3.5 光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（第二課時(shí)）-高一上學(xué)期生物浙科版必修1

1、光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（二）課程導(dǎo)入CO2CO2CO2CO2O2O2O2光合作用的過(guò)程不需要光照光照葡萄糖等有機(jī)物CO2碳反應(yīng)光反應(yīng)H2O三碳糖O2一、光合作用受環(huán)境因素的影響（一）概念理解1. 光合速率（光合強(qiáng)度）指一定量的植物（如一定的葉面積）在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多少光合作用，如釋放多少氧氣、消耗多少二氧化碳。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多少光合作用2. 表觀光合速率與真正光合速率 在光照條件下，人們測(cè)得的CO2吸收量是植物從外界環(huán)境吸收的CO2總量，稱(chēng)為表觀光合速率，又稱(chēng)凈光合速率。 真正光合速率是指植物在光照條件下，植物從外界環(huán)境中吸收的CO2的量，加上細(xì)胞呼吸釋放的CO2的量，即植物實(shí)際所同化的C

2、O2的量，又稱(chēng)總光合速率。表觀光合速率小于真正光合速率。真正光合速率 = 表觀光合速率 + 呼吸速率線粒體葉綠體O2CO2CO2O2C6H12O6 +6O2+ 6H2O 6CO2+ 12H2O 6CO2+12H2O C6H12O6 +6O2+ 6H2O 光葉綠體酶（三）活動(dòng)：探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響 影響光合作用強(qiáng)度的因素有很多，可以選擇其中某種因素，探討它與光合作用的強(qiáng)度有什么關(guān)系。你可以參考以下案例的思路，決定自己要探究的環(huán)境因素和實(shí)驗(yàn)方案。探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。參考案例打孔器，注射器，5WLED臺(tái)燈，米尺，燒杯，綠葉（如菠菜、吊蘭等）。材料用具方法步驟1. 取生長(zhǎng)旺盛的綠

3、葉，用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片（避開(kāi)大的葉脈）。2. 將圓形小葉片置于注射器內(nèi)。注射器內(nèi)吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留的空氣后，用手指堵住注射器前端的小孔并緩慢地拉動(dòng)活塞，使圓形小葉片內(nèi)的氣體溢出。這一步驟可能需要重復(fù)23次。處理過(guò)的小葉片因?yàn)榧?xì)胞間隙充滿了水，所以全部沉到水底。3. 將處理過(guò)的圓形小葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。4. 取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（可以事先通過(guò)吹氣的方法補(bǔ)充CO2，也可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%2%的NaHCO3溶液來(lái)提供CO2）。5. 向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，然后分別置于強(qiáng)、中、弱三種光照下。實(shí)驗(yàn)中，可用5W的LED

4、燈作為光源，利用小燒杯與光源的距離來(lái)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度。6. 觀察并記錄同一時(shí)間段內(nèi)各實(shí)驗(yàn)裝置中圓形小葉片浮起的數(shù)量。ABC葉片浮起數(shù)量多葉片浮起數(shù)量中葉片浮起數(shù)量少 在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)(小圓形葉片產(chǎn)生的O2多，浮起的多。)實(shí)驗(yàn)結(jié)果思考：若測(cè)得一植物1小時(shí)釋放O2 10mL，這是不是該植物1小時(shí)中光合作用產(chǎn)生的全部O2?線粒體葉綠體O2釋放O2（可以測(cè)得）葉肉細(xì)胞光合作用產(chǎn)生的O2=釋放到空氣中的O2+呼吸作用消耗的O2（四）影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素 6CO2 + 12H2O光能葉綠體C6H12O6+ 6H2O + 6O2原料條件產(chǎn)物 濃度 水 分 光強(qiáng)度

