人教版（2023）必修1 第5章 细胞的能量供应和利用复习（第2、3课时）(课件共42张PPT)

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第5章细胞的能量供应和利用

第4节光合作用与能量转化

自主学习1：阅读课本P102，总结光合作用的概念及方程式？

光合作用概念：

CO2+H2O（CH2O)+O2

光能

叶绿体

过程（总方程）：

表示糖类

总结：光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？

原料：二氧化碳水

产物：有机物(糖类)氧气

场所：叶绿体

条件：光能多种酶

二.光合作用的原理

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。

你能用一个化学反应式表示出来吗

光合作用的过程——光反应

类囊体薄膜

的色素分子

可见光

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

NADP+

酶

吸收

光解

H+

NADPH

酶

（氧化型

辅酶Ⅱ）

（还原型

辅酶Ⅱ）

条件：

光、色素、多种酶

场所：

类囊体薄膜

物质转化

水的光解：

ATP的合成：

H2OO2+H+

光

色素

光能

能量转化:

ATP、NADPH中活跃的化学能

ADP+Pi+能量ATP+H2O

酶

NADPH的合成：

NADP++H++2e-NADPH

酶

ADP+Pi

ATP

NADP+

能量

C5

2C3

多种酶

(CH2O)糖类

CO2

固定

还原

酶

NADPH

酶

能量

条件：

场所：

叶绿体基质中

有光无光都可以，多种酶等

CO2的固定：

C3的还原：

2C3(CH2O)+C5

酶

ATP、NADPH

有机物中稳定的化学能

CO2＋C52C3

酶

物质转化

ATP、NADPH中活跃的化学能

能量转化：

光合作用的过程——暗反应

说明:C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸；

C5是五碳化合物，即核酮糖-1，5-二磷酸；

光合作用的全过程

叶绿体

中的色素

C5

2C3

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

H+

多种酶

酶

(CH2O)

CO2

吸收

光解

固定

还原

光反应

暗反应

NADP+

NADPH

光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

酶

类囊体薄膜

叶绿体基质

可见光

1.NADPH和ATP的移动途径是什么？

2.NADP+和ADP、Pi的移动途径呢？

3.NADPH的作用？

4.光反应和暗反应的联系？

从类囊体薄膜到叶绿体基质。

从叶绿体基质到类囊体薄膜。

①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量

①光反应阶段为暗反应阶段提供ATP和NADPH

②暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+

光合作用的过程（视频）

二.光合作用的原理

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

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

水的光解：2H2OO2+4H+

光

ATP的合成：ADP+Pi+能量ATP

酶

酶

NADPH的合成：NADP++H+NADPH

酶

CO2的固定：CO2＋C52C3

C3的还原：2C3(CH2O)+C5

酶

ATP、NADPH

——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+O22HNO3+能量

硝化细菌

CO2+H2O（CH2O）+O2

能量

酶

三、化能合成作用

条件骤变对光合作用中各物质的影响

叶绿体

中的色素

C5

2C3

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

H+

多种酶

酶

(CH2O)

CO2

吸收

光解

固定

还原

NADP+

NADPH

酶

可见光

CO2浓度不变NADPH、ATPC3C5（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

小组讨论，完成表格

光反应

叶绿体

中的色素

C5

2C3

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

H+

多种酶

酶

(CH2O)

CO2

吸收

光解

固定

还原

NADP+

NADPH

酶

可见光

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

条件骤变对光合作用中各物质的影响

小组讨论，完成表格

暗反应

资料1：1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。发现，在光照下，在离体叶绿体的悬浮液中加入足量的铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体释放出O2。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。

希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？

能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。

希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全都来自水？

不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。

探索光合作用原理的部分实验

资料2：1941年，为了确定光合作用释放的O2的来源，米国科学家鲁宾和卡门用18O作为标记物，制备出H218O和C18O2。

资料3：1954年，米国科学家阿尔农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

同位素标记方法

对比实验的方法

鲁宾和卡门的实验说明？

植物光合作用产生的氧气中全部都来自水。

探索光合作用原理的部分实验

暗反应

CO2的固定：

C3的还原：

C5的再生：

被还原的C3→C5

C5+CO2→2C3

NADPHNADP+

ATPADP+Pi

被还原的C3

C3

糖

H2O1/2O2+2H++2e-

光能

ADP＋Pi＋能量ATP

酶

水的光解：

ATP的合成：

光反应

NADPH的形成：

NADP++2H++2e-NADPH

酶

光合作用的过程

【注意】

(1)不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。

(2)NADPH的作用：作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用

(3)光反应产生的ATP只用于叶绿体中C3的还原等叶绿体内的生命活动。

①光合作用强度（光合速率）的表示方法：

6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2+6H2O

光能

叶绿体

固定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

简单地说，就是指植物在__________内通过光合作用__________的数量，也叫光合速率；

单位时间

制造糖类

四、光合作用强度

②影响光合作用的因素有哪些？

CO2的浓度

CO2＋H2O（CH2O）＋O2

光能

叶绿体

H2O

光：光照强度、光质、光照时间

矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）

外因：

内因：

酶的种类、数量

色素的含量

叶龄不同

温度

五、影响光合作用的因素

光照强度

CO2吸收量

CO2释放量

A

B

C

A点：只呼吸不光合

光补

偿点

光饱

和点

O

c

b

O2

CO2

AB段：呼吸＞光合

B点：

BC段：光合＞呼吸

呼吸＝光合

b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。

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

1.外部因素①:光照强度

C点之后:光合速率的限制因素不再为光照强度，外因主要为CO2浓度和温度，内因为色素的数量和酶的数量和活性等

光照强度

CO2吸收量

CO2释放量

A

B

C

光补

偿点

光饱

和点

O

c

b

规律

光照强度强度增强：

光补偿点左移

光饱和点右移

光照强度强度减弱：

光补偿点右移

光饱和点左移

与阳生植物相比，阴生植物CO2光补偿点和光饱和点都相应左移

外部因素①:光照强度

光合作用强度

O

光照强度

12

14

10

一天的时间

夏天一天中，日照强度与光合作用强度的关系

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，暗反应减弱，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）

