《光合作用和细胞呼吸》课件.ppt

,光合作用和细胞呼吸复习,光合作用,新叶沐浴着和煦的阳光，鸟儿在绿叶间尽情欢唱：“是你给了我生命的甘露，是你给了我无穷的能量！”,原料1,原料2,产物1,产物2,动力,场所,水,CO2,O2,淀粉等有机物,光合作用的概念,绿色植物通过吸收，将合成为并释放出，同时将转化为储存在糖类和其他有机物中的过程。,叶绿体,光能,CO2和H2O,糖类等有机物,O2,太阳光能,化学能,本课学习任务,观点：植物体由“土壤汁”构成，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。,问题：植物生长所需的物质来自何处？,亚里士多德(Aristotle),一、光合作用的探索历程,一、光合作用的探索历程,图A,图B,图C,图D,干燥土壤90.8kg,小柳树2.3kg,只用雨水浇灌,五年后柳树长大,土壤烘干后称重,海尔蒙特实验,植物生长所需的原料来自于水,实验2:1771年普利斯特利(英国),结论：植物可以更新空气,密闭玻璃罩+绿色植物+蜡烛（小鼠）,结果,过程,蜡烛不易熄灭小鼠不易窒息死亡,不足：没有明确植物更新气体的成分；没有指出在光下,实验3：1779年荷兰的科学家英格豪斯,500多次植物更新空气的实验，又有何新发现？,植物体只有在光下才能更新污浊的空气。,甲,乙,（1）英格豪斯知道植物更新了空气中的什么成分吗？为什么？,问题讨论：,直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下吸收的是二氧化碳，放出的是氧气。,（2）他在实验中控制的单一变量是什么？,问题讨论：,（3）小组合作设计实验装置图，证明植物需要光才能制造O2？怎样检验O2？（备选实验材料和器材：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管等）,设计实验,A组,B组,光照,光照,（4）设计实验：证明不同颜色的光对植物光合作用产生O2的影响？（备选实验材料和器材：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管等）,继续探究,1845年,德国科学家梅耶根据能量转换和守恒定律明确指出,植物进行光合作用时,把光能转化成化学能储存起来.,这一过程中能量哪去了？,光能转化成化学能，储存于什么物质之中？,4、1864年德国的植物学家萨克斯采用碘液检测淀粉的方法进行实验,萨克斯，J.vonSachs(18321897),暗处理,叶部分遮光,光照,滴加碘液,问题讨论：,参考问题：为什么要把绿叶在暗处放置一昼夜？叶片部分遮光，部分曝光，目的是什么？这个实验得出什么结论？,结论：植物在光下产生了淀粉,实验4:1864年萨克斯(德国),实验,对照,暗处,曝光,消耗营养,碘蒸气处理,呈深蓝色,绿色叶片,绿色叶片,暗处,消耗营养,遮光,碘蒸气处理,无颜色变化,绿色植物的叶片在光合作用的产物除氧气外还有淀粉.,光合作用的场所在哪里呢？,1880，恩格尔曼实验,资料11880年，美国科学家恩吉尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵，他发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。资料2在类囊体上和基质中，含有多种进行光合作用所必需的酶。,黑暗中，光束照射暴露在光下,实验5:1880年恩吉尔曼(德国),实验,对照,将水绵和好氧细菌放在无空气的黑暗环境中,细光束照射水绵,好氧细菌集中在被照叶绿体部位,将水绵和好氧细菌暴露在光下,好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位,氧是叶绿体所释放的,叶绿体是绿色植物光合作用的场所.,分析恩格尔曼在实验设计上的巧妙之处,一是选用水绵作为实验材料。水绵不仅具备细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分布在细胞中，便于观察和分析研究。二是将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验能够正常地进行。三是选用极细的光束照射，并且用好氧细菌进行检测，从而能够准确地判断出水绵细胞中释放氧的部位。四是进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。