5.4光合作用的原理和應(yīng)用（第2課時）課件 2021-2022學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版必修1

光合作用與能量轉(zhuǎn)化光合作用的原理和應(yīng)用一、光合作用的概念是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。化學(xué)反應(yīng)式：二、光合作用的原理1.探索光合作用原理的部分實驗（1）19世紀(jì)末，科學(xué)家普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2中的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結(jié)合成甲醛，甲醛分子縮合成糖。（2）1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，甲醛對植物有毒害作用，并且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。（3）1937年，英國植物學(xué)家希爾（R.Hill）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，離體綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。思考1：希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的元素全部來自水？不能說明，希爾反應(yīng)僅說明了離體葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其它物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。思考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(xué)反應(yīng)？能夠說明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨立的反應(yīng)階段。（4）1941年，美國科學(xué)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(biāo)記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組實驗給同種植物提供H218O和CO2。在其它條件相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2，第二組釋放的都是18O2。思考3：分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結(jié)論？光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于H2O，而并不來源于CO2思考4：嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。（5）1954年

，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)（D.Arnon）發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。（5）20世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家卡爾文（M.Calvin，1911-1997)等用小球藻（一種單細(xì)胞的綠藻）做實驗：用14C標(biāo)記CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。自變量－因變量－時間14C存在于什么物質(zhì)中自身前后對照14CO2→14C3→（14CH2O）2.光合作用過程

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)兩個階段光反應(yīng)暗反應(yīng)光、光合色素、酶有光無光均可、酶葉綠體類囊體薄膜（基粒）葉綠體基質(zhì)光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)生成的ATP和NADPH供暗反應(yīng)C3的還原，而暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi、NADP+。H2O的光解；ATP、NADPH的合成CO2的固定；C3的還原ATP、NADPH的分解能量聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了活躍的化學(xué)能，暗反應(yīng)將活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能。三、光合作用原理的應(yīng)用1.光合作用強度指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量科學(xué)探究－光合作用強度的測定方法凈光合速率：單位時間、單位葉面積CO2吸收量或O2釋放量或有機物積累量真正光合速率：單位時間、單位葉面積CO2固定（消耗）量或O2產(chǎn)生量或有機物制造量呼吸速率：單位時間、單位葉面積CO2釋放量或O2吸收量或有機物消耗量(實際或總光合速率)(表觀光合速率)（用一定時間內(nèi)原料的消耗或產(chǎn)物生成的數(shù)量來定量表示。）(1)甲裝置在黑暗條件下植物只進(jìn)行

，由于NaOH溶液吸收了細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的CO2，所以單位時間內(nèi)紅色液滴左移的距離表示植物的O2吸收速率，可代表

。(2)乙裝置在光照條件下植物進(jìn)行

，由于NaHCO3溶液保證了容器內(nèi)CO2濃度的恒定，所以單位時間內(nèi)紅色液滴右移的距離表示植物的O2釋放速率，可代表

。細(xì)胞呼吸呼吸速率光合作用和細(xì)胞呼吸凈光合速率(3)物理誤差的校正：為防止氣壓、溫度等物理因素所引起的誤差，應(yīng)設(shè)置對照實驗，即用

分別進(jìn)行上述實驗，根據(jù)紅色液滴的移動距離對原實驗結(jié)果進(jìn)行校正。死亡的綠色植物2.影響光合作用強度的因素及應(yīng)用環(huán)境因素：光（光照強度、光的波長）、CO2濃度、溫度、無機鹽、水等內(nèi)部因素：光合色素含量、酶的數(shù)量和活性等探究*實踐：現(xiàn)提供打孔器、注射器、5WLED臺燈、米尺、燒杯、新鮮菠菜葉，設(shè)計實驗探究光照強度對光合作用強度的響。探究*實踐：探究光照強度對光合作用強度的影響光照強度對光合作用有影響嗎？在一定的范圍內(nèi)，隨著光照強度的增強，光合作用強度增強。分析變量確定思路預(yù)測結(jié)果自變量－光照強度因變量－光合作用強度無關(guān)變量－溫度、CO2濃度、每組圓葉片數(shù)量等如何處理自變量？如何檢測因變量？如何如何控制無關(guān)變量？探究*實踐：探究光照強度對光合作用強度的影響光照強度對光合作用有影響嗎？在一定的范圍內(nèi)，隨著光照強度的增強，光合作用強度增強。分析變量確定思路預(yù)測結(jié)果自變量－光照強度因變量－光合作用強度無關(guān)變量－溫度、CO2濃度、每組圓葉片數(shù)量等如何處理自變量？如何檢測因變量？如何如何控制無關(guān)變量？在一定的范圍內(nèi)，隨著光照強度的增強，光合作用強度增強。用打孔器打出大小相同的若干圓形小葉片，用注射器抽取葉片細(xì)胞間的氣體，并平均分成三份，然后置于富含二氧化碳的清水中，分別給予強、中、弱三種光照，觀察并記錄同一時間段圓形小葉片浮起的數(shù)量。(1)A點時光照強度為0，只進(jìn)行

，A點即表示

。B點稱為光補償點，其生理意義是

。C點對應(yīng)的光照強度為光飽和點，其含義是

.

。AC段限制光合速率的主要因素是

，C點以后限制光合速率的主要因素可能是等。若圖中表示的是陽生植物，則陰生植物A點

移，B點

移，C點

移。呼吸作用呼吸速率光合作用速率等于呼吸作用速率光合速率達(dá)到最大時所對應(yīng)的最低光照強度光照強度溫度、CO2濃度上左左下方由圖可知，光照強度對光合作用的影響是

.

..

。因此，為了增加產(chǎn)量，在大棚種植時陰雨天應(yīng)

；大田農(nóng)作物種植可以根據(jù)陰生和陽生植物對光照的不同要求，進(jìn)行間作、套種。葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，因此，溫室大棚栽培，應(yīng)使用

薄膜。說明

對光合作用速率有影響。在一定的范圍內(nèi)，隨光照強度的增加光合速率增大，超過一定值后，光合速率保持穩(wěn)定補充光照無色透明光的波長(光質(zhì)）由圖2可知，在植物的栽培過程中可以通過增加

來增大光合作用速率，其具體措施有

...

等。CO2濃度施有機肥、通風(fēng)、秸桿還田、使用CO2發(fā)生器、投放干冰、與雞舍相連溫度主要是通過影響

來影響光合速率；因此，大田栽培時要適時播種、大棚栽培時白天適當(dāng)

溫度，晚上適當(dāng)

溫度。與光合作用有關(guān)的酶的活性提高降低礦質(zhì)元素對光合速率也有影響，寫出以下元素構(gòu)成的與光合作用相關(guān)的物質(zhì)，N：合成葉綠素、酶、ATP等。P：合成ATP、構(gòu)成類囊體膜的磷脂等。Mg：合成葉綠素。K：促進(jìn)光合產(chǎn)物的運輸。因此，要根據(jù)作物的需肥規(guī)律，適時、適量地增施肥料，可提高農(nóng)作物產(chǎn)量。即