光合作用原理和应用

1、2.叶绿体的功能叶绿体的功能 下图是恩格尔曼的实验示意图，据图思考： 极细光束照射极细光束照射 光束 完全曝光完全曝光 (1)恩格尔曼的实验中好氧细菌只向叶绿体被光束照射到 的部位集中，说明氧气是由 在光照条件下释放 出来的。 (2)在叶绿体的 中，含有多种进行光合作用 的酶，说明光合作用的有关生化反应在 中进行。 (3)据此推断：叶绿体是绿色植物进行 的场所。 光合作用光合作用 叶绿体叶绿体 类囊体和基质类囊体和基质 叶绿体叶绿体 美国科学家恩吉尔曼的实验美国科学家恩吉尔曼的实验 1 1为什么选用水绵做为实验材料？为什么选用水绵做为实验材料？ 2 2为什么选用黑暗并且没有空气的环境？为什么选

2、用黑暗并且没有空气的环境？ 3 3为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水 绵完全曝露在光下？绵完全曝露在光下？ 因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分 布于细胞中，便于进行观察和分析研究。布于细胞中，便于进行观察和分析研究。 先用极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水先用极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水 绵细胞中释放氧的部位；后用完全曝光的水绵与之绵细胞中释放氧的部位；后用完全曝光的水绵与之 做对比，从而证明了实验结果完全是光照引起的，做对比，从而证明了实验结果完全是光照引起的， 并且氧是由叶绿体释放

3、出来的。并且氧是由叶绿体释放出来的。 为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验 的准确性。的准确性。 二二 光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用 第五章第五章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用 第第4 4节节 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用 人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进的过程，请阅读 教材，完成下面内容，理解光合作用的实质。 （一）光合作用的探究历程（一）光合作用的探究历程 结论：水分是植物结论：水分是植物 建造自身的原料。建造自身的原料。 1717世纪海尔蒙特栽培的柳树实验世纪海尔蒙特栽培的柳树实验 结论：植物可以

4、更新空气结论：植物可以更新空气 1.普利斯特利的实验普利斯特利的实验 (1)实验过程实验过程 点燃的蜡烛与绿色植物，密闭点燃的蜡烛与绿色植物，密闭蜡烛不易熄灭。蜡烛不易熄灭。 小鼠与绿色植物，密闭小鼠与绿色植物，密闭小鼠不易窒息。小鼠不易窒息。 (2)实验结论：植物可以实验结论：植物可以 因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸 而变得污浊的空气。而变得污浊的空气。 (3)不足之处：不足之处：没有考虑到没有考虑到 的影响。的影响。实验缺少实验缺少 ，说服力不强。，说服力不强。 更新更新 光照光照 空白对照空白对照 17791779年，荷兰的英格豪斯年，荷兰的英格豪斯 普利斯特利的实验只有普

5、利斯特利的实验只有 在阳光照射下才能成功；植物在阳光照射下才能成功；植物 体只有绿叶才能更新空气。体只有绿叶才能更新空气。 到到17851785年，发现了空气的年，发现了空气的 组成，人们才明确绿叶在光下放组成，人们才明确绿叶在光下放 出的是出的是O O2 2，吸收的是，吸收的是COCO2 2。 光光 能能 化化 学学 能能 储存在什储存在什 么物质中？么物质中？ 德国德国 梅耶梅耶 2.英格豪斯的实验英格豪斯的实验 (1)实验过程：实验过程：500多次植物更新空气的实验。多次植物更新空气的实验。 (2)实验结论：只有在实验结论：只有在 下，植物的下，植物的 部分才能更新空部分才能更新空 气。

6、气。 (3)不足之处：没有阐明植物吸收和释放的气体的本质，后来人们不足之处：没有阐明植物吸收和释放的气体的本质，后来人们 才明确植物在光下放出的是才明确植物在光下放出的是 ，吸收的是，吸收的是 。 3.梅耶梅耶 根据能量守恒定律推理，植物把根据能量守恒定律推理，植物把 能转换成能转换成 能储存起来。能储存起来。 化学化学 阳光照射阳光照射 绿叶绿叶 氧气氧气二氧化碳二氧化碳 光光 4.萨克斯的实验萨克斯的实验 (1)实验过程实验过程 (2)实验结论：光合作用的产物除氧气外，还有实验结论：光合作用的产物除氧气外，还有 。 (3)实验讨论实验讨论 把绿叶先在暗处放置把绿叶先在暗处放置24小时的目的

