5.4 光合作用与能量转化课件-2024-2025学年高一上学期生物学人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和应用 第4节 光合作用与能量转化 S z L w h 知识回顾： 光合作用的场所？ 外膜 内膜 类囊体 基粒 如何证明叶绿体的功能呢？叶绿体适于进行光合作用的结构特点？ 基质 一、恩格尔曼实验 （一）实验一 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 1、材料： (1).水绵: 可确定释放氧气的部位 (2).需氧细菌: 一、恩格尔曼实验 （一）实验一 2、实验过程： 极 细 光 束 均匀光照 黑暗中——细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 光下——细菌则分布在叶绿体所有受光的部位 3、实验结论： 氧气是叶绿体释放出来的； 叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所； 光合作用需要光。 实验分析——恩格尔曼实验设计的巧妙之处 ①实验材料的选择：选择水绵——具有细而长的螺旋带状叶绿体 便于观察。 ②排除干扰的方法：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光 的干扰。 ③观察指标的设计：通过检测需氧细菌的分布，准确地判断出释 放氧气的部位。 ④实验对照的设计：用极细的光束照射，获得光照部位和无光照 部位的对照实验；进行黑暗条件下局部光照 和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结 果是由光照引起的。 一、恩格尔曼实验 光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。 一、恩格尔曼实验 一、恩格尔曼实验 （二）实验二 水绵进行光合作用主要利用的是红光和蓝紫光； 叶绿体中存在可以吸收光能的色素 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 二、绿叶中色素的提取和分离 ①进行绿叶中色素的提取和分离 ②探究绿叶中含有几种色素 1、实验目的： 2、实验原理：   试剂 原理 提取 ________ 绿叶中的色素溶于 ，而不溶于水 分离 _______ 各种色素在 中的 不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得 ，反之则慢 无水乙醇 层析液 有机溶剂 层析液 溶解度 快 纸层析法 分离的方法： 提取的方法： 萃取法 二、绿叶中色素的提取和分离 3、实验材料： 新鲜的绿叶、 试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、剪刀、药勺、量筒、天平 无水乙醇(可用体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠代替) 二氧化硅、碳酸钙、层析液 新鲜绿色叶片的色素含量较高 除去乙醇中的水分 二、绿叶中色素的提取和分离 (一)、提取绿叶中的色素 提取色素要注意什么？ （1）. 破坏叶表皮、细胞壁和细胞膜、叶绿体的双层膜，使色素充分释放。 （3）. 保证色素的结构和活性不被破坏。 （2）. 使色素溶解于试剂中。 二氧化硅: 碳酸钙： 有助于研磨得充分 可防止研磨中色素被破坏 无水乙醇： 为了溶解、提取色素。 (一)、提取绿叶中的色素 称取5g绿色叶片 剪碎，放入研钵中 向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙 (一)、提取绿叶中的色素 向研钵中再加入5～10mL无水乙醇 进行迅速、充分的研磨。 漏斗基部放一块单层尼龙布，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤。 将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 (一)、提取绿叶中的色素 过滤：将研磨液迅速倒入玻璃漏斗（漏斗基部有单层尼龙布）中进行过滤。将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严。 不用滤纸的原因是：因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的含量过低，使实验效果不明显。 为什么过滤的时候要用单层尼龙布而不用滤纸？ 试管口塞严： 防止乙醇挥发和色素氧化 (二)、分离绿叶中的色素 (二)、分离绿叶中的色素 1、制备滤纸条 铅笔线 剪两角 干燥的 使层析液在滤纸条上扩散得快。 防止层析液在滤纸边缘处扩散过快，保证层析液同步到达滤液细线，从而使色素在滤纸条上扩散均匀，分离出的色素带平齐。 (二)、分离绿叶中的色素 2、画滤液细线 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线（也可以将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一两次。 ①滤液细线要求：细、齐、直 目的：使分离出来的色素带平整、不重叠 ②画滤液细线时，要在首次画完干燥后再重画1-2次； 目的：增加色素含量，使分离出的色素带明显 (二)、分离绿叶中的色素 3、分离色素 插滤纸条 层析液 培养皿 将滤纸条放入层析液，层析液不能没及滤液细线。 防止色素溶解于层析液中而无法分离，得不到清晰的色素带。 为何要盖上培养皿？ 防止层析液挥发， 因其易挥发且有毒。 (二)、分离绿叶中的色素 4、实验结果与分析 ①实验结果中有几条可见色素带，色素带的条数与什么有关？ ②为什么色素带的宽窄不一样，与什么有关？ ③为什么有的色素带高，有的色素带低，其高低与什么有关？ 4条 色素含量 色素在层析液中的溶解度 色素种类 扩散方向 (二)、分离绿叶中的色素 4、实验结果与分析 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 扩散方向 类胡萝卜素 叶绿素 色素带 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b (二)、分离绿叶中的色素 4、实验结果与分析 橙黄色 最少 最高 最快 黄色 较少 较高 较快 蓝绿色 最多 较低 较慢 黄绿色 较多 最低 最慢 叶绿素 （约占3/4） 类胡萝卜素（约占1/4） （三）实验误差分析 1、收集到的滤液绿色过浅的原因分析 ①.未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。 ②.使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。 ③.一次加入大量的无水乙醇提取浓度太低 (正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。 ④.未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。 (4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带： 未经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。 a.忘记画滤液细线。 b.滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。 忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。 (2)滤纸条色素带重叠： (3)滤纸条看不到色素带 （三）实验误差分析 （四）色素分离的其他方法 如图表示某同学做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置。应将滤液滴在a处还是b处？实验结果应会出现四个不同颜色的同心圆，最外层应是什么颜色？ 【答案】 提示：a处； 橙黄色 二、光合色素的功能 吸收、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能 叶绿素a: C55H72O5N4Mg 叶绿素b: C55H70O6N4Mg 胡萝卜素：C40H56 叶黄素：C40H56O2 这4种色素对光的吸收有什么差别呢？ 二、光合色素的功能 阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色（红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫）的光带,称为（可见）光谱。 