5.4光合作用与能量转化课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第5章细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转换 本节聚焦 1.植物依靠哪些色素捕获光能？ 2.叶绿体的结构有哪些适于进行光合作用的特点？ (一) 捕获光能的色素和结构 光合作用 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 ——“地球上最重要的化学反应” 植物捕获光能要依靠特定的物质和结构 绿叶呈现绿色的原因： 白化苗/黄化苗： （待储存的养分耗尽就死去） 含绿色色素 不含绿色色素 提取原理 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中， 可用无水乙醇提取绿叶中的色素。 绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。（溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢) 分离原理 1、实验原理 一、绿叶中色素的提取和分离 2、实验方法 分离方法 纸层析法 也可用“体积分数为95%的乙醇+适量无水碳酸钠”来代替 【任务1】阅读教材P98，回答相关问题： Q1：色素提取时所用试剂？作用？ Q2：研磨时应注意什么？原因？ Q3：过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？ 原因是什么？ Q4：收集滤液时应注意什么？原因？ 一、绿叶中色素的提取和分离 3、实验步骤 （1）提取绿叶中的色素 无水乙醇： SiO2： CaCO3: 有助于研磨充分 防止研磨中 色素被破坏 溶解色素 一、绿叶中色素的提取和分离 3、实验步骤 （1）提取绿叶中的色素 迅速： 充分： 防止乙醇挥发 保证色素释放 的更加充分 需用单层尼龙布 不能用滤纸 因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低 及时将试管口 塞严 防止酒精挥发和色素的氧化 剪碎 研磨 加试剂 收集 过滤 滤 液 【任务2】阅读教材P99，回答相关问题： Q1：制备滤纸条时为什么要减去两角？ Q2：滤液细线的划线原则是什么？ 待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ Q3：为何滤液细线不能触及层析液？ 一、绿叶中色素的提取和分离 3、实验步骤 （2）分离绿叶中的色素 制备滤纸条 纸层析分离色素 画滤液细线 一、绿叶中色素的提取和分离 3、实验步骤 （2）分离绿叶中的色素 剪去两角 减少边缘效应，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快，从而使滤液同时到达滤液细线。 要求：细、直、齐 待滤液干后， 再画一两次 不能让滤液细线 触及层析液 增加滤液细线中 色素的含量 防止色素溶解 在层析液中 一、绿叶中色素的提取和分离 4、实验结果 一、绿叶中色素的提取和分离 4、实验结果 色素带的位置说明什么？ 色素带的宽度说明什么？ 颜色 色素 溶解度 扩散速度 宽度 含量 橙黄色 胡萝卜素 最高 最快 最窄 最少 黄色 叶黄素 较高 较快 较窄 较少 蓝绿色 叶绿素a 较低 较慢 最宽 最多 黄绿色 叶绿素b 最低 最慢 较宽 较多 一、绿叶中色素的提取和分离 5、实验结论 类胡萝卜素 （含量约1/4） 叶绿素 （含量约3/4） 绿叶中的色素 叶绿素含C、H、O、N、Mg 不含N、不含Mg 12 ①选取的叶片颜色不是浓绿色或称取的绿叶过少或放置数天的菠菜叶， 色素含量少 ②加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小 ③未加碳酸钙或加入的过少，色素分子部分破坏 ④未加SiO2研磨不充分，色素未能充分提取出来 提取液（滤液） 若色素提取液呈淡绿色的，其原因有 滤纸条无色素带，其原因有 一、绿叶中色素的提取和分离 异常实验现象的分析 ①忘记画滤液细线； ②误将蒸馏水当作提取液和层析液 ③滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中 滤纸条上两条色素带重叠，其原因有 ①滤液细线不直； ②滤纸没经干燥处理 2．(合格考)提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是(　　) A.未见色素带，说明材料可能为黄化叶片 B.色素始终在滤纸条上，是因为色素不溶于层析液 C.提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b D.胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高 答案：C 3．(等级考)分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。 则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是(　　) A.几乎无色、黄绿色、深绿色 B.深绿色、几乎无色、黄绿色 C.黄绿色、深绿色、几乎无色 D.黄绿色、几乎无色、深绿色 处理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ SiO2(少量) ＋ ＋ ＋ CaCO3(少量) － ＋ ＋ 无水乙醇(10 mL) ＋ － ＋ 蒸馏水(10 mL) － ＋ － 注：“＋”表示加，“－”表示不加。 答案：D 4．(等级考)某班学生完成对新鲜菠菜叶进行绿叶中色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了以下四种不同的层析结果。下列分析最不合理的是(　　) A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液 B.乙可能是因为研磨时未加入SiO2 C.丙是正确操作得到的理想结果 D.丁可能是因为研磨时未加入CaCO3 答案：C 延伸思考：实验装置的改进 在滤纸的中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，会出现什么现象？ 