【高中生物】光合作用的原理和应用课件 2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1.pptx

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1、 高中必修高中必修 1 1 分子与细胞分子与细胞第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化第2课时 光合作用的原理和应用 知识回顾知识回顾捕获光能的色素和结构绿叶中色素的提取和分离叶绿体的结构适于进行光合作用实验原理实验过程实验结论无水乙醇，层析液叶绿素类胡萝卜素红光蓝紫光蓝紫光色素叶黄素胡萝卜素叶绿素a叶绿素b（蓝绿色）（黄绿色）（橙黄色）（黄色）含量约占含量约占3/43/4含量约占含量约占1/41/4结构:功能:叶绿体是进行光合作用的场所 三、三、光合作用的原理光合作用的原理(1)概概念念：指指绿绿色色植植物物通通过过，利利用用光光能能，把把转转化化成成储储存存着能量的着能量的

2、有机物有机物，并且释放出，并且释放出的过程。的过程。(2)反应式：反应式：。叶绿体叶绿体 CO2和水和水 氧气氧气 场场 所所条条 件件产产 物物原原 料料1光合作用的概念及反应式注：（注：（CHCH2 2O O）表示糖类，）表示糖类，光合作用产物一部分是光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖淀粉，一部分是蔗糖。三、三、光合作用的原理光合作用的原理(1)概概念念：指指绿绿色色植植物物通通过过，利利用用光光能能，把把转转化化成成储储存存着能量的着能量的有机物有机物，并且释放出，并且释放出的过程。的过程。(2)反应式：反应式：。叶绿体叶绿体 CO2和水和水 氧气氧气 1光合作用的概念及反应式 叶绿

3、体是如何将光能转化为化学能？叶绿体是如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？?三、三、光合作用的原理光合作用的原理2光合作用的探究历程1919世纪末世纪末 甲醛甲醛糖糖19281928年年 甲醛不能通过光合作用转化成糖甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒甲醛对植物有毒CO2O2C+H2O甲醛19371937年，年，希尔希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬

4、浮液中（悬浮液中有有H H2 2O O，没有，没有COCO2 2），），在光照下可以释放出氧气在光照下可以释放出氧气。三、三、光合作用的原理光合作用的原理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。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。4Fe3+2H2O4Fe2+4H+O2 光能光能光能光能叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体结论：结论：水的光解产生氧气。水的光解产生氧气。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学 反应，而是分阶段进行的。反应，而是分阶段进行的。希尔反应希尔反应 三、三、光合作用的原理光合作用的原理2光合作用的探究历程O2全部来

5、自于全部来自于H2O吗？吗？1940年，年，鲁宾和卡门鲁宾和卡门 （同位素标记法）（同位素标记法）光照射下的光照射下的小球藻悬液小球藻悬液CO2H2O C18O2H218O18O2O2甲组甲组乙组乙组结论：光合作用释放的氧来自水 三、三、光合作用的原理光合作用的原理 1954 1954年，美国年，美国阿尔农阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照光照时发现，当向反应体系中供给时发现，当向反应体系中供给ADPADP、PiPi等物质时，体系中就会有等物质时，体系中就会有ATPATP出出现。现。19571957年，他发现这一过程总是年，他发现这一过程总是与水的光

6、解相伴随与水的光解相伴随。H2OO2+2H+能量能量光照光照叶绿体叶绿体ADP+PiATPATP的合成与希尔反应的关系的合成与希尔反应的关系 三、三、光合作用的原理光合作用的原理学科网年代科学家结论1771普利斯特利植物可以更新空气1779英格豪斯只有在光照下绿叶才可以更新空气1845R梅耶植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来1864萨克斯绿色叶片光合作用产生淀粉1881恩格尔曼氧由叶绿体释放出来，叶绿体是光合作用的场所1941鲁宾和卡门光合作用释放的氧来自水20世纪40代卡尔文光合产物中有机物的碳来自CO2 三、三、光合作用的原理光合作用的原理19世纪末甲醛甲醛糖糖 1928年甲醛对

