光合作用的原理和应用.ppt

第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 能量之源光与光合作用,二 光合作用的原理和应用,光合作用的概念,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并且释放出O2的过程。,光合作用的探究历程,1、问题：植物生长所需的物质来自何处？,2000多年前 亚里士多德(Aristotle),认为：构成植物 体的原料是土壤 植物增加的重量=土壤减少的重量,2、1648年比利时海尔蒙特的实验,五年后,柳树增重80kg 土壤只减少0.06kg,结论：植物增重主要来自水分,一段时间后,一段时间后,3、1771年英国普利斯特利实验,普利斯特利实验,结论：植物可以更新空气,4、1779年，荷兰 英格豪斯的实验,实验重复了500多次,结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气,1785年，发现了空气的组成，科学家在明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳,5、 1845年，德国的科学家梅耶指出：植物光合作用时，把光能转换成化成化学能储存起来。,依据：能量守恒和转换定律,一半曝光，一半遮光,在暗处放置几小的叶片,6、1864年萨克斯的实验,结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉,7、光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是来自水呢？,随着技术的进步，人们发现了放射性 同位素，利用放射性同位素做示踪原 子，为解决氧气是来自水还是二氧化 碳提供了技术手段。1939年，美国的 科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法, 用18O做示踪原子，对光合作用的产物 氧气中氧的来源进行了探究。,返回,1939年鲁宾和卡门的实验,光合作用产生的有机 物又是怎样合成的呢？,20世纪40年代，美国科 学家卡尔文利用放射性 同位素14C标记的14CO2做 实验研究这一问题。最 终探明CO2中的碳在光合 作用中转化成有机物中 的碳的途径，这一途径 称为卡尔文循环。,1961年诺贝 尔化学奖得主,光合作用的探究历程小结,问题讨论,光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你能用一个反应式表示出来吗?,反应条件： 反应场所： 反应物： 生成物： 能量变化：,光能,叶绿体,CO2，H2O,有机物，O2,光能化学能,光反应,暗反应,划分依据:反应过程是否需要光能,光合作用的过程,光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？,有光才能反应,有光、无光都能反应,H2O,类囊体膜,酶,1.光反应阶段,色素,光,酶,叶绿体内的类囊体薄膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,叶绿体基质 多种酶,糖类+H2O,卡尔文循环,CO2,五碳化合物 C5,CO2固定,三碳化合物 2C3,叶绿体基质 多种酶,糖类+H2O,H,2.暗反应阶段,叶绿体的基质中,多种酶、,H 、ATP,CO2的固定：,C3的还原：,ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能,C3还原,比较光反应、暗反应,光反应阶段,暗反应阶段,条件,场所,物质变化,能量变化,光、色素、酶、H2O,CO2、多种酶、H、ATP,叶绿体类囊体薄膜上,叶绿体基质中,水的光解；ATP的生成,CO2的固定； C3的还原,光反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。,光合作用的过程,光反应阶段,暗反应阶段,co2,水在光下分解,C5,ATP,ADP+Pi,酶,供能,H,供氢,O2,固 定,还 原,多种酶 参加催化,(CH2O),氨基酸,脂肪,酶,正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、H 、ATP含量如何变化？ 若突然停止CO2的供应呢？,H ATP C5 C3,C3 C5H ATP ,2C3,讨论：条件变化时，各种物质合成量的动态变化。,增加,减少,减少或没有,减少或没有,减少,增加,增加,增加,减少,增加,减少或没有,增加,增加,减少,减少,增加,H2O2H + 1/2O2,水的光解：,ATP的合成：,暗反应,总结,光反应,特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物,总结,光反应,CO2的固定：,CO2的还原：,原料和产物的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径,碳的转移途径,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,（CH2O）,光合作用的意义,为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质,为一切生物生命活动的进行提供所必需的能量,维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。