资源简介

(共47张PPT)
5.4 光合作用与能量转化
叶子概念车
光合作用的概念及反应式
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 转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气 的过程。

反应式： 。
CO2+H2O (CH2O)+O2
叶绿体
光能
场所
条件
原料
产物
叶绿体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？
探究光合作用原理的部分实验:
【资料1 】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。
C6H12O6
葡萄糖
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
【资料2 】1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。
1、什么是希尔反应？
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称作希尔反应。
2、根据资料2，尝试补充完整希尔的实验表达式。
3.希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？
4.希尔的实验是否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应？
5、希尔实验中的氧化剂起到什么作用？叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
6、若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？
2H2O
光照、离体叶绿体、铁盐（或其他氧化剂）
O2+4H++4e-
不能，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。
能够说明，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2的碳元素。
氧化剂结合水分解产生的H+和e-,叶绿体内参与光合作用的氧化剂是NADP+
可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
【资料3】 1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
对比实验
实验结论：光合作用释放的氧气来自于水。
【资料4 】1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
（1）根据资料4中实验，你可以得出什么结论？
光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。
（2）尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
2H2O O2+4NADPH+能量
ADP+Pi ATP
光能
叶绿体
【资料5 】离体叶绿体实验过程及结果
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。
光
NADPH
ATP
实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程
材料：小球藻
处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。
CO2→C3 → C6
C5
结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6
结论：
0.5 秒后
5秒后
【资料6 】卡尔文实验（一）
三碳
化合物
多种产物：
C3、C5、C6等
CO2是如何转变成糖类的呢
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
结论：
C3与C5之间是相互循环的。
【资料7 】卡尔文实验（二）
C5
C3
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一
光能
叶绿体中的色素
水
高能电子
ATP
NADPH
光能
e
e
电子传递
阅读P103-104，思考光合作用分为几个阶段，场所分别在哪，各阶段物质变化是什么，能量变化是什么？
光、色素、酶
叶绿体的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O 1/2O2 +2e-+2H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
光能转变为NADPH、ATP活跃的化学能
NADPH的合成:
NADP+ +H++2e- NADPH
酶
光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
光合作用的原理
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H++e-
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
光
O2
水
CO2
叶绿体基质
多种酶
叶绿体的基质中
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
①CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
②C3 的还原：
ATP
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
＋ C5
物质变化
能量变化：
NADPH
2C3
C5
CO2的固定
(CH2O)
C3的还原
NADPH
ATP
核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
三磷酸甘油酸
暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列的反应后生成糖类。
光合作用过程示意图
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
光合作用的原理
1、光合作用过程中的能量的转移途径？
ATP和NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
光能
2、分析光反应和暗反应之间的联系？
思考
光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。
3、分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？
ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质；
ADP和NADP+：从叶绿体基质 类囊体薄膜。
4、叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
场所：细胞质基质、线粒体、叶绿体
光合作用产生的ATP只用于暗反应C3 的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动。
联系 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、ATP、NADPH
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质中
水的光解；ATP、NADPH的合成
CO2的固定；C3的还原
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
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi
光反应VS暗反应
物
质含
量
时间
强光照
NADPH、ATP,
C5,(CH2O)合成量
弱光照
CO2浓度不变，突然降低光照强度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
ATP和NADPH减少，C3 增加，C5减少，有机物减少
C3
物
质含
量
时间
CO2缺乏
C3, (CH2O)
C5, NADPH, ATP
CO2充足
光照强度不变，突然降低CO2浓度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