二、光合色素的功能 叶绿素溶液 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光 类胡萝卜素溶液 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 图：叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱 实验表明：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。色素对绿光吸收最少。 叶绿体中的色素只吸收可见光。 二、光合色素的功能 思考1：叶片为什么往往是绿色的呢？ 叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，再加上叶绿素含量多，所以叶片才呈现绿色。 思考2：温室或大棚种植蔬菜时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？ 温室或大棚种植蔬菜时，选择无色透明的玻璃、塑料薄膜，因为太阳光由复合光组成；补充光源可选择红光或蓝紫光。 注：有色大棚特点：透过的是同色光，其他光被大棚吸收。 思考3：银杏的叶秋季为什么变黄了？ 秋季，叶片的叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。 思考4：秋天枫叶变红色的原因是什么？ 秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色。 二、光合色素的功能 拓展1:植物色素 比较项目 光合色素 细胞液色素 存在部位 溶解性 代表种类 颜色 颜色变化 红苋菜：炒菜菜汤出色，因为是水溶性的花青素。 胡萝卜：炖汤不出色，因为是脂溶性的胡萝卜素。 叶绿体 脂溶性 类胡萝卜素和叶绿素 橙黄、黄、绿 不随pH改变变化颜色 液泡 水溶性 花青素 红、蓝、紫等 随pH改变变化颜色 1. 叶绿素的特点： 不稳定，易被分解 2. 影响叶绿素合成的因素： 1）温度： 低温影响相关酶活性，叶绿素合成受阻； 低温时叶绿素易被破坏 2）光照： 光照是叶绿素合成的主要条件，黑暗条件下不能合成叶绿素 3）必要元素： ① Mg是叶绿素合成的重要元素 ② Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分。 拓展2:叶绿素 三、捕获光能的结构 核糖体 DNA 类囊体薄膜 外膜 内膜 类囊体 基质 基质 基粒 基粒 吸收光能的色素分布在叶绿体类囊体薄膜上。 叶绿体内有众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。 三、捕获光能的结构 在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有多种进行光合作用所需的酶 核糖体 DNA 类囊体薄膜 外膜 内膜 类囊体 基质 基质 基粒 基粒 叶绿体是进行光合作用的场所，在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。色素分子和酶是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 1、关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是（ ） A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度 B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液 C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线 D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息 当堂检测 B　 2、关于高等植物细胞内的色素的叙述中，错误的是( ) A.绿叶中叶绿素是类胡萝卜素的3倍，所以叶呈绿色 B.所有植物细胞内都含有四种色素 C.细胞内的叶绿体中的色素吸收光能用于光合作用 D.有的植物细胞的液泡内也含有一定量的色素 B　 当堂检测 3.如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法不正确的是( ) A.叶绿体中甲、乙、丙、丁四种色素都分布在类囊体薄膜上 B.衰老叶片中甲、乙两种色素的含量显著减少 C.甲、乙、丙、丁四种色素均可溶于有机溶剂 D.丙、丁两种色素主要吸收红光和蓝紫光 当堂检测 D　 4.如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是( ) A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少， 都会导致色素条带颜色变深 B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤， 实验效果更好 C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液， 　会缩短四条色素带间的距离 D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄 D　 当堂检测 5.德国科学家恩格尔曼设计了一个实验研究光合作用的吸收光谱。他将三棱镜产生的散射光投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图所示)。他由实验结果得出光合作用在红光区和蓝紫光区最强。这个实验的思路是( ) A.细菌对不同的光反应不一，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强 B.需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强 C.需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强 D.需氧细菌大量消耗O2，使水绵的光合速率大幅度加快 B 当堂检测 这是2021年度中国科学十大进展之一。中国科学家在国际上首次不依赖光合作用实现了二氧化碳到淀粉的人工合成，对未来的农业生产、生物制造产业的具有重要影响。 2023年11月1日发行的《科技创新》邮票中，其中一枚为人工合成淀粉。 思考：自然界是如何完成“CO2→淀粉”的合成过程呢？ 四、光合作用的原理 光合作用：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。 CO2 + H2 O 光能 叶绿体 有机物 + O2 1、O2怎么合成？从何而来？是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 2、有机物如何形成？ 3、叶绿体如何将光能转化为化学能？ 4、整个过程中的物质怎么变化和能量如何转换？ 四、光合作用的原理 (一)探索光合作用原理的部分实验 19世纪末 甲醛不能通过光合作用转化成糖，甲醛对植物有毒。 1928年 初步判断： 氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 基本否定了光合作用中的O2来源于CO2的猜测。 (一)探索光合作用原理的部分实验 1937年 希尔反应 给离体叶绿体悬浮液加入铁盐（Fe3+)，不通入CO2； 给予光照后，Fe3+被还原为Fe2+，同时叶绿体释放出氧气。 离体叶绿体的悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 (或其他 氧化剂) O2 O2 H+ H2O O2＋H+＋e- 光能 叶绿体 氧化剂：结合H2O分解产生的H+和e- (一)探索光合作用原理的部分实验 科学家通过实验发现细胞中叶绿体内进行光合作用的氧化剂是NADP+（氧化型辅酶II），可以结合H2O分解产生的H+和e-,形成NADPH（还原型辅酶II） NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 H2O O2＋H+＋e- 光能 叶绿体 叶绿体 H2O NADPH + O2 光能 (一)探索光合作用原理的部分实验 1937年 希尔反应 离体叶绿体的悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 (或其他 氧化剂) O2 讨论1：希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能，希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，糖类的合成需要CO2的C元素。因此，氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 (一)探索光合作用原理的部分实验 1937年 希尔反应 离体叶绿体的悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 (或其他 氧化剂) O2 讨论2：希尔的实验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？ 