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

5.4 光合作用与能量转化 植物工厂 思考 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 可以根据植物生长的情况调控光源的强度和不同色光，以使蔬菜进行光合作用，产量达到最大。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。 无论是在植物工厂还是自然界，植物捕获光能要依靠特定的物质和结构。 情境导入 玉米（白化苗） 玉米（正常苗） 白化苗由于不含绿色色素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。可见光合作用与叶片中的色素有关。 绿叶中究竟有哪些色素呢？ 一、捕获光能的色素和结构 色素在 中的 不同，随层析液在滤纸上 不同。 绿叶中色素的提取和分离 1 ①提取原理 色素能溶解在有机溶剂中 。 无水乙醇 层析液 （体积分数95%乙醇+无水碳酸钠或丙酮） ②分离原理 扩散速度 溶解度 纸层析法 分离的方法: 20份石油醚2份丙酮和1份苯 1.实验原理（2个） 一、捕获光能的色素和结构 溶解度高→扩散 溶解度低→扩散 快 慢 2 作用 作用 作用 有助于研磨充分 防止色素被破坏(主要是叶绿素) 溶解色素 ①提取色素 绿叶中色素的提取和分离 1 2.实验步骤 SiO2 CaCO3 无水乙醇 取材 研磨 一、捕获光能的色素和结构 过滤 收集 3 4 1 用单层尼龙布过滤， 不用滤纸：防止色素吸附在滤纸上 棉塞塞严：防止乙醇挥发和色素氧化。 作用 防止乙醇挥发，充分溶解色素 迅速、充分 5 干燥的定性滤纸 剪去两角：减少边缘效应，使分离出的色素带平整 铅笔线 剪去两角 ②制备滤纸条 2.实验步骤 绿叶中色素的提取和分离 1 一、捕获光能的色素和结构 铅笔划线：不用钢笔等，笔墨中的色素会随层析液扩散，污染色素 细、直、齐：使分离的色素带平整、不重叠 待干后重复画：积累更多的色素，使分离出的色素带清晰 ③画滤液细线 6 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b 滤纸条上的色素带有四条，如右图所示 加盖：防止层析液挥发(丙酮、苯等有毒) 不能让滤液细线触及层析液：防止色素溶解在层析液中 2.实验步骤 ④分离色素 ⑤观察记录 绿叶中色素的提取和分离 1 一、捕获光能的色素和结构 分离色素——纸层析法 叶绿素 类胡萝卜素 （含量约3/4） （含量约1/4） 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 胡萝卜素（橙黄色） 叶黄素（黄色） 色素含量(色素带宽度): 叶绿素a＞叶绿素b＞叶黄素＞胡萝卜素 溶解度(扩散速度): 胡萝卜素＞叶黄素＞叶绿素a＞叶绿素b 绿叶中的色素 绿叶中色素的提取和分离 1 一、捕获光能的色素和结构 滤纸条上四条色素带位置以及色素带宽窄有什么含义？ 溶解度的高低 含量的多少 3.实验结果分析 如果在圆形滤纸的中央点开始，对叶绿体的色素进行层析，会看到什么现象？ 会出现四个同心圆的色素带，从外往里依次为 ； 胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b 拓展实验 绿叶中色素的提取和分离 1 一、捕获光能的色素和结构 （1）滤纸条上未得到色带 ①滤液细线浸没到层析液中 ②用清水代替乙醇进行提取 ①研磨不充分(未加入SiO2) ②提取时加入的乙醇过多 ③滤液细线画的次数不够 ①滤液细线画得过粗或不整齐 （2）滤纸条上的色带颜色较浅 （3）滤纸条上的色带重叠 ①未加碳酸钙导致叶绿素被破坏 ②所用叶片为“黄叶” （4）滤纸条无叶绿素色带 实验异常现象分析 4 一、捕获光能的色素和结构 影响叶绿素合成的三大因素 5 ①光照 ②温度 ③矿质元素 一般需要光照才能合成叶绿素。 温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，低温时叶绿素分子易被破坏。 叶绿素中含N、Mg等矿质元素。 若缺乏将导致叶绿素无法合成，老叶先变黄； 一、捕获光能的色素和结构 11 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 功能： 光合色素的功能 6 镁是叶绿素的组成元素之一，但类胡萝卜素中无镁元素。 吸收、传递和转化光能 一、捕获光能的色素和结构 12 1.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，形成不同颜色的光带，称为光谱。 可见光：400~760nm; 紫外光：小于400nm; 红外光：大于760nm 色素溶液的吸收光谱 7 一、捕获光能的色素和结构 13 2.分别让不同颜色的光照射色素溶液就可以得到色素溶液的吸收光谱。 