5.4.2 光合作用的原理和应用的课件2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.4.2光合作用的原理和应用 2 2024/9/11 ？ 问题探讨 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。 1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。 二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。 P102 2、光合作用反应式： CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O)+ O2 1、光合作用的概念： 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。 一、光合作用的原理 注：（CH2O）表示糖类， 光合作用产物一部分是淀粉， 一部分是蔗糖.(P104) 4 3、探索光合作用原理的部分实验 P102 (1)、19世纪末： CO2 O2 C+ H2O （CH2O） 甲醛 缩合 1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖。 (2)、1937年 希尔： H2O 离体叶绿体 光能 O2 水光解产生氧气的化学反应称为希尔反应 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？ 能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬得液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料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的反应阶段。 5 (3)、1941年，鲁宾和卡门： 同位素示踪法 结论：光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。 光照射下的 小球藻悬液 CO2 H2O C18O2 H218O 18O2 O2 甲组 乙组 (4)、1954-1957年，阿尔农： 在光照下，叶绿体可合成ATP，且此过程总是与水的光解相伴随。 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 对比实验， 互相对照 6 (5)、20世纪40年代, 卡尔文：P104 光照射下的 小球藻悬液 14CO2 H2O O2 （14CH2O） 同位素示踪法 (14CH2O) 14CO2 CO2中的C在光合作用中转化成有机物中的C的途径称为卡尔文循环。 7 4、光反应阶段和暗反应阶段P103-104 上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。 根据是否需要光能，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。 光反应阶段： 必须有光才能进行。 场所：叶绿体的类囊体薄膜上 暗反应阶段：（碳反应/卡尔文循环） 有没有光都可以进行。 场所：叶绿体基质中 8 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质中 色素 ADP+Pi ATP H2O O2 酶 吸收 光解 能 光能 光反应 H+ C5 2C3 多种酶 固定 还 原 暗反应 (CH2O) CO2 酶 NADPH NADP+ 酶 酶 能 9 1、场所： 2、条件： 3、物质变化： 4、能量变化： 光反应阶段 光、色素、酶 叶绿体的类囊体薄膜 光能 色素 水的光解： H2O H++O2 ATP的合成：ADP＋Pi ATP 酶、光能 色素 光能转变为ATP 和 NADPH 中活跃的化学能。 NADPH的合成：H++NADP+ NADPH (还原剂) 酶 10 1、场所： 2、条件： 3、物质变化： 4、能量变化： CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： 叶绿体基质 多种酶、 2C3 (CH2O)+C5 ATP NADPH NADP+ ADP+Pi 酶 糖类 NADPH 、ATP ATP 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 暗反应阶段（碳反应） 11 联系 比较光反应、暗反应 光反应阶段 暗反应阶段 条件 场所 物质变化 能量变化 光、色素、酶 不需光、酶、[H]、ATP 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质中 水的光解； ATP和NADPH的合成 CO2的固定； C3的还原， ATP和NADPH的分解 （1）光反应为暗反应提供NADPH 和 ATP；暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。（2）没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成。 光能转变为活跃的化学储存在ATP和NADPH中 ATP和NADPH中活跃的化学能转变为有机物中稳定化学能 12 二、光合作用原理的应用 原料 条件 产物 CO2浓度 水 分 光 照 矿质元素 温 度 1.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。 CO2+H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 13 探究光照强度对光合作用强度的影响 (1)实验原理： (2)提出问题： (3)作出假设： (4)设计实验 ①实验中变量分析 自变量 不同光照强度 控制自变量 因变量 检测因变量 对无关变量进行控制 抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 光照强度对光合作用强度有何影响？ 在一定范围内，随着光照强度增强，光合作用强度增强，超过一定范围，随着光照强度增强，光合作用强度不再变化。 调节光源与烧杯的距离进行控制 光合作用强度 同一时间段内叶片浮起数量 叶片大小、溶液的量等保持一致 ②材料：打孔器、注射器、5 W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶(如菠菜、吊兰等)。 ③预期结果：光源与烧杯的距离越远，相同时间内叶片浮起数量越少。 (5)实验流程 (6)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，浮起的圆形小叶片也越多。 (7)实验结论： 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。 真正光合速率=净光合速率+呼吸速率 项目 表示方法 净光合速率（又称表观光合速率） O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量 真正光合速率（又称实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量 呼吸速率（黑暗中测量） CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量 光照强度 a．有关点的解读 O：起点，光照强度为零，不进行光合作用，光合作用强度为 。 C：光合作用强度达到 时所需要的最小光照强度(光饱和点)。 b．线段分析 OA：随着光照强度增强，光合作用强度 。 AB：光照强度增加到一定值后，光合作用强度 (光照强度不再是限制因素)。 2.影响光合作用的因素 零 最大值 增强 不再增加 1.间作套种 2.通过轮作,延长光合作用时间 3.通过合理密植,增加光合作用面积 4.温室大棚,使用无色透明玻璃 应用： （2）CO2浓度 应用： ①曲线 a．有关点的解读 A′：进行光合作用所需的 。 B′：达到最大 所需最低CO2浓度(CO2饱和点)。 b．线段分析 A′B：光合作用强度随CO2浓度增大而 。 B以后：当CO2浓度增加到一定值后，光合作用强度 (CO2浓度不再是限制因素)。 最低CO2浓度 光合作用强度 增大 不再增强 1.多施有机肥 2.大田中还要注意通风透气 （3）温度 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。 应用：a.适时播种 b.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温. c.植物“午休”现象的原因之一 （4）矿质元素、水 应用：合理施肥 预防干旱 合理灌溉 ①N、Mg等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。 ②水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。 易漏边角 练一练 1．1941年鲁宾和卡门采用同位素标记法进行了如下两组实验,下列叙述正确的是 （ ） A、 为了排除光照的影响该实验要在黑暗条件下进行 B、 A和B相对分子质量之比为9：8 C、设计该实验的目的在于证明植物光合作用会释放氧气 D、实验结果说明植物光合作用释放的氧气全部来自水 D 25 C 2．如图为光合作用示意图。下列说法错误的是（ ） A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ，④表示CO2 B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原（CH2O） C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去 D．增加光照强度或降低CO2浓度，C3的含量都将减少 26 内因： 外因： 水分 矿质元素 温度： CO2浓度 光照 光质（光的颜色）;光照时间;光合面积（叶面指数） 不同植物光合作用不同；不同部位（叶）光合作用不同；不同叶龄的叶光合作用不同。 影响光合作用因素 光反应：有光才能进行 暗反应：有光无光都能进行 课堂小结 光合作用过程 光合作用 1．通过对光合作用探索历程的学习，认识到科学是在实验和探索中前进的。 2．掌握光合作用的光反应和暗反应过程以及二者的关系。 3．根据光合作用的过程，分析影响光合作用的因素以及光合作用的原理在实践中的应用。 $$