5.4.2 光合作用的原理和应用 课件【新教材】人教版(2019)高中生物必修一(共51张PPT)

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5.4.2 光合作用的原理和应用 课件【新教材】人教版(2019)高中生物必修一(共51张PPT)

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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

4 H+
Q 环
基质

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

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

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


PH的 合
的合成
D
P
A
T
N
A


H
+
NADP
NADP
P
P
A
P

A
0

物:







光能 类囊体薄膜上
的色素
吸收


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

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

2 10片 20 mL 中

3 10片 20 mL 弱

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

→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

0
A
CO
释放

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

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


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

红色液滴
绿色
植物

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

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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