5.4.2+光合作用的原理和应用++课件++【要点精讲+拓展提升】高一上学期生物人教版必修1

本节聚焦:光合作用是怎样进行的？光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系？光合作用原理在生产中有哪些应用？必修1/第5章/细胞的能量供应和利用/第4节光合作用与能量转化第二课时：光合作用的原理和应用指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，并且释放出氧气的过程。光合作用的概念CO2

+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体一、光合作用的原理6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O

光能叶绿体一、光合作用的原理探究光合作用原理的部分实验19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。水的光解产生氧气。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。探究光合作用原理的部分实验4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2光能叶绿体结论：

能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有水，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。讨论1.希尔实验可以证明氧气来自水，能否确定氧气全部来自水？

不能说明。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。2.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？探究光合作用原理的部分实验1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧气的来源。探究光合作用原理的部分实验CO2H218OC18O2H2O18O2O2光照射左为18O2，右为O2。用放射性同位素标记来研究物质的去路小球藻用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。相互对照（即对比实验）实验思路：材料：处理：结果：如何对照：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水，而并不来源于CO2。讨论3.分析鲁宾和卡门的实验，你能得出什么结论？探究光合作用原理的部分实验1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

在光照时，叶绿体中生成了ATP。结论：讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：H2O

O2

+2H+

+能量光照叶绿体ADP+PiATP探究光合作用原理的部分实验1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C是如何转化为有机物中的碳的。称为卡尔文循环(P104)

光合产物中有机物的碳来自CO2结论：光照射下的小球藻悬液14CO2H2OO2（14CH2O）CO2C3(CH2O)C5一、光合作用的原理1.光合作用的原理光合作用过程是否需要光能划分：光反应和暗反应（碳反应）。一、光合作用的原理1.光合作用的原理光反应阶段光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光、色素、酶叶绿体的类囊体薄膜上①水的光解：③ATP的合成：H2OO2+H++2e-色素光能②NADPH的合成：

2e-+H++NADP+

NADPH

(还原剂)ADP＋Pi＋能量(光能)

ATP酶光能ATP、NADPH中活跃的化学能场所：条件：物质变化:能量变化H2O水在光下分解O2NADPHADP+PiATP光能一、光合作用的原理1.光合作用的原理暗反应阶段光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。场所：条件：物质变化:能量变化:NADPH供氢供能酶ATP(供能)ADP+PiCO2C52C3(CH2O)还原固定多种酶参加催化淀粉、蔗糖酶叶绿体的基质中NADPH、ATP、酶、CO2CO2的固定：CO2＋C5

2C3酶