5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用課件-高一上學(xué)期生物人教版必修1

5.4.2光合作用的原理和應(yīng)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(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。一光合作用的原理19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)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(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)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。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(xué)家希爾。希爾反應(yīng)：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(chǎn)生。結(jié)論：有光照時，有氣體產(chǎn)生；植物的光合作用需要光；植物在光照下產(chǎn)生氣體。一光合作用的原理2.希爾的實(shí)驗是否能說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)?能說明,希爾反應(yīng)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(shí)驗也沒有糖類生成，因此是兩個反應(yīng)。暗示希爾反應(yīng)和糖的合成是兩個相對獨(dú)立的反應(yīng)階段，因此光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）兩個階段1.希爾反應(yīng)是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？不能，反應(yīng)體系中可能還存在其他氧元素物質(zhì)供氧，也不能說明氧元素轉(zhuǎn)移途徑一光合作用的原理1941年，美國科學(xué)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(biāo)記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實(shí)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(chǎn)生的O2來自于H2O。實(shí)驗結(jié)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(jìn)行了下述實(shí)驗操作。結(jié)果表明四只試管中只有1號有氣泡產(chǎn)生，收集后可使點(diǎn)燃的衛(wèi)生香復(fù)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(lán)色染料，能被還原性物質(zhì)還原成無色)，發(fā)現(xiàn)1號褪色。一光合作用的原理1954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)供給Pi、ADP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。一光合作用的原理結(jié)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(yīng)的關(guān)系：ADP+PiATP一光合作用的原理19世紀(jì)末科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，_____被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖1928年科學(xué)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(nóng)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(shí)驗表明: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(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。

一光合作用的原理根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)，現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)，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(yīng)階段類囊體薄膜NADPH一光合作用的原理1光反應(yīng)階段H2O類囊體膜酶Pi＋ADPATP光、色素、酶葉綠體內(nèi)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(xué)能場所：條件：物質(zhì)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(yīng)固定暗反應(yīng)階段葉綠體基質(zhì)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(zhì)中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)+C5酶NADPH、ATP、酶場所：條件：物質(zhì)變化能量變化:NADPH2暗反應(yīng)階段一光合作用的原理

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場所物質(zhì)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(zhì)中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的還原活躍化學(xué)能光能活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi、NADP+

。聯(lián)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(yīng)暗反應(yīng)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(jìn)行光合作用的第二階段，有沒有光都可以進(jìn)行一光合作用的原理光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)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(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(zhuǎn)移到哪里？ATP從類囊體薄膜轉(zhuǎn)移葉綠體基質(zhì)，ADP從葉綠體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到類囊體薄膜一光合作用的原理光照不變，停止CO2供應(yīng)暗反應(yīng)C3含量下降C5含量上升NADPH、ATP增加O2產(chǎn)量減少仍可進(jìn)行：CO2+C5→2C3酶停止

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

2C3+NADPH(CH2O)+C5停止光照，CO2供應(yīng)不變光反應(yīng)停止NADPH、ATP、O2產(chǎn)生減少暗反應(yīng)仍正常進(jìn)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(yīng)停止沒有光反應(yīng)就沒有暗反應(yīng)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(jī)物）為原料合成糖類（有機(jī)物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。例如綠色植物、藍(lán)細(xì)菌等。異養(yǎng)生物

只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數(shù)的細(xì)菌?；芎铣勺饔?/p>

利用環(huán)境中某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物。少數(shù)的細(xì)菌，如硝化細(xì)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(xué)能）一光合作用的原理能夠利用環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化分解時所釋放的能量來制造有機(jī)物2NH3+3O2

硝化細(xì)菌2HNO2+2H2O+能量2HNO2+O2硝化細(xì)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(yīng)用光合作用的強(qiáng)度:

植物在單位時間內(nèi)合成的有機(jī)物的數(shù)量。簡單地說，是指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。

可以通過測定一定時間內(nèi)原料消耗或產(chǎn)物生成的數(shù)量來定量地表示。單位時間內(nèi)______________、___________、______________。有機(jī)物的產(chǎn)生量CO2的消耗量O2的產(chǎn)生量二光合作用原理的應(yīng)用強(qiáng)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(yīng)用（1）實(shí)驗原理：

