5.4.2 光合作用的原理和應用 課件 高一上學期生物人教版必修1

5.4.2光合作用與能量轉化二、光合作用的原理和應用O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質類囊體色素酶溫故知新

在葉綠體內部類囊體的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體薄膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。葉綠體是綠色植物進行光合作用的細胞器。光合作用綠色植物通過

，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.(P104)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？探索光合作用原理的部分實驗資料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。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)1928年，科學家發(fā)現(xiàn)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。一、光合作用的原理資料2：1937年，英國科學家希爾。希爾發(fā)現(xiàn)，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(fā)生水的光解，產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。

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？O2H+離體的葉綠體懸浮液思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底來自H2O還是CO2？如何設計實

驗進行探究？同位素示蹤法

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(lián)，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3：1941年，美國科學家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)

用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同

位素18O分別標記成H218O和C18O2。然后，進行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2討論3.分析魯賓和卡門做的實驗得出什么結論？對比實驗相互對照資料4：1954年，美國科學家阿爾農發(fā)現(xiàn)，在光照下，當向反應體系供

給ADP、Pi時，會有ATP產生。同樣方法處理四只試管，只有1號有

ATP產生。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。討論4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。H2OO2+H++能量光照葉綠體ADP+PiATP思考：從該實驗，你能得出什么結論？ATP的合成場所：類囊體；合成條件：需光（酶）光合作用的過程

光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。光合作用的過程十分復雜，它包括一系列化學反應，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暗反應（現(xiàn)在也稱為碳反應）兩個階段。O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質嘗試敘述光合作用的光反應過程1.光反應階段ATPADP+Pi酶O2NADP++H+H2O光解光反應階段類囊體薄膜NADPH相關信息水分解為氧和H+的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經傳遞，可用于NADP+與H+結合形成NADPH。3）物質變化:4）能量轉化:2）條件：1）場所：①水的光解：③ATP的合成：②NADPH的合成：光能→ATP和NADPH中的活躍化學能葉綠體的類囊體薄膜光、色素、酶1.光反應階段ADP+Pi+能量ATP酶→NADP++H++2e-→NADPHH2OO2+H+

光→光反應為暗反應提供了哪些條件？資料5：

20世紀40年代，美國科學家卡爾文等用小球藻做了這樣的實驗：情境1：向反應體系中充入一定量的14CO2，光照30秒后檢測產物，檢測到

了多種帶14C標記的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和

六碳糖(C6)。

（小球藻是一種單細胞的綠藻）

如何確定二氧化碳中的C先轉移到C3、C5和C6中的哪個化合物呢？縮短反應時間情境2：反應進行到5秒光照時，卡爾文等檢測到同時含有放射性的C5化合

物和C6化合物?？s短工作時間到幾分之一秒時，90%以上的放射性14C集中在一種C3化合物上。資料5：

卡爾文等用小球藻做了這樣的實驗：1、大致描述CO2轉化成有機物過程中，C的轉移途徑。CO2C3(CH2O)C52、CO2與什么物質結合形成C3?實驗發(fā)現(xiàn)，在光照條件下，突然降低CO2的濃度，C3和C5含量有如右圖變化：C5C3結論：CO2與C5結合形成C3化合物上述資料表明

光合作用吸收的二氧化碳與C5結合形成C3，C3經過一系列變化，轉化為糖類的同時又形成C5。這些C5又參與C3的形成。這樣，C5到C3再到C5的循環(huán)，可以源源不斷進行下去。所以暗反應也稱為卡爾文循環(huán)（碳循環(huán)）。小結

這一階段光合作用的相關化學反應，有光無光都能進行，所以這個階段叫做暗反應階段。

阿爾農發(fā)現(xiàn)，在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能

將CO2轉化為糖類，同時ATP和NADPH含量急劇下降。1、卡爾文循環(huán)呈現(xiàn)有機物的形成過程，與前面水的光解產生氧氣

過程是否存在一定聯(lián)系？2、ATP和NADPH參與生成C5和C6的過程。那光能是經過怎樣的轉化

儲存到糖類中的？水的光解為卡爾文循環(huán)提供了ATP和NADPH光能首先被光合色素吸收，轉化成ATP、NADPH中的化學能，再轉移到糖類等有機物中。資料6：H2OO2+H++能量光照葉綠體ADP+Pi

ATPNADP+

+H+

+e

NADPH

完善光合作用的示意圖。2C3CO2（CH2O）多種酶參加反應固定暗反應階段葉綠體基質還原C52、暗反應階段3)物質變化:4)能量轉化:2)條件：1)場所：葉綠體基質多種酶、CO2ATP和NADPH的水解CO2的固定：CO2+C5→2C3