不能，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 (一)探索光合作用原理的部分实验 希尔的实验中没有直接观察到氧元素的转移，那么，如何观察元素的转移？我们有没有学过什么科学方法可以做到这一点呢？ 同位素标记法 现在我们要研究的是氧原子在光合作用过程中的转移过程，应该用什么同位素来标记什么物质？如何设置对照？ 一组用 18O 标记二氧化碳，水不做标记； 另一组用 18O 标记水，二氧化碳不做标记。 (一)探索光合作用原理的部分实验 1941年鲁宾和卡门的实验 实验目的： 实验方法： 研究光合作用中氧气的来源 同位素标记法 第一组 第二组 实验处理及现象： 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。 对比实验(相互对照) 自变量： 因变量： 不同的标记物质 (C18O2或H218O) 释放的氧气是否含18O (一)探索光合作用原理的部分实验 1954年阿尔农实验1 尝试用示意图来表示ATP合成与希尔反应的关系。 H2O O2 + NADPH 光照 叶绿体 1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，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。 ADP+Pi ATP 酶 (一)探索光合作用原理的部分实验 综合以上几个实验，可以得出以下结论： 1.光合作用释放的氧气中的氧元素来自水； 2.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； 3.叶绿体中ATP的合成总是伴随着水的光解。 NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 H2O O2＋H+＋e- 光能 叶绿体 ADP+Pi ATP 酶 建构概念1：光反应阶段 1、条件： 2、场所： 3、物质变化： H2O O2＋H+＋e- 光能 叶绿体 4、能量变化: ADP + Pi + 能量 ATP 酶 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能 水的光解： ATP的合成： NADPH的合成： 光、色素、多种酶 类囊体薄膜 NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 建构概念1：光反应阶段 叶绿体类囊体薄膜 结构与功能相适应 (一)探索光合作用原理的部分实验 1957年阿尔农实验2 1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，在黑暗条件下，若给叶绿体提供CO2、ATP和NADPH，有糖类生成，同时ATP、NADPH和CO2含量急剧下降。若只提供CO2，不提供ATP和NADPH，则无糖类生成。 结论：叶绿体中的ATP和NADPH能将CO2转化成糖类 (一)探索光合作用原理的部分实验 卡尔文实验1 30s 几十种化合物中 5s C5和CH2O C3 几分之1s 14CO2 14C3 （14CH2O） 14C5 小球藻 14CO2 乙醇 杀死小球藻 注入14CO2，一段时间后杀死小球藻终止反应，分析产物。若多种化合物中都检测到放射性，缩短反应时间，当检测到的化合物只有一种时，该化合物就是第一个产物。 (一)探索光合作用原理的部分实验 卡尔文实验2 卡尔文及其同事通过改变实验条件发现，C5化合物呈现规律性变化； 如果光照下突然中断CO2供应时，C3急剧减少而C5量增加； 当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。 问题：据此可以分析C3、C5之间关系，进而得出什么结论？ CO2与C5结合形成C3化合物，C3又可以转化形成C5，两者之间是相互循环的。 建构概念2：暗反应阶段 1、条件： 2、场所： 3、物质变化： 4、能量变化: 有光无光均可，暗反应有关的酶 叶绿体基质 CO2＋C5 2C3 酶 CO2的固定： C3的还原： C3 (CH2O)+C5 ATP ADP+Pi 酶 NADPH NADP+ ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 (二)光合作用的原理 注意 1.光反应产生的ATP去向 一般只用于暗反应，不为其他生命活动供能（呼吸作用供能） 2.光合作用的产物种类及去向 光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。 淀粉储存在叶绿体中，蔗糖可以进入_____ ，再通过韧皮部运输到植株各处。 淀粉 筛管 光合作用光反应和暗反应的比较 光反应阶段 暗反应阶段（卡尔文循环） 场所 条件 物质变化 能量变化 叶绿体内的类囊体薄膜上 光、色素、酶等； 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 ADP+Pi+能量 ATP 酶 2H2O O2+4H++4e- 光能 NADP++H++2e- NADPH 酶 叶绿体基质中 NADPH、ATP、酶等； ATP、NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： 酶 (CH2O) +C5 2C3 ATP、NADPH 光合作用光反应和暗反应的联系 ①物质关系：光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi等原料。 ②能量关系：光反应阶段产生的ATP和NADPH中活跃的化学能转化为暗反应阶段中储存在糖类中的稳定化学能。 (二)光合作用的原理 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。 1、概念： 2、反应式： CO2 + H2O 光能 叶绿体 + O2 (CH2O) 特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物。 3、实质： 把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能储存起来。 （合成有机物，储存能量） 无机物（CO2、H2O） 有机物（糖类） （2）能量转化： （1）物质转化： 光能 ATP、NADPH中 活跃的化学能 有机物中稳 定的化学能 (二)光合作用的原理 思考1： 光合作用合成的有机物最初的形式是葡萄糖，写出产物是葡萄糖的方程式，并在反应简式中标出各元素的来源、去向。 （2）H：3H2O 光反应 (C3H2O) NADP3H 暗反应 （1）C：14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 (14CH2O)、14C5 （3）O：H218O 光反应 18O2 CO2的固定 C18O2 C3的还原 (CH218O) C3 (二)光合作用的原理 思考2： 条件骤变对光合作用中各物质的影响 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 减少 增加 减少 减少 光照增强 增加 减少 增加 增加 时间 物质的量 光照减弱 C3 NADPH、ATP、C5、（CH2O）合成量 C3 C5 (C3消耗减慢，合成暂时不变) (C5合成减少，消耗暂时不变) 时间 物质的量 光照增强 C3 NADPH、ATP、C5、（CH2O）合成量 C3 C5 (C3消耗加快，合成暂时不变) (C5合成加快，消耗暂时不变) 思考2： 条件骤变对光合作用中各物质的影响 (二)光合作用的原理 思考2： 条件骤变对光合作用中各物质的影响 光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少 CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加 C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。 时间 物质的量 CO2突然减少 C3、（CH2O）合成量 NADPH、ATP、C5 C3 C5 (C3合成减少，消耗暂时不变) (C5消耗减慢，合成暂时不变) 时间 物质的量 CO2突然增多 C3、（CH2O）合成量 NADPH、ATP、C5 C3 C5 (C3合成增多，消耗暂时不变) (C5消耗加快，合成暂时不变) 思考2： 条件骤变对光合作用中各物质的影响 (二)光合作用的原理 4、意义： ①把无机物合成为有机物，生物界中有机物的来源； ②将光能转换成化学能，为生命世界的生命活动提供了能量来源； ③维持大气中氧气和二氧化碳的平衡; ④对生物的进化具有重要作用; 光合作用产生的有机物，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。在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？ 