图：自然光通过三棱镜 图：自然光经过色素提取液后通过三棱镜 现象：光屏出现明显的色光带 现象：色光带变暗， 且蓝紫光和红光大部分被吸收 色素溶液的吸收光谱 7 一、捕获光能的色素和结构 14 注意：叶绿体中的色素只吸收 ，不吸收红外光和紫外光等。 ①叶绿素主要吸收 和 。 ③类胡萝卜素主要吸收 ，不吸收红光 可见光 红光 蓝紫光 蓝紫光 ④绿叶中的色素几乎不吸收绿光 ②叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 色素溶液的吸收光谱 7 一、捕获光能的色素和结构 它们对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 15 ①正常叶片中叶绿素含量较高，约占75%， ②植物对绿光吸收最少，绿光被反射出来。 1.为什么大多植物的叶片是绿色的？ 2.为什么许多植物到了秋天叶子会变黄？ ①叶绿素不稳定，低温使其分解，叶片呈类胡萝卜的颜色 思考： 3.枫叶为什么是红色的？ 花青素在酸性的叶肉细胞中变成红色，而叶绿素逐渐降解， 一、捕获光能的色素和结构 5.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？ 4.冬季时，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。 思考： 应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。 这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？ 一、捕获光能的色素和结构 外膜 内膜 基质 核糖体 DNA 类囊体 基粒 1.叶绿体的形态（光镜下） 一般呈扁平的椭球形或球形。 2.叶绿体的结构（电镜下） 叶绿体除了吸收光能以外，还有什么功能吗？ 叶绿体的结构和形态 1 有光合作用的酶 ①增大膜面积 ②有光合色素和光合作用的酶 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 18 1.实验者 2.实验材料 水绵 会聚集在O2含量高的部位，作为释放氧气的观察指标。 水绵多细胞丝状绿藻，叶绿体呈螺旋带状分布 叶绿体功能的实验验证 2 德国科学家恩格尔曼 需氧细菌菌 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 19 3.实验过程及现象 极 细 光 束 均匀光照 水绵 需氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 细菌分布于叶绿体所有受光部位 叶绿体光合作用释放氧气，叶绿体是进行光合作用的场所。 4.结论： 叶绿体功能的实验验证 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 2 5.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ ①实验材料选择 没有空气的黑暗环境，排除了氧气和光的影响 用极细的光束照射 水绵：叶绿体呈螺旋式带状，便于观察 需氧细菌：可准确判断释放氧气的部位 叶绿体功能的实验验证 2 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 ②排除干扰的方法 ③实验对照的设计 对比 无光照部位 有光照部位 对照 完全曝光 说明光合作用主要吸收的是红光和蓝紫光用于光合作用，释放氧气 综上所述：叶绿体是进行光合作用的场所，叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。 进一步实验：用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。说明什么？ 叶绿体功能的实验验证 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 光 三棱镜 临时装片 2 22 二、拓展应用p101 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？ 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。 反射绿光，吸收红光、蓝紫光 波长长 浅层 反射黄光，吸收蓝紫光、绿光 中层 反射红光，吸收蓝紫光较多 深海 波长长 波长短 23 1.概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 三、光合作用的原理 光合作用的概念及反应式 1 3.反应式： 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2 叶绿体 光能 2.