7、植物有毒甲醛对植物有毒不能通过光合作用转化成糖不能通过光合作用转化成糖1937年希尔反应希尔反应水的光解产生氧气水的光解产生氧气1941年鲁宾和卡门鲁宾和卡门同位素标记法光合作用氧气来自于水同位素标记法光合作用氧气来自于水1954年阿尔农阿尔农光照下叶绿体合成光照下叶绿体合成ATPATP该过程总是与水的光解该过程总是与水的光解相伴相伴 三、三、光合作用的原理光合作用的原理根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。光合作用过程的示意图光合作用过程的示意图3光合作用原理的基本过程 三、三、光合作用的原理光合作用的原理划分依据:反应过程是否需要光能3光合

8、作用原理的基本过程光反应阶段光合作用的第一阶段，必须有光才能进行。场所：叶绿体的类囊体薄膜光合作用的第二阶段，有没有光都可以进行。场所：叶绿体基质中暗反应阶段（碳反应/卡尔文循环）三、三、光合作用的原理光合作用的原理3.1光反应阶段H2O类囊体膜酶ADPPiATP光、色素、酶叶绿体的类囊体薄膜上水的光解：H2O O2+H+e-光能ATP的合成：光能 转变为ATP和NADPH中活跃的化学能n场所：n条件：n物质变化n能量变化H+NADPH的合成：ADPPi 能量（光能）ATP酶酶H+NADP+2e-NADPHNADP+NADPH色素O2氧化型氧化型辅酶辅酶还原型还原型辅酶辅酶 三、三、光合作用的

9、原理光合作用的原理通过鲁宾和卡门的实验，光合作用过程中氧元素的转移已经被探究清楚了，那么碳元素的转移呢？19461946年开始，美国的年开始，美国的卡尔文卡尔文等用等用1414COCO2 2研究了研究了COCO2 2转化为糖的途转化为糖的途径：径：向反应体系中充入一定量的向反应体系中充入一定量的1414COCO2 2,给予光照，让小球藻进行光给予光照，让小球藻进行光合作用，然后合作用，然后追踪放射性追踪放射性1414C C的去向的去向。（1 1）光照时间为）光照时间为几分之一秒几分之一秒时发现，时发现，90%90%的放射性出现在一种的放射性出现在一种三三碳化合物（碳化合物（C C3 3）中；中

10、；（2 2）在）在5 5秒钟秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物五碳化合物（C C5 5）和六碳糖）和六碳糖(C(C6 6)；（3 3）3030秒秒后检测产物，检测到了多种带后检测产物，检测到了多种带1414C C标记的化合物。标记的化合物。卡尔文卡尔文 三、三、光合作用的原理光合作用的原理3.1 暗反应阶段CO2C5COCO2 2的的固定固定叶绿体基质多种酶糖类糖类NADPH(CH2O)C C3 3的的还原还原n场所：n条件：n物质变化n能量变化叶绿体的基质中需NADPH、ATP、酶有没有光都能进行CO2 的固定：C3 的还原：CO2C5 2C3

11、酶ATP ADP+PiATP和NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶糖类NADP+NADPH2C3卡尔文循环卡尔文循环 三、三、光合作用的原理光合作用的原理C5ATPADP+Pi酶2C3CO2（CH2O）多种酶催化O2NADPHH2O光反应阶段类囊体薄膜暗反应阶段叶绿体基质类囊体膜叶绿体基质光合作用总过程 三、三、光合作用的原理光合作用的原理【活动活动】光合作用过程模型构建教材P106 三、三、光合作用的原理光合作用的原理【活动活动】光合作用过程模型构建教材P106ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2 三、三、光合作用的原理光合作用的原理

12、光反应碳反应条件场所物质变化能量变化联系光、色素、酶光、色素、酶不需要光、多种酶不需要光、多种酶叶绿体类囊体薄膜叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质叶绿体基质光能光能ATPATP、NADPHNADPH中活跃的化学能中活跃的化学能ATPATP、NADPHNADPH中的化学能中的化学能 糖类中稳定的化学能糖类中稳定的化学能水的光解水的光解ATPATP及及NADPHNADPH的形成的形成COCO2 2的固定、的固定、C C3 3的还原、的还原、ATPATP及及NADPHNADPH的分解的分解光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供NADPHNADPH和和ATPATP。暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供NADPN

