5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)課件高一上學(xué)期生物人教版必修1

5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化五、光合作用的原理光合作用：綠色植物通過(guò)

，利用

，把

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的

，并且釋放

的過(guò)程。葉綠體光能二氧化碳和水有機(jī)物氧氣（一）光合作用的概念光合作用的實(shí)質(zhì)：合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量（二）光合作用的反應(yīng)式：CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體

6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2注：（CH2O）表示糖類，光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存在糖類等有機(jī)物中的？光合作用釋放的氧氣，是來(lái)自原料中的水還是二氧化碳呢？四、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖甲醛對(duì)植物有毒(甲醛CH2O)初步判斷：氧來(lái)自二氧化碳的可能性較小，較可能來(lái)源于水。19世紀(jì)末1928年探討一光合作用中O2產(chǎn)生的探索四、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1937年希爾反應(yīng)結(jié)果：葉綠體有O2釋放推測(cè)：葉綠體中水的光解產(chǎn)生了氧氣。離體的葉綠體懸浮液（有H2O，沒(méi)有CO2）鐵鹽（或其他氧化劑）O2希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來(lái)自水？不能，反應(yīng)體系中還可能存在其他氧元素供體,也并沒(méi)有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明水的光解與糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？能，因?yàn)閼腋∫褐袥](méi)有CO2，糖類合成時(shí)需要CO2中的碳元素。離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水光解產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。四、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1941年魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)自于H2O，不來(lái)自CO2。同位素標(biāo)記法對(duì)比實(shí)驗(yàn)第一組和第二組產(chǎn)生的O2的相對(duì)分子質(zhì)量的比例為多少？四、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1954年阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)1957年葉綠體合成ATP的過(guò)程，總是與水的光解相伴隨。H2OO2+NADPH+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATP光照下，水光解同時(shí)，可合成ATP。發(fā)現(xiàn)：探討二光合作用中能量的轉(zhuǎn)化ATPNADPHADP+PiNADP+2C3C5O2根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。（四）光合作用過(guò)程葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)H+1、光反應(yīng)階段光合作用第一階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作光反應(yīng)階段。（四）光合作用過(guò)程H2O類囊體薄膜酶Pi＋ADPATPH+NADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素光、色素、多種酶葉綠體類囊體薄膜物質(zhì)轉(zhuǎn)化：水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-NADPH酶光能能量轉(zhuǎn)化:O2、NADPH、ATPATP、NADPH中活躍的化學(xué)能場(chǎng)所：條件：產(chǎn)物：2、暗反應(yīng)階段光合作用第二階段的化學(xué)反應(yīng)，有沒(méi)有光都能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作暗反應(yīng)階段。（四）光合作用過(guò)程CO2

C5

五碳化合物

CO2的固定三碳化合物2C3葉綠體基質(zhì)多種酶糖類ATPNADPH(CH2O)C3的還原ATP、NADPH，需要多種酶葉綠體基質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化：CO2的固定：C3的還原：能量轉(zhuǎn)化:（CH2O）、ADP、Pi、NADP+CO2＋C52C3酶ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATP水解：場(chǎng)所：條件：產(chǎn)物：ATP

ADP+Pi2C3(CH2O)+C5酶糖類NADP+NADPH（3）30秒后檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)到了多種帶14C標(biāo)記的化合物。

實(shí)驗(yàn)方法：CO2C3(CH2O)C5卡爾文循環(huán):1946年開始，美國(guó)的卡爾文等用14CO2研究了CO2轉(zhuǎn)化為糖的途徑：向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2,給予光照（1）光照時(shí)間為幾分之一秒時(shí)發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中。（2）在5秒鐘光照后，卡爾文等檢測(cè)到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).四、光合作用的原理弄清CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物過(guò)程具體途徑：同位素標(biāo)記法ATPNADPHADP+PiNADP+2C3C5O2根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。（四）光合作用過(guò)程葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)H+3.光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間的聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供

，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供_____________________。NADPH和ATPADP和Pi、NADP＋

