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第四节 光合作用和能量转化
第二课时光合作用的原理和应用
二、光合作用的原理和应用
(一)光合作用
1、光合作用的概念
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。
2、光合作用的反应式
甲醛
2、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。
1、19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中， CO 分子的C和0被
分开，0 被释放， C和H O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
(二)光合作用的原理
探究光合作用原理的部分实验
思考0衬论
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。
结论：水的光解产生氧气。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。
3、1937年，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H O, 没有CO ), 在光照下可以释放出氧气。
(二)光合作用的原理
探究光合作用原理的部分实验
思考0付论
(二)光合作用的原理
思考·衬枪 探究光合作用原理的部分实验
4、1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧 气的来源。
光照射下的 小球藻悬液
H 80-
结论：光合作用释放的氧来自水。
H O
C 8O
CO
18O
O
(二)光合作用的原理
思考·衬论 探究光合作用原理的部分实验
5、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。
结论：在光照时，叶绿体中生成了ATP。
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：
十 2H+ + 能量
光照 叶绿体
ADP+Pi
ATP
H O
(二)光合作用的原理
思考·衬伧 探究光合作用原理的部分实验
6、1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素14C标记14CO ,
供小球藻进行光合作用，探明了CO 中的C 的去向，称为卡尔文 循环。
(CH O)
CO C
C
结论：光合产物中有机物的碳来自CO
(二)光合作用的原理
光合作用过程是否需要光能划分：光反应和暗反应(碳反应)。
2 H O O 类囊体腔
质体 8 H+ 蓝素
细胞色素
b f 复合体
2,6 ATP
铁氧还
2 NADP+
蛋白
2 NADPH/H*
Fo 黄素
Fp 蛋白
类囊体膜
放氧复合体
光
4 H+
Q 环
基质
光
12 H+
ATP 合酶
2.6 ADP +2,6P
光系统Ⅱ
光系统I
ot 0
Mn,Ci
40
4H+
4 H+
质体醌
1,5-二磷酸核酮 糖羧化酶/加氧酶
3-磷酸甘油酸
第一阶段：
二氧化碳固定
部
核酮糖-1,5-二磷酸
二氧化碳
核酮糖-5磷酸
a
甘油醛-3-磷酸 1,3-二磷酸甘油酸
中央代谢途径
3-磷酸甘油酸
无机磷酸
1、光反应阶段
02
H O
光解
NADPH 还原型辅酶Ⅱ
NADP+氧化型辅酶Ⅱ
ATP
酶
ADP+Pi
场所：类囊体薄膜上
条件：光、色素、酶、 物 水的光解：
A 酶A 0
能量转变： 光 能 — ATP、NADPH 中活跃的化学能
e
：
、
D
-—N
DPH
P+H
P
P
D
+
A
P
N
D
成
：
PH的 合
的合成
D
P
A
T
N
A
化
转
H
+
NADP
NADP
P
P
A
P
、
A
0
、
物：
水
产
：
要
料
主
原
光能 类囊体薄膜上
的色素
吸收
质
酶
H+
场所：叶绿体基质中 条件：有没有光都可以，需多种酶
原料：CO 、ATP、NADPH 产物： (CH O)、ADP、Pi、NADP+
物质 CO 的固定：CO +C 酶 2C
转化 C 的还原：2C 酶 (CH O
ATP 、NADPH
能量转变：ATP、NADPH中活跃的化学能→糖类中稳定的化学能
说明： C 是三碳化合物， 即3-磷酸甘油酸；
C 是五碳化合物，即核 酮糖-1,5-二磷酸；
固定
CO
C
(CH O)糖类
2C
NADPH-
酶能事
2、暗反应(碳反应)阶段
还原多种酶
酶 能
暗反应过程(卡尔文循环)
NADP+
ATP
ADP+Pi
光反应阶段
(叶绿体类囊体薄膜)
2C
多种酶定 参加催化
原
0.