缓解温室效应,总之，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。,形成臭氧，保护地球生物,整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么？,物质变化：,无机物,能量变化：,光能,光合作用的实质：合成有机物，储存能量。,有机物,糖类等有机物中的化学能,化能合成作用,2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量,能量,CO2+H2O (CH2O)+O2,硝化细菌的化能合成作用,化能合成作用,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，这种合成作用叫化能合成作用。 除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属于进行化能合成作用的自养生物。,1、营养物质包括有机物、无机盐、水等,2、根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：,自养生物 （无机物转变成自身的有机物）,异养生物：将现成的有机物转变成自身的有机物,光能自养生物,化能自养生物,（绿色植物）,（硝化细菌、硫细菌、铁细菌等）,新陈代谢,同化作用 （把非己变成自己）,异化作用 （把自己变成非己）,自养型,异养型,需氧型,厌氧型,红螺菌的同化作用属于兼性营养型,酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型,光能自养型,化能自养型,光能,12H2O+6CO2,叶绿体,6O2 +C6H12O6+6H2O,光合作用强度表示方法,1、单位时间内光合作用产生有机物的量 2、单位时间内光合作用吸收CO2的量 3、单位时间内光合作用放出O2的量,光合作用原理的应用,内因： 外因：,基因决定酶种类数量不同,影响光合作用因素, 单因子对光合作用速率影响的分析,1）光照,2）温度,3）二氧化碳浓度,4）水分,5）矿质元素,光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间 内单位面积的叶片合成有机物的速率。,光合速率的影响因素,A,B,光照强度,0,C,细胞呼吸产生的CO2量,净光合作用量,真正（实际）光合作用量,在A点含义： 在B点含义： 在C点含义：,真正（实际）光合速率表观（净）光合速率呼吸速率。,（1）光照强度,光照强度为0，此时只进行呼吸作用，释放的CO2量为呼吸速率。,光合作用速率呼吸作用速率。,随光照强度增加，光合作用不再增加。,A,B,光照强度,0,阳生植物,阴生植物,应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。,C,阳生植物 阴生植物,应用：间作时作物种类的搭配,应 用,两种表示方法有什么区别呢？,(2)温度,1、AB段： 2、B点： 3、BC段：,表示温度达到一定程度，随温度升高， 酶逐渐失去活性，光合速率也逐渐下降。,在一定范围内，随温度的升高，光合速率加快。,表示酶活性最强，该温度为进行光合作用的最适温度此时光合速率达到最大值。,A、B、C三种温度条件下植物积累有机物最多的是哪种温度？,应用：适时播种；温室栽培中白天调到光合作用最适温度，晚上适当降低温度。,CO2含量,光合作用的强度,0,A B C,（3）CO2浓度,AB段： A点： B点：,应用：对农田里的农作物应合理密植，“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。,在一定范围内，随C02浓度的增加，植物的光合速率加快。,表示进行光合作用所需C02的最低浓度。,超过该浓度，光合速率不再增加。,a:CO2饱和点。光合速率不再随CO2浓度的增加而增加,CO2浓度,a,0,c,d,光合速率,呼吸速率,c:呼吸作用强度。只有呼吸，没有光合作用,d:CO2补偿点。光合作用吸收的CO2呼吸作用释放的CO2,ad段:(在一定范围内)光合速率随CO2浓度的增大而加快,A:进行光合作用所需最低外界CO2浓度 B:CO2饱和点,两种表示比较,b:CO2的补偿点,c:CO2的饱和点,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。,应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度（燃烧液化石油气，使用CO2发生器),措施：,多施有机肥或农家肥 大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度、增加产量 释放一定量的干冰或施“碳铵” (NH4HCO3),必须指出：增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”,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。,5.矿质元素,在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率,当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。,应用措施： 根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率。,6.叶龄,OA段幼叶。随幼叶的不断生长，叶面积增大，叶绿体增多，叶绿素含量增加，光合速率增加。 AB段壮叶。