实质 合成有机物，储存能量。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 多个缩合 糖类 很多年来，人们一直以为： 甲醛→糖 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。 光合作用原理的部分探索历程 4 初步判断： 氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 19世纪末 1928年 三、光合作用的原理 应该注意到光合作用反应式中所有的反应物和产物都含有氧，而上面反应式并没有指出释放的O2是来自CO2还是H2O。 很多年来，人们一直以为光能将CO2分解成O2和C，C与H2O结合成（CH2O） 25 1937年 希尔反应 结果：叶绿体有O2释放 推测：叶绿体中水的光解产生了氧气。 离体的叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 （或其他氧化剂） O2 1.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，没有排除叶绿体中其他物质干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 2.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。 光合作用原理的部分探索历程 4 结合水分解产生的电子 三、光合作用的原理 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 1941年 鲁宾和卡门实验 结论：光合作用产生的O2来自于水。 同位素标记法 ③指标：检测相对分子质量判断：O2（32）、18O2（36） ②不能通过检测放射性判断。18O是无放射性的同位素 光合作用原理的部分探索历程 4 ①对比实验： 两组都是实验组。 注意： 三、光合作用的原理 1954年 阿尔农实验 1957年 H2O O2 + NADPH+ 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP 光合作用原理的部分探索历程 4 即在光下叶绿体内同时进行两个反应。 光照 ATP 水 光解 结论：光照下，水光解同时合成ATP。 三、光合作用的原理 光照下，叶绿体合成ATP的过程，总是与水的光解相伴随。 20世纪40年代 卡尔文实验 光合作用原理的部分探索历程 4 三、光合作用的原理 思考：CO2是如何转变为糖类的呢？ 美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。 14CO2 → 14C3 →（14CH2O） → 14C5 方法：（放射性）同位素标记法 0 （14CH2O） 14CO2 214C3 C5 0 光合作用过程的示意图 根据 ，这些化学反应可以概括地分为 和 （现在也称为碳反应)两个阶段。 四、光合作用的过程 光合作用过程 1 是否需要光能 光反应 暗反应 暗反应 光反应 1.光反应阶段 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2 + 4H+ + 4e- 光 色素 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADPH的合成： NADP+ + H+ + 2e- NADPH 酶 光能 ②条件： ①场所： ③物质转化： ④能量转化: ATP、NADPH中活跃的化学能 类囊体上的光合色素 光能 ADP + Pi 酶 ATP O2 H+、e- 水在光下分解 H2O NADP+ NADPH 四、光合作用的过程 光合作用过程 叶绿体类囊体薄膜 光、色素、多种酶 1 ①在C3的还原中作还原剂； ②为C3的还原提供能量 ATP主要用于暗反应 NADP+：氧化型辅酶Ⅱ NADPH：还原型辅酶Ⅱ 当可见光照射到绿色植物时，类囊体薄膜上的四种光合色素就会吸收光能，吸收的光能有两方面用途：一是将水分解生成氧气和H+，我们称之为水的光解；水分解生成的氧气直接从叶绿体释放出去，供生物体细胞呼吸利用，具体是参与有氧呼吸的第三阶段，而另一部分光能则用ATP的合成，储存到ATP远离腺苷的特殊化学键中。 H+浓度差 2e－＋NADP＋＋H+→NADPH ADP＋Pi→ATP 特殊状态的叶绿素a 水 e－ 光子 e－ 光系统及电子传递链 拓展 ①电子供体： ,电子受体是 。 ②ATP合成酶作用： 。 H2O NADP＋ 转运质子并催化ATP合成 水的光解 介导NADPH的产生。 NADPH ADP + Pi (CH2O) ATP 多种酶 参加催化 酶 CO2 还原 固定 供能 叶绿体基质 CO2的固定： C3的还原： CO2 + C5 2C3 酶 NADP+ 2.