【课件】光合作用的原理和应用第2课时课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1.pptx
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1、高中生物 必修一第五章 细胞的能量供应和利用第第4 4节节 光合作用光合作用的的原理和应用原理和应用二、光合作用的原理光合作用的原理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 资料资料1:资料资料2:光照 H2O O2 叶绿体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?光照 H2O O2 叶绿体 资料资料2: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氧元素全部都来自水?没有直接观察到氧元素的转移。没有直接观察到氧元素的转移。光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2?如何设计实验进行探究?资料资料2:资料资料3:资料资料4:20
2、世纪世纪40年代,美国科学家卡尔文等用小球藻(一种年代,美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞的绿藻)做了这样的实验:用经过单细胞的绿藻)做了这样的实验:用经过14C标记的标记的14CO2 ,供小球藻进行光合作用,然后追踪放射性供小球藻进行光合作用,然后追踪放射性14C的去向,最终证的去向,最终证明了明了CO2是如何转化为有机物中的碳的。是如何转化为有机物中的碳的。卡尔文实验的结论是什么?14CO2小球藻小球藻有机物的有机物的14C结论:光合产物中有机物的碳来自CO2 资料资料5:20世纪世纪40年代,美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验:用经过年代,美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实
3、验:用经过14C标记的标记的14CO2供小球藻进行光合作用,然后追踪放射性供小球藻进行光合作用,然后追踪放射性14C的去向。的去向。(1)向反应体系中通入一定量)向反应体系中通入一定量14CO2,光照,光照30S后检测到多种含后检测到多种含14C的有机的有机物,将光照时间缩短至几分之一秒,物,将光照时间缩短至几分之一秒,90%的放射性稳定地出现在一种的放射性稳定地出现在一种三碳化三碳化合物合物(简称简称C3),),5S左右光照后,又检测到了含有放射性的左右光照后,又检测到了含有放射性的五碳化合物五碳化合物(简称(简称C5)和)和六碳糖。六碳糖。(2)实验发现,在光照条件下,突然降低)实验发现,
4、在光照条件下,突然降低CO2的浓度,的浓度,C3和和C5含量有如含量有如右图右图变化:变化:C5C3请尝试分析写出CO2、C3和C5的关系式。CO 2 C3 C5 资料资料6:概念:概念:光能光能COCO2 2和和H H2 2O O有机物有机物O O2 2叶绿体叶绿体绿色植物通过 利用 ,将 转化成储存着能量的 ,并且释放出 的过程。2、光合作用的过程光合作用的过程光反应暗反应划分依据: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、无光都能反应光合作用过程光合作用过程H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATP1)光反应阶段)
5、光反应阶段光、色素、酶光、色素、酶叶绿体内的叶绿体内的类囊体薄膜类囊体薄膜上上水的光解:水的光解:H2O H+O2+2e-光能光能ATP的合成:的合成:ADPPi 能量(能量(光能光能)ATP酶酶光能光能转变为转变为ATP和和NADPH中中活跃的活跃的化学能化学能H场所:场所:条件:条件:能量变化能量变化物质变化物质变化进入叶绿体进入叶绿体基质,参与基质,参与暗反应暗反应供暗反供暗反应使用应使用NADPH的合成:的合成:NADP+H+2e-NADPHCO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶H
6、H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPH糖类糖类+H2O卡尔文循环卡尔文循环CO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质脂质脂质CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶HATP2)暗反应阶段)暗反应阶段CO2的固定:的固定:CO2C5 2C3酶酶C3的还原:的还原:ATPH、ADP+Pi条件:条件:场所:场所:物质变化:物质变化:能量变化:能量变化:叶绿体的基质中叶绿体的基质中多种酶、多种酶、ATP和和NADPH中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等转变为糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能2C3
7、(CH2O)+C5酶酶糖类糖类H、ATP光合作用的总反应式光合作用的总反应式 CO2+H2O (CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体CO2+H2O光能叶绿体C6H12O6+H2O+O2光合作用反应式 (CHO三种元素的去向)66 126叶绿体叶绿体中的色中的色素素H2O水的光解水的光解O2H ADP+Pi 酶酶ATPco2C5光反应光反应2c3固固定定供氢供氢酶酶酶酶酶酶供能供能还还原原(CH2O)糖类糖类 多种酶多种酶参加催化参加催化暗反应暗反应能量转化能量转化:光能光能ATP活跃化学能活跃化学能稳定化学能稳定化学能元素转移元素转移O元素元素:H2O O2光合作用的过程光合作用的过程光能光能
