【課件】光合作用的原理和應用課件2022-2023學年高一上學期生物人教版必修1

5.4.2光合作用與能量轉(zhuǎn)化二、光合作用的原理和應用O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質(zhì)類囊體色素酶溫故知新

在葉綠體內(nèi)部類囊體的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進行光合作用所必需的酶。葉綠體是綠色植物進行光合作用的細胞器。光合作用綠色植物通過

，利用

，將

轉(zhuǎn)化成

，并且釋放出

的過程。1.概念：葉綠體光能二氧化碳和水儲存著能量的有機物氧氣2.反應式：注：（CH2O）表示糖類，

光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體

葉綠體是如何將化學能儲存在糖類等有機物中的？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？探索光合作用原理的部分實驗1：19世紀末

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)2:1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。一、光合作用的原理3、1937年，希爾O2全部來自于H2O嗎？水的光解產(chǎn)生氧氣。結(jié)論：像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學反應稱作希爾反應。離體的葉綠體懸浮液思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底來自H2O還是CO2？如何設計實

驗進行探究？同位素示蹤法

能夠說明。希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯(lián)，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。討論2.

希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？討論1

能說明O2全部來自于H2O嗎？

不能。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。結(jié)論：光合作用釋放的氧全部來自水,而并不來源于CO2CO2H2O同位素標記法C18O2H218O18O2O2甲組乙組4、1941年魯賓和卡門對比實驗相互對照光照射下的小球藻懸液資料4：1954年，美國科學家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，當向反應體系供

給ADP、Pi時，會有ATP產(chǎn)生。同樣方法處理四只試管，只有1號有

ATP產(chǎn)生。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。討論4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。H2OO2+H++能量光照葉綠體ADP+PiATP思考：從該實驗，你能得出什么結(jié)論？ATP的合成場所：類囊體；合成條件：需光（酶）

阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能

將CO2轉(zhuǎn)化為糖類，同時ATP和NADPH含量急劇下降。1、卡爾文循環(huán)呈現(xiàn)有機物的形成過程，與前面水的光解產(chǎn)生氧氣

過程是否存在一定聯(lián)系？2、ATP和NADPH參與生成C5和C6的過程。那光能是經(jīng)過怎樣的轉(zhuǎn)化

儲存到糖類中的？水的光解為卡爾文循環(huán)提供了ATP和NADPH光能首先被光合色素吸收，轉(zhuǎn)化成ATP、NADPH中的化學能，再轉(zhuǎn)移到糖類等有機物中。資料6：H2OO2+H++能量光照葉綠體ADP+Pi

ATPNADP+

+H+

+e

NADPH

4.總結(jié)：通過以上實驗得出：光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一化學反應，而是分成光反應和暗反應兩個階段。資料5：

20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻做了這樣的實驗：情境1：向反應體系中充入一定量的14CO2，光照30秒后檢測產(chǎn)物，檢測到

了多種帶14C標記的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和

六碳糖(C6)。

（小球藻是一種單細胞的綠藻）

如何確定二氧化碳中的C先轉(zhuǎn)移到C3、C5和C6中的哪個化合物呢？縮短反應時間情境2：反應進行到5秒光照時，卡爾文等檢測到同時含有放射性的C5化合

物和C6化合物?？s短工作時間到幾分之一秒時，90%以上的放射性14C集中在一種C3化合物上。資料5：

卡爾文等用小球藻做了這樣的實驗：1、大致描述CO2轉(zhuǎn)化成有機物過程中，C的轉(zhuǎn)移途徑。CO2C3(CH2O)C52、CO2與什么物質(zhì)結(jié)合形成C3?實驗發(fā)現(xiàn)，在光照條件下，突然降低CO2的濃度，C3和C5含量有如右圖變化：C5C3結(jié)論：CO2與C5結(jié)合形成C3化合物上述資料表明

光合作用吸收的二氧化碳與C5結(jié)合形成C3，C3經(jīng)過一系列變化，轉(zhuǎn)化為糖類的同時又形成C5。這些C5又參與C3的形成。這樣，C5到C3再到C5的循環(huán)，可以源源不斷進行下去。所以暗反應也稱為卡爾文循環(huán)（碳循環(huán)）。小結(jié)

這一階段光合作用的相關化學反應，有光無光都能進行，所以這個階段叫做暗反應階段。光合作用的過程

光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。光合作用的過程十分復雜，它包括一系列化學反應，根據(jù)是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗反應（現(xiàn)在也稱為碳反應）兩個階段。O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質(zhì)光能葉綠體中的色素H2OO2水在光下分解ADP+PiATP光反應階段（類囊體薄膜）NADP+NADPHH+光合作用的原理項目光反應需要條件外界條件：；內(nèi)部條件：反應場所葉綠體物質(zhì)變化（1）水的光解（2）NADPH的形成（氧化型輔酶Ⅱ）NADP＋＋H＋+2e-―→NADPH（還原型輔酶Ⅱ）（3）ATP的合成ADP＋Pi＋能量―→ATP能量變化光酶光照色素、酶類囊體薄膜上H2O―→O2＋H＋光能→ATP和NADPH中的活躍的化學能注意：NADPH作為活潑的還原劑，參與暗反應階段的化學反應，同時也儲存部分能量供暗反應階段利用。光能葉綠體中的色素2C3CO2固定C5多種酶參加催化(CH2O)還