暗反应（碳反应） ①场所： ②条件： ③物质变化： ④能量变化： ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 酶、NADPH、ATP、有光无光都可 卡尔文循环 供氢 酶 四、光合作用的过程 光合作用过程 1 C5 2C3 光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 3-磷酸-甘油酸 核酮糖-1,5-二磷酸 RuBP 33 叶绿体 中的色素 可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 酶 四、光合作用的过程 能量变化： 光能→ATP和NADPH中活跃化学能 物质联系： ①光反应为暗反应提供 ， ②暗反应为光反应提供 原料。 ATP 和 NADPH ADP、Pi和NADP+ 思考:暗反应能在无光的环境中长期进行吗？ 不能，因光反应无法进行，缺乏光反应提供的ATP 和 NADPH。 有机物中稳定的化学能 34 四、光合作用的过程 光合作用中元素的转移 2 6CO2＋12H2O C6H12O6＋6H2O＋6O2 光能 叶绿体 四、光合作用的过程 环境骤变时各物质含量的变化 3 1.“来源－去路”法 假如白天突然减少CO2的供应，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？ CO2 减少 CO2固定减弱，C3 还原不变 C3合成减少，消耗不变 C3↓ C5↑ 随后C3 还原减弱，光反应不变 ATP、NADPH消耗减少，合成不变 ATP、DNAPH↑ C5 ATP 多种酶 (CH2O) CO2 固定 还原 NADPH 光反应 2C3 C5消耗减少，合成不变 步步高P74 光照不变 C3 C5 （CH2O） NADPH、ATP CO2浓度减少 CO2浓度增加 增加（C3减少，③减弱，①不变，消耗减少，生成不变） 增加 （②减弱，③不变，消耗减少 ，生成不变） 增加 （②增强， ③不变，生成增加，消耗不变） 增加 （暗反应增强） 减少 （②减弱，③不变， 生成减少，消耗不变） 减少 （暗反应减弱） 减少（C3增加，③增强，①不变，消耗增加，生成不变） 减少 （②增强，③不变，消耗增加，生成不变） C5 2C3 ATP 多种酶 (CH2O) CO2 固定 还原 NADPH 光反应 ① ② ③ 1.“来源－去路”法 37 1.“来源－去路”法 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 减少 （①减弱，②不变，生成减少，消耗不变） 减少 （③减弱， ②不变，生成减少，消耗不变） 减少（③减弱） 减少 （③增强，②不变，消耗增加，生成不变） 增加 （③减弱 ，②不变，消耗减少，生成不变） 增加 （①增强，②不变，生成减少，消耗不变） 增加 （③增强，②不变， 生成增加，消耗不变） 增加（③增强） C5 2C3 ATP 多种酶 (CH2O) CO2 固定 还原 NADPH 光反应 ① ② ③ 2.“模型法”表示C3和C5的含量变化 C3起始值高于C5（约是其2倍） 四、光合作用的过程 环境骤变时各物质含量的变化 3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3 + 能量 6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2 能量 3.进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 2. 过程: 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 以无机物转变成为自身的组成物质。 （能够进行光合作用或者化能合成作用的生物） 自养生物： 异养生物： 4.光合作用和化能合成作用的异同 1.概念: 同：把CO2和水合成有机物 异：利用的能量不同（光能、化学能） 五 、化能合成作用 化能合成作用 1 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。 硝化细菌 硫细菌 铁细菌等少数种类的细菌 底物的消耗速率 或 产物的生成速率 CO2 + H2O （CH2O） O2 + 光能 叶绿体 1.光合作用强度(光合速率）: 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 光合作用强度 1 CO2的固定量 有机物的制造量 O2的产生量 单位时间内光合作用 41 1.实验原理 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 2.