5.4光合作用与能量转化第2课时课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

5.4 光合作用和能量转化 第二课时 自主学习 二、光合作用的原理和应用 （一）光合作用 1.概念： 2.主要场所： 3.有氧呼吸的化学反应式 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。 叶绿体 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O)+ O2 糖类 叶绿体如何将光能转化为化学能？ 思考·讨论 探索光合作用原理的部分实验 19世纪末，科学界普遍认为： 资料1 1928年 科学家发现甲醛对植物有害，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 资料2 1937年，英国植物学家希尔发现“希尔反应”。 （有H2O，无CO2） 光照 4Fe3+＋2H2O 4Fe2+＋4H+＋O2↑ 光 叶绿体 说明水的光解产生氧气 C18O2 光照射下的小球藻悬液 CO2 H2O H218O 分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？ O2 18O2 光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，并不来源于CO2。 希尔的实验能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？ 问 不能说明，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 光合作用的原料有水和CO2，光合作用释放的O2能否来自CO2？ 1941年,美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法（同位素标记法），研究了光合作用中氧气的来源。 资料3 1954年，美国科学家阿尔农发现，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。 资料4 结论： 在光照时，叶绿体中生成了ATP。 以上实验说明光合作用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！ 光合作用分为哪几个阶段？ 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（碳反应）两个阶段。 自主学习 阅读书本P103-104，思考并回答以下问题。 1.光反应阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？ 2.暗反应阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？ 叶 绿 体 色 素 叶 绿 体 色 素 H2O 水的光解 O2 NADPH ADP ＋Pi ATP 色 素 光能 1．光反应 条件 ： 光、 色素、 酶 场所： 叶绿体类囊体薄膜上 物质变化 水的光解： 2H2O 4H++O2 酶 ATP的合成： ADP＋Pi +光能 ATP 酶 产物： O2、NADPH、ATP（光反应的ATP只能用于暗反应） 能量转变： 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 NADP++4H+ NADPH 还原型辅酶Ⅱ 条件： 有光无光都可，需要多种酶 场所： 叶绿体基质 物质变化 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： 能量变化： ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 产物： （CH2O） 、 ADP 、 Pi、NADP+ 2．暗反应 2C3 （CH2O）+C5 酶、ATP NADPH 光能 H2O CO2 还 原 （CH2O） 叶绿体 色素 供氢 酶 供能 多种酶参加催化 暗反应（叶绿体基质） 2C3 C5 固定 ADP+Pi ATP 酶 水在光下分解 O2 NADPH NADP+ 光反应（叶绿体类囊体薄膜） 光合作用过程 能量的转移途径： 光能 ATP、NADPH中活跃化学能 (CH2O)中稳定 的化学能 碳的转移途径： CO2 C3 （CH2O） 光反应和暗反应 光反应阶段 暗反应阶段（碳反应） 场所 条件 物质变化 能量变化 联系 光反应为暗反应提供 ； 暗反应为光反应提供 等原料。 项目 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质 光、色素、酶 多种酶 水的光解： ATP的合成： 光能→ ATP中活跃的化学能→ 过程 CO2的固定： C3的还原： 2H2O →O2+4H+ NADP++H+→NADPH ADP+Pi+能量→ATP CO2+C5→2C3 2C3 (CH2O) +C5 ATP中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 NADPH和ATP ADP、Pi、NADP＋ 小结： 拓展提升 短时间内条件改变，各物质的变化 光能 O2 H2O ATP NADPH NADP+ ADP+Pi CO2 （CH2O） 2C3 C5 条件 光照由强到弱，CO2供应不变 光照由弱到强，CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变 C3含量 C5含量 NADPH和ATP的含量 （CH2O）的合成量 增加 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 减少 增加 增加 增加 增加 减少 减少 减少 拓展提升 在自然界中，有少数种类的细菌，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（自养生物）。 例如： 硝化细菌、硫细菌、氢细菌、铁细菌等。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 硝化细菌： 化能合成作用 1.（不定项）如图为光合作用示意图。下列说法正确的是（ ） 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 ABD 课堂检测 三、光合作用的应用 1.光合作用强度： 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 2.影响光合作用强度的因素： CO2+H2O 叶绿体 光能 （CH2O）+O2 光合速率 CO2的浓度 H2O 光：光照强度、光质、光照时间 矿质元素（例如：Mg合成叶绿素） 温度 3.