C3 减少，C5 增加，ATP和NADPH增加，有机物减少
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
请根据光合作用反应式，从内、外因分析影响光合作用强度的因素有哪些？
CO2浓度
气孔开闭情况
水分
光
酶的种类、数量
色素的种类和含量
植物自身因素（遗传特性、叶龄、叶面积指数）
光（强度、时间、光质）
ＣＯ2浓度
矿质元素
水分
内因
外因
影响
因素
温度
（也可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。）
光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用强度的影响
圆形的生长旺盛的绿色小叶片
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
相同时间小圆形叶片浮起的数量
用台灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
控制方法
检测方法
无关变量：
温度、CO2浓度，光照时间等
实验目的：
实验材料：
实验原理：
叶片含有空气，上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
实验设计:
实验叶片：
同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…
NaHCO3溶液：
等量，相同浓度
台灯灯泡的功率（W） 40 40 40
台灯与烧杯的距离（cm） 10 20 30
叶片漂起的数量 5min
10min
15min
20min
25min
方法步骤
取材
取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm打孔器打出圆形小叶片
排气
用注射器使小圆片内气体逸出
沉水
处理过的小圆片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用
分组
取3只烧杯，分别倒入富含CO2的清水
光照
3个小烧杯各放入10片叶片，分别置于强中弱三种光源下
观察并记录
各实验小圆叶片浮起数量
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。
不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃）
台灯灯泡的功率（W） 40 40 40
台灯与烧杯的距离（cm） 10 20 30
叶片漂起的数量 5min 0 0 0
10min 9 8 7
15min 10 9 9
20min 13 10 10
25min 13 10 9
实验结果
实验结论
总光合速率=净光合速率+呼吸速率
请思考：实验所测是否为叶片实际光合作用强度？
O2
CO2
O2
较强光照时
CO2
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合
总光合
B：光合作用=呼吸作用
C点光合速率开始达到最大
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
AB段：光合作用<呼吸作用
B点以后：光合作用>呼吸作用
呼吸
A：只进行呼吸作用
C点之前限制光合作用的因素是光照强度
光照强度
A点
AB段
B点
B点以后
阴生植物
1.适当提高光照强度
2.大棚生产夜间人工光照以延长光合作用时间
3.合理密植—增加光合作用面积
4.间作套种
5.温室大棚：使用无色透明薄膜
6.补光----红光和蓝紫光
光照强度影响的应用
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
C点之后光合速率的限制因素：
主要为光照强度和温度。
B点：
C点：
1.多施有机肥或农家肥
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等
3.大田中“正其行，通其风”
应用：
CO2 浓度
原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用。
温度
应用：
①大田农作物适时种植，冬天利用大棚种植蔬菜
②温室栽培植物，晴天白天适当提高温度提高光合速率，晚上适当降温，以降低细胞呼吸，保证有机物积累。连续阴雨天白天和晚上均降温
原理:影响气孔开闭
“午休”现象
盛夏的中午，温度高，气孔大多关闭，植物因为缺少CO2而光合作用强度下降
矿质元素和水分
应用：
合理、适量施肥、灌溉，促进叶面积增大；
施用有机肥，被微生物分解后及时补充CO2又提供矿质元素
原理：矿质元素影响与光合作用有关的化合物的合成，如
N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分
P：NADPH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
P～Q的形成原因：
矿质元素过多、土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水萎蔫。
1.水分既是光合作用的原料，又是各种化学反应的介质。
2.缺水会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而影响光合作用。
叶龄和叶面积
应用：a.合理密植(增加光合作用面积)
b.套种间作
c.修剪以增加有效光合作用面积
d.适当摘除老叶。
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充CO2，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浓度以提高光合作用速率。
多因子变量对光合速率的影响
P点前制约因素是什么？Q点时制约因素是什么？
资料：我国北魏时期的农书《齐民要术》中，有关于栽种农作物要“正其行，通其风”的记载。
通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断流过叶面，提供较多的CO2，从而提高光合作用强度来光合产量。
问题：分析采取这种措施的原因是什么？
尝试利用光合作用原理建立植物工厂
控制室内的光照、温度、CO2浓度和营养液成分
问题：如何保证植物生长的最适环境条件呢？
解决问题
光合作用 细胞呼吸
实质
场所
条件
物质变化
能量变化
有光、无光都能进行
只在光下进行
细胞质基质和线粒体
化学能―→ATP中活跃的化学能＋热能
叶绿体
合成有机物储存能量
分解有机物释放能量
光能―→化学能
无机物―→有机物
有机物―→无机物
光合作用VS细胞呼吸
光合作用与细胞呼吸的联系
(1)过程联系
[H] H2O
有氧呼吸Ⅲ
1.光合速率与呼吸速率的关系
(1)绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数据为呼吸速率(A点)。
(2)绿色组织在有光条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
　光合作用与细胞呼吸的相关计算
项目 表示方法
净光合速率
真正光合速率
呼吸速率(遮光条件下测得)
CO2吸收量、O2释放量、C6H12O6积累量
CO2固定量、O2产生量、C6H12O6制造量
CO2释放量、O2吸收量、C6H12O6消耗量
2、植物三率的表示
(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动
1、阳生植物换阴生植物
2、光合作用最适温度调整为细胞呼吸最适温度
3、补充Mg2+
少数种类的细菌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+6H2O C6H12O6+ 6O2
在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？
电子显微镜下的一种硝化细菌（放大5000倍）
化能合成作用
2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？
二氧化碳发生器
植物工厂
问题探讨
红色/蓝色LED灯
二氧化碳发生器
1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。
①可以避免自然光照强度不足，光合作用强度降低而造成的减产。
②人工光源的强度和光质可调控，可根据植物生长情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。
