5.4.2 光合作用原理+因素、应用-2024-2025学年高一生物同步高效教学课件（人教版2019必修1）

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O2 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 甲醛有毒； 且不能转化成糖 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 CO2 H218O 光照射下的 小球藻悬液 C18O2 H2O 18O2 O2 标签 0 112 192 3 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 14CO2→14C3→(14CH2O) 反应 时间 30秒 5秒 ＜1秒 带14C标记的 化合物 很多种 14C3、14C6 90% 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。 4 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。 希尔实验中无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 光合作用的原理 活动一：5min阅读教材P103-104，进行小组讨论， 完成下列思维导图 叶绿体基质 CO2变为C3 类囊体薄膜 水的分解 合成ATP NADPH合成 ATP NADPH 光能 （基粒） C3被还原为C5和(CH2O) ATP NADPH 有机物中 光合作用的原理 活动二：运用光反应与暗反应有关知识尝试构建光合作用的概念模型。5min绘制在白纸上。 注：铅笔构图，确定好后用马克笔画出概念模型。 快速抢答： 1、光反应的场所是：__________________ 2、暗反应的场所是：______________ 3、光反应中的能量变化：_____________________________ 4、暗反应中的能量变化：_____________________________ 5、NADPH的中文名称是________________。 6、暗反应还被称为：___________、___________。 7、暗反应可被分为：___________、____________，两个阶段。 8、光反应为暗反应提供了_______________________。 9、暗反应为光反应提供了_______________________。 类囊体薄膜（基粒，有色素和酶） 叶绿体基质（有酶） 光能→ATP NADPH中活跃化学能 ATP NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能 还原型辅酶Ⅱ 碳反应 卡尔文循环 CO2的固定 C3的还原 NADPH和ATP ADP和Pi、NADP+ 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、O2 ADP、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 2 4 4 2 11 光合作用在光反应和暗反应的紧密联系下，完成能量的转化和物质的变化，产生有机物。这些有机物不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动整个生命世界的运转。可以说，光合作用是地球上最重要的化学反应。 光合作用的原理 习近平总书记指出：“植物是生态系统的初级生产者，深刻影响着地球的生态环境。人类对植物世界的探索从未停步，对植物的利用和保护促进了人类文明进步。”中国是全球植物多样性最丰富的国家之一，目前有野生高等植物3.7万余种。中国人民自古崇尚自然、热爱植物，中华文明包含着博大精深的植物文化，2500多年前编成的诗歌总集《诗经》记载了130多种植物。 光合作用的原理 在此，呼吁各位同学：从身边小事做起，植绿、护绿、爱绿，积极保护各类植物、保护生物多样性。 1.自养生物 能利用CO2制造有机物并储存能量的的生物。 2.异养生物 不能利用CO2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的生物。 3.自养生物与异养生物的本质区别 能否利用CO2制造有机物。 （如：大多数植物、化能合成细菌） （如：动物,真菌，绝大多数细菌） 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+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+ 能量 硝化细菌 6CO2+12H2O C6H12O6+ 6O2+6H2O 能量 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。 三、探究环境因素对光合作用的影响 15 （1）填写下列名称： A B C D E ， F G H I _________J_______。 基粒 O2 NADPH ATP ADP C3 光反应 C5 学以致用：下面是光合作用的图解，请据图回答问题： 暗反应 （CH2O） (2)上图中色素存在于 内 薄膜上； 色素利用光能将水分解，为暗反应提供C；C是 剂，参与暗反应；还将光能转变为 中的活跃化学能，并转化为ATP末端基团的 。 叶绿体 类囊体 还原 ATP、 NADPH 转移势能 3)在光反应提供的 和 的参与下，暗反应才能正常进行，首先G与CO2结合形成F，这个过程叫做 ；F接受光反应提供的能量，被__________还原，形成J，光反应提供的能量存储在 中。 CO2的固定 糖类等有机物 NADPH ATP NADPH 课堂演练 (2021·广东高考)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(　　) A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 D 课堂演练 将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的CO2条件下培养，经一段时间后，突然停止光照，则下列叙述中不会发生的是(　 　) A．