能量之源—光与光合作用.ppt

第四节 能量之源-光与光合作用 二 光合作用的原理和应用,1 分析人类对光合作用探究历程，形成光合 作用的概念；理解科学过程，领会技术 （同位素示踪法）与科学的关系；学习科学 家质疑、创新、勇于实践的科学精神和 科学态度。 2 阐明光合作用的过程实质。,学习目标,当你漫步在这绿色葱葱的树林时， 你是否感觉神清气爽，心旷神怡-,2、 光合作用的探究历程,光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物,并且释放氧气的过程。,1648年 比利时 范.海尔蒙特(van Helmont) 1771年 英国 普里斯特利（J. Priestley） 1779年 荷兰 英格豪斯（J. Ingen-housz） 1782年 拉瓦锡（Laroisier, A.L. ） 1845年，德国科学家梅耶（R. Mayer） 1864年 德国 萨克斯（J. von Sachs） 1880年 美国 恩吉尔曼（C.Engelmann) 1939年 美国 鲁宾(S.Reben)和卡门(M.Kamen) 20世纪0年代美国卡尔文 (M.Calvin),极 细 光 束,黑暗中,光照下,叶绿体是植物进行光合作用的场所,光合作用需要在光下进行 光合作用中释放氧气,结论：,思考回顾：,1： 叶绿体中为什么能进行光合作用？,2：是否只有在叶绿体中才能进行光合作用？,酶、色素,否，如蓝藻,五年后,柳树增重80kg多 土壤减少不到100g,结论：,植物增重主要来自水分。,现象：,蜡烛 熄灭。,现象：,蜡烛 持续 燃烧。,现象：,小鼠 死亡。,现象：,小鼠 存活。,结论：,植物能够净化因燃烧或呼吸而变混浊的空气。,结论：,淀粉是光合作用的产物之一。,C18O2,CO2,O2,18O2,（一）,（二）,光合作用释放的氧全部来自水。,结论:,普利斯特利的实验 只有在阳光照射下 才能成功,结论1：,植物体只有绿叶才能更新空气。,结论2：,1:从人类对光合作用的探究历程来看,生物学的发 展与物理学和化学有什么联系?与技术手段的进步 有什么关系?试举例说明.,2:分析人类对光合作用的探究历程,你还有哪些感悟?,思考讨论：,2 光合作用的探究历程,4 光合作用的过程,光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物,并且释放氧气的过程。,1 光合作用的概念:,3 光合作用反应式:,光合作用正是在叶绿体中进行的,可以分为两个阶段： 第一阶段是直接需要光的,称为光反应 第二阶段不需要光的直接参与是二氧化碳转变为糖的过程，这一过程称为暗反应,光合作用的两个阶段,光合作用过程 ：,、光反应阶段 ：,发生部位： 反应条件： 物质变化 a.水的光解： b.ATP形成： 能量转变：,叶绿体片层结构薄膜上,光/色素分子/酶,光能 ATP中活跃化学能,光合作用过程 ：,、暗反应阶段 ：,发生部位： 反应条件： 物质变化 a.CO2固定： b.C3化合物还原： 能量转变：,叶绿体基质中,C02、多种酶,ATP中活跃化学能 有机物中稳定化学能。,光合作用过程 ：,、光反应与暗反应联系、区别 ：,联系:光反应与暗反应共同构建成光合作用的完整统一体。两者紧密联系。光反应为暗反应提供能量(ATP)、还原剂(H)，光反应是暗反应的前提和基础；暗反应过程中产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料,是光反应的继续和最后归宿。两者相辅相成，相互影响，相互制约，缺一不可。,光合作用的全过程,供氢,供能,还原,多种酶参加催化,（CH2O）,2C3,C5,固定,CO2,光反应过程,暗反应过程,H2O,B,A,C,D,E+Pi,F,G,CO2,J,光,8.下 图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中B是，它来自于的分解。 图中C是，它被传递到叶绿体的 部位，用于。 图中D是，在叶绿体中合成D所需的能量来自 图中的H表示， H为I提供 当 突然停止光照时，F，G。（填增加或减少）,H,I,2,水,H,基质,还原C3,ATP,色素吸收的光能,增加,减少,光反应,H、ATP,光反应为暗反应提供了H和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。,光合作用光反应与暗反应的区别,叶绿体的类囊体薄膜上,叶绿体的基质上,光、色素、酶,酶,光反应为暗反应提供H和ATP，暗反应产生ADP和Pi为光反应提供原料,光合作用的过程,阅读课本P:103106,填写下表,H2O,O2,ATP,CO2,2C3,(CH2O),还原,1光照强度对光合速率的影响 (1)光照强度与光合作用强度的关系曲线分析,A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。 AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。 B点：细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。,BC段：表明随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强，C点所示光照强度称为光饱和点。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素的含量以及酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。 (2)应用 阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。,2温度对光合速率的影响,(1)关键点的含义 光合作用是在酶催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在1035下正常进行光合作用，其中AB段(1035)随温度的升高光合作用逐渐加强，B点(35)以后酶活性下降，光合作用开始下降，50时光合作用完全停止。 (2)生产上的应用：温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温，增加昼夜温差，以降低细胞呼吸消耗有机物。,3CO2浓度对光合速率的影响,(1)关键点的含义 在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度增大而加快；当CO2浓度达到一定值时，再增加CO2浓度，光合速率也不再增加，甚至减弱(细胞呼吸被抑制)。 图1中A点表示光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。图1和图2中的B和B点都表示CO2饱和点。 (2)生产上的应用 对农田里的农作物应“正其行，通其风”； 对温室作物来说，应增施农家肥料或使用CO2发生器。,4多因子影响,环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合起作用。但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。,外部因素,反应条件：光、温度、必需矿质元素 反应原料： CO2浓度、水,内部因素,影响光合作用的因素有哪些？,植物种类不同（阴生植物、阳生植物）,植物种类不同对光合作用的影响,作物后期,适当摘除老叶、残叶，降低呼吸。,1.幼叶不断生长,叶绿体(素)不断增加,光合速率不断加快； 2.老叶叶绿体破坏,光合速率减慢。,叶龄,光,在生产上的应用,对光合作用的影响,外因,2.光质(光的波长),1.光照强度,复色(白色)光 最好 红光 其次 蓝紫光 次之 绿光 最差,1.注重阴、阳生植物间作套种 2. 一年之内轮作,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.,光合作用强度,0,呼吸速率,光补偿点,光饱和点,阴生植物,阳生殖物,光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物 阴生植物,温室： 使用干冰； 使用二氧化碳发 生器； 使用农家肥 温室与大田： 确保良好通风；增施有机肥料；深施“碳铵”。,CO2是光合作用的原料.,CO2,ab: CO2太低，农作物消耗光合产物； bc: 随CO2的浓度增加，光合作用强度增强； cd: CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变； de: CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,CO2的补偿点,CO2的饱和点,1.适时播种 2.温室栽培时,白天适当提高温度,晚上适当降温（增加昼夜温差）。,温度会直接影响酶的活性. （ 主要是影响暗反应）,温度,影响光能利用率的因素在生产中的应用：,延长光合作用时间,增加光合作用面积,光能利用率,光合作用效率,( 轮作 ),( 合理密植：间种、套种 ),1、光照强度、光质,2、CO2浓度,3、温度,4、矿质元素（ 合理施肥）,5、水（ 合理灌溉）,光合作用原理的运用,1）光照,2）温度,3）二氧化碳浓度,4）水分,5）矿质元素,植物自身（内部）因素,环境因素对光合作用的影响,1区别,2.光合速率与呼吸速率 (1)呼吸速率的表示方法：植物置于黑暗环境中，测定实验容器内CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。 (2)净光合速率和真正光合速率 净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示； 真正光合速率：常用一定时间内O2产生量，CO2固定量或有机物产生量来表示。,(3)光合速率与呼吸速率的关系,绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。 绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 真正光合速率净光合速率呼吸速率。,2012北京海淀模拟将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中，研究在10、20的温度条件下，分别置于黑暗和5 klx、10 klx条件下的光合 作用和呼吸作用。结果如下图所示(横坐标为时间，单位：小时)。,对以上结果分析正确的是( ) A该叶片20时的呼吸速率是10时的4倍 B该叶片在10、5 klx的光照下，每小时光合作用产生的氧气量是3 mg C该叶片在5 klx光照下，10时积累的有机物比20时少 D该叶片在20、10 klx光照下，每小时光合作用产生的氧气量是6 mg,解析 20时呼吸速率为2 mg/2h1 mg/h,10时为1 mg/2h0.5 mg/h,20时的呼吸速率是10时的2倍，A项错误；10、5 klx的光照下，每小时产生的O2量为6 mg/2h1 mg/2h3.5 mg，B项错误；5 klx光照下，若用O2释放量表示10时积累的有机物为6 mg/2h3 mg/h,20时为4 mg/2h2 mg/h，C项错误；20、10 klx光照下，每小时光合作用产生的氧气量是：(10 mg2 mg)/2h6 mg/h，D项正确。 答案 D,对光合作用总量、净光合作用和细胞呼吸关系的考查 有关光合作用和细胞呼吸的总结 (1)光合作用所需CO2的两个来源：由呼吸作用产生；从周围空气中吸收(若是水生植物，则从周围的水中吸收)。光合作用释放的O2的两个去向：用于呼吸作用；呼吸作用消耗不完的释放到周围的空气中。光合作用制造的葡萄糖的两个去向：用于呼吸作用消耗；呼吸作用消耗不完的用于积累。,(2)发生时间：光合作用只在有光照时发生，呼吸作用在有光和无光时均能发生。 (3)注意以下四种情况： 强光照射：光合作用速率大于细胞呼吸速率。