高中生物光反應(yīng)碳反應(yīng)環(huán)境課件必修

高中生物光反應(yīng)碳反應(yīng)環(huán)境課件必修第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二光反應(yīng)與碳反應(yīng)

類囊體膜

NADPH

ATP

O2

ATP

H＋、O2和電子

NADPH

NADPH第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二3．碳反應(yīng)的場所：

，最終產(chǎn)物是

。二氧化碳還原為糖的一系列反應(yīng)稱為

。4．碳反應(yīng)的第一步：在酶的作用下，1分子的

與1個

結(jié)合，形成1個六碳分子，這個六碳分子隨即分解成2個

分子。第二步：三碳分子接受來自

的氫和來自

的磷酸基團，形成1分子

。5．三碳糖分子離開卡爾文循環(huán)，或在

被利用，或運到

。在葉綠體內(nèi)能作為合成

、

和

的原料而被利用，但大部分是運至葉綠體外，并且轉(zhuǎn)變成

，供植物體所有細胞利用。葉綠體基質(zhì)三碳糖卡爾文循環(huán)二氧化碳五碳糖(RuBP)三碳NADPHATP三碳糖(磷酸)葉綠體內(nèi)葉綠體外淀粉蛋白質(zhì)脂質(zhì)蔗糖第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二[思維激活]

光反應(yīng)與碳反應(yīng)是同時進行的嗎？提示

光反應(yīng)為碳反應(yīng)提供ATP和NADPH，它們是同時進行的，不過光反應(yīng)結(jié)束后，碳反應(yīng)仍可利用積累的ATP和NADPH進行一段時間。第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二1．光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ比較光反應(yīng)包括許多個反應(yīng)，其中最重要的是發(fā)生在兩種葉綠素蛋白質(zhì)復(fù)合體(稱為光系統(tǒng)Ⅰ和光系統(tǒng)Ⅱ)中的電子被光激發(fā)的反應(yīng)。光系統(tǒng)Ⅱ中，光使葉綠素中的一個電子由低能狀態(tài)激發(fā)到高能狀態(tài)。這個高能電子隨后丟失能量而進入光系統(tǒng)Ⅰ，這時一部分丟失的能量便轉(zhuǎn)化為ATP中的能量。光系統(tǒng)Ⅱ中丟失的電子由水中的電子補充。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二光系統(tǒng)Ⅰ中，也有一個葉綠素分子中的低能電子被光激發(fā)，成為另一個高能電子，這個高能電子的作用是將NADP＋還原為NADPH。NADPH是一種強還原劑，是碳反應(yīng)中所必需的。光系統(tǒng)Ⅰ中被激發(fā)并丟失能量的電子則由來自光系統(tǒng)Ⅱ的電子來補充。第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二2．光反應(yīng)與碳反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系項目光反應(yīng)碳反應(yīng)實質(zhì)光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，并放出O2同化CO2形成有機物(酶促反應(yīng))時間短促，以微秒計較緩慢條件需葉綠素、光、酶不需葉綠素和光，需要多種酶場所在葉綠體內(nèi)基粒類囊體膜中進行在葉綠體基質(zhì)中進行第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二聯(lián)系(1)光反應(yīng)為碳反應(yīng)提供NADPH和ATP，碳反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP＋；(2)沒有光反應(yīng)，碳反應(yīng)無法進行；沒有碳反應(yīng)，有機物無法合成?？傊夥磻?yīng)是碳反應(yīng)的物質(zhì)和能量的準備階段，碳反應(yīng)是光反應(yīng)的繼續(xù)，是物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的完成階段。二者是光合作用全過程的兩個階段，既有區(qū)別又緊密聯(lián)系，是缺一不可的整體第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二【鞏固1】

