光合作用.ppt

1、光合作用,一、光合作用的概念,范圍：綠色植物（葉綠體），具有光合色素的生物（藍(lán)藻，褐藻等） 條件：光照 場(chǎng)所：葉綠體內(nèi) 反應(yīng)物：二氧化碳、水 產(chǎn)物：有機(jī)物（糖類、脂類、某些氨基酸）、氧氣 能量轉(zhuǎn)換：光能轉(zhuǎn)化換為有機(jī)物中的化學(xué)能 酶：多種酶的參與（類囊體上光反應(yīng)有關(guān)的酶 葉綠體基質(zhì)中暗反應(yīng)有關(guān)的酶）,1771年，英，普里斯特利的實(shí)驗(yàn),1864年，德，薩克斯的實(shí)驗(yàn),1880年，美，恩吉爾曼的實(shí)驗(yàn),20世紀(jì)30年代，美，魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn),1779年，荷，英格豪斯的實(shí)驗(yàn),二、光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程,圖A,圖B,圖C,圖D,干燥土壤 90.8kg,小柳樹 2.3kg,只用雨水澆灌,五年后柳樹長(zhǎng)大,土壤烘干后

2、稱重,1、海爾蒙特實(shí)驗(yàn),植物生長(zhǎng)所需的原料來自于水,結(jié)論：植物可以更新空氣,1、如果僅從C和D兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊竦贸鼋Y(jié)論？ 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，對(duì)照是實(shí)驗(yàn)控制的手段之一，目的為消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。通常實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組，是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組；對(duì)照組是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組。由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無關(guān)變量的影響是相同的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之差異則可認(rèn)定是來自實(shí)驗(yàn)變量的效果。 空白對(duì)照、 自身對(duì)照、 條件對(duì)照、相互對(duì)照,2、普里斯特利實(shí)驗(yàn)引出的問題 人們紛紛重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)時(shí)，得到的結(jié)果卻不太一樣，有時(shí)綠色植物能把壞空氣變好，有時(shí)卻不能，甚至小白鼠死得更快，同一個(gè)實(shí)驗(yàn)卻得出不同結(jié)論，

3、問題出現(xiàn)在什么呢？ 荷蘭醫(yī)生英格豪斯把目光瞄準(zhǔn)在太陽光照上，他認(rèn)為植物能夠更新空氣必需要有陽光，因此他設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單卻能夠充分說明問題的實(shí)驗(yàn)，我們從這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅要知道實(shí)驗(yàn)的過程，更要掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般過程。,結(jié)論1：只有在光下 植物才能更新空氣。,結(jié)論2：植物體的綠葉在光下才能更新空氣。,英格豪斯實(shí)驗(yàn),3、薩克斯實(shí)驗(yàn),（置于暗處48小時(shí)） 思考：目的是什么？,使葉子里的淀粉消耗完，避免影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,這個(gè)過程叫脫色，這樣做的目的是？為什么要用酒精？,使葉子中的葉綠素溶解，避免遮擋反應(yīng)的顏色。 葉綠素只溶解在有機(jī)溶劑中，如酒精，丙酮等。,驗(yàn)證：,分別用碘蒸汽處理葉片，發(fā)現(xiàn)遮光的沒有變成藍(lán)色，曝

4、光的則呈現(xiàn)深藍(lán)色。,光合作用需要光，光合作用能產(chǎn)生淀粉。,4、1880年，恩格爾曼(C.Engelmann)的實(shí)驗(yàn)：,1.恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么?,2.為什么甲組要放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中?,甲組,乙組,無空氣、黑暗,無空氣、有光,O2是由葉綠體釋放的,討論,3對(duì)比試驗(yàn)：先用極細(xì)光束照射水綿， 而后又讓水綿完全曝露在光下。 先選極細(xì)光束，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)；用好氧細(xì)菌檢測(cè)，能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。而后用完全曝光的水綿與之做對(duì)照，從而再一次證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。,1實(shí)驗(yàn)材料選用：水綿和好氧性細(xì)菌。 因?yàn)樗d的葉綠

5、體呈螺旋式帶狀，便于 觀察，用好氧性細(xì)菌可確定釋放氧氣的 部位。 2環(huán)境：選用黑暗并且沒有空氣的。 排除了氧氣和光的干擾。,該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處：,第一組,光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。,H2180,C02,H20,C18O2,第二組,1802,02,5、美國(guó)魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）,結(jié)論,光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物又是怎樣合成的？,美國(guó)卡爾文,用14C標(biāo)記14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。,14CO2,14C3,14CH2O,產(chǎn)物:淀粉 條件:光,光合作用發(fā)現(xiàn)小結(jié)：,1771年，英國(guó)普利斯特利,原料:水,1880年，美國(guó)恩格爾曼,20世紀(jì)30年代，美國(guó)