,思考：释放出的氧是来源于水？二氧化碳？,实验6:1939年鲁宾和卡门(美国),实验,对照,向绿色植物提供H216O、C18O2,释放的氧是16O2,向绿色植物提供H218O、C16O2,释放的氧是18O2,鲁宾和卡门做的同位素标记实验,光合作用产生的氧气全部来自于水，而不是来自CO2,这一实验证实了：,实验7:20世纪40年代美国科学家卡尔文,实验,结论,用C14标记的CO2,供小球藻进行光合作用,追踪检测其放射性,14,CO2中的碳转化成有机物中的碳的途径卡尔文循环,卡尔文,探究实验的一般步骤,1、观察，提出问题,2、作出假设,3、设计实验,4、进行实验,5、观察和收集数据,6、分析得出结论,7、进一步探究,1、遵循探究实验的一般过程：2、设计实验三部曲（1）取材、分组、编号（2）设置对照、控制变量（3）培养或反应一段时间等、观察现象3、实验设计的基本原则（1）科学选材（2）对照原则（设置单一变量、控制无关变量）（3）平行重复4、其他学科方法放射性同位素标记法,2、上述探究实验中的变量分析,萨克斯：自身对照；自变量：因变量,光照：一半曝光与另一半遮光,叶片颜色变化,恩格尔曼：,自身对照；自变量因变量,光照照光处与不照光处；黑暗与完全曝光,好氧菌的分布,鲁宾和卡门:,相互对照;自变量因变量,标记物质（H218O与C18O2),氧气的放射性,3、探究过程与其他科学技术发展的联系,与物理学、化学的研究进展关系密切。由于发现了空气的组成，才明确绿叶在光下放出的是氧气,技术手段的进步对生物科学的发展起了推动作用：同位素标记法对光合作用的研究有推动作用。,材料1：1642年，比利时科学家海尔蒙特进行了一项著名的柳树实验。他在一个花盆里栽种了一棵23kg的柳树。栽种前，花盆里的泥土经过高温烘烤干燥后称重为908kg。以后的5年中，海尔蒙特除了只给柳树浇水外，没有在花盆里添加任何物质，每年秋天柳树的落叶也没有称重和计算：5年后，他将柳树和泥土分开称重，发现柳树的重量变成了767kg，泥土烘干后的重量为907kg，比原来只减少01kg。于是他得出结论：柳树获得的744kg物质只是来源于水：,根据你所掌握的生物学知识，判断海尔蒙特的结论是否确切?为什么?(2)花盆内的泥土减少了01kg，其原因是。,不确切。柳树干重的增加来自于光合作用产生的有机物。,土壤中的矿质离子被柳树吸收,线粒体,叶绿体,二、光合作用的过程,-,基粒,基质,2C3,(CH2O),色素分子,可见光,C5,2C3,ADP+Pi,ATP,2H2O,O2,4H,多种酶,酶,C6H12O6+H2O,CO2,吸收,光解,能,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用的过程,(CH2O),反应式及元素去向（O元素、C元素）,创新P,光照与CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、H、ATP、（CH2O)合成量的影响,例1.下图为光照和CO2浓度改变后，与光合作用有关的C5化合物和C3化合物在细胞内的变化曲线。(1)曲线a表示，在无光照时其含量下降的原因是；曲线b表示，在C02浓度降低时含量下降的原因是(2)由(1)得出光照强度和C02浓度与光合作用的关系是：前者主要影响；后者主要影响。,五碳化合物,三碳化合物,光反应阶段,暗反应阶段,例2：（09安徽卷）叶绿体是植物进行光合作用的场所。下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是A叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内BH2O在光下分解为H和O2的过程发生在基质中CCO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D光合作用的产物淀粉是在基质中合成的,答案：D,三、影响光合作用的因素及其在农业生产上的应用,1光照强度对光合作用强度的影响,单一变量坐标图分析,(1)描述光照强度对光合作用强度影响的曲线并指出A、B、C三点的生理含义？,(2)如果是阴生植物，B点在横轴上是向左移还是向右移？,(3)如果自然界中某种植物，在白天光照强度较长时间为B的条件下能否正常生长？,（4）根据上图，你认为采取什么措施能增加光合产量？