【高中生物】光合作用的原理和應(yīng)用課件 2023-2024學年高一上學期生物人教版必修1

第5章細胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時

光合作用的原理和應(yīng)用捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)綠葉中色素的提取和分離葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用實驗原理實驗過程實驗結(jié)論無水乙醇，層析液葉綠素類胡蘿卜素紅光藍紫光藍紫光色素葉黃素胡蘿卜素葉綠素a葉綠素b（藍綠色）（黃綠色）（橙黃色）（黃色）含量約占3/4含量約占1/4結(jié)構(gòu):

功能:

葉綠體是進行光合作用的場所(1)概念：指綠色植物通過

，利用光能，把

轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出

的過程。

(2)反應(yīng)式：

。

葉綠體

CO2和水

氧氣

場所條件產(chǎn)物原料1光合作用的概念及反應(yīng)式注：（CH2O）表示糖類，光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。(1)概念：指綠色植物通過

，利用光能，把

轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出

的過程。

(2)反應(yīng)式：

。

葉綠體

CO2和水

氧氣

1光合作用的概念及反應(yīng)式

葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學能？

又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？?科學家實驗過程及現(xiàn)象實驗結(jié)論希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有水，沒有二氧化碳)，在光照下可以釋放出氧氣。水的光解產(chǎn)生氧氣。魯賓和卡門H218O＋CO2―→植物―→18O2H2O＋C18O2―→植物―→O2光合作用產(chǎn)生的O2中的O來源于H2O，而不來源于CO2。阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成ATP，且這一過程總是與水的光解相伴隨。水的光解可合成ATP。閱讀課本P102-103，探索光合作用原理的部分實驗，并完成下列表格。2光合作用的探究歷程19世紀末甲醛→糖1928年甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖甲醛對植物有毒CO2O2C+H2O甲醛1937年，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。離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學反應(yīng)。4Fe3+

+2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學

反應(yīng)，而是分階段進行的。希爾反應(yīng)2光合作用的探究歷程O2全部來自于H2O嗎？1940年，魯賓和卡門

（同位素標記法）光照射下的小球藻懸液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲組乙組結(jié)論：光合作用釋放的氧來自水1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實驗：在給葉綠體光照時發(fā)現(xiàn)，當向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時，體系中就會有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATPATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系學科網(wǎng)年代科學家結(jié)論1771普利斯特利植物可以更新空氣1779英格豪斯只有在光照下綠葉才可以更新空氣1845R．梅耶植物在光合作用時把光能轉(zhuǎn)變成了化學能儲存起來1864薩克斯綠色葉片光合作用產(chǎn)生淀粉1881恩格爾曼氧由葉綠體釋放出來，葉綠體是光合作用的場所1941魯賓和卡門光合作用釋放的氧來自水20世紀40代卡爾文光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO219世紀末甲醛→糖

1928年甲醛對植物有毒不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖1937年希爾反應(yīng)水的光解產(chǎn)生氧氣1941年魯賓和卡門同位素標記法光合作用氧氣來自于水1954年阿爾農(nóng)光照下葉綠體合成ATP該過程總是與水的光解相伴根據(jù)是否需要光能，這些化學反應(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)）兩個階段。光合作用過程的示意圖3光合作用原理的基本過程※劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能3光合作用原理的基本過程光反應(yīng)階段光合作用的第一階段，必須有光才能進行。場所：葉綠體的類囊體薄膜光合作用的第二階段，有沒有光都可以進行。場所：葉綠體基質(zhì)中暗反應(yīng)階段（碳反應(yīng)/卡爾文循環(huán)）3.1光反應(yīng)階段H2O類囊體膜酶ADP＋PiATP光、色素、酶葉綠體的類囊體薄膜上水的光解：H2OO2+H++e-光能ATP的合成：光能→轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學能場所：條件：物質(zhì)變化能量變化H+NADPH的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶H++NADP++2e-

NADPHNADP++NADPH色素O2氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ通過魯賓和卡門的實驗，光合作用過程中氧元素的轉(zhuǎn)移已經(jīng)被探究清楚了，那么碳元素的轉(zhuǎn)移呢？1946年開始，美國的卡爾文等用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，讓小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向。（1）光照時間為幾分之一秒時發(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，卡爾文等檢測到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)；（3）30秒后檢測產(chǎn)物，檢測到了多種帶14C標記的化合物?？栁?.1暗反應(yīng)階段CO2

C5

CO2的固定葉綠體基質(zhì)多種酶糖類NADPH(CH2O)C3的還原場所：條件：物質(zhì)變化能量變化葉綠體的基質(zhì)中需NADPH、ATP、酶有沒有光都能進行CO2