13、ADP+、ADPADP和和PiPi。三、三、光合作用的原理光合作用的原理n光反应与暗反应之间的联系光反应为暗反应提供 ；暗反应为光反应提供 。提供能量提供能量ADPADP和和PiPi、NADPNADPATP在C3 还原过程中的作用？NADPH在C3 还原过程中的作用？ATPATP和和NADPHNADPH既既提供提供能量能量又又作作还原剂还原剂ATP的移动方向？从从类囊体薄膜类囊体薄膜移向移向叶绿体基质叶绿体基质ADP的移动方向？从从叶绿体基质叶绿体基质移向移向类囊体薄膜类囊体薄膜 三、三、光合作用的原理光合作用的原理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。例如：硝化

14、细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量u化能合成作用（P106）三、三、光合作用的原理光合作用的原理自养生物异养生物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。三、三、光合作用的原理光合作用的原理光合作用中元素的转移

15、H H的转移：的转移：H2ONADPH(CH2O)C C的转移：的转移：CO2C3（CH2O）、C5O O的转移：的转移：CO2C3（CH2O）、C5H2OO2CO2+H2O光能光能叶绿体叶绿体（CH2O）+O2 三、三、光合作用的原理光合作用的原理【核心归纳核心归纳2 2】充分利用图解，分析相关充分利用图解，分析相关物质含量物质含量在短时间内在短时间内的变化：的变化：改变条件NADPH、ATPC3含量C5含量（CH2O）生成量光照强度变弱光照强度变强 突然改变某条件，其他条件不变，短时间内物质含量的变化增加减少减少减少增加减少增加增加 三、三、光合作用的原理光合作用的原理【核心归纳核心归纳2

16、 2】充分利用图解，分析相关充分利用图解，分析相关物质含量物质含量在短时间内在短时间内的变化：的变化：改变条件NADPH、ATPC3含量C5含量（CH2O）生成量CO2供应减少CO2供应增加 突然改变某条件，其他条件不变，短时间内物质含量的变化减少增加增加减少减少增加减少增加 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用CO2浓度水分光光质光照强度光照时间光照面积酶色素温度矿质元素气孔开闭情况光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。产生O2的量利用CO2的量思考：能否测量思考：能否测量出光合作用强度出光合作用强度？四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用线粒体线粒体叶

17、绿体叶绿体O2释放释放O2（可测）（可测）叶肉细胞CO2吸收吸收CO2吸收吸收O2（可测）（可测）释放释放CO2（可测）（可测）（可测）（可测）植物在单位时间内吸收CO2的量或者释放O2的量或者积累有机物的量称为净光合作用强度。总光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。四、四、光合作用原理的应用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。光合作用产生的O2=释放到空气中的O2+呼吸作用消耗的O2真正光合速率 =净光合速率 +呼

18、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=+四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用u光合作用与呼吸作用的关系光合作用与呼吸作用的关系CO2O2CO2O2O2CO2CO2O2CO2O2光合光合 呼吸呼吸 探究探究实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响叶片含有空气上浮抽气叶片下沉叶片上浮光合作用产生O2O2充满细胞间隙自变量光照强弱因变量光合作用强度相同时间小圆形叶片浮起的数量相同时间小圆形叶片浮起的数量用用5W5W的的LEDLED灯作为光源，利用小烧杯

19、与光灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度源的距离来调节光照强度控制方法：控制方法：检测方法：检测方法：实验叶片：同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量NaHCO3溶液：无关变量等量等量,相同浓度相同浓度数量时间实验原理实验原理 探究探究实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响实验材料实验材料 探究探究实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响0.6cm的打孔器打孔打出圆形小叶片30片黑暗保存叶片叶片置于注射器内抽出叶片的气体叶片均分为3组方法步骤方法步骤 探究探究实践实践

20、探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响1.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%2%的NaHCO3溶液），向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片；2.分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。强光中等光弱光注：注：LED灯作为光源（灯作为光源（冷光源，排除温度干扰冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（），分别用不同光照强度（调调节光源与烧杯的距离节光源与烧杯的距离）去照射叶片。）去照射叶片。叶片均分为3组方法步骤方法步骤 探究探究实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响3.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数

21、量。（或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。）方法步骤方法步骤实验结果实验结果甲乙丙叶片浮起数量多叶片浮起数量中叶片浮起数量少 探究探究实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响3.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。（或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。）在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。方法步骤方法步骤实验结果实验结果实验结论实验结论 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用内部因素1：叶龄在一定范围内在一定范围内，随幼叶的不断，随幼叶的不断生长，叶面

