资源简介

(共36张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
必修一 分子与细胞
第5章 细胞的能量供应和利用
第二课时
1.19世纪60年代，科学家总结出光合作用的反应式。
CO2 + H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
一、光合作用的原理
（一）光合作用过程的部分实验探究
2.19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。
3.希尔反应
希尔的实验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？
不能，反应体系中还可能存在其他氧元素供体。
希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。
1937年希尔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。
4.鲁宾和卡门实验
实验方法：
同位素示踪
实验结论：
光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水
检测指标：释放出的O2的质量
小球藻悬浊液
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
5.阿尔农实验
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。
1954年，美国科学家阿尔农发现，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。
6.卡尔文实验
用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性。
探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径
放射性同位素示踪法
14CO2 14C3 (14CH2O)
C5
（二）光合作用的过程
1.光反应
类囊体薄膜上
的色素分子
光能
ADP + Pi
酶
ATP
O2
水在光下分解
H2O
H+
NADPH
NADP+
光合作用第一阶段必须有光才能进行，这个阶段是光反应阶段。
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
水的光解：
2H2O O2+ 4H+
光
ATP的合成：
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H++ 能量 NADPH
酶
②条件：
光、色素、多种酶等
①场所：
叶绿体类囊体薄膜
③物质转化：
光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能
④能量转化:
教材相关信息：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是什么？
活泼的还原剂；
储存部分能量供暗反应阶段利用。
2.暗反应
NADP+
酶
NADPH
ADP+Pi
酶
ATP
能量
能量
还原
多种酶 参与催化
(CH2O)
糖类
CO2
固 定
2C3
C5
光合作用第二阶段有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应。
②条件：ATP,NADPH，需要多种酶
①场所：叶绿体基质
C3的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
③物质转化
④能量转化:
ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
类囊体薄膜上
的色素分子
光能
NADP+
NADPH
ADP + Pi
酶
ATP
O2
水在光下分解
H+
H2O
CO2
固 定
2C3
酶
酶
还原
(CH2O)
糖类
多种酶 参与催化
C5
3.光反应与暗反应的联系
光反应
暗反应
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
→有机物中稳定的化学能
暗反应有光无光都能进行,若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长。
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，
暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
（三）光合作用
CO2 + H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
2.过程
1.概念
3.实质
合成有机物，储存能量。
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。
二、光合作用的原理的应用
（一）探究环境因素对光合作用强度的影响
1.光合作用强度
CO2固定量
有机物(糖类)生成量
O2产生量
单位时间内光合作用
表示：
指植物在单位时间内通过光合作用产物生成的数量或原料消耗的量。
2.分析--影响光合作用强度的因素
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体、酶
外因
内因
酶的种类、数量，色素的含量，叶龄等
光（光照强度、光质、光照时间）、CO2的浓度、温度、水、矿质元素等
3.探究光照强度对光合作用强度的影响
叶片中含有空气，上浮
①实验原理
抽气
叶片下沉
细胞间隙充满O2，叶片上浮
光合作用产生O2
②实验变量
自变量：
因变量：
光照强度
光合作用强度
调节小烧杯与台灯的距离来调节光照强度
观察指标：单位时间内小圆形叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用的时间长短
③实验步骤
选取生长健全、年龄近似、厚薄均匀的成长叶片数片，用直径约1cm的打孔器打小圆片30片（注意避开大的叶脉）
堵住注射器前端的小孔并缓慢拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出。重复几次。
将叶片放入烧杯中，放在暗处备用；叶片因细胞间隙充满水，全沉到水底
取3只小烧杯，分别倒入富含CO2（1%~2%的NaHCO3溶液）的清水；分别放入10片叶片，然后进行不同强度的光照。观察浮起叶片的数量。
项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 台灯与烧杯的距离 叶片浮
起数量
甲 10片 20 mL 5 cm 多
乙 10片 20 mL 30 cm 中
丙 10片 20 mL 50 cm 少
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(小圆形叶片中产生的O2多，浮起的多)
④实验结果
⑤实验结论
（二）影响光合作用强度的因素及应用
一定时间内CO2的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量。
光合作用速率：
实验测得：
一定时间内CO2的吸收耗量或O2释放量、(CH2O)等产物积累量。