的固定：C3的還原：CO2＋C52C3酶ATP

ADP+PiATP和NADPH中活躍的化學能→轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C物中穩(wěn)定的化學能2C3(CH2O)酶糖類NADP+NADPH

2C3卡爾文循環(huán)C5ATPADP+Pi酶2C3CO2（CH2O）多種酶催化固定O2NADPHH2O光解光反應(yīng)階段類囊體薄膜暗反應(yīng)階段葉綠體基質(zhì)還原類囊體膜葉綠體基質(zhì)光合作用總過程【活動】光合作用過程模型構(gòu)建——《教材》P106【活動】光合作用過程模型構(gòu)建——《教材》P106ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2光反應(yīng)和暗反應(yīng)比較

光反應(yīng)碳反應(yīng)條件場所物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系光、色素、酶不需要光、多種酶葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)光能→ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中的化學能→糖類中穩(wěn)定的化學能水的光解ATP及NADPH的形成CO2的固定、C3的還原、

ATP及NADPH的分解光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP。暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、ADP和Pi。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

。提供能量ADP和Pi、NADP＋③ATP在C3還原過程中的作用？④NADPH在C3還原過程中的作用？ATP和NADPH既提供能量又作還原劑①ATP的移動方向？從類囊體薄膜移向葉綠體基質(zhì)②ADP的移動方向？從葉綠體基質(zhì)移向類囊體薄膜利用體外環(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+6H2OC6H12O6+6O2能量化能合成作用（P106）自養(yǎng)生物異養(yǎng)生物如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。光能自養(yǎng)生物（如綠色植物、藍細菌）?；茏责B(yǎng)生物（如硝化細菌、鐵細菌、硫細菌）。以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。（可以利用無機物制造有機物）只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）、C5③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）、C5H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2【核心歸納2】充分利用圖解，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化：改變條件NADPH、ATPC3含量C5含量（CH2O）生成量光照強度變?nèi)豕庹諒姸茸儚?/p>

突然改變某條件，其他條件不變，短時間內(nèi)物質(zhì)含量的變化增加減少減少減少增加減少增加增加【核心歸納2】充分利用圖解，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化：改變條件NADPH、ATPC3含量C5含量（CH2O）生成量CO2供應(yīng)減少CO2供應(yīng)增加

突然改變某條件，其他條件不變，短時間內(nèi)物質(zhì)含量的變化減少增加增加減少減少增加減少增加CO2濃度水分光光質(zhì)光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素氣孔開閉情況光合作用的強度：指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。影響因素產(chǎn)生O2的量利用CO2的量思考：能否測量出光合作用強度？線粒體葉綠體O2釋放O2（可測）葉肉細胞CO2吸收CO2吸收O2（可測）釋放CO2（可測）（可測）植物在單位時間內(nèi)吸收CO2的量或者釋放O2的量或者積累有機物的量稱為凈光合作用強度?？偣夂献饔脧姸?凈光合作用強度+呼吸作用強度植物在進行光合作用的同時，還進行呼吸作用。實際測量到的光合作用指標是凈光合作用速率，稱為表觀光合速率。光合作用速率一定時間內(nèi)，單位面積CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等產(chǎn)物生成量來表示。光合作用產(chǎn)生的O2=釋放到空氣中的O2+呼吸作用消耗的O2真正光合速率=凈光合速率

+呼吸作用速率合成有機物的量固定或消耗CO2量產(chǎn)生O2的量有機物積累量CO2吸收量O2的釋放量消耗有機物的量黑暗下CO2的釋放量黑暗下O2的吸收量===+++光合作用與呼吸作用的關(guān)系CO2O2CO2O2O2CO2CO2O2CO2O2光合<呼吸光合=呼吸光合>呼吸總光合、凈光合、呼吸的其他表示提示：CO2、O2、有機物總光合CO2的消耗/需求/固定/同化量O2的產(chǎn)生/生成量有機物的產(chǎn)生/制造量凈光合CO2的吸收量O2的釋放量有機物的積累/剩余量呼吸黑暗下CO2的釋放量O2的消耗/利用量(黑暗下O2的吸收量)有機物的消耗量