1.外部因素①:光照强度

思考：为什么在中午光合作用强度反而会下降？

CO2浓度

A

B

吸收速率

CO2

C

释放速率

CO2

D

A点：

对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。

CO2补偿点

光合作用速率＝呼吸作用速率

对应的D点为CO2饱和点

B点：

C点：

思考：C点之后光合速率的限制因素是什么？

外因主要为光照强度和温度

内因为酶的数量和活性。

1.外部因素②:CO2浓度

思考：若CO2浓度适当升高，B、C点将如何移动？

(B点左移，D点右移，C点右上移）

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

温度

光合

速率

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

应用：

1.外部因素③:温度

缺水

气孔关闭

限制CO2进入叶片

光合作用受影响

A.水既是光合作用的，又是体内各种化学反应的，直接影响光合作用速率；B.水分还能影响气孔的，间接影响

进入叶片，从而影响光合作用速率。

原料

介质

开闭

CO2

保卫细胞吸水

气孔张开

原理：

根据作物的需水规律合理灌溉。

应用：

1.外部因素④:水

N：光合酶及ATP、叶绿素、类囊体膜的的重要组分

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

应用：合理施肥

1.外部因素⑤:矿质元素

（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_____________________

____________________________________________________________________。

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

(源于必修1P106“拓展应用”)：右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：

光照强度逐渐增大

（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。

④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：_____________________________________________________________

_________________________________________________。

光照强度不断减弱

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

光照强度、温度

阴生植物

是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。

阳生植物

在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物

阴生植物

阳生植物

2.内部因素①:物种

各种植物的光合速率变化

光合速率

光照强度

阴生苔藓

阴生草木

阳生草木

小麦

玉米

高粱

O

2.内部因素①:物种

CO2

吸

收

量

O

CO2

释

放

量

光照强度

黑暗中呼吸所放出的CO2

光补偿点

光饱和点

阴生植物

·

·

·

A

B

C

阳生植物

光补偿点、光饱和点：阳生植物阴生植物

>

阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强

2.内部因素①:物种

农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶，茎叶蔬菜及时换新叶，可减少细胞呼吸对有机物的消耗。

曲线分析：

老叶，随叶龄增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。

OA段

：幼叶，叶面积不断增大，叶绿体、叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加；

AB段：

壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率基本稳定；

BC段：

应用：

2.内部因素②:叶龄

2.内部因素③:叶面积指数

物

质

量

叶面积指数

单位土地面积上，植物的总叶面积

在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。

总光合量

净光合量

A

B

C

呼吸量

应用:适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积。

线粒体

叶绿体

O2

释放O2

（可以测得）

叶肉细胞

光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2

CO2

释放CO2（可以测得）

净光合速率:

总光合速率:

单位时间O2的释放量

CO2的吸收量

有机物的积累、增加量

单位时间O2产生、制造量

CO2固定、同化、消耗量

有机物制造、产生、合成量

单位时间O2消耗量

CO2产生量

有机物消耗量

(表观光合速率)

呼吸速率:

有机物制造量=有机物积累量+呼吸有机物消耗量

总光合速率=净光合速率+呼吸速率

O2产生量=O2释放量+呼吸O2消耗量

CO2固定量=CO2吸收量+呼吸CO2产生量

类型:

真正/实际/总光合（速率）=呼吸（速率）+净光合（速率）

测量

计算

速率CO2O2糖类

实际/总/真正光合固定、消耗、产生制造、生成

表观/净（光下测量植物体）吸收释放积累

呼吸（黑暗中测量）释放/产生吸收消耗

净光合（速率）=总光合（速率）—呼吸（速率）

速率表观/净（光下测量植物体)实际/总/真正光合呼吸

（黑暗中测量）

糖类积累制造、生成消耗

CO2吸收固定释放、产生

O2释放产生吸收

释放量

A

B

光照强度

0

吸收量

CO2

C

CO2

细胞呼吸强度

光补偿点

光饱和点

净光合速率

呼吸速率

实际光合速率（总值）

总光合速率=净光合速率+呼吸速率

深挖教材

若研究对象不是绿色叶肉细胞而是整株植物出现上面曲线图时，叶肉细胞内的气体交换在B点有何变化？

植物能进行光合作用的只有绿色组织器官，而所有细胞都要进行呼吸作用。B点是植株的光补偿点，对于叶肉细胞而言，光合速率叶肉细胞的呼吸速率。

大于

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

拓展

一天中自然环境中CO2的变化

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

拓展

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；

拓展

（1)甲图中，光合速率等于呼吸速率的点是。

D、H

(乙图：d、h)

AD段:CO2浓度上升，

DH段:CO2浓度下降，

HI段:CO2浓度上升，

光合速率呼吸速率;

光合速率<呼吸速率.

(乙图：ad段)

(乙图：dh段)

(乙图：hi段)

有机物积累最多的点：H/h

一昼夜中植物代谢强度变化曲线

影响光合作用的因素

(2)图甲中FG段变化的原因是