,间作套种，,光合面积,阴生，阳生,合理密植,2CO2浓度对光合作用强度的影响,单一变量坐标图分析,（1）描述CO2浓度对光合作用强度影响的曲线并指出关键点的生理含义？,（2）根据CO2浓度对光合作用影响的曲线，你认为采取什么措施能增加光合产量？,（3）北魏贾思勰齐民要术中提到种植农作物时要“正其行，通其风”，你如何理解这句话？,有利于作物充分地利用环境中的“气肥”和光能,措施：温室：燃烧液化石油气，使用二氧化碳发生器。大田：确保良好通风；增施有机肥料；深施“碳铵”。,空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。,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”,ab：bc：cd：de：,CO2太低，农作物消耗光合产物；随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；CO2深度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,知识延伸,净量与总量判断（总量=净量+呼吸消耗）,若为坐标曲线形式,当光照强度或CO2浓度为0时，CO2的吸收量为0，则为总量；若是负值则为净量。,若所给数值为有光条件下绿色植物的测定值，则为净量。,有机物积累量一般为净量，制造量一般为总量。,光饱和点,C,阳生植物,阴生植物,呼吸速率,总光合速率,净光合速率,总光合速率,N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分不足：光合作用不能顺利进行过量：危害农作物正常生长发育,3、含水量或矿质元素对光合作用强度的影响,4温度对光合作用强度的影响,单一变量坐标图分析,如果想要提高产量，如何控制温度？（昼夜温差）,例题分析，发现规律,例3、将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在较适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度（以CO2吸收速率表示），测定结果如上图。下列相关叙述，正确的是A如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移B如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移C如果光照强度适当增强，a点右移，b点右移D如果光照强度适当增强，a点左移，b点右移,D,当外界条件改变时，CO2（光）补偿点和饱和点的移动规律如下,例4、在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的选项是,A.若a点在a2，b点在b2时B.若a点在a1，b点在b1时C.若a点在a2，b点在b1时D.若a点在a1,b点在b2时,能力提升,D,多变量坐标图分析,讨论：（1）P点限制光合速率的变量是什么？为什么？（2）Q点限制光合速率的变量是光照强度，对吗？（3）光照强度、温度、CO2浓度等环境因素都对光合作用强度产生影响，生产实践中应如何操作，从而达到增产的目的？,发现规律,P点时，限制光合速率的因素应为所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。,到Q点时，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的其他因子,横坐标,横坐标,例5、图中甲、乙、丙分别表示几种环境因素对小麦光合作用强度的影响，除各图中所示因素外，其他因素均控制在小麦生长的适宜范围。请据图回答以下问题：,1）甲图P点，限制小麦光合作用强度的因素为。乙图Q点，高CO2浓度条件下，若要进一步提高光合作用应注意满足植物生活的条件（请依据上述三图作答）。预计丙图Q点之后3条曲线的变化趋势为。,光照强度,适宜温度,3条曲线都会随着温度升高而呈逐渐下降趋势,（2）夏天中午光照强烈时，小麦光合作用强度低的主要原因可以用图来说明，具体解释为。,乙,光照强烈时小麦叶片气孔逐渐关闭，导致体内CO2浓度降低，光合作用强度下降,（3）在气候寒冷时，即使在全日照下玫瑰也不能以最快的速度生长，可以用图来说明，这是因为的缘故。,甲和丙,气温较低，酶活性受限制,例6(05上海）回答有关光合作用的问题。下图表示当影响光合作用的因素X、Y和Z变化时，光合作用合成量和光强度的关系。