葉片含有空氣上浮抽氣葉片下沉葉片上浮光合作用產(chǎn)生O2O2充滿細胞間隙自變量光照強弱因變量光合作用強度相同時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調(diào)節(jié)光照強度控制方法：檢測方法：①實驗葉片：同種、生長狀況相同、小圓形葉片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：無關(guān)變量等量,相同濃度數(shù)量時間實驗原理實驗材料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(nèi)抽出葉片的氣體葉片均分為3組方法步驟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。強光中等光弱光注：LED燈作為光源（冷光源，排除溫度干擾），分別用不同光照強度（調(diào)節(jié)光源與燒杯的距離）去照射葉片。葉片均分為3組方法步驟3.觀察并記錄同一時間段內(nèi)各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量。（或上浮相同數(shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間。）方法步驟實驗結(jié)果甲乙丙葉片浮起數(shù)量多葉片浮起數(shù)量中葉片浮起數(shù)量少3.觀察并記錄同一時間段內(nèi)各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量。（或上浮相同數(shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間。）在一定光照強度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強度的增加而增強。方法步驟實驗結(jié)果實驗結(jié)論內(nèi)部因素1：葉齡

在一定范圍內(nèi)，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合作用強度不斷增加農(nóng)作物、果樹管理后期適當摘除老葉、殘葉保證植物及時換新葉，同時可降低其呼吸作用消耗有機物。物質(zhì)量葉面積指數(shù)單位土地面積上，植物的總?cè)~面積

在一定的范圍內(nèi)，隨葉面積不斷增大，光合作用強度不斷增加，超過一定范圍后，光合作用強度不再增加。當葉面積增加到一定限度后，呼吸作用加強，凈光合產(chǎn)量反而下降?？偣夂狭績艄夂狭緼BC呼吸量適當修苗，合理施肥、澆水，避免枝葉徒長。溫室栽培植物時，可通過合理密植來增加光合作用面積。內(nèi)部因素2：葉面積指數(shù)光照強度0CO2吸收CO2釋放ABC呼吸速率光補償點光飽和點凈光合總光合B：光合作用=呼吸作用D：光合速率開始達到最大時外界的光照強度（限制因素：CO2濃度、溫度等）DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸A：只進行呼吸作用C點之前限制光合作用的因素是光照強度應(yīng)用：1.間作(幾種作物同時期播種)套種(幾種作物不同時期播種)2.合理密植,增加光合作用面積

3.溫室大棚,使用無色透明玻璃外因：①光照強度A’B’光照強度OC’ABC陰生植物陽生植物CO2吸收量CO2釋放量陽生植物：在強光環(huán)境中生長發(fā)育健壯，在陰蔽或弱光條件下生長發(fā)育不良的植物。陰生植物：在較弱的光照條件下能夠生長良好的植物叫陰生植物。陽生植物的光補償點和光飽和點都比陰生植物大。①光照強度（時間、光質(zhì)）CO2濃度AB吸收速率CO2C釋放速率CO2DA點：對應(yīng)的CO2濃度為能進行光合作用的最低CO2濃度。CO2補償點光合作用速率＝呼吸作用速率對應(yīng)的D點為CO2飽和點C點之后光合速率的限制因素：主要為光照強度和溫度。B點：C點：應(yīng)用：1.多施有機肥或農(nóng)家肥；2.溫室栽培植物時還可使用CO2發(fā)生器等；3.大田中還要注意通風透氣。外因：②CO2濃度原理1：溫度通過影響

影響光合作用。曲線分析:酶的活性原理2:影響氣孔開閉應(yīng)用：1.適時播種；2.溫室中，白天適當提高溫度，晚上適當降溫；3.植物“午休”現(xiàn)象；4.連續(xù)陰雨天：白天和晚上均降溫。外因：③溫度④礦質(zhì)元素：⑤水:N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分K：促進光合產(chǎn)物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分1.光合作用的原料2.體內(nèi)各種化學反應(yīng)的介質(zhì)3.直接影響氣孔的開閉,間接影響CO2進入應(yīng)用：預(yù)防干旱,合理灌溉外因：礦質(zhì)元素和水應(yīng)用：合理施肥光合作用與能量轉(zhuǎn)化光合作用光合作用應(yīng)用概念反應(yīng)式探究歷程影響因素：光照、溫度、二氧化碳、水分、礦質(zhì)元素

硝化細菌光合作用原理過程光反應(yīng)：類囊體薄膜暗反應(yīng)：葉綠體基質(zhì)化能合成作用CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體

課堂小結(jié)：

盛夏一天24小時中，植物吸收和釋放CO2量的變化AC：B點：C點：CD段：黑暗，僅有細胞呼吸，無光合作用光合作用開始點光合速率逐漸增大，但<呼吸速率凌晨溫度最低，細胞呼吸最弱BC：溫度回升，呼吸作用增強D點：DE：F點：光合速率=呼吸速率隨著光強和溫度的提高，光合速率逐漸增大,此時光合速率>呼吸速率光合午休：氣溫過高，蒸騰作用旺盛，部