教师参考新课标人教高中生物必修同课异构光合作用的原理和应用PPT课件

1、光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用二第1页/共43页20002000多年前多年前亚里士多德亚里士多德(Aristotle)(Aristotle)1 1、问题：、问题：植物生长所需的物质来自何处？植物生长所需的物质来自何处？认为认为：构成植物：构成植物 体的原料是土壤体的原料是土壤 植物增加的重量植物增加的重量= =土壤减少的重量土壤减少的重量第2页/共43页五年后五年后2 2、16481648年比利时海尔蒙特的实验年比利时海尔蒙特的实验柳树增重柳树增重8080kgkg土壤只减少土壤只减少0.060.06kgkg结论：植物增重主要来自水分结论：植物增重主要来自水分第3页/共43页一段时间后

2、一段时间后一段时间后一段时间后3 3、17711771年英国普利斯特利实验年英国普利斯特利实验第4页/共43页普利斯特利实验普利斯特利实验结论结论：植物可以更新空气植物可以更新空气第5页/共43页4、1779年，荷兰 英格豪斯的实验实验重复了实验重复了500500多次多次结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气B B组组A A组组第6页/共43页 17851785年，发现了空气的组成，科学家在明年，发现了空气的组成，科学家在明确绿叶在光下确绿叶在光下放出放出的气体是的气体是氧气氧气，吸收吸收的是的是二氧二氧化碳化碳第7页/共43页5 5、18451845

3、年年，德国的科学家，德国的科学家梅耶梅耶指出：植物光合作用指出：植物光合作用时，把时，把光能转换成化成化学能储存光能转换成化成化学能储存起来起来。依据：依据：能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律第8页/共43页一半曝光，一半遮光一半曝光，一半遮光在暗处放置几小的叶片在暗处放置几小的叶片6、1864年萨克斯的实验暗处理暗处理光照光照酒精脱色酒精脱色结论结论: :绿色叶片在光合作用中产生了淀粉绿色叶片在光合作用中产生了淀粉碘蒸汽处理碘蒸汽处理第9页/共43页7 7、光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合、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？作用释

4、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。氧化碳提供了技术手段。19391939年，美国的科学家鲁宾年，美国的科学家鲁宾和卡门利用和卡门利用同位素标记法同位素标记法, ,用用1818O O做示踪原子，对光合做示踪原子，对光合作用的产物氧气中氧的来源进行了探究。作用的产物氧气中氧的来源进行了探究。第10页/共43页 返返回回1939年鲁宾和卡门的实验第11页/共43页光合作用产生的有机光合作用产

5、生的有机物又是怎样合成的呢？物又是怎样合成的呢？2020世纪世纪4040年代，美国科年代，美国科学家卡尔文利用放射性学家卡尔文利用放射性同位素同位素1414C C标记的标记的1414COCO2 2做做实验研究这一问题。最实验研究这一问题。最终探明终探明COCO2 2中的碳在光合中的碳在光合作用中转化成有机物中作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径的碳的途径，这一途径称为称为卡尔文循环卡尔文循环。19611961年诺贝年诺贝尔化学奖得主尔化学奖得主第12页/共43页 光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你能用一个反应式表示出来吗能用一个反应式表示出

6、来吗? ?光能光能CO2+H2O叶绿体叶绿体（CH2O）+O2第13页/共43页光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分依据: :反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能第14页/共43页H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶PiPi ADPADPATPATP1.1.光反应阶段光反应阶段色素色素光光 酶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：H H2 2O O H H + + O O2 2光能光能（还原剂）（还原剂）ATPATP的合成：的合成：ADPADPPi Pi 能量（能量（光能光能） ATPATP酶酶条件条件 ：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：光

7、能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATPATP中中H H第15页/共43页COCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C C5 5 氨基酸氨基酸脂肪脂肪COCO2 2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2 2C C3 3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶PiPi ADPADPATPATPH H第16页/共43页COCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C C5 5 氨基酸氨基酸脂肪脂肪COCO2 2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2 2C C3 3C C3 3的的还还原原 基质基质多种酶多种酶H HATPATP2.2.

8、暗反应阶段暗反应阶段COCO2 2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶C C3 3的还原的还原：ATPH 、ADP+Pi条件：条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：叶绿体的基质中叶绿体的基质中多种酶、多种酶、 ATPATP中活跃的化学能中活跃的化学能转变为转变为糖类等糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类 H H 、ATPATP第17页/共43页光反应光反应暗反应暗反应酶酶酶色素色素 酶酶联联 系系能量变化能量变化 物质变化物质变化场所场所条条件件光光暗暗 反反 应应 光光 反反 应应过程过程项目项目需要光需要光 色素、酶色素、酶