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） 一、绿叶中色素的提取和分离 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为： 阳光(白光)在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 绿叶中的4种色素对光的吸收是否有差别？ 【实验探究】绿叶中不同色素的吸收光谱 对照组 实验组 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 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 不吸收红光 【 P99 学科交叉】叶绿体中的色素只吸收可见光， 而对红外光和紫外光等不吸收。 一、捕获光能的色素 吸收（四种色素）、传递（四种色素）、转化（只有少数特殊状态的叶绿素a）光能 【拓展】色素的作用 为什么植物春夏叶子翠绿？而深秋则叶片金黄呢？红叶的原因？ 与生活的联系 ①叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。 ②叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈类胡萝卜的颜色。 ③红叶是由叶子的花青素（液泡中）和胡萝卜素引起的。 【拓展】影响叶绿素含量的三大因素 冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选什么颜色的大棚塑料薄膜？为什么？ 与生活的联系 应选无色（透明）的大棚塑料薄膜。 因为用无色的大棚塑料薄膜能透过所有的太阳光，植物可以获得更多的光能。 蔬菜大棚 植物工厂 阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，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？ 为什么？ 应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 二、叶绿体 （一）叶绿体的结构适于进行光合作用 电镜照片 每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体的薄膜上。 而每个基粒都含有两个以上的类囊体，多者可达100个以上。叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，极大地扩大了受光面积。 色素分布： 酶分布： 类囊体薄膜上 类囊体薄膜和叶绿体基质 分布 形态 一般呈扁平的椭球形或球形 功能 光合作用的场所 结构 基粒： 由多个类囊体堆叠而成，类囊体薄膜上含色素和酶。基粒和类囊体极大扩展了受光面积。 基质： 含多种光合作用所必需的酶 外膜 内膜 透明，有利于光线的透过 主要分布在绿色植物的叶肉细胞 二、叶绿体 （一）叶绿体的结构适于进行光合作用 二、叶绿体 （二）叶绿体的功能 【任务3】阅读恩格尔曼的两个实验过程与现象，思考讨论： Q1：恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ Q2：在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ Q3：恩格尔曼在选材、实验设计上有何巧妙之处？ 恩格尔曼的实验一 恩格尔曼的实验二 水绵是丝状绿藻，真核生物。 每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。 特点：水绵叶绿体呈螺旋带状 二、叶绿体 （二）叶绿体的功能 水绵 实验分析： （1）实验中的变量？ 自变量为 ； 因变量是 ； 无关变量的控制：______________________ _________________________； （2）实验结论？ （3）实验设计的巧妙之处？ 二、叶绿体 （二）叶绿体的功能 恩格尔曼的实验一 探究叶绿体功能的实验——恩格尔曼实验 细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 细菌分布在叶绿体所有受光的部位 黑暗中用 极细的光束 照射 完全暴露 在光下 无 空 气 有无光照、光照方式 需氧细菌分布情况 将临时装片放在 没有空气的黑暗环境中 光照下叶绿体能释放氧气 ①实验选材好:水绵的叶绿体呈螺旋带状便于观察， 需氧细菌的分布可以确定氧气的释放部位。 ②设置没有空气的黑暗环境：排除氧气和光对实验的干扰。 ③用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。 ④进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对比实验：明确实验结果完全是由光照引起的等。 二、叶绿体 （二）叶绿体的功能 恩格尔曼的实验二 探究叶绿体功能的实验——恩格尔曼实验 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 实验分析： （1）实验中的变量？ 自变量为 ； 因变量是 ； （2）实验结论？ （3）综合恩格尔曼的两个实验， 你认为叶绿体具有什么功能？ 不同波长的光 需氧细菌聚集的部位 叶绿体主要吸收红光和 蓝紫光用于光合作用 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 再结合其他的实验证据，得出结论： 叶绿体是光合作用的场所。 2．(合格考)为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与好氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是(　　) A.光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 B.光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液 C.黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 D.黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液 答案：B 4．(等级考)某科学家设计了一个实验来研究光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状的水绵体上，并在水绵的悬液中放入好氧细菌，观察细菌的聚集情况(如图)，他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。 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，水绵光合作用强 B.好氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强，则在该种光照射下植物 光合作用强 C.好氧细菌聚集多的地方，水绵光合作用产生的有机物多， 则在该种光照射下植物光合作用强 D.聚集的好氧细菌大量消耗光合作用产物——O2， 使水绵的光合作用速度加快，则该种光有利于光合作用 答案：B 5．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是 (　　) A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用 B.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制 C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示 D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的 答案：A 小结 33 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 练习与应用（P101） × × √ A 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？ 红藻 绿藻 褐藻 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。 水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收多，即到达深水层的光线是短波长的光。 二、拓展应用 练习与应用（P101） 藻类 含量最多的色素 水层及主要存在的光 绿藻 叶绿素 主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层： 存在红光和蓝紫光。 褐藻 某种叶黄素 主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层： 存在绿光、蓝紫光 红藻 藻红素 主要吸收蓝紫光, 反射红光 深水层： 存在蓝紫光 不同波长的光被吸收的程度不一样，波长短的光穿透能力强，易被吸收 第5章细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转换 本节聚焦 1.光合作用是怎样进行的？ 2.光合作用过程中物质变化与能量变化有什么关系？ 3.光合作用原理在生产中有哪些应用？ (二) 光合作用的原理和应用 一、光合作用的原理 1、概念： 2、反应式： 光合作用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。 CO2 + H2O （CH2O） O2 + 光能 叶绿体 糖类 （实质：合成有机物，储存能量） ①光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？ ②叶绿体是如何将光能转化为化学能？ 又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？ 一、光合作用的原理 3、 探究光合作用原理的部分实验 【资料1】19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开， O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 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。 初步结论：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 一、光合作用的原理 3、 探究光合作用原理的部分实验 【资料2】1937年，英国科学家希尔发现，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。 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。 O2 H+ 希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？为什么？ 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？ 不能。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。 能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有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。 实验分析 ①实验方法： ②实验变量：自变量是_________________，因变量是_____________________。 ③实验类型： ④实验结论： 【资料3】1941年，美国科学家鲁宾和卡门用 同位素示踪法研究了光合作用中O2的 来源，他们用18O分别标记H2O和CO2， 使它们分别变成H218O和C18O2，然后 进行了两组实验： 一、光合作用的原理 3、 探究光合作用原理的部分实验 同位素标记法 【18O （无放射性）】 C18O2 、H218O 释放出的O2是否含有18O 因变量如何检测？ 检测比较释放出的O2的质量 对比实验 光合作用释放的O2中的氧元素 全部来自水。 