下圖所示為葉綠體中色素、蛋白質(zhì)等成分在膜上的分布。在圖示結(jié)構(gòu)上(

)。A．此生物膜為葉綠體內(nèi)膜B．產(chǎn)生的ATP可用于植物體的各項生物活動C．發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換是：光能→化學(xué)能，此化學(xué)能可貯存于ATP與NADPH中D．在圖示結(jié)構(gòu)中可完成光反應(yīng)與碳反應(yīng)第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二解析色素存在于葉綠體類囊體膜上，而非葉綠體內(nèi)膜；光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP只用于碳反應(yīng)；在類囊體膜上只能進行光合作用的光反應(yīng)，碳反應(yīng)需在葉綠體基質(zhì)中進行。光反應(yīng)可將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存于ATP和NADPH中，故只有C選項正確。答案C第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二3．外界環(huán)境驟變時光合作用中三碳酸、NADPH、ATP、ADP、NADP＋等物質(zhì)變化規(guī)律根據(jù)圖解從來源去路分析第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二改變條件三碳分子RuBPNADPH和ATPO2(CH2O)合成量NADP＋ADP＋Pi光照強→弱，CO2供應(yīng)不變增加減少減少產(chǎn)生減少減慢增加光照弱→強，CO2供應(yīng)減少增加增加產(chǎn)生加快增加減少第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二光照不變，減少CO2供應(yīng)減少增加增加產(chǎn)生減慢減少減少光照不變，增加CO2供應(yīng)增加減少減少產(chǎn)生加快增加增加第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二【鞏固2】

離體的葉綠體在光照下進行穩(wěn)定的光合作用時，如果突然中斷CO2氣體的供應(yīng)，則短暫時間內(nèi)葉綠體中C3(三碳酸)與C5(RuBP)化合物相對含量的變化是(

)。A．C3化合物增多、C5化合物減少B．C3化合物增多、C5化合物增多C．C3化合物減少、C5化合物增多D．C3化合物減少、C5化合物減少第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二解析在光合作用碳反應(yīng)過程中，C3化合物和C5化合物的轉(zhuǎn)化可簡單表示為：C5＋CO2→C3(三碳酸)→C5(RuBP)，如果突然中斷CO2的供應(yīng)，新的C3化合物不能產(chǎn)生，原有C3化合物還原過程仍在進行。因此，造成C3(三碳酸)化合物減少，C5(RuBP)化合物增多。答案C第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二1．光合速率又稱_________，是指______________(如一定的葉面積)在單位時間內(nèi)進行多少光合作用(如_________________________________)。2．表觀光合速率是指在_____條件下，人們測得的CO2吸收量是植物_________________________。3．真正光合速率是指植物在_____條件下，植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量，_____呼吸作用釋放的CO2的量，即植物實際所_____的CO2的量。表觀光合速率_____真正光合速率。環(huán)境因素影響光合速率

光合強度一定量的植物釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳光照從外界環(huán)境吸收的CO2總量光照加上同化小于第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二4．影響光合速率的環(huán)境因素(1)光強度。光合速率隨光強度的增加而_____，但在強度達到全日照之前，光合作用已達到__________時的速率，即光強度再增加光合速率__________。因為在光飽和點的光強度下，光合作用的光反應(yīng)已達到最快的速率，所以光強度再增加也不能使光合速率_____。(2)溫度。光合作用也有一個最適溫度，和_______有最適溫度一樣。(3)二氧化碳濃度?？諝庵蠧O2濃度的增加會使光合速率____。增加光飽和點也不會增增加酶反應(yīng)加快第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二空氣中二氧化碳的濃度、土壤中水分的多少、光照的長短與強弱、光的成分以及溫度的高低等，都是影響光合作用的環(huán)境因素。選擇其中一種因素，通過實驗分析它對光合作用的影響。光合作用的進行可以通過一定時間內(nèi)原料的消耗量或產(chǎn)物生成量來研究。例如：可以用排水法收集一定時間內(nèi)黑藻經(jīng)光合作用所產(chǎn)生的氧氣量；可以用精密pH試紙測定在密閉系統(tǒng)中黑藻經(jīng)光合作用后溶液pH的改變推算出CO2濃度的變化。第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二1．【案例】

