【课件】光合作用的原理和应用第2课时课件2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

高中生物必修一第五章细胞的能量供应和利用第4节光合作用的原理和应用二、光合作用的原理1、探索光合作用原理的部分实验

资料1：

资料2：

光照H2OO2叶绿体讨论1.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？

光照H2OO2叶绿体能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O,没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。

资料2：讨论2.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？

不能。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。讨论3：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实验进行探究？

资料2：

资料3：

资料4：20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终证明了CO2是如何转化为有机物中的碳的。讨论7.卡尔文实验的结论是什么？14CO2小球藻有机物的14C结论：光合产物中有机物的碳来自CO2

资料5：

20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。（1）向反应体系中通入一定量14CO2，光照30S后检测到多种含14C的有机物，将光照时间缩短至几分之一秒，90%的放射性稳定地出现在一种三碳化合物(简称C3），5S左右光照后，又检测到了含有放射性的五碳化合物（简称C5）和六碳糖。（2）实验发现，在光照条件下，突然降低CO2的浓度，C3和C5含量有如右图变化：C5C3讨论8：请尝试分析写出CO2、C3和C5的关系式。CO2C3C5

资料6：概念：光能CO2和H2O有机物O2叶绿体绿色植物通过

利用

，将

转化成储存着能量的

，并且释放出

的过程。2、光合作用的过程光反应暗反应划分依据:反应过程是否需要光能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、无光都能反应光合作用过程H2O类囊体膜酶Pi

＋ADPATP1）光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2OH++O2+2e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能[H]场所：条件：能量变化物质变化进入叶绿体基质，参与暗反应供暗反应使用NADPH的合成：NADP++H++2e-→NADPHCO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi

＋ADPATP[H]糖类+H2O卡尔文循环CO2糖类

五碳化合物C5

蛋白质脂质CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原

基质多种酶[H]ATP2）暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP[H]、ADP+Pi条件：场所：物质变化：能量变化：叶绿体的基质中多种酶、

ATP和NADPH中活跃的化学能转变为糖类等

有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)+C5酶糖类[H]、ATP光合作用的总反应式

CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体CO2+H2O光能叶绿体C6H12O6+H2O+O2光合作用反应式（CHO三种元素的去向）66

126叶绿体中的色素H2O

①水的光解O2[H]ADP+Pi

酶②ATPco2C5光反应2c3①固定供氢酶酶供能②还原(CH2O)[糖类]多种酶参加催化暗反应能量转化:光能ATP活跃化学能稳定化学能元素转移O元素:H2＊O

＊O2光合作用的过程光能＊CH2O＊C3＊C

O2C元素:光反应为暗反应提供了ATP和[H]，暗反应为光反应提供了ADP、Pi光反应阶段与暗反应阶段的比较项目光反应阶段暗反应阶段区别场所条件物质变化能量转化类囊体的薄膜上叶绿体的基质中需光、色素和酶需多种酶光能转变为ATP中活泼的化学能ATP中活泼的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能水的光解：2H2O

光

4[H]+O2光ADP+PiATP酶CO2的固定：CO2+C52C3C3的还原：2C3

（CH2O）

[H]，ATP酶ATPADP+Pi酶联系1、光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供[H]和ATP2、暗反应是光反应的继续，暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi3、两者相互独立又同时进行，相互制约又密切联系下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：①图中B是—，它来自于——的分解。②图中C是——，它被传递到叶绿体的——部位，用于——。③图中D是——，在叶绿体中合成D所需的能量来自——

④图中的H表示——，H为I提供——光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水[H]基质C3的还原ATP色素吸收的光能光反应[H]和ATP

请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？停止光照光反应停止请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？[H]

↓

ATP↓还原受阻C3

↑C5↓CO2↓固定停止C3↓C5↑能力提升

（CH2O）CO2C52C3[H]酶固定还原供氢供能ATP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增加减少或没有增加减少减少增加增加减少增加减少