叶绿体产生的O2的去向：供给线粒体释放到叶片外。叶绿体需要的CO2的来源：线粒体产生外界吸收。光合作用强度呼吸作用强度。,中等强度光照：光合作用速率等于细胞呼吸速率。叶绿体产生的O2供给线粒体进行细胞呼吸。线粒体产生的CO2供给叶绿体进行光合作用，叶片与外界环境不进行气体交换。光合作用强度呼吸作用强度,弱光光照：光合作用速率小于细胞呼吸速率。线粒体需要的O2部分来自叶绿体，部分从外界吸收。线粒体产生的CO2除供给叶绿体利用外，其余释放到叶片外。过程如图所示。光合作用强度呼吸作用强度,黑暗情况：不进行光合作用，只进行细胞呼吸，叶片从外界吸收O2，释放CO2。过程如图所示。 总之，真正光合作用速率净光合作用速率细胞呼吸速率。,诊断：,1、下列四个选项中，能代表细胞中发生的情况与曲线中C点相符的是（ ）,2、某绿色植物呼吸和光合作用最适的T分别为250C和300C，开始的T为 25，当变为300C时，a、c、d分别怎样移动?(上图）,a,b,c,d,CO2,CO2,CO2,CO2,CO2,CO2,A,B,C,D,C,答：a点向上移，c点向左移，d点向上移,呼吸速率、净光合速率的测定：,测量什么? 、 。 烧杯中装 、 。 条件？ 、 。,呼吸速率 光合速率,NaOH,黑暗,NaHCO3,光下,测呼吸速率原理 测光合速率原理,黑暗处，只进行呼吸作用,消耗O2，产生的CO2被NaOH吸收,气压下降 ，液滴左移,液滴左移的距离（体积）即为O2的消耗量也即呼吸速率,光下，光合作用呼吸作用,光合作用产生的O2多于呼吸作用吸收的O2，而CO2维持稳定,气压增大 ，液滴右移,液滴右移的距离（体积）即为O2的产生量也即净光合速率,如图为某植物细胞部分结构示意图，据图分析，下列四项叙述中，正确的是( ),Aa、b箭头表示的是O2进出细胞的过程 Be、f箭头表示的是CO2进出细胞的过程 C以C18O2作原料进行光合作用，在较强光照下，测得含18O的呼吸作用产物的主要去向是图中的d,解析 本题综合考查光合作用和细胞呼吸之间的关系。a表示叶绿体吸收CO2，b表示叶绿体释放O2，e表示线粒体吸收O2，f表示线粒体释放CO2，c表示叶绿体产生的O2被线粒体利用，d表示线粒体产生的CO2被叶绿体利用。以C18O2作原料进行光合作用，18O的转移为：C18O2有机物，呼吸作用中有机物中的18OC18O2，在较强光照下，光合作用速率大于呼吸作用速率，呼吸产物C18O2主要被叶绿体利用，即主要去向是图中的d。,光合作用的重要意义,包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源 维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定 促进生物进化 从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢,答案 C,化能合成作用,自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有色素，不能进行光合作用，但是能够体外环境中某些无机物释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用。,化能合成作用,自养生物,以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。,异养生物,只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,化能合成作用,利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌、铁细菌、硫细菌。,光能自养生物,化能自养生物,所需的能量来源不同（光能、化学能）,化能合成作用 (1)化能合成作用的实例 硝化细菌的化能合成作用,除了硝化细菌外，常见的还有硫细菌、铁细菌等。硫细菌进行的反应式如下：,(2)自养生物和异养生物,3、在光合作用中,糖类是在 中形成的，氧气是在 中形成的，ATP是在 中形成的，CO2是在 固定的。,2、光合作用的实质是：把 和 转变为有机物， 把 转变成 ，贮藏在有机物中。,1、如用14CO2示踪，在光合作用过程中，14C在下列分子中的转移 途径是 （ ） A、14CO2叶绿素ADP B、14CO2ADP糖类 C、14CO2三碳化合物糖类 D、14CO2叶绿素ATP,练一练 测一测,二氧化碳,水,光能,化学能,暗反应,光反应,暗反应,光反应,4光合作用过程的正确顺序是（ ） 二氧化碳的固定 氧气的释放 叶绿素吸收光能 水的光解三碳化合物被还原 A. B. C. D.,5光合作用的暗反应中，三碳化合物转变成葡萄糖，最起码需要 的条件是（ ） O2叶绿素分子ATPH多种酶五碳化合物 A. B. C. D.,6、请按时间先后顺序排列下列事件 （ ） 德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉 美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法证明，光合作用释放的氧 气全部来自参加反应的水 英国科学家普里斯特利指出植物可以更新空气 德国科学家恩格尔曼用水绵做实验证明，氧是由叶绿体释放出来 的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 A B C D 7、1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把 此叶片一半遮光，一半曝光。经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片， 成功地证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。该实验在设计上具有 很强的严密性，具体体现在 A、本实验不需要设对照实验 B、曝光处作为对照实验 C、本实验为空白