課題：探究光質(zhì)(不同波長的光)對水生黑藻光合作用強度的影響假設(shè)：白光下黑藻的光合作用最強。實驗材料：黑藻，水，碳酸氫鈉，大燒杯，100W聚光燈，不同顏色的玻璃紙。實驗的可變因素：光質(zhì)的不同(包括紅、綠、白三種顏色)。實驗中通過紅、綠、白三種顏色玻璃紙包住100W聚光燈的方法控制可變因素的變化。實驗中通過觀察(或檢測)單位時間內(nèi)黑藻經(jīng)光合作用后溶液pH的改變，來測量光合作用速率。觀察實驗并得出結(jié)論。第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二2．光合速率表示的方法(1)單位時間內(nèi)光合作用消耗CO2的量；(2)單位時間內(nèi)光合作用釋放O2的量。3．影響光合速率的環(huán)境因素(1)光照強度(甲圖)第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二A點：只進行細胞呼吸；AB段：隨光照強度增強，光合作用強度逐漸增大但仍小于細胞呼吸強度；B點(光補償點)：光合作用強度等于細胞呼吸強度；BC段：隨光照強度不斷增強，光合作用強度逐漸增大且大于細胞呼吸強度；C點(光飽和點)：光合作用強度達到最大值。第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(2)CO2濃度(圖乙)在一定范圍內(nèi)，光合作用強度隨CO2濃度的增加而增大，但當CO2濃度增加到一定程度后，光合作用強度不再增加。曲線中A點：只進行細胞呼吸；B點(CO2補償點)：光合作用強度等于細胞呼吸強度；C點(CO2飽和點)：光合作用強度達到最大值。第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二①影響CO2飽和點補償點的內(nèi)因與影響光飽和點和補償點的內(nèi)因相同。例如，植物在上圖中C點時光合作用強度不再上升，完全可能是受色素的影響，光反應(yīng)產(chǎn)物NADPH和ATP不足造成的，也可能是受酶活性或酶濃度的影響，導(dǎo)致碳反應(yīng)的CO2固定和還原能力有限。②外因a．溫度：影響酶活性。b．光照強度：上圖中植物之所以在C點后光合產(chǎn)量不能上升，也完全可能是因為光照不足光反應(yīng)受限，NADPH和ATP的數(shù)量有限而影響了碳反應(yīng)的速度。第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(3)溫度(圖丙)B點對應(yīng)的溫度是最適溫度，此時光合作用最強，高于或低于此溫度光合作用強度都會下降，因為溫度會影響酶的活性。特別提醒①影響光合作用的因素還有內(nèi)因，如色素、酶等；且環(huán)境因素還有水、無機鹽等。②各種環(huán)境因素，對光合作用并不是單獨地發(fā)揮作用，而是綜合地起作用。下圖為多因子變量對光合速率的影響。第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二P點時，限制光合速率的因素應(yīng)為橫坐標所表示的因子，隨其不斷加強，光合速率不斷提高。當?shù)絈點時，橫坐標所表示的因素不再是影響光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取適當提高圖示中其他因子的措施。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(4)與光合作用有關(guān)礦質(zhì)元素的供應(yīng)曲線分析：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需礦質(zhì)元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當超過一定濃度后，會因土壤溶液濃度過高使植物吸水困難從而導(dǎo)致光合作用速率下降。應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，根據(jù)植物的需肥規(guī)律，適時地、適量地增施肥料，可以提高作物的光合作用。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(5)葉齡曲線分析：隨幼葉的不斷生長，光合作用增強；到壯葉后基本穩(wěn)定；成為老葉后，光合作用逐漸下降。這與葉片內(nèi)的葉綠素有關(guān)。應(yīng)用：農(nóng)作物、果樹管理后期適當摘除老葉、殘葉以促使莖葉蔬菜及時換新葉，都是根據(jù)此原理。第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二【鞏固3】

夏季，在晴天、陰天、多云、高溫干旱四種天氣條件下，獼猴桃的凈光合作用強度(實際光合速率與呼吸速率之差)變化曲線不同，表示晴天的曲線圖是(

)。第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二解析A選項曲線表示高溫、干旱天氣時，獼猴桃凈光合作用強度變化。高溫干旱時，植物氣孔長時間處于關(guān)閉狀態(tài)，CO2吸收減少，從而影響到光合作用的碳反應(yīng)，所以光合速率比較低，只有在上午一段時間，氣孔逐漸開放，光合速率才有可能增加；B選項曲線表示晴天時獼猴桃的凈光合作用強度變化。夏季晴天時，中午因光照強、溫度高，植物體為了防止水分過多蒸發(fā)，氣孔會關(guān)閉，此時CO2的吸收也會減少，從而影響光合作用碳反應(yīng)，凈光合作用強度也就下降了，所以，這種條件下植物凈光合作用強度應(yīng)該有兩個峰值；