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段場(chǎng)所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系過(guò)程項(xiàng)目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶多種酶光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料4、光反應(yīng)和暗反應(yīng)比較練習(xí)二.對(duì)某植株做如下處理：（甲）持續(xù)光照10分鐘；（乙）光照5秒，再暗處理5秒，連續(xù)交替20分鐘。若其他條件不變，則在甲、乙兩種情況下，植株所制造的有機(jī)物總量是：（）A、甲>乙B、甲<乙C、甲=乙D、無(wú)法確定B解析：光照后，光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和還原氫還能維持暗反應(yīng)進(jìn)行幾秒鐘，所以甲只進(jìn)行了10分鐘的暗反應(yīng)，而乙相當(dāng)于進(jìn)行了20分鐘，制造的有機(jī)物比甲多。練習(xí)1.光合作用過(guò)程中，葉綠體中消耗ATP和產(chǎn)生ATP的部位依次為()①外膜②內(nèi)膜③基質(zhì)④類囊體膜A.③②B.③④C.①②D.④③B光合作用21.NADPH和ATP的移動(dòng)途徑(路線或移動(dòng)方向)是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。2.NADP+和ADP的移動(dòng)途徑(路線)呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。3.NADPH的作用？①活潑的還原劑；②儲(chǔ)存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。H+光合作用中元素的轉(zhuǎn)移2①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2光合作用2葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHCO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱CO2濃度減少來(lái)源—去路法分析物質(zhì)含量的變化減少增加減少減少增加減少增加減少規(guī)律總結(jié)：①C3和C5的變化

；②C5和NADPH、ATP的變化

；③(CH2O)變化：對(duì)光合作用不利，(CH2O)合成

，反之則

。相反一致增多減少例.將植物栽培在適宜的光照、溫度和充足的C02條件下。（1）.如果將環(huán)境中C02含量突然降至極低水平，此時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3化合物、C5化合物變化情況依次是（）A.上升；下降B.下降；上升C.下降；下降D.上升；上升（2）.如果將植株突然移到黑暗條件下，此時(shí)葉肉細(xì)胞內(nèi)的C3化合物、C5化合物變化情況依次是（）A.上升；下降B.下降；上升C.下降；下降D.上升；上升BA拓展：化能合成作用能夠利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。

2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌CO2+H2O(CH2O)+O2能量思考：進(jìn)行化能合成作用的生物屬于自養(yǎng)還是異養(yǎng)生物？異養(yǎng)生物：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)

維持自身的生命活動(dòng)。自養(yǎng)生物：以無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)。硝化細(xì)菌光能自養(yǎng)(光合作用)化能自養(yǎng)(化能合成作用)3.表示方法：固定或者利用CO2的量制造或產(chǎn)生有機(jī)物（糖類）量產(chǎn)生或消耗O2的量單位時(shí)間內(nèi)光合作用CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類的數(shù)量。五、光合作用影響因素及應(yīng)用直接關(guān)系農(nóng)作物的產(chǎn)量，研究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素很有現(xiàn)實(shí)意義。光合作用強(qiáng)度1.概念：2.意義：自變量：光照強(qiáng)弱因變量：光合作用強(qiáng)度相同時(shí)間小圓形葉片浮起的數(shù)量用5W的LED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)度控制方法：檢測(cè)方法：葉片含有空氣，上浮葉片下沉O2充滿細(xì)胞間隙，葉片上浮抽氣光合作用產(chǎn)生O2實(shí)驗(yàn)原理：①實(shí)驗(yàn)葉片：同種、生長(zhǎng)狀況相同、小圓形葉片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：無(wú)關(guān)變量：等量，相同濃度探究環(huán)境因素（光照強(qiáng)度）對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度，有氧氣釋放。強(qiáng)、中、弱數(shù)量甲乙丙葉片浮起數(shù)量多葉片浮起數(shù)量中葉片浮起數(shù)量少?gòu)?qiáng)中弱

