資源簡介

(共64張PPT)
第三章　細胞的代謝
浙科版高中生物 必修1
第2課時
光反應和碳反應、
環境因素對光合作用的影響
第三章　第五節　光合作用將光能轉化為化學能
學習目標
1.闡明光合作用的原理及光反應與碳反應的關系。
2.采用不同指標表示光合速率并解決實際問題。
3.嘗試探究環境因素對光合作用的影響。
“葉子概念車”的工作原理模擬葉子的什么功能？它的動力從何而來
上海科技館的新能源汽車“葉子概念車”,汽車上面形狀如同一片綠葉，猶如流動的植物，可以利用陽光進行光合作用制造能量驅動汽車前進，與自然共同呼吸、和諧相處。
欣賞視頻《葉子概念車》
光反應和碳反應
一
影響光合速率的環境因素
二
目錄
資料1　希爾反應：1937年，英國植物學家希爾發現，給離體葉綠體懸浮液充足光照并加入氧化劑，但不通入CO2，結果有氧氣釋放。
請結合資料分析回答下列問題：
(1)通過希爾反應，我們可以得到什么結論？
水的光解可以產生氧氣。
探討一　光合作用中O2產生的探索
資料1　希爾反應：1937年，英國植物學家希爾發現，給離體葉綠體懸浮液充足光照并加入氧化劑，但不通入CO2，結果有氧氣釋放。
請結合資料分析回答下列問題：
(2)此實驗是否能說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？請說明原因。
能說明。希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有水，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，暗示著水的光解與糖的合成不是同一個化學反應。
資料2　阿爾農實驗：黑暗條件下給離體葉綠體供給ATP、NADPH和CO2，結果葉綠體中有糖類生成。
(3)根據阿爾農的實驗推測光反應為碳反應提供了什么條件？
光反應為碳反應提供了ATP和NADPH。
探討二　光合作用中能量的轉化
資料3　卡爾文實驗：將小球藻裝在一個密閉容器中，通過一個通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個開關，可控制CO2的供應，容器周圍有光源，通過控制電源開關可控制光照的有無。他向密閉容器中通入14CO2，當反應進行到5 s時，14C出現在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中，將反應時間縮短到0.5 s時，14C出現在一種三碳化合物(C3)中。
探討三　光合作用中有機物產生
(4)卡爾文實驗的自變量是什么？
1.研究碳的轉移途徑
光照的時間。
資料3　卡爾文實驗：將小球藻裝在一個密閉容器中，通過一個通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個開關，可控制CO2的供應，容器周圍有光源，通過控制電源開關可控制光照的有無。他向密閉容器中通入14CO2，當反應進行到5 s時，14C出現在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中，將反應時間縮短到0.5 s時，14C出現在一種三碳化合物(C3)中。
探討三　光合作用中有機物產生
(5)如果給植物提供14CO2，光合作用中放射性依次出現在哪些物質中？
1.研究碳的轉移途徑
光合作用過程的示意圖
根據是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和碳反應（也稱為暗反應)兩個階段。
H2O
類囊體膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
葉綠體內的類囊體薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能轉化為NADPH和ATP中的化學能
場所：
條件：
物質變化
能量變化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型輔酶Ⅱ
還原型輔酶Ⅱ
色素
光反應
1
H2O
類囊體膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
①光反應產生的O2被釋放到細胞外。
②光反應產生的ATP和NADPH是碳反應中將二氧化碳還原為糖的能源物質，NADPH在碳反應中是還原劑。
產物去向及作用
H+