第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二C選項曲線表示多云時獼猴桃的凈光合作用強度變化。多云時，氣孔開放的程度比較大，CO2吸收比較多，這樣往往不會出現(xiàn)兩個峰值，但光照強度較晴天弱，所以最大峰值小于晴天；D選項曲線表示陰天時獼猴桃的凈光合作用強度變化。陰天時植物光合作用強度比較低，而此時細胞呼吸還比較高，這樣凈光合作用強度相對來說比較低。答案B第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二光反應(yīng)與碳反應(yīng)的關(guān)系

第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二A．U在光合作用中的作用是吸收和傳遞光能B．V吸收光能后被激發(fā)，使H2O分解，產(chǎn)生電子流C．W為CO2的還原劑D．U至Y的能量轉(zhuǎn)換在葉綠體囊體膜上進行思維導(dǎo)圖：第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二深度剖析本題考查光合作用的過程分析。其中U起的作用主要是吸收和傳遞光能，V是特殊狀態(tài)的葉綠素a，作用是將水分子分解，從而產(chǎn)生氧氣和H＋，從而形成電子流，將光能轉(zhuǎn)化為電能，W為二氧化碳的還原劑，在還原二氧化碳的過程中將能量貯存在有機物中，成為穩(wěn)定的化學(xué)能，由U至Y表示光合作用的全過程，其場所是葉綠體，包括葉綠體類囊體膜和葉綠體基質(zhì)。答案D第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二規(guī)律方法當外界條件驟變時，光反應(yīng)與碳反應(yīng)中物質(zhì)變化情況外界條件三碳酸RuBPNADPH和ATP三碳糖合成量突然停止光照CO2供應(yīng)不變增加減少減少或沒有減少或沒有突然增加光照CO2供應(yīng)不變減少增加增加增加光照不變，突然停止CO2供應(yīng)減少增加減少或沒有減少或沒有光照不變，突然增加CO2供應(yīng)增加減少減少增加光照不變，CO2供應(yīng)不變(三碳糖)運輸受阻增加減少增加減少第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二【例2】

在春末晴朗白天，重慶某蔬菜基地測定了某大棚蔬菜在不同條件下的凈光合作用強度(實際光合作用強度與呼吸作用強度之差)，結(jié)果如圖(假設(shè)塑料大棚外環(huán)境條件相同；植株大小一致、生長正常，栽培管理條件相同)。影響光合速率的因素

第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(1)在曲線a中，與11時相比，13時植株葉綠體內(nèi)C3酸與C5(RuBp)相對含量較高的是________(C3或C5)；在11時和13時分別摘取植株上部成熟葉片用碘蒸氣處理，13時所取葉片顯色較________(深或淺)。(2)曲線b的峰值低于曲線a，其兩個主要決定因素是____________(光照強度、環(huán)境溫度、空氣中CO2含量)。曲線c高于曲線b，原因是補充光照能使葉綠體產(chǎn)生更多的________用于CO2還原；若在棚內(nèi)利用豆科植物做綠肥，可明顯增加土壤中________元素的含量，主要促進植株體內(nèi)________和________等生物大分子的合成。(3)6～9時和16～18時，曲線b高于曲線a，主要原因是此時段棚內(nèi)________較高。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二思維導(dǎo)圖：第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二深度剖析本題以曲線圖的形式考查分析問題、獲取信息、解決問題的能力。(1)結(jié)合一天中光照特點和曲線圖所示信息可知，a曲線在13時左右的凈光合作用強度出現(xiàn)下降的原因是高溫和強光照使蒸騰作用過快，散失水分過多，從而導(dǎo)致部分氣孔關(guān)閉，CO2吸收量減少，光合速率下降，單位時間單位面積內(nèi)積累的有機物減少(但總積累量在增加)。因此，在13時，C5含量會多，同時(CH2O)的量也會增多，用碘蒸氣處理時，顯色較深。(2)光反應(yīng)能夠為酸反應(yīng)提供ATP和NADPH，相比曲線b，曲線c是在白天補充光照的條件下形成的，因此能夠制造更多的ATP和NADPH，光合效率較高。利用豆科植物做綠肥，能夠提高土壤中的氮元素的含量。