9、不需要光不需要光 酶酶类囊体膜上类囊体膜上基质中基质中水的光解；水的光解；ATP的合成的合成CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应光反应 为为 暗反应暗反应 提供提供 H 和和ATP，暗反应暗反应 为为 光反应光反应 提供提供 ADP 和和Pi 。第18页/共43页叶绿体叶绿体中的色中的色素素光合作用的过程光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段光能光能co2H2O水在光下分解水在光下分解C5ATPADP+Pi酶酶供能供能H供氢供氢O2 固固 定定还还 原原多种酶多种酶参加催化参

10、加催化(CH2O)氨基酸氨基酸,脂肪脂肪酶酶 正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C C3 3、C C5 5、H H 、ATPATP含量如何变化？含量如何变化？若突然停止若突然停止COCO2 2的供应呢？的供应呢？HH ATPATP C5C5 C3C3C C3 3 C C5 5H H ATP ATP 2C3第19页/共43页光合作用的概述1.1.光合作用的概念2.2.光合作用的意义光合作用的意义把无机物合成有机物，不仅是把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质自身的营养物质, ,而而且是人和动物的食物来源且是人和动物的食物来源. .将光能转换成化学能

11、，贮存在有机物中，提供了将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源生命活动的能量来源. .维持了大气成分的基本稳定维持了大气成分的基本稳定绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和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着能量的有机物，并且释放出氧气水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。的过程。第20页/共43页 整个光合作用过程中的物质整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化变化和能量变化分别是什么？分别是什么？物质变化：物质变化：无机物无机物能量变化：能量变化： 光能光能转变转变转变转变光合作用的实质：合成有机物，储存能量。光合作用的实质：合成有

12、机物，储存能量。有机物有机物糖类等有机物中的化学糖类等有机物中的化学能能第21页/共43页化能合成作用化能合成作用 2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量 2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+ +能量能量 能能量量COCO2 2+H+H2 2O (CHO (CH2 2O)+OO)+O2 2硝化细菌的化能合成作用硝化细菌的化能合成作用第22页/共43页化能合成作用化能合成作用 细菌利用体外环境中的细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放某些无机物氧化时所释放的能量的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成来制

13、造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。作用。 除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌属除了硝化细菌外，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。于进行化能合成作用的自养生物。第23页/共43页1、营养物质包括有机物、无机盐、水等2 2、根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为：、根据获取有机物的方式不同，可以将生物分为： 自养生物自养生物（无机物转变成（无机物转变成自身的有机物）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光能自养生物化能自养生物化能自养生物（绿色植物）（绿色植物）（硝化细菌、硫细（硝化细菌、硫细

14、菌、铁细菌等）菌、铁细菌等）第24页/共43页光能光能12H2O+6CO2叶绿体叶绿体 6O2 +C6H12O6+6H2O光合作用强度表示方法光合作用强度表示方法1 1、单位时间内光合作用产生有机物的量、单位时间内光合作用产生有机物的量2 2、单位时间内光合作用吸收、单位时间内光合作用吸收COCO2 2的量的量3 3、单位时间内光合作用放出、单位时间内光合作用放出O O2 2的量的量第25页/共43页单因子对光合作用速率影响的分析1 1）光照）光照2 2）温度）温度3 3）二氧化碳浓度）二氧化碳浓度4 4）水分）水分5 5）矿质元素）矿质元素光合速率是光合作用强度的指标，它是指单位时间光合速率

15、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。内单位面积的叶片合成有机物的速率。环境因素对光合作用的影响环境因素对光合作用的影响植物自身因素植物自身因素: :遗传（生物种类）、遗传（生物种类）、叶龄叶龄等等光合速率的影响因素光合速率的影响因素第26页/共43页光照强度光照强度吸收吸收COCO2 2释放释放COCO2 2细胞呼吸产生的细胞呼吸产生的COCO2 2量量净光合作用量净光合作用量真正（实际）光合作用量真正（实际）光合作用量在在A A点含义：点含义：在在B B点含义：点含义：在在C C点含义：点含义：真正（实际）光合速率表观（净）光合速率呼吸速率。真正（实际）光合

16、速率表观（净）光合速率呼吸速率。 光照强度为光照强度为0 0，此时只进行呼吸作用，释放的，此时只进行呼吸作用，释放的COCO2 2量量为呼吸速率。为呼吸速率。光合作用速率呼吸作用速率。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。随光照强度增加，光合作用不再增加。第27页/共43页A AB B光照强度光照强度0 0吸收吸收COCO2 2阳生植物阳生植物阴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。应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。C C 阳生植物阳生植物 阴生植物阴生植物 释放释放COCO2 2应用：间作时作物种类的搭配应用：间作时作物种类的搭配应应用用第28页/

17、共43页(2)温度温度 1 1、ABAB段：段： 2 2、B B点：点：3 3、BCBC段：段：表示温度达到一定程度，随温度升高，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。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。温度此时光合速率达到最大值。第29页/共43页A A、B B、C C三种温度条件下植物积累有机物最多三种温度条件下植物积累有机物最多的是哪种温度？的是哪种温度？应用：适时