光反应停止，不能形成NADPH和ATP B．短时间内暗反应仍进行，CO2与C5继续结合形成C3 C．短时间内绿藻体内C3的含量会上升 D．由于没有NADPH和ATP供应，C3不能形成糖类等物质，积累了许多C5 D 思 考 CO2浓度不变 光反应 NADPH ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 光照不变 暗反应 C3 C5 NADPH ATP （CH2O） CO2浓度减少 CO2浓度增加 没有光反应就没有暗反应 没有暗反应光反应也不能进行 影响光合作用的因素有哪些？ CO2＋H2O （CH2O）＋O 2 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 温度 矿质元素（Mg合成叶绿素） H2O 外因 二、光合作用原理的应用 注意光合作用强度的表示方法 1、光照强度 A点: B点： C‘点： C点之前限制因素是 C点之后限制因素是 AB段： BC段： 应用：合理密植，间作套种，适当剪枝 C， 二、光合作用原理的应用 只进行呼吸作用 光合<呼吸 光补偿点；光合作用=呼吸作用 光合>呼吸 光饱和点 光照强度， 色素含量，酶数量等内因 CO2 、温度等外因 O2 CO2 （A：只呼吸，无光合） O2 CO2 O2 CO2 （AB：光合<呼吸） O2 CO2 （B：光合=呼吸） ........ . O2 CO2 CO2 O2 （BC：光合>呼吸） 1、改变条件，点的移动问题 2、总光合？净光合？呼吸作用？列表比较 C， 光照强度 A B C 光补偿点 CO2释放速率 CO2吸收速率 o 纵坐标的值实指净光合速率 A点对应的纵坐标的绝对值实指呼吸速率 光饱和点 最大净光合速率 呼吸速率 最大光合速率 其大小主要受温度影响 计算公式：光合速率-呼吸速率=净光合速率 光照强度 A B C CO2吸收速率 o 纵坐标的值实指净光合速率 A点对应的纵坐标的绝对值实指呼吸速率 最大净光合速率 呼吸速率 总光合速率 其大小主要受温度影响 S1 S2 S3 呼吸消耗(有机物)量 = (有机物)储存量 = (有机物)制造量 = S1 + S2 S3 -- S1 S3 + S2 计算公式：光合速率-呼吸速率=净光合速率 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 （ct）有机物合成/制造量 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、测得到的是什么净光合还是总光合？ 2、植物长不长看谁?(注意区分植物与叶肉细胞) 测定方法： a.将甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m），计作净光合速率。 b.将乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n），计作呼吸速率。 c.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 = m + n 吸收CO2 NaHCO3 提供CO2 鱼票月半出品，必是精品 ①适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产； 光照强度 温室大棚一般选无色透明塑料薄膜 遇到阴雨天时给温室补充光照应当给予红光或蓝紫光。 （1）光照强度的应用 鱼票月半出品，必是精品 玉米--大豆 桃树--甘蓝 两种植物高矮结合，充分利用不同层次的阳光 ➋阳生植物（高）与阴生植物（矮）农业生产上一般 间作 。 间作：高矮间隔种植 鱼票月半出品，必是精品 ➌通过 轮作，延长光合作用时间。 轮作：种完玉米种花生 玉米，轮作花生 水稻，蘑菇轮作 原因是： （1）不同作物吸收土壤中的营养元素的种类、数量及比例各不相同，根系深浅与吸收水肥的能力也各不相同，轮作还可以均衡利用土壤中的矿质元素。 （2）每种作物都有一些专门为害的病虫杂草，轮作能够改变原有的食物链，防止病虫害；抑制杂草生长，减轻草害。 鱼票月半出品，必是精品 2、CO2浓度 应用：1.多施有机肥或农家肥 2.温室栽: CO2发生器等. 3.“正其行，通其风” a CO2补偿点 CO2饱和点 C02浓度 C m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 1、环境中的CO2浓度 2、密闭环境中气体变化 3、气孔的开闭情况 32 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、H AD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; 光合速率<呼吸速率. 有机物积累最多的点： H 所以该植物长没长？ 长不长比较起点终点！ (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,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。 一昼夜中植物代谢强度变化曲线 (2)图甲中FG段变化的原因是 。 由于温度过高，为了降低蒸腾，部分气孔关闭， CO2吸收减少，暗反应减弱，光合速率下降。 光合午休 1.光合速率等于呼吸速率的点是_________； 2.启动光合速率的点是____； 3.DE时间段CO2吸收量（净光合速率）下降的原因是 __________________________________________________________； 4.一天内有机物积累量最多的时间点是___； 5.若S1、S2、S3表示面积，一天中有机物的积累量是__________； 6.FG时间段CO2吸收量（净光合速率）下降的原因是 ___________________________________________ C、G B 温度过高，部分气孔关闭， CO2供应不足，暗反应减弱，光合作用减弱 G S2—S1—S3 S1 S2 S3 光照强度减弱，光合速率减弱 1、如图是夏天的一个晴天，某植物细胞一天中光合速率的变化曲线。 光合午休 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。。。。 