8、CH2OC3C O2C元素元素:光反应光反应为为暗反应暗反应提供了提供了ATP和和H,暗反应暗反应为为光反应光反应提供了提供了ADP、Pi光反应阶段与暗反应阶段的比较光反应阶段与暗反应阶段的比较项目项目光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段区区别别场所场所条件条件物质物质变化变化能量能量转化转化类囊体的薄膜上叶绿体的基质中需光、色素和酶需多种酶光能转变为ATP中活泼的化学能ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能水的光解:2H2O 光 4H+O2光ADP+Pi ATP酶CO2的固定:CO2+C5 2C3C3的还原:2C3 (CH2O)H,ATP酶ATP ADP+Pi酶联联 系系1
9、、光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应的进行提供、光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应的进行提供H和和ATP2、暗反应是光反应的继续,暗反应为光反应的进行提供、暗反应是光反应的继续,暗反应为光反应的进行提供合成合成ATP的原的原料料ADP和和Pi3、两者、两者相互独立又同时进行相互独立又同时进行,相互制约又密切联系相互制约又密切联系下下 图是光合作用过程图解,请分析后回答下列问题:图是光合作用过程图解,请分析后回答下列问题:图中图中B是是,它来自于它来自于的分解。的分解。图中图中C是是,它被传递到叶绿体的,它被传递到叶绿体的 部位,用于部位,用于。图中图中D是是,在叶绿体中合成,在叶绿体中合成
10、D所需的能量来自所需的能量来自 图中的图中的H表示表示,H为为I提供提供光光H2OBACDE+PiFGCO2JHI2水水H基质基质C3的还原的还原ATP色素吸收色素吸收的光能的光能光反应光反应H和和ATP 请分析光下的植物突然停止光照后,其体请分析光下的植物突然停止光照后,其体内的内的C5化合物和化合物和C3化合物的含量如何变化?化合物的含量如何变化?停止停止光照光照光反应光反应停止停止请分析光下的植物突然停止请分析光下的植物突然停止CO2的供的供应后,其体内的应后,其体内的C5化合物和化合物和C3化合物化合物的含量如何变化?的含量如何变化?H ATP还原还原受阻受阻C3 C5 CO2 固定固
11、定停止停止C3 C5 能力提升能力提升 (CH2O)CO2C52C3H酶酶固定固定还还原原供氢供氢供能供能ATP增加增加减少减少减少或没有减少或没有 减少或没有减少或没有减少减少增加增加增加增加增加增加减少减少增加增加增加增加减少或没有减少或没有增加增加减少减少减少减少增加增加增加增加减少减少增加增加减少减少 整个光合作用过程中的物质整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么?变化和能量变化分别是什么?物质变化:物质变化:无机物无机物能量变化:能量变化:光能光能转变转变转变转变光合作用的实质:光合作用的实质:有机物有机物糖类等有机物中的糖类等有机物中的化学能化学能储储存存1 1、光合作
12、用过程的正确顺序是、光合作用过程的正确顺序是()二氧化碳的固定二氧化碳的固定 氧气的释放氧气的释放 叶绿素吸收光能叶绿素吸收光能水的光解水的光解三碳化合物被还原三碳化合物被还原A.B.A.B.C.D.C.D.2 2、在暗反应中,固定二氧化碳的物质是(、在暗反应中,固定二氧化碳的物质是()三碳化合物五碳化合物三碳化合物五碳化合物氧气氧气练一练练一练3 3、某科学家用含有、某科学家用含有1414C C的的COCO2 2来追踪光合作用中的来追踪光合作用中的C C原子,原子,1414C C的转移途径是(的转移途径是()A A、CO2 CO2 叶绿体叶绿体 ATP ATP B B、CO2 CO2 叶绿素
13、叶绿素 ATP ATP C C、CO2 CO2 乙醇乙醇 糖类糖类 D D、CO2 CO2 三碳化合物三碳化合物 糖类糖类D4 4、在光合作用过程中,能量的转移途径是(、在光合作用过程中,能量的转移途径是()A A、光能、光能 ATP ATP 叶绿素叶绿素 葡萄糖葡萄糖 B B、光能、光能 叶绿素叶绿素 ATP ATP 葡萄糖葡萄糖 C C、光能、光能 叶绿素叶绿素 CO CO2 2 葡萄糖葡萄糖D D、光能、光能 ATP CO ATP CO2 2 葡萄糖葡萄糖 B三、光合作用原理光合作用原理的应用的应用简单地说,就是指植物在_内通过光合作用_的数量,也叫光合速率;(一)光合作用强度1.概念:
14、单位时间单位时间制造糖类制造糖类2.表示方法单位时间内光合作用产生_的量;单位时间内光合作用产生_的量;单位时间内光合作用利用_的量;糖类糖类O2CO2(二)(二)影响光合作用的因素:1、影响光合作用的内部因素:(1)光合色素的含量;(2)酶的数量和活性等;(3)C5化合物的含量。(4)叶龄、叶面积指数等1、含义、含义:叶面积指数又叫叶面积系数叶面积指数又叫叶面积系数,指单位土地面积上植指单位土地面积上植物叶片总面积与土地面积的比值。即叶面积指数二叶片总物叶片总面积与土地面积的比值。即叶面积指数二叶片总面积面积/对应土地面积。对应土地面积。2、曲线分析、曲线分析OAOA段表明随叶面积指数的不断
