资源简介 (共69张PPT)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第2课时 光合作用的原理(蓝绿色)叶绿素a(黄绿色)叶绿素b(橙黄色)胡萝卜素叶 黄 素(黄 色)叶绿素(约占3/4,主要吸收红光和蓝紫光)类胡萝卜素(约占1/4,主要吸收蓝紫光)绿叶中的色素叶绿体双层膜基质中有许多由囊状结构堆叠而成的基粒光合色素分布在类囊体薄膜上,光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。结构功能温故知新:绿叶中的色素思考:叶绿体中的光合色素捕获光能将通过什么方式转化为什么物质呢?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 多种酶人们是如何发现光合作用过程的呢?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 1.19世纪末 甲醛→糖 “甲醛说”2.1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖,甲醛对植物有毒。CO2O2C + H2O甲醛探究光合作用原理的部分实验思考.讨论二. 光合作用的原理3.1937年,希尔希尔反应: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只有H2O没有CO2离体的叶绿体悬浮液O2结论:O2的产生和糖类的合成不是同一个反应(1)希尔的实验说明水的光解产生氧气,是否说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水?不能说明,希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解,产生氧气该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移。(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。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有H2O,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联,暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。实验思路:用放射性同位素标记来研究物质的去路材料:小球藻处理:用18O分别标记CO2和H2O,给予光照。光合作用释放O2的O到底是来自H2O,还是CO2,还是二者都有?4.1941年 美国 鲁宾和卡门(同位素示踪法)光合作用产生的O2来自于H2O,不来自CO2。结果:A为O2,B为18O2;结论:5.1954年,阿尔农在光照下,叶绿体可合成ATP这一过程总是与水的光解相伴随1957年,阿尔农H2O O2 + 2H+ + 能量光照叶绿体尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系:ADP+Pi ATP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1.光合作用分为哪几个阶段?分类依据是什么?2.每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何?自主学习:请自主阅读课本P103-104页,小组合作完成以下问题。光反应阶段 暗反应阶段区别 反应条件反应场所物质变化能量变化联系 二. 光合作用的原理划分依据:反应过程是否需要光能光反应阶段:暗反应阶段:(碳反应)光合作用的第二阶段,有没有光都可以进行。光合作用的第一阶段,必须有光才能进行。二. 光合作用的原理光合作用的过程——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:H2O O2 + 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+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、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NADPH②暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+光合作用的过程(视频)二. 光合作用的原理小组讨论,问题探究: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 → O2CO2 + H2O光能叶绿体(CH2O)+ O2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:2H2O O2 + 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+C5 2C3C3的还原:2C3 (CH2O)+C5酶ATP、NADPH整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么?物质变化:无机物能量变化:光能转变转变光合作用的实质:合成有机物,储存能量。有机物糖类等有机物中的化学能特别说明:光合作用的产物除糖类和氧外,还有氨基酸、脂肪等有机物6. 光合作用的意义①把无机物合成有机物,不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源.②将光能转换成化学能,贮存在有机物中,提供了生命活动的能量来源.③维持了大气成分的基本稳定1.新陈代谢的定义: 。2.同化作用的定义:3.异化作用的定义:生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质,并且储存能量的变化过程。生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解,释放出其中的能量,并且把分解的终产物排出体外的变化过程。细胞内全部化学反应的总称三. 化能合成作用自养型:能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身组成物质,并储存能量一类生物同化作用类型异养型:不能直接利用无机物制成有机物,只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质,并储存能量的一类生物例如:人、动物、真菌、大多数细菌光能自养型:化能自养型:自养型如:植物、蓝藻、光合细菌硝化细菌、硫细菌、铁细菌异化作用类型需氧型厌氧型兼性厌氧型同化作用类型:新陈代谢类型:同化作用类型+异化作用类型自养型异养型自养需氧型异养需氧型异养厌氧型异养兼性厌氧型——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CO2+H2O (CH2O)+O2能量酶三、化能合成作用1.光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。如图为绿色植物光合作用图解,下列叙述正确的是A.①是光合色素,分布在细胞质基质中B.②是氧气,在类囊体薄膜上产生C.③是C5,能被还原为(CH2O)D.④是ATP,在叶绿体基质中生成√解析 ①是光合色素,分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;②是氧气,在类囊体薄膜上产生,来自光反应过程中水的光解,B正确;③是C3,能被还原为(CH2O),C错误;④是ATP,在叶绿体的类囊体薄膜上产生,在叶绿体基质中消耗,D错误。第3课时 光合作用的影响因素及应用条件骤变对光合作用中各物质的影响叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+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、ATP C3 C5 (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C52C3ADP+PiATPH2OO2H+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、ATP C3 C5 (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,完成表格暗反应光照不变,停止CO2供应暗反应C3含量下降C5含量上升NADPH、ATP增加O2产量减少仍可进行:CO2 + C5 → 2C3酶停止2C3 +NADPH (CH2O)+C5酶ATP光反应停止H2O →2 NADPH + 1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP没有暗反应光反应也不能进行2C3 +NADPH (CH2O)+C5停止光照,CO2供应不变光反应停止NADPH、ATP、O2产生减少暗反应仍正常进行停止C3含量上升C5含量下降(CH2O)合成量减少H2O →2 NADPH+ 1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP酶ATP:CO2 + C5 → 2C3酶暗反应停止没有光反应就没有暗反应1.