【高中生物】光合作用的原理和應(yīng)用課件+高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

5.4.2光合作用與能量轉(zhuǎn)化二、光合作用的原理和應(yīng)用O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質(zhì)類囊體色素酶溫故知新

在葉綠體內(nèi)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(zhì)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場所。光合作用綠色植物通過

，利用

，將

轉(zhuǎn)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(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.(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體

葉綠體是如何將化學(xué)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？O2氧氣ATP水的光解19世紀末科學(xué)界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，_____被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖1928年科學(xué)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(zhuǎn)化成糖1937年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H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出______1941年魯賓、卡門1954年阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成______，這一過程總是與_________相伴隨探索光合作用原理的部分實驗一、光合作用的原理

不能說明。希爾反應(yīng)僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。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)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？103頁--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(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(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨立的反應(yīng)階段。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。劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能光反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)閱讀課文P103—104思考：光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段在所需條件、進行場所、物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)換方面的內(nèi)容光合作用的過程O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質(zhì)嘗試敘述光合作用的光反應(yīng)過程1.光反應(yīng)階段ATPADP+Pi酶O2NADP++H+H2O光解光反應(yīng)階段類囊體薄膜NADPH相關(guān)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(jīng)傳遞，可用于NADP+與H+結(jié)合形成NADPH。H2O類囊體膜酶Pi＋ADPATP1.光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上H2OO2

+H++2e-光能ADP＋Pi＋能量（光能)ATP酶1）場所：2）條件：3）物質(zhì)變化:4）能量轉(zhuǎn)化:H++NADP++2e-

NADPHNADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素H+O2水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：光能→ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能酶2C3CO2（CH2O）多種酶參加反應(yīng)固定暗反應(yīng)階段葉綠體基質(zhì)還原C52、暗反應(yīng)階段3)物質(zhì)變化:4)能量轉(zhuǎn)化:2)條件：1)場所：葉綠體基質(zhì)多種酶、CO2CO2的固定：CO2+C5→2C3

酶C3的還原：2C3C5+(CH2O)酶ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能2、暗反應(yīng)階段相關(guān)信息：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）ATP

ADP+PiNADP+NADPH卡爾文循環(huán)

光合作用吸收的二氧化碳與C5結(jié)合形成C3，C3經(jīng)過一系列變化，轉(zhuǎn)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(yīng)也稱為卡爾文循環(huán)（碳循環(huán)）。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(zhuǎn)化成ATP、NADPH中的化學(xué)能，再轉(zhuǎn)移到糖類等有機物中。ATP和NADPH參與生成C5和C6的過程。那光能是經(jīng)過怎樣的轉(zhuǎn)化儲存到糖類中的？O2H+NADPHNADP+ADP+PiATPC3C5(1)光合作用的過程填一填

光合作用的第一階段必須有光才能進行光合作用的第二階段，有沒有光都可以進行

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段（卡爾文循環(huán)）場所條件物質(zhì)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(zhì)光、色素、酶有光無光都可，多種酶光能→ATP、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)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH,供暗反應(yīng)C3的還原；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

色素、酶H2O

O2+H++2e-光ADP+Pi+能量ATP酶酶2e-+NADP++H+

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH(2)思考?討論---光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的區(qū)別和聯(lián)系1、NADPH和ATP的移動途徑是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)；2、NADP+和ADP的移動途徑呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜；3、NADPH的作用？①.活潑的還原劑；②.儲存部分能量供暗反應(yīng)階段利用；思考?討論4、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）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2CO2＋H2O（CH2O）＋O2光能葉綠體條件光照減弱

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ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2C5、NADPH、ATP變化一致，C3、C5相反。1、請分析植物突然停止光照后，短時間內(nèi)其體內(nèi)的[H]和ATP,C3化合

物和

C5化合物的含量如何變化？2、請分析光下的植物突然停止CO2的供應(yīng)后，短時間內(nèi)其體內(nèi)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(yīng)停止[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↑牛刀小試：CDB4.如圖表示某生物膜結(jié)構(gòu)及其發(fā)生的部分生理過程，下列敘述錯誤的是A.圖中膜結(jié)構(gòu)表示葉綠體內(nèi)膜，B側(cè)為葉綠

體基質(zhì)B.圖示過程的能量變化是光能轉(zhuǎn)變成ATP和

NADPH中活躍的化學(xué)能C.甲表示色素分子，其中類胡蘿卜素主要吸

收藍紫光D.圖示光反應(yīng)部分過程，水分解為氧和H＋的同時還產(chǎn)生電子A類囊體薄膜A側(cè)5、光合作用過程的正確順序是（）①二氧化碳的固定②氧氣的釋放③葉綠素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被還原A.④③②⑤①B.④②③⑤①