一、光合作用的原理 3、 探究光合作用原理的部分实验 【资料4】美国科学家阿尔农（D.Arnon)在1954年发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。 1957年发现，这一过程总是与水的光解相伴随。 ATP的合成与希尔反应有什么关系？尝试用示意图来表示。 【补充资料】阿尔农实验2：离体叶绿体实验过程及结果 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) 提供NADPH、ATP的条件下，CO2能转化成糖类(CH2O） 一、光合作用的原理 3、 探究光合作用原理的部分实验 【资料5】美国的卡尔文用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性。 反应 时间 30秒 5秒 ＜1秒 带14C标记的 化合物 很多种 14C3、14C5、14C6 90% 14C3 实验分析 ①实验方法： ②实验变量：自变量是_________，因变量是_____________________。 ③实验结论： 放射性同位素示踪法 时间 14C标记的化合物 探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径： 14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5 一、光合作用的原理 4、过程 【任务4】阅读P103-104和识图5-14光合作用过程示意图，并思考讨论： Q1：光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？ Q2：每个阶段反应的条件？场所？物质变化？能量变化？ 根据是否需要光能， 可以概括的分为 光反应和暗反应（碳反应）。 （1）光反应阶段 ①条件： ②场所： ③物质变化： ④能量变化 光、色素、酶 叶绿体的类囊体薄膜上 光能 ATP和 NADPH 中活跃的化学能 一、光合作用的原理 4、过程 水的光解： ATP的合成： NADPH的合成： H2O O2 + H+ + e- 光 色素 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 还原型辅酶II 知识拓展：光反应示意图 一、光合作用的原理 4、过程 （2）暗反应阶段 ①条件： ②场所： ③物质变化： ④能量变化 有光无光都可以，多种酶等 叶绿体基质中 CO2的固定： C3的还原： 2C3 (CH2O) + C5 酶 ATP、NADPH CO2＋C5 2C3 酶 ATP 和 NADPH中活跃的化学能 糖类等有机物中稳定的化学能 【相关信息】 ①C3化合物：3-磷酸甘油酸； C5化合物：核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP) ②葡萄糖、淀粉在叶绿体基质中合成；蔗糖在细胞质基质中合成。 （蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植物各处） 知识拓展：暗反应(碳反应)示意图 一、光合作用的原理 4、过程 【任务5】尝试画出光合作用过程图解（识记反应过程） 光能 → ATP、NADPH中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能 Q1：NADPH和ATP的移动途径是什么？ Q2：NADP+和ADP的移动途径呢？ Q3：NADPH的作用？ 从叶绿体基质到类囊体薄膜 2C3 ①在C3的还原中作为还原剂； ②为C3的还原提供能量。 从类囊体薄膜到叶绿体基质 2．(合格考)如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是(　　) A.该反应的场所是类囊体的薄膜 B.C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多种酶 C.提高温度一定能促进(CH2O)的生成 D.无光条件有利于暗反应进行 答案：B 光反应阶段 暗反应阶段 条件 场所 物质变化 能量变化 联系 光、色素、酶 不需光、酶、NADPH、ATP 类囊体薄膜 叶绿体基质 水的光解； ATP、NADPH的生成 CO2的固定； C3的还原 光能→ATP和NADPH活跃化学能 活跃化学能→有机物中稳定化学能 光反应与暗反应的比较 一、光合作用的原理 光反应与暗反应之间相互影响，相互制约。 一、光合作用的原理 分析：条件骤变对光合作用中各物质（短时间内）的影响 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度不变，光照减弱 CO2浓度不变，光照增强 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照不变，CO2浓度减少 光照不变，CO2浓度增加 分析：条件骤变对光合作用中各物质（短时间内）的影响 ④减弱 ③暂时不变 一、光合作用的原理 分析：条件骤变对光合作用中各物质（短时间内）的影响 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度不变，光照减弱 减少 增加 减少 减少 CO2浓度不变，光照增强 增加 减少 增加 增加 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照不变，CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少 光照不变，CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加 5．(等级考)离体的叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，若改变某一条件，则叶绿体中ATP和O2的相对含量变化如图所示，则改变的条件是(　　) A．光照由强到弱，CO2供应不变 B．光照由弱到强，CO2供应不变 C．光照不变，CO2供应由充足到不足 D．光照不变，CO2供应由不足到充足 答案：C 化能合成作用 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌 ——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的合成作用。 进行化能合成作用的生物属于自养生物还是异养生物？ 