资源简介

(共40张PPT)
5.4.2 光合作用的原理和应用
绿叶海蛞蝓（海天牛）
吞食了滨海无隔藻的绿叶海蛞蝓，能够“盗取”藻类细胞中的叶绿体，进行光合作用，供给生命维持9个月。
思考
光合作用是怎样进行的？
光合作用的原理
光合作用的概念
光合作用的过程
（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
温故知新
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叶绿体，利用光能，将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。
原料
动力
场所
产物
一部分是淀粉，一部分是蔗糖，蔗糖可进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处
1、叶绿体如何将光能转化为化学能？
2、光合作用如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
3、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
思考
探索光合作用原理的部分实验
1、19世纪末：甲醛→糖
2、1928年：甲醛不能通过光合作用转化为糖
甲醛对植物有毒
结论：“光合作用产生的氧气全部来自于二氧化碳”可能是错误的。
为了弄清氧气是否全部来自CO2，人们提出了“甲醛说”：
3、1937 年，英国植物学家希尔：
探索光合作用原理的部分实验
光照
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。
那么，光和作用产生的氧气来自哪里呢？：
结论：氧气可以来自水中的氧。
3、希尔反应：
讨论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的氧元素全部都来自水？
讨论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？
探索光合作用原理的部分实验
不能说明。希尔的实验未排除叶绿体中其他物质的干扰，并未直接观察氧元素的转移。
能说明。希尔反应是将叶绿体置于悬浮液中完成，悬浮液中有水，无合成糖的另一种必需原料---CO2，所以该实验说明水的光解并未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过程。
探索光合作用原理的部分实验
O2
18O2
C18O2
H2O
CO2
H218O
光照射下的小球藻悬浮液
4、1941年，鲁宾、卡门实验，用同位素示踪的方法：
结论：
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而不来源于CO2。
为了弄清氧气是全部来自水还是部分来自水部分来CO2，进行了同位素示踪实验：
5、美国科学家阿尔农
1954年发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年发现，这一过程总是与水的光解（希尔反应）相伴随。
探索光合作用原理的部分实验
讨论. 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
年代 科学家 结论
1771 普利斯特利 植物可以更新空气
1779 英格豪斯 只有在光照下绿叶才可以更新空气
1845 R．梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864 萨克斯 绿色叶片光合作用产生淀粉
1881 恩格尔曼 氧由叶绿体释放出来，叶绿体是光合作用的场所
1941 鲁宾和卡门 光合作用释放的氧来自水
20世纪40代 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2
探索光合作用原理的其他实验
类囊体
叶绿体基质
ADP+Pi
ATP
酶
NADPH
NADP+
酶
H+
H2O
O2
光合作用的过程---光反应
NADPH：还原型辅酶II，活泼的还原剂
NADP+：氧化型辅酶II
光合作用的过程---光反应
条件 ：
光、色素、酶
场所：
物质变化
水的光解：
ATP的合成：
叶绿体类囊体薄膜上
光能
能量转变：
ATP中和NADPH中的化学能
产物：
O2、NADPH、ATP
H2O NADPH+O2
光
ADP＋Pi +光能 ATP
酶
光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？
思考
卡尔文
1961年诺贝尔化学奖得主
卡尔文循环
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转化成有机物中的碳，这一途径称为卡尔文循环
类囊体
O2
光反应
NADPH
ADP+Pi
NADP＋
叶绿体基质
（CH2O)
暗反应
2C3
C5
C3：三碳化合物=3-磷酸甘油酸
C5：五碳化合物=核酮糖-1，5-二磷酸=RuBP
ATP
光合作用的过程---暗反应/碳反应/卡尔文循环
C3：三碳化合物=3-磷酸甘油酸
C5：五碳化合物=核酮糖-1，5-二磷酸=RuBP
光合作用的过程---暗反应/碳反应/卡尔文循环
条件：
有光无光都可，需要多种酶
场所：
叶绿体基质
物质变化
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP和NADPH中的化学能
2C3+NADPH （CH2O）+C5
酶
ATP
ADP+Pi
能量变化：
有机物中稳定的化学能
产物：
（CH2O） 、 ADP 、 Pi、 NADP+
光合作用的过程---暗反应/碳反应/卡尔文循环
光合作用的过程
光合作用过程的示意图
光合作用的过程
2C3
C5
CO2
CO2
的固定
（CH2O）
C3的还原
多种酶
H2O
在光下分解
O2
酶
ADP+Pi
NADP+
NADPH
ATP
光反应阶段
类囊体薄膜
暗反应阶段
叶绿体基质
H+
光反应 碳反应
条件
场所
物质变化
能量变化
必须有光
有光或无光均可
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质
水光解为O2和H+,
ATP和NADPH的合成
CO2的固定，C3的还原，
ATP和NADPH的分解
光能转变为ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能
转变为有机物中稳定的化学能
光反应生成的NADPH和ATP供暗反应C3的还原，
暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。
物质联系：
光反应和暗反应的区别和联系
能量联系：
光反应为暗反应提供了活跃的化学能，
暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
C3、C5、ATP、NADPH含量变化
条件
停止光照、
CO2供应不变
突然光照、
CO2供应不变
