光合作用的原理和应用第一课时

第2课时

光合作用的原理和应用1.下列标号各代表：

①

②

③

④⑤2.在④上分布有光合作用所需的

和

，在⑤中也分布有光合作用所需的

。基质酶外膜内膜类囊体基粒色素 酶叶绿体亚显微结构模式图①②④.③⑤二、探索光合作用原理的部分实验19世纪末到1928年在光合作用中，CO2中的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛分子缩合成糖1937年希尔(英国)离体叶绿体的悬浮液＋铁盐或其他氧化剂O21941年鲁宾、卡门一组向植物提供H2O+C18O2另一组向植物提供H218O+CO21954年、1957年尔农甲醛对植物有毒害作用，甲醛不能通过光合作用转化成糖离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2光合作用释放的O2来自水光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总与水的光解相伴随探究历程1771年一段时间后小鼠死亡透明玻璃罩活泼的小鼠

蜡烛熄灭燃烧的蜡烛一段时间后普利斯特利18世纪中期空气受到污染探究历程1771年绿色植物植物不死一段时间后普利斯特利实验18世纪中期一段时间后小鼠死亡透明玻璃罩活泼的小鼠植物能净化空气？探究历程结论：植物可以更新空气1771年绿色植物、活泼的小鼠小鼠不死绿色植物、燃烧的蜡烛蜡烛不熄灭一段时间后一段时间后普利斯特利实验18世纪中期有人重复该实验成功了；有人却失败了，小鼠和植物在一起反而死得更快了，这是为什么？探究历程英格豪斯一段时间后一段时间后绿色植物、活泼的小鼠绿色植物、活泼的小鼠小鼠死亡小鼠不死1779年500多次植物更新空气实验1771年18世纪中期探究历程一段时间后一段时间后1779年绿色植物、燃烧的蜡烛蜡烛熄灭绿色植物、燃烧的蜡烛蜡烛不熄灭结论：植物体只有绿叶才能更新空气植物体只有在有光的条件下才能更新空气英格豪斯实验1771年18世纪中期条件：光

探究历程到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。1771年18世纪中期1779年1785年水二氧化碳光氧气原料：CO2、H2O产物：O2

萨克斯探究历程1771年18世纪中期1779年1785年萨克斯暗处理光照光照酒精脱色碘蒸气处理暗处理：消耗叶片中的营养物质自变量：有无光照因变量：有无淀粉产生结论：绿叶通过光合作用产生淀粉原料：CO2、H2O产物：O2、（CH2O）条件：光能场所：叶绿体【思考】你能写出光合作用的反应式吗？

CO2+H2O

（CH2O)+O2光能叶绿体

光照射下的小球藻悬液CO2H2O探究历程1941年美国鲁宾、卡门同位素标记法C18O2H218O18O2O2结论：光合作用释放的氧气来自水甲组乙组1864年1845年1771年18世纪中期1779年1785年1880年光合作用的探究到此结束了吗？探究历程1941年卡尔文同位素标记法1864年1845年1771年18世纪中期1779年1785年1880年20世纪40年代1961年诺贝尔化学奖探究历程1941年卡尔文同位素标记法1864年1845年1771年18世纪中期1779年1785年1880年用放射性同位素14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向。称为卡尔文循环。结论：CO2中的碳在光合作用中转化为有机物中的碳。20世纪40年代归纳：（1）用3H标记亮氨酸（2）18O标记H218O（3）用14C标记14CO2探究分泌蛋白合成、加工、运输和分泌过程探究光合作用中O2来源探究光合作用中CO2中的碳转化为有机物中的过程同位素标记法的应用______植物通过_______，利用______，把___________和_____转化成储存着能量的__________，并且释放出_________的过程。绿色叶绿体光能二氧化碳水有机物氧气CO2H2OCH2OO2光能叶绿体二、光合作用的过程三、光合作用全过程根据是否需要光分为两个阶段光合作用光反应暗反应（碳反应）必须有光叶绿体类囊体的薄膜上进行叶绿体基质中进行要有光反应提供原料第一阶段第二阶段发生的场所？发生哪些物质变化？发生哪些能量变化？需要哪些条件？二、光合作用的过程思考：光反应和暗反应类囊体薄膜上的色素分子可见光ADPPiATPH2OO2NADP酶吸收光解光反应过程HNADPH酶1、光反应阶段条件：光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP场所：类囊体薄膜上物质转化水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-

NADPH酶光能能量转变：ATP、NADPH中活跃的化学能主要产物：O2、ATP、NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ场所：条件：物质变化：能量变化：2H2O

O2+4H++4e-色素H2O的光解：ATP的形成：叶绿体类囊体薄膜光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP光能→ATP、NADPH中活跃的化学能1光反应ADPPi能量ATP酶光NADPH的合成：NADP++H++2e-