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。 同化作用类型 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：植物、蓝细菌（光合作用）、硝化细菌（化能合成作用） 例如：人、动物、真菌、大多数细菌。 单位时间(单位叶面积)CO2的固定量 单位时间(单位叶面积)O2的产生量 单位时间(单位叶面积)有机物（糖类）产生量 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，是描述光合作用强弱的指标。 (一）光照作用强度（光合速率） 二、光合作用原理的应用 1、概念： 2、表示方法： 能否直接测量出光合作用强度？ 57 线粒体 叶绿体 O2产生量 O2释放量 叶肉细胞 CO2吸收量 （可测） CO2固定量 （可测） （不可测） （不可测） A B C D E F (一）光照作用强度（光合速率） 二、光合作用原理的应用 3、光合速率与净光合速率、呼吸速率之间的关系 A = B + C D = E + F 总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 （黑暗中，C=G） （黑暗中，F=H） a． ，b． ，c． ，d． ，e． ，f． ， g． ，h． 。 （1）物质名称 O2 ATP H2O ADP NADPH C5 CO2 C3 （2）发生场所 ① ，② ，③ ，④ ，⑤ 。 类囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜 (一）光照作用强度（光合速率） 二、光合作用原理的应用 光合作用与呼吸作用之间的联系 (一）光照作用强度（光合速率） 二、光合作用原理的应用   光合作用与呼吸作用之间的联系 暗反应 有氧呼吸Ⅱ 光反应 有氧呼吸Ⅲ 光反应 暗反应 有氧呼吸Ⅰ、Ⅱ 有氧呼吸Ⅲ 光反应 暗反应 细胞呼吸 热能 (一）光照作用强度（光合速率） 二、光合作用原理的应用 光合作用与呼吸作用之间的联系 已知呼吸速率、净光合速率和白天的光照时间，如何计算判断一天24小时后，植物是否有有机物积累（植物能否正常生长）？ 【净光合速率x光照时间-呼吸速率x（24-光照时间）】 若大于0， 则有机物有积累，植物能正常生长 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 影响 因素 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 1、实验原理 探究.实践——探究光照强度对光合作用强度的影响 叶片含有空气，上浮 叶片下沉 O2充满细胞间隙，叶片上浮 抽气 光合作用产生O2 自变量 自变量的控制方式 因变量 因变量的检测方法 对无关变量进行控制 变量分析 不同光照强度 调节光源与烧杯的距离（或用不同功率的LED灯） 光合作用强度（光合速率） 同一时间段内叶片浮起数量 （或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间） ①实验叶片：同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、 等量… ②NaHCO3溶液：等量,相同浓度 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 探究.实践——探究光照强度对光合作用强度的影响 2、方法步骤 0.6cm的打孔器打孔 打出圆形小叶片30片 黑暗保存叶片 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 探究.实践——探究光照强度对光合作用强度的影响 2、方法步骤 叶片置于注射器内 抽出叶片的气体 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 探究.实践——探究光照强度对光合作用强度的影响 2、方法步骤 叶片均分为3组 NaHCO3溶液、 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 探究.实践——探究光照强度对光合作用强度的影响 2、方法步骤 注：LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰）， 分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 探究.实践——探究光照强度对光合作用强度的影响 2、方法步骤 台灯灯泡的功率（W） 5 5 5 台灯与烧杯的距离（cm） 5 10 15 叶片漂起的数量 5min 10min 15min 20min 25min 3、实验结论 在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。超过一定强度光合作用趋于稳定。 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 1、影响光合速率的外因——光照强度 ①原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的NADPH和ATP增多,使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。 ②曲线分析 A点:光照强度为0,只进行细胞呼吸。 AB段:随光照强度增强,光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。（光合 < 呼吸） B点:为光补偿点,即光合作用强度 = 细胞呼吸强度时所需的光照强度，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用。 BC段:表明随着光照强度不断增强,光合作用强度不断增强,到C点后不再增强。（光合 > 呼吸） D点:为光饱和点。即光合作用达到最大时所需的最小光照强度。 净光合 总光合 呼吸 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 1、影响光合速率的外因——光照强度 ③曲线图与细胞图的对应关系： AB段 光合<呼吸 B点 光合=呼吸 B点之后 光合>呼吸 A点 只呼吸 曲线图与细胞图的对应关系： 关于B点（光补偿点）的两种情况： ①若图为植株的光补偿点，则在此光照强度下，植株的光合速率 植株的呼吸速率。