7、是小时的目的是_ _。 该实验如何形成对照的？该实验如何形成对照的？ 答案树叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。答案树叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。 本实验除上述结论外，还证明了本实验除上述结论外，还证明了 。 光合作用需要光照光合作用需要光照 淀粉淀粉 消耗掉叶片中原消耗掉叶片中原 有的淀粉，防止干扰实验结果有的淀粉，防止干扰实验结果 第一第一 组组 光合作用产生的光合作用产生的O2来自于来自于H2O。 H2180 C02 H20 C18O2 第二组第二组 180202 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） 5.鲁宾和卡门的实验鲁宾和卡门的实验 (1)实验过

8、程实验过程 组别提供的H2O提供的CO2产生的O2 第1组H218OCO2 18O2 第2组H2OC18O2O2 (2)实验结论：光合作用释放的氧气来自实验结论：光合作用释放的氧气来自 。 (3)该实验能否同时用该实验能否同时用8O标记标记H2O和和CO2，然后检测产生氧气中，然后检测产生氧气中 的放射性？的放射性？ 答案答案不行。无法确定放射性是来自不行。无法确定放射性是来自H218O，还是，还是C18O2。 水水 美国卡尔文美国卡尔文 用用14C标记标记14CO2，供小球藻进行，供小球藻进行 光合作用，探明了光合作用，探明了CO2中的中的C的的 去向，称为卡尔文循环。去向，称为卡尔文循环。

9、 6.卡尔文的实验卡尔文的实验 (1)实验过程：用实验过程：用 标记标记CO2供小球藻进行光合作用，供小球藻进行光合作用， 然后追踪其放射性。然后追踪其放射性。 (2)实验结论：探明了实验结论：探明了CO2中的碳在光合作用中转化成中的碳在光合作用中转化成 有机物中碳的途径，即有机物中碳的途径，即 循环。循环。 卡尔文卡尔文 14C 7.根据上述探究总结光合作用的概念根据上述探究总结光合作用的概念 (1)场所：场所： 。 (2)能量来源：能量来源： 。 (3)反应物：反应物： 。 (4)产物：产物： 。 (5)实质：合成实质：合成 ，储存，储存 。 (6)反应式：反应式： 。 能量能量 叶绿体叶

10、绿体 光能光能 二氧化碳和水二氧化碳和水 有机物和氧气有机物和氧气 有机物有机物 归纳提炼归纳提炼 产物是葡萄糖的光合作用反应式产物是葡萄糖的光合作用反应式(标明了各元素的去向标明了各元素的去向) H2O 类囊体膜类囊体膜 酶酶 Pi ADPATP 光反应阶段光反应阶段 光、色素、酶光、色素、酶 叶绿体内的类囊体薄膜上叶绿体内的类囊体薄膜上 水的光解：水的光解：H2O H + O2 光能光能 （还原剂）（还原剂） ATPATP的合成：的合成： ADPPi 光能光能 ATP 酶酶 光能转变为光能转变为ATP中活跃的化学能中活跃的化学能 H 场所：场所： 条件：条件： 能量变化能量变化 物质变化物

11、质变化 进入进入 叶绿叶绿 体基体基 质，质， 参与参与 暗反暗反 应应 供暗反供暗反 应使用应使用 CO2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2 的固的固 定定 三碳化合物三碳化合物 2C3 C3 的的 还还 原原 叶绿体基叶绿体基 质质 多种酶多种酶 H2O 类囊体膜类囊体膜 酶酶 Pi ADP ATP H 糖类糖类 卡尔文循环卡尔文循环 暗反应阶段暗反应阶段 CO2的固定：的固定：CO2 C5 2C3 酶酶 C3的还原：的还原： ATP H ADP+Pi 叶绿体的基质中叶绿体的基质中 ATP中活跃的化学能转变为糖类等中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能 2C