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：光能转变转变光合作用的实质：有机物糖类等有机物中的化学能储存1、光合作用过程的正确顺序是（）①二氧化碳的固定②氧气的释放③叶绿素吸收光能④水的光解⑤三碳化合物被还原A.④③②⑤①B.④②③⑤①C.③②④①⑤D.③④②①⑤2、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（）Ａ．三碳化合物Ｂ．五碳化合物Ｃ．［Ｈ］Ｄ．氧气ＤＢ练一练3、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（）A、CO2叶绿体ATPB、CO2叶绿素ATPC、CO2乙醇糖类D、CO2三碳化合物糖类D4、在光合作用过程中，能量的转移途径是（）A、光能ATP叶绿素葡萄糖B、光能叶绿素ATP葡萄糖C、光能叶绿素CO2葡萄糖D、光能ATPCO2葡萄糖B三、光合作用原理的应用简单地说，就是指植物在__________内通过光合作用__________的数量，也叫光合速率；（一）光合作用强度1.概念：单位时间制造糖类2.表示方法单位时间内光合作用产生__________的量；单位时间内光合作用产生__________的量；单位时间内光合作用利用__________的量；糖类O2CO2（二）影响光合作用的因素：1、影响光合作用的内部因素：（1）光合色素的含量；（2）酶的数量和活性等；（3）C5化合物的含量。（4）叶龄、叶面积指数等叶面积指数1、含义:叶面积指数又叫叶面积系数,指单位土地面积上植物叶片总面积与土地面积的比值。即叶面积指数二叶片总面积/对应土地面积。2、曲线分析OA段表明随叶面积指数的不断增大,光合作用实际量不断增大;A点以后,随叶面积指数的增大,光合作用实际量不再增大,原因是光照已被最大限度利用。OB段表明干物质量随叶面积指数的增大而增大;B点以后，光合作用实际量不再增大,但随叶面积指数的不断增大,呼吸量(OC段)不断增大，所以干物质量不断减少(BC段)。3、应用:适当修剪和合理密植。叶龄1、原理:随着叶龄的增大(幼嫩→成熟→衰老)，细胞内色素和酶的含量以及酶的活性等发生变化，进而影响光合速率。2、曲线分析在一定范围内,随叶龄增大,叶面积增大，叶内的叶绿体、叶绿素增多,光合速率增强;当叶面积、叶绿体、叶绿素处于稳定状态时,光合速率也基本稳定;随后,随叶龄增大,叶绿素减少,光合速率下降。3、应用:作物生长后期，适当摘除发黄的老叶，可以降低细胞呼吸对有机物的消耗。原料条件产物

CO2浓度

水分

光照

矿质元素

温度6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能叶绿体2、影响光合作用的环境因素2、影响光合作用的环境因素光照强度CO2浓度温度矿质元素水外部因素探究·实践探究环境因素（光照强度）对光合作用强度的影响方法步骤：1、取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。2、将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2～3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。3、将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。4、取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。5、向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。6、观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。观察记录同一时间段内各烧杯中小圆片浮起数量→光反应光照强度1)光照强度光合速率0光照强度→[H]、ATP→暗反应C3还原→（CH20）原理：主要影响光反应阶段ATP和[H]的产生限制因素？外因：温度、CO2浓度等内因：色素的含量、酶的数量和活性等外部因素光照强度吸收量CO2C2ABC10释放量CO2光照强度的影响A点：CO2O2光照强度0吸收量CO2C2ABC1释放量CO2A点：黑暗时，只进行细胞呼吸，该点的数值代表呼吸速率，温度高低决定A点的上移和下移AB段：CO2CO2此段：光合速率小于呼吸速率光照强度0吸收量CO2C2ABC1释放量CO2开始有光合作用，细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，所以CO2释放量逐渐减少。植物干重减小B点：O2CO2光合速率等于呼吸速率，光照强度0吸收量CO2C2ABC1释放量CO2称作光补偿点，此时干重不变（但全天减小），限制光合作用的因素为光照强度升温该点

移，增加CO2有该点

移右左B点时，对于叶肉细胞而言，光合速率大于呼吸速率；BC1段：CO2CO2光照强度0吸收量CO2C2ABC1cba释放量CO2光合速率大于呼吸速率。净光合速率a+呼吸速率c=(总)光合速率bc开始从外界吸收CO2。吸收值a代表净光合速率ac代表呼吸速率C1点：限制光合速率的外界因素为

等光照强度0吸收量CO2C2ABC1释放量CO2光合速率达最大值，C2点称作光饱和点，CO2CO2CO2浓度、温度内因为色素的数量和酶的数量和活性；光照强度A点：AB段：B点：BC段：C点：光照强度为0时只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度

随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用

光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率

随光照强度不断增强，光合作用不断增强

光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强

净

真正光合速率=净光合速率+呼吸速率AB光照强度0吸收CO2阳生植物阴生植物B：光补偿点C：光饱和点C光补偿点、光饱和点：阳生植物阴生植物>净光合速率总光合速率呼吸速率=+有机物积累量、CO2吸收量、O2的释放量合成有机物的量固定或消耗CO2量产生O2的量

