5.4.2光合作用的原理及應(yīng)用 課件 2024-2025學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版必修1

“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，雨露滋潤(rùn)禾苗壯”地球表面上的綠色植物每年大約制造4400億噸有機(jī)物。葉片是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要器官

5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用類囊體薄膜:色素、酶葉綠體基質(zhì)：酶溫故知新一、光合作用的概念光合作用是指綠色植物通過(guò)

，利用

，把

和

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著

的

，并且釋放出

的過(guò)程。CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體光合作用的反應(yīng)式：葉綠體光能二氧化碳水能量有機(jī)物氧氣1、19世紀(jì)末甲醛→糖2、1928年甲醛對(duì)植物有毒甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)二、光合作用的原理(一)探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)（有H2O，無(wú)CO2）高鐵鹽低鐵鹽研磨過(guò)濾葉綠體有氣泡產(chǎn)生葉綠體無(wú)氣泡產(chǎn)生希爾反應(yīng)：O2全部來(lái)自于H2O嗎？水的光解產(chǎn)生氧氣。結(jié)論：3、1937年，希爾在分離的葉綠體懸浮液（有H2O，無(wú)CO2）中加入高鐵鹽，將其分別放在陽(yáng)光下和黑暗條件下，陽(yáng)光條件下有氣泡產(chǎn)生，同時(shí)高鐵鹽被還原成低鐵鹽；黑暗條件下無(wú)氣泡產(chǎn)生。結(jié)論：4、1941年魯賓和卡門(mén)（同位素標(biāo)記法）H2OH218OCO2

O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O218O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

C18O2光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)自于H2O。5、1954年，阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)：在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時(shí)，體系中就會(huì)有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。ATP【結(jié)論】在光照時(shí)，葉綠體中生成了

。思考討論1(1)實(shí)驗(yàn)一：希爾實(shí)驗(yàn)①希爾的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否能說(shuō)明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來(lái)自水？不能，僅說(shuō)明離體葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。沒(méi)有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也沒(méi)觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。②希爾的實(shí)驗(yàn)是否能說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？能說(shuō)明，希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于有水的懸浮液中完成的，沒(méi)有合成糖的另一種必需原料——CO2，因此該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)。(2)實(shí)驗(yàn)二：魯賓和卡門(mén)的實(shí)驗(yàn)分析魯賓和卡門(mén)做的實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？光合作用釋放的氧氣中的氧全部來(lái)源于水，并不來(lái)源于CO2。劃分依據(jù):反應(yīng)過(guò)程是否需要光能光反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無(wú)光都能反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)(二)光合作用過(guò)程思考討論21、聯(lián)系教材102頁(yè)實(shí)驗(yàn)、認(rèn)真閱讀教材103頁(yè)光反應(yīng)相關(guān)內(nèi)容、找出光反應(yīng)“條件”；“場(chǎng)所”；“物質(zhì)變化”；“能量變化”。2、教材104頁(yè)暗反應(yīng)內(nèi)容并結(jié)合相關(guān)資料、找出并完善暗反應(yīng)“條件”；“場(chǎng)所”；“物質(zhì)變化”；“能量變化”。3、光反應(yīng)與暗反應(yīng)的“條件”；“場(chǎng)所”；“物質(zhì)變化”；“能量變化”等方面有什么區(qū)別？4、光反應(yīng)與暗反應(yīng)在“物質(zhì)變化”與“能量轉(zhuǎn)化”方面存在什么聯(lián)系？H2O類囊體膜酶Pi＋ADPATP光、色素、酶類囊體薄膜水的光解：2H2OO2+4H++4e-光能/酶ATP的合成：ADP＋Pi＋能量

ATP酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化H+NADPH的合成：

H++NADP++2e-

NADPHNADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素Ⅰ.光反應(yīng)階段能量變化酶【資料1】1954年，阿爾農(nóng)等發(fā)現(xiàn)在黑暗條件下，只要提供了ATP和NADPH,葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰！窘Y(jié)論】：CO2轉(zhuǎn)化為糖不需要______，需要______________。光照ATP和NADPHⅡ.暗反應(yīng)階段【資料2】20世紀(jì)50年代，卡爾文及其同事因在光合作用方面的研究成果，獲得了1961年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?？栁膶⑿∏蛟逖b在一個(gè)密閉容器中，通過(guò)通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個(gè)開(kāi)關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過(guò)控制電源開(kāi)關(guān)可控制光照的有無(wú)。他向密閉容器中通入14CO2，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中，將反應(yīng)時(shí)間縮短到0.5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中，上述實(shí)驗(yàn)中卡爾文等是通過(guò)控制_________來(lái)探究CO2中碳原子轉(zhuǎn)移路徑的，采用了___________等技術(shù)方法。反應(yīng)時(shí)間同位素示蹤C(jī)O2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物過(guò)程中，C的轉(zhuǎn)移途徑是：CO2C3(CH2O)C5

