体薄膜）NADP+NADPH供氢、供能H+光合作用的原理卡尔文循环项目暗反应需要条件外界条件：；内部条件：酶反应场所叶绿体基质内物质变化①CO2固定：CO2＋C5―→2C3②C3还原：

能量变化ATP和NADPH中的化学能→酶有机物中稳定的化学能不需要光照，需要CO2O2H+NADPHNADP+ADP+PiATPC3C5(1)光合作用的过程填一填1.光合作用的物质变化过程？能量变化过程？

光能ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能（1）光反应为暗反应提供：ATP、NADPH光反应暗反应（2）暗反应为光反应提供：ADP、Pi、NADP+物质变化:将无机物转化为有机物3.暗反应能在无光的环境中长期进行吗？类囊体薄膜→叶绿体基质叶绿体基质→类囊体薄膜2.ATP和NADPH的移动途径，ADP、Pi、NADP+的移动途径？不能，需要光反应为暗反应提供：ATP、NADPH小组讨论，问题探究：3、光合作用中元素的转移①H的转移：3H2O

→NADP3H→(C3H2O)②C的转移：14CO2

→14C3

→（14CH2O）③O的转移：C18O2

→C3→（CH218O）H218O

→18O2

CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2用H218O浇灌植物，请分析过一段时间后，植物体哪些物质中含有18O？

光反应阶段暗反应阶段（卡尔文循环）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、酶有光无光都可，多种酶光能→ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定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

色素、酶2H2O

O2+4H+光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H+

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH(2)思考∙讨论---光反应阶段与暗反应阶段的区别和联系3.光反应与暗反应的关系4.意义：太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPHCO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱减少增加减少减少光照增强增加减少增加增加5光照强度与CO2浓度改变引起的C3、C5、ATP、NADPH含量变化叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少增加减少增加减少CO2浓度增加减少增加减少增加光合作用强度{总光合作用强度}

的表示方法：CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2

光能叶绿体？固定或利用或消耗CO2的量制造或产生有机物（糖类）量产生O2的量单位时间内光合作用二

、光合作用原理的应用二

、光合作用原理的应用探究光照强度对光合作用强度的影响探究∙实践1.实验原理：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。

叶片含有空气，上浮抽气叶片下沉叶片上浮光合作用产生O2O2充满细胞间隙2.材料用具：打孔器、5WLED台灯、米尺、烧杯、绿叶等自变量光照强弱因变量光合作用强度无关变量要求相同且适宜检测方法相同时间小圆形叶片浮起的数量控制方法不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离温度等用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响二、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片探究环境因素对光合作用强度的影响2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出探究环境因素对光合作用强度的影响3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，

小圆形叶片全部沉到水底探究环境因素对光合作用强度的影响4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究环境因素对光合作用强度的影响5.分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的小烧杯中

并调整40W台灯距离（10、20、30CM）【LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。】.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。探究环境因素对光合作用强度的影响

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。CO2浓度水分光光质光照强度光照时间光照面积酶色素温度矿质元素探究影响光合作用强度的因素气孔开闭情况思考与讨论植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用，我们观测到的光合作用指标，如氧气的产生量是植物光合作用实际产生的总氧气量。用这种方法观察到的氧气的产生量，实际是光合作用的氧气释放量，与植物光合作用实际产生的氧气量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用对氧气的消耗。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

光合计算式6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6O2+6H2O

6CO2+12H2O呼吸C6H12O6+6H2O+6O2植物进行光合作用的同时一定进行呼吸作用净光合速率（表观光合速率）=总（真正）光合速率-呼吸速率

总光合作用速率的测定CO2固定量=CO2吸收量+呼吸CO2产生量有机物制造量=有机物积累量+呼吸消耗量O2产生量=O2释放量+呼吸O2消耗量净光合速率（表观光合速率）=总（真正）光合速率-呼吸速率

净光合速率（表观光合速率）=总（真正）光合速率-呼吸速率

净光合速率（表观光合速率）O2释放量;CO2吸收量;有机物积累量;或有机物增加量表示光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的释放量曲线c：净光合速率曲线d：呼吸速率E点：净光合速率等于呼吸速率总光合速率是净光合速率的2倍曲线a、b的差值：净光合作用强度光合作用强度=呼吸作用强度D点：净光合作用强度为0曲线分析CO2吸收量CO2释放量光照强度OAC`光饱和点B呼吸速率1光照强度【光照时间、光质(光的颜色或光的波长)】光补偿点C光饱和点：植物达到最大光合速率所需要的最小光照强度光补偿点：植物达到光合速率等于呼吸速率时，所对应的光照强度。只进行细胞呼吸光合<呼吸光补偿点光合>呼吸C点对应的横坐标：CO2释放量表明此时的呼吸强度。AB段：B点：光合作用强度=细胞呼吸强度。BC段：C点：光合作用强度达到最大值，达到饱和增加光照强度光合作用强度不再增加。光饱和点影响光合作用强度的因素光照强度对光合作用的影响光照强度0CO2吸收CO2释放ABC阳生植物呼吸速率光补偿点光饱和点阴生植物A1B1C1净光合总光合（限制因素：CO2浓度、温度等）DB1：阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强呼吸C点之前限制光合作用因素是光照强度

