5.4光合作用與能量轉化-光合作用的原理和應用課件-2024-2025學年高一上學期生物人教版（2019）必修1

第4節(jié)

光合作用與能量轉化第5章細胞的能量供應和利用

二

光合作用的原理和應用光合作用是怎樣進行的？光合作用過程中物質變化與能量轉化有什么關系？◎本節(jié)聚焦光合作用原理在生產中有哪些應用？一、光合作用的原理光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化為儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。1.光合作用的概念：2.光合作用的化學反應式：CO2+H2O葉綠體光能（CH2O）+O2表示糖類，一部分是淀粉，一部分是蔗糖3.光合作用的實質：物質：

能量：無機物→有機物光能→有機物中的化學能記自然界總到處都是二氧化碳、水和陽光，然而，能夠利用它們合成有機物的卻只有進行光合作用的細胞。完成這一神奇過程的就是葉綠體。

葉綠體是如何將光能轉化為化學能？又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，科學界普遍認為，在光合作用中：CO2+H2O（CH2O）甲醛縮合1928年，科學家發(fā)現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化為糖。2.1937年，英國植物學家希爾發(fā)現：H2O離體葉綠體光能O2水光解產生氧氣的化學反應稱為希爾反應?希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？3.1941年，美國科學家魯賓和卡門：同位素示蹤法結論：光合作用釋放的O2中的氧元素全部來自水光照射下的小球藻懸液CO2H2OC18O2H218O18O2O2甲組乙組4.1954-1957年，美國科學家阿爾農發(fā)現：

在光照下，葉綠體可合成ATP，且此過程總是與水的光解相伴隨。5.20世紀40年代，卡爾文：

光照射下的小球藻懸液14CO2H2OO2（14CH2O）同位素示蹤法CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中的碳的途徑稱為卡爾文循環(huán)。CO2+H2O葉綠體光能（CH2O）+O2上述實驗表明：

氧氣的產生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。記根據是否需要光能，光合作用可以劃分成兩個階段：

光反應階段光合作用的第一階段，必須有光才能進行光合作用的第二階段，有沒有光都可以進行暗反應階段（碳反應/卡爾文循環(huán)）4.光合作用的過程光反應階段場所：葉綠體類囊體薄膜上ADP+Pi

ATP光、酶色素條件：光、色素、酶場所：物質變化：①水的光解：③ATP的合成：葉綠體類囊體薄膜上能量轉化：ATP、NADPH中活躍的化學能光能2H2OO2+4H++4e-

光色素光反應階段②還原劑的形成：出葉綠體，供細胞呼吸利用或釋放到環(huán)境中為還原型輔酶II，是一種還原劑，參與于暗反應；還儲存著一定的能量，可為暗反應供能。為暗反應供能NADP++H++2e-

NADPH

酶記暗反應階段場所：葉綠體的基質中卡爾文循環(huán)條件：場所：①CO2的固定：能量轉化：暗反應階段②C3的還原：有光無光都可、需多種酶葉綠體基質中CO2+C52C3酶2C3

（CH2O）+C5ATP、NADPH酶物質變化：有機物中穩(wěn)定的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能ADP+Pi

和NADP+用于光反應來源于呼吸作用，呼吸作用供給不足時，由外界環(huán)境提供指三碳化合物（3-磷酸-甘油酸）指五碳化合物（核酮糖-1,5-二磷酸）RuBP記光反應階段場所：葉綠體類囊體薄膜上暗反應階段場所：葉綠體基質中光合作用的過程比較項目光反應暗反應區(qū)

別條件場所物質變化能量轉化聯系光、色素、酶有光無光都可、需多種酶葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質中光能→ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能水的光解、還原劑的形成、ATP的合成CO2的固定、C3的還原光反應為暗反應提供NADPH和ATP。暗反應為光反應提供NADP+、ADP和Pi。光反應與暗反應的區(qū)別與聯系二、光合作用原理的應用1.光合作用強度（光合速率）指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。（1）概念：（2）表示方法：①單位時間內光合作用產生有機物的量②單位時間內光合作用吸收CO2的量③單位時間內光合作用產生O2的量記（3）影響因素：根據光合作用的化學反應式可以知道，只要影響到原料、能量的供應，都可能是影響光合作用強度的因素。例如：環(huán)境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況（影響CO2的供應量）光照強度（影響能量供應）溫度（影響酶的活性）病蟲害、無機營養(yǎng)（影響葉綠體的形成和結構）等等

光合作用強度直接關系農作物的產量，研究影響光合作用強度的環(huán)境因素很有現實意義。2.實驗探究探究光照強度對光合作用強度的影響（1）實驗原理下沉上浮葉片含有空氣，上浮抽氣葉片