O2
释放O2
（可以测得）
CO2
吸收CO2
（可以测得）
真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
（二）影响光合作用强度的因素及应用
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
光补偿点
光饱和点
D
1.光照强度对光合作用的影响
A点：只进行细胞呼吸，A点绝对值是呼吸强度。
AB段：光合作用<呼吸作用
B点：光补偿点
光合作用强度=细胞呼吸强度。
BC段：光合作用>呼吸作用
C点：光合作用强度最大。C点之前限制光合作用因素是光照强度。
D点：光饱和点
增加光照强度光合作用强度不再增加。
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
1.光照强度对光合作用的影响
植物体在B点时，它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于）
大于
植物处于光补偿点时，植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，而叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度，因为植物还有不少细胞如：根细胞不能进行光合作用，但是也需要进行呼吸作用消耗有机物。
阳生植物：在强光环境中生长健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物。
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。
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
阳生植物
阴生植物
A1
B1
C1
D
D1
应用：
阴雨天适当补充光照；植物工厂中适当提高光照强度
间作套种
合理密植
1.光照强度对光合作用的影响
条件改变 B点移动方向 D点移动方向 C点移动方向
适当增大光照强度 （CO2浓度）
适当减小光照强度 （CO2浓度）
植物缺少Mg元素
适当提高温度
左移
左移
右移
右移
右移
左移
右上方
左下方
左下方
右移
左移
左下方
1.光照强度对光合作用的影响
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
D
练习
1.下图中纵坐标表示植物某种气体吸收量或释放量的变化(注：不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式，单位的表示方法相同)。下列说法正确的是( )
A.若f点以后进一步提高光照强度，光合作用
强度会一直不变
B.若a代表O2吸收量，d点时，叶肉细胞既不
吸收O2也不释放O2
C.c点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D.若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，e点可能向右下方移动
D
大棚颜色（能让同色光透过）：白色透明>红色>蓝紫色>绿色
用相同强度光源照射：红光>蓝紫光>白光 >绿光
光合色素主要吸收蓝紫光和红光。
2.光质（光的波长）对光合作用的影响
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
E
3.CO2浓度对光合作用的影响
C点：CO2补偿点
光合作用速率=细胞呼吸速率
D点：CO2饱和点
E点后限制因素为光照强度和温度、酶的数量和活性等
B点 ：进行光合作用所需最低CO2浓度
AB：只进行细胞呼吸
施有机肥或农家肥；
大田中通风透气（正其行，通其风）。
应用：
A点：CO2补偿点
A′点：进行光合作用最低CO2浓度
B点、B′点：CO2饱和点
3.CO2浓度对光合作用的影响
干冰机
O
温度
A
光合速率
B
C
温度通过影响光合作用相关酶的活性影响光合作用强度。
最适温度下植物光合作用最大。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
适时播种;
温室中，白天适当提温，晚上适当降温
应用：
4.温度对光合作用的影响
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
Mg：叶绿素的重要组分
应用：合理施肥
5.矿质元素对光合作用的影响
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，植物光合作用速率下降。(烧苗)
水是光合作用的原料，间接影响光合作用。
6.水对光合作用的影响
应用：合理浇灌
缺水会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，进而影响光合作用。
7.多因子对光合速率的影响及应用
P点及P点之前：限制光合速率的因素为横坐标所表示的因素。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因素，影响因素主要 为各曲线所表示的因子。
8.内因
植物叶片的叶龄、叶绿素含量、酶的活性和数量、气孔导度等。
植物叶面积指数
三、光合作用的意义
将无机物合成有机物，提供自身的营养物质,也是人和动物的食物来源。
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。
维持了大气成分的基本稳定。
光能自养生物(绿色植物、光合细菌)
化能自养生物(硝化细菌等)
四、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
2HNO2+O2 2HNO3+能量
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
硝化细菌
硝化细菌等
探究历程
过程
光反应：类囊体薄膜
暗反应：叶绿体基质
光合作用与能量转化
光合作用应用
光合作用原理
化能合成作用
小结
外因
内因
酶的种类、数量，色素的含量，叶龄等
光（光照强度、光质、光照时间）、CO2的浓度、温度、水、矿质元素等
练习
2.红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图。下列叙述正确的是( )
A.光照强度为a时，每日光照12小时，一昼夜
后人参干重不变，红松干重减少
B.光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的
主要外界因素是CO2浓度
C.光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等
D.若适当增加土壤中无机盐镁的含量，一段时间后B植物的a点左移
D
3.某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列相关叙述错误的是( )
A.光照强度等于P时，突然增加二氧化碳浓度，
突变型的叶肉细胞内[H]和C5含量都减少
B.光照强度等于P时，突变型的暗反应强度大于
野生型
C.光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D.突变型植物更适合在强光照下生活
B
练习

展开更多......

收起↑