C.③②④①⑤

D.③④②①⑤6、在暗反應(yīng)中，固定二氧化碳的物質(zhì)是（）Ａ．三碳化合物Ｂ．五碳化合物Ｃ．［Ｈ］Ｄ．氧氣ＤＢ新陳代謝類型同化類型光能自養(yǎng)6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體（光合作用）化能自養(yǎng)（化能合成作用）NH3HNO2+能量HNO3+能量CO2+H2O（CH2O）能量硝化細菌自養(yǎng)型異養(yǎng)型寄生、腐生、捕食----如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌只能利用環(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硫細菌、鐵細菌、氫細菌等少數(shù)種類的細菌C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(chǎn)生有機物（糖類）量產(chǎn)生O2的量單位時間內(nèi)光合作用二

、光合作用原理的應(yīng)用光合作用強度：指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量1．光合作用與有氧呼吸的聯(lián)系-寫出以葡萄糖為例的呼吸和光合作用反應(yīng)式探究點光合作用和細胞呼吸的關(guān)系拓展NADPH(1)光合作用和有氧呼吸過程中都產(chǎn)生[H]，它們的來源和用途分別是怎樣的？(2)光合作用和有氧呼吸分別在哪個階段產(chǎn)生ATP？分別有什么用途？細胞呼吸產(chǎn)生的CO2可用于光合作用光合作用為呼吸作用提供物質(zhì)（有機物、O2）(1)光合作用和有氧呼吸過程中都產(chǎn)生[H]，它們的來源和用途分別是怎樣的？提示光合作用過程產(chǎn)生的[H]來自水，用于暗反應(yīng)過程中C3的還原；有氧呼吸的第一、二階段產(chǎn)生[H]，來自葡萄糖和水，用于第三階段與O2結(jié)合成水。(2)光合作用和有氧呼吸分別在哪個階段產(chǎn)生ATP？分別有什么用途？提示光合作用的光反應(yīng)階段產(chǎn)生ATP，用于暗反應(yīng)階段C3的還原；有氧呼吸的三個階段都產(chǎn)生ATP，用于各項生命活動。

光合作用呼吸作用場所條件物質(zhì)變化能量變化實質(zhì)聯(lián)系C6H12O6等有機物穩(wěn)定的化學(xué)能比較光合作用、呼吸作用光、色素、酶、H2O和CO2葉綠體細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體O2、酶、H2O、C6H12O6無機物轉(zhuǎn)變成有機物有機物氧化分解成無機物

ATP、NADPH中活躍化學(xué)能光能糖類等有機物中穩(wěn)定化學(xué)能ATP中活躍化學(xué)能和熱能合成有機物，儲存能量分解有機物，釋放能量光合作用為呼吸作用提供物質(zhì)（有機物、O2）呼吸作用為光合作用提供原料（CO2）O2CO2O2CO2只有呼吸作用，無光合作用O2CO2光合作用<呼吸作用O2CO2光合作用=呼吸作用光合作用>呼吸作用O2O2CO2CO2光合速率與呼吸速率的計算(1）綠色植物組織在黑暗條件下測得的數(shù)值表示呼吸速率。(2）綠色植物組織在有光的條件下，光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數(shù)值表示凈光合速率（表觀光合速率）。凈光合速率=實際光合速率-呼吸速率(3）實際光合速率＝凈光合速率+呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：①光合作用產(chǎn)生的O2量＝實際測得的O2釋放量＋細胞呼吸消耗的O2量。②光合作用固定的CO2量＝實際測得的CO2吸收量＋細胞呼吸釋放的CO2量。③光合作用產(chǎn)生的葡萄糖量＝葡萄糖的積累量（增重部分）十細胞呼吸消耗的葡萄糖量?？偅▽嶋H）光合速率、凈光合速率、呼吸速率的表示提示：CO2、O2、有機物總光合速率CO2的固定量/消耗量O2的產(chǎn)生量有機物的生成量凈光合速率CO2的吸收量O2的釋放量有機物的積累量呼吸速率（黑暗中）CO2的釋放量（黑暗中）O2的吸收量有機物的消耗量1.如果光合強度用葡萄糖的量表示，那么，“產(chǎn)生”、“合成”或“制造”葡萄糖的量是指總光合強度，而“積累”、“增加”或“凈產(chǎn)生”葡萄糖的量則指的是凈光合強度。2.如果光合強度用CO2的量表示，那么，“同化”、“固定”或“消耗”CO2的量表示的是總光合強度，而“從環(huán)境（或容器）中吸收”或“環(huán)境（或容器）中減少”CO2的量則指的是凈光合強度。3.如果光合強度用O2的量表示，那么“產(chǎn)生”或“制造”O(jiān)2的量指的是總光合強度，而“釋放至容器（或環(huán)境）中”或“容器（或環(huán)境）中增加”O(jiān)2的量則指的是凈光合強度。小結(jié)：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)元素探究影響光合作用強度的因素氣孔開閉情況CO2吸收量CO2釋放量光照強度OAC`光合作用強度=呼吸作用強度光飽和點B凈光合速率呼吸速率總（真）光合速率①光照強度【光照時間、光質(zhì)(光的顏色或光的波長)】光補償點C光合作用強度達到最大值，達到飽和①AC段限制光合速率的因素是光照強度②C點之后限制光合速率的因素是CO2濃度或者酶的活性等1.光照強度

