5.4.2光合作用的原理和应用课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

提出问题： 这些色素存在于细胞的什么部位？ 1.四种光合色素分布在类囊体的薄膜上。 2.外膜和内膜是透明的利于光的透过。 1.恩格尔曼实验1 实验结论： 氧气是叶绿体在光下放出来的。 提出问题： 叶绿体除吸收光能外还有什么功能？ 恩格尔曼实验设计巧妙之处 水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察； 叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。 排除了空气中氧气的干扰 ①实验选材好 需氧细菌可确定释放氧气的部位。 ②没有空气的环境 ③用极细的光束点状投射 提出问题： 叶绿体除吸收光能外还有什么功能？ 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区和蓝紫光区。 实验结论： 叶绿体主要利用红光和蓝紫光释放氧气 恩格尔曼实验2 白光 三棱镜 叶绿体的功能： 恩格尔曼实验：直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 资料：类囊体膜上和叶绿体基质中含有多种光合作用所必需的酶。P101 结论：叶绿体是光合作用的场所。 光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。 这一过程可以用下面的化学反应式来概括，其中(CH2O)表示糖类。 二、光合作用的原理和应用 ① 19世纪末 ② 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成糖类。 探索光合作用原理的部分实验 二、光合作用的原理和应用 ③ 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。 探索光合作用原理的部分实验 二、光合作用的原理和应用 离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应 希尔反应： ③ 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。 探索光合作用原理的部分实验 二、光合作用的原理和应用 希尔反应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，没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接看到氧元素的转移。 ③ 1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。 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，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 探索光合作用原理的部分实验 二、光合作用的原理和应用 ④ 1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧的来源。 实验说明植物光合作用释放的氧气的氧元素来自水。 探索光合作用原理的部分实验 二、光合作用的原理和应用 探索光合作用原理的部分实验 二、光合作用的原理和应用 1957年，又发现这一过程总是与水的光解相伴随。 ⑤ 1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。 ADP+Pi +能量 →ATP 2H2O O2+4H++4e-+能量 光照 叶绿体 ATP H2O 光解 O2 上述实验表明光合作用不是一个简单的化学反应，是分阶段进行的。实际上，光合作用包括一些列化学反应。 根据是否需要光能，可以概括的分为光反应(light reaction)和暗反应(dark reaction)，暗反应也称为碳反应(carbon reaction)。 二、光合作用的原理和应用 第一阶段：光反应 3、物质变化： 2H2O → O2+4H+ H++NADP+ +2e- →NADPH ADP+Pi +能量 →ATP NADP+：氧化型辅酶Ⅱ NADPH：还原型辅酶Ⅱ 1、场所： 类囊体薄膜 2、条件： 光、色素、酶 光能→(NADPH和ATP中)活跃化学能 4、能量变化： 二、光合作用的原理和应用 光 酶 酶 实验结论：14CO2→14C3→(14CH2O) 思考：CO2是如何转变为糖类的呢?？ 2 二、光合作用的原理和应用 20世纪40年代，卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做的实验：用经过14C标记的14CO2 ，证明了CO2是如何转化为有机物中 的碳。即卡尔文循环的发现。 实验方法：同位素标记法 叶绿体基质 2、条件： 多种酶 3、物质变化： ATP→ ADP+Pi NADPH→NADP++H+ ①CO2固定: ②C3还原: 4、能量变化： ATP和NADPH中活跃的化学能→ 糖类等有机物中稳定化学能 第二阶段：暗反应（碳反应） 1、场所： 二、光合作用的原理和应用 CO2+C5 → 2C3 酶 2C3 C5+(CH2O) NADPH、ATP 酶 根据光合作用的基本过程填充下图。 O2 2C3 CO2 C5 NADPH ATP ADP+Pi NADP+ 二、光合作用的原理和应用 ①光反应为暗反应提供ATP和NADPH ②暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+ 光反应与暗反应之间相互制约，相互影响 光反应阶段和暗反应阶段的联系： 二、光合作用的原理和应用 光合作用中元素的转移： ①C的转移： ②H的转移： ③O的转移： H2O → NADPH→ (CH2O ) CO2 → C3 →（CH2O） CO2 → C3 →（CH2O） H2O → O2 光照由强到弱 光照由弱到强 C3含量 C5含量 NADPH和ATP 的含量 二、光合作用的原理和应用 2H2O → O2+4H+ H++NADP++2e-→NADPH ADP+Pi→ATP 光反应： 暗反应（碳反应）： 光 CO2供应由充足到不足 CO2供应由不足到充足 C3含量 C5含量 NADPH和ATP 的含量 二、光合作用的原理和应用 2H2O → O2+4H+ H++NADP++2e-→NADPH ADP+Pi→ATP 光反应： 暗反应（碳反应）： 光 自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身组成物质，并储存能量的一类生物 异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存能量的一类生物 例如：人、动物、真菌、大多数细菌 例如：植物、蓝细菌（光合作用） 硝化细菌（化能合成作用） ——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 例如：硝化细菌、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 CO2+H2O 糖类 能量 酶 化能合成作用： 三、光合作用原理的应用 大棚里的作物通过光合作用积累有机物，可以通过什么措施来进行增产？