NADP+
+
NADPH
氧化型輔酶Ⅱ
還原型輔酶Ⅱ
色素
光反應
1
葉綠體的基質中
場所：
NADPH 、ATP、酶
條件：
CO2 的固定：
CO2＋五碳糖 2三碳酸
酶
三碳酸被還原：
ATP
ADP+Pi
2三碳酸 2三碳糖
酶
物質變化
NADP+
NADPH
碳反應
2
（卡爾文循環）
再生五碳酸：
三碳糖
五碳糖
酶
碳反應
2
（卡爾文循環）
活躍的化學能轉變為糖類等有機物中穩定的化學能
能量變化：
光合產物的利用
在葉綠體內，三碳糖能作為合成淀粉、蛋白質和脂質的原料。大部分三碳糖運至葉綠體外，并且轉變成蔗糖，供植物體所有細胞利用。
嘗試構建光合作用過程模型
五碳糖
三碳酸
多種酶
三碳糖
固定
碳反應階段
三碳糖
還原
ADP+Pi
ATP
H2O
1/2O2
2H+、2e-
酶
光反應階段
NADP+
NADPH
酶
類囊體薄膜上的色素
光
CO2
光合作用過程中五碳糖和三碳酸含量變化的分析
任務二
1.請分析突然停止對光下植物的光照后，其體內的五碳糖和三碳酸的含量如何變化？
2.請分析突然停止對光下植物的CO2的供應后，其體內的五碳糖和三碳酸的含量如何變化？
1.光反應與碳反應的比較
過程 光反應 碳反應
條件 必須在光下，需要色素、酶和水 需要酶、CO2、ATP和NADPH，只有在有光條件下才能循環
場所 葉綠體類囊體膜(光合膜) 葉綠體基質
物質轉化
能量轉化 光能→ATP、NADPH中的化學能 ATP和NADPH中的化學能→有機物中穩定的化學能
聯系 光反應為碳反應提供NADPH、ATP，碳反應為光反應提供NADP＋、ADP和Pi，如圖： 2.光合作用過程中元素的轉移途徑
(1)光合作用過程中O元素的轉移途徑：
H218O→18O2；C18O2→C3→(CH218O)。
(2)光合作用過程中C元素的轉移途徑：
14CO2→14C3→14C6H12O6＋14C5。
(3)光合作用過程中H元素的轉移途徑：
H2O→NADPH→C6H12O6＋H2O。
跟蹤訓練
1.(2023·寧波高一期末)研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴，從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸。下列敘述正確的是
A.產生乙醇酸的場所相當于葉綠體的類囊體膜
B.該反應體系需不斷消耗CO2和水
C.類囊體產生的ATP和NADPH參與CO2的固定
D.與葉綠體相比，該反應體系不含光合色素
√
跟蹤訓練
乙醇酸是在光合作用碳反應階段中產生的，碳反應的場所在葉綠體基質，所以產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質，A錯誤；
該反應體系中進行光合作用的整個過程，光反應需要消耗水，碳反應需要不斷消耗CO2，B正確；
類囊體產生的ATP和NADPH參與三碳酸的還原，不參與CO2的固定，C錯誤；
該體系含有類囊體，類囊體膜上有光合色素，D錯誤。
跟蹤訓練
2.如圖為大豆葉片葉肉細胞光合作用碳反應階段的示意圖，下列敘述正確的是
A.CO2的固定實質上是將ATP中的化學能轉變為
三碳酸中的化學能
B.卡爾文循環產生的三碳糖大部分運輸到葉綠體外合成蔗糖
C.光強度突然由強變弱導致光合速率下降，短時間內五碳糖含量升高
D.被還原的三碳酸在有關酶的催化作用下，可再形成五碳糖
√
跟蹤訓練
CO2的固定過程不消耗ATP，A錯誤；
卡爾文循環過程中產生的三碳糖大部分用于再生五碳糖，而離開卡爾文循環的三碳糖大部分被運出了葉綠體用于合成蔗糖，B錯誤；
光強度由強變弱，光反應速率減慢，NADPH和ATP的
產生量減少，使碳反應階段三碳酸的還原速率減慢，
生成的五碳糖減少，而CO2的固定短時間內正常進行，消耗的五碳糖不變，導致五碳糖含量減少，C錯誤；
跟蹤訓練
在有關酶的催化作用下，三碳酸接受ATP水解釋放的能量并且被NADPH還原，一些接受能量并被還原的三碳酸經過一系列變化形成糖類，另一些接受能量并被還原的三碳酸則經過一系列的化學變化又形成五碳糖，D正確。
光反應和碳反應
一
影響光合速率的環境因素
二
目錄
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
光合速率（光合強度）：指一定量的植物(如一定的葉面積)在單位時間內進行的光合作用，用單位時間內釋放的氧氣量或消耗的二氧化碳量表示。
影響
因素
