【生物】光合作用的原理和应用 2023-2024学年高一生物实用高效课件（人教版2019必修1）.pptx

5.4光合作用与能量转化二：光合作用的原理和应用第5章 细胞的能量供应和利用绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。定义：光合作用总反应式：CO2+H2O叶绿体光能（CH2O）+O2一、光合作用的原理离体叶绿体悬浮液中加入铁盐，光照下可释放O2CO2中C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛缩合成糖1.探究光合作用原理的部分实验甲醛对植物有毒害；甲醛不能转化成糖19世纪末1937年希尔1941年鲁宾、卡门1954年阿尔农1928年1957年阿尔农20世纪40年代卡尔文一、光合作用的原理希尔实验是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？不能说明。实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。能够说明。希尔实验中没有合成糖类的原料CO2，因此，可以说明水的光解并非必须与糖的合成相联系，意味着希尔反应是相对独立的反应阶段。一、光合作用的原理补充：补充：鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验实验思路：用同位素示踪法来研究物质的去路光合作用产生的O2中的O来源于H2O，而不来源于CO2实验过程及现象：CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2实验结论一、光合作用的原理离体叶绿体悬浮液中加入铁盐，光照下可释放O2同位素示踪法，证明O2来自水CO2中C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛缩合成糖1.探究光合作用原理的部分实验甲醛对植物有毒害；甲醛不能转化成糖光照下，叶绿体可合成ATPATP合成与水的光解相伴随19世纪末1937年希尔1941年鲁宾、卡门1954年阿尔农1928年1957年阿尔农20世纪40年代卡尔文CO2中的C进入有机物中一、光合作用的原理卡尔文实验用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性14CO214C3(14CH2O)反应时间30秒5秒1秒带14C标记的化合物很多种14C3、14C690%14C3实验结论：实验方法：放射性同位素示踪法实验变量：自变量是，因变量是。时间14C标记的化合物的种类CO2中的C进入有机物中。划分依据:反应过程是否需要光能光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应（又称碳反应）在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光、无光都能反应2.光合作用的过程一、光合作用的原理叶绿体中的色素光能H2OH+O2直接释放到空气中在暗反应中做还原剂、供能为暗反应阶段提供能量光反应阶段:水在光下分解ADP+PiATP酶2.NADPH的合成1.水的光解3.ATP的合成NADP+NADPH类囊体薄膜水的光解：ATP的合成：条件：场所：物质变化：能量变化：光能ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+光能ATP酶酶光、色素、水光反应阶段:氧化型辅酶还原型辅酶光、色素酶H2O1/2O2+2H+2e-NADPH+2e-NADPHNADPH的合成：2C3CO2C5还原（CH2O）暗反应阶段：还原剂、供能NADPH固定1.CO2的固定2.C3的还原酶酶ADP+Pi多种酶参加催化NADP+ATP供能卡尔文循环叶绿体基质CO2的固定：CO2+C52C3酶C3的还原：条件：场所：物质变化：能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能NADPH、多种酶、ATP、CO2、2C3（CH2O）+C5+H2O酶、ATPNADPH暗反应阶段：C52C3ADP+PiATP多种酶(CH2O)CO22H2OO2光解固定还原光反应阶段（叶绿体类囊体薄膜）暗反应阶段（叶绿体基质）光合作用总过程：NADPHNADP+叶绿体中的色素可见光光反应与暗反应的比较反应阶段反应部位反应条件物质变化能量变化产物联系光合作用实质光反应暗反应类囊体薄膜上叶绿体基质必须有光、光合色素、酶有光或无光均可，多种酶光能ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能稳定的化学能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5、NADP+光反应为暗反应提供ATP和H，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来2442光合作用中元素的转移H的转移：H2ONADPH(CH2O)C的转移：CO2C3（CH2O）O的转移：CO2C3（CH2O）H2OO2CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2当条件改变时，C3、C5、ATP、NADPH含量变化条件C3C5ATP和NADPH停止光照，CO2供应不变突然光照；CO2供应不变光照不变停止CO2供应光照不变CO2大量供应增加减少减少减少增加增加减少增加增加增加减少减少规律:C3与C5、ATP和NADPH含量变化相反影响光合作用的因素有哪些？CO2H2O（CH2O）O2光能叶绿体内因酶的种类、数量色素的含量叶龄不同光照强度CO2的浓度、H2O矿质元素（Mg合成叶绿素）温度外因二、光合作用原理的应用1、光照强度A点：只进行呼吸作用B点：光补偿点；光合作用=呼吸作用C点：光饱和点C点之前限制因素是光照强度，C点之后限制因素是CO2、温度等AB段：光合呼吸应用：合理密植，间作套种，适当剪枝光补偿点光饱和点C，呼吸速率净光合速率总光合速率光照强度光合速率光饱和点AB二、光合作用原理的应用OO2 2吸吸收收量量0OO2 2释释放放量量光照强度ABCO2CO2（A：只呼吸，无光合）O2CO2O2CO2（AB：光合呼吸）二、光合作用原理的应用2、CO2浓度应用：1.