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O2CO2在一定范圍內(nèi)，光合速率隨著光照強度的增加而加快，但光照強度增加到一定強度時，光合速率不再加快，甚至降低（細胞灼傷）A’B’光照強度O補充：陽生植物和陰生植物C’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應(yīng)用：控制好光強措施：①大棚種植陰雨天應(yīng)補充光照，把光強控制在光飽和點，至少要在光補償點之上；②根據(jù)陽生植物和陰生植物對光照的不同要求，控制光照強弱。如間作套種時農(nóng)作物的種類搭配、林帶樹種的搭配等；③合理密植,增加光合作用面積；④溫室大棚,使用無色透明玻璃。溫度過高，為減少蒸騰作用，減少水分喪失，植物氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，光合速率下降，出現(xiàn)“光合午休”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(yīng)用1】（P106)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(nèi)CO2濃度增加的原因是____________________；2.DH段玻璃罩內(nèi)CO2濃度下降的原因是____________________；3.HI段玻璃罩內(nèi)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(jīng)過一晝夜的時間，該植物是否生長？____。判斷的依據(jù)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(nèi)CO2濃度減少，減少的CO2轉(zhuǎn)化成有機物積累在植物體內(nèi)據(jù)曲線作答2：如圖是密閉玻璃罩內(nèi)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32.CO2濃度C點：CO2補償點（表示光合作用速率等于細胞呼吸速率

時的CO2濃度）；D點：CO2飽和點（兩組都表示在一定范圍內(nèi)CO2濃度達到

該點后，光合作用強度不再隨CO2濃度增加而增加）

此時受限于光照強度、溫度、酶的數(shù)量和活性等應(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(fēng)透氣.(正其行，通其風(fēng))B點

：進行光合作用所需CO2的最低濃度ABCD0吸收CO2釋放CO2CO2濃度在一定范圍內(nèi)，光合速率隨著CO2濃度的增加而加快，但CO2濃度增加到一定值時，光合速率不再加快。CO2濃度需達到一定值時，才能啟動光合作用。3.溫度應(yīng)用：1.適時播種2.增加晝夜溫差,白天適當提高溫度,晚上適當降溫3.植物“午休”現(xiàn)象①影響原理：溫度通過影響酶的活性來影響光合作用強度。②曲線分析：B點對應(yīng)的溫度是最適溫度，此時光合作用最強。溫度過高時植物氣孔關(guān)閉或酶活性降低，光合速率會減弱。③一般來說，植物光合作用的最適溫度在25℃左右。AN：光合酶及ATP的重要組分P：類囊體膜和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4.水分和礦質(zhì)元素水是光合作用的原料，缺水既可直接影響光合作用，又會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2進入葉片，從而間接影響光合作用。應(yīng)用：合理施肥1.水是光合作用的原料2.水是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)3.水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5.多因子變量對光合作用速率影響的分析P點之前:限制光合速率的因子應(yīng)為橫坐標所表示的因子。Q點之后:影響因子主要為各曲線所表示的因子。內(nèi)因：外因：基因決定酶種類數(shù)量不同水分—應(yīng)用：合理灌溉礦質(zhì)元素—應(yīng)用：合理施肥溫度—影響酶的活性應(yīng)用：適時播種、晝夜溫差大“午休”CO2濃度—升高CO2的濃度：通風(fēng)、混養(yǎng)、使用