6、魯賓與卡門,1864年，德國(guó)薩克斯,1664年，比利時(shí)海爾蒙特,原料和產(chǎn)物:更新空氣 (二氧化碳和氧氣),產(chǎn)物氧來自于水。,場(chǎng)所:葉綠體條件:光,實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法,實(shí)驗(yàn)原則：,對(duì)照原則,單一變量原則,回眸光合作用的的探究歷程,反應(yīng)物,產(chǎn)物,條件,場(chǎng)所,植物如何獲取 太陽能？,三、葉綠體中的色素,有些植物的“白化苗”為什么會(huì)很快死亡？,實(shí)驗(yàn) 綠葉中色素的提取和分離,實(shí)驗(yàn)原理：提取(無水乙醇)、分離(層析液) 目的要求：綠葉中色素的提取和分離及色素的種類 材料用具：新鮮的綠葉、定性濾紙等、無水乙醇等 方法步驟： 1.提取綠葉中的色素 2.制備濾紙條 3.畫濾液細(xì)線 4.分離綠葉中的色素 5.

7、觀察和記錄,方法與步驟：,稱取5g左右的鮮葉，剪碎，放入研缽中。加少許的二氧化硅（充分研磨）和碳酸鈣 (防止研磨中色素被破壞)與10ml無水乙醇。在研缽中快速研磨。將研磨液進(jìn)行過濾（單層尼龍布）。,討論： 1.濾紙條上色帶的數(shù)目、排序、寬窄？ 2.濾紙條上的濾液細(xì)線，為什么不能觸及層析液？,類胡蘿卜素,葉綠素,胡蘿卜素（橙黃色）,葉黃素 （黃色）,葉綠素a （藍(lán)綠色）,葉綠素b （黃綠色）,(占1/4),(占3/4),葉綠體中的的色素,色素功能： （1）具有吸收和傳遞光能作用的色素 絕大多數(shù) 葉綠素a 全 部 葉綠素b，胡蘿卜素，葉黃素 這些色素吸收光能，通過共振傳遞光能給特殊狀態(tài)的葉綠素a

8、（2）吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換光能的色素 少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠色a，吸收其他色素傳來的光能，轉(zhuǎn)換成電能,葉綠體中的色素提取液,四種色素對(duì)光的吸收,葉綠素主要吸收_ 類胡蘿卜素主要吸收_,藍(lán)紫光,藍(lán)紫光、紅橙光,思考,春夏葉片為什么是綠色？而秋天樹葉為什么會(huì)變黃？,含量,0,葉綠素（鎂元素）,類胡蘿卜素,葉齡,例題 有甲、乙、丙、丁4盆長(zhǎng)勢(shì)均勻的植物置于陽光下，甲品紅光照射；乙綠色光照射；丙添加品紅色濾光片A；丁添加綠色濾光片B(如圖)，經(jīng)過一段時(shí)間，各盆中長(zhǎng)勢(shì)最旺的和長(zhǎng)勢(shì)最差的依次是下列哪一組 A 甲、乙 B 乙、丙 C 甲、丁 D 丙、丁,四、光合作用過程,光反應(yīng),暗反應(yīng),劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需

9、要光,光反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？ 暗反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？,有光才能反應(yīng),有光、無光都能反應(yīng),光合作用：是葉綠體內(nèi)進(jìn)行的復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換和物質(zhì)變化過程。,光合作用,能量轉(zhuǎn)換：光能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能,物質(zhì)變化,水光解釋放氧氣,二氧化碳的固定和還原,糖類等物質(zhì)的形成,1、光合作用的能量轉(zhuǎn)換過程,（1）光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換：,三階段：,光能轉(zhuǎn)換成電能,電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能,活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能,光反應(yīng),光反應(yīng),暗反應(yīng),(一)、光反應(yīng), 光能轉(zhuǎn)換成電能 場(chǎng)所：葉綠體囊狀結(jié)構(gòu)薄膜上 物質(zhì)：葉綠體色素,能量傳遞轉(zhuǎn)換過程：,1.在電子傳遞過程中，NADP是最終電子受體，H2O是最終電