黑暗中消耗有机物的量、CO2的释放量、O2的吸收量常表示为：常表示为：常表示为：****真光合速率，不能直接测出，只能根据净光合速率和呼吸速率计算得出；总（真）光合速率=表观（净）光合速率+呼吸速率测净光合速率：将植物置于密闭容器，并置于光下，测定容器内O2释放量或CO2吸收量或糖类积累量；测呼吸速率：将植物置于密闭容器，并置于黑暗中，测定容器内O2消耗量、CO2产生量、有机物消耗量；补充：光补偿点与光饱和点的移动思考：A、AB、B、BC、C所代表的含义分别可用下列那个图来表示？CO2吸收量OCO2释放量光照强度···ABCAABBBCC光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的释放量曲线c：净光合速率曲线d：呼吸速率E点：净光合速率等于呼吸速率总光合速率是净光合速率的2倍曲线a、b的差值：净光合作用强度光合作用强度=呼吸作用强度D点：净光合作用强度为0【典型曲线分析】①图中A点含义：

；②B点含义：

；③C点表示：

；④若甲曲线代表阳生植物，则乙曲线代表

植物。

光照强度为0，只进行呼吸作用光合作用与呼吸作用强度相等，称为光补偿点光合作用强度不再随光照强度增强而增强，称为光饱和点阴生0吸收量CO2C2ABC1释放量CO22）CO2浓度的影响CO2浓度CO2的补偿点CO2的饱和点原理：CO2浓度主要影响暗反应阶段，制约C3的形成；CO2浓度AB吸收速率CO2C释放速率CO2DA点含义：对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度；CO2补偿点；光合作用速率＝呼吸作用速率；该点对应的CO2浓度（即D点）为CO2饱和点；C点之后光合速率的限制因素不再为CO2浓度，外因主要为光照强度和温度，内因为酶的数量和活性；B点含义：C点含义：2）CO2浓度的影响应用：（1）通其风，正其行；（2）增施有机肥（利用有机肥微生物呼吸作用释放的CO2）；（3）温室栽培农作物可以投放干冰或使用CO2发生器；CO2浓度AB吸收速率CO2C释放速率CO2D（2）CO2浓度的影响光合速率0CO2浓度（

CO2饱和点）B外因：光照强度、温度；内因：色素和酶的数量、

酶的活性；限制因素ACO2饱和点：达到最大光合速率的最小CO2浓度；此点之后，CO2浓度不再是光合速率的限制因素；***CO2太少无法被固定，因此积累到一定量，才会启动光合作用；（2）CO2浓度的影响b:CO2的补偿点a—b:CO2太低，农作物消耗光合产物；

b—c:随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；

c—d:CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；

d—e:CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，降低光合作用。abcdCO2浓度c:CO2的饱和点→C3的生成→暗反应C3还原→（CH20）e（2）CO2浓度的影响AB段:(在一定范围内)随温度的升高,光合作用逐渐加强B点:光合作用中酶的最适温度BC段:酶活性降低,光合速率下降,若温度过高,酶失活停止光合作用一般植物的最适温度在25℃～30℃3）温度（1）原理：

温度通过影响与光合作用有关的酶的活性影响光合作用；（2）应用：适时播种；温室栽培时，白天适当提高温度，提高净光合速率，夜间适当降温，降低呼吸速率，降低有机物的消耗，保证植物有机物的积累；5）水分水分

①水分既是光合作用的原料，又是化学反应的媒介；②缺水→气孔关闭→CO2进入受阻→间接影响光合作用应用措施：合理灌溉。植物夏季为何“午休”？植物蒸腾散失水分。为避免缺水→气孔关闭→CO2进入受阻→间接影响光合作用光合作用强度OA710121418t水分夏季晴朗的白天温度过高，为减少蒸腾作用，气孔关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象时间光合作用强度BC段：光照强度不断减弱AB段：光照强度不断增大DE段：【典型曲线分析】5）矿质元素应用：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。

N：蛋白质、ATP的重要组分P：磷脂（生物膜），核酸组成元素，ATP的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素的重要组分……多因素影响甲乙(1)甲图中的自变量为______________，OP段影响光合速率的因素是_________，PQ段影响光合速率的因素是_____________，Q点之后影响光合速率的因素是____；(2)乙图中的自变量为_________________，OP段影响光合速率的因素是_________，PQ段影响光合速率的因素是_______________，Q点之后影响光合速率的因素是___________；光照强度、温度光照强度光照强度、温度温度光照强度、CO2浓度光照强度光照强度、CO2浓度CO2浓度

延长光合作用时间增加光合作用面积光能利用率（提高产量）提高光合作用效率(轮作、温室中人工光照）(合理密植、间种、套种)1、控制光照强度2、适当补充CO23、控制适宜的温度4、矿质元素（合理施肥）5、水（合理灌溉）提高光合作用速率(提高产量)措施：通风透气在温室中施有机肥使用CO2发生器：保持昼夜温差拓展：化能合成作用除绿色植物(自养生物)能利用光能合成有机物外，少数细菌利用体外环境中的某些无机物氧化时所