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 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌 电子显微镜下的一种硝化细菌(放大5000倍) CO2+H2O (CH2O)+ O2 能量 硝化细菌 （三）化能合成作用 能量来源： 反应物： 产物： 将氨氧化成硝酸释放的能量 水和二氧化碳 糖类 自养的两种主要类型： 异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。如人、动物、真菌及大多数的细菌。 自养生物：能够利用光能或无机物氧化时所释放的化学能作为能源，将CO2等无机物合成有机物，储存能量，维持自身的生命活动。 光能自养生物（光合作用）：如绿色植物、蓝细菌 化能自养生物（化能合成作用）：硝化细菌、铁细菌等 思考：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ （三）化能合成作用 二者的主要区别：所需的能量来源不同（光能、化学能） 农业中松土可使硝化细菌在O2充足条件下将更多的NH3转化成NO3-或NO2-，提高肥效。 68 当堂检测 1、1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。像这样，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称作希尔反应。下列相关分析错误的是（ ） A.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应 B.在此过程中，H2O分解产生O2的同时，还生成了NADPH C.光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的 D.光合作用整个过程都直接需要光照 D 2、下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题： ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 ②图中C是_ ___，它被传递到叶绿体的_____部位，用于_________ 。 ③图中E是____，在叶绿体中合成E所需的能量来自______。 ④图中H__________,G是____________,I是________。 ⑤图中的J表示______ _， K表示__ ______，J为K提供_________。 O2 水 NADPH 基质 用作还原剂，还原C3 ATP 光能 光反应阶段 NADPH和ATP 色素 C5 C3 (CH2O) 暗反应阶段 当堂检测 3、下图是改变CO2浓度后与光合作用有关的 C5和C3在细胞内的变化曲线，请回答： （1）曲线a表示的化合物是______， 曲线b表示的化合物是________； （2）在CO2浓度降低时，曲线a表示的 化合物的含量迅速下降的原因是： ________________________________ ____________________ （3）光照强度和CO2浓度的变化均影 响光合作用的速度，但前者主要影响 光合作用的__________，后者主要影响光合作用的_____________。 CO2固定过程减慢，C3形成量减少;而C3的还原过程仍在进行 C3 C5 光反应阶段 暗反应阶段 当堂检测 五、光合作用与细胞呼吸的比较分析 a g b h c k d m e n 光合色素 水 O2 ADP ATP NADPH C3 C5 丙酮酸 CO2 五、光合作用与细胞呼吸的比较分析 ① ② ③ ④ ⑤ 生理过程 场所 光反应 类囊体薄膜 暗反应 叶绿体基质 有氧呼吸第一阶段 细胞质基质 有氧呼吸第二阶段 线粒体基质 有氧呼吸第三阶段 线粒体内膜 光合作用 呼吸作用 场所 条件 原料 产物 物质变化 能量变化 实质 发生范围 只在光下进行 叶绿体(植物细胞) 细胞质基质、线粒体 光下、暗处都可发生 O2、葡萄糖等有机物 CO2、H2O O2、葡萄糖等有机物 CO2、H2O等 无机物转变成有机物 有机物氧化分解成无机物 有机物中稳定的化学能→ATP中活跃化学能＋热能 光能→ATP、NADPH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 分解有机物，释放能量 所有活细胞 含叶绿体的植物细胞和光合细菌 五、光合作用与细胞呼吸的比较分析 光合作用与细胞呼吸的比较分析 光合作用与细胞呼吸的联系 H：3H2O NADP3H 光反应 有氧呼吸 第ⅠⅡ阶段 [H] （C3H2O） 暗反应 ①物质联系 C：14CO2 （14CH2O） 暗反应 有氧呼吸第Ⅰ阶段 14C3H4O3 有氧呼吸 第Ⅱ阶段 14CO2 O：H218O 18O2 光反应 有氧呼吸 第Ⅲ阶段 H218O C18O2 （CH218O） 暗反应 有氧呼吸第Ⅰ阶段 C3H418O3 有氧呼吸 第Ⅱ阶段 C18O2 有氧呼吸 第Ⅲ阶段 3H2O ②能量联系 光合作用与细胞呼吸的比较分析 光合作用与细胞呼吸的联系 例1、下图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解,其中①—④表示过程。相关叙述正确的是（ ） A. 过程①③④都能合成ATP B. 过程①②③④总是同时进行 C. 过程①③都在生物膜上进行 D. 过程④产生的[H]还来自于水 ACD 当堂检测 六、光合作用的影响因素及应用 影响光合作用的因素 CO2+H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 △原料： 产物： △能量： △场所： CO2 、H2O 气孔开闭 有机物积累，不利于光合作用 光照时间、光照强度、 光的成分（光质） 叶绿体（色素、酶） 温度 N、Mg 【思考】叶片的有机物输出越多，其光合速率 。 若将一株植物的果实去除，则去除的果实越多，光合速率如何变化，为什么？ 越快 去除的果实越多，光合速率越慢 内因 酶的种类、数量 色素的含量 叶龄不同 叶面指数（疏密） 外因 光：光照强度、光质、光照时间、 CO2的浓度、 H2O 矿质元素（Mg合成叶绿素） 温度 主要因素（外因：“三度”）： 光照强度、温度、CO2浓度 光照强度：指光照的强弱，以单位面积上所接受可见光的能量来度量，单位勒克斯（lx） 影响光合作用的因素 探究·实践：探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用强度 单位时间内 制造或产生有机物的量 CO2的消耗量（固定量） O2的产生量 指植物在单位时间内，通过光合作用制造糖类的量。也叫光合速率。 （一）、影响光合作用的因素——外因 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 探究·实践：探究环境因素对光合作用强度的影响 1.实验原理 叶片含有空气，上浮 叶片下沉 抽气 光合作用 产生O2 O2充满细胞间隙， 叶片上浮 生长旺盛的绿色小叶片、打孔器、注射器，台灯等 2.实验材料： 3.实验变量分析： （1）自变量： 光照强度 通过控制台灯与烧杯之间的距离控制光照强度 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 探究·实践：探究环境因素对光合作用强度的影响 3.实验变量分析： （2）因变量： 光合作用强度 单位时间内被抽去空气的圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用的时间长短 观测指标： （3）无关变量： 叶圆片的数量和大小、温度、CO2浓度（可用玻璃管向烧杯中的水吹气相同时间）等 （4）对照类型： 相互对照 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 探究·实践：探究环境因素对光合作用强度的影响 4.实验步骤： 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 探究·实践：探究环境因素对光合作用强度的影响 5.实验结果及结论： 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 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。 光照强度 光合作用强度 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 思考1：将处理过的圆形小叶片放在黑暗环境中，请在下图绘出黑暗条件下，植物叶肉细胞中CO2和O2的产生或消耗情况。 线粒体 叶绿体 叶肉细胞 释放CO2 吸收O2 黑暗条件下：植物叶肉细胞只进行呼吸作用，不进行光合作用。 思考2：在5分钟时，弱光和中等光照强度下，叶片没有上浮，在这两种光照强度下，叶片有O2产生吗？ 