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光合作用的原理和应用
第二课时
为了提高空气质量，人们常常在客厅或者卧室等处摆放一些花卉等绿色植物。绿色植物是如何更新周围环境中空气的呢？
新疆种植的哈密瓜为什么比较甜？
从光合作用的中寻找答案
一、光合作用概念及反应式
指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。

反应式： 。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
场 所
条 件
产 物
原 料
CO2+H2O (CH2O)+O2
叶绿体
光能
光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？我们先来分析科学家做过的一些实验。
【探究光合作用原理的部分实验】
1、19世纪末
2、1928年： 甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒害作用
CO2
O2
C + H2O
甲醛
二、光合作用的发现历程
(CH2O)
→ 糖
希尔实验
实验思路：施加单一变量进行研究
材料：离体叶绿体
处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2；给予光照
结果：叶绿体有O2释放。
3、1937年，英国植物学家希尔
希尔反应：
叶绿体中H2O光解产生氧气。
推测：
O2全部来自H2O吗？
O2 O2 O2
O2
光合作用产生的O2来自H2O。
4、1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法）
结论：
H2O
H218O CO2
O2 O2
O2
O2 O2
O2
C18O2
O2
O2
O2 O2
O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
NADP++2H++2e- NADPH+H+
5、1954年，阿尔农
结论：
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光照时，在叶绿体中生成了ATP。
H2 O O2 ＋H+ ＋能量
光能
叶绿体
ADP ＋ Pi ＋ ATP
用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：
酶
酶
ATP合成酶
拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图
三、光合作用的原理
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
光反应
暗反应
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
1.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 O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量（光能) ATP
酶
光能→活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化：
H+
NADPH的合成：H+ + NADP+ + e- NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
O2
光能
酶
卡尔文循环
实验：卡尔文实验1
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。
结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6
结论：
三碳化合物
其他中间产物
5秒后
60秒后
CO2 C3 C6
C5
卡尔文循环
卡尔文实验2：
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。
五碳化合物
三碳化合物
叶绿体基质
糖类
ATP
NADPH
CO2
还
原
（CH2O）
多种酶参加催化
2C3
C5
固定
2.暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
NADPH 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化:
五碳化合物
三碳化合物
叶绿体基质
糖类
ATP
NADP+
NADPH
NADPH
CO2
还
原
（CH2O）
多种酶参加催化
2C3
C5
固定
（叶绿体基质）
（叶绿体类囊体薄膜）
3.光合作用过程图解
光 反 应
暗 反 应
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
4.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）
CO2+H2O*
光能
叶绿体
（CH2O）+O2*
H2O* →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
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
多种酶
2H2O →O2+4NADPH
ADP+Pi+能量→ATP
光能→ATP、NADPH中的活跃的化学能
ATP、NADPH中的化学能→糖类中稳定的化学能
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
2C3
CO2+C5→2C3
NADPH
(CH2O) +C5
ATP
讨论：叶绿体处于不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化（学习笔记85页）
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
五碳化合物
三碳化合物
叶绿体基质
糖类
ATP
NADPH
CO2
还
原
（CH2O）
多种酶参加催化
2C3
C5
固定
四、光合作用原理的应用
CO2浓度
水分
光
光质（光的颜色）
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
气孔开闭情况
光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
影响
因素
实验材料
1.实验：探究环境因素对光合作用强度的影响
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5W的LED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：
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
实验原理
①实验叶片：
同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…
②NaHCO3溶液：
无变量：
等量,相同浓度
实验步骤
实验步骤
实验步骤
实验步骤
实验步骤
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
实验结果
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
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。
实验结论
据图分析，实验所测是否为叶片实际光合作用强度？
真正（总）光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
O2
CO2
O2
CO2
较强光照时
（可以测得）
（可以测得）
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
D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
AB：光合作用<呼吸作用
BC：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
应用：合理密植；间作套种；适当剪枝
2.分析影响光合作用的因素
（1）光照强度
（2）CO2浓度
A点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）
A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度
B和B′点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）
应用：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
（3）温度
温度过高时酶活性降低或植物气孔关闭，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。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。
应用：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
3.植物“午休”现象的原因之一
“午休”现象
（4）矿质元素
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
应用：合理施肥
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。
（5）水
1.水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用
2.缺水又会导致叶片气孔关闭，限制CO2
进入叶片，从而间接影响光合作用。
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
应用：预防干旱，合理浇灌
叶龄和叶面积对光合作用强度的影响
应用：a.合理密植(增加光合作用面积)；
b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；
c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。
内因
外因
(基因决定、酶种类数量不同)
水分（应用：合理灌溉）
矿质元素（应用：合理施肥）
温度：影响酶的活性（应用：适时播种、昼夜温差大、“午休”）
CO2浓度（升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰等）
光质（光的颜色）
光照
光照时间：（应用：延长光照时间：一年两/三熟）
光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高光照强度，间作套种,提高光能的利用率）
不同植物光合作用不同
不同部位（叶）光合作用不同
不同叶龄的叶光合作用不同
影响光合作用因素总结
（应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）
合理补充光照
利用光合作用原理提高农作物产量的措施
3.光合作用原理的应用实例
合理补充CO2
合理灌溉
合理施肥
延长光合作用时间
增加光合作用面积
提高光能利用率
控制光照强弱
控制CO2供应
控制光质
控制必需矿质元素供应　
提高复种指数
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施农家肥，使用CO2发生器
阴生植物
阳生植物
提高光合速率
适时适量施肥
提高农作物产量措施
在自然界中，除了光合作用，还有其他制造有机物的方式吗？
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，这种合成作用叫化能合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
化能合成作用：
思考
电子显微镜下的一种硝化细菌（放大5000倍）
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
光反应 暗反应 有氧呼吸
反应场所 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质 细胞质基质和线粒体
反应条件 光、色素和酶 ATP、NADPH、酶 O2、酶
物质变化 水的光解 ATP的合成 CO2的固定 CO2的还原 葡萄糖的初步分解
丙酮酸彻底分解
[H]的氧化
能量变化 光能转化为活跃的化学能 活跃化学能转化为稳定的化学能 稳定的化学能转化为活跃的化学能
影响因子 光照、CO2浓度、温度、矿质元素、H2O 温度、O2
光合作用探索历程
物质变化
能量变化
反应场所
光反应
暗反应
光能
活跃的化学能
光合作用影响因素
1941年：O2来自水
练习与应用
一、概念检测
1.（1）√ (2) ╳ (3) ╳
2. D
二、拓展应用
1.(1)光照增强(2)温度过高，气孔关闭，二氧化碳吸收量减少 (3)光照减弱,温度下降(4)光照强度、温度、CO, (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。
2.开放性问题,答案合理即可。植物生活生生活需要水，无机盐，阳光，适宜的温度，空气。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，没有病虫害等不利因素，这株植物就能生存一段时间，但究竟能生存多长时间，涉及的问题比较多。土壤中的水分以及光合作用所需要的水等，所以要预测植物的生存时间，需要知道土壤中的水含量和植物体内有机物的积累速率的信息相关无机盐的需求量。
THANK YOU
END
光合作用是指绿色植物植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。

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