第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(3)溫度能夠影響酶的活性，因此，溫度也會影響光合作用強度，在6～9時和16～18時，b條件下比a條件下棚內(nèi)溫度較高，因此，凈光合作用強度相對較高。答案(1)C5(RuBP)深(2)光照強度、空氣中CO2含量ATP、NADPH([H])氮(N)蛋白質(zhì)核酸(3)溫度第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二技法必備(1)對照設(shè)計本部分的實驗都要求設(shè)計對照實驗，對照實驗的設(shè)計方法有：①條件對照。實驗中對對照組作了部分處理，所以叫條件對照。如驗證酶的高效性實驗，加入新鮮肝臟(H2O2酶)的一組為實驗組，加入二氧化錳或Fe3＋(無機催化劑)的一組就是對照組。②相互對照。不單獨設(shè)立對照組，而是幾個實驗組相互對照。如證明氧氣濃度對有氧呼吸速率的影響，設(shè)置的不同濃度的氧氣，各實驗組進行相互對照?！x類實驗的設(shè)計方法和實驗操作——————第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(2)平衡控制植物體本是一個相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體，在代謝活動中，影響因素較多，因此要特別注意實驗的平衡控制。如探究在某一溫度下植物體的呼吸速率，就要求在黑暗中進行，排除光合作用的干擾，還要注意實驗植物的生長狀態(tài)、水分和礦質(zhì)元素的供應(yīng)、氧氣濃度等一系列其它因素。(3)水培法有些實驗要用水培法。如必需的礦質(zhì)元素的鑒定；以小球藻等藻類植物為實驗材料，進行有關(guān)光合作用、細胞呼吸的實驗設(shè)計。第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(4)饑餓處理在進行光合作用的實驗設(shè)計中，對實驗植物一般要進行饑餓處理，其目的是消耗掉葉片細胞內(nèi)儲存的有機物，方法是將植物放在黑暗的環(huán)境中一段時間，一般是24h。(5)二氧化碳緩沖液——NaHCO3溶液在探究植物的光合作用速率的實驗中，常常在一個密閉的環(huán)境中要保持相對穩(wěn)定的二氧化碳濃度，因此需要用到NaHCO3溶液，根據(jù)NaHCO3與H2CO3的平衡反應(yīng)，來維持相對穩(wěn)定的二氧化碳濃度。這里需要注意NaHCO3與NaOH的作用的區(qū)別。(6)光合作用與細胞呼吸速率的測定方法通常用密閉容器內(nèi)氣體體積的變化量(速率)來測定光合作用與細胞呼吸速率，兩者都要求實驗在一個密閉的環(huán)境中進行。第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二能力展示光照和二氧化碳是影響光合作用的重要因素。某生物興趣小組欲通過下列裝置探究光照強度和二氧化碳濃度對光合作用強度的影響規(guī)律。(下圖為測定光合作用速度的儀器)請設(shè)計實驗步驟并分析實驗結(jié)果。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二解析緩沖液用以調(diào)節(jié)小室內(nèi)CO2的量，使其濃度保持在一個定值。小燈泡可以調(diào)節(jié)光照強度。小室內(nèi)氣體體積的變化可根據(jù)毛細管內(nèi)水柱的移動距離測得。為了防止光照引起小室內(nèi)氣體的物理性膨脹或收縮所造成的誤差，必須要有對照，并對實驗結(jié)果進行校正。那么對照組小室內(nèi)應(yīng)放置同樣大小的死葉片和等量同樣的緩沖溶液作為對照。答案實驗步驟(1)在一密閉小室內(nèi)放置一片某作物新鮮葉片和二氧化碳緩沖溶液，在另一密閉小室內(nèi)放置同樣大小的死葉片和等量同樣的緩沖溶液作為對照。第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(2)固定適宜光強(如20klx)，依次調(diào)節(jié)二氧化碳緩沖液為200mg/mL、400mg/mL、600mg/mL、800mg/mL、1000mg/mL……，分別測出光合速率值。(3)固定適宜濃度二氧化碳緩沖液(如600mg/mL)，依次調(diào)節(jié)光強為5klx、10klx、15klx、20klx、25klx、30klx、35klx、40klx……，分別測出光合速率值。(4)根據(jù)毛細管內(nèi)水柱的移動距離測定兩小室內(nèi)氣體體積的變化。第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二(5)計算出兩小室內(nèi)氣體體積的差值并在坐標系中繪出光強度和二氧化碳濃度對光合速率的影響曲線。結(jié)果提示光強度和二氧化碳濃度對光合速率的影響曲線如下圖：第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二第50頁，共55頁，2023年，2月20日，星期二解析光反應(yīng)進行的部位是葉綠體類囊體膜，主要完