5.4.2光合作用的原理和應用課件-高一上學期生物人教版必修1

5.4.2光合作用的原理和應用光合作用：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。一光合作用的原理19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。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成糖。CH2O甲醛（CH2O）碳水化合物CO2二氧化碳×O2一光合作用的原理1937年，英國科學家希爾。希爾反應：取植物的綠色葉片研磨過濾后，放到兩個培養(yǎng)皿中，分別放在陽光下和黑暗中，陽光下的有氣泡產生。結論：有光照時，有氣體產生；植物的光合作用需要光；植物在光照下產生氣體。一光合作用的原理2.希爾的實驗是否能說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應?能說明,希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的,懸浮液中有水,沒有合成糖的另一種必需原料——CO2,同時該實驗也沒有糖類生成，因此是兩個反應。暗示希爾反應和糖的合成是兩個相對獨立的反應階段，因此光合作用分為光反應和暗反應（碳反應）兩個階段1.希爾反應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？不能，反應體系中可能還存在其他氧元素物質供氧，也不能說明氧元素轉移途徑一光合作用的原理1941年，美國科學家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2光合作用產生的O2來自于H2O。實驗結論一光合作用的原理研究者為探究上述過程發(fā)生的場所和條件，進行了下述實驗操作。結果表明四只試管中只有1號有氣泡產生，收集后可使點燃的衛(wèi)生香復燃。從4只試管取樣分別加入特定的氫離子受體（如2,6-D，一種氧化劑，藍色染料，能被還原性物質還原成無色)，發(fā)現1號褪色。一光合作用的原理1954年，美國科學家阿爾農發(fā)現，當供給Pi、ADP時，會有ATP產生。同樣方法處理四只試管，只有1號有ATP產生。1957年，他發(fā)現這一過程總是與水的光解相伴隨。一光合作用的原理結論：在光照時，葉綠體中生成了ATP。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系：ADP+PiATP一光合作用的原理19世紀末科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，_____被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖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成糖1937年希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出______1941年魯賓、卡門1954年阿爾農在光照下，葉綠體可合成______，這一過程總是與_________相伴隨O2氧氣水ATP水的光解光合作用的探索歷程一光合作用的原理上述實驗表明:光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，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。

一光合作用的原理根據是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗反應，現在也稱為碳反應，兩個階段。光合作用過程的示意圖一光合作用的原理ATPADP+Pi酶O2NADP++H+H2O光解光反應階段類囊體薄膜NADPH一光合作用的原理1光反應階段H2O類囊體膜酶Pi＋ADPATP光、色素、酶葉綠體內的類囊體薄膜上水的光解：H2O0.5O2+2NADPH光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能

ATP、NADPH中活躍的化學能場所：條件：物質變化能量變化NADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素一光合作用的原理2C3C5NADPHADP+Pi（CH2O）+H2OATP多種酶參加催化酶CO2還原固定酶供能卡爾文循環(huán)一光合作用的原理2C3CO2（CH2O）多種酶參加反應固定暗反應階段葉綠體基質還原C5一光合作用的原理CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：ATP

葉綠體的基質中活躍的化學能轉變?yōu)樘穷惖扔袡C物中穩(wěn)定的化學能2C3(CH2O)+C5酶NADPH、ATP、酶場所：條件：物質變化能量變化:NADPH2暗反應階段一光合作用的原理

光反應階段暗反應階段條件場所物質變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、NADPH、ATP葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的還原活躍化學能光能活躍化學能有機物中穩(wěn)定化學能光反應是暗反應的基礎，為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供ADP和Pi、NADP+

。聯系一光合作用的原理色素分子可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應暗反應NADP+NADPH嘗試畫出光合作用過程圖解

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一光合作用的原理光合作用中元素的轉移①H的轉移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2一光合作用的原理討論：1.葉綠體處不同條件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的動態(tài)變化?條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應不變光照不變停止CO2供應

增加減少增加減少減少減少減少增加色素分子可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHATP、ADP分別從哪里轉移到哪里？ATP從類囊體薄膜轉移葉綠體基質，ADP從葉綠體基質轉移到類囊體薄膜一光合作用的原理光照不變，停止CO2供應暗反應C3含量下降C5含量上升NADPH、ATP增加O2產量減少仍可進行：CO2+C5→2C3酶停止

2C3+NADPH(CH2O)+C5酶ATP光反應停止H2O→2NADPH+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP沒有暗反應光反應也不能進行一光合作用的原理

2C3+NADPH(CH2O)+C5停止光照，CO2供應不變光反應停止NADPH、ATP、O2產生減少暗反應仍正常進行停止C3含量上升C5含量下降(CH2O)合成量減少H2O→2NADPH+1/2O2+Pi+光能ATP酶ADP酶ATP：CO2+C5→2C3酶暗反應停止沒有光反應就沒有暗反應NADPH一光合作用的原理自養(yǎng)生物

以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉換來的能量。例如綠色植物、藍細菌等。異養(yǎng)生物

只能利用環(huán)境中現成的有機物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數的細菌。化能合成作用

利用環(huán)境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物。少數的細菌，如硝化細菌P106。光能自養(yǎng)生物化能自養(yǎng)生物所需的能量來源不同（光能、化學能）一光合作用的原理能夠利用環(huán)境中的某些無機物氧化分解時所釋放的能量來制造有機物2NH3+3O2

硝化細菌2HNO2+2H2O+能量2HNO2+O2硝化細菌2HNO3+能量CO2+H2O酶（CH2O）+O2一光合作用的原理二光合作用原理的應用光合作用的強度:

植物在單位時間內合成的有機物的數量。簡單地說，是指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。

可以通過測定一定時間內原料消耗或產物生成的數量來定量地表示。單位時間內______________、___________、______________。有機物的產生量CO2的消耗量O2的產生量二光合作用原理的應用強度頻率澆水Mg2+施肥色素空氣中CO2的濃度溫度pH酶二光合作用原理的應用（1）實驗原理：

葉片含有空氣上浮葉片下沉充滿細胞間隙，葉片上浮

自變量設置方法因變量觀察指標光照強弱通過調節(jié)臺燈與實驗裝置間的距離光合作用的強度觀測同一時間段內被抽去空氣的小圓葉片上浮的數量（2）變量分析抽氣光合作用產生O2探究光照強度對光合作用強度的影響二光合作用原理的應用方法步驟：1）打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片2）將圓形小葉片置于注射器內，使葉片內氣體逸出二光合作用原理的應用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4）取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）方法步驟：二光合作用原理的應用5）分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片，然后分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照(3盞40W臺燈分別向3個實驗裝置照射，光照強弱可通過調節(jié)臺燈與實驗裝置間的距離來決定)。光源會產生熱量，導致溫度不同，所以為了保證單一變量，應該加一個盛水玻璃柱，排除溫度對實驗結果的影響。冷光源方法步驟：二光合作用原理的應用甲乙丙葉片浮起數量多葉片浮起數量中葉片浮起數量少強中弱方法步驟：二光合作用原理的應用

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量110片20mL強多210片20mL中中310片20mL弱少6）觀察并記錄結果實驗結論：在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。二光合作用原理的應用三影響光合作用強度的因素CO2濃度水分光光質光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質元素氣孔開閉情況→光反應光照強度一、光照強度光合速率0光強→NADPH、ATP→暗反應

C3還原（CH20

）→光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2一定光強后光合速率不再增加的原因：內因：色素含量，酶的數量和最大活性；外因：CO2濃度等除光強以外的環(huán)境因素。三影響光合作用強度的因素A點：CO2O2光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2光照強度為0時,只進行細胞呼吸，釋放C02量代表此時的呼吸強度葉綠體線粒體三影響光合作用強度的因素AB段：O2CO2CO2O2光合速率小于呼吸速率光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2隨光照強度增強，光合作用逐漸增強，C02的釋放量逐漸減少,因一部分用于光合作用。

三影響光合作用強度的因素B點：O2CO2光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2光補償點,此時細胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=細胞呼吸速率

光補償點：當光合作用速率等于呼吸作用速率時的外界環(huán)境中的光照強度

三影響光合作用強度的因素BC1段：O2CO2CO2O2光照強度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2隨光照強度不斷增強，光合作用不斷增強

光合速率大于呼吸速率光飽和點,光照強度達到一定值時，光合作用不再增強

C2光飽和點：當光合作用速率達到最大時的外界環(huán)境中的光照強度三影響光合作用強度的因素項目表示方法呼吸速率（黑暗中測量）CO2O2葉綠體線粒體O2的吸收量、CO2的釋放量、有機物的消耗量三影響光合作用強度的因素項目表示方法凈光合速率（表觀光合速率）O2CO2CO2O2光合速率大于呼吸速率O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量三影響光合作用強度的因素真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。項目表示方法真正光合速率（實際光合速率）O2的產生量、CO2的固定量、有機物的制造量O2CO2CO2O2光合速率大于呼吸速率三影響光合作用強度的因素項目表示方法凈光合速率（表觀光合速率）O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量真正光合速率（實際光合速率）O2的產生量、CO2的固定量、有機物的制造量呼吸速率（黑暗中測量）O2的吸收量、CO2的釋放量、有機物的消耗量三影響光合作用強度的因素釋放量AB光照強度0吸收量CO2CCO2細胞呼吸強度凈光合速率呼吸速率實際光合速率（總值）總光合速率=凈光合速率+呼吸速率光照強度E三影響光合作用強度的因素1.間作(幾種作物同時期播種)、套種(幾種作物不同時期播種)2.輪作(幾種作物輪換種植)3.合理密植,增加光合作用面積4.溫室大棚,使用無色透明玻璃應用：一、光照強度A點：只進行細胞呼吸，CO2釋放量表明此時的呼吸強度。B點：光補償點，即光合作用強度=細胞呼吸強度。C點：光合作用強度最大。C點之前限制光合作用因素是光照強度，C點之后限制因素是CO2、溫度等AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸D點：光飽和點，增加光照強度光合作用強度不再增加。光補償點光飽和點D三影響光合作用強度的因素二、CO2濃度C點：CO2補償點（表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度）；D點：CO2飽和點（兩組都表示在一定范圍內CO2濃度達到該點后，光合作用強度不再隨CO2濃度增加而增加）。應用：1.多施有機肥或農家肥2.溫室栽培植物時還可使用CO2發(fā)生器等.3.大田中還要注意通風透氣.B點

：進行光合作用所需CO2的最低濃度ABCD0吸收CO2釋放CO2CO2濃度三影響光合作用強度的因素三、溫度最適溫度下植物光合作用最大，植物體內的酶最適溫度在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。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”現象三影響光合作用強度的因素植物“午休”現象

一般發(fā)生在夏天，在12時左右光合作用強度明顯減弱，是因為此時溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉，二氧化碳供應減少，導致光合作用強度明顯減弱三影響光合作用強度的因素四．水(1)影響：水是光合作用的原料，缺水既可影響光合作用，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。(2)