2
NADPH
NADP+
ATP
ADP+Pi
水的光解
叶绿体 中的色素
暗反应阶段
(叶绿体基质)
3、光合作用过程图解
(U0H n2
光能
H 0
CO
比较项目 光反应
暗反应
场 所 类囊体薄膜上
叶绿体的基质
条 件 需光，色素和酶
不需光，色素；需酶
物质变化 水的光解、 ATP和NADPH的合成
CO 的固定、
C 的还原
能量变化 光能→活跃的化学能→稳定的化学能
联 系 光反应为暗反应提供ATP和NADPH,暗反应为 光反应提供ADP和Pi、NADP+
4、光反应与暗反应的区别和联系
(1)NADPH 和ATP的移动途径是什么
从类囊体薄膜到叶绿体基质；
(2)NADP+ 和ADP 的移动途径呢
从叶绿体基质到类囊体薄膜；
(3)NADPH 的作用
①.活泼的还原剂；
②.储存部分能量供暗反应阶段利用；
思考。付论
(4)光合作用中元素的转移
①H的转移： H O→ NADPH→(CH O)
②C的转移： CO →C → (CH O)
③O的转移： CO →C → (CH O)
H O→0
思考。付论
条件 C C NADPH和ATP
ADP和NADP+
CO 不变，停止光照 增 加 减少 减少
增加
CO 不变，突然光照 减 少 增加 增加
减少
光照不变，停止CO 供应 减 少 增加 增加
减少
光照不变，CO 增加 增 加 减 少 减少
增加
(5)条件变化时，各种物质合成量的动态变化。
思考衬论
(三)光合作用原理的应用
1、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。
探究·实发 探究光照强弱对光合作用强度的影响
0 充满细胞间隙，叶片上浮。根据单位时间小圆形叶片浮起的数
量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。
一 、实验原理：
叶片含有空气，上浮
叶片下沉；
抽气
探究°实 探究光照强弱对光合作用强度的影响
二、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
探究°实减 探究光照强弱对光合作用强度的影响
二、方法步骤：
2.将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出
探究°实减 探究光照强弱对光合作用强度的影响
二、方法步骤：
3.将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存
探究°实减 探究光照强弱对光合作用强度的影响
二 、方法步骤：
4. 取3只小烧杯，分别倒入富含CO 的清水(1%~2%的NaHCO 溶液)
探究·实减 探究光照强弱对光合作用强度的影响
二 、方法步骤：
5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱光下
项目 烧杯 小圆形叶 片 加富含CO 的清水 光照强度
叶片浮 起数量
1 10片 20 mL 强
多
2 10片 20 mL 中
中
3 10片 20 mL 弱
少
探究·实减 探究光照强弱对光合作用强度的影响
二、方法步骤：
6.观察并记录结果
三 、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。
(1)自变量：光照强弱
控制方法：不同瓦数的台灯
或相同瓦数台灯离实验装置的距离
(2)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
(3)无关变量：要求相同且适宜
探究光照强弱对光合作用强度的影响
温度等，用中间的盛水玻璃柱吸收 热量排除干扰
光 ：光照强度、光质、光照时间
CO 的浓度、H O
矿质元素(Mg 合成叶绿素)
温度
酶的种类、数量
色素的含量
叶龄不同
(三)光合作用原理的应用
2、影响光合作用的因素
外因：
内因 ：
光合作用速率的测定
光合作用速率： 一定时间内、单位面积CO 等原料的消耗量或O
(CH O)等产物生成量来表示。
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到
的光合作用指标是净光合作用速率，也称为表观光合速率。
C H 2O +60 +6H O
酶
→6CO +12H O
C H 2O +6H O+60 —
光能 叶绿体
6CO +12H O
线粒体
吸收CO ( 可
光合作用产生的0 =释放到空气中的0 +呼吸作用消耗的0
释放O (可以测得)
叶肉细胞
以测得)
表 观 /净
(光下测量植物体)
积累
吸收
释放
呼吸
(黑暗中测量)
消耗
释放、产生
吸收
实 际 /总/ 真 正
光合
制造、生成
固定
产生
净光合 (速率) =总光合 (速率)
速率
糖类
CO
0
2
呼吸 (速率)
光合速率
光饱和点：植物达到最 大光合速率所需要的最 小光照强度
应用：①合理密植；
② 阴雨天适当补充光 照，及时对大棚除霜消雾。
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。
2、影响光合作用的因素
(1)光照强度
CO
吸收
量
0
A
CO
释放
量
光 合 作 用
强度=呼吸 作用强度
B
光补偿点
光照强度
呼吸速率
C 光合作用强度达到最大值，达到饱和
A:光合作用为0,只进行呼吸作用
净光合 速率
总(真)
光饱和点
C
阳生植物 一阴生植物
B′
光照强度
A
A
补充：阳生植物和阴生植物
C C'
释 放 量
C02
吸
收 量
0
C02
B
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
应用：间作
阳生植物
于细胞呼吸速率时的CO 浓度);
D点 ：CO 饱和点 (两组都表示在一定范
围内CO 浓度达到该点后，光合作用强度 不再随CO 浓度增加而增加)。
B点 ：进行光合作用所需CO 的最低浓度
应用： 1.多施有机肥或农家肥
2. 温室栽培植物时还可使用CO 发生器等.