5、溫 度CO21. 光強(qiáng)度光強(qiáng)度光合速率O光合速率隨光強(qiáng)度的增加而增加，但在強(qiáng)度達(dá)到全日照之前，光合作用已達(dá)到光飽和點(diǎn)時(shí)的速率，即光強(qiáng)度再增加，光合速率也不會(huì)增加。光飽和點(diǎn)遮陰全日照0O2釋放O2吸收ABC光強(qiáng)度呼吸速率表觀光合速率真正光合速率CO2吸收CO2釋放光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)真正光合速率 = 表觀光合速率 + 呼吸速率為什么光照到達(dá)C點(diǎn)后，光合強(qiáng)度就不再增強(qiáng)?C點(diǎn)后的主要限制因素：CO2濃度、溫度等AB光強(qiáng)度0吸收CO2陽(yáng)生植物陰生植物B：光補(bǔ)償點(diǎn)C2：光飽和點(diǎn)C1釋放CO2光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)：陽(yáng)生植物 陰生植物C2藍(lán)紫光、紅光綠光最強(qiáng)：最弱：光質(zhì)（綠葉中的色素對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收量不同）溫室

6、大棚中應(yīng)該選擇：選用無(wú)色透明的塑料薄膜補(bǔ)充人工光源(藍(lán)紫光和紅光)2. 溫度溫度光合速率O 溫度光合作用是酶促反應(yīng)，其速率受溫度影響，一定范圍內(nèi)隨溫度的升高而加快。光合作用對(duì)溫度比較敏感，溫度過(guò)高則酶的活性減弱或喪失，所以光合作用有一個(gè)最適溫度。最適溫度溫帶植物25通過(guò)影響酶的作用影響光合作用在生產(chǎn)上應(yīng)用： 在大棚生產(chǎn)中常常采用白天適當(dāng)升溫（保證光合作用正常進(jìn)行），晚上適當(dāng)降溫（降低呼吸酶的活性）。3. CO2濃度CO2濃度光合速率OCO2直接影響碳反應(yīng)速率。空氣中CO2濃度的增加會(huì)使光合速率加快。直接影響碳反應(yīng)速率大氣中的二氧化碳的濃度約為0.035%，當(dāng)著一濃度增加至1%以?xún)?nèi)時(shí)，光合速率會(huì)

7、隨二氧化碳濃度的增加而增加，超過(guò)后植物不但不會(huì)增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影響植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育。4. 礦質(zhì)元素合理施肥應(yīng)用：N：P：Mg：是ATP的組成元素是葉綠素的組成元素是ATP的組成元素是磷脂的組成元素是葉綠素的組成元素光合作用中各種酶的組成元素5. 水水是光合作用的原料 缺水導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，CO2吸收減少，從而影響碳反應(yīng)。 水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用。缺水還會(huì)導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進(jìn)入葉片，從而間接影響光合速率。 710時(shí)光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)的原因是在一定溫度和二氧化碳供應(yīng)充足的情況下，光合作用的強(qiáng)度是隨著光照加強(qiáng)而增強(qiáng)的。 在10-12時(shí)左右

8、光合作用強(qiáng)度明顯減弱，是因?yàn)榇藭r(shí)溫度很高，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)減少，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度明顯減弱。 1417時(shí)光合作用強(qiáng)度不斷下降的原因，是因?yàn)榇藭r(shí)光強(qiáng)度不斷減弱。光合作用強(qiáng)度時(shí)刻光強(qiáng)度光合速率O低溫低CO2百分含量高CO2百分含量高溫6. 各種環(huán)境因素對(duì)光合作用的綜合影響 光強(qiáng)度、溫度和CO2濃度對(duì)光合作用的影響是綜合性的。在溫度較高或CO2濃度較高的情況下，光強(qiáng)度對(duì)光合速率的影響就比較顯著，而任何一個(gè)因素的減弱都可能限制光合作用。例如，在氣候寒冷時(shí)，日光再?gòu)?qiáng)，植物也不能以最快的速率生長(zhǎng)，因?yàn)榈蜏叵拗屏斯夂献饔?。仙人掌?lèi)植物不能在森林中生長(zhǎng)，是因?yàn)樗鼈冃枰罅康墓猓种泄?/p>