NADPH酶（3）30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。弄清了CO2转化成有机物过程：CO2C3CH2OC5卡尔文循环1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照（1）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。（2）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称为卡尔文循环酶2C3C5NADPHADPPiCH2OH2OATP多种酶参加催化酶CO2还原固定酶供氢供能卡尔文循环2暗反应CO2＋C52C3酶CO2的固定：C3的还原：

2C3+NADPH(CH2O)＋C5ATPNADP酶场所：条件：物质变化：能量变化：CO2＋C52C3酶CO2的固定：C3的还原：叶绿体基质酶、ATP、ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物稳定的化学能2暗反应2C3NADPHCH2O＋C5酶ATP叶绿体中的色素H2O[H]ATPADP+Pi酶水的光解O22C3C5[H]ATPADP+Pi(CH2O)多种酶参加催化酶CO2还原固定酶1光反应为暗反应提供了还原剂和能量ATP;2暗反应为光反应提供了ADP和Pi/NADP3光反应与暗反应的关系光反应和暗反应紧密联系，缺一不可元素的转移途径：氧元素：碳元素：H2OO2CO2C3（CH2O）能量的转移途径：光能ATP中的化学能CH2O中的化学能二、光合作用的过程活跃稳定O2的O从哪来？CO2的C去哪了？有机物光反应阶段暗反应阶段进行部位条件物质变化能量变化联系叶绿体类囊体薄膜上

叶绿体基质中光、色素和酶不需光、多种酶、ATP、光反应为暗反应提供还原剂和能量ATP暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料水的光解2H2O→4O2合成ATPADPPi→ATP光酶光能CO2的固定CO2C5→2C3C3的还原2C3CH2O酶酶ATP3、光反应阶段和暗反应阶段的比较ATP/NADPH中活跃化学能光能ATP/NADPH中活跃化学能有机物中稳定化学能四、光合作用的实质物质变化：把简单的无机物转变为复杂的有机物能量变化：把光能转变成储存在有机物中的化学能光合作用的总反应式：光能叶绿体CO2+H2O*

（CH2O）+O*26CO212H2OC6H12O66O26H2O光能叶绿体1

光合作用产生的氧气中的氧原子来自（）A水B二氧化碳C水和二氧化碳D水或二氧化碳A小试牛刀2光合作用中光反应阶段为暗反应阶段提供了（）A．O2和C3化合物B．叶绿体色素C．H20和O2D．和ATPD3光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（）A叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应B叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应D小试牛刀4光合作用过程中，水的分解及三碳化合物形成葡萄糖所需能量分别来自（）A．呼吸作用产生的ATP和光能B．都是呼吸作用产生的ATPC．光能和光反应产生的ATPD．都是光反应产生的ATPC小试牛刀思考1、停止光照后，暗反应能否长期进行？2、如果暗反应受到抑制，光反应会不会受影响？抢答题抢答题1、光合作用分为和两个阶段。2、光合作用释放氧气来自于物质。3、光合作用中的ATP形成于反应阶段。4、光反应为暗反应提供和物质。

5、光反应场所______________，暗反应场所是_______________。光反应暗反应水光［Ｈ］ATP类囊体薄膜叶绿体基质

抢答题抢答题8光反应阶段能量变化是。9、暗反应阶段能量变化是10、若白天突然中断了二氧化碳的供应，则首先积累起来的物质是。7二氧化碳中碳的转移途径是。co2c3(CH2O)光能活跃化学能ATP中

ATP中活跃化学能有机物中稳定化学能五碳化合物条件骤变时物质含量的变化CO2浓度不变光反应NADPHATP

C3

C5

（CH2O）光照减弱或停止

光照增强H2OCO2O2酶多种酶ADPPiATPC52C3（CH2O）H2O水的光解形成ATPCO2的固定C3的还原积累、增加消耗、减少条件骤变时物质含量的变化光照不变暗反应C3C5[H]ATP(CH2O)CO2浓度减少或停止

CO2浓度增加H2OCO2O2酶多种酶ADPPiATPC52C3（CH2O）H2O水的光解形成ATPCO2的固定C3的还原积累、增加消耗、减少（2009海南卷）在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时，突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是（）AC3和C5都迅速减少BC3和C5都迅速增加CC3迅速增加，C5迅速减少DC3迅速减少，C5迅速增加C练习进行正常光合作用的叶片，如果叶绿体中的含量相对稳定，在如图中a点时突然停止供给CO2，能表示叶绿体中含量变化的曲线是B光合作用强度的表示方法：CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2