光照不变、
停止CO2供应
光照不变、
增加CO2供应
C3
C5
ATP
NADPH
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
光合作用原理在生产中有哪些应用？
思考
阅读教材105页实验过程，找出本实验的几个概念：
1、探究目标：_________________________________________
2、光合作用强度定义：____________________________________
3、自变量：__________,如何控制______________________
4、因变量：______________,观察指标是___________________
5、无关变量：___________________________
任务一：（2分钟）
光照强度
调节烧杯和光源之间的距离
光合作用强度
小圆叶片浮起的数量
CO2的浓度，温度，叶片的大小，灯源的功率等等
探究光照强度对光合作用强度的影响
探究光照强弱对光合作用强度的影响
植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量
探究光照强弱对光合作用强度的影响
操作步骤
打出叶圆片（避开大叶脉）
排出叶圆片中的空气，置黑暗处清水中
准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水
向小烧杯内加入叶圆片，控制光强
观察并记录一段时间内叶圆片浮起数量
探究光照强弱对光合作用强度的影响
探究光照强弱对光合作用强度的影响
任务二：讨论
1.如何使小圆叶片内的气体逸出
将小圆形叶片放入注射器中，并让注射器吸入清水，排出注射器内残留的空气。用手堵住注射器前端的小孔，并缓缓拉动活塞
2.将内部气体逸出的小圆形叶片放入黑暗处清水中，将会发生什么变化？
因细胞间隙充满水而沉到水底
3.如何增加清水中的CO2含量？
吹气，或用质量分数为1%--2%的NaHCO3溶液
影响光合作用强度的因素有哪些？
思考
光合作用是否为自然界中唯一制造有机物的方式？
思考
2NH3+3O2
硝化细菌
2HNO2+2H2O+能量
2HNO2+O2
硝化细菌
2HNO3 + 能量
CO2+H2O
硝化细菌
（CH2O）+O2
自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用
化能合成作用
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产生量，是光合作用实际产生的总O2量吗？
思考
用这种方法观测到的O2产生量，实际是光合作用的O2释放量，与植物光合作用实际产生的O2量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用的消耗。
练习
如图是生活在一定环境中的绿色植物光合作用部分过程图解，其中A、B、C表示三种化合物，a、b表示两个生理过程，相关叙述错误的是:
A．该过程发生的场所是叶绿体基质
B．C物质可以作为b过程的还原剂
C．无光条件利于此过程的进行
D．CO2浓度突然降低会导致B物质含量
C
C
如图为光合作用示意图。下列说法错误的是：
A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原（CH2O）
C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去
D．增加光照强度或降低CO2浓度，C3的含量都将减少
练习
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(如图所示)，这4个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是
C
练习
练习
睡莲叶片上表皮的气孔数目多于下表皮，此特点有利于睡莲与外界环境进行气体交换。气孔关闭会导致睡莲叶片光合作用速率下降，主要是因为:
A．光合色素含量减少导致
B．光反应产生的氧气过少
C．暗反应中三碳化合物数量不足
D．暗反应生成的有机物数量过多
C
练习
硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中，其部分代谢反应如下图所示，下列关于硝化细菌的培养条件的描述正确的是:
A．碳源为葡萄糖 B．培养时需隔绝空气
C．氮源是氮气 D．硝化细菌是自养生物
D
一、概念检测
1.√ × ×
2.D
3.提示:按照教材第103页图5-14解答。
二、拓展应用
1.（1）光照强度逐渐增大
（2）此时温度很高，导致气孔大量关闭，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）根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。
课后练习答案
2.提示:植物的生活需要水无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳),从给出的信息可以看出,植物生长的基本条件都是满足的,因此,只要没有病虫害等不利因素,这株植物(幼苗)就能够生存一段时间但究竟能够生存多长时间,涉及的问题很多。潮湿的土壤含有水分,植物根系吸收水分后,大部分可通过蒸腾作用散失到空气中,由于瓶是密闭的,散失到空气中的水分能够凝结,回归土壤供植物体循环利用。但是,随着植株的生长,越来越多的水分通过光合作用成为有机物的组成部分,尽管有机物能够通过呼吸作用释放出二氧化碳和水(这些水既可以散失到空气中回归土壤,也可以在叶片细胞中直接用于光合作用),毕竟有机物是不断积累的,这意味着回归到土壤的水分会越来越少,有可能成为影响植物生存的限制因素,因此,要预测植物生存的时间,需要知道土壤含水量和植物体内有机物积累速率等信息。土壤中的无机盐被植物根系吸收以后,绝大部分成为植物体的组成成分(少量可能随落叶归还土壤),因此难以循环利用,但植物对无机盐的需要量是很少的,土壤中无机盐到底能满足植物体生长多长时间的需要与土壤的多少土壤中各种无机盐的含量,植株的大小等有关,这些信息是任务提示中没有给出的,因此不能从这方面做出准确预测,从给出信息可知,在阳光和温度方面不存在制约瓶中植物生存的问题。二氧化碳是植物进行光合作用必需的原料之一瓶中的二氧化碳通过植物的光合作用被植物体利用,转化为有机物。有机物通过植物的呼吸作用分解成二氧化碳和水，可见二氧化碳在植物体和瓶中空气之间是可以循环的。但是随着植株的生长,有机物会不断积累,这意味着中空气所含的二氧化碳会逐渐减少要预测瓶中二氧化碳能维持植物体生存多长时间,还需要知道瓶中二氧化碳总量、植物体光合速率呼吸速率或有机物积累速率等信息。上述推理大多是建立在植物体不断生长基础上的,这是因为玻璃瓶容积小,植物幼苗正在处于生长期。此外,瓶中植物生存时间的长短,还与植物的种类有关。如果是寿命很短的某种草本植物,即使瓶中各种条件长久适宜,植物生存的时间也不会长。
课后练习答案
板书设计
第5章 第4节 二、光合作用的原理和应用

展开更多......

收起↑