变量分析 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 自变量 光照强度 因变量 光合作用强度 控制方法： 检测方法： 无关变量 同一时间内叶片浮起数量或全部叶片上浮所用的时间 调节光源与烧杯的距离或用不同功率的灯泡 小圆形叶片大小、数量、NaHCO3溶液的浓度 ④分组：富含CO2的清水（吹气或NaHCO3溶液） ①打孔: 避开大叶脉： 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 大叶脉不含有的叶绿体 ③沉水: 黑暗：防止光照干扰实验结果 ②排气: 使叶片内气体逸出。 为光合作用提供CO2 3.实验步骤 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。 ⑤光照： 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 3.实验步骤 甲 乙 丙 叶片浮起数量多 叶片浮起数量较多 叶片浮起数量少 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 光照　 　 时间　 　 强 中 弱 5min 10片 0片 0片 10min 10片 4片 0片 15min 10片 5片 1片 20min 10片 6片 2片 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。 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 4.实验结果 5.实验结论 本实验中的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净积累值，即光合作用与细胞呼吸的差值。 46 利用该装置还能探究哪些环境因素对光合作用的影响？ 六、探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 2 探究CO2浓度对光合作用的影响 数量相同的叶圆片置于烧 杯底部，等距离（10cm）置于40W 的光源下 1 蒸馏水 2 2% NaHCO3溶液 3 10% NaHCO3溶液 探究温度对光合作用的影响 1 低温 2% NaHCO3溶液 2 常温 2% NaHCO3溶液 3 高温2%NaHCO3溶液 水浴控制温度，数量相同的叶圆片置于烧杯底部，等距离（10cm）置于40W 的光源下 47 产生O2 释放O2 较强光照时 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的释放量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？ 光合作用速率的测定 线粒体 叶绿体 （可以测得） 植物进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。 实际测量到的光合作用指标是: 净光合作用速率，称为表观光合速率。 O2的释放量=光合作用产生的O2量-呼吸作用O2的消耗量 七、光合作用强度的影响因素 下面请同学们思考，实验所测是否为叶片实际光合作用强度呢？我们看一下叶肉细胞的结构模式图★ 在光照较强时，光合作用产生的氧气★★一部分去线粒体参加有氧呼吸，★剩下的扩散出细胞★★，我们测的应该是 光合作用产生的减去呼吸作用消耗的氧气量，不是真正的光合作用强度。CO2的消耗量也是如此。叶绿体实际参加光合作用的 CO2量★★等于呼吸产生的和从外界吸收的CO2量★★。我们把实际测到的叶片CO2吸收量称为净光合速率，而叶绿体参与光合的C02量为总光合速率， 细胞有氧呼吸释放的CO2为呼吸速率的话，那么净光合速率等于总光合速率-呼吸速率 那么，在这些内容的基础上，如何修改光强与光合作用强度的关系图呢？ 48 O2的产生量 = O2的消耗量 + O2的释放量 有机物制造量 = 有机物消耗量 + 有机物积累量 CO2的固定量 = CO2的释放量 + CO2的吸收量 真光合速率（总光合）= 呼吸速率 + 净光合速率 单位时间: 光合作用速率的测定 产生O2 固定CO2 释放O2 较强光照时 吸收CO2 线粒体 叶绿体 （可以测得） （可以测得） 七、光合作用强度的影响因素 黑暗 条件下 ②对象：叶绿体：直接为总光合速率。 ①对象：植株、叶片、细胞： 光质 光照强度 光照时间 酶 色素 温度 矿质元素 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 气孔开闭情况、CO2浓度 水分 光 酶的活性、数量 色素的含量 植物自身因素 （遗传特性、叶龄、叶面积） 光照强度 CO2浓度 矿质元素 水分 内因 外因 影响 因素 温度 影响光合作用的因素有哪些？ 