人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第5章 细胞的能量供应和利用第4节 光合作用与能量转化二 光合作用的原理和应用精品教学ppt课件

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生命观念：理解光合作用的生物学意义，树立生命系统的物质循环和能量流动观念。科学思维：通过分析光合作用的过程和机制，培养学生的逻辑推理能力和批判性思维。科学探究：通过实验设计和观察，培养学生的实验技能和科学探究能力。社会责任：了解光合作用在农业生产、环境保护等领域的应用，培养学生的社会责任感和环保意识。
绿叶中色素的提取和分离
叶绿体的结构适于进行光合作用
叶绿体是进行光合作用的场所
(1)概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。  (2)反应式： 。
注：（CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。
叶绿体是如何将光能转化为化学能？ 又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？ 光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
探索光合作用原理的部分实验
资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被 分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。
资料2：1937年，英国科学家希尔。
希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气。
像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。
不能。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接 观察到氧元素的转移。
讨论1. 希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产 生的氧气中的氧元素全部都来自水？
思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实 验进行探究？
能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
讨论2. 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同 位素18O分别标记成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2
讨论3. 分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？
资料4：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，当向反应体系供 给ADP、Pi时，会有ATP产生。同样方法处理四只试管，只有1号有 ATP产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
思考：从该实验，你能得出什么结论？
ATP的合成场所：类囊体；合成条件：需光（酶）
甲醛对植物有毒不能通过光合作用转化成糖
希尔反应水的光解产生氧气
鲁宾和卡门同位素标记法光合作用氧气来自于水
阿尔农光照下叶绿体合成ATP该过程总是与水的光解相伴
上述实验表明光合作用不是一个简单的化学反应，是分阶段进行的。实际上，光合作用包括一些列化学反应。
暗反应阶段，又称碳反应
二、光合作用原理的过程
ATP、NADPH中活跃的化学能
有光无光都可以，多种酶等
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量
光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供 ；
暗反应为光反应提供 。
ADP和Pi、NADP＋
③ATP在C3 还原过程中的作用？
④NADPH在C3 还原过程中的作用？
从类囊体薄膜移向叶绿体基质
从叶绿体基质移向类囊体薄膜
3.光反应与暗反应的比较
①光反应为暗反应提供ATP和NADPH
②暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+
③光反应与暗反应之间相互制约，相互影响
2H2O→O2+4H+
H++NADP+→NADPH
CO2+C5 → 2C3 →C5+(CH2O)
ATP→ ADP+Pi
NADPH→NADP++H+
光能→(NADPH和ATP中)活跃化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定化学能
光能→ ATP 和 NADPH 中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
1. 在无光条件下，暗反应能否长期进行?
在无光条件下，光反应不能进行，光反应的产物ATP和NADPH 减少，不能满足暗反应的需求，暗反应将停止进行。
2. 若暗反应停止，光反应能否持续进行?
暗反应停止，就不能为光反应提供ADP和Pi、NDDP+，即便是有光，光反应也无法进行。
3.正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H] 、ATP、（CH2O）含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？
H2O → NADPH→ (CH2O )
CO2 → C3 →（CH2O）、C5
如人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
相同时间小圆形叶片浮起的数量
用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…
1.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液），向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片；2.分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。
注：LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。
3.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。（或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。）
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。
四、光合作用原理的应用
在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加
农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。
叶年龄对光合作用的影响
单位土地面积上，植物的总叶面积
在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。
适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积。
叶面积指数对光合作用的影响
阴生植物 是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。
阳生植物 在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物
光合作用强度与光质(不同波长的光)有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度
（限制因素：CO2浓度、温度等）
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
C点之前限制光合作用的因素是光照强度
光照强度对光合作用的影响
光合作用强度的测定装置
真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量固定或消耗CO2量 产生O2的量
有机物积累量 CO2吸收量 O2释放量
消耗有机物的量黑暗下CO2的释放量黑暗下O2的吸收量
B：光合作用 = 呼吸作用细胞呼吸释放的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
光合作用与呼吸作用的强弱关系
1.间作套种2.通过轮作,延长光合作用时间3.通过合理密植,增加光合作用面积4.温室大棚,使用无色透明玻璃5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长
C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
A点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
B和D点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
若光照强度增大，C、D、E三个点如何移动
CO2浓度对光合作用的影响
①多施有机肥或农家肥；（微生物呼吸） ②大田生产“正其行（合理安排植株的间距），通其风（补充新鲜的CO2）”，即为提高CO2浓度、增加产量；③释放一定量的干冰或给植物浇碳酸饮料(施NH4HCO3)。
应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度
最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
温度通过影响有关酶的活性,从而影响光合作用；
对光反应和暗反应都有影响，但主要影响暗反应
①适时播种。②温室栽培时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸速率，降低有机物的消耗，保证植物有机物的积累。③植物“午休”原因之一
思考：为什么在中午光合作用强度反而会下降？
夏季晴天的中午气温高，植物为防止蒸腾失水而关闭气孔，CO2吸收减少，进而降低光合速率。
拓展：光照强度与光合作用强度（一天）
水是光合作用的原料，间接影响光合作用
矿质元素对光合作用的影响
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分
由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。
夏季晴朗一天植物光合作用曲线
a点：b点：bc段：c点：
凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
有微弱光照，植物开始进行光合作用。
光合作用小于呼吸作用。
上午7时左右，光合作用等于呼吸作用。
ce段：d点：e点：ef段：fg段：
没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
下午6时左右，光合作用等于呼吸作用。
温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
光合作用大于呼吸作用。
夏季晴朗一天植物光合作用曲线。（密闭容器中）
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。BC段：温度降低，呼吸作用减弱。CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<呼吸作用强度。
D点：光合作用强度＝呼吸作用强度。DH段：光合作用强度>呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：光合作用强度＝呼吸作用强度。HI段：光照减弱，光合作用强度<呼吸作用强度， 直至光合作用完全停止。
该植物一昼夜，有机物是否有积累？
答案：有，因为终点(I点)比起点(A点)低，表明有CO2吸收。
影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、矿质元素
1、如图是叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系图解，据图判断下列说法错误的是（　　）A、C表示叶绿体释放氧气的量，A＋C可以表示总光合速率B、C表示线粒体吸收氧气的量，B＋C可以表示呼吸速率C.黑暗中，A、C的量为零D.叶肉细胞的净光合速率可以用C或D来表示
2、下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是(　　)
A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解B．c为ATP，f为NADPHC．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能