18、播种；温室栽培中白天调到光应用：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。合作用最适温度，晚上适当降低温度。 第30页/共43页COCO2 2 0 0（3 3）COCO2 2ABAB段：段：A A点：点：B B点：点：应用：对农田里的农作物应合理密植，应用：对农田里的农作物应合理密植，“正其行，通其正其行，通其风风”；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用；对温室作物来说，应增施农家肥料或使用COCO2 2发生发生器。器。在一定范围内，随在一定范围内，随C0C02 2浓度的增加，植物的光合速率加快。浓度的增加，植物的光合速率加快。表示进行光合作用所需表示进行光合作用所需C0

19、C02 2的最低浓度。的最低浓度。超过该浓度，光合速率不再增加。超过该浓度，光合速率不再增加。第31页/共43页 曲线分析：P 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 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。第32页/共43页曲线分析：曲线分析：1、分析比较各图中分析比较各图中P P、Q Q点的主要影响因素是什么？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的。通过对曲线的分析通过对曲线

20、的分析，你能得出什么结，你能得出什么结论？论？多因子影响多因子影响第33页/共43页日变化：日变化：在一天中由于光照和温度在发生变化，在一天中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。如图（的光合速率也在发生变化。如图（5 5）。该图夏天的一个）。该图夏天的一个晴天。晴天。放出放出CO2的量的量BADCFEHGI吸收吸收CO2的量的量图（图（5）12：006：0018：00时间时间第34页/共43页放出放出COCO2 2的量的量B BA AD DC CF FE EH HG GI I吸收吸收CO2的量的量图（图（5 5）1212：00006 6：00001818：0000

21、时间时间1 1、ABAB段：段：2 2、BCBC段：段：3 3、C C点：点：植物在晚上只进行呼吸作用，放出植物在晚上只进行呼吸作用，放出COCO2 2最多。最多。表示放出的表示放出的COCO2 2多于吸收的多于吸收的COCO2 2，即呼吸作用，即呼吸作用大于光合作用。大于光合作用。光合作用吸收的光合作用吸收的COCO2 2等于呼吸作用放出的等于呼吸作用放出的COCO2 2。4 4、CDCD段：段：5 5、DEDE段段：光照增强光合作用增强，光合作用吸收的光照增强光合作用增强，光合作用吸收的COCO2 2大于呼吸作用放出的大于呼吸作用放出的COCO2 2。温度升高，蒸腾作用增强，气孔关闭，温度

22、升高，蒸腾作用增强，气孔关闭，COCO2 2供供应不足，而影响暗反应的速率。在应不足，而影响暗反应的速率。在E E点出现最点出现最严重的严重的“午休午休”现象现象。第35页/共43页6 6、EFEF段：段：7 7、FHFH段：段：放出放出CO2的量的量BADCFEHGI吸收吸收CO2的量的量图（图（5）12：006：0018：00时间时间温度逐渐降低，光合速率逐渐恢复。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。随着光照减弱，光合作用逐渐下降。应用：南方夏季日照强，作物应用：南方夏季日照强，作物“午休午休”会更会更普遍一些，在生产上应适时灌溉或选用抗旱普遍一些，在生产上应适

23、时灌溉或选用抗旱品种，以缓和品种，以缓和“午休午休”现象，增强光合能力。现象，增强光合能力。 第36页/共43页叶龄叶龄曲线分析：曲线分析：OAOA段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断段为幼叶，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合增大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用速率不断增加。作用速率不断增加。 ABAB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳段为壮叶，叶片的面积、叶绿体的叶绿素都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。定状态，光合速率也基本稳定。 BEBE段为老叶，随着叶龄的增加，叶片内叶绿素被破坏，段为老叶，随着叶龄的增加，叶片

24、内叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。光合速率也随之下降。 应用：应用：农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，降低其细胞呼吸茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，降低其细胞呼吸消耗有机物。消耗有机物。第37页/共43页光照面积应用：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，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，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。造成不必要的浪费。曲线分析：曲线分析：OAOA段表

25、明随叶面积的不断增大，光合作用实际量段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，不断增大，A A点为光合作用叶面积的饱和点。随叶面积的增大，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光合作用不再增加，原因是有很多叶被遮挡OBOB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A A点以后光合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作用不再增加，但叶片随叶面积的不断增加呼吸量(OC(OC段段) )不断不断增加，所以干物质积累量不断降低增加，所以干物质积累量不断降低(BC(BC段段) )。第38页/共43页 观察以下图示，根据气体进出细胞的情况，说明植物接受光照的情况及含义, ,并试着在最后图中找出前4 4个图对应的点。图图5ABC第39页/共43页 光合作用光合作用 细胞呼吸细胞呼吸( (有氧呼吸有氧呼吸) ) 代谢性质代谢性质 合成代谢合成代谢 分解代谢分解代谢 发生部位发生部位 含叶绿体的细胞含叶绿体的细胞( (主要