【資料3】卡爾文及其同事們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在有光照和CO2供應(yīng)的條件下，C3和C5的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。但是，當(dāng)改變其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，二者的濃度迅速出現(xiàn)了規(guī)律性的變化：

停止CO2供應(yīng)時(shí)，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高。

停止光照時(shí)，C3的濃度急速升高，C5的濃度急速降低。由此可見(jiàn)C3和C5之間的關(guān)系是______(請(qǐng)用箭頭表示)。CO2C3(CH2O)C5暗反應(yīng)階段CO2

C5五碳化合物2C3三碳化合物CO2的固定多種酶糖類ATPNADPH(CH2O)C3的還原場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化NADPH、ATP、酶葉綠體基質(zhì)CO2的固定：CO2＋C5

2C3酶C3的還原：ATP

ADP+Pi2C3

(CH2O)＋C5

酶糖類NADP+NADPH活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能

問(wèn)題3、光反應(yīng)、暗反應(yīng)在反應(yīng)“條件”；“場(chǎng)所”；“物質(zhì)變化”；“能量變化”等方面有什么區(qū)別？光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶酶、NADPH、ATP葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的還原

ATP和NADPH

中活躍化學(xué)能光能ATP和NADPH中活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能色素分子可見(jiàn)光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解C3的還原光反應(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個(gè)整體，二者緊密聯(lián)系，缺一不可CO2固定物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供合成ATP的原料ADP和Pi，合成NADPH的原料NADP+。能量聯(lián)系：NADPH和ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能問(wèn)題4、光反應(yīng)與暗反應(yīng)在“物質(zhì)變化”與“能量轉(zhuǎn)化”方面存在什么聯(lián)系？光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）②O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O*→O2*

CO2+H2O

*

（CH2O）+O2

*光能葉綠體條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應(yīng)不變光照不變停止CO2供應(yīng)

增加減少增加減少減少減少減少增加1.請(qǐng)結(jié)合教材光合作用原理圖分析，外界條件突然改變，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何變化？思考與討論Ⅲ.光合作用過(guò)程分析2.請(qǐng)結(jié)合教材光合作用原理圖及生產(chǎn)生活實(shí)際分析，找出影響光合作用的外界因素有哪些？光照強(qiáng)度、CO2濃度、溫度、礦質(zhì)元素、水原料條件產(chǎn)物

CO2濃度

水分

光照

礦質(zhì)元素

溫度指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類的數(shù)量。6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能葉綠體三、光合作用原理的應(yīng)用1、光合作用的強(qiáng)度2.處理葉片1.打孔3.自變量處理4.觀察記錄探究.實(shí)踐——環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響思考教材P105探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響的相關(guān)問(wèn)題。光照強(qiáng)弱。通過(guò)調(diào)節(jié)光源與實(shí)驗(yàn)裝置的距離來(lái)控制。(2)本實(shí)驗(yàn)的因變量是什么？檢測(cè)指標(biāo)是什么？光合作用強(qiáng)度。相同時(shí)間圓形小葉片浮起的數(shù)量。(3)光照下葉片上浮，請(qǐng)分析其中的原因并在下圖中繪制葉肉細(xì)胞氣體交換圖。光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度，葉片中氧氣增多。(1)本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？如何控制？（1）光照強(qiáng)度只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，CO2釋放量表明此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。即光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。此時(shí)的光照強(qiáng)度為光補(bǔ)償點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度為光飽和點(diǎn)，增加光照強(qiáng)度光合作用強(qiáng)度不再增加。光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)光合速率<呼吸速率光合速率>呼吸速率2、影響光合作用的環(huán)境因素A點(diǎn)AB段B點(diǎn)BC段C點(diǎn)

真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率項(xiàng)目表示方法凈光合速率（又稱表觀光合速率）O2的釋放量、CO2的吸收量、有機(jī)物的積累量真正光合速率（又稱實(shí)際光合速率）O2的產(chǎn)生量、CO2的固定量、有機(jī)物的制造量呼吸速率（黑暗中測(cè)量）CO2的產(chǎn)生量、O2的消耗量、有機(jī)物的消耗量1.間作套種2.通過(guò)輪作,延長(zhǎng)光合作用時(shí)間3.通過(guò)合理密植,增加光合作用面積4.溫室大棚,使用無(wú)色透明玻璃5.防止?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)強(qiáng),導(dǎo)致葉面互相遮擋,呼吸強(qiáng)于光合,影響生殖生長(zhǎng)應(yīng)用：（2）CO2濃度CO2補(bǔ)償點(diǎn)（表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度）；表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度；CO2飽和點(diǎn)（兩組都表示在一定范圍內(nèi)CO2濃度達(dá)到該點(diǎn)后，光合作用強(qiáng)度不再隨CO2濃度增加而增加）。A點(diǎn)A′點(diǎn)：B和B′點(diǎn)：應(yīng)用：1.多施有機(jī)肥2.溫室栽培植物時(shí)還可使用CO2發(fā)生器等3.大田中還要注意通風(fēng)透氣（3）溫度溫度過(guò)高時(shí)植物氣孔關(guān)閉或酶活性降低，光合速率會(huì)減弱。光合作用的最適溫度因植物種類而異。應(yīng)用：1.適時(shí)播種2.溫室栽培植物時(shí),白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫3.植物“午休”現(xiàn)象的原因之一N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分；維持葉綠體正常結(jié)構(gòu)和功能K：促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運(yùn)輸Mg：葉綠素的重要組分（4）礦質(zhì)元素應(yīng)用：合理施肥