哪些因素会影响作物的产量？ 1.影响光合强度的因素： ①光照强度 ③温度 ②CO2浓度 ⑤矿质元素 ④水 三、光合作用原理的应用 外部因素： 内部因素： ①光合色素的含量 ②光合酶的活性和数量 ③叶片气孔开闭情况 探究环境因素对光合作用强度的影响 实验目的： 探究光照强度对光合作用强度的影响 材料用具： 打孔器，注射器，5WLED台灯，米尺、烧杯、绿叶（菠菜、吊兰等）。 三、光合作用原理的应用 自变量： 光照强度 利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。 如何控制？ 0 0 探究环境因素对光合作用强度的影响 三、光合作用原理的应用 因变量： 光合作用强度 单位时间内小圆形叶片浮起的数量。 如何检测？ 探究环境因素对光合作用强度的影响 三、光合作用原理的应用 ①叶片大小和数量 数量相等、生长状况和大小相同 无关变量： ②CO2浓度 各NaHCO3溶液浓度相同且等量 ③温度 用盛水玻璃柱吸收台灯发出的热量。 实验步骤： ①制作小圆叶片 ②抽气 ③小圆叶片沉入水底 ④不同强度光照处理 ⑤观察记录 探究环境因素对光合作用强度的影响 三、光合作用原理的应用 实验结果: 光照越强，相同时间内，烧杯中小圆叶片浮起的数量越多。 实验结论: 在一定光照强度范围内，光合速率随光照强度的增加而增加。 探究环境因素对光合作用强度的影响 三、光合作用原理的应用 台灯灯泡的功率（W） 40 40 40 台灯与烧杯的距离（cm） 10 20 30 叶片 漂起 的数 量 5min 10min 15min 20min 25min 控制温度、光照强度相同，在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，可以用于探究CO2浓度对光合速率的影响。 探究环境因素对光合作用强度的影响 探究CO2浓度对光合作用强度的影响 三、光合作用原理的应用 光合作用强度： ①单位时间(单位叶面积)CO2的吸收量(mL/h·cm2) ②单位时间(单位叶面积)O2的释放量(mL/h·cm2) ③单位时间(单位叶面积)有机物产生量(mg/h·cm2) 指单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 三、光合作用原理的应用 三、光合作用原理的应用 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 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，是指植物光合作用实际产生的总O2量吗？ 释放到细胞外 O2 O2 三、光合作用原理的应用 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 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，是指植物光合作用实际产生的总O2量吗？ 释放到细胞外 CO2 CO2 0 光照强度 1 2 3 4 6 5 -1 -2 -3 -4 -5 7 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 A B C CO2吸收量（mL/h） 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 1.A点时，光照强度为0（即黑暗） V呼吸=4mL/h V光合=0 4mL/hCO2 4mL/hO2 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 2.a点时: 1mL/hCO2 a V光合<V呼吸=4mL/h V光合=3mL/h 3mL/hCO2 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 3.B点时: 4mL/hCO2 V光合=V呼吸=4mL/h V光合=4mL/h B点为光补偿点: 光合速率等于呼吸速率时，所需的光照强度 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 4.b点时: 4mL/hCO2 b 4mL/hCO2 V光合>V呼吸=4mL/h V总光合=8mL/h V净光合=4mL/h 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 5.C点时: 4mL/hCO2 V光合>V呼吸=4mL/h V总光合=11mL/h V净光合=7mL/h 7mL/hCO2 C点为光饱和点： 达到最大光合速率所需的最小光照强度 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 呼吸速率 净光合速率 总光合速率 光补偿点 光饱和点 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 CO2固定量 CO2吸收量 CO2释放量 O2产生量 O2释放量 O2消耗量 有机物制造量 有机物积累量 有机物消耗量 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ①光照强度 温室大棚 可提高光合速率；对温室大棚用 玻璃最利于进行光合作用；欲使植物生长，必须使光照强度大于 。 应用： 增强光照 透明 光补偿点 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ②CO2浓度 CO2浓度通过直接影响暗反应来影响光合速率 CO2浓度 CO2吸收量（mL/h） A B A点：CO2补偿点: B点：CO2饱和点: 光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度 CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ②CO2浓度 CO2浓度通过直接影响暗反应来影响光合速率 应用： （1）大田中增加空气流动，以增加 浓度，如“正其行，通其风”； （2）温室中可增施有机肥，以增大 。 CO2 CO2浓度 A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) ③温度 温度主要通过影响光合作用有关酶的活性影响光合作用的速率。 应用： 光合作用速率 温度 A.大田中适时播种； B．温室中，增加 ，保证植物有机物的积累 昼夜温差 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 白天适当提高温度，晚上适当降温 ④水 a.