光照强度 浮起叶片数量 时间 强光 （10cm) 中等光照 （20cm） 弱光 （30cm) 5分钟 10片 0片 0片 10分钟 10片 4片 0片 15分钟 10片 5片 1片 20分钟 10片 6片 2片 有O2产生，只是此时产生的O2量比较少 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 叶片上浮的原因：光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放氧气，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 思考3：请在下图绘出在以下两种情况中CO2和O2的产生及消耗情况。 线粒体 叶绿体 叶肉细胞 线粒体 叶绿体 叶肉细胞 弱光照射： 中等光照射： 呼吸作用强度大于光合作用强度 呼吸作用强度等于光合作用强度 释放CO2 吸收O2 O2 CO2 O2 CO2 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 思考4：根据以上分析绘出在强光条件下CO2和O2的产生及消耗情况。 强光条件下：光合作用强度大于呼吸作用强度。 线粒体 叶绿体 叶肉细胞 释放O2 吸收CO2 O2 CO2 想一想：实验中所测得的O2量、CO2量，对应图中的哪里？ （可以测得） （可以测得） 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 思考5：植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？ 不是，是O2的释放量； （即叶片实际产生的总O2量与呼吸作用消耗O2量的差值。） 实际测量到的光合作用指标表示的是净光合作用速率，也可称为表观光合速率。 光合作用强度分为净光合作用强度和总光合作用强度。 净光合作用强度、总光合作用强度与呼吸作用强度之间是什么关系？ 总光合作用 = 净光合作用 + 呼吸作用 有机物的制造量 CO2固定或消耗量 O2的产生量 有机物积累量 CO2吸收量 O2的释放量 有机物的消耗量 CO2的释放量 O2的吸收量 O2 释放O2 （可以测得） CO2 吸收CO2 （可以测得） 光合作用强度 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 光合作用强度 例：探究光照强度对光合作用强度的影响 对象：植株、叶片、细胞：见下表 检测指标 呼吸速率 净光合速率 真正(总) 光合速率 CO2 O2 有机物 释放量 (黑暗) 吸收量 (黑暗) 消耗量 (黑暗) 吸收量 释放量 积累量 利用量、固定量、消耗量 产生量 制造量、产生量 拓展：净光合速率、总光合速率与呼吸速率的测定方法 1）呼吸速率的测定： 黑暗 吸收容器中的CO2 黑暗条件下，红色液滴左移的距离表示呼吸速率 2）净光合速率的测定： 维持CO2的稳定 光照条件下，红色液滴右移的距离表示净光合速率 总光合速率= 净光合速率 + 呼吸速率 3）物理误差的校正 为防止气压温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。 为了保证实验结果更准确，如何设置对照？对照的目的是什么？ 实验组：液滴移动是生物因素与非生物因素共同作用的结果。 对照组：液滴移动是非生物因素作用的结果。 若实验组液滴右移x，对照组右移y或左移y。则光合作用引起的液滴移动的距离__________________。 x-y或x+y 拓展：净光合速率、总光合速率与呼吸速率的测定方法 ①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。 ②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 拓展：净光合速率、总光合速率与呼吸速率的测定方法 1、辨析净光合速率与总光合速率 当堂检测 ①有机物的产生量/生成量/合成量/制造量—— （1）. 如果光合强度用有机物的量表示： ②有机物的积累量/增加量/净产生量—— 总光合速率 （2）. 如果光合强度用CO2的量表示 ①CO2同化量/固定量/消耗量—— ②CO2吸收量—— 总光合速率 净光合速率 （3）. 如果光合速率用O2的量表示： ①O2产生量/制造量—— ②O2释放量—— 总光合速率 净光合速率 净光合速率 2、将一新鲜叶片放在特殊的装置内，给予不同强度的光照（其他条件保持不变），测得氧气释放速率如下表所示。下列对该数据的分析，错误（ ） A.该叶片呼吸作用吸收O2的速率是0.2 μL/cm2叶面·min B.当光照强度为2 klx时，光合作用释放O2与呼吸作用吸收O2的速率基本相等 C.当光照强度为8 klx时，光合作用产生O2的速率为0.8μL/cm2叶面·min D.当光照强度超过10 klx，光合作用速率不再提高 光照强度 （klx） 0 2 4 6 8 10 12 14 O2（μL/cm2 叶面·min） -0.2 0 0.2 0.4 0.8 1.2 1.2 1.2 C 当堂检测 （一）、影响光合作用的因素——外因 1、光照强度 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C D （1）光照强度为0时，只进行细胞呼吸，CO2释放量表示呼吸强度 （2）AB段，随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐_________。 呼吸作用强度_______光合作用强度 减少 大于 （3）B点时，光合作用强度=呼吸作用强度，为光补偿点。 1、光照强度 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C D （4）BC段，光合作用强度>呼吸作用强度。C点前限制因素为__________。 （5）C点，光合作用强度最大，此时所对应的光照强度为光饱和点。C点之后的限制因素为_________________________________________ 光照强度 CO2浓度、温度、酶含量、 色素含量等 （一）、影响光合作用的因素——外因 1、光照强度 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C D A点 AB段 B点 BC段 （一）、影响光合作用的因素——外因 1、光照强度 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C D 思考1：（植物体）在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于） 大于 总结： （1）叶绿体吸收CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率。 （2）当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。 （一）、影响光合作用的因素——外因 1、光照强度 光照强度 0 CO2吸 收 CO2 释 放 A B C D 思考2：在图甲中,呼吸作用消耗有机物的量可表示为　 　　,净光合作用量可表示为 ，光合作用产生有机物的量可表示为　　 　。(用S1、S2、S3和数学符号表示)  S1+S2 S3+S2 S3-S1 （一）、影响光合作用的因素——外因 S2 S1 S3 1、光照强度——应用 ①温室生产中，适当增强 ，以提高光合速率，使作物增产； 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。 光照强度 （一）、影响光合作用的因素——外因 1、光照强度——应用 ②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较低,农业生产上一般间作。 原因是： a.两种植物的根系深浅搭配，合理的利用了不同层次土壤内水分和养分。 b.两种植物高矮结合，充分利用了不同层次的阳光。 （与P选二25，群落的垂直结构联系，P选二32，立体农业联系） 玉米——大豆 （一）、影响光合作用的因素——外因 1、光照强度——应用 ③通过套作，延长光合作用时间。 套作 在同一块田地上，在前季作物的生育后期，在其株行间播种或移栽后季作物的种植方式。 玉米套种花生 果园套种油菜 （一）、影响光合作用的因素——外因 例1.如图表示光照强度对三七和云南松光合速率的影响，下列叙述不正确的是（ ） A.将光照强度由B升高到C的短时间 内，三七叶绿体中的C3含量增加 B.光照强度为C时，三七和云南松 单位时间积累有机物的量相等 C.长期阴雨天对云南松生长速率的 影响程度大于三七 D.光照强度为C时，云南松产生O2的 速率为8mg·m-2·h-1 A （一）、影响光合作用的因素——外因 例2.将状况相同的某种绿叶等分成四组，在不同温度下分别暗处理1小时，再光照1小时（光强相同），测其重量变化，得到如下表的数据。由下表可以得出的结论是 ( ) A．该植物光合作用的最适温度约是27℃ B．该植物呼吸作用的最适温度约是29℃ C．27～29℃下的净光合速率相等 D．