《第4节 光合作用与能量转化 第2课时 光合作用的原理和应用》课件（共三套）

第2课时光合作用的原理和应用第4节光合作用与能量转化第5章细胞的能量供应和利用光合作用的概念

光合作用是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能量的有机物并且释放出氧的过程。光合作用的反应简式（CH2O）+O2CO2+H2O光能叶绿体代表糖类*O*O2光合作用生成葡萄糖的反应式C6H12O6+6O26CO2+12H2O光能叶绿体+6H2O光合作用过程光反应暗反应划分依据：反应过程是否需要光能类囊体膜酶Pi＋ADPATP光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O[H]+O2光能（还原剂）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中场所：条件：能量变化物质变化进入叶绿体基质，参与暗反应供暗反应使用H2OO2[H]CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP[H]糖类卡尔文循环暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C5

2C3酶C3的还原：ATP[H]、ADP+Pi叶绿体的基质中ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3

（CH2O）酶糖类[H]、ATP、酶场所：条件：能量变化物质变化CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3叶绿体基质多种酶糖类ATP[H]联系比较光反应、暗反应光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶酶、[H]、ATP叶绿体类囊体膜叶绿体基质中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的还原ATP中活跃化学能光能ATP中活跃化学能有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。光合作用中H、C、能量的转移途径H2O中H的转移途径：CO2中C的转移途径：能量的转移途径：H2O[H]（CH2O）CO2C3（CH2O）光能ATP中活跃的化学能（CH2O）中稳定的化学能影响光合作用的环境因素光合作用的实质：能量转化：无机物（CO2和水）糖类、氧气物质转化：光照、温度、CO2浓度、水、矿质元素等光能糖类等有机物中稳定的化学能光能ATP中活跃的化学能光反应暗反应糖类等有机物中稳定的化学能（5）防止营养生长过强，导致叶面互相遮挡，呼吸强于光合，影响生殖生长在生产上的应用1.光照作为光合作用的动力（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（1）适时播种（2）温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温温度的适当提高可以大幅度提高酶的催化效率，从而提高光合作用的强度。在生产上的应用2.温度温度会直接影响酶的活性。（1）多施有机肥（2）温室栽培植物时还可使用CO2发生器等（3）大田中还要注意通风透气在生产上的应用3.CO2CO2是光合作用的原料在生产上的应用4.水（1）预防干旱（2）合理灌溉（1）水是光合作用的原料（2）水是体内各种化学反应的介质（3）水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体在生产上的应用5.矿质元素（1）N元素合理施肥酶、蛋白质、叶绿素、ATP的组成成分ATP的组成成分可维持叶绿体膜的结构和功能叶绿素的重要组成成分（2）P元素（3）Mg元素光合作用原理的应用1.影响光合作用的因素光照、CO2、温度、水、矿质元素等2.提高农作物光合作用强度的措施（1）适当提高光照强度、延长光照时间（3）适当提高CO2浓度（4）适当提高温度（白天提高温度，晚上降低温度）（5）适当增加植物体内的含水量（6）适当增加矿质元素的含量（2）合理密植小结：第2课时光合作用的原理和应用内容标准要求核心素养对接学业质量水平1.分析光合作用的过程，比较光反应和暗反应。2.分析影响光合作用的环境因素。3.举例说明光合作用原理的实践应用。1.科学思维——分析与综合：分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。水平二2.科学探究——根据实验目的，设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。水平三3.社会责任——能够根据光合作用原理指导生产实践。水平三叶绿体光合作用的原理研读教材·梳理探究———————————————知识梳理———————————————1.光合作用概念(1)概念：绿色植物通过_________，利用_____，把_________转化成___________________，并且释放氧气的过程。(2)反应式：_____________________________(3)光合作用可分为_________和_________(也叫作碳反应)两个阶段光能CO2和水储存能量的有机物光反应暗反应2.光合作用物质转化探索(1)实验方法：________________(2)探究过程：同位素标记法18O2O2H2O3.光反应阶段(1)场所：叶绿体的____________上。(2)条件：必须在________才能进行

(3)(4)能量变化：光能转化为______________储存在______中类囊体薄膜光下NADPHNADH活跃化学能ATP4.暗反应阶段(1)场所：_________________。(2)物质变化：光合作用光反应消耗水，暗反应的C3还原过程产生水①CO2的固定1分子CO2＋1分子_____________→2分子_____________。②三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受________和NADPH释放的能量并被____________还原形成五碳化合物和_______等。③ATP被消耗重新形成________和Pi。(3)能量变化：_____________转变成糖类等有机物中的_____________。叶绿体基质五碳化合物三碳化合物ATPNADPH糖类ADP活跃化学能稳定化学能———————————————素养提升———————————————生命观念——光合作用的过程如图为光合作用过程，请分析回答：(1)光反应和暗反应都需要光吗？原料分别有哪些？提示光反应需要光，暗反应有光无光都可以；原料：光反应：H2O、ADP、Pi；暗反应：CO2以及光反应产生的ATP、[H]。(2)光反应和暗反应的酶分布在叶绿体的什么部位？

