光合作用的原理和应用-高一上学期生物人教版必修1.pptx

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1、光合作用与能量转化光合作用与能量转化光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用一、光合作用的概念一、光合作用的概念是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。化学反应式：化学反应式：二、光合作用的原理二、光合作用的原理1.1.探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验（1）19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2中的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛分子缩合成糖。（2）1928年，科学家发现，甲醛对植物有毒害作用，并且甲醛不能通过光合作用转化成糖。（3）1937年，英国植物学家希尔（R.Hill）发现，在离体

2、叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。思考思考1 1：希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生：希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的元素全部来自水？的氧气中的元素全部来自水？不能说明，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。思考思考2 2：希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？：希尔的实验是否说明水的光解与

3、糖的合成不是同一个化学反应？能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立相对独立的反应阶段。（4）1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组实验给同种植物提供H218O和CO2。在其它条件相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。思考思考

4、3 3：分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？：分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于H H2 2O O，而并不来源于，而并不来源于COCO2 2思考思考4 4：尝试用示意图来表示：尝试用示意图来表示ATPATP的合成与希尔反应的关系。的合成与希尔反应的关系。（5）1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。（5）20世纪40年代，美国科学家卡尔文（M.Calvin，1911-1997)等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做实验：用

5、14C标记CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。14CO214C3（14CH2O）2.2.光合作用过程光合作用过程 根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应两个阶段。光反应暗反应H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶PiPi ADPADPATPATP光反应阶段光反应阶段光、色素、酶光、色素、酶叶绿体的叶绿体的类囊体薄膜类囊体薄膜上上水的光解：水的光解：2H2H2 2O OO O2 2+4NADPH+4NADPH光能光能ATPATP的合成：的合成：ADPADPPiPi能量（能量（光能

6、光能)ATPATP酶酶光能光能ATPATP、NADPHNADPH中中活跃的活跃的化学能化学能场所：场所：条件：条件：物质物质变化变化能量变化能量变化H H+NADPNADP+NADPHNADPH氧化型辅酶氧化型辅酶还原型辅酶还原型辅酶色色素素O O2 2暗反应阶段暗反应阶段COCO2 2的固定：的固定：COCO2 2C C5 5 2C 2C3 3酶酶C C3 3的还原：的还原：叶绿体的叶绿体的基质基质中中ATPATP、NADPHNADPH中中活跃活跃的的化学能化学能有机物中有机物中稳定稳定的的化学能化学能NADPH NADPH、ATPATP、酶、酶场所：场所：条件：条件：物质物质变化变化能量能

7、量变化变化COCO2 2 五碳化合物五碳化合物 C C5 5 COCO2 2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C2C3 3叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶糖类糖类ATPATPNADPHNADPH(CH(CH2 2O)O)2C2C3 3 (CH (CH2 2O)O)C C5 5酶酶糖类糖类ATPATP、NADPHNADPH光光能能H H2 2O OCOCO2 2还还原原（CHCH2 2O O）叶绿体叶绿体色素色素供氢供氢酶酶供能供能多种酶参多种酶参加催化加催化暗反应暗反应（叶绿体基质（叶绿体基质）2C2C3 3C C5 5固定固定ADP+PiADP+PiATPATP酶酶水在光下分解水在光下分解

8、O O2 2NADPHNADPHNADPNADP+光反应光反应（叶绿体类囊体薄膜）（叶绿体类囊体薄膜）光能光能ATPATP、NADPHNADPH中中活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳有机物中稳定的化学能定的化学能光合作用过程光合作用过程光合作用中元素的转移光合作用中元素的转移H H的转移：的转移：H H2 2O NADPO NADPH H (C(CH H2 2O)O)C C的转移：的转移：C CO O2 2 C C3 3 （C CH H2 2O O）O O的转移：的转移：C CO O2 2 C C3 3（CHCH2 2O O）COCO2 2+H+H2 2O O*光能光能叶绿体叶绿体（CHCH2

9、 2O O）+O+O2 2*H H2 2O O*O O2 2*条件条件C C3 3C C5 5NADPHNADPH和和ATPATP(CH(CH2 2O)O)光照由强到弱光照由强到弱 CO CO2 2供应不变供应不变 光照不变光照不变COCO2 2由充足到不足由充足到不足 增加增加减少减少 增加增加减少减少减少减少减少减少减少减少增加增加光光能能H H2 2O OCOCO2 2还还原原（CHCH2 2O O）叶绿体叶绿体色素色素供氢供氢酶酶供能供能多种酶参多种酶参加催化加催化2C2C3 3C C5 5固定固定ADP+PiADP+PiATPATP酶酶水在光下分解水在光下分解O O2 2NADPHN

10、ADPHNADPNADP+C5C5、NADPHNADPH、ATPATP变化一致，变化一致，C3C3、C5C5相反。相反。外界条件突然改变，外界条件突然改变，NADPHNADPH、C5C5、ATPATP等物质的变化规律等物质的变化规律光、光合色素、酶光、光合色素、酶有光无光均可、酶有光无光均可、酶叶绿体类囊体薄膜（基粒）叶绿体类囊体薄膜（基粒）叶绿体基质叶绿体基质光能光能ATP和和NADPH中中活跃的化学能活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学中活跃的化学能能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能物质联系物质联系：光反应生成的：光反应生成的ATPATP和和NADPHNADPH供暗反应供暗反

11、应C3C3的还原，而的还原，而暗反应为光反应提供了暗反应为光反应提供了ADPADP、PiPi、NADPNADP+。H H2 2O O的光解；的光解；ATPATP、NADPHNADPH的合成的合成COCO2 2的固定；的固定；C C3 3的还原的还原ATPATP、NADPHNADPH的分解的分解能量联系能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。学能转化为有机物中稳定的化学能。化能合成作用化能合成作用 利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量把CO2和H2O为原料合成糖类，所需的能量来源于化学能。自