（1）图中X1、X2、X3的差异是由于某种原因_影响了光合作用的_所导致。要提高大棚作物的光合作用合成量，由X3增加为X1，最常采取的简便而有效的措施_（2）图中Y1、Y2、Y3的差异是由于_影响了光合作用的_所致。（3）图中Z1、Z2、Z3的差异表现在光合作用中_反应的不同，如果Z因素代表植物生长发育期，则代表幼苗期、营养生长和现蕾开花期的曲线依次是_。,Z3、Z2、Z1,二氧化碳和温度,暗反应,施放干冰，增加二氧化碳浓度（或燃烧柴草）或适当升温,光波长（或光质）,光反应,光反应和暗反应,CO2,葡萄糖,线粒体,细胞质基质,四、细胞呼吸,过程,细胞呼吸能为生物体的生命活动提供能量。,细胞呼吸的意义：,呼吸过程能为体内其他化合物的合成提供原料。,影响细胞呼吸的因素及其应用,1、影响细胞呼吸的内因,一般生长快的植物呼吸速率快于生长慢的植物。,同一植物不同部位呼吸速率不同：,生长旺盛的、幼嫩的器官较生长缓慢的、年老的器官快；生殖器官的呼吸速率较营养器官快。,不同植物呼吸速率不同:,同一植物不同生长发育期呼吸速率不同,2、影响细胞呼吸的环境因素(外因),温度,细胞呼吸是由酶催化的一系列反应过程，因此对温度的变化很敏感。,应用：1、贮藏蔬菜和水果:零上低温,3、大棚内种植蔬菜时，保持一定昼夜温差；或阴天适当降温，有利于增产。,在一定的温度范围内，呼吸速率随温度的升高而增强。A点为最适温度，一般为2530。,2、贮存粮食种子：低温,例1:早春将种子播在秧田里后,如果用薄膜覆盖,可以缩短种子萌发的时间,其原因是A.减少水分蒸发,种子不易萎蔫B.提高温度,促进种子呼吸作用C.防止微生物侵害,种子不易腐烂D.便于吸收阳光热量,有利于细胞分裂,B,解析：早春，田间温度较低，种子播在秧田里，用薄膜覆盖，膜内温度高，使呼吸作用增强，为种子发芽提供足够的能量。,O2浓度,氧气不足，直接影响呼吸速率和呼吸性质。无氧时进行无氧呼吸;氧气对无氧呼吸有抑制作用；在低氧条件下通常无氧呼吸与有氧呼吸都能发生；在一定范围内有氧呼吸强度随氧气浓度升高而增大。,1、贮藏果蔬、粮食：低氧。,2、作物栽培：中耕松土、露田、晒田，粘土掺沙等，改善土壤通气条件，保证植物正常细胞呼吸。,应用：,例2:如图表示某植物的非绿色器官在氧浓度为a、b、c、d时，测得的CO2释放量和O2吸收量的变化。下列相关叙述正确的是,A.氧浓度为a时，最适于贮藏该植物器官B.氧浓度为b时，无氧呼吸消耗的葡萄糖是有氧呼吸的5倍C.氧浓度为c时，无氧呼吸最弱D.氧浓度为d时，无氧呼吸的强度与有氧呼吸相等,分析:由题干可获取的主要信息有:非绿色器官不进行光合作用,该过程气体变化只与细胞呼吸有关。在氧气吸收量为零时，该器官产生CO2，可判断其无氧呼吸的产物是酒精和CO2。解答本题时应根据不同氧浓度下CO2的释放量和氧气吸收量的关系，判断细胞呼吸类型，再结合反应式逐项分析。,B,CO2浓度,影响：增加CO2浓度对细胞呼吸有明显的抑制效应。,含水量,在一定范围内，细胞呼吸强度随含水量的升高而加强，随含水量的减少而减弱。,应用：果蔬、粮食的贮藏：高CO2浓度,影响：,应用:1.贮藏粮食种子：干燥，（控制在安全含水量范围内）；果蔬贮存要有一定的湿度。2.种子萌发前：往往要先浸种，使种皮变软，透气性增加，促进种子的细胞呼吸，而促进种子的萌发。,例3：下图表示含水量不同的玉米种子的呼吸速率CO2mg/(100g/h)，分析回答：,在一定范围内，随含水量增加，呼吸速率加快,13%,有氧呼吸释放的能量有一部分以热能形式散失，同时有氧呼吸产生水,呼吸速率高的种子堆会出现发潮发热的现象，原因是,玉米种子的呼吸速率与含水量的关系如何？,为了使种子安全贮藏，种子的含水量应控制在_以下,还可以从哪些方面采取措施来降低种子的呼吸速率，确保贮粮安全？试取两项。,适当降低温度；减少储藏室中的氧气等,例4：右图表示某植物的非绿色器官在不同氧浓度下CO2的释放量和氧气吸收量的变化，请据图回答：,上线与下线相交与C点，对于B、C点，以下叙述正确的有（多选）A.C点时，植物既进行无氧呼吸，又进行有氧呼吸B.C点时植物只进行有氧呼吸，此时无氧呼吸被完全抑制C.B点时，无氧呼吸强度最弱D.B点时，植物呼吸强度最弱,解析：由虚线可知：B点的细胞呼吸总强度最弱，D对；C点时，CO2的释放量等于氧气的吸收量，说明此时只进行有氧呼吸，无氧呼吸强度为0，A错，C错，B对。,B、D,AB段表示CO2释放量减少，其原因是：,氧气浓度逐渐升高到5%时,无氧呼吸受