；產生O2充滿細胞間隙，葉片

。光合作用

光合作用產生的氧氣量可作為光合作用強度的指標，氧氣量會改變葉片的密度。記（2）實驗步驟①取生長旺盛的綠葉，用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片。0.6cm②將圓形小葉片置于注射器內。注射器內吸入清水，待排出注射器內殘留的空氣后，用手指堵住注射器前端的小孔并緩慢拉動活塞，使圓形小葉片內的氣體逸出。該步驟重復2-3次。處理過的小葉片因為細胞間隙充滿了水，所以全部沉到水底。③將處理過的圓形小葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。④取3只小燒杯，分別倒入20mL富含CO2的清水。（可事先通過吹氣的方法補充CO2，也可以用質量分數為1%-2%的NaHCO3溶液提供CO2）然后各放入10片形葉片。⑤然后分別置于強、中、弱三種光照下。實驗中，可用5W的LED燈作為光源，利用小燒杯與光源的距離來調節(jié)光照強度。強光中等光弱光⑥觀察并記錄同一時間段內各裝置中葉片浮起的數量。（3）實驗結果小圓形葉片加富含CO2的清水光照強度葉片浮起數量甲10片20mL強乙10片20mL中丙10片20mL弱多中少光照強度影響光合作用強度。在一定范圍內，隨光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。（4）實驗結論記思考：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O2的產生量，是植物光合作用實際產生的總O2量嗎？不是。植物光合作用實際產生的總O2量=O2的產生量+呼吸作用消耗的O2量記（1）少數種類的細菌，細胞內沒有葉綠素，不能進行光合作用，但是卻能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。

例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數種類的細菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細菌CO2+H2O（CH2O）+O2能量化能合成作用和光合作用的

相同，

不同。物質轉化能量來源3.生物制造有機物的另一種方式化能合成作用記（2）代謝類型和呼吸類型代謝類型（同化作用）自養(yǎng)型異養(yǎng)型：光能自養(yǎng)型：化能自養(yǎng)型：人、動物、真菌及大多數細菌硝化細菌等綠色植物、藍細菌等呼吸類型（異化作用）需氧型：兼性厭氧型：厭氧型：人、動物、植物等破傷風桿菌、產甲烷桿菌等酵母菌等記三、影響光合作用的因素1.影響光合作用的內部因素：葉綠體的數量、色素的含量、酶的數量及活性等。2.影響光合作用的外部因素及應用：

影響光合作用的外部因素主要有光照強度、CO2濃度、溫度、水和礦質元素。記（1）光照強度①關鍵點：A點時，光照強度為0，此時只進行細胞呼吸；B點時，細胞呼吸釋放的CO2量和光合作用吸收的CO2量相等，此時的光照強度稱為光補償點；C點時，隨光照強度增加，光合作用強度不再增加，此時的光照強度稱為光飽和點。光飽和點光補償點②關鍵線段：AB段光合作用小于細胞呼吸強度；BC段光合作用強度大于細胞呼吸強度。③應用：間作套種植物，可合理利用光能，提高光能利用率。延長光合作用時間，能增加農作物產量。記拓展：凈光合速率、總光合速率及呼吸速率間的關系（1）表示方法：項目表示方法凈光合速率（表觀光合速率）總光合速率（真正或實際光合速率）呼吸速率（遮光條件下測得）CO2吸收量、O2釋放量、有機物積累量CO2釋放量、O2吸收量、有機物消耗量CO2固定量、O2生成量、有機物制造量（2）關系：凈光合速率=總光合速率-呼吸速率①當凈光合速率＞0時，植物才能積累有機物生長②當凈光合速率=0時，植物不生長③當凈光合速率＜0時，植物不生長，長時間處于此狀態(tài)，植物將會死亡記B（2）CO2濃度圖2圖1①曲線分析：圖1和圖2都表示在一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用速率不再增加，此時的限制因素主要有溫度和光照強度。表示凈光合速率表示總光合速率記B圖2圖1②關鍵點分析：圖1中A點既不吸收也不釋放CO2，表示光合速率等于呼吸速率時的CO2的濃度，即CO2補償點。圖2中的A’點表示進行光合作用的最低CO2濃度，即光合作用的起點。圖1和圖2中的B點和B’點對應的CO2濃度都是CO2飽和點。CO2補償點光合起點記CO2飽和點CO2飽和點③應用：溫室栽培植物時，適當增加CO2濃度或施用有機肥，并且多通風，以增強光合作用強度，提高產量。記（3）溫度①原理：溫度主要通過影響光合作用相關酶的活性來影響光合作用強度。②曲線分析：圖中B點對應的溫度是最適溫度，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。③應用：溫室栽培時，白天可適當提高溫度，增加光合作用強度。晚上可適當降低溫度以降低細胞呼吸，降低有機物的消耗，從而增加作物產量。同一植物光合作用的最適溫度低于其呼吸作用最適溫度記（4）水①原理：水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質。另外，水還能影響氣孔的開閉，從而間接影響CO2進入植物體，所以水對光合作用有較大的影響。②應