探究光強度對光合作用的影響
活動
實驗方案：
實驗假設：
一定范圍內，光合速率隨光強度的增加而增加。
①組裝如圖裝置三套，分別編號為甲、乙、丙；
探究光強度對光合作用的影響
活動
實驗方案：
②分別向三支試管內加入等量的金魚藻和5%的NaHCO3溶液；
③記錄有色液滴的起始位置；
④取三只100 W燈泡，分別置于距甲、乙、丙10 cm、20 cm、50 cm處，照射一段時間后，記錄液滴的位置。
真正光合速率 = 凈光合速率 + 呼吸速率
O2
CO2
O2
CO2
較強光照時
（可以測得）
（可以測得）
據圖分析，實驗所測是否為葉片實際光合作用強度？
光照強度
0
CO2吸
收
CO2
釋
放
A
B
C
呼吸速率
光補償點
光飽和點
凈光合
總光合
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率開始達到最大時外界的光照強度
（限制因素：CO2濃度、溫度等）
D
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
A：只進行呼吸作用
C點之前限制光合作用的因素是光照強度
應用：合理密植；間作套種；適當剪枝
光照強度對光合作用強度的影響
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
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
對應的D點為CO2飽和點
C點之后光合速率的限制因素：
主要為光照強度和溫度。
B點：
C點：
1.多施有機肥或農家肥；
2.溫室栽培植物時還可使用CO2發生器等；
3.大田中還要注意通風透氣。
應用：
CO2 濃度對光合作用強度的影響
CO2釋放
a
思考：點c與A、n與C是否相同？
m與A、n與C相同
CO2濃度
C
CO2補償點
CO2飽和點
溫度對光合作用強度的影響
①原理1：溫度通過影響 影響光合作用。
②曲線分析:
與光合作用有關酶的的活性
AB段 在B點之前，隨著溫度升高，光合速率_____
B點 酶的 溫度，光合速率最大
BC段 隨著溫度升高，酶的活性下降，光合速率 ，50 ℃左右光合速率幾乎為零
增大
最適
減小
“午休”現象
盛夏的中午，溫度高，氣孔大多關閉，植物因為缺少CO2而光合作用強度下降
③原理2：影響氣孔開閉
④應用：農作物增產措施
a 適時播種:
b 溫室栽培：
Ⅰ晴天：
Ⅱ連續陰雨天：
增加晝夜溫差
白天和晚上均降溫
溫度對光合作用強度的影響
N：光合酶及NADPH和ATP的重要組分
P：NADPH和ATP的重要組分
K：促進光合產物向貯藏器官運輸
Mg：葉綠素的重要組分
應用：合理施肥
P～Q的形成原因：
礦質元素過多、土壤溶液濃度過高而導致植物滲透失水萎蔫。
礦質元素對光合作用強度的影響
水對光合作用強度的影響
1.水是光合作用的原料，缺水直接影響光合作用
2.缺水又會導致葉片氣孔關閉，限制CO2進入葉片，從而間接影響光合作用。
缺水
氣孔關閉
限制CO2進入葉片
光合作用受影響
應用：合理澆灌
葉齡和葉面積對光合作用強度的影響
應用：a.合理密植(增加光合作用面積)；b.適當間苗(“套種間作”講的就是這個方面)；
c.修剪以增加有效光合作用面積；d.適當摘除老葉。
多因子變量對光合速率的影響
問：溫度不同或者CO2濃度不同，總光合速率曲線會如何變化？
P點前，制約因素是什么？Q點時，制約因素是什么？
應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同時適當增加CO2濃度，進一步提高光合速率；當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提高光合速率。
請結合光合速率與其影響因素的關系，分析回答下列問題：
(1)圖2中A點和B點的含義分別是什么？
A點是進行光合作用所需CO2的最低濃度，B點是CO2飽和點，即植物光合速率不再隨CO2濃度增加而提高時所對應的最低CO2濃度。
(2)請結合圖1、圖2總結在農業生產上提高作物產量的措施。
合理密植(可以提高光能利用率)、合理通風、施用農家肥或有機肥等。
(3)在圖3中，P點時，限制光合速率的因素是什么？光強度大于Q時，曲線B和C所表示的光合速率不再增加，此時限制因素是什么？
P點時，限制光合速率的因素是光強度(橫軸對應的變量)；光強度大于Q時，限制曲線B和C所表示的光合速率增加的因素是CO2濃度。