9、照不足。葉綠體處于不同條件下三碳糖、五碳糖、NADPH、ATP以及糖類(lèi)合成量的動(dòng)態(tài)變化條件三碳酸五碳糖NADPH、ATP糖類(lèi)合成量停止光照、CO2供應(yīng)不變突然光照、CO2供應(yīng)不變光照不變、停止CO2供應(yīng)光照不變、CO2供應(yīng)增加光照和CO2不變、糖類(lèi)輸出受阻增加減少減少減少減少增加增加增加減少增加增加減少增加減少減少增加增加減少增加減少提高農(nóng)作物光合強(qiáng)度的措施： 注意多用一些適當(dāng)、適量、合理等字眼1、適當(dāng)提高光照強(qiáng)度、延長(zhǎng)光照時(shí)間3、適當(dāng)提高CO2濃度（施農(nóng)家肥，通風(fēng)，用CO2發(fā)生器）4、適當(dāng)提高溫度（白天升溫，晚上降溫）5、適當(dāng)增加植物體內(nèi)的含水量（合理澆水）6、適當(dāng)增加礦質(zhì)元素的含量（合理施

10、肥）2、合理密植拓展提升光合作用的早期研究 早在18世紀(jì)，科學(xué)家就已發(fā)現(xiàn)了光合作用。發(fā)現(xiàn)光合作用的是英國(guó)科學(xué)家普利斯特利，但他當(dāng)時(shí)并不知道光是必需的。荷蘭的英格豪斯幾年后證明了光合作用必須在光下才能發(fā)生。此后，許多科學(xué)家對(duì)光合作用進(jìn)行了多方面的研究，取得了一些成就，但對(duì)光合作用實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)進(jìn)展不大。 對(duì)光合作用實(shí)質(zhì)的認(rèn)識(shí)開(kāi)始于20世紀(jì)初期，那時(shí)的研究方法只是在各種不同條件下進(jìn)行光合速率的測(cè)定。英國(guó)科學(xué)家伯萊克曼在這方面做出了突出的貢獻(xiàn)。他在做了大量測(cè)定之后，發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)光合作用的影響與光強(qiáng)度有很大關(guān)系。光強(qiáng)度高時(shí)，光合速率在一定溫度范圍內(nèi)隨溫度的升高而增加；光強(qiáng)度低時(shí)，光合速率與溫度似乎無(wú)關(guān)。由此

11、他推斷出光合作用包括一個(gè)依賴(lài)于光的反應(yīng)和一個(gè)與光無(wú)關(guān)的反應(yīng)，也就是說(shuō)，光合作用包括光反應(yīng)和碳反應(yīng)。 在伯萊克曼的啟發(fā)下，德國(guó)的瓦爾堡設(shè)法把光合作用的光反應(yīng)、碳反應(yīng)分開(kāi)。他的辦法是在“間歇光”下測(cè)定光合作用。間歇光是一種人工光源，能夠?qū)崿F(xiàn)極短時(shí)間的照光與極短時(shí)間的黑暗輪番交替，光和暗的時(shí)間均為十分之幾或百分之幾秒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)；一定量的光，間歇照射比連續(xù)照射的效率要高。以后的實(shí)驗(yàn)證明，光反應(yīng)的速率比碳反應(yīng)的速率快得多，而且光反應(yīng)與溫度無(wú)關(guān)。光合作用中存在光反應(yīng)和碳反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)對(duì)于之后的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。 19世紀(jì)，人們雖然已認(rèn)識(shí)到葉綠體是發(fā)生光合作用的場(chǎng)所，但證據(jù)并不充分。1937年，英國(guó)的科學(xué)家

12、希爾（R.Hill，1899-1991）用分離的葉綠體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明在有氧化劑（如高鐵鹽）存在時(shí)，水可在光照條件下被氧化為O2。這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅直接證明了葉綠體是光合作用的細(xì)胞器，而且證明了光合作用所釋放的氧來(lái)自于水。 20世紀(jì)40年代，利用氧同位素的示蹤技術(shù)證明了光合作用中所釋放的氧來(lái)自于水，而水的光氧化才是光合作用的光反應(yīng)。光照射下的小球藻懸液C18O2CO2H2OH218OO218O2 1945年以后，碳的放射性同位素14C被發(fā)現(xiàn)，于是卡爾文想到，如果讓植物以14C標(biāo)記的二氧化碳為原料進(jìn)行光合作用，然后尋找14C轉(zhuǎn)變的途徑，就可以解決光合作用中的重要問(wèn)題了。于是他和同事們進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)多年的