（5）水

1.水主要通過(guò)影響氣孔的開(kāi)閉,間接影響CO2進(jìn)入植物體2.水是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)應(yīng)用：圖1表明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可根據(jù)作物的需水規(guī)律，合理灌溉。圖2曲線中E點(diǎn)光合作用強(qiáng)度暫時(shí)降低，是因?yàn)闇囟雀?，蒸騰作用過(guò)強(qiáng)，部分氣孔關(guān)閉，影響了CO2的供應(yīng)、出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。

（6）多因子（光照強(qiáng)度、CO2濃度）與光合作用強(qiáng)度之間的關(guān)系

P點(diǎn)限制因素為橫坐標(biāo)所表示的因子，隨其因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。

Q點(diǎn)時(shí)，橫坐標(biāo)所表示的因素不再是影響光合速率的因子，想提高光合速率，可采取適當(dāng)提高圖示中的其他因子的方法。內(nèi)因：外因：基因決定酶種類數(shù)量不同水分—應(yīng)用：合理灌溉礦質(zhì)元素—應(yīng)用：合理施肥溫度—影響酶的活性應(yīng)用：適時(shí)播種、晝夜溫差大“午休”CO2濃度—升高CO2的濃度：通風(fēng)、混養(yǎng)、使用農(nóng)家肥、加干冰……光質(zhì)（光的顏色）光照

光照時(shí)間：

（應(yīng)用：延長(zhǎng)光照時(shí)間：一年兩/三熟）光合面積（葉面指數(shù)）（應(yīng)用：合理密植、間苗、剪枝；適當(dāng)升高

光強(qiáng)度，間作套種（提高光能的利用率）不同植物光合作用不同；不同部位（葉）光合作用不同；不同葉齡的葉光合作用不同。影響光合作用因素總結(jié)（應(yīng)用：大棚種植用紅光或藍(lán)紫光的燈管；無(wú)色透明的薄膜）延長(zhǎng)光合作用時(shí)間增加光合作用面積提高光能利用率控制光照強(qiáng)弱控制光質(zhì)控制CO2供應(yīng)控制必需礦質(zhì)元素供應(yīng)提高復(fù)種指數(shù)溫室中人工光照合理密植間作套種通風(fēng)透光在溫室中施農(nóng)家肥，使用CO2發(fā)生器陰生植物陽(yáng)生植物提高光合速率——適時(shí)適量施肥3、提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施自養(yǎng)生物異養(yǎng)生物如人、動(dòng)物、真菌及大多數(shù)的細(xì)菌。光能自養(yǎng)生物（如綠色植物、藍(lán)細(xì)菌）化能自養(yǎng)生物（如硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌）以光為能源，以CO2和H2O（無(wú)機(jī)物）為原料合成糖類（有機(jī)物），糖類中儲(chǔ)存著由光能轉(zhuǎn)換來(lái)的能量。只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持自身的生命活動(dòng)。四、化能合成作用利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2OC6H12O6+6O2能量微專題(三)

光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系、

曲線模型及相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一、光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系1.光合作用與細(xì)胞呼吸在物質(zhì)和能量上的聯(lián)系①CO2；②O2；③H2O；④ATP；⑤ADP＋Pi；⑥NADP＋；⑦C5；⑧C3；⑨(CH2O)；⑩丙酮酸；?[H]。三、測(cè)定光合速率和呼吸速率的方法1.“裝置圖法”測(cè)定光合速率與呼吸速率(1)測(cè)定裝置(2)測(cè)定方法及解讀①測(cè)定呼吸速率(裝置甲)a.裝置甲燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用的干擾。c.置于適宜溫度環(huán)境中。d.紅色液滴向左移動(dòng)(用紅色液滴單位時(shí)間內(nèi)向左移動(dòng)的距離代表呼吸速率)。②測(cè)定凈光合速率(裝置乙)a.裝置乙燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液，用于保證容