(科学探究-生命过程分析)在正常条件下进行光合作用的某植物,当突然改变某条件后,即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量突然上升,则改变的条件是( )A.停止光照 B.停止光照并降低CO2浓度C.升高CO2浓度 D.降低CO2浓度D课堂小练2.一株栽培在适宜于光合作用条件下的植株,如果环境中CO2含量突然降至极低水平,此时叶肉细胞叶绿体内的C3、C5、ATP在极短的时间内的含量变化情况依次是( )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课堂小练情景材料一1.大棚种植阴雨天应补充蓝紫光2.大田生产“正其行,通其风”3.多施有机肥或农家肥”5.农田灌溉系统灌溉农作物4.大棚内燃放煤炉光照强度光的种类CO2浓度CO2浓度无机盐温度 CO2浓度水思考:这些提高粮食产量的方法涉及哪些因素?它们与光合作用强度有关吗?①光合作用强度(光合速率)的表示方法:6CO2+12H2O C6H12O6+6O 2+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?1.实验原理叶片含有空气,上浮抽气叶片 ;O2充满细胞间隙,叶片 。光合作用下沉上浮产生O2五、环境因素对光合作用的影响探究光照强度对光合作用的影响实验探究·实践:探究环境因素对光合作用的影响自变量: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无关变量:如温度、CO2等,要求相同且适宜控制方法:如温度,用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰2. 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。(避开叶的主脉)(2)将圆形叶片置于注射器内,并让注射器吸入清水,待排出注射器内残留空气后,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。这一步骤可重复几次。(3)将内部气体逸出的小圆形叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满了水,所以全都沉到水底。避免光合作用产生O2,使叶片上浮(4)取3只小烧杯,分别倒入20 mL富含二氧化碳的清水(事先可用口通过玻璃管向清水内吹气)。(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)。冷光源光源会产生热量,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。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探究光照强弱对光合作用强度的影响实验结论: 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。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六、影响光合作用的因素光照强度CO2吸收量CO2释放量ABCA点:只呼吸不光合光补偿点光饱和点OcbO2CO2AB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ABC光补偿点光饱和点Ocb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光强补左饱右光弱补右饱左外部因素①: 光照强度①大棚种植阴雨天应补充光照,把光强控制在光饱和点,至少要在光补偿点之上;②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求,控制光照强弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。应用:1.外部因素①: 光照强度光合作用强度O光照强度121410一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,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①多施有机肥或农家肥;(利用有机肥微生物呼吸作用释放的CO2 );②大田生产“正其行(合理安排植株的间距),通其风(补充新鲜的CO2)”,即为提高CO2浓度、增加产量;③释放一定量的干冰或给植物浇碳酸饮料(施NH4HCO3)。②CO2浓度:应用: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O2.内部因素①: 物种CO2吸收量OCO2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···ABC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ABC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。O2CO2O2CO2O2CO2O2CO2O2CO2O2CO2只有呼吸作用,无光合作用光合作用<呼吸作用光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用植物在进行光合作用的同时,还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标,如O2的释放量,是植物光合作用实际产生的总O2量吗?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O2CO2释放CO2 (可以测得)净光合速率:总光合速率:O2的释放量CO2的吸收量有机物的积累、增加量O2产生、制造量CO2固定、同化、消耗量有机物制造、产生、合成量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 CO2 O2 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AB光照强度0吸收量CO2CCO2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.AD段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是___________________;2.DH段玻璃罩内CO2浓度下降的原因是___________________;3.HI段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是___________________;4.光合速率等于呼吸速率的点是_______;5.经过一昼夜的时间,该植物是否生长?____。判断的依据是___________________________________________________思考光合速率<呼吸速率光合速率<呼吸速率光合速率>呼吸速率D、H是I和A点相比,玻璃罩内CO2浓度减少,减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。1.如图是密闭玻璃罩内的植物一天中光合速率的变化曲线图。课堂小练2.在我国西北地区,夏季日照时间长,昼夜温差大,那里出产的瓜果往往特别甜。这是因为( )A.白天光合作用微弱,晚上呼吸作用微弱B.白天光合作用旺盛,晚上呼吸作用强烈C.白天光合作用微弱,晚上呼吸作用强烈D.白天光合作用旺盛,晚上呼吸作用微弱√下节课见! 展开更多...... 收起↑ 资源列表 5.4 光合作用与能量转化(第2、3课时).pptx media1.mp4