原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（氣孔）暗反應階段光反應階段（葉綠體基質(zhì)）（類囊體薄膜）NADP+NADPH供氫、供能H+光合作用的原理卡爾文循環(huán)項目暗反應需要條件外界條件：；內(nèi)部條件：酶反應場所葉綠體基質(zhì)內(nèi)物質(zhì)變化①CO2固定：CO2＋C5―→2C3②C3還原：

能量變化ATP和NADPH中的化學能→酶有機物中穩(wěn)定的化學能不需要光照，需要CO2O2H+NADPHNADP+ADP+PiATPC3C5(1)光合作用的過程填一填1.光合作用的物質(zhì)變化過程？能量變化過程？

光能ATP、NADPH中活躍的化學能有機物中穩(wěn)定的化學能（1）光反應為暗反應提供：ATP、NADPH光反應暗反應（2）暗反應為光反應提供：ADP、Pi、NADP+物質(zhì)變化:將無機物轉(zhuǎn)化為有機物3.暗反應能在無光的環(huán)境中長期進行嗎？類囊體薄膜→葉綠體基質(zhì)葉綠體基質(zhì)→類囊體薄膜2.ATP和NADPH的移動途徑，ADP、Pi、NADP+的移動途徑？不能，需要光反應為暗反應提供：ATP、NADPH小組討論，問題探究：3、光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：3H2O

→NADP3H→(C3H2O)②C的轉(zhuǎn)移：14CO2

→14C3

→（14CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：C18O2

→C3→（CH218O）H218O

→18O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2用H218O澆灌植物，請分析過一段時間后，植物體哪些物質(zhì)中含有18O？

光反應階段暗反應階段（卡爾文循環(huán)）場所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶有光無光都可，多種酶光能→ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能光反應為暗反應提供ATP和NADPH暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

色素、酶2H2O

O2+4H+光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H+

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH(2)思考?討論---光反應階段與暗反應階段的區(qū)別和聯(lián)系3.光反應與暗反應的關系4.意義：太陽光能的輸入、捕獲和轉(zhuǎn)化，是生物圈得以維持運轉(zhuǎn)的基礎。光合作用是唯一能夠捕獲和轉(zhuǎn)化光能的生物學途徑。葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHCO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱減少增加減少減少光照增強增加減少增加增加5光照強度與CO2濃度改變引起的C3、C5、ATP、NADPH含量變化葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH光照不變NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2濃度減少增加減少增加減少CO2濃度增加減少增加減少增加光合作用強度{總光合作用強度}

的表示方法：CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2

光能葉綠體？固定或利用或消耗CO2的量制造或產(chǎn)生有機物（糖類）量產(chǎn)生O2的量單位時間內(nèi)光合作用二

、光合作用原理的應用二

、光合作用原理的應用探究光照強度對光合作用強度的影響探究?實踐1.實驗原理：根據(jù)單位時間小圓形葉片浮起的數(shù)量的多少，探究光照強度與光合作用強度的關系。

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉葉片上浮光合作用產(chǎn)生O2O2充滿細胞間隙2.材料用具：打孔器、5WLED臺燈、米尺、燒杯、綠葉等自變量光照強弱因變量光合作用強度無關變量要求相同且適宜檢測方法相同時間小圓形葉片浮起的數(shù)量控制方法不同瓦數(shù)的燈或相同瓦數(shù)臺燈離實驗裝置的距離溫度等用中間的盛水玻璃柱吸收熱量排除干擾探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響二、方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響2.將圓形小葉片置于注射器內(nèi)，使葉片內(nèi)氣體逸出探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存，

小圓形葉片全部沉到水底探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響5.分組實驗：分別將10片葉圓片投入3只盛20mLNaHCO3的小燒杯中

并調(diào)整40W臺燈距離（10、20、30CM）【LED燈作為光源（冷光源，排除溫度干擾），分別用不同光照強度（調(diào)節(jié)光源與燒杯的距離）去照射葉片。】.觀察并記錄同一時間段內(nèi)各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量?；蛏细∠嗤瑪?shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間。探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響