(4)水分能影響氣孔的導度，從而影響CO2進入植物體內，另外水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，如植物缺水導致萎蔫，使光合速率下降。試解釋圖4曲線中E點光合強度暫時降低的原因。
溫度過高，蒸騰作用過強，水分丟失過多，導致氣孔導度降低，細胞中CO2的供應減少。
(1)單因素對光合速率的影響
影響因素 曲線 曲線解讀 在生產上的應用
光強度 A點：只進行細胞呼吸；AB段：隨光強度增加，光合速率也逐漸增加；B點(光補償點)：光合速率等于細胞呼吸速率；BC段：光強度不斷加強，光合速率不斷增加，C點對應的光強度為光飽和點 溫室栽培時人工補光，延長光合作用時間；通過輪作，延長全年內單位土地面積上綠色植物進行光合作用的時間
綜合分析各種因素對光合速率的影響
CO2濃度 ①圖1和圖2都表示在一定范圍內，光合速率隨CO2濃度的增加而增大，但當CO2濃度增加到一定范圍后，光合速率不再增加； ②圖1中A點表示光合速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補償點；圖2中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。圖1中的B點和圖2中的B′點都表示CO2飽和點 施用有機肥；溫室栽培植物時，可以適當提高室內CO2濃度；大田生產“正其行，通其風”，即提高CO2濃度，增加產量
綜合分析各種因素對光合速率的影響
溫度 溫度主要通過影響與光合作用有關酶的活性來影響光合速率 增加晝夜溫差，保證植物有機物的積累
綜合分析各種因素對光合速率的影響
(2)多因素對光合速率的影響
①曲線解讀：P點時，限制光合速率的主要因素應為橫坐標所示因素，隨該因素的
不斷增加，光合速率不斷增大；Q點時，橫坐標所示因素不再是影響光合速率的主要因素，若要提高光合速率，可適當提高圖示其他因素的強度。
綜合分析各種因素對光合速率的影響
②應用
a.溫室栽培植物時，在光強度一定的條件下，白天適當升高溫度，可提高與光合作用有關的酶的活性，提高光合速率，同時適當補充CO2濃度，進一步提高光合速率。
b.當溫度適宜時，可適當增加光強度和CO2濃度，以提高光合速率。
綜合分析各種因素對光合速率的影響
跟蹤訓練
3.(2024·杭州高一月考)用打孔器在某植物的葉片上打出多個圓片并用氣泵抽出葉片內氣體直至沉底，然后將等量的葉圓片分別轉移至含有等濃度的NaHCO3溶液的多個培養皿中，然后給予一定的光照，在相同且適宜的條件下，測量不同溫度下的葉圓片全部上浮至液面所需時間平均值，如圖所示。下列說法正確的是
跟蹤訓練
A.上浮至液面所需的時間可反映凈光合速率的相對大小
B.在ab段，隨著水溫的增加，凈光合速率逐漸減小
C.葉片真正光合作用的最適溫度一定位于bc段
D.在cd段，主要是NaHCO3濃度下降，CO2減少導致上浮所需時間延長
√
跟蹤訓練
根據分析葉圓片上浮的原理可知，葉圓片上浮至液面所需時間長短可反映凈光合速率的相對大小，A正確；
ab段，隨著水溫的增加，葉圓片上浮至液面所需時間縮短，說明氧氣產生速率加快，凈光合速率逐漸增大，B錯誤；
跟蹤訓練
葉圓片上浮至液面所需時間長短可反映凈光合速率的相對大小，而真正光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率，由于溫度變化也會影響與細胞呼吸有關酶的活性，所以葉片真正光合作用的最適溫度不一定位于bc段，C錯誤；
不同溫度條件下的實驗組中含有等濃度的NaHCO3溶液，所以在cd段是由于溫度過高，光合作用相關酶的活性降低，導致葉圓片上浮所需時間延長，D錯誤。
跟蹤訓練
4.如圖為有關環境因素對植物光合作用影響的關系圖，下列有關敘述錯誤的是
A.若圖1表示植物陰天時的光合速率，則晴天時，a點左移，b點右移
B.圖2中，若CO2濃度適當增大，則a點左移，b點右移
C.圖3中，CO2濃度由b點變為a點，短時間內葉綠體中三碳酸分子的含量增加
D.圖4中，當溫度高于25 ℃時，光合作用制造的有機物的量開始減少
√
跟蹤訓練
陰天時植物的光合作用強度較低，晴天時光強度增加，光合作用強度增加，故圖1中b點(CO2飽和點)右移，a點(CO2補償點)左移，A正確；
圖2中a點為光補償點，b點為光飽和點，若CO2濃度適當增大，則光合作用強度也隨之增強，所以a點左移，b點右移，B正確；
跟蹤訓練
