資源簡介

(共39張PPT)
第4節 第2課時
光合作用的原理和應用
SW生老師
綠色植物通過 ，利用 ，將 轉
化成 ，并且釋放出 的過程。
1.概念：
葉綠體
光能
二氧化碳和水
儲存著能量的有機物
氧氣
2.反應式：
注：（CH2O）表示糖類，
光合作用產物一部分是淀粉，一部分是蔗糖
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
葉綠體
葉綠體是如何將化學能儲存在糖類等有機物中的？
光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？
一、光合作用的原理
資料1：19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
1928年，科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。
初步判斷：
氧來自二氧化碳的可能性較小，較可能來源于水。
1、探究光合作用的部分實驗
離體的葉綠體
懸浮液
資料2：希爾反應
1937年，英國植物學家希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。
像這樣，離體葉綠體在適當條件下
發生水的光解，產生氧氣的化學反
應稱作希爾反應。
O2
H+
不能。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。
討論1. 希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？
能夠說明。希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。
討論2. 希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？
資料3：魯賓和卡門實驗
相互對照（即對比實驗）；
該實驗采用了什么實驗方法？如何對照？可以得出什么結論？
同位素標記（示蹤）法；
光合作用釋放的氧全部來自水，而并不來源于CO2。
資料4：
討論4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。
H2O O2 + H+ + 能量
光照
葉綠體
ADP+Pi ATP
1954年，美國科學家阿爾農(D. Arnon)發現，在光照下，葉綠體可合成ATP。
1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。
光照
ATP
水
光解
O2
根據是否需要____________，這些化學反應可以概括地分為____________和_____________（現在也稱為碳反應）兩個階段。
光能
光反應
暗反應
2、光合作用的過程
1.光反應
類囊體薄膜
的色素分子
可見光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
（氧化型輔酶Ⅱ）
（還原型輔酶Ⅱ）
條件：
光、色素、多種酶
場所：
類囊體薄膜
物質轉化
水的光解：
ATP的合成：
H2O O2 + H+ + e-
光
光能
能量轉化:
ATP、NADPH中活躍的化學能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環。
資料5：卡爾文實驗
光合產物中有機物的碳來自CO2。
結論：
固定
2.暗反應
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多種酶
(CH2O)糖類
CO2
還原
酶
NADPH
酶
能量
條件：
場所：
葉綠體基質中
有光無光都可以，多種酶等
CO2的固定：
C3的還原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
有機物中穩定的化學能
CO2＋C5 2C3
酶
物質轉化
ATP、NADPH中活躍的化學能
能量轉化：
光合作用的全過程
葉綠體
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多種酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
還原
光反應
暗反應
NADP+
NADPH
光能→ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
酶
類囊體薄膜
葉綠體基質
可見光
1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？
2.NADP+和ADP的移動途徑呢？
3.NADPH的作用？
從類囊體薄膜到葉綠體基質。
從葉綠體基質到類囊體薄膜。
①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量
光合作用中元素的轉移
CO2 + H2O
光能
葉綠體
（CH2O）+ O2
3.光反應與暗反應的比較
反應階段
反應部位
反應條件
物質變化
能量變化
產 物
聯 系 光合作用實質 光反應
暗反應
類囊體薄膜上
葉綠體基質
必須有光、光合色素、酶
有光或無光均可，多種酶
光能→ATP和NADPH中活躍的化學能
ATP和NADPH中活躍的化學能→穩定的化學能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5
光反應為暗反應提供ATP和NADPH，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+
把無機物轉變成有機物，把光能轉變成化學能貯存起來
條件驟變對光合作用中各物質的影響
葉綠體
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多種酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
還原
NADP+
NADPH
酶
可見光
CO2濃度不變 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照減弱 減少 增加 減少 減少
光照增強 增加 減少 增加 增加
1、請總結分析的方法？ 2、C3、C5含量變化有什么特點？
葉綠體
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多種酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
還原
NADP+
NADPH
酶
可見光
光照不變 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2濃度減少 增加 減少 增加 減少
CO2濃度增加 減少 增加 減少 增加
條件驟變對光合作用中各物質的影響
1.實驗原理：
根據單位時間小圓形葉片浮起的數量的多少，探究光照強度與光合作用強度的關系。
葉片含有空氣，上浮
抽氣
葉片下沉
葉片上浮
光合作用產生O2
O2充滿細胞間隙
2.材料用具：
打孔器、5W LED臺燈、米尺、燒杯、綠葉等
二、探究實踐：探究環境因素對光合作用的影響
3.方法步驟：
0.6cm的打孔器打孔
打出圓形小葉片30片
黑暗保存葉片
葉片置于注射器內
抽出葉片的氣體
葉片均分為3組