3.大田要“正其行，通其风”;
C点：CO 补偿点 (表示光合作用速率等
(2)CO 浓度
最适温度下植物光合作用最大，植物体
内的酶最适温度在40~50℃之间。
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，
光合速率会减弱。
应用： 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
(3)温度
(4)矿质元素
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)水
1.水是光合作用的原料
2.水是体内各种化学反应的介质
3.水直接影响气孔的开闭，间接影响CO 进入
应用： 预防干旱合理灌溉
(1)甲图中的自变量为 光照强度、温度，OP 段影响光合速率的因素是
光照强度，PQ段影响光合速率的因素是光照强度、温度 ,Q点之后影响光合
速率的因素是温度；
(2)乙图中的自变量为 光照强度、CO 浓度 , OP段影响光合速率的因素是
光照强度 ,PQ 段影响光合速率的因素是 光照强度、CO 浓度， Q点之后影响光 合速率的因素是C O 浓 度 ;
30℃
20℃
10℃
0 P Q 光照强度
一高CO
一中CO
低CO
0 P Q 光照强度
多因素曲线分析
光 合 速 率
光 合 速 率
乙
甲
a点：温度降低，呼吸减弱，CO,释放
减少。
b点：开始进行光合作用。
bc段：光合作用 小 于细胞呼吸。
c点：光合作用等于细胞呼吸。 ce段：光合作用大 于细胞呼吸。
d点：温度 过高，部分或全部气孔
关闭，出现“午休现象”。
e点：光合作用等于细胞呼吸。
ef段：光合作用小于 细胞呼吸。
fg段：停止光合作用，只进行 0
呼吸作用
练一练
①积累有机物时间段：CE 段。
②制造有机物时间段：BF 段。
③消耗有机物时间段：OG 段。
④一天中有机物积累最多的时间点：E 点。
绿色植物24 h 内有机物的“制造”、“消耗”与积累
O 释 放 量 。 C O 吸 收 量
C
巩固练习：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。
思考 天内
1.AD段玻璃罩内CO 浓度增加的原因是光合速率<呼吸速率 ; 2.DH段玻璃罩内CO,浓度下降的原因是光合速率>呼吸速率 _; 3.HI段玻璃罩内CO,浓度增加的原因是 光合速率<呼吸速率 ; 4.光合速率等于呼吸速率的点是D、H ;
5.经过一昼夜的时间，该植物是否生长 是 。判断的依据是
l和A点相比，玻璃罩内CO 浓度减少，减少的CO 转化成有机物积累在 植物体内。
黑 暗 光 照
装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时， NaOH 溶液可
;在测净光合速率时，NaHCO 溶液可 ,保证了容器内CO 浓度的恒定。
总光合v= 净光合v+呼吸v
0 产生量=0 释放量+0 消耗量
红色液滴
绿色
植物
乙
红色液滴
绿色
植物
甲
3. 利用装置图法测定植物光合速率与呼吸速率
NaHCO 溶液
NaOH
溶液
(四)化能合成作用
1、异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的
生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
2、 自养生物： 以无机物转变成为自身的组成物质。
光能自养生物： 以 光为能源，以CO 和H O(无机物)为原料
合成糖类(有机物),糖类中储存着由光能转换来的能量。
例如：绿色植物。
化能自养生物： 利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将
CO 和H O(无机物)合成糖类(有机物)。例如：硝化细菌。
硝化细菌能够利用体外环境中的NH 氧化时所释放的能量来制造
有机物。
硝化细菌。2HNO +2H O+能量
硝化细菌。2HNO +能量
2NH +3O
2HNO +O
能 量
酶
C H O +6O +6H O
6CO +12H O
厌氧型
酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型
光能自养型
化能自养型
自养型
异养型
归纳意结
异化作用
同化作用
新陈代谢
需氧型
1. 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( C )
A. 红 光 ，ATP下降
B. 红光，未被还原的C 上升
C. 绿 光 ，NADPH下降
D.绿 光 ，C 上升
巩圆练习
A.CO 浓度大于a时，甲才能进行光合作用 B. 适当增加光照强度，a 点将左移
C.CO 浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等
D.甲植物体内[H]的含量在CO 浓度为b时比在a时高
2.图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO 净吸收速率与CO
浓度的关系，下列说法正确的是( B )
巩圆练闭
CO.的净吸收速率
温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，
二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。
(3)14～17时的光合作用强度不断减弱原因：
光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。
光照不断增强，光合作用强度不断增强。 (2)12时左右的光合作用强度明显减弱原因：率
线图。分析曲线图并回答：
(1)7～10时的光合作用强度不断增强原因：
3、下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲
巩圆练闭
光合作
时间
4、 下图是在一定的CO 浓度和温度下，某阳生植物CO 的吸收量
和光照强度的关系曲线，据图回答：
巩园练习
光照强度 (K1x)
(1)该植物的呼吸速率为每小时释放CO 5 mg/dm 。
(2)b点表示 光合作用与呼吸作用速率相等。
巩圆练习
光照强度 (K1x)
(3)若该植物叶面积为10dm2,在光照强度为25K1x条件下光照1小时，
则该植物进行光合作用时叶绿体吸收CO,250 mg。
巩园练习
光照强度 (K1x)
(4)若白天光照强度较长时期为b该植物能否正常生长 为什么
不能正常生长。
白天光照强度为b 时，无有机物积累，而夜间消耗有机物，从全
天来看，有机物的消耗多于积累，不能正常生长。
巩圆练习

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