酶C3的還原：2C3C5+(CH2O)酶

ATP、NADPHATP和NADPH中的活躍化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能2、暗反應階段相關信息：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）O2H+NADPHNADP+ADP+PiATPC3C5(1)光合作用的過程填一填

光反應階段暗反應階段（卡爾文循環(huán)）場所條件物質變化能量變化聯(lián)系項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質光、色素、酶有光無光都可，多種酶光能→ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能光反應為暗反應提供ATP和NADPH暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

色素、酶2H2O

O2+4H+光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H+

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH(2)思考?討論---光反應階段與暗反應階段的區(qū)別和聯(lián)系條件光照減弱

光照增強

CO2濃度減少

CO2濃度增加C3C5ATPNADPH增加減少減少增加減少增加增加減少減少增加增加減少減少增加增加減少(3)光照強度與CO2濃度改變引起的C3、C5、ATP、NADPH含量變化牛刀小試：適宜條件下，如果環(huán)境中CO2含量突然降至極低水平，葉肉細胞

的C3、C5和ATP含量的變化依次是：A、上升、下降、上升B、下降、上升、下降C、下降、上升、上升D、上升、下降、下降C1、請分析植物突然停止光照后，短時間內其體內的[H]和ATP,C3化合

物和

C5化合物的含量如何變化？停止光照光反應停止2、請分析光下的植物突然停止CO2的供應后，短時間內其體內的[H]

和ATP，C3化合物和C5化合物的含量如何變化？[H]

↓

ATP↓C3還原受阻;CO2固定繼續(xù)C3

↑

C5↓CO2↓CO2固定停止；C3還原繼續(xù)進行C3↓C5↑議一議光合作用強度

的表示方法：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二

、光合作用原理的應用二

、光合作用原理的應用探究光照強度對光合作用強度的影響探究?實踐1.實驗原理：根據單位時間小圓形葉片浮起的數(shù)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O2O2充滿細胞間隙2.材料用具：打孔器、5WLED臺燈、米尺、燒杯、綠葉等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(shù)量?；蛏细∠嗤瑪?shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間?！綥ED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(jié)光源與燒杯的距離）去照射葉片?！糠椒ú襟E：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

能夠利用體外環(huán)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(shù)種類的細菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細菌6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O能量化能合成作用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探究影響光合作用強度的因素氣孔開閉情況1.光照強度呼吸速率（用CO2增加量;O2減少量;有機物的減

少量表示）凈光合速率（表觀光合速率）

用O2釋放量;CO2吸收量;有機物積累量;

有機物增加量表示真正光合速率（實際光合速率）

用CO2固定（消耗）量;O2產生量;有機物產生（制造）量表示AC段限制光合速率的因素是光照強度C點之后限制光合速率的因素是CO2濃度或者酶的活性等CO2O2A點：（黑暗時）只進行呼吸作用O2CO2AB段：光合速率<呼吸速率B點：光補償點，光合速率=呼吸速率BC段：光合速率〉呼吸速率O2CO21.光照強度C點時達到了光飽和點，受限于CO2濃度等因素溫度過高，為減少蒸騰作用，氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)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---拓展應用1】光照強度、CO2濃度、水等從圖中可以看出，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

。增加光照強度、合理密植、合理灌溉1.AD段玻璃罩內CO2濃度增加的原因是____________________；2.DH段玻璃罩內CO2濃度下降的原因是____________________；3.HI段玻璃罩內CO2濃度增加的原因是_____________________；4.光合速率等于呼吸速率的點是_________；5.經過一晝夜的時間，該植物是否生長？____。判斷的依據是______________________________________________________________。思考光合速率＜呼吸速率光合速率＜呼吸速率光合速率＞呼吸速率D、H是I和A點相比，玻璃罩內CO2濃度減少，減少的CO2轉化成有機物積累在植物體內據曲線作答2：如圖是密閉玻璃罩內的植物一天中光合速率的變化曲線圖。光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的釋放量曲線c：凈光合速率曲線d：呼吸速率E點：凈光合速率等于呼吸速率總光合速率是凈光合速率的2倍曲線a、b的差值：凈光合作用強度光合作用強度=呼吸作用強度D點：凈光合作用強度為0曲線分析3真正光合速率=呼吸速率+凈光合速率（1）光質對光合作用速率的影響：白光

>紅光>藍紫光>綠光（2）若圖示為陽生植物光合速率圖，換為陰生植物后，B點左移，

若缺Mg,則B點右移（3）應用①適當增加光照強度

②不同植物采取不同光