13、努力，于1954年完全闡明了光合作用中碳的轉(zhuǎn)變途徑，即卡爾文循環(huán)。 光合作用中產(chǎn)生ATP的機(jī)制、光系統(tǒng)和光系統(tǒng)、光呼吸、C-4植物等，都是20世紀(jì)70年代以后的研究成果。目前的研究熱點(diǎn)之一是光系統(tǒng)的細(xì)微結(jié)構(gòu)。希望在不久的將來(lái)，人類(lèi)可以進(jìn)一步闡明光合作用的機(jī)理?？栁难h(huán)鞏固練習(xí)1. 下列關(guān)于光合作用過(guò)程中光反應(yīng)和碳反應(yīng)的理解，正確的是（）A. 光反應(yīng)只能在有光條件下進(jìn)行，碳反應(yīng)只能在黑暗中進(jìn)行B. 光反應(yīng)是在葉綠體類(lèi)囊體上進(jìn)行，碳反應(yīng)只能在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行C. 影響光反應(yīng)的外界因素僅有光照強(qiáng)度，影響碳反應(yīng)的外界因素只是CO2濃度D. 光反應(yīng)為碳反應(yīng)提供NADPH和ATP，碳反應(yīng)需要不止一種酶的

14、催化D2. 高溫?zé)岷?huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降，其原因不可能是（）A. 高溫?zé)岷κ姑富钚韵陆礏. 高溫?zé)岷κ构夂仙睾拷档虲. 高溫?zé)岷κ箽饪钻P(guān)閉D. 高溫?zé)岷κ构鈴?qiáng)度降低D3. 如圖所示為在溫度適宜的條件下，光強(qiáng)度和CO2濃度對(duì)某植物光合作用速率的影響。下列敘述錯(cuò)誤的是（）A. 曲線中a點(diǎn)轉(zhuǎn)向b點(diǎn)時(shí)，光反應(yīng)增強(qiáng)，碳反應(yīng)增強(qiáng)B. 曲線中b點(diǎn)轉(zhuǎn)向d點(diǎn)時(shí)，葉綠體中C5的含量降低C. 曲線中c點(diǎn)的限制因素可能是葉綠體中酶的數(shù)量，與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)D. 在一定范圍內(nèi)增加光照和CO2濃度有利于提高光合速率B光合作用速率光強(qiáng)度4. 科學(xué)家向小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2，給予實(shí)驗(yàn)裝置不同時(shí)間光照，結(jié)果如表所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)

15、結(jié)果分析，下列敘述錯(cuò)誤的是（）A. 碳反應(yīng)最初形成的主要是3磷酸甘油酸（三碳化合物）B. 本實(shí)驗(yàn)利用小球藻研究的是光合作用的碳反應(yīng)階段C. 3磷酸甘油酸可直接轉(zhuǎn)化成氨基酸、有機(jī)酸等D. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明小球藻光合作用產(chǎn)物是糖類(lèi)和氨基酸、有機(jī)酸等C實(shí)驗(yàn)組別光照時(shí)間（s）放射性物質(zhì)分布12大量3磷酸甘油酸（三碳化合物）22012種磷酸化糖類(lèi)360除上述12種磷酸化糖類(lèi)外，還有氨基酸、有機(jī)酸等5. 棉花的光強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度之間的關(guān)系如右下圖所示，該曲線是實(shí)測(cè)一片葉子在不同光強(qiáng)度條件下的CO2吸收和釋放的情況。你認(rèn)為下列四個(gè)選項(xiàng)中，細(xì)胞中發(fā)生的情況與曲線中A、B、C三點(diǎn)相符的是（ ）A. B. C. D. C吸收釋放光強(qiáng)度6. 為了探明臭柏幼苗在遮蔭處理下的光合特性，通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了75%遮蔭處理下臭柏的葉面積、葉綠素含量等生理指標(biāo)。75%遮蔭自然條件株葉面積（cm2