12、3 + (CH2O) 酶酶 糖类糖类 H 、ATP、酶、酶 场所：场所： 条件：条件： 能量变化能量变化 物质变化物质变化 CO2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2 的固的固 定定 三碳化合物三碳化合物 2C3 叶绿体基质叶绿体基质 多种酶多种酶 糖类糖类 ATP H （二）光合作用的过程（二）光合作用的过程 光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，下图 是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析： 1.写出各种物质的名称或者符号写出各种物质的名称或者符号 ； ； ； ； ； ； 。 2.写出反应过程的名称写出反应过程的名称 ： ；： ；： ； ： ；： 。 C3的还原的还原 叶绿

13、体中的色素叶绿体中的色素O2HATP2C3 CO2(CH2O) 光反应光反应暗反应暗反应水的光解水的光解 CO2的固定的固定 3.光合作用的过程光合作用的过程 (1)光反应光反应 场所：在场所：在 上进行。上进行。 条件：必须有条件：必须有 、叶绿体中的、叶绿体中的 和酶。和酶。 过程过程 能量转变：光能能量转变：光能 中活跃的化学能。中活跃的化学能。 ATP ATP 类囊体的薄膜类囊体的薄膜 光光色素色素 HO2 (2)暗反应 场所：在场所：在 中进行。中进行。 条件：需要多种酶参与。条件：需要多种酶参与。 过程过程 (CH2O) 叶绿体基质叶绿体基质 C52C3 能量转变：能量转变：ATP

14、中中 的化学能的化学能 中稳定的化学能中稳定的化学能 。 (CH2O) 活跃活跃 4.光反应和暗反应的联系光反应和暗反应的联系 光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反 应为暗反应提供应为暗反应提供 和和 ；暗反应为光反应；暗反应为光反应 提供提供 和和 。 Pi HATP ADP 多种环境因素对光合作用有着重要的影响，其中光照的影响多种环境因素对光合作用有着重要的影响，其中光照的影响 最为重要最为重要。 1.光合作用强度的表示方法光合作用强度的表示方法 一探究光照强弱对光合作用强度的影响一探究光照强弱对光合作用强度的影响 O2 CO2 （三）光

15、合作用原理的应用（三）光合作用原理的应用 2.探究光照强弱对光合作用强度的影响探究光照强弱对光合作用强度的影响 (1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水 中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细 胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内 小圆形叶片上浮的数量越多。小圆形叶片上浮的数量越多。 (2)实验流程 打出小圆形叶片打出小圆形叶片(30片片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出 (直径直径1 cm) 抽出叶

16、片内气体：用注射器抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片内有清水、小圆形叶片)抽出叶抽出叶 片内气体片内气体(O2)等等 小圆形叶片沉水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗小圆形叶片沉水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗 处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部 沉到水底沉到水底 强、中、弱三种光照处理：取强、中、弱三种光照处理：取3只小烧杯，分别倒入只小烧杯，分别倒入20 mL富含富含 的清水，各放入的清水，各放入10片小圆形叶片片小圆形叶片 ， 用强、中、弱三种光照分别照射用强、中、弱三种光照分别照射 观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮

17、起的数量观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量 (3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数 量量 ，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作 用强度用强度 。 不断增强不断增强 CO2 越多越多 3.结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作 用强度之间的关系，请分析：用强度之间的关系，请分析： (1)说出各点代表的生物学意义 A点：光照强度为 ，只进行 。 B点：光合作用强度 呼吸作用强

18、度，为光补偿点。 C点：是光合作用达到 值时所需要的最小光照强度 ，即光饱和点。 最大最大 零零细胞呼吸细胞呼吸 等于等于 (2)说出各线段代表的生物学意义 OA段： 强度。 AB段：随光照增强，光合作用增强，但仍比呼吸作用弱。随光照增强，光合作用增强，但仍比呼吸作用弱。 BD段：_ _。 DE段：_ _。 光合作用强度继续随光照强度的增强而增加，光合作用强度继续随光照强度的增强而增加， 而且光合作用强度大于呼吸作用而且光合作用强度大于呼吸作用 光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增 强而增加强而增加 呼吸作用呼吸作用 归纳提炼归纳提炼 1.除了光照强