叶片面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率稳定。 BC段老叶。随叶龄的增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。,应用措施： 农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶。可降低其呼吸作用消耗有机物。,7.光照面积,应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。,曲线分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡,OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用不再增加，但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。,曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，随着此因素的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。, 多因子对光合作用速率影响的分析,曲线分析：,1、分析比较各图中P、Q点的主要影响因素是什么？,光强度、温度和二氧化碳浓度对光合作用的影响是综合性的。,通过对曲线的分析，你能得出什么结论？,日变化：在一天中由于光照和温度在发生变化，在一天中的光合速率也在发生变化。如下图。本图表示夏天的一个晴天。,放出 CO2 的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收 CO2 的量,12：00,6：00,18：00,时间, 光合作用的日变化,放出 CO2 的量,B,A,D,C,F,E,H,G,I,吸收 CO2 的量,12：00,6：00,18：00,时间,1、AB段： 2、BC段： 3、C点：,植物在晚上只进行呼吸作用，放出CO2最多。,表示放出的CO2多于吸收的CO2，即呼吸作用 大于光合作用。,光合作用吸收的CO2等于呼吸作用放出的CO2。,4、CD段： 5、DE段：,光照增强光合作用增强，光合作用吸收的CO2 大于呼吸作用放出的CO2。,温度升高，蒸腾作用增强，气孔关闭，CO2供 应不足，而影响暗反应的速率。在E点出现最 严重的“午休”现象。,6、EF段： 7、FH段：,温度逐渐降低，光合速率逐渐恢复。,随着光照减弱，光合作用逐渐下降。 应用：南方夏季日照强，作物“午休”会更普遍一些，在生产上应适时灌溉或选用抗旱品种，以缓和“午休”现象，增强光合能力。,光合作用,细胞呼吸,(,有氧呼吸,),代谢性质,合成代谢,分解代谢,发生部位,含叶绿体的细胞,(,主要是叶肉,细胞,),所有生活细胞,反应场所,叶绿体,主要在线粒体内（第一阶段和,无氧呼吸在细胞质基质）,条件,光,、,H,2,O,、,CO,2,、适宜的温度、,酶、色素,有,光,、无,光,均可，适宜,的,温度、,O,2,、酶,能量代谢,光能转变为化学能，贮存在有,机物中,有机物中的化学能释放出，一,部分转移到,ATP,中,物质代谢,将无机物,(CO,2,和,H,2,O),合成有,机物,(,如,C,6,H,12,O,6,),有机物,(,如,C,6,H,12,O,6,),分解为无,机物,(H,2,O,和,CO,2,),联系,光合作用的产物作为细胞呼吸的原料,(,有机物和,O,2,均为细胞呼,吸的原料,),，细胞呼吸产生的,CO,2,可为光合作用所利用,有机物分解,水的光解,用于暗反应C3的还原,与O2结合生成水,ADP+Pi+光能 ATP,用于C3的还原，转换成 有机物中稳定的化学能,有机物分解 释放的能量,用于各种需能的 生命活动,光合作用与细胞呼吸过程中 H 和ATP 的来源、去路的比较,光合作用解题方法小结,1、读题： CO2吸收、O2释放表观光合作用 CO2固定、CO2同化、O2生成真正光合作用 有机物积累表观光合作用 有机物合成真正光合作用,2、用全过程图解解题： 如：停止光照（停止CO2供应）：叶绿体中H和ATP、C5、C3、（CH2O）等物质量的变化。,3、光合作用影响因素相关图解读： 该曲线的横坐标是自变量、纵坐标是因变量、其他条件均为最适宜的情况下得出。,4、点及其移动,D,（1）阳生植物,阴生植物：A上移、B左移、C左下移、D左移,（2）阴生植物,阳生植物：A下移、B右移、C右上移、D右移,（3）升温至呼吸作用最适温：A下移、B右移、C左下移、D左移,（4）降低CO2供应：A不变、B右移、C左下移、D左移,CO2浓度,光合作用的强度,0,A B,4、点及其移动,（1）减小光照强度：A不变、B左移、C左下移,（2）增大光照强度：A不变、B不变、C不变,（3）升温至呼吸作用最适温：A不变、B左移、C左下移,C,1.叶绿体中的色素所吸收的光能，用于_ 和_;形成的_和_ 提供给暗反应。,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。,3.在光合作用中，葡萄糖是在_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。,水的光解,形成ATP,H,ATP,CO2,H2O,光能,化学能,暗反应,光反应,光反应,暗反应,练一练,4、下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中A是_,B是_,它来自于_的分解。 图中C是_，它被