光能叶绿体？四、影响光合作用的因素及实践应用

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（光照强度）探究光照强弱对光合作用强度的影响（1）自变量：光照强弱（2）因变量：光合作用强度检测方法：（3）无关变量：要求相同且适宜相同时间内，小圆形叶片浮起的数量控制方法：不同瓦数的台灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离探究光照强弱对光合作用强度的影响叶片含有空气，上浮抽气叶片；O2充满细胞间隙，叶片。光合作用实验原理：下沉上浮（2）因变量：光合作用强度检测方法：相同时间小圆形叶片浮起的数量产生O2（3）无关变量：要求相同且适宜温度等，用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰

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甲10片20mL强多乙10片20mL中中丙10片20mL弱少实验结论：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探究光照强弱对光合作用强度的影响生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（）A影响光合作用的因素有哪些？CO2的浓度CO2＋H2O（CH2O）＋O2光叶绿体？;H2O光：光照强度、光质、温度矿质元素（Mg,,Ca,Mg）四、影响光合作用的因素及实践应用外因：线粒体叶绿体呼吸消耗的O2释放至叶肉/片外（空气中）的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O2五光合作用的影响因素光合消耗的CO2释放至叶肉/片外的CO2（可以测得）1.光——光照强度光照强度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（B：光合=呼吸）（C'：光合速率开始达到最大时外界的光照强度）（限制因素：CO2浓度、温度等）C'（B1：阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强）（AB：光<呼）（BC：光>呼）呼吸（黑暗中细胞呼吸释放的CO2量）O2CO2O2CO2.........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）应用：合理密植，间作套种，林带树种的配置光照强度ACO2吸收量CCO2释放量阴生植物OB阴生植物通常为低矮草本植物，新陈代谢速度不如阳生，有机物消耗少（呼吸作用弱），故其光补偿点较低。阳生植物光补偿点光饱和点阴生植物没有角质层或较薄，气孔和叶绿体较少，物质反应较少，故其光饱和点较低。光补偿点光饱和点间作套种间作套种：在同一片土地上按照不同比例种植不同种类农作物的种植方式。注意农作物的种类搭配应用：合理密植，间作套种的配置（充分利用光能，通风透光，保证光照强度）呼吸速率：绿色植物组织在黑暗条件下,进行细胞呼吸时，测得的实验容器中O2减少量或CO2的增加量。净光合速率：绿色植物组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行时，测得的实验容器中O2增加量/CO2的减少量/植物增重量真正的光合速率=净光合速率呼吸速率光合作用固定的CO2=外界吸收的CO2（可以测得）呼吸提供的CO2光合作用产生的O2=释放到外界的O2（可以测得）呼吸消耗的O2光合作用产生的有机物=有机物的积累（自身增重，可测）呼吸消耗的有机物线粒体叶绿体呼吸消耗的O2释放至外界叶（肉/片外）的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O2五光合作用的影响因素呼吸提供的CO2从外界吸收的CO2（可以测得）一天的时间O光合作用强度121311ABCDE91015161714

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：光照强度1光照-光照强度光合速率最大:__________光；单色光中，_____光最大，_____光次之，_____光最弱。复色白红蓝紫绿应用：温室大棚使用无色透明玻璃1光照-光质2.CO2浓度cCO2饱和点CO2补偿点（限制因素：光强、T等）（C、A'：进行光合作用所需CO2的最低浓度）在一定范围内，光合速率随CO2浓度增大而加快；当CO2达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加，甚至减弱（因为细胞呼吸被抑制，有机物堆积），应用2：大田要“正其行,通其风”；增施农家肥，放干冰，使用CO2发生器3.温度大部分陆生植物光合酶最适温度：27-28℃呼吸酶最是温度：35℃O温度A光合速率BC温度直接影响酶的活性。（由于暗反应是酶促反应,故温度主要影响暗反应）应用3：温室栽培时，白天可适当提高温度（增加光合作用强度），夜间适当降低温度降低细胞呼吸强度，减少有机物的消耗，增加作物产量。4.水分水是光合作用的原料，间接影响光合作用缺水气孔关闭限制CO2进入叶片光合作用受影响应用：合理浇灌N：光合酶及ATg：叶绿素的重要组分5.矿质元素离子（无机盐离子）例如：N，g等应用：合理施肥曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子；当到Q点时，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系练习为提高温室栽培的番茄和黄瓜的产量，可采取的措施不包括A．增施氮肥和磷肥，促进茎叶生长，以增大光合作用面积B．增加温室中CO2浓度，以提高光合作用效率C．适当增加光照时间，提高光合作用效率D．制作温室的薄膜尽量使用无色透明的薄膜C练习如图表示某种植物在最适温度和003%的CO2浓度条件下，光合作用速率随光照强度变化的曲线，若在B点时改变某种条件，结果发生了如曲线b的变化，则改变的环境因素是A．适当提高温度 B．增大光照强度C．适当增加CO2浓度 D．增加酶的数量C答案:C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Aa点上移，b点左移，m值增加 Ba点上移，b点左移，m值不变Ca点下移，b点右移，m值下降 Da点下移，b点不移，m值上升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）以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），维持自身的生命活动。只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：化能自养生物（如硝化细菌、硫细菌）定义：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6CO2+12H2OC6H12O6+6O2﹢6H2O能量三、化能合成作用生物新陈代谢的类型同化类型自养型：能利用H2O、CO2制造有机物异养型：直接利用有机物光能自养化能自养绿色植物、蓝藻、光合细菌等硝化细菌等异化类型好氧型：厌氧型：蛔虫、乳酸菌、破伤风杆菌等多数动物、植物、微生物兼性厌氧型：酵母菌、大肠杆菌动物、微生物（细菌、真菌等）例题：（1）预计乙图Q点之后三条曲线的走势为：。（2）干旱初期，小麦光合作用速率下降的主要原因可以用图来说明，其具体解释是：。（3）小麦灌浆期如遇连绵阴雨会减产，其原因由图信息可以说明；温室大棚作物如遇阴雨天，为避免减产，可以适当降温，原因是。都会随温度上升而下降丙干旱初期因气孔关闭导致CO2吸收减少,光合作用速率下降光照弱，光合速率低，适当降温不影响光合作用却可降低呼吸作用对有机物的消耗乙优化86页在密闭容器内，受光照等环境因素的影响，某植物净光合速率的变化如图所示。请回答下列问题不考虑O2浓度变化对呼吸速率的影响：1t0→t1，密闭容器内CO2浓度将________2在t2时，叶肉细胞内合成ATP的场所有_______________________。3t3→t4，净光合速率下降的主要环境因素是________。4在t4后的短时间内，叶绿体中ATP含量将________5t5→t6，限制光合作用的主要环境因素是________。增加细胞质基质线粒体叶绿体CO2浓度减少温度Fd0~4：（2~4）：4~6：6点：6~18点：