七、光合作用强度的影响因素 影响光合作用的因素 不改变光合速率 延长光照时间，提高光能利用率 应用：轮作（轮换种植不同作物） 七、光合作用强度的影响因素 光——光照时间 1 蓝紫光>红光>白光 ①大棚薄膜颜色 无色透明 ②补充单色光（同等强度） 七、光合作用强度的影响因素 光——光质 1 光照强度 0 CO2吸收 CO2 释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合 总光合 B： 。 D： 。 C点之后限制因素：外因：CO2浓度、温度等 内因：光合色素的含量、酶的活性或数量 D AB： 。 BC： 。 呼吸 A： 。 C点之前限制因素是:光照强度 七、光合作用强度的影响因素 光——光照强度 1 只进行呼吸作用 光合作用<呼吸作用 光合作用=呼吸作用 光合作用>呼吸作用 光合速率开始达到最大时所需的最小光照强度 原理：影响光反应阶段，制约NADPH、ATP的生成 CO2 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 光补偿点 光饱和点 D A点：只呼吸不光合 AB段：呼吸＞光合 B点：呼吸＝光合 BC段：光合＞呼吸 七、光合作用强度的影响因素 曲线与细胞图示相结合 O2 CO2 CO2 O2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 54 1.思考:图示为植物体的光合速率，在B点时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 七、光合作用强度的影响因素 光——光照强度 1 原因：植物还存在根等非光合器官，只进行呼吸作用 一昼夜内，当①净光合作用＞0时，植物能生长。 ②净光合作用≤0时，植物不能生长。 2.思考:光照强度为D时，一昼夜需光照多长时间植物才能生长？ 提醒：注意区分，单个细胞和整个植株的区别 15 -5 一昼夜内，净光合作用=总光合速率×光照时间-呼吸速率×24 =净光合速率×光照时间-呼吸速率×黑暗时间 55 1.阴雨天气适当补充光照，增加光合作用强度。 七、光合作用强度的影响因素 光——光照强度 1 应用： A点： 对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。 CO2补偿点 光合速率＝呼吸速率 CO2饱和点 B点： D点： 应用： 1.多施有机肥或农家肥，微生物有氧呼吸产生CO2 2.“正其行，通其风”大田中还要注意通风透气。 CO2浓度 A B 吸收 CO2 C 释放 CO2 D 七、光合作用强度的影响因素 CO2浓度 2 注意：分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐才能被植物吸收。 CO2补偿点 CO2饱和点 C点之前限制因素：CO2浓度 原理：影响暗反应阶段，制约C3的生成。 C点之后限制因素：光照强度、温度、色素的含量、酶的数量和活性 原理：①影响酶的活性，影响光合作用。 ②高温→蒸腾作用过强→气孔部分关闭→CO2供应减少 应用：温室中,白天适当提高温度,提高净光合速率，晚上适当降温，降低有机物消耗， 保证植物有机物的积累。 七、光合作用强度的影响因素 温度 3 最适温度下植物光合作用最大。 应用：合理浇灌 原理：①水是光合作用的原料 图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，气孔关闭，影响了 的供应。 CO2 ②缺水→气孔关闭→限制CO2进入叶片 七、光合作用强度的影响因素 水 4 保卫细胞吸水 气孔张开 气孔限制因素：使胞间CO2浓度减少，导致光合速率下降的因素 非气孔限制因素：导致光合速率下降的其他因素 N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分 P： 类囊体膜、NADPH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 应用：合理施肥 七、光合作用强度的影响因素 矿质元素 5 P-Q形成原因: 土壤溶液浓度过高，导致植物失水，甚至死亡 A B 0 阳生植物 阴生植物 C CO2吸收速率 CO2释放速率 阳生植物的光补偿点和光饱和点都大于阴生植物。 光照强度 七、光合作用强度的影响因素 内因1：植物自身特性 6 阳生植物：在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。 应用：间作（同时期种两种不同植物） 套种（前季作物生长后期种后季作物） 阳生植物和阴生植物的光合作用比较 应用：适当摘除老叶、残叶：降低其呼吸作用消耗有机物。 七、光合作用强度的影响因素 内因2：叶龄 6 AB段：生长到一定程度，叶面积、色素量、酶量达到稳定状态，光合速率基本稳定 OA段：随叶龄增大，色素含量增加，酶的含量和活性增大，光合速率加快 BC段：叶片衰老，部分色素被破坏，光合速率下降 62 物 质 量 叶面积指数 单位土地面积上，植物的总叶面积 随着叶面积指数的增大，进行光合作用和细胞呼吸的叶面积增加，但叶面积指数增大到一定值后，由于叶片的相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，而进行细胞呼吸的叶面积仍 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。 