葉片含有空氣上浮葉片下沉充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮

自變量設(shè)置方法因變量觀察指標(biāo)光照強(qiáng)弱通過調(diào)節(jié)臺燈與實(shí)驗裝置間的距離光合作用的強(qiáng)度觀測同一時間段內(nèi)被抽去空氣的小圓葉片上浮的數(shù)量（2）變量分析抽氣光合作用產(chǎn)生O2探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響二光合作用原理的應(yīng)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(nèi)，使葉片內(nèi)氣體逸出二光合作用原理的應(yīng)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(yīng)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(shí)驗裝置進(jìn)行強(qiáng)、中、弱三種光照(3盞40W臺燈分別向3個實(shí)驗裝置照射，光照強(qiáng)弱可通過調(diào)節(jié)臺燈與實(shí)驗裝置間的距離來決定)。光源會產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度不同，所以為了保證單一變量，應(yīng)該加一個盛水玻璃柱，排除溫度對實(shí)驗結(jié)果的影響。冷光源方法步驟：二光合作用原理的應(yīng)用甲乙丙葉片浮起數(shù)量多葉片浮起數(shù)量中葉片浮起數(shù)量少強(qiáng)中弱方法步驟：二光合作用原理的應(yīng)用

項目燒杯小圓形葉片加富含CO2的清水光照強(qiáng)度葉片浮起數(shù)量110片20mL強(qiáng)多210片20mL中中310片20mL弱少6）觀察并記錄結(jié)果實(shí)驗結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)。二光合作用原理的應(yīng)用三影響光合作用強(qiáng)度的因素CO2濃度水分光光質(zhì)光照強(qiáng)度光照時間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素氣孔開閉情況→光反應(yīng)光照強(qiáng)度一、光照強(qiáng)度光合速率0光強(qiáng)→NADPH、ATP→暗反應(yīng)

C3還原（CH20

）→光照強(qiáng)度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2一定光強(qiáng)后光合速率不再增加的原因：內(nèi)因：色素含量，酶的數(shù)量和最大活性；外因：CO2濃度等除光強(qiáng)以外的環(huán)境因素。三影響光合作用強(qiáng)度的因素A點(diǎn)：CO2O2光照強(qiáng)度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2光照強(qiáng)度為0時,只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放C02量代表此時的呼吸強(qiáng)度葉綠體線粒體三影響光合作用強(qiáng)度的因素AB段：O2CO2CO2O2光合速率小于呼吸速率光照強(qiáng)度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用逐漸增強(qiáng)，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(qiáng)度的因素B點(diǎn)：O2CO2光照強(qiáng)度0吸收量CO2C2ABC1釋放量CO2光補(bǔ)償點(diǎn),此時細(xì)胞呼吸釋放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=細(xì)胞呼吸速率

光補(bǔ)償點(diǎn)：當(dāng)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(qiáng)度

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

光合速率大于呼吸速率光飽和點(diǎn),光照強(qiáng)度達(dá)到一定值時，光合作用不再增強(qiáng)

C2光飽和點(diǎn)：當(dāng)光合作用速率達(dá)到最大時的外界環(huán)境中的光照強(qiáng)度三影響光合作用強(qiáng)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(jī)物的消耗量三影響光合作用強(qiáng)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(jī)物的積累量三影響光合作用強(qiáng)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(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O2CO2CO2O2光合速率大于呼吸速率三影響光合作用強(qiáng)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(jī)物的積累量真正光合速率（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（黑暗中測量）O2的吸收量、CO2的釋放量、有機(jī)物的消耗量三影響光合作用強(qiáng)度的因素釋放量AB光照強(qiáng)度0吸收量CO2CCO2細(xì)胞呼吸強(qiáng)度凈光合速率呼吸速率實(shí)際光合速率（總值）總光合速率=凈光合速率+呼吸速率光照強(qiáng)度E三影響光合作用強(qiáng)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(yīng)用：一、光照強(qiáng)度A點(diǎn)：只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，CO2釋放量表明此時的呼吸強(qiáng)度。B點(diǎn)：光補(bǔ)償點(diǎn)，即光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。C點(diǎn)：光合作用強(qiáng)度最大。C點(diǎn)之前限制光合作用因素是光照強(qiáng)度，C點(diǎn)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(diǎn)：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)D三影響光合作用強(qiáng)度的因素二、CO2濃度C點(diǎn)：CO2補(bǔ)償點(diǎn)（表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時的CO2濃度）；D點(diǎn)：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）。應(yīng)用：1.多施有機(jī)肥或農(nóng)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(fēng)透氣.B點(diǎn)

：進(jìn)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(qiáng)度的因素三、溫度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(guān)閉或酶活性降低，光合速率會減弱。應(yīng)用：1.適時播種2.溫室中,白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫3.植物“午休”現(xiàn)象三影響光合作用強(qiáng)度的因素植物“午休”現(xiàn)象

一般發(fā)生在夏天，在12時左右光合作用強(qiáng)度明顯減弱，是因為此時溫度很高，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)減少，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度明顯減弱三影響光合作用強(qiáng)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(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進(jìn)入葉片，從而間接影響光合作用。(2)