但叶肉细胞的光合速率 叶肉细胞的呼吸速率。 ②若图为叶肉细胞的光补偿点，则在此光照强度下，叶肉细胞的光合速率 叶肉细胞的呼吸速率。但植株的光合速率 植株的呼吸速率。 A点 只呼吸 AB段 光合<呼吸 B点 光合=呼吸 B点之后 光合>呼吸 = > = < 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 1、影响光合速率的外因——光照强度 ④应用： 温室生产中,适当增强光照强度,以提高光合速率,使作物增产； 阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。 阳生植物：在较强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。 阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 2、影响光合速率的外因——CO2浓度 ①原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。 ②曲线分析： 图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的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CO2浓度都表示CO2饱和点。 ③应用： 温室栽培植物时还可使用CO2发生器等； 多施有机肥或农家肥； 大田中还要注意通风透气（“正其行，通其风”）。 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 3、影响光合速率的外因——温度 ①原理： 原理1： 温度通过影响酶的活性影响光合作用。 ②曲线分析： 原理2： 温度通过影响气孔开闭，从而影响CO2的供应， 进而影响光合作用。 ③应用： 适时播种； 温室栽培 晴天：增加昼夜温差 连续阴雨天：白天和晚上均降温 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 4、影响光合速率的外因——水 ①原理： 水是光合作用（光反应）的原料； 缺水会导致叶片部分气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用； 缺水会使糖类堆积，光合作用产物输出缓慢。 ②应用：及时、合理灌溉 5、影响光合速率的外因——矿质元素 ①原理： 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 ②曲线分析： 注：当超过一定浓度后，会因土壤溶液的浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降。 ③应用：合理施肥（同时适当浇水） 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 多因子对光合速率的影响 曲线分析： ①三幅曲线图研究的自变量分别是什么？ ②图中的P点（分叉点）前、PQ间、Q点（平衡点）后限制光合速率的因素分别是？ 图一：光照强度、温度； 图二：温度、光照强度； 图三：光照强度、CO2浓度 →规律：横坐标+线上因子 P点前： PQ间： Q点（平衡点）后： 横坐标所表示的因子 横坐标（和线上因子） 除横坐标以外的因子——线上因子 二、光合作用原理的应用 (二）影响光合作用强度的因素及其应用 6、影响光合速率的内因 （1）与植物自身的遗传特性(如植物品种不同)有关， 以阴生植物、阳生植物为例： （2）植物叶片的叶龄、叶面积指数、色素的含量及相关酶的含量和活性等。 应用： a.合理密植(增加光合作用面积)； b.“套种间作”； c.适当修剪以避免相互遮挡； d.适当摘除老叶。 呼吸速率增大，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应向____移，反之向____移。 呼吸速率基本不变，相关条件的改变(如缺Mg）使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应向____移； 阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点B点和饱和点C点都应向____移动。 （1）A点：代表呼吸速率， 若条件改变导致细胞呼吸增强，A点 移；反之，A点 移。 （2）B点与C点的变化 : （3）D点：代表最大光合速率，当增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时， D点向 移动；反之，移动方向相反。 与阳生植物相比，阴生植物的D点向 移动。 右上方 左下方 下 上 右 右 左 左 二、光合作用原理的应用 拓展——【分析】改变条件，光合作用曲线中点的移动？ 2．(等级考)已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合速率与光照强度的关系。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 答案：C 3．(等级考)在适宜光照下，测定植物甲、乙在不同CO2浓度下的光合速率，结果如图所示。请据图回答问题： (3)CO2浓度为r时，植物甲的总光合速率______(填“大于”“等于”或“小于”)植物乙的总光合速率；当CO2浓度为q时，植物乙与植物甲固定的CO2量的差值为__________。 (1)CO2浓度为q时，限制植物甲、乙光合速率的环境因素分别是________、________；植物甲呼吸作用的最适温度比光合作用的高，若图中曲线是在光合作用的最适温度下测定的，现适当提高环境温度，q点将向________移动。 (2)若将植物甲、乙同时种植在同一个透明的密闭环境中，在适宜光照下，一段时间后，植物________可能无法正常生长，原因是_________________________________________________________ _________________________________________________________。 