分別將10片葉圓片投入3只盛20mLNaHCO3的小燒杯中并調(diào)整40W臺(tái)燈距離（10、20、30CM）

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)。[實(shí)驗(yàn)結(jié)論][實(shí)驗(yàn)結(jié)果]光照越強(qiáng)，燒杯內(nèi)圓形小葉片浮起的數(shù)量越多。實(shí)際光合速率=凈光合速率+呼吸速率O2CO2O2CO2較強(qiáng)光照時(shí)（可以測(cè)得）（可以測(cè)得）據(jù)圖分析，實(shí)驗(yàn)所測(cè)是否為葉片實(shí)際光合作用強(qiáng)度？實(shí)際光合速率又叫真正光合作用速率，或總光合作用速率。只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，CO2釋放量表明此時(shí)的呼吸強(qiáng)度。光補(bǔ)償點(diǎn)，即光合作用強(qiáng)度=細(xì)胞呼吸強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度。光合作用強(qiáng)度最大。C點(diǎn)之前限制光合作用因素是光照強(qiáng)度，C點(diǎn)之后限制因素是CO2、溫度等。光合<呼吸光合>呼吸光飽和點(diǎn)，植物達(dá)到最大光合速率所需要的最小光照強(qiáng)度。（1）光照強(qiáng)度CO2吸收量CO2釋放量光照強(qiáng)度OAD`光飽和點(diǎn)B凈光合速率呼吸速率總光合速率光補(bǔ)償點(diǎn)C光合作用強(qiáng)度達(dá)到最大值，達(dá)到飽和。（三）影響光合作用的因素A點(diǎn)：AB段：B點(diǎn)：BC段：C點(diǎn)：D點(diǎn)：①曲線分析A:只進(jìn)行呼吸作用B：光合作用=呼吸作用細(xì)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②原理：光直接影響光反應(yīng)階段，制約NADPH和ATP的生成，進(jìn)而制約暗反應(yīng)階段。1.光照強(qiáng)度（三）影響光合作用的因素③生產(chǎn)應(yīng)用a.陰雨天適當(dāng)補(bǔ)充光照，及時(shí)對(duì)大棚除霜消霧。b.陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合速率等于呼吸速率時(shí)的光照強(qiáng)度)和光飽和點(diǎn)(光合速率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小光照強(qiáng)度)一般都比陽(yáng)生植物低，注意間作套種時(shí)農(nóng)作物的種類搭配、林帶樹種的配置。一天的時(shí)間光合作用效率O光照強(qiáng)度121311光合作用效率與光照強(qiáng)度、時(shí)間的關(guān)系A(chǔ)BCDE101514光合作用速率1、AB曲線段是什么意思？2、BC點(diǎn)光合作用為什么減弱？3、DE曲線段光合作用強(qiáng)度減弱的原因？4、光照強(qiáng)度越強(qiáng)，光合作用效率越強(qiáng)嗎？思考溫度高，蒸騰作用過(guò)強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足光照強(qiáng)度不斷減弱光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)不是(2)CO2濃度①原理：影響暗反應(yīng)階段，制約C3化合物的生成。②曲線分析：圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn)，即光合速率等于呼吸速率時(shí)的CO2濃度，圖2中A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B和B′點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)(光合速率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小CO2濃度)。③應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過(guò)“正其行，通其風(fēng)”、增施農(nóng)家肥等措施增大CO2濃度，提高光合速率。(3)溫度①原理：溫度主要通過(guò)影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合速率。②曲線分析AB段：隨著溫度升高，光合作用強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。B點(diǎn)：光合作用最適溫度下的光合作用強(qiáng)度。BC段：隨著溫度升高，光合作用強(qiáng)度逐漸減弱；溫度過(guò)高時(shí)，酶變性失活，光合作用完全停止。③應(yīng)用：冬季溫室栽培，白天可適當(dāng)提高溫度，晚上可適當(dāng)降低溫度，以降低細(xì)胞呼吸消耗有機(jī)物。(4)光質(zhì)①原理：光合作用強(qiáng)度與光質(zhì)(不同波長(zhǎng)的光)有關(guān)，在可見光光譜的范圍內(nèi)，不同波長(zhǎng)的光下，光合作用效率是不同的。白光為復(fù)合光，光合作用能力最強(qiáng)。紅光、藍(lán)紫光下植物的光合作用強(qiáng)度較大，綠光下植物的光合作用強(qiáng)度最弱。②應(yīng)用：無(wú)色透明的塑料薄膜，日光中各色光均能透過(guò)，有色塑料薄膜主要透過(guò)同色光，所以溫室大棚用無(wú)色塑料薄膜最有效。葉綠素對(duì)綠光吸收最少，因此溫室大棚用綠色塑料薄膜，植物的光合效率最低。(5)水分和無(wú)機(jī)鹽①原理：缺水時(shí)氣孔導(dǎo)度下降，影響CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞；葉片淀粉水解減弱，糖類堆積，光合產(chǎn)物輸出減慢。因此，植物體水分減少使光合速率下降。N是各種酶以及NADPH和ATP的重要組成成分；P是NADPH和ATP的重要組成成分；Mg是葉綠素的重要組成成分；K對(duì)光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化起促進(jìn)作用。②應(yīng)用：預(yù)防干旱，合理灌