5.4.2光合作用与能量转化光合作用的原理和应用课件高一上学期生物人教版必修一

5.4

光合作用与能量转化二、

光合作用的原理和作用光合作用的概念:CO2+H2O叶绿体光能（CH2O）+O2

光合作用是指绿色植物通过___________，利用________，将_________________转化成储存着能量的___________，并且释放出___________的过程。叶绿体光能二氧化碳和水有机物氧气一、光合作用的原理1．探究光合作用原理的部分实验

19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。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。资料1不能通过光合作用实现资料2：

希尔反应：在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放氧气。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。推测：叶绿体中的H2O光解产生氧气资料2：

在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放氧气。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。4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能叶绿体思考1：希尔的实验能说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应吗？水的光解和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。思考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？能够说明。希尔反应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，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。

资料3：鲁宾和卡门实验同位素标记（示踪）法；相互对照（即对比实验）；光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。

该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？

1954年，美国科学家阿尔农(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。资料4：阿尔农实验光照ATP水光解尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系？总结上述实验表明，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。

总结

那么糖又是如何形成的呢？

1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素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。资料5：卡尔文实验光合产物中有机物的碳来自CO2。结论：2.光合作用的过程根据是否需要____________，这些化学反应可以概括地分为____________和_____________（现在也称为碳反应）两个阶段。光能光反应暗反应(1)光反应类囊体薄膜的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+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++e-

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++e-

NADPH酶

(2)暗反应ADP+PiATPNADP+能量C52C3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＋C5

2C3酶物质转化ATP、NADPH中活跃的化学能能量转化：

光合作用的全过程叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+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的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。

在C3的还原中作还原剂小组讨论，问题探究：3、光合作用中元素的转移①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O24、光反应与暗反应的比较反应阶段反应部位反应条件物质变化能量变化产物联系光合作用实质光反应暗反应类囊体薄膜上叶绿体基质必须有光、光合色素、酶有光或无光均可，多种酶光能→ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来5.光照和CO2浓度对光合作用物质含量变化的影响改变条件C3C5[H]和ATP(CH2O)模型分析光照减弱或停止，CO2

供应不变光照由弱变强，CO2

供应不变或没有或没有5.光照和CO2浓度对光合作用物质含量变化的影响改变条件C3C5[H]和ATP(CH2O)模型分析光照不变，CO2供应不足

光照不变，CO2供应增加

或没有化能合成作用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+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。生物的代谢类型区别：能量来源不同光合作用化能合成作用类型共同点：将无机物合成有机物，并储存能量生物：绿色植物、光合细菌；硝化细菌、铁细菌、硫细菌等异养型动物和人类；营腐生、寄生生活的细菌和真菌等。生物的代谢类型自养型(1)光反应的场所是叶绿体中的类囊体薄膜，光反应产生的O2、ATP和NADPH都用于暗反应(

)(2)暗反应包括CO2的固定和C3的还原，两个阶段都在叶绿体基质中进行(

)(3)整个光合作用过程中，能量的转化是光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能(

)(4)光合作用释放的O2都来自水(

)正误判断

·矫正易混易错√×√√

在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（）A.红光，ATP下降

B.红光，未被还原的C3上升C.绿光，NADPH下降

D.绿光，C5上升C【经典例题】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段，下列叙述正确的是（）A.光反应阶段不需要酶，暗反应阶段需要多种酶B.光反应阶段消耗水，暗反应阶段消耗ATPC.光反应阶段固定CO2，暗反应阶段还原C3D.光反应阶段在叶绿体基质进行，暗反应阶段在类囊体薄膜上进行例1B课堂检测抢答题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

探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响一、光合作用的强度1.概念：植物在

内通过光合作用制造

的量。（通常用光合速率表示）糖类单位时间2.光合作用强度（光合速率）的表示方法固定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CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能叶绿体光合作用强度：产物的生成量或底物的消耗量！CO2的浓度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2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二、光合作用的强度3.光合作用强度的影响因素实验原理：