10、子供體。 2在光合作用能量變化的過程中，要注意物質(zhì)的量的變化。2分子水在光下水解形成4個(gè)H和4個(gè)e，但是只有2個(gè)H與NADP結(jié)合形成還原劑。 2H2O 4H4eO2 NADP2eH NADPH,光能,酶,3NADPH和ATP都是光反應(yīng)過程中能量轉(zhuǎn)換的第二階段的產(chǎn)物，但是NADPH既是活躍化學(xué)能的儲(chǔ)存物質(zhì)之一，又是還原三碳化合物的強(qiáng)還原劑。,電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能,活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的化學(xué)能,（二）、暗反應(yīng),光能在葉綠體中的轉(zhuǎn)換,O2,H2O,e,H+,NADP+,NADPH,ADP+Pi,ATP,(CH2O),光反應(yīng)與暗反應(yīng)比較,光合作用的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程,總方程式,葉綠體處于不同的條件下，

11、C3 、C5、 NADPH、ATP和(CH2O)合成量的動(dòng)態(tài)變化,光合作用的意義 光合作用是生物界最基礎(chǔ)的，最重要的新陳代謝，是所有生物生存的基石。 意義： （1）自然界的能量來源、物質(zhì)來源 （2）調(diào)節(jié)大氣中的二氧化碳、氧氣的比例，對(duì)生物的生存進(jìn)化有重要意義,五、光合作用與呼吸作用比較,無 機(jī) 物,有機(jī)小分子,六、 C3植物和C4植物,什么叫C4植物？舉例。,光合作用時(shí)CO2中的C首先轉(zhuǎn)移到C4里，然后再轉(zhuǎn)移到C3中的植物，叫做C4植物。 例如：玉米、甘蔗、高粱等熱帶植物。,什么叫C3植物？舉例。,光合作用時(shí)CO2中的C直接轉(zhuǎn)移到C3里的植物，叫做C3植物。 例如：小麥、水稻、大麥、大豆、馬鈴

12、薯、菜豆和菠菜等溫帶植物。,1、C3植物和C4植物葉片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：,C3植物葉片,C4植物葉片,維管束,維管束鞘細(xì)胞,柵欄組織,海綿組織,葉肉細(xì)胞,2、鑒別C3、C4植物的方法,3、C4植物光合作用的特點(diǎn),過程圖解：,C4途徑,C3途經(jīng),基本特點(diǎn)： 在C4植物中有C4途徑也有C3途徑 C4途徑發(fā)生在葉肉細(xì)胞的葉綠體中，C3途徑發(fā)生在維管束鞘細(xì)胞葉綠體中 C4途徑起到傳遞集中CO2作用，將外界的光合原料傳遞到維管束鞘細(xì)胞葉綠體內(nèi)合成有機(jī)物 在傳送CO2的過程中，要消耗能量，來自ATP提供能量 二氧化碳的轉(zhuǎn)移通過草酰乙酸、丙酮酸完成，不是氣體直接通過細(xì)胞傳遞, C4途徑中固定CO2的酶（PEP羧化

13、酶）有很強(qiáng)的親和能力，可以將大氣中的低濃度CO2固定下來 C4途徑固定CO2的能力要比C3途徑中的強(qiáng)，起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力 干旱條件下，葉片氣孔關(guān)閉，C4植物能利用葉肉細(xì)胞間隙的低濃度CO2光合，C3植物不能,七、影響光合作用強(qiáng)度的因素,影響光合作用強(qiáng)度的因素？,(色素、酶）,Mg、N等礦質(zhì)元素； 酶的活性受溫度等影響。,光照強(qiáng)度、光質(zhì)、光照時(shí)間；,氣體反應(yīng)物,作為反應(yīng)物和反應(yīng)的媒介； 水分氣孔關(guān)閉CO2供應(yīng),影響光合作用強(qiáng)度的因素？,內(nèi)因因素,1、光照強(qiáng)度,凈光合速率：不算呼吸作用放出的二氧化碳量，只算從外界吸收的二氧化碳量，即是在光下測(cè)定的二氧化碳的吸收量。,