水是光合作用的原料 应用： 合理灌溉 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) b.水还影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体 Mg：叶绿素的重要组分 N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分 P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能 ⑤矿质元素 应用：合理施肥 三、光合作用原理的应用 1.影响光合速率的外部因素(环境因素) 多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系 曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子， 三、光合作用原理的应用 当到Q点时，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。 夏季晴朗一天植物光合作用曲线。 a点：凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。 b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。 bc段：光合作用强度小于呼吸作用强度。 c点：光合作用强度等于呼吸作用强度。 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。 d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。 e点：光合作用强度等于呼吸作用强度。 ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。 fg段：没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 影响光合作用的因素 光合作用强度（指植物单位时间内通过光合作用制造糖类的数量）P105 1.光照强度 2. CO2 浓度 3.温度 4.矿质元素 应用：大棚种植时，适当增强光照强度，提高光合速率，可积累更多的有机物。 应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等增大 CO2 浓度，提高光合速率。 组成参与光合作用的许多重要化合物，一旦缺乏，会影响光合作用的进行。如 Mg 是叶绿素的组成成分 温室栽培时，晚上可适当降低温度，降低呼吸速率，以利于有机物的积累。 1.秋天爬山虎的叶子逐渐变红，在显微镜下观察这样的叶片横切，可以看到栅栏组织细胞整体呈观均匀红色，加入稀碱液处理5分钟，可见有些细胞变蓝了，使细胞呈现红色的是：( ) A．液泡中的花青素  B．叶绿体 C．无法判断  D．细胞壁中的色素 A (2012年浙江卷，30题，节选)植物停止供水一段时间后，叶片变黄，原因是：_____________________ __________________________________。 叶绿素合成变化或停止 或叶绿素分解，类胡萝卜的颜色显露出来 光合作用需要特定的物质和结构，回答下列有关问题： 1)光合作用是能够_______和转化光能的生物学途径。叶绿体的结构适于进行光合作用，主要表现是：通过 ________堆叠形成________的方式极大地拓展了受光面积，增加了色素分子______分子的分布 捕获 类囊体 基粒 酶 光合作用需要特定的物质和结构，回答下列有关问题： (2)海洋中的藻类如绿藻、红藻、褐藻，由于细胞中所含色素的_____________有差异，对不同波长光的吸收有差别，从而显现出不同的颜色。 种类和数量 光合作用需要特定的物质和结构，回答下列有关问题： 测定三种藻类的吸收光谱如下图，则图中c曲线表示________的吸收光谱。已知短波长的光比长波长的光水中的传输性能更好，则三种藻类中，更适合生长在深海的是______。 绿藻 a 课后习题 练习与应用（P101） 一、概念检测 1.基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。 (1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（ ） (2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（ ） (3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。（ ） × √ × 2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ ） A.所有植物细胞中都含有4种色素 B.有些植物细胞的液泡中也含有色素 C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能 D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素 和类胡萝卜素两大类 A 二、拓展应用 1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗? 有关, 不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光,即红藻反射出了红光,绿藻反射出绿光,褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多,即到达深水层的光线是短波长的光,因此,吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海海水的浅层,吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海⽔深的地方。 二、拓展应用 2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势?又面临哪些困难?你对植物工厂的发展前景持什么观点?请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。 与传统生产方式相⽐,植物工生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、⽣长环境、上市时间等,但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、⾔言之有理,就可以的。 Lavf60.16.100 vid:v0200fg10000cnkov5fog65odiulmi0g Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 $$