提示光反应的酶分布于叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的酶分布在叶绿体的基质中。(3)光反应的产物有哪些？产物的去向用途如何？

提示光反应的产物有ATP、[H]以及O2；ATP、[H]将进入叶绿体基质参与暗反应用于C3的还原；而O2则进入线粒体参与细胞呼吸，或以气体形式从植物表皮的气孔释放进入大气。(4)光合作用的光反应和暗反应是一个有机的整体，如何理解？提示光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。如果没有光反应，则不能为暗反应提供光反应的产物ATP和[H]，暗反应就不能进行；同样如果没有暗反应，光反应产生的ATP和[H]会大量积累，也会抑制光反应的进行。所以光反应和暗反应是一个有机的整体。(5)科学研究表明，光合作用的产物除了糖类(包括淀粉、葡萄糖等)和O2外，蛋白质和脂质也是光合作用的产物。我们用实验怎样证明这种观点呢？

提示根据同位素标记法，以14C标记参加光合作用的CO2，测定其带放射性的产物中是否有蛋白质、脂质。[典例1]

甲图表示光合作用部分过程的图解，乙图表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在细胞内的变化曲线。据图回答问题：(1)图中A表示的物质是

，它是由

产生的，其作用主要是

。(2)图中ATP形成所需的能量最终来自于

。若用同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是

。光合作用产生的ATP只能用于暗反应，其他生命活动消耗的ATP来自细胞呼吸。(3)图中曲线a表示的化合物是

，在无光照时，其含量迅速上升的原因是_____________________________________________________________________。(4)曲线b表示的化合物是

，在无光照时，其含量下降的原因是_____________________________________________________________________。解析分析甲图可以看出，过程②为C3的还原，它需要ATP和[H]，[H]是水在光下分解产生的。CO2首先被C5固定生成C3，然后被还原生成葡萄糖等有机物。根据图乙，黑暗条件下光反应停止，产生的[H]和ATP迅速减少，使C3的还原受阻，而此时CO2仍在不断地被C5固定成C3而使C3的含量迅速上升，可见a应是C3含量的变化曲线，那么b则是C5含量的变化曲线。答案(1)[H]水在光下分解用于C3的还原和提供能量(2)太阳光能(CH2O)

(3)C3无光时，C3还原受阻，C3合成仍在进行(4)C5

C5与CO2结合形成C3，且C3不能被还原为C5[变式训练1]

下图是黑藻光合作用过程示意图(用字母代表物质)。请分析回答：(1)反应Ⅰ发生的场所是

，其中产物B是

。(2)在反应Ⅱ中C5不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是

。光合作用合成的C3，大部分运至叶绿体外转变成蔗糖，还有一部分在叶绿体中转变成

。(3)若要分析黑藻叶绿体的色素种类，制备色素提取液时需要加入

可使研磨充分。将提取到的滤液收集到试管中，塞上橡皮塞，将试管置于适当的光照条件下2～3min后，试管内氧气的含量

(填“增加”“减少”“不变”)(4)给黑藻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是由于_________________________________________________________________________________________。联想质疑★光合作用能够制造有机物，进行光合作用的生物有原核生物中的蓝细菌、光合细菌和真核生物中的绿色植物。巧记光合作用过程的“一、二、三、四”★在光照条件下，绿色植物才能进行光合作用，吸收CO2，放出O2；在无光照的时候，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2。光合作用过程中元素的转移途径①光合作用过程中O元素的转移途径探究光照强度对光合作用的影响———————————————知识梳理———————————————1.光合作用强度的表示方法2.探究光照强度对光合作用强度的影响自变量：光照强度(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中_______，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会_______。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片_______的数量越多。下沉上浮上浮(2)实验流程：打出小圆形叶片抽出叶片内气体各放入10片强、中、弱三种光照避开大的叶脉一般要重复2~3次遵循平行重复性原则可利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度全部沉到水底CO2小圆形叶片浮起的数量(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量______，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度_________。越多不断增强———————————————素养提升———————————————科学思维——光照强度对光合作用的影响结合细胞呼吸，

人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：1.图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么？提示

A点：光照强度为零，只进行细胞呼吸。B点：光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点。C点：是光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。2.OA段的含义是什么？其大小主要受哪种环境因素的影响？