12、养生物自养生物自养生物自养生物异养生物异养生物异养生物异养生物如人、动物、真菌及大多数的细菌。如人、动物、真菌及大多数的细菌。光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）化能自养生物（如化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌硝化细菌、铁细菌、硫细菌）以以光光为能源，以为能源，以COCO2 2和和H H2 2O O（无机物无机物）为原料合成糖类）为原料合成糖类（有机物有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。），糖类中储存着由光能转换来的能量。只能利用环境中只能利用环境中现成的有机物现成的有机物来维持自身的生命活动。来维持自身的生命活动。1.1.光合作用强度的光合作用强

13、度的表示方法？表示方法？固定固定COCO2 2的量的量制造或产生制造或产生有机物（糖类）量有机物（糖类）量产生产生O O2 2的量的量单位时间内光合作用单位时间内光合作用产物的生成量或产物的生成量或底物的消耗量！底物的消耗量！三、光合作用原理的应用三、光合作用原理的应用2 2、光合作用、光合作用速率速率的测定的测定线粒体线粒体叶绿体叶绿体产生产生O O2 2释放释放O O2 2（可以测得）（可以测得）叶叶肉肉细细胞胞COCO2 2吸收吸收COCO2 2（可以测得）（可以测得）植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际实际测量到的光合作用指标是测量到的

14、光合作用指标是净光合作用速率净光合作用速率，称为，称为表观光合速率表观光合速率。真正（真正（总总）光合速率）光合速率=净（净（表观表观）光合速率）光合速率 +呼吸作用速率呼吸作用速率合成有机物的量合成有机物的量固定或消耗固定或消耗COCO2 2量量 产生产生O O2 2的量的量有机物积累有机物积累量量 CO CO2 2吸收吸收量量 O O2 2的释放量的释放量消耗消耗有机物的有机物的量量黑暗下黑暗下COCO2 2的释放的释放量量黑暗下黑暗下O O2 2的吸收量的吸收量=+(1)甲装置在黑暗条件下植物只进行 ，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的

15、O2吸收速率，可代表 。(2)乙装置在光照条件下植物进行 ，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表 。细胞呼吸呼吸速率光合作用和细胞呼吸净光合速率COCO2 2的浓度的浓度COCO2 2H H2 2O O （CHCH2 2O O）O O2 2光能光能叶绿体叶绿体H H2 2O O光：光：光照强度、光质、光照时间光照强度、光质、光照时间矿质元素（矿质元素（N N、MgMg是合是合成叶绿素的原料）成叶绿素的原料）外因：外因：内因：内因：酶的种类、数量酶的种类、数量色素的含量色素的含量叶龄不同叶龄不同温温度度影响光合作用强度的

16、因素及应用影响光合作用强度的因素及应用光照强度光照强度0 0COCO2 2吸收吸收速率速率COCO2 2释放释放速率速率A AB BC C呼吸速率呼吸速率光补偿点光补偿点 光饱和点光饱和点净光净光合速合速率率总总光光合合速速率率B B：光合作用光合作用=呼吸作用呼吸作用D D：光合速率开始达到最大时对应的：光合速率开始达到最大时对应的光照强度光照强度D DABAB：光合作用光合作用 呼吸作用呼吸作用呼吸呼吸速率速率A:A:只进行呼吸作用只进行呼吸作用1 1、C C点之前和之后点之前和之后限制光合作用因素限制光合作用因素分别是？分别是？C C点前：光照强度点前：光照强度C C点后：点后：COCO

17、2 2浓度、浓度、温度等温度等2 2、能否在图中找、能否在图中找出总光合速率？出总光合速率？阴生植物阴生植物 是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。阳生植物阳生植物 在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物生长发育不良的植物称阳性植物阴生植物阴生植物阳生植物阳生植物光照强度光照强度0 0A AB BC C阳生植物阳生植物呼吸速率呼吸速率光补偿点光补偿点 光饱和点光饱和点阴生植物阴生植物A A1 1B B1 1C C1 1D D提示：提示：阴生植物的呼吸作用较弱，阴生植物

18、的呼吸作用较弱，A A点上移，点上移，光补偿点光补偿点B B1 1在在B B点左侧点左侧；对光对光的利用能力也不的利用能力也不强，强，最大光合速率最大光合速率C C1 1往左下移。往左下移。应用：应用：合理密植合理密植间作套种间作套种适当适当剪枝剪枝讨论：若该曲线表示的讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率，是阳生植物的光合速率，阴生植物的曲线该如何阴生植物的曲线该如何画？据此生产上有哪些画？据此生产上有哪些应用？应用？COCO2 2吸收吸收速率速率COCO2 2释放释放速率速率由图可知，在植物的栽培过程中可以通过增加 来增大光合作用速率，其具体措施有 等。CO2浓度 施有机肥、通风、与鸡舍

19、相连 温度主要是通过影响 来影响光合速率；因此，大田栽培时要适时播种、大棚栽培时白天适当 温度，晚上适当 温度。与光合作用有关的酶的活性提高降低光合作用小结光合作用小结光光合合作作用用与与能能量量转转化化光合作用光合作用光合作用应用光合作用应用概念概念反应式反应式探究历程探究历程影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素 硝化细菌硝化细菌光合作用原理光合作用原理过程过程光反应：类囊体薄膜光反应：类囊体薄膜暗反应：叶绿体基质暗反应：叶绿体基质化能合成作用化能合成作用COCO2 2 +H +H2 2O O （CHCH2 2O)+OO)+O2 2 光能光能叶绿体叶绿体谢谢观看