30℃下的真正光合速率为2㎎/h B 组别 一 二 三 四 温度/℃ 27 28 29 30 暗处理后重量变化/㎎ -1 -2 -3 -1 光照后与暗处理前重量变化/㎎ +3 +3 +3 +1 （一）、影响光合作用的因素——外因 例3【2020，全国1卷(3)】农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表，从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物 是 。选择这两种作物的理由是 ____________________ ______________________________________________ 。 作物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/umol·m-2·s-1 1200 1180 560 623 A和C 作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用。 （一）、影响光合作用的因素——外因 2、CO2浓度 CO2浓度主要影响暗反应阶段，制约C3的形成 CO2浓度 A B 吸收速率 CO2 C 释放速率 CO2 D E （3）C点：CO2补偿点 光合作用速率=细胞呼吸速率 （2）B点 ：进行光合作用所需CO2的最低浓度。 （1）AB：只进行细胞呼吸。 （4）D点：CO2饱和点， E点后限制因素为光照强度和温度、酶的数量和活性等 （一）、影响光合作用的因素——外因 2、CO2浓度 图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的浓度都表示CO2饱和点。 （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。 应用： 分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐 （一）、影响光合作用的因素——外因 例4. 图示适宜条件下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是（　　　） A. CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用 B. 适当增加光照强度，a点将左移 C. CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等 D. 甲植物体内NADPH的含量在CO2浓度为b时比在a时高 B （一）、影响光合作用的因素——外因 例5.下图表示A、B两种植物的在光照等其他条件适宜的情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。 ①若将上述两种植物幼苗置于同一密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，生长首先受影响的植物是_______, 原因是什么？ B 在低CO2浓度的条件下，B植物利用CO2进行光合作用的能力弱，积累有机物少，因此，B植物生长首先受到影响。 （一）、影响光合作用的因素——外因 ②若将上述两种植物幼苗置于同一密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，当B的净光合速率为0时，A的净光合速率_______（填“大于0”，“等于0”或“小于0”） 例5.下图表示A、B两种植物的在光照等其他条件适宜的情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。 大于0 （一）、影响光合作用的因素——外因 ③若将上述两种植物幼苗分别置于两个相同的密闭玻璃罩内，在光照等其他条件适宜的情况下，玻璃罩内的CO2逐渐下降至一定水平时保持相对稳定，原因是什么？ 植物在光下，光合作用吸收的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，使密闭玻璃罩内CO2浓度降低，光合速率也随之降低，当光合作用吸收的CO2量与呼吸作用释放的CO2量相等时，玻璃罩内CO2浓度维持相对稳定。 （一）、影响光合作用的因素——外因 拓展1：“关键点”移动 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点_______，细胞呼吸减弱，A点_______。 (2)补偿点(B点)的移动 ①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应 ，反之 。 ②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应_______，反之_______。 下移　 上移　 右移 左移 右移 左移 （一）、影响光合作用的因素——外因 拓展1：“关键点”移动 (3)饱和点(C点)和D点的移动： 相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点 ，D点 ； 反之，移动方向相反。 右移 上移的同时右移 （一）、影响光合作用的因素——外因 例6：已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是 (　　) A．下移、右移、上移　　　 B．下移、左移、下移 C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移 C　 （一）、影响光合作用的因素——外因 例7：下面为几种环境因素对植物光合作用影响的关系图，有关描述错误的是 (　　) A．图1中，若光照强度适当增强至最适状态，a点左移，b点右移 B．图2中，若CO2浓度适当增大至最适状态，a点右移，b点左移 C．图3中，a点与b点相比，a点时叶绿体中C3含量相对较多 D．图3中，限制b点光合作用的主要因素是光照强度和CO2浓度 B　 （一）、影响光合作用的因素——外因 3、温度 主要通过影响与光合作用有关的酶的活性，进而影响光合作用 O 温度 A 光合速率 B C 最适温度下植物光合作用最大， 植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 ①农业上适时播种农作物 ②温室中，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率，晚上适当降低温度，以降低呼吸速率，从而保证植物有机物的积累。 应用： （一）、影响光合作用的因素——外因 4、水分 （1）水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合作用(光反应)。 （2）缺水会导致叶片气孔关闭(植物气孔导度减小)，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用（暗反应）。 （3）缺水会使糖类堆积，光合作用产物输出缓慢。 （4）水分过多导致植物无氧呼吸产生酒精，不利于植物生长。 光合作用强度 水分含量 时间 光合作用强度 （一）、影响光合作用的因素——外因 拓展2：“光合午休”现象 （一）、影响光合作用的因素 如图是夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线 时间 光合作用强度 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。 BC段： 光照强度不断减弱。 AB段： 光照强度不断增大。 DE段： （一）、影响光合作用的因素 5、矿质元素 是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分。 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）在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可______光合作用速率，但当超过一定浓度后，植物光合作用速率 。 提高 下降 （2）土壤中矿质元素溶液浓度过高，植物光合作用速率下降的原因可能是: __________________________________________。 溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水 轮作 在同一块田地上，按预定的种植计划，轮换种植不同的作物。【连作：在同一块地上长期连年种植一种作物】 玉米，轮作花生 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。 5、矿质元素 应用：合理施肥，轮作 （一）、影响光合作用的因素——外因 6、光质（不同波长的光） 应用： ①温室大棚一般用无色透明的塑料膜覆盖； ②植物工厂采用LED等人工光源，常用红色、蓝色和白色光源。 白光是复合光，白光下植物光合作用最强； 单色光：红光和蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下最弱。 （一）、影响光合作用的因素——外因 7、多因子变量 ①曲线达到P点之前，限制光合速率的主要因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。 ②从P点到Q点之间，横坐标因子和其他因子共同影响光合速率。 ③到达Q点之后，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子。要想提高光合速率，可采取适当提高图中其他因子的方法。 （一）、影响光合作用的因素——外因 7、多因子变量 应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶 的活性，提高光合速率，也可同时适当增加 ，进一步 提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加 和CO2浓度 以提高光合速率。 CO2浓度 光照强度 （一）、影响光合作用的因素——外因 例7：(2018·江苏卷)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是 (　　) A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度 B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度 C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度 D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度 D　 （一）、影响光合作用的因素——外因 例8：(2018·全国卷Ⅰ，30)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。 回答下列问题： (1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中， 对光能的利用率较高的植物是_____。 (2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是_____，判断的依据是________________________________________________ ______________________________________________________________________ (3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是_____。 (4)某植物夏日晴天中午12∶00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的_______(填“O2”或“CO2”)不足。 甲　 甲　 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大　 乙　 CO2　 （一）、影响光合作用的因素——外因 （二）、影响光合作用的因素——内因 1、植物自身的遗传特性(如植物品种不同)，以阴生植物、阳生植物为例 阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强 2、叶龄 （二）、影响光合作用的因素——内因 幼叶 壮叶 OA段：在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合速率不断提高 AB段：叶片面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定 BC段：随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降 应用：栽培作物培养时适当摘除老叶和发黄的叶，可以降低呼吸作用对有机物的消耗。 3、叶面积指数 （二）、影响光合作用的因素——内因 叶片总面积/土地总面积 随着叶面积指数的增大，光合作用实际量、呼吸量增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，光合作用实际量不再增大，原因是光照已被最大限度利用。 呼吸量仍在增大，从而使细胞呼吸有机物的消耗量大于光合作用有机物的生成量，所以有机物的积累量不断降低。 应用：适当修剪、合理密植(增加光合作用面积)。 例9.(2022山东模拟)在单位时间里,生产者所固定的全部太阳辐射能量,叫作总初级生产量;总初级生产量扣除生产者自身的呼吸量,剩下的就是净初级生产量。如图表示一个森林生态系统中森林地上部分总初级生产量、净初级生产量的变化情况。图中横坐标表示叶面积指数(单位土地面积上植物叶片总面积占土地面积的倍数),纵坐标表示最大光合量。下列叙述正确的是(　　) A.当叶面积指数达到8时,森林的净初级生产量达到了最大值 B.当叶面积指数达到4~6时,对森林进行合理开采利用最合理 C.当叶面积指数达到8时,限制a曲线上升的因素是CO2浓度 D.最大光合量时的叶面积吸收了大部分的太阳辐射能量 B　 （二）、影响光合作用的因素——内因 （一）.光呼吸 1、光呼吸是指绿色植物在光照情况下吸收O2，将叶绿体中的C5分解产生CO2的过程。 2.光呼吸的起因 卡尔文循环中CO2固定的酶(Rubisco)具有两面性(或双功能) ①高CO2浓度、低O2时，进行羧化 C5+CO2 2C3 Rubisco ②低CO2浓度、高O2时，进行加氧 C5+O2 C2+C3 Rubisco 光呼吸： 2C2+O2 C3+CO2 ATP、NADPH 酶 七、特殊代谢类型 3.卡尔文循环与光呼吸 光照强度增强 ↓ 产生的O2增多 ↓ 光呼吸增强 （一）光呼吸 七、特殊代谢类型 4.光呼吸的影响 （1）如果在较强光下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。 （2）光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。 光呼吸是一个“耗能浪费”的生理过程，因此，抑制植物的光呼吸可实现农作物的增产。 （一）.光呼吸 七、特殊代谢类型 ①与光呼吸有直接关系的细胞器为叶绿体、线粒体。光呼吸产生的条件是光照、高O2含量和低CO2含量等。 ②在干旱天气和过强光照下，因为温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭。此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的NADPH和ATP，又可以为暗反应阶段提供原料，因此光呼吸对植物有重要的正面意义。　　　 5.光呼吸与光合作用的关系 （一）.光呼吸 七、特殊代谢类型 6.光呼吸与细胞呼吸的比较 比较项目 光呼吸 细胞呼吸 底物 发生部位 反应条件 能量 共同点 C2化合物 糖类等有机物 叶绿体、线粒体等 光照 消耗能量 消耗O2、释放CO2 细胞质基质、线粒体 光或暗都可以 产生能量 （一）.光呼吸 七、特殊代谢类型 例1：(2023·山东潍坊一模)光呼吸是O2/CO2偏高时与光合作用同时发生的生理过程，是经长期进化形成的适应机制。光呼吸和暗反应关系密切，机理如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.光呼吸可保证CO2不足时，暗反应仍能正常进行 B.光合作用的光反应强于暗反应容易导致光呼吸 发生 C.光呼吸过程虽消耗有机物，但不产生ATP D.抑制光呼吸能大幅度提高光合作用强度 D 七、特殊代谢类型 例2:(2021·山东，21)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 七、特殊代谢类型 (1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的______中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是___________________________________________________ ____________________________________。 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5 减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 基质 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 七、特殊代谢类型 (2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度______(填“高”或“低”)，据表分析，原因是_________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________。 