CO2浓度 温度 右 甲 随着时间的延长，环境中CO2浓度不断下降， 在低CO2浓度下，植物甲的净光合速率可能小于0，无法正常生长 大于 b＋c－d AC段： B点： BC段： C点： CD段： D点： DE段： F点： GI段： H点： HI段： I点： IJ段： 黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用 光合作用开始点 光合速率逐渐增大，但仍小于呼吸速率 凌晨温度最低，细胞呼吸最弱 温度回升，呼吸作用增强 光合速率 = 呼吸速率 随着光强和温度的提高，光合速率逐渐增大,此时光合速率 > 呼吸速率 “光合午休”：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭导致CO2供应不足，光合速率降低。 光合速率 = 呼吸速率，有机物积累最多 光合速率 < 呼吸速率 光合作用消失点 随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱 总结： D、H点：光合速率=呼吸速率 D、H点以下：光合速率<呼吸速率 D、H点以上：光合速率>呼吸速率 拓展——【分析】盛夏一天24小时中，植物吸收和释放CO2量的变化 黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用 光合速率的日变化曲线 甲图 夏季某植物一昼夜CO2吸收速率的变化 乙图 密闭温室(玻璃罩)内CO2的浓度变化 解读曲线： 甲、乙两图中，光合速率与呼吸速率相等的时刻： 。 甲图：d、h；乙图：D、H 甲、乙两图中，植物能积累有机物的区段： 。 甲图：d~h；乙图：D~H 甲图ef段和乙图EF段，植物光合速率下降的原因是： 。 气孔关闭，CO2供应减少 甲图gh段和乙图GH段，植物光合速率下降的原因是： 。 光照减弱，[H]和ATP产生减少 在甲、乙两图中，如何判断植物是否能正常生长？ S1 S2 S3 甲图： S2－S1－S3是否为正值； 乙图：J点值是否比初始CO2浓度低。 方法一 测氧气释放速率 甲装置液滴移动的体积表示单位时间内氧气的释放量，即净光合速率 乙装置液滴移动的体积表示黑暗中单位时间内氧气的吸收量，即呼吸速率 NaHCO3溶液(或CO2缓冲液)的作用：为植物光合作用提供CO2，并能维持装置中CO2含量的稳定。 拓展——光合速率的测定 拓展——光合速率的测定 方法二 “黑白瓶法” 黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为______________值，用白瓶(有光照的一组)测得的为______________________值，综合两者即可得到________________________值。 细胞呼吸强度 表观(净)光合作用强度 真正（总）光合作用强度 方法三 “称重法” A B 将植物对称叶片的一部分（A）遮光，另一部分（B）则留在光下进行光合作用（即不做处理），并采用适当方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后（h）在这两部分叶片的对应部位截取相同面积（s）的叶片，分别烘干称重，记为MA、MB。 总光合速率:_______________________ (MB—MA)/s·h 【思路】设初始质量为x，则呼吸速率可表示为_______________________； 净光合速率可表示为_____________________。 方法四 叶圆片称重法 测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积） 10时叶圆片X （干重x克） 12时叶圆片Y（干重y克） 14时叶圆片Z（干重z克） 净光合速率=______________ 呼吸速率= ______________ 总光合速率=_______________ (z-y)/2S (x-y)/2S (x+z-2y)/2S 拓展——光合速率的测定 一、概念检测 1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。 (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( ) (2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( ) (3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( ) × √ × 练习与应用（P106） 2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ） A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类 D 3.根据光合作用的基本过程填充下图。 O2 2C3 CO2 C5 NADPH ATP ADP+Pi NADP+ 练习与应用（P106） 二、拓展应用1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。 (1)7—10时的光合作用强度不断增强的原因是？ 在一定温度和二氧化碳供应充足的条件下， 光合作用的强度是随着光照加强而增强的。 练习与应用（P106） (2)10—12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是？ 此时光照强温度很高，蒸腾作用很强，为减少水分蒸发，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。 (3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是？ 此时光照强度不断减弱。 (4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有？ (5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。 光照强度、温度 根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 Lavf57.83.100 aliyun-svideo Lavf58.12.100 $$