15、增大段表明随叶面积指数的不断增大,光合作用实际量不断增大光合作用实际量不断增大;A;A点以后点以后,随随叶面积指数的增大叶面积指数的增大,光合作用实际量不再增大光合作用实际量不再增大,原因是光照已被最大限度利原因是光照已被最大限度利用。用。OBOB段表明干物质量随叶面积指数的增大而增大段表明干物质量随叶面积指数的增大而增大;B;B点以后,光合作用实点以后,光合作用实际量不再增大际量不再增大,但随叶面但随叶面 积指数的不断增大积指数的不断增大,呼吸量呼吸量(OC(OC段段)不断增大,所不断增大,所以干物质量不断减少以干物质量不断减少(BC(BC段段)。3、应用、应用:适当修剪和合理密植。适当修剪
16、和合理密植。1、原理、原理:随着叶龄的增大随着叶龄的增大(幼嫩幼嫩成熟成熟衰老衰老),细胞内色,细胞内色素和酶的含量以及酶的活性等发生变化,进而影响光合速素和酶的含量以及酶的活性等发生变化,进而影响光合速率。率。2、曲线分析、曲线分析在一定范围内在一定范围内,随叶龄增大随叶龄增大,叶面积增大,叶内的叶绿体、叶绿素增多叶面积增大,叶内的叶绿体、叶绿素增多,光合光合速率增强速率增强;当叶面积、叶绿体、叶绿素处于稳定状态时当叶面积、叶绿体、叶绿素处于稳定状态时,光合速率也基本稳光合速率也基本稳定定;随后随后,随叶龄增大随叶龄增大,叶绿素减少叶绿素减少,光合速率下降。光合速率下降。3、应用、应用:作物
17、生长后期,适当摘除发黄的老叶,可以降低作物生长后期,适当摘除发黄的老叶,可以降低细胞呼吸对有机物的消耗。细胞呼吸对有机物的消耗。原料原料原料原料条件条件条件条件产物产物产物产物 C CO O2 2浓浓度度 水水 分分 光光 照照 矿矿质质元元素素 温温 度度6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2光能光能叶绿体叶绿体2、影响光合作用的环境因素2、影响光合作用的环境因素光照强度CO2浓度温度矿质元素水外部因素探究探究实践实践探究环境因素(光照强度)对光合作用强度的影响方法步骤:1 1、取、取生长旺盛的绿叶生长旺盛的绿叶,用直径为,用直径为0.6cm0.6cm的打孔器打出的打孔器打出
18、圆形小叶片圆形小叶片3030片片(避开大的叶脉)。(避开大的叶脉)。2 2、将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水,待排出注射、将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水,待排出注射器内残留的空气后,用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活器内残留的空气后,用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞,使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复塞,使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2 23 3次。次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水,所以全部沉到水底处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水,所以全部沉到水底。3 3、将处理过的圆形小叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。、将处理过
19、的圆形小叶片,放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。4 4、取、取3 3只小烧杯,分别倒入富含只小烧杯,分别倒入富含COCO2 2的清水。的清水。5 5、向、向3 3只小烧杯中只小烧杯中各放入各放入1010片圆形小叶片片圆形小叶片,然后分别置于,然后分别置于强、中、强、中、弱三种光照下弱三种光照下。实验中,可用。实验中,可用5W5W的的LEDLED灯作为光源,利用灯作为光源,利用小烧杯与小烧杯与光源的距离光源的距离来来调节光照强度调节光照强度。6 6、观察并记录同一时间段内各实验装置中、观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量圆形小叶片浮起的数量。观察记录同一时间段内各烧杯中小圆片浮起
20、数量观察记录同一时间段内各烧杯中小圆片浮起数量光反应光反应光照强度光照强度1)1)光照强度光照强度光光合合速速率率0 0光照强度光照强度HH、ATPATP暗反应暗反应C C3 3还原还原 (CHCH2 20 0)原理:原理:主要影响光反应阶段主要影响光反应阶段ATP和和H的产生的产生限制因素?限制因素?外因:外因:温度、温度、CO2浓度等浓度等内因:内因:色素的含量色素的含量、酶的数量和活性等、酶的数量和活性等外部因素外部因素光照强度光照强度光照强度光照强度吸吸吸吸收收收收量量量量COCOCOCO2 2 2 2C2ABC10释释放放量量量量COCOCOCO2 2 2 2光照强度的影响光照强度的
21、影响A A点:点:CO2O2光照光照光照光照强度强度强度强度0吸吸吸吸收收收收量量量量COCOCOCO2 2 2 2C2ABC1释释放放量量量量COCOCOCO2 2 2 2A A点:黑暗时,点:黑暗时,只进行细胞呼吸,只进行细胞呼吸,该点该点的数值代表呼吸速率,温度高低决定的数值代表呼吸速率,温度高低决定A A点的点的上移和下移上移和下移AB段:段:CO2CO2此段:此段:光合速率光合速率小于小于呼吸速率呼吸速率光照光照光照光照强度强度强度强度0吸吸吸吸收收收收量量量量COCOCOCO2 2 2 2C2ABC1释释放放量量量量COCOCOCO2 2 2 2开始有光合作用,开始有光合作用,细胞
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- 课件 光合作用 原理 应用 课时 2022 2023 学年 上学 生物 人教版 必修
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