低 喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加、释放量减少。此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 七、特殊代谢类型 (3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在_________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。 SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600 光合作用强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7 光呼吸强度 (CO2μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3 100～300 七、特殊代谢类型 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 ——根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同 1.C3途径： 也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。 七、特殊代谢类型 2.C4途径： 某些植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2在PEP羧化酶的作用下被整合到C4化合物中，随后C4化合物被运输进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物分解释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物。 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 2.C4途径： C4植物具有耐高温、光照强烈、 干旱的能力， 原因是：PEP羧化酶（CO2泵） 与CO2亲和力大且不与O2亲和， 它提高了C4植物固定CO2的能力， 并且无光合午休现象。 常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 2.C4途径： （1）C4植物CO2补偿点低， 几乎接近0。 （2）C3植物CO2补偿点高 （3）C4植物CO2饱和点低，说明C4植物具有有效的CO2浓缩机制。 （4）C3植物CO2饱和点高，因为RuBP羧化酶固定CO2能力弱。 从以上分析可知，C4植物能够利用低CO2浓度进行光合作用，因此，目前大气CO2浓度不断增加，对C3植物有利，对C4植物益处不大。 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 例2：(2023·河南天一大联考)玉米固定CO2的能力比小麦强70倍。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)是C4植物(如玉米)特有的固定CO2的关键酶。科研人员将玉米的PEPC基因导入小麦中，获得转基因小麦以提高小麦产量。为探究转基因小麦固定CO2的能力，研究人员将转基因小麦和普通小麦分别放置在相同的密闭小室中，给予充足的光照，利用红外测量仪每隔5 min测定小室中的CO2浓度，结果如图所示。下列有关叙述错误的是(　　) A.PEPC能降低固定CO2反应所需的活化能 B.图中属于转基因小麦变化曲线的是Ⅱ C.图中CO2浓度保持不变时植物的光合速率等于呼吸速率 D.突然降低光照强度，短时间内细胞中ADP和C5的含量均降低 D （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 3.CAM途径： CAM植物夜间气孔开放吸进CO2，CO2经一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中。白天气孔关闭，苹果酸经一系列反应转化为CO2，进入C3途径合成淀粉； 表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降; 白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升; 常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 例3：(2023·河北唐山调研)多肉植物是指营养器官肥厚多汁并且储藏大量水分的植物，能够在高温干旱的条件下良好生长。多肉植物叶片上的气孔夜间开放吸收CO2，生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中的苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用。请回答下列问题： （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 (1)多肉植物白天进行光合作用所需CO2来源有_______________________和________________(请填写相关生理过程)。多肉植物夜晚能吸收CO2，却不能合成(CH2O)的原因是_________________________________。 (2)若对多肉植物突然停止光照，其叶肉细胞内C5的含量________(填“上升”或“下降”)，原因是__________________________________________________ ___________________________________________________________________ ____________。 苹果酸经脱羧作用释放 呼吸作用产生 缺乏光照，不能产生NADPH和ATP 下降 突然停止光照，光反应无法产生NADPH和ATP，C3的还 原速率下降，C5的合成速率下降，而CO2浓度不变，C5的消耗速率不变，故C5含量下降 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 特征 C3植物 C4植物 CAM植物 与CO2结合的物质 CO2固定的最初产物 CO2固定的时间 光反应的场所 卡尔文循环的场所 有无光合午休 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 RuBP(C5) PEP PEP C3 C4 草酰乙酸 白天 白天 夜晚和白天 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞 类囊体薄膜 叶肉细胞的 叶绿体基质 叶肉细胞的 叶绿体基质 维管束鞘细胞的 叶绿体基质 有 无 无 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 C3植物 C4植物 CAM植物 如：水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植物。 如甘蔗、玉米、高粱等。 如:菠萝、龙舌兰、仙人掌和兰花等。 （2）正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 _______________________________________________________________ ___________________________________________________（答出1点即可）。 例4 (2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2<的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题： （1）不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是__________________（答出3点即可）。 NADPH、ATP、O2 叶片（叶肉细胞及叶片其他细胞）的细胞呼吸需要消耗一部分光合产物（或叶片的生长发育需要消耗一部分光合产物） （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 (3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是 ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ C4植物的CO2补偿点比C3植物的低，C4植物在低浓度CO2条件下就能合成生长所需的有机物，因此生长得好 （二）.C3植物、C4植物和CAM植物 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.51.100 $$