1.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片
2.分別對這3個實驗裝置進行強、中、弱三種光照
強光
中等光
弱光
3.觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數量。
或上浮相同數量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間。
【LED燈作為光源（冷光源，排除溫度干擾），分別用不同光照強度（調節
光源與燒杯的距離）去照射葉片。】
方法步驟：
4.實驗結果：
5.實驗結論：
在一定光照強度范圍內，光合作用隨著光照強度的增加而增強
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
葉綠體
固定CO2的量
制造或產生有機物（糖類）量
產生O2的量
單位時間內光合作用
三、光合作用強度的表示方式
線粒體
葉綠體
產生O2
釋放O2
（可以測得）
葉肉細胞
CO2
吸收CO2
（可以測得）
測量到的光合作用指標是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。
四、光合作用速率的測定
光合作用強度的測定裝置
真正（總）光合速率= 凈光合速率 + 呼吸作用速率
合成有機物的量
固定或消耗CO2量
產生O2的量
有機物積累量
CO2吸收量
O2釋放量
消耗有機物的量
黑暗下CO2的釋放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
CO2濃度
水分
光
光質
光照強度
光照時間
光照面積
酶
色素
溫度
礦質元素
氣孔開閉情況
（1）光照強度
光照強度
0
CO2吸收速率
CO2
釋放
速率
A
B
C
呼吸速率
光補償點
光飽和點
凈光合速率
總光合
速率
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率開始達到最大時對應的光照強度
D
AB：呼吸作用>光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
速率
A:只進行呼吸作用
討論：1、C點之前和之后限制光合作用因素分別是？
C點前：光照強度
C點后：CO2濃度、溫度等
2、能否在圖中找出總光合速率？
五、影響光合作用強度的因素
A:只進行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
細胞呼吸釋放的CO2
全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
解讀：曲線與細胞圖示相結合
光照強度
0
A
B
C
陽生植物
呼吸速率
光補償點
光飽和點
陰生植物
A1
B1
C1
D
提示：
陰生植物的呼吸作用較弱，光補償點B1在B點左側；對光的利用能力也不強，最大光合速率C1往左下移。
應用：
合理密植、間作套種、適當剪枝
討論：若該曲線表示的是陽生植物的光合速率，陰生植物的曲線該如何畫？據此生產上有哪些應用？
CO2吸收速率
CO2
釋放
速率
（2）CO2濃度
CO2濃度
A
B
吸收速率
CO2
C
釋放速率
CO2
D
A點：
對應的CO2濃度為能進行光合作用的最低CO2濃度。
CO2補償點
光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合速率
B點：
C點：
應用：
1.多施有機肥或農家肥；
2.大田中還要注意通風透氣。
討論：C點之后光合速率的限制因素有哪些？（提示：外因、內因）
外因：主要為光照強度和溫度，
內因：酶的數量和活性。
對應的D點為CO2飽和點
為什么？
（3）溫度
O
溫度
A
光合速率
B
C
原理：
溫度通過影響 影響光合作用主要制約 反應。
應用：
適時播種；溫室中,白天適當提高溫度,晚上適當降溫，從而提高作物產量（有機物積累量）。
酶的活性
暗
溫度過高，為減少蒸騰作用，
氣孔關閉，CO2供應不足，
光合速率下降，出現“午休”
現象
時間
光合
作用強度
BC段：
光照強度不斷減弱
AB段：
光照強度不斷增大
DE段：
【典型曲線分析】
光照強度、溫度
從圖中可以看出，限制光合作用的因素有 。
提出提高光合作用強度的合理措施 。
補光、遮陰、生爐子、噴淋降溫等
①N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會影響__________的合成從而影響光合作用。
②水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，也參與光合作用過程中反應物和生成物的運輸；水還會影響__________，從而影響CO2進入植物體，間接影響光合作用。
葉綠素
氣孔開閉
(4)水及礦質元素
應用：
在農業生產上，根據植物的需肥規律，適時、適量地增施肥料；合理灌溉可以提高作物的光合作用效率。
能夠利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數種類的細菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化細菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化細菌
CO2+H2O （CH2O)+ O2
能量
討論：進行化能合成作用的生物屬于自養還是異養生物？
異養生物：只能利用環境中現成的有機物來維持自身的生命活動。
自養生物：以無機物轉變成為自身的組成物質。
拓展：化能合成作用
課堂總結
一、概念檢測
1.依據光合作用的基本原理，判斷下列相關表述是否正確。
(1)光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水。( )
(2)光反應只能在光照條件下進行，暗反應只能在黑暗條件下進行。( )
(3)影響光反應的因素不會影響暗反應。( )
課堂練習
√
×
×
2.如果用含有14C的CO2來追蹤光合作用中碳原子的轉移途徑，則是（ )
A.CO2→葉綠素→ADP
B.CO2→葉綠體→ATP
C.CO2→乙醇→糖類
D.CO2→三碳化合物→糖類
D
3.根據光合作用的基本過程填充下圖。
O2
NADPH
ATP
C3
NADP+
ADP+Pi
C5
二、拓展應用
1.下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。
(1)7—10時的光合作用強度不斷增強的原因是______________
光照強度逐漸增大
(2)10—12時左右的光合作用強度明顯減弱的原因是________
________________________________________________________________________
此時溫度很高，導致氣孔大量關閉，CO2無法進入葉片組織，致使光合作用暗反應受到限制
(3)14—17時的光合作用強度不斷下降的原因是_______________
光照強度不斷減弱
(4)從圖中可以看出，限制光合作用的因素有_________________
光照強度、溫度
(5)依據本題提供的信息，提出提高綠色植物光合作用強度的一些措施。
根據本題信息，可以利用溫室大棚控制光照強度、溫度的方式，如補光、遮陰、生爐子、噴淋降溫等，提高綠色植物光合作用強度。

展開更多......

收起↑