总光合量 净光合量 A B C 呼吸量 应用：1.适当修苗。 2.合理密植：增加光合作用面积 七、光合作用强度的影响因素 内因3：叶面积指数 6 63 七、光合作用强度的影响因素 光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用 7 横坐标所表示的因子。 不同曲线所示的因子。 自变量1 自变量1 自变量1 自变量2 温度 自变量2 光照强度 自变量2 CO2浓度 横坐标和不同曲线所表示的因子共同作用。 P-Q点之间限制因素： P点之前限制因素： Q点之后限制因素： 64 细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。 1.A点 下移 上移 2.B点、C点、D点的变化 自变量 B点(补偿点) C点(饱和点) D点 适当增大光照强度(或CO2浓度) 适当减小光照强度(或CO2浓度或土壤缺Mg2＋) 左移 左移 右移 右移 右上方 七、光合作用强度的影响因素 光合作用曲线中关键点的移动 呼吸速率不变，光合速率增强，B点左移，C点右移，D点右上移，反之，移动方向相反。 左下方 八、光合作用与有氧呼吸过程的联系 步步高P84 (1)物质方面 例1　如图表示光合作用与细胞呼吸过程中部分物质变化的关系。下列说法正确的是 A.图中①②过程消耗ATP， ③④⑤过程产生ATP B.①②过程在叶绿体中进行， ③④⑤过程在线粒体中进行 C.①过程产生的NADPH参与②过程，③和④过程产生的[H]与氧结合产 生水 D.高等植物所有的细胞都可以进行①②③④⑤过程 √ 例2　龙血树在《本草纲目》中被誉为“活血圣药”，有消肿止痛、收敛止血的功效。图甲、乙分别为龙血树在不同条件下相关指标的变化曲线(单位：mmol·cm－2·h－1)。下 列叙述错误的是 A.据图甲分析，温度为30 ℃和 40 ℃时，叶绿体消耗二氧化 碳的速率相等 B.40 ℃条件下，若黑夜和白天时间相等，龙血树能正常生长 C.补充适量的无机盐可能导致图乙中D点左移 D.图乙中影响D、E两点光合速率的主要环境因素相同 √ ab： b点： bc段： 只有细胞呼吸，无光合作用 光合作用开始点 光合速率逐渐增大，但<呼吸速率 c点： cd： e点： 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。 g点： h点： gh段： 光合速率=呼吸速率 光合速率<呼吸速率 光合作用消失点 fg： 随着光强和温度的降低，光合作用逐渐减弱 八、光合作用与有氧呼吸过程的联系 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 拓展1： c、g点：光合速率=呼吸速率 c、g点以下：光合速率<呼吸速率 c、g点以上：光合速率>呼吸速率 小结 有机物积累： 制造有机物： b-h段 c-g段 积累最多的点： g点 步步高P84 七、光合作用强度的影响因素 密闭环境一昼夜CO2含量的变化 拓展2： AB： 只有细胞呼吸，无光合作用 B点： BC： 光合作用开始点 光合速率逐渐增大，但<呼吸速率 C点： CD： E点： 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。 G点： H点： GH： 光合速率=呼吸速率 光合速率<呼吸速率 光合作用消失点 FG： 随着光强和温度的降低，光合作用逐渐减弱 七、光合作用强度的影响因素 密闭环境一昼夜CO2含量的变化 拓展2： I点高于A点： I点低于A点： 一昼夜CO2浓度增加， 说明光合作用强度小于呼吸作用强度，没有有机物的积累,植物不能正常生长。 一昼夜CO2浓度减少， 说明光合作用强度大于呼吸作用强度，有有机物的积累,植物能正常生长。 C、G点：光合速率=呼吸速率 C-G段：光合速率>呼吸速率 小结 有机物积累： 制造有机物： B-H段 C-G段 积累最多的点： G点 小积累 自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较 小积累 自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较 小积累 自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较 例3　将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是 A.图甲中的光合作用开始于C点 之前，结束于F点之后 B.