提示

OA段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响。3.DE段的含义是什么？如果此时想增加光合作用强度，可以采取哪些措施？

提示

DE段光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。可以通过调整温度和增加CO2浓度等措施增加光合作用强度。4.若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，这是在25℃测得的曲线，若温度升至30℃，曲线中A点，B点将如何变化？

提示

A点下移，B点右移。5.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如下图所示。那么曲线中AB段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用如图字母表示)？提示

c、d、e、f。[典例2]

甲图表示某植物叶肉细胞光合作用强度与光照强度的关系，乙图表示该植物叶肉细胞的部分结构(图中M和N代表两种气体)。据图判断，下列说法正确的是(注：不考虑无氧呼吸)(

)A.甲图中的纵坐标数值对应乙图中的m4B.甲图中C点时，乙图中有m1＝n1＝m4＝n4C.甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，其主要原因是m1值太低D.甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1>0，m2＝n2>0解析分析题图可知，乙图中上面的细胞器是线粒体，下面的细胞器是叶绿体。M代表CO2，N代表O2。甲图中的纵坐标数值为净光合作用量，故当光照强度小于C点对应的光照强度时，对应图乙中的m2，当光照强度大于C点对应的光照强度时，对应图乙中的m3，即从外界吸收的CO2量，A错误；甲图中C点既没有CO2的释放也没有CO2的吸收，因此m1＝n1＝m4＝n4，B正确；甲图中E点以后，乙图中n4不再增加，说明光合作用强度不再随光照强度的增强而增加，其主要原因不是m1值太低，而是受外界CO2量的影响，也就是受m3的影响，C错误；甲图中A、B、C、D、E任意一点，乙图中都有m1＝n1>0，但由于D、E点细胞呼吸强度小于光合作用强度，应为m3＝n3>0，C点细胞呼吸强度等于光合作用强度，m3＝n3＝0，C、D、E点时都有m2＝n2＝0，D错误。答案B[变式训练2]

植物的光合作用受光强度、CO2浓度等环境因素的影响(如图)。下列叙述错误的是(

)A.A点条件下NADPH的合成速率大于B点B.B点条件下C5的再生速率小于C点C.X一般大于大气中CO2浓度D.A点对应的光强度一般大于全日照解析

A点光照强度大于B点，光反应强，NADPH的合成速率也较大，A正确；B点CO2浓度小于C点，碳反应较弱，C5的再生速率较小，B正确；CO2为X浓度条件下植物光合速率较大，因此X一般大于大气中CO2浓度，C正确；A点对应的光强度下，光合速率最大，为光饱和点，但全日照的光强度，根据题意无法判断，故选D。答案

D联想质疑★叶绿体是光合作用的场所，是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”。光照强度对光合作用强度的影响曲线①关键点：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，单位时间内释放的CO2量表示呼吸速率。B点细胞呼吸释放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等，此时的光照强度称为光补偿点。C点时已经达到了光饱和点，此时光照强度增加，光合作用强度不再增加。②关键线段：AB段光合作用的强度小于细胞呼吸的强度；BC段光合作用的强度大于细胞呼吸的强度。微观分析光合作用与细胞呼吸之间的气体变化低影响光合作用的因素及应用———————————————知识梳理———————————————一、影响光合作用的环境因素

环境因素为影响光合作用的外因，影响光合作用的内因包括色素的种类和含量，酶的含量和活性等因素。1.光照强度光照强度低时，植物光合速率____。光照强度增强，光合速率______；光照强度进一步提高，光合速率_______________；光照强度超过某一定值时，光合速率__________。变大增加幅度减小不再增加2.CO2的浓度CO2是光合作用的______之一。在__________内，植物光合速率随着CO2浓度的上升而_______，达到某一定值后，再增加CO2浓度，光合速率_____________(如上图所示)。原料一定范围增加不再增加3.温度温度影响___________，因而对光合速率也有明显的影响。(1)不同植物光合作用的最适温度________，一般在25～30℃。(2)低温下植物光合速率变____的原因主要是_________降低。(3)高温下光合速率变___的原因主要是高温使植物_________，影响____________，减少了_______进入细胞的量。酶活性不同低酶活性低失水过多气孔的开闭CO24.水和矿质元素会直接或间接地影响植物光合速率。(1)水是光合作用的________，能_______影响植物光合速率；(2)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响_______的合成，缺少Mg会影响_________的合成。土壤矿质元素过多，会引起细胞渗透失水，光合速率下降。原料直接ATP叶绿素二、光合作用原理的应用及化能合成作用1.光合作用原理的应用(1)大田：利用________________等措施充分吸收阳光以达到目的。(2)大棚：适当_______________，提高________________以提高光合作用效率。(3)提供适宜浓度的_______________，如施用含N、P、K、Mn、Zn元素的肥料。套种、合理密植延长光照时间CO2浓度和温度矿质元素2.化能合成作用(1)概念：利用体外环境中的某些_________氧化时所释放的能量来____________的合成作用。(2)实例：硝化细菌能利用____氧化成________，进而将亚硝酸氧化成_________，这两个过程中释放的化学能将______________合成为糖类，供自身利用。无机物制作有机物氨亚硝酸硝酸二氧化碳和水———————————————素养提升———————————————科学思维——影响光合作用的因素及应用科学家研究光照强度、CO2浓度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图，请据图分析：(1)结合光合作用的过程，解释曲线Ⅰ形成的原因。提示光照是光合作用光反应的条件，主要影响光反应。光照强度增加，[H]和ATP生成速率增大，光合作用速率增加，当达到饱和点后，光合作用速率不再增加。(2)光照强度为a时，曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明什么？此时曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异主要由