項目燒杯小圓形葉片加富含CO2的清水光照強度葉片浮起數(shù)量110片20mL強多210片20mL中中310片20mL弱少6.觀察并記錄結(jié)果三、實驗結(jié)論在一定范圍內(nèi)，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。CO2濃度水分光光質(zhì)光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素探究影響光合作用強度的因素氣孔開閉情況思考與討論植物在進行光合作用的同時，還會進行呼吸作用，我們觀測到的光合作用指標，如氧氣的產(chǎn)生量是植物光合作用實際產(chǎn)生的總氧氣量。用這種方法觀察到的氧氣的產(chǎn)生量，實際是光合作用的氧氣釋放量，與植物光合作用實際產(chǎn)生的氧氣量不同，沒有考慮到植物自身呼吸作用對氧氣的消耗。問題：植物光合作用制造的糖類會全部積累下來嗎？光合作用制造的糖類呼吸作用消耗的糖類植物細胞積累的糖類

光合計算式6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6O2+6H2O

6CO2+12H2O呼吸C6H12O6+6H2O+6O2植物進行光合作用的同時一定進行呼吸作用凈光合速率（表觀光合速率）=總（真正）光合速率-呼吸速率

總光合作用速率的測定CO2固定量=CO2吸收量+呼吸CO2產(chǎn)生量有機物制造量=有機物積累量+呼吸消耗量O2產(chǎn)生量=O2釋放量+呼吸O2消耗量凈光合速率（表觀光合速率）=總（真正）光合速率-呼吸速率

凈光合速率（表觀光合速率）=總（真正）光合速率-呼吸速率

凈光合速率（表觀光合速率）O2釋放量;CO2吸收量;有機物積累量;或有機物增加量表示光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的釋放量曲線c：凈光合速率曲線d：呼吸速率E點：凈光合速率等于呼吸速率總光合速率是凈光合速率的2倍曲線a、b的差值：凈光合作用強度光合作用強度=呼吸作用強度D點：凈光合作用強度為0曲線分析CO2吸收量CO2釋放量光照強度OAC`光飽和點B呼吸速率1光照強度【光照時間、光質(zhì)(光的顏色或光的波長)】光補償點C光飽和點：植物達到最大光合速率所需要的最小光照強度光補償點：植物達到光合速率等于呼吸速率時，所對應的光照強度。只進行細胞呼吸光合<呼吸光補償點光合>呼吸C點對應的橫坐標：CO2釋放量表明此時的呼吸強度。AB段：B點：光合作用強度=細胞呼吸強度。BC段：C點：光合作用強度達到最大值，達到飽和增加光照強度光合作用強度不再增加。光飽和點影響光合作用強度的因素光照強度對光合作用的影響光照強度0CO2吸收CO2釋放ABC陽生植物呼吸速率光補償點光飽和點陰生植物A1B1C1凈光合總光合（限制因素：CO2濃度、溫度等）DB1：陰生植物呼吸作用較弱，對光的利用能力也不強呼吸C點之前限制光合作用因素是光照強度

已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別是25℃、30℃，如圖曲線表示該植物在25℃時光合作用強度與光照強度的關系。若將溫度調(diào)節(jié)到30℃的條件下（原光照強度和CO2濃度不變），從理論上講，圖中相應點的移動分別是A.a點上移，b點左移，m值增加 B.a點上移，b點左移，m值不變C.a點下移，b點右移，m值下降 D.a點下移，b點不移，m值上升答案:CO2CO2O2CO2.........O2CO2（A：只呼吸，無光合）O2CO2（AB：光合<呼吸）.........O2CO2CO2O2（B：光合=呼吸）（BC：光合>呼吸）1.間作套種2.通過輪作,延長光合作用時間3.通過合理密植,增加光合作用面積4.溫室大棚,使用無色透明玻璃5.防止營養(yǎng)生長過強,導致葉面互相遮擋,呼吸強于光合,影響生殖生長應用：影響光合作用強度的因素2CO2濃度O～A段：A點：A～B段：B點:C點：BACO光合速率CO2濃度CO2濃度太低，無法進行光合作用開始進行光合作用，光合作用啟動點，光合作用的最低CO2濃度。隨CO2濃度的升高，光合速率也加快CO2飽和點光合作用最大值，達到飽和CO2飽和點:植物達到光合作用最大值所需要的最小CO2濃度。原理：CO2濃度主要影響暗反應階段，制約C3的形成。CO2濃度PACCO2飽和點OCO2吸收量CO2濃度BCO2補償點CO2釋放量A點之后CO2釋放量減少，說明植物在吸收CO2，植物開始進行光合作用。B點CO2釋放量和CO2吸收量為0，說明植物光合速率等于呼吸速率。限制因素：外因：光照強度、溫度、水、礦質(zhì)元素等內(nèi)因：酶的活性和含量、色素含量C點:植物光合作用達到最大值時所對應的最小CO2濃度。應用：溫室栽培時適當提高CO2的濃度措施：①多施有機肥或農(nóng)家肥；（微生物呼吸）②大田生產(chǎn)“正其行（合理安排植株的間距），通其風（補充新鮮的CO2）”，即為提高CO2濃度、增加產(chǎn)量；③釋放一定量的干冰或給植物澆碳酸飲料(施NH4HCO3)。正其行，通其風溫度對光合作用的影響O溫度A光合速率BC最適溫度下植物光合作用最大，植物體內(nèi)的酶最適溫度在40~50℃之間。溫度過高時植物氣孔關閉或酶活性降低，光合速率會減弱。（1）原理：