衡量指标： 原料的消耗量 （例：CO2的消耗量） 产物的生成量 （例：有机物的生成量） 探究·实践 探索光照强度对光合作用强度的影响 1.实验原理： 叶片含有空气，上浮 抽气 叶片下沉； 光合作用 产生O2充满细胞间隙，叶片上浮。 2.实验变量： 自变量： 光照强度 因变量： 光合作用强度 无关变量： 如温度、CO2等，要求相同且适宜 控制方法： 相同瓦数台灯离实验装置的距离 检测方法： 相同时间小圆形叶片浮起的数量 用打孔器打出圆形小叶片 用注射器使圆形小叶片内的气体逸出 （处理过的叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中） 3.实验步骤： 控制相同瓦数台灯离实验装置的距离 富含CO2的清水 甲 乙 丙 叶片浮起数量多 叶片浮起数量中 叶片浮起数量少 强 中 弱 3.观察现象 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 4.实验结论： B A C 光照强度 光合作用强度 O CO2的吸 收量 CO2 的释放量 呼吸速率 光补偿点 黑暗 有光 有光 O2 CO2 A:只进行细胞呼吸 O2 CO2 B:光合作用强度＝细胞呼吸强度 光饱和点 有光 O2 CO2 O2 CO2 A-B：细胞呼吸强度>光合作用强度 O2 CO2 O2 CO2 B-C：细胞呼吸强度<光合作用强度 净光合速率 总光合速率 1.光照强度 光合速率与呼吸速率的计算 3.（真/总）光合速率： 1.呼吸速率： 2.净光合速率： 绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与呼吸作用同时进行，测得的数值表示净光合速率。 绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。 细胞呼吸消耗的O2量、细胞呼吸释放的CO2量、细胞呼吸消耗的葡萄糖量 实际测得的O2释放量、实际测得的CO2吸收量、葡萄糖积累量（增重部分） 呼吸速率+净光合速率。 光合作用产生的O2量、光合作用固定的CO2量、光合作用产生的葡萄糖量 生产应用 CO2的吸 收量 CO2 的释放量 0 A B C E D 光照强度 阳生植物 阴生植物 应用： ①阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低。间作套种时应注意农作物的种类搭配； ②阴雨天，温室大棚中适当提高光照强度可以增加光合作用强度。 2.CO2浓度 在一定范围内随CO2浓度的增加光合作用增强，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用强度不再增强。（CO2浓度达到一定值时，才能启动光合作用） 图1中A点、图2中的A′点表示光合作用强度=细胞呼吸强度，此浓度为CO2补偿点。图1中的B点与图2中B′点都表示CO2饱和点。 应用：①大田生产时“正其行，通其风”； ②增施有机肥； ③温室栽培农作物可以投放干冰或与 鸡舍相连。 3.温度 随温度的升高而逐渐加强。 酶活性下降（主要是暗反应的酶），光合作用开始下降，50℃左右光合作用停止。 AB段（10℃～35℃）： B点（35℃）以上： 应用：冬天，温室栽培可适当提高温度；夏天，温室栽培可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证有机物的积累。 低温主要是影响酶活性使光合速率变低，高温主要是因为高温使植物失水过多，影响气孔开闭，减少了CO2进入细胞的量。 4.水分 水是光合作用的原料，间接影响光合作用。 缺水 气孔 关闭 限制二氧化碳进入叶片 光合作用受影响 5.矿质元素 例如：N，P，K，Mg等 N：光合酶及ATP的重要组分 P：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 应用：适时、适量施肥。 P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，随着因素的不断加强，光合速率不断提高。 Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因素。 多因子影响光合作用的外界因素 a点：温度降低， 减弱，CO2释放减少。 b点：开始进行 。 bc段：光合作用 细胞呼吸。 c点：光合作用 细胞呼吸。 ce段：光合作用 细胞呼吸。 d点： 过高，部分或全部气孔关闭，出现“午休现象”。 e点：光合作用 细胞呼吸。 ef段：光合作用 细胞呼吸。 fg段：停止 ， 只进行 。 呼吸 光合作用 小于 等于 大于 温度 等于 小于 光合作用 呼吸作用 绿色植物24h光合作用的曲线 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。 AD段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是： DH段玻璃罩内CO2浓度下降的原因是： HI段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是： 光合速率等于呼吸速率的点是： 经过一昼夜的时间，该植物是否生长？为什么？ 1.图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时,单位时间内CO2的释放量和O2产生总量的变化。图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系,下列说法正确的是 (　　) A.图甲中,光照强度为b时,光合速率等于呼吸速率 B.图甲中,光照强度为d时,单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2 C.图乙中,当光照强度为x时,细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D.图乙中,限制e、f、g点光合作用速率的因素主要是光照强度 B 在小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。 玻璃罩遮光处理，以排除光合作用干扰。 置于适宜温度环境中。 玻璃钟罩 绿色植物 阀门 红色液滴 NaOH 玻璃钟罩 阀门 红色液滴 NaOH 测定呼吸速率装置 红色液滴向左移动：单位时间内移动距离代表呼吸速率。 玻璃钟罩 绿色植物 阀门 红色液滴 在小烧杯中放入适宜浓度CO2缓冲液（NaHCO3），用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用的需求。 置于适宜温度环境中。 给予较强光照处理。 CO2缓冲液 玻璃钟罩 阀门 红色液滴 CO2缓冲液 测定净光合速率装置 红色液滴向右移动：单位时间内移动距离代表净光合速率。 真光合速率＝净光合速率+呼吸速率 $$