到达图乙中的d点时，玻璃罩 内的CO2浓度最高 C.图甲中的F点对应图乙中的g点 D.经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加 √ 例4　将图甲装置置于自然环境中，测定晴朗的夏天一昼夜密闭透明小室内氧气的变化量，得到的结果如图乙所示。下列说法正确的是 A.a点时，大豆幼苗叶肉 细胞产生O2的速率等于 O2的消耗速率 B.6～8 h期间，大豆幼苗 向小室内释放CO2的速率逐渐降低 C.曲线横轴以上的面积表示大豆幼苗植株24小时内积累有机物的量 D.c点时大豆幼苗叶肉细胞中产生ATP的细胞结构为叶绿体和线粒体 √ 1.测定光合速率与呼吸速率 (1)测定装置 ，液滴 移动的距离表示 ，代表净光合速率。 ，液滴 移动移动的距离表示 ，代表细胞呼吸速率。 八、测定光合速率和呼吸速率的方法 NaOH溶液： 吸收CO2 NaHCO3或CO2缓冲液：维持容器中CO2浓度恒定 气体体积变化法 1 黑暗下 向左 有氧呼吸氧气的吸收量 光照 向右 光合作用氧气的释放量 步步高P86 2.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 3.对照实验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即用死亡的绿色植物代替绿色植物，其余均相同。 八、测定光合速率和呼吸速率的方法 气体体积变化法 1 死亡的绿色植物 3.没有初始值的情况下， 总光合作用量＝白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量。 1.“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸吸收的O2量； 2.有初始值的情况下，初始氧气量为A 八、测定光合速率和呼吸速率的方法 黑白瓶法 2 总光合作用产生氧气量=(A-B)+(C-A)=C-B 黑瓶中氧气量为B，有氧呼吸吸收的氧气量为A-B； 白瓶中氧气量为C，净光合作用释放的氧气量为C-A； “白瓶”给予光照，测定的是净光合作用释放的O2量。 总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。 本方法又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。 八、测定光合速率和呼吸速率的方法 半叶法 3 总光合制造的有机物 呼吸消耗量=原叶重-MA 净光合量=MB-原叶重 =MB-MA 例5　某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，室温25 ℃下进行了一系列的实验，下列对实验过程中装置条件及结果的叙述，错误的是 A.若X溶液为二氧化碳缓冲液并给予光照时，液滴移动距离可表示净光合作用强度的大小 B.若要测真正光合作用强度，需另加设一装置 遮光处理，X溶液为NaOH溶液 C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用强度 大于细胞呼吸强度时，液滴右移 D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移 √ 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) －7 ＋0 ＋6 ＋8 ＋10 ＋10 黑瓶溶氧量(mg/L) －7 －7 －7 －7 －7 －7 √ 例6　某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24 h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其他生物)如表。下列说法错误的是 A.可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率 B.该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长 C.白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，短时间内叶肉 细胞中C5含量减少 D.可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光照强度下黑藻的净光合速率 ①C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2。 ②O：H2OO2H2O。 ③H：H2ONADPH(CH2O) [H]H2O。 ①C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2。 ②O：H2OO2H2O。 ③H：H2ONADPH(CH2O) [H]H2O。 $