已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25℃、30℃，如图曲线表示该植物在25℃时光合作用强度与光照强度的关系。若将温度调节到30℃的条件下（原光照强度和CO2浓度不变），从理论上讲，图中相应点的移动分别是A.a点上移，b点左移，m值增加 B.a点上移，b点左移，m值不变C.a点下移，b点右移，m值下降 D.a点下移，b点不移，m值上升答案:CO2CO2O2CO2.........O2CO2（A：只呼吸，无光合）O2CO2（AB：光合<呼吸）.........O2CO2CO2O2（B：光合=呼吸）（BC：光合>呼吸）1.间作套种2.通过轮作,延长光合作用时间3.通过合理密植,增加光合作用面积4.温室大棚,使用无色透明玻璃5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长应用：影响光合作用强度的因素2CO2浓度O～A段：A点：A～B段：B点:C点：BACO光合速率CO2浓度CO2浓度太低，无法进行光合作用开始进行光合作用，光合作用启动点，光合作用的最低CO2浓度。随CO2浓度的升高，光合速率也加快CO2饱和点光合作用最大值，达到饱和CO2饱和点:植物达到光合作用最大值所需要的最小CO2浓度。原理：CO2浓度主要影响暗反应阶段，制约C3的形成。CO2浓度PACCO2饱和点OCO2吸收量CO2浓度BCO2补偿点CO2释放量A点之后CO2释放量减少，说明植物在吸收CO2，植物开始进行光合作用。B点CO2释放量和CO2吸收量为0，说明植物光合速率等于呼吸速率。限制因素：外因：光照强度、温度、水、矿质元素等内因：酶的活性和含量、色素含量C点:植物光合作用达到最大值时所对应的最小CO2浓度。应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度措施：①多施有机肥或农家肥；（微生物呼吸）②大田生产“正其行（合理安排植株的间距），通其风（补充新鲜的CO2）”，即为提高CO2浓度、增加产量；③释放一定量的干冰或给植物浇碳酸饮料(施NH4HCO3)。正其行，通其风温度对光合作用的影响O温度A光合速率BC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。（1）原理：

温度通过影响有关酶的活性,从而影响光合作用；对光反应和暗反应都有影响，但主要影响暗反应应用：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”现象影响光合作用强度的因素N：光合酶及ATP的重要组分P：类囊体膜和ATP的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分4.水和矿质元素影响光合作用强度的因素应用：合理施肥与灌溉水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。光合作用强度O光照强度121410一天的时间思考：为什么在中午光合作用强度反而会下降？光合作用强度夏季晴天的中午气温高，植物为防止蒸腾失水而关闭气孔，CO2吸收减少，进而降低光合速率。“午休”现象：拓展：光照强度与光合作用强度（一天）多因素曲线分析甲乙(1)甲图中的自变量为______________，OP段影响光合速率的因素是_________，PQ段影响光合速率的因素是_____________，Q点之后影响光合速率的因素是____；(2)乙图中的自变量为_________________，OP段影响光合速率的因素是_________，PQ段影响光合速率的因素是_______________，Q点之后影响光合速率的因素是___________；光照强度、温度光照强度光照强度、温度温度光照强度、CO2浓度光照强度光照强度、CO2浓度CO2浓度温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象时间光合作用强度BC段：光照强度不断减弱AB段：光照强度不断增大DE段：曲线分析练一练光照强度、CO2浓度、水等从图中可以看出，限制光合作用的因素有

。提出提高光合作用强度的合理措施

。增加光照强度、合理密植、合理灌溉a点：温度降低，

减弱，CO2释放减少。b点：开始进行

。bc段：光合作用

细胞呼吸。c点：光合作用

细胞呼吸。ce段：光合作用

细胞呼吸。d点：

过高，部分或全部气孔关闭，出现“午休现象”。e点：光合作用

细胞呼吸。ef段：光合作用

细胞呼吸。fg段：停止

，只行

。呼吸光合作用小于等于大于温度等于小于光合作用呼吸作用影响光合作用的因素3.典型曲线分析a点凌晨2~4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少b点有微弱光照，植物开始进行光合作用bc段光合作用小于呼吸作用c点上午7时左右，光合作用等于呼吸作用ce段光合作用大于呼吸作用d点温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象e点下午6时左右，光合作用等于呼吸作用ef段光合作用小于呼吸作用fg段没有光照，光合作用停止，只进行呼吸作用影响光合作用的因素分析1经典图形（1）积累有机物的时间段：（2）制造有机物的时间段：（3）消耗有机物的时间段：（4）一天中有机物最多的时间点：（5）一天中有机物最少的时间点：ce段bf段og段e点c点有机物情况变化曲线及密闭环境中一昼夜CO2含量的变化曲线1．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线(1)开始进行光合作用的点：_________。(2)光合作用与呼吸作用相等的点：________。(3)开始积累有机物的点：_______。(4)有机物积累量最大的点：______。cd、hdh植物的午休现象？成因：温度过高，蒸腾作用过强，导致气孔关闭，使CO2的吸收下降，从而使光合作用强度下降。光合作用：叶肉细胞呼吸作用：所有细胞2．密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线(1)该植物光合作用强度与呼吸作用强度相等的点：_________。(2)该植物一昼夜表现为__________，其原因是：________________________________________________D、H生长I点CO2浓度低于A点CO2浓度，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减小，即植物光合作用>呼吸作用，植物生长。光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的释放量曲线c：净光合速率曲线d：呼吸速率E点：净光合速率等于呼吸速率总光合速率是净光合速率的2倍曲线a、b的差值：净光合作用强度光合作用强度=呼吸作用强度D点：净光合作用强度为0曲线分析

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。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+O2