生物人教版（2023）必修1 5.4.2光合作用的原理和应用（共28张ppt）

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第五章细胞的能量供应和利用

5.4光合作用与能量转化

二、光合作用的原理和应用

叶绿素

类胡萝卜素

叶绿素a(蓝绿色)

叶绿素b（黄绿色）

胡萝卜素（橙黄色）

叶黄素（黄色）

吸收红光和蓝紫光

吸收蓝紫光

3/4

1/4

叶绿体是进行光合作用的场所，它内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。

光合作用的色素

知识回顾

P102

2、光合作用反应式：

CO2+H2O

光能

叶绿体

（CH2O)+O2

1、光合作用的概念：

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。

一、光合作用的原理

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)

3、探索光合作用原理的部分实验P102

1、19世纪末：

CO2

O2

+H2O

（CH2O）

甲醛

缩合

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为糖。

2、1937年希尔：

H2O

离体叶绿体

光能

O2

水光解产生氧气的化学反应称为希尔反应

3、1941年，鲁宾和卡门：

同位素示踪法

结论：光合作用释放的氧气全部来自水。

光照射下的

小球藻悬液

CO2

H2O

C18O2

H218O

18O2

O2

甲组

乙组

4、1954-1957年，阿尔农：

在光照下，叶绿体可合成ATP，且此过程总是与水的光解相伴随。

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。

5.20世纪40年代,卡尔文：P104

光照射下的

小球藻悬液

14CO2

H2O

O2

（14CH2O）

同位素示踪法

(14CH2O)

14CO2

CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径称为卡尔文循环。

光反应阶段

第一阶段：必须有光才能进行。

场所：叶绿体的类囊体薄膜

第二阶段：有没有光都可以进行。

场所：叶绿体基质中

暗反应阶段

（碳反应/卡尔文循环）

CO2+H2O

叶绿体

光能

（CH2O）+O2

一、光合作用的原理P103-104

4、光反应阶段和暗反应阶段

叶绿体类囊体的薄膜上

叶绿体基质中

色素

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

酶

吸收

光解

能

光能

光反应

H+

C5

2C3

多种酶

固定

还原

暗反应

(CH2O)

CO2

酶

NADPH

NADP+

酶

酶

能

5、光反应和暗反应比较

光反应碳反应

条件

场所

物质变化

能量变化

联系光、色素、酶

不需要光、多种酶

叶绿体类囊体膜

叶绿体基质

光能→ATP、NADPH

中的化学能

ATP、NADPH中的化学能

→糖类中稳定的化学能

水的光解

ATP及NADPH的形成

CO2的固定、C3的还原、

ATP及NADPH的分解

光反应为暗反应提供NADPH和ATP。

暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。

一、光合作用的原理

CO2+H2O

叶绿体

光能

（CH2O）+O2

实质

光能转变成有机物中的化学能。

能量变化：

物质变化：

CO2和H2O转变成以糖类为主的有机物，释放O2。

1、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()

①外膜②内膜③基质④类囊体薄膜

A．③②B．③④C．①②D．④③

B

即时突破：

2、下图表示高等植物光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法正确的有()

A．2过程消耗的ATP来自1、3、4、5过程产生的ATP

B．1、2过程在叶绿体中，3、4、5过程在线粒体中进行

C．1过程产生的[H]参与2过程，3和4过程产生的[H]与氧结合产生水

D．高等植物所有的细胞都可以进行1、2、3、4、5过程

C

二、光合作用原理的应用P105

光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可用有机物生成量、O2产生量或CO2吸收量表示。

CO2+H2O

叶绿体

光能

（CH2O）+O2

影响光合作用强度的因素有哪些？

CO2的浓度

H2O

光：影响能量供应

（光照强度、光质、光照时间）

矿质元素：（如：Mg合成叶绿素）

温度：影响酶活性

原料

叶片含有空气，上浮

抽气

叶片；

产生O2充满细胞间隙，叶片。

光合作用

实验原理：

下沉

上浮

探究光照强度对光合作用强度的影响

光合作用产生的氧气量可作为光合强度的指标，氧气量会改变叶片的密度。

实验步骤：

1.取材

0.6cm

2.排出细胞间隙中的气体

排出注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。

3.处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。

4.取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水。然后各放入10片形叶片。（可用口通过玻璃管向清水内吹气也可以用NaHCO3溶液提供CO2）

5.进行实验

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。

6.观察并记录

同一时间段内各装置中叶片浮起的数量。

强光

中等光

弱光

实验结果：

小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量

甲10片20mL强

乙10片20mL中

丙10片20mL弱

多

中

少

光照强度影响光合作用强度。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。

实验结论：

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。

化能合成作用

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+O22HNO3+能量

硝化细菌

6CO2+12H2O2C6H12O6+6O2+6H2O

能量

自养生物

异养生物

如人、动物、真菌及大多数的细菌。

光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）

化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）

以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。

只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。

练一练

1．1941年鲁宾和卡门采用同位素标记法进行了如下两组实验,下列叙述正确的是（）

A、为了排除光照的影响该实验要在黑暗条件下进行

B、A和B相对分子质量之比为9：8

C、设计该实验的目的在于证明植物光合作用会释放氧气

D、实验结果说明植物光合作用释放的氧气全部来自水

D

C

2．如图为光合作用示意图。下列说法错误的是（）

A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ，④表示CO2

B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原（CH2O）

C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去

D．增加光照强度或降低CO2浓度，C3的含量都将减少

小结

2、光合作用的探究历程

4、光合作用原理和应用

5、化能合成作用

3、光合作用的概念、反应式、过程、场所

1、捕获光能的色素和结构

请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的[H]和ATP,C3化合物和C5化合物的含量如何变化？

停止光照

光反应停止

请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，短时间内其体内的[H]和ATP，C3化合物和C5化合物的含量如何变化？

[H]↓

ATP↓

C3还原受阻;CO2固定继续

C3↑

C5↓

CO2↓

CO2固定停止；C3还原继续进行

C3↓

C5↑

拓展题

适宜条件下，如果环境中CO2含量突然降至极低水平，叶肉细胞的C3、C5和ATP含量的变化依次是：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

1.为什么7-10时的光合作用强度不断增强？

光合作用强度

6789101112131415161718

时

P106-拓展题：下图表示夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线。分析曲线并回答：

7-10点时的光照不断增强，所以光合作用强度不断增强。

光合作用强度

6789101112131415161718

时

P106-拓展题：下图表示夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线。分析曲线并回答：

2.为什么10-12时左右的光合作用强度明显减弱？

10-12时左右的温