14、A點(diǎn)（黑暗情況）：不進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，葉片從外界吸收O2，釋放CO2。過程如圖4所示,AB段（弱光光照）：光合作用速率小于細(xì)胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的全部O2供給線粒體利用。線粒體產(chǎn)生的CO2除供給葉綠體利用外，其余釋放到葉片外。過程如圖3所示：,B點(diǎn)（中性光照）：光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的O2供給線粒體進(jìn)行細(xì)胞呼吸。線粒體產(chǎn)生的CO2供給葉綠體進(jìn)行光合作用，葉片與外界環(huán)境不進(jìn)行氣體交換。過程如圖2所示：,BC段及C點(diǎn)（強(qiáng)光照射）：光合作用速率大于細(xì)胞呼吸速率。葉綠體產(chǎn)生的O2的去向：供給線粒體釋放到葉片外。葉綠體需要的CO2的來源：線粒體產(chǎn)生外界吸收。過程如圖1所示

15、：,光質(zhì)對(duì)光合作用的影響,光和效率：,白光紅橙光藍(lán)紫光綠光,例題：為提高大棚蔬菜的產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施是,A、安裝紅色透光薄膜 B、安裝藍(lán)紫色透光薄膜 C、安裝綠色透光薄膜 D、安裝無色透光薄膜,光合速率的日變化（一天中光合速率的變化）,(1)曲線AB段表明限制光合作用速率的因素是（光照強(qiáng)度） (2)C點(diǎn)光合作用強(qiáng)度減弱的原因是（中午溫度高，氣孔關(guān)孔，植物吸收的CO2減少） (3)DE段光合作用強(qiáng)度下降的原因是光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的（ATP、NADPH）的生成量大量減少 (4)從圖中可以推斷，限制光合作用的環(huán)境因素有（光照強(qiáng)度、CO2濃度）等。,曲線分析：圖1和圖2都表示在一定范圍內(nèi)，光合作用

16、速率隨CO2濃度的增加而增大，但當(dāng)CO2濃度增加到一定程度后，光合作用速率不再增加。 圖1中A點(diǎn)表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度，即CO2補(bǔ)償點(diǎn)；圖2中的A點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。 圖1和圖2中的B和B點(diǎn)都表示CO2飽和點(diǎn)。 應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過“正其行，通其風(fēng)”，增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光能利用率。,由于C4植物葉肉細(xì)胞中含有PEP羧化酶，對(duì)CO2的親和力很強(qiáng)，可以把大氣中含量很低的CO2以C4的形式固定下來，故C4植物能利用較低的CO2進(jìn)行光合作用，CO2的補(bǔ)償點(diǎn)低，容易達(dá)到CO2飽和點(diǎn)。而C3植物的CO2的補(bǔ)償點(diǎn)高，不易達(dá)到CO2飽和點(diǎn)。故在較

17、低的CO2濃度下（通常大氣中的CO2濃度很低，植株經(jīng)常處于“饑餓狀態(tài)”）C4比C3植物的光合作用強(qiáng)度強(qiáng)（即P點(diǎn)之前）。一般來說,C4植物由于“CO2泵”的存在,CO2補(bǔ)償點(diǎn)和CO2飽和點(diǎn)均低于C3植物。,溫度,曲線分析：溫度主要是通過影響與光合作用有關(guān)酶的活性而影響光合作用速率。 應(yīng)用：冬天，溫室栽培可適當(dāng)提高溫度，溫室栽培也可適當(dāng)降低溫度。白天調(diào)到光合作用最適溫度，以提高光合作用強(qiáng)度；晚上適當(dāng)降低溫室溫度，以降低細(xì)胞呼吸，保證植物有機(jī)物的積累。,溫度與光合作用和呼吸作用的關(guān)系,溫度：植物所有的生活過程都受溫度的影響，因?yàn)樵谝欢ǖ臏囟确秶鷥?nèi)，提高溫度可以提高酶的活性，加快反應(yīng)速度。光合作用也不例外，在一定的溫度范圍內(nèi)，在正常的光照強(qiáng)度下，提高溫度會(huì)促進(jìn)光合作用的進(jìn)行。但提高溫度也會(huì)促進(jìn)呼吸作用。如圖所示。所以植物凈光合作用的最適溫度不一定就是植物體內(nèi)酶的最適溫度,必需礦質(zhì)元素供應(yīng) 曲線分析：在一定濃度范圍內(nèi)，增大必需元素的供應(yīng)，可提高光合作用速率，但當(dāng)超過一定濃度后，會(huì)因土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水而萎蔫。 應(yīng)用：根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時(shí)、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。,Mg是葉綠素的組成成分；N是光合作用有關(guān)酶的組成成分；P是ATP的組成成分，缺少也會(huì)影響光合速率；K對(duì)糖類等有機(jī)