22、积不断增大，叶绿体生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加光合作用强度不断增加农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用物物质质量量叶面积指数叶面积指数单位土地面积上，植物的总叶面积单位土地面积上，植物的总叶面积在一定的范围内在一定的范围内，随叶面积，随叶面积不断增大，光合作用强度不断不断增大，光合作用强度不断增加，增加，超过一定范围后超过一定范围后，光合，光合作用强度不再增加。当叶面积作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作

23、用增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。加强，净光合产量反而下降。总光合量总光合量净光合量净光合量ABC呼吸量呼吸量适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积。内部因素2：叶面积指数 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用光照强度0CO2吸收CO2释放ABC呼吸速率光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点净光合总光合B：光合作用=呼吸作用D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度（限制因素：CO2浓度、温度等）DAB：光合作用呼吸作用呼吸A：只进行呼吸作用C点之前限制光合作用的因素是光照强度应用：1.间作(几种作物同时期播种)套种(几种作

24、物不同时期播种)2.合理密植,增加光合作用面积 3.温室大棚,使用无色透明玻璃外因：光照强度 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用A B 光照强度光照强度OCABC阴生植物阴生植物阳生植物阳生植物COCO2 2吸吸收收量量COCO2 2释释放放量量阳生植物：在在强光强光环境中生长发环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。长发育不良的植物。阴生植物：在在较弱的光照较弱的光照条件下条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。能够生长良好的植物叫阴生植物。阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物大。光照强度（时间、光质）四、四、光合作用原理的应用光合作用

25、原理的应用CO2浓度A AB B吸收速率CO2C C释放速率CO2DA点：对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。CO2补偿点光合作用速率呼吸作用速率对应的D点为CO2饱和点C点之后光合速率的限制因素：主要为光照强度和温度。B点：C点：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.大田中还要注意通风透气。外因：CO2浓度 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用原理1：温度通过影响 影响光合作用。曲线分析:酶的活性原理2:影响气孔开闭应用：1.适时播种；2.温室中，白天适当提高温度，晚上适当降温；3.植物“午休”现象；4.连续阴雨天：白天和晚上均降温

26、。外因：温度 四、四、光合作用原理的应用光合作用原理的应用矿质元素：水:N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分1.光合作用的原料2.体内各种化学反应的介质3.直接影响气孔的开闭,间接影响CO2进入应用：预防干旱,合理灌溉外因：矿质元素和水应用：合理施肥SZ-LWH光合作用与能量转化光合作用光合作用应用概念反应式探究历程影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素 硝化细菌光合作用原理过程光反应：类囊体薄膜暗反应：叶绿体基质化能合成作用CO2 +H2O （CH2O)+O2 光能光能叶绿体叶绿体 课堂小结：课堂

27、小结：SZ-LWH盛夏一天24小时中，植物吸收和释放CO2量的变化AC：B点：C点：CD段：黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用光合作用开始点光合速率逐渐增大，但呼吸速率光合午休：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，导致CO2供应不足。H点：I点：HI段：光合速率=呼吸速率，有机物积累最多光合速率呼吸速率光合作用消失点GI：随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱D H点：光合速率=呼吸速率D H点以下：光合速率呼吸速率补充SZ-LWH从图中可以看出，限制光合作用的因素有 。温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象。时间时间光合作用强度BC段：光照强度不断减弱

28、。AB段：光照强度不断增大。DE段：【典型曲线分析-拓展应用】光照强度、CO2浓度、水等提出提高光合作用强度的合理措施 。增加光照强度、合理密植、合理灌溉补充SZ-LWH1.AD段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是_；2.DH段玻璃罩内CO2浓度下降的原因是_；3.HI段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是_；4.光合速率等于呼吸速率的点是_；5.经过一昼夜的时间，该植物是否生长？_。判断的依据是_。光合速率呼吸速率光合速率呼吸速率光合速率呼吸速率D、H是I和A点相比，玻璃罩内CO2浓度减少，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内如图是密闭玻璃罩内的植物一天中光合速率的变化曲线图。【典型曲线分析-拓展应用】补充