多施有机肥或农家肥2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等.3.“正其行，通其风”aCO2补偿点CO2饱和点C02浓度Cm和A点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；二、光合作用原理的应用光合作用速率一定时间内，单位面积CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量来表示。真正光合速率=净光合速率+呼吸作用速率合成有机物的量固定或消耗CO2量产生O2的量有机物积累量CO2吸收量O2的释放量消耗有机物的量黑暗下CO2的释放量黑暗下O2的吸收量=+二、光合作用原理的应用1、温度直接影响酶的活性2、温度过高影响气孔开放，影响CO2的供应，进而影响暗反应，从而影响光合速率。光合作用强度O时间：盛夏A7101214183、温度应用：温室栽培时，白天可适当提高温度，夜间适当降低温度适时播种；A点：植物“光合午休”现象二、光合作用原理的应用4、水分和矿质元素原理a.水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，还影响气孔开放影响CO2吸收量从而影响光合速率b.矿质元素通过影响叶绿素等相关化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。应用：合理灌溉和合理施肥。经典考题：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是_。肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应5、多因子变量对光合速率的影响二、光合作用原理的应用一昼夜中植物代谢强度变化曲线（1)甲图中，光合速率等于呼吸速率的点是。D、HAD段:CO2浓度上升，DH段:CO2浓度下降，HI段:CO2浓度上升，光合速率呼吸速率;光合速率呼吸速率.有机物积累最多的点：H一昼夜中植物代谢强度变化曲线(2)图甲中BC段变化的原因是。由于温度下降，呼吸酶活性降低，呼吸速率有所下降，CO2释放速率下降起因结果逻辑关系（媒介）呼吸酶活性降低，温度下降CO2释放速率下降呼吸速率降低，即一昼夜中植物代谢强度变化曲线(3)图甲中FG段变化的原因是。由于温度上升，部分气孔关闭，CO2吸收减少，光合速率下降。起因结果逻辑关系（媒介）CO2吸收减少，温度上升光合速率降低，即部分气孔关闭CO2吸收速率下降(4)甲图中I点低于A点，植物一昼夜表现为生长，其原因是。一昼夜中植物代谢强度变化曲线I点低于A点总光合量大于总呼吸量，密闭容器中CO2浓度降低，植物生长有机物积累，I点低于A点,说明容器中的CO2浓度降低，植物的总光合量大于总呼吸量，积累有机物，因此植物表现为生长。探究环境因素对光合作用的影响影响光合作用强度的因素植物自身因素：环境因素对光合作用的影响光照光照温度温度COCO2 2浓度浓度水分水分探究环境因素对光合作用强度的影响因变量：光合作用强度观测指标：用单位时间叶圆片上浮上浮的数量代表光合强度自变量：光照强度、光照强度、CO2浓度、温度等LED灯与装置的距离或者灯泡的瓦数如何控制无关变量？如圆片及其初始状态结果？光反应：叶绿体的数量、色素含量等；暗反应：酶的数量光反应：叶绿体的数量、色素含量等；暗反应：酶的数量三、探究环境因素对光合作用的影响实验目的：探究光照强度对光合作用强度的影响实验材料：1、取叶片均分三组，进行编号2、相同处理：3、不同处理：给予低、中、高的光照圆形的生长旺盛的绿色小叶片用注射器排除叶片中的气体；用注射器排除叶片中的气体；放入适宜浓度的放入适宜浓度的NaHCONaHCO3 3溶液中溶液中实验步骤：三、探究环境因素对光合作用的影响实验：探究环境因素对光合作用的影响项目烧杯小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量110片20mL强多210片20mL中中310片20mL弱少细胞间隙积累细胞间隙积累OO2 2，浮力增大浮力增大实验结果：实验结果：在一定的浓度范围内，光合作用速率随光照强度的增大而加快；超过在一定的浓度范围内，光合作用速率随光照强度的增大而加快；超过一定强度光合作用趋于稳定。一定强度光合作用趋于稳定。能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O能量除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。进行化能合成作用的自养生物。三、探究环境因素对光合作用的影响自养生物异养生物n如人、动物、真菌及大多数的细菌。n光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）。n化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）。以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。（可以利用无机物制造有机物）只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。结合之前学习的关于自养生物和异养生物的知识，对这两种生物进行详细分析。a点：温度降低，减弱，CO2释放减少。b点：开始进行。bc段：光合作用细胞呼吸。c点：光合作用细胞呼吸。ce段：光合作用细胞呼吸。d点：过高，部分或全部气孔关闭，出现“午休现象”。e点：光合作用细胞呼吸。ef段：光合作用细胞呼吸。fg段：停止，只进行。呼吸光合作用小于等于大于温度等于小于光合作用呼吸作用