引起。提示光照强度为a时，曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明此时温度不是限制因素，光照强度才是限制因素。CO2浓度(3)光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么？提示温度不同。【拓展应用】提高作物产量的四大途径途径措施或方法延长光照时间补充光照增大光合作用面积间作、合理密植提高光合作用效率提供适宜光照强度、提高CO2浓度(如通风)、合理施肥(供应适量必需矿质元素)提高净光合作用速率维持适当昼夜温差(白天适当升温，晚上适当降温)[典例3]

下图甲表示植物光合速率受光照强度影响的变化曲线。图乙表示植物在不同外界环境条件下，光合速率受CO2浓度影响的变化曲线。分析回答下列问题：(1)图甲中，当光照强度为K点时，叶绿体中ADP的移动方向是从

移向

。(2)图乙中，A点对应条件下，叶肉细胞中C3含量

于B点；C点对应条件下，叶肉细胞中C5含量

于B点；结合图甲信息，D点对应条件下，叶肉细胞中C5含量

于C点。(3)根据图甲信息，图乙中的N线与K线应重合，而实际情况不是这样的。写出一个引起图乙中阴影显示的差距的主要外界因素

。(4)综合上述分析，影响植物光合速率的因素包括___________________________。答案(1)叶绿体基质叶绿体类囊体薄膜(2)低高约等(3)温度(4)光照强度、CO2浓度、温度【一题多变】

根据图中的曲线分析，在晴天，大田农作物光合作用的主要限制因素是什么？提示CO2浓度联想质疑★缺水时气孔关闭，影响CO2进入叶肉细胞，从光合产物积累的角度分析，植物缺水导致光合产物输出缓慢，使光合速率下降。★大棚中增加CO2浓度有助于提高作物光合作用效率。多因子对光合速率的影响(1)曲线分析：P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。Q点：横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高图中的其他因子。(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。大田中植物出现光合“午休”现象的原因是什么？提示：大田植物出现光合“午休”是因为中午气温过高，为降低蒸腾作用，气孔关闭，导致外界CO2无法进入叶片内部。课堂小结光照光暗酶的活性第2课时光合作用的原理和应用第4节光合作用与能量转化第5章细胞的能量供应和利用学习目标核心素养

1．说出光合作用的概念和反应式。2．说明影响光合作用的因素。1．通过叶绿体结构和功能相统一的学习，培养结构与功能相适应的生命观念。2．通过探究光合作用的历程，提高实验设计和实验结果分析的科学探究能力。一、光合作用(1)概念:(2)过程: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。CO2+H2O

（CH2O)+O2

光能叶绿体二、光合作用的原理

叶绿体是如何将光能转化为化学能？又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？

19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和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。

1937年，希尔发现，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），在光照下可以释放出氧气。希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。1、光合作用的探究历程1、光合作用的探究历程1940年，鲁宾和卡门（同位素标记法）CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2结论：光合作用释放的氧来自水

1954年，阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。

1、光合作用的探究历程光合作用释放的O2来自H2O在光照下，叶绿体可合成ATP。上述实验表明1957年，发现这一过程总是与水的光解相伴随。H2O光能叶绿体中的色素水在光下分解O2﹝H﹞ADP+PIATP酶供能（CH2O）CO22C3固定C5还原多种酶参加催化光反应暗反应（类囊体的薄膜）（叶绿体基质）供氢

酶2、光合作用的过程色素分子可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原光反应暗反应

光合作用的第一阶段必须有光才能进行光合作用的第二阶段，有没有光都可以进行反应阶段反应部位反应条件物质变化能量变化产物两阶段相同点光合作用实质光反应暗反应叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体基质叶绿体色素、酶、光能酶H2O[H]+O2酶ADP+Pi+能量ATP酶ATP→