FG:GH:18点：18点后：19点左右无光照，无光合，只呼吸温度↓，酶活性↓，呼吸↓，CO2释放↓4点开始光合，光合<呼吸光合=呼吸光合>呼吸光合=呼吸光合<呼吸，直至光合作用完全停止。温度过高，部分气孔关闭，影响CO2供应光照↓，C5↓ACBCCDDDHHHI0-babcccgggi无光照，光合停止，只呼吸hi一昼夜有机物的积累量＝制造有机物的时间段:积累有机物的时间段:bhcg光合速率最大：有机物积累最多：HgS－SNS、SN分别表示、N的面积。在25℃，有氧条件下，某植物在黑暗中，每小时产生CO2为44mg，给予充足光照后，每小时吸收44mgCO2，则该植物每小时实际合成的C6H12O6的量为mg。1G~6O2~6CO21806*442*4460对应训练：以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是A光照相同时间，35℃与30℃时光合作用制造的有机物的量相等B光照相同时间，在20℃条件下植物积累的有机物的量最多C温度高于25℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少D两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等制造或产生的：值测定或积累的：值总净1图甲的AB两条曲线中曲线代表阴生植物。在较长时间连续阴雨的环境中，生长受到显著影响的植物是。2图甲中的“a”点表示。如果以缺镁的完全营养液培养A植物幼苗，则b点的移动方向是。3在c点时，叶绿体中ATA、MB的大小和有机物合成速率NA、NB的大小，结果应分别为MA________MB、NA________NB。丙“黑白瓶”测定水生植物光合速率是将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。真光合作用量光合作用总量＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。测量计算项目表示方法净/表观光合速率（光下测量植物体）O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量呼吸速率（黑暗中测量）CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量总/真正/实际光合速率O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量总光合（速率）=呼吸（速率）净光合（速率）测量计算项目表示方法净/表观光合速率（光下测量植物体）O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量呼吸速率（黑暗中测量）CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量总/真正/实际光合速率O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量总光合（速率）=呼吸（速率）净光合（速率）测量计算速率CO2O2糖类总光合（叶绿体）固定/消耗产生制造/生成

净光合（光下测量植物体）吸收释放积累呼吸（黑暗中测量）释放/产生吸收消耗总光合（速率）=呼吸（速率）净光合（速率）速率

净光合（光下测量植物体)总光合呼吸（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释放产生吸收净光合（速率）=总光合（速率）—呼吸（速率）8测定植物光合作用强度常采用“半叶法”：将处于正常生活状态的植物对称叶片的一半见图中A所示剪下置于暗处，另一半见图中B所示则留在植株上，在光下进行光合作用；经过一段时间后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片如图中虚线方块所示，分别烘干称重，获得相应数据，然后计算出该植物光合作用强度单位：mg/dm2·h。Ⅰ请根据以下具体实验步骤回答相关问题：1选择测定样品：在田间选定处于正常生活状态的、有代表性