二氧化碳浓度、营养液成分和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。
概念检测
1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( )
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( )
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( )
×
√
×
2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ）
A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类
D
3.如图为叶绿体中光合作用过程示意图，其中A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列说法错误的是（ ）
A.图中A的存在可以增加叶绿体内的膜面积
B.与光合作用有关的酶主要分布在A、C、D上
C.光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动
D.若突然停止光照，短时间内④的含量会增加
概念检测
B
练习与应用
二、
1.（1）光照强度逐渐增大
（2）温度过高，
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
（3）光照强度不断减弱（4）光照强度、温度
（5）利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、喷淋降温等
2.CO2和H2O逐渐被植物吸收，用于合成糖类，因此水分和二氧化碳可能成为限制因素
作业
1、提取绿叶中的色素用________，原因是________________________；分离色素用________，原因是________________________________
_____________________。二氧化硅的作用是____________，碳酸钙的作用是___________________。
2、绿叶中的色素在滤纸条上由上往下依次是_______________________，对应的色素颜色依次是_______________________，含量最多最少的色素依次是______________，溶解度最高最低的色素依次是____________。
3、叶绿素主要吸收__________光，类胡萝卜素主要吸收_____光。吸收光能的色素分布在________上，光合作用有关的酶分布在________________________。
4、鲁宾和卡门用同位素18O分别标记_________，证明光合作用___________。卡尔文用14C标记______，探明CO2中的碳在光合作用中转化为__________的途径，这一途径称为________。
无水乙醇
色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中
层析液
色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析
防止研磨中色素被破坏
有助于研磨充分
胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b
橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色
叶绿素a、胡萝卜素
蓝紫光和红
蓝紫
类囊体薄膜
叶绿体的类囊体薄膜和基质中
H2O和CO2
CO2
有机物中碳
卡尔文循环
释放的O2来自水
液在滤纸上扩散的快
胡萝卜素、叶绿素b
1、光合作用光反应阶段的场所是___________，发生的物质变化是
_________________________________________________，
能量转化是________________________。
光合作用暗反应阶段的场所是___________，发生的物质变化是
_______________________________________________，
能量转化是________________________________________。
2、光反应给暗反应提供________， 暗反应给光反应提供________，光合作用总的反应式为______________________。
3、光照强度增大短时间内ATP______[H]_____C3_____C5_____
CO2浓度增大短时间内ATP______[H]_____C3______C5_____
4、影响光合作用的环境因素是_________________________________，补偿点的特点是____________________。
5、测定呼吸速率将植物置于_____环境中，绿色植物在光下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为_____光合速率，真光合速率=________________。
类囊体薄膜上
水的光解：2H2O-→4[H]+O2、合成ATP：ADP+Pi--→ATP
光
酶
光能
CO2的固定：CO2+C5 -→2C3、
酶
ATP [H]
酶
光能转换成ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能变成有机物中稳定的化学能
叶绿体基质
C3的还原：2C3-----→(CH2O)+C5
ATP、[H]
ADP、Pi
CO2+H2O-----→(CH2O)+O2
光能
叶绿体
增加 增加 减少 增加
减少 减少 增加 减少
温度、水分和矿质元素、CO2浓度、光照强度
呼吸速率等于光合速率
黑暗
净
呼吸速率+净光合速率
1.光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程,众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是
A.希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
B.卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C.鲁宾和卡门用同位素示踪的方法发现了光合作用中氧气来自水
D.阿尔农发现在光照下,叶绿体可合成ATP,并发现该过程总与水的光解相伴
√
2.光合作用过程的正确顺序是
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
√
4.如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是
A.类囊体薄膜上有吸收光能的4种色素
B.物质②中可储存活跃的化学能，物质③为NADPH
C.在光照供应充足时，突然停止供应物质④，C5的含量将迅速下降
D.在整个光合作用过程中，植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能
√
3. 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
√
5.研究人员在适宜温度、水分和一定CO2浓度条件下，分别测定了植株甲和植株乙CO2吸收速率与光照强度的关系。下列相关叙述错误的是
A.图2生理状态对应图1的a点，植物不能正常生长
B.图1光照强度为b时，甲、乙总光合作用强度相等
C.光照强度为c时，甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg无机盐含量有关
D.适当增加CO2浓度，P点将向右上移
√
6.如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。下列分析错误的是
A.7～10时光合作用强度不断增强的原因
是光照强度逐渐增大
B.12时光合作用强度明显减弱的原因可能是叶片蒸腾作用强，部分气孔
关闭，进入体内的CO2减少
C.14～18时光合作用强度不断减弱的原因是光照强度逐渐减小
D.从图中可以看出限制光合作用的因素只有光照强度
√
7.图1是某高等植物叶肉细胞部分结构示意图，其中a～h为气体的相对值；图2为光照强度对该叶肉细胞CO2吸收量的影响。下列叙述错误的是
A.在图2甲时，图1中b、c、d、e的值均为零
B.在图2乙时，图1中该叶肉细胞中h＝c
C.图2中光照强度在丁点及之后，光合速率与
　呼吸速率相等
D.图1中当b、e为零且a、f不为零时，该叶肉
　细胞呼吸速率大于光合速率
√

展开更多......

收起↑