圖3中，CO2濃度由b點變為a點后，CO2濃度增加，碳反應過程中CO2固定形成三碳酸分子增加，故三碳酸分子的含量相對增加，C正確；
圖4中光照下CO2的吸收量為植物凈光
合量(植物有機物積累量)，黑暗中CO2的釋放量為植物細胞呼吸量，所以當溫度高于25 ℃時，植物光合作用積累的有機物的量開始減少，而不是植物光合作用制造的有機物的量(植物總光合量)開始減少，D錯誤。
夯基礎查落實
1.光反應場所：類囊體膜——光合膜，碳反應場所：葉綠體基質。
2.光反應的物質轉化：
要語必背
3.碳反應的物質轉化
4.光反應為碳反應提供NADPH和ATP；碳反應為光反應提供ADP、Pi和NADP＋。
5.光合作用中的能量轉變：光能→ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能。
6.光合產物的利用：三碳糖在葉綠體內能作為合成淀粉、蛋白質和脂質的原料。大部分三碳糖運至葉綠體外，并且轉變成蔗糖，供植物體所有細胞利用。
7.突然停止光照，相關物質的量變化情況：NADPH、ATP下降、C3增加、C5下降。
8.突然停止CO2，相關物質的量變化情況：NADPH、ATP增加、C3下降、C5增加。
9.光合作用過程中元素的轉移途徑：O元素：H218O→18O2；C元素：14CO2→14C3→14C6H12O6＋14C5；H元素：H2O→NADPH→C6H12O6＋H2O。
10.光強度直接影響光反應速率，光反應產物中NADPH與ATP的量會影響碳反應速率。在一定范圍內，光合速率隨光強度的增加而增加；當光強度升高到一定數值后，光強度再增加，光合速率也不會增加，此時的光強度稱為光飽和點。
11.溫度通過影響光合作用過程，特別是碳反應中酶的催化效率，從而影響光合作用強度。每種植物光合作用都有一個最適溫度。低于該溫度，隨著溫度升高，光合速率加快；超過該溫度，酶的活性減弱或喪失。
12.CO2是碳反應的原料，CO2的濃度直接影響碳反應速率。一定范圍內，空氣中CO2濃度的增加會使光合速率加快。
1.光合作用過程中，ATP移動的方向是 。
2.光反應階段產生的NADPH的作用：_______________________________
。
3.突然停止光照，短時間內葉綠體中C3的含量增加，原因是____________
_____________________________________________________________________________________________________________。
4.在北方的冬暖大棚中施用有機肥的益處：__________________________
___________________________________________________________________________________________________________________________。
長句表達
類囊體膜→葉綠體基質
作為C3還原的還原劑并為C3還原提
供能量
光照突然停止，
光反應階段停止，ATP、NADPH含量降低，C3的還原減少，但CO2的固定仍繼續進行，C3生成繼續，故C3的含量暫時增加
有機肥中的有機物被土壤中的
微生物分解成各種礦質元素，增加了土壤的肥力，另外還釋放出熱量和CO2，增加了大棚內的溫度和CO2濃度，有利于農作物進行光合作用
5.如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時的光合強度不斷增強的原因
是 。
(2)10～12時左右的光合強度明顯減弱的
原因是 。
(3)14～17時的光合強度不斷下降的原因是 。
(4)從圖中可以看出，限制光合作用的因素有 。
(5)依據本題提供的信息，提出提高綠色植物光合強度的一些措施：
__________________________________________________________________________________________________________。
光強度逐漸增大
溫度過高，使氣孔大量關閉，導致細胞中CO2的供應減少
光強度不斷減弱
光強度、溫度
可以利用溫室大棚控制光強度、溫度的方式，如補光、遮陰、增施有機肥、噴淋降溫等，提高綠色植物光合作用強度

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