溫度通過影響有關酶的活性,從而影響光合作用；對光反應和暗反應都有影響，但主要影響暗反應應用：1.適時播種2.溫室中,白天適當提高溫度,晚上適當降溫3.植物“午休”現(xiàn)象影響光合作用強度的因素N：光合酶及ATP的重要組分P：類囊體膜和ATP的重要組分；K：促進光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分4.水和礦質(zhì)元素影響光合作用強度的因素應用：合理施肥與灌溉水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會導致葉片氣孔關閉，限制CO2進入葉片，從而間接影響光合作用。光合作用強度O光照強度121410一天的時間思考：為什么在中午光合作用強度反而會下降？光合作用強度夏季晴天的中午氣溫高，植物為防止蒸騰失水而關閉氣孔，CO2吸收減少，進而降低光合速率?！拔缧荨爆F(xiàn)象：拓展：光照強度與光合作用強度（一天）多因素曲線分析甲乙(1)甲圖中的自變量為______________，OP段影響光合速率的因素是_________，PQ段影響光合速率的因素是_____________，Q點之后影響光合速率的因素是____；(2)乙圖中的自變量為_________________，OP段影響光合速率的因素是_________，PQ段影響光合速率的因素是_______________，Q點之后影響光合速率的因素是___________；光照強度、溫度光照強度光照強度、溫度溫度光照強度、CO2濃度光照強度光照強度、CO2濃度CO2濃度溫度過高，為減少蒸騰作用，氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象時間光合作用強度BC段：光照強度不斷減弱AB段：光照強度不斷增大DE段：曲線分析練一練光照強度、CO2濃度、水等從圖中可以看出，限制光合作用的因素有

。提出提高光合作用強度的合理措施

。增加光照強度、合理密植、合理灌溉a點：溫度降低，

減弱，CO2釋放減少。b點：開始進行

。bc段：光合作用

細胞呼吸。c點：光合作用

細胞呼吸。ce段：光合作用

細胞呼吸。d點：

過高，部分或全部氣孔關閉，出現(xiàn)“午休現(xiàn)象”。e點：光合作用

細胞呼吸。ef段：光合作用

細胞呼吸。fg段：停止

，只行

。呼吸光合作用小于等于大于溫度等于小于光合作用呼吸作用影響光合作用的因素3.典型曲線分析a點凌晨2~4時，溫度降低，呼吸作用減弱，CO2釋放減少b點有微弱光照，植物開始進行光合作用bc段光合作用小于呼吸作用c點上午7時左右，光合作用等于呼吸作用ce段光合作用大于呼吸作用d點溫度過高，部分氣孔關閉，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象e點下午6時左右，光合作用等于呼吸作用ef段光合作用小于呼吸作用fg段沒有光照，光合作用停止，只進行呼吸作用影響光合作用的因素分析1經(jīng)典圖形（1）積累有機物的時間段：（2）制造有機物的時間段：（3）消耗有機物的時間段：（4）一天中有機物最多的時間點：（5）一天中有機物最少的時間點：ce段bf段og段e點c點有機物情況變化曲線及密閉環(huán)境中一晝夜CO2含量的變化曲線1．自然環(huán)境中一晝夜植物光合作用曲線(1)開始進行光合作用的點：_________。(2)光合作用與呼吸作用相等的點：________。(3)開始積累有機物的點：_______。(4)有機物積累量最大的點：______。cd、hdh植物的午休現(xiàn)象？成因：溫度過高，蒸騰作用過強，導致氣孔關閉，使CO2的吸收下降，從而使光合作用強度下降。光合作用：葉肉細胞呼吸作用：所有細胞2．密閉容器中一晝夜植物光合作用曲線(1)該植物光合作用強度與呼吸作用強度相等的點：_________。(2)該植物一晝夜表現(xiàn)為__________，其原因是：________________________________________________D、H生長I點CO2濃度低于A點CO2濃度，說明一晝夜密閉容器中CO2濃度減小，即植物光合作用>呼吸作用，植物生長。光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的釋放量曲線c：凈光合速率曲線d：呼吸速率E點：凈光合速率等于呼吸速率總光合速率是凈光合速率的2倍曲線a、b的差值：凈光合作用強度光合作用強度=呼吸作用強度D點：凈光合作用強度為0曲線分析

能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O2