光合作用强度 O 时间：盛夏 A 7 10 12 14 18 3、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 P106 左下1 4、水分和矿质元素 ①原理 a.水是光合作用的原料，又是各种反应的介质， 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，例叶绿素含N、Mg 对光合作用产生直接或间接的影响。 ②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_______________________________________________________ ________________________________________________________________。 1、矿质元素只有溶解在水中才能被作根系吸收 2、保证小麦吸收充足的水分，从而保证叶肉细胞中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 探究环境因素对光合作用的影响 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的数量代表光合强度 自变量：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？ 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； 放入适宜浓度的NaHCO3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 1 10片 20 mL 强 多 2 10片 20 mL 中 中 3 10片 20 mL 弱 少 细胞间隙积累O2， 浮力增大 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； 超过一定强度光合作用趋于稳定。 1、区别 光合作用 呼吸作用 场所 条件 物质 变化 能量 变化 实质 范围 叶绿体 只在光下进行 无机物→有机物 光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 合成有机物，储存能量 绿色植物细胞 细胞质基质和线粒体或细胞基质 有光、无光都能进行 有机物→无机物 有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能＋热能 分解有机物，释放能量 几乎所有活细胞 光合作用和呼吸作用的比较 2、联系 光合作用产生的葡萄糖和氧气可作为呼吸作用的原料；呼吸作用产生的CO2和H2O可作为光合作用的原料。 光合作用：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2 光能 叶绿体 有氧呼吸：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量 酶 O2 CO2 2.生理过程及场所 序号 ① ② ③ ④ ⑤ 生理 过程 _______ 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段 场所 叶绿体类囊体薄膜 ___________ __________ 线粒体基质 __________ 光反应 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体内膜 3.物质和能量的联系 (1)光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向 丙酮酸 CO2 (CH2O) H2O CO2 O2 (2)光合作用与有氧呼吸中[H]和ATP的来源、去路 比较项目 来源 去路 [H] 光合作用 水的光解 _________ 有氧呼吸 _____________ 第三阶段 ATP 光合作用 _______ 主要用于_________ 有氧呼吸 三个阶段均能产生，但第三阶段相对较多 用于各项生命活动 C3的还原 第一、二阶段 光反应 C3的还原 O2 色素 ATP ADP NADPH C5 C3 CO2 O2 CO2 光反应： 类囊体薄膜 暗反应： 叶绿体基质 有 一： 细胞质基质 有 二： 线粒体基质 有 三： 线粒体内膜 H2O Pi 丙酮酸 H2O H2O + 1.过程图解 呼吸+光合综合 NADH 3.光合速率的测定方法（NaOH/NaHCO3） (1)“液滴移动法” 1、小烧杯中放什么溶液，如何测定呼吸速率？ 2、小烧杯中放什么溶液，测定净光合速率？ 真正光合速率=呼吸速率+净光合速率 红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。实验误差如何校正？ ①NaOH : 吸收CO2。② 玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。 ①NaHCO3: 提供CO2。 光照条件下，植物光合作用释放氧气，使容器内气体压强增大，毛细管内的有色液滴右移。单位时间内有色液滴右移的体积即表示净光合速率。 黑瓶不透光，只进行呼吸作用 白瓶透光，可以进行光合作用和呼吸作用。 呼吸作用量 = 初始溶氧量 － 黑瓶溶氧量 净光合作用量 = 白瓶溶氧量 － 初始溶氧量 总光合作用量 = 净光合作用量+呼吸作用量 = 白瓶溶氧量-黑瓶溶氧量 (2) “黑白瓶法” (3)“称重法”（半叶法） 将叶片一半遮光，一半曝光， 遮光的一半测得的数据变化值—— 曝光的一半测得的数据变化值—— 代表细胞呼吸强度值 综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。 在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB， MA代表：叶片初始质量-呼吸消耗的有机物质量 MB代表：叶片初始质量+光合产生的有机物质量-呼吸消耗的有机物质量 获得相应数据， 则可计算出该叶片的光合作用强度M，M＝MB－MA。 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.14.100 $$