叶片含有空气上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮

抽气光合作用产生O2探究光照强度对光合作用强度的影响自变量：光照强弱因变量：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阅读P105，找出以下关键信息：注射器的作用：实验材料：圆形小叶片排出圆形小叶片中的气体实验：探究光照强度对光合作用强度的影响探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响二、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2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响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4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）5）分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照(3盏40W台灯分别向3个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定)。光源会产生热量，导致温度不同，所以为了保证单一变量，应该加一个盛水玻璃柱，排除温度对实验结果的影响。冷光源方法步骤：实验：探究光照强度对光合作用强度的影响什么作用？吸收热量排除干扰甲乙丙叶片浮起数量多叶片浮起数量中叶片浮起数量少强中弱方法步骤：实验：探究光照强度对光合作用强度的影响探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响

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。探究·实践：探究环境因素对光合作用的影响讨论：利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？这些因素分别如何控制呢？提示：CO2浓度（吹气时间或不同质量分数的NaHCO3溶液）、温度（水浴保温）、光质（不同颜色的彩色灯泡）二、光合作用原理的应用2、光合作用速率的测定线粒体叶绿体产生O2释放O2（可以测得）叶肉细胞CO2吸收CO2（可以测得）植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。真(总)光合作用、净光合作用和细胞呼吸的关系:CO2O2有机物真光合作用固定量产生量制造量净光合作用吸收量释放量积累量细胞呼吸释放量(黑暗)吸收量(黑暗)消耗量(黑暗)三：光合作用和呼吸作用的关系真光合速率=净光合速率+呼吸速率→光反应光照强度光合速率0光强→NADPH、ATP→暗反应

C3还原（CH20

）→光照强度0吸收量CO2C2ABC1释放量CO2一定光强后光合速率不再增加的原因：内因：色素含量，酶的数量和最大活性；外因：CO2浓度等除光强以外的环境因素。二、影响光合作用强度的因素及应用——光照强度3、影响因素：（1）光照强度光照强度0CO2吸收速率CO2释放速率ABC光补偿点光饱和点B：光合作用=呼吸作用D：达到最大光合速率时所对应的最小光照强度DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用A:只进行呼吸作用讨论：C点之前和之后限制光合作用因素分别是？C点前：光照强度C点后：CO2浓度、温度等3、影响因素：（1）光照强度光照强度0ABC阳生植物光补偿点光饱和点阴生植物A1B1C1D提示：阴生植物的呼吸作用较弱，光补偿点B1在B点左侧；对光的利用能力也不强，最大光合速率C1往左下移。应用：合理密植间作套种适当剪枝讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何画？据此生产上有哪些应用？CO2吸收速率CO2释放速率A:只进行呼吸作用B：光合作用速率=呼吸作用速率B点之后：光合作用速率>呼吸作用速率AB：光合作用速率<呼吸作用速率解读：曲线与细胞图示相结合ED光补偿点光饱和点净光合速率总光合速率呼吸速率二、影响光合作用强度的因素及应用——光照强度(1)光补偿点与光饱和点的移动规律规律光合作用强度增强：光补偿点左移，光饱和点右移。光合作用强度减弱：光补偿点右移，光饱和点左移。与阳生植物相比，阴生植物光补偿点和饱和点都相应左移。

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C经典例题3、影响因素：（2）CO2浓度CO2浓度AB吸收速率CO2C释放速率CO2DA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＝呼吸作用速率最大光合速率B点：C点：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，提高光合速率。应用：讨论：C点之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、内因）外因：主要为光照强度和温度，内因：酶的数量和活性。对应的D点为CO2饱和点3、影响因素：（3）温度O温度A光合速率BC原理：温度通过影响

影响光合作用主要制约

反应。温度过高时植物

，光合速率会减弱。1.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量（有机物积累量）。2.解释植物“午休”现象。应用：酶的活性暗气孔关闭缺水气孔关闭限制CO2进入叶片光合作用受影响原理：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；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。3、影响因素：（4）水应用：合理浇灌原料介质开闭CO23、影响因素：（5）矿质元素N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；P：NADP+和ATP的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；Mg：叶绿素的重要组分。应用：合理施肥讨论：矿质元素含量过高对植物的生长会造成什么影响？提示：矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。影响光合作用的因素及应用（1）原理：光合作用强度与光质有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率不同。白光是复合光，红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。（2）应用①塑料大棚栽培时，常选择“无色塑料”以便透过各色光②阴天或夜间给大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收、利用率较高的“红光和蓝紫光”拓展、影响光合作用强度的因素及应用——光质叶片由小到大的过程中，叶面积逐渐增大，叶肉细胞中的叶绿体逐渐增多，光合色素逐渐增加，光合作用效率不断增强。生长到一定程度，叶片面积和光合色素等达到稳定状态，光合作用效率也基本稳定。伴随着叶片的衰老，部分色素遭到破坏，光合作用效率下降。拓展、影响光合作用强度的因素及应用——叶龄能产生激素的细胞一定能合成酶吗?能合成酶的细胞一定能产生激素吗?两者的区别是什么?P点：限制光合速率的因素应为

；Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因子，影响因子主要为

。横坐标所表示的因子各曲线所表示的因子4.多因子变量能产生激素的细胞一定能合成酶吗?能合成酶的细胞一定能产生激素吗?两者的区别是什么?应用：①适宜光照强度下，白天可适当升高

。或充入

，晚上适当

；

②当温度适宜时，可适当提高

或充入

。温度适量CO2降温光照强度适量CO24.多因子变量光补偿点净光合（总）光饱和点三：光合作用和呼吸作用的关系A点：OA表示

；呼吸速率AB段：净光合速率

0，植物

正常生长，甚至

；＜不能死亡B点：净光合速率

0，植物

；

＝只生存，不生长BC段：净光合速率

0，植物

正常生长；＞能四：夏季晴朗的一天a点：2-4时，CO2释放量

；

（原因：

）b点：6时左右，

光合作用；（现象：

）bc：6-7时，光合速率

呼吸速率；温度降低，呼吸作用减弱减小日出开始进行＜四：夏季晴朗的一天c点：7时左右，光合速率

呼吸速率；

（此时的光照强度对应：

）d点：12时左右，光合作用

；

＝光补偿点减弱温度过高,蒸腾作用过强，部分气孔关闭，CO2吸收量减少，光合速率下降午休现象ef段：光合作用

细胞呼吸。fg段：没有光照，

停止，只行

。积累有机物时间段：ce段。一天中有机物积累最多的时间点：e点。制造有机物时间段：bf段。一昼夜有机物积累量表示为：S1-S2-S3(表示面积)消耗有机物时间段：Og段。<光合作用呼吸作用

自然环境中一昼夜植物光合作用曲线S2S3S1AC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/H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2.密闭环境中一昼夜O2和CO2含量的变化思考甲乙图中N点小于M点分别说明了什么？DH段：FG段：光合速率大于呼吸速率，积累有机物午休现象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；图示3：密闭环境下，一昼夜CO2的变化A：光合速率呼吸速率B：光合速率呼吸速率＝＝经过一昼夜N点低于M点，植物体内的有机物总量

增加图示3：密闭环境下，一昼夜O2的变化经过一昼夜N点低于M点，植物体内的有机物总量

减少光照下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03.相关曲线分析五、自然环境及密闭容器中光合作用变化的模型测定方法：①先将植物置于黑暗中，测量呼吸速率

。②在有光条件下，测定净(表观)光合速率。③计算：总(真正)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。例如：根据O2的变化量测定光合速率五.、测定光合速率和呼吸速率的方法五.光合速率的测定（净光合速率）有色液滴毛细管绿色植物NaHCO3①NaHCO3溶液作用：

；②测定指标：

（单位时间内有色液滴

移的体积）③条件：

；保证容器内CO2浓度的恒定O2的释放量右有光注意：右移取正值（光合＞呼吸），左移取负值（光合＜呼吸）。1.有色液滴法(或CO2缓冲液)有色液滴毛细管绿色植物NaHCO3有光（净光合）有色液滴毛细管绿色植物NaOH黑暗（呼吸）

将上述装置放在黑暗条件下，液滴单位时间内左移的距离即为呼吸速率，与净光合速率相加就能算出总光合速率。能否利用该装置测定总光合速率？思考五.光合速率的测定（净光合速率）总光合速率=净光合速率+呼吸速率注意物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照试验。(或CO2缓冲液)习题巩固5习题巩固51.下图是夏季晴朗的白天，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：（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因：（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。光照不断增强，光合作用强度不断增强。温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。ABDCE时间光合作用速率6789101112131415161718习题巩固52.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

习题巩固53.在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，

突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。

下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（）

A.红光，ATP下降

B.红光，未被还原的C3上升

C.绿光，NADPH下降

D.绿光，C5上升C习题巩固54.图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2

浓度的关系，下列说法正确的是（）

A.CO2浓度大于a