19、度对光合作用有一定影响外，光谱成分也对光合 作用强度有影响。红光和蓝紫光有利于光合作用，绿光不适合 光合作用。太阳光中各种色光均衡，对植物最有利。 2.光合作用速率或称光合作用强度，是指一定量的植物(如一定 的叶面积)在单位时间内进行光合作用生成有机物的量(通常用 释放多少O2或消耗多少CO2来表示)。包括表观（净）（净）光合作用 速率和真正（实际）（实际）光合作用速率，它们和光照强度的关系如 下图： 活学活用活学活用 1.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下通过实验测得一片叶子在不同光照强度下CO2吸收和释放的情况吸收和释放的情况 如图如图1所示。图所示。图2所示细胞发生的情况与图所示细胞发

20、生的情况与图1曲线中曲线中AB段段(不包括不包括A、 B两点两点)相符的一项是相符的一项是() 二其他环境因素对光合作用强度的影响、光合作用原理的应用二其他环境因素对光合作用强度的影响、光合作用原理的应用 1.除光照外，其他环境因素也会影响光合作用除光照外，其他环境因素也会影响光合作用 (1)温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在 坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温一般植物的适宜温 度在度在35 左右左右)。 (2)二氧化碳浓度二氧化碳浓度 在一定范围内，植物光

21、合速率随在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而浓度的增大而 ；但达到；但达到 一定浓度时，再增加一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也浓度，光合速率也 。 (3)矿质元素：缺少矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少会影响酶的合成，缺少P会影响会影响 的合成的合成 ；缺少；缺少Mg会影响会影响 的合成。的合成。 叶绿素叶绿素 增加增加 不再增加不再增加 ATP 内部因素对光合作用也有着重要的影响，主要包括色素内部因素对光合作用也有着重要的影响，主要包括色素 的种类和含量、酶的数量、的种类和含量、酶的数量、C5的含量等。如叶龄对叶片的含量等。如叶龄对叶片 光合能力的影响就是内部因素综合作用

22、的结果。光合能力的影响就是内部因素综合作用的结果。 小贴士小贴士 (4)多因素对光合速率的影响多因素对光合速率的影响 图甲中，当光照强度低于图甲中，当光照强度低于P点时，三条曲线重合，说明此点时，三条曲线重合，说明此 时限制光合速率的因素是时限制光合速率的因素是 ；当光照强度高于；当光照强度高于Q点时点时 ，此时限制光合速率的因素主要是，此时限制光合速率的因素主要是 。 综合上述坐标曲线可知：综合上述坐标曲线可知：P点之前时，限制光合速率的因点之前时，限制光合速率的因 素应为素应为 所表示的因素，随其不断加强，光合速率不所表示的因素，随其不断加强，光合速率不 断提高。当到断提高。当到Q点之后时

23、，要想提高光合速率，可采取适当点之后时，要想提高光合速率，可采取适当 提高提高 。 除横坐标之外的其他因素除横坐标之外的其他因素 光照强度光照强度 温度温度 横坐标横坐标 2.将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来 提高农作物光合作用强度的措施提高农作物光合作用强度的措施 1 1、适当提高光照强度、延长光照时间、适当提高光照强度、延长光照时间 3 3、适当提高、适当提高COCO2 2浓度浓度 4 4、白天适当提高温度，晚上适当降温、白天适当提高温度，晚上适当降温 5 5、适当增加植物体内的含水量、适当增加植物体内的含水量 6 6、适当增加、适当增加N N、MgMg等元素的含量等元素的含量 2 2、合理密植、合理密植 （四）（四）化能合成作用化能合成作用 (1)自养生物和异养生物自养生物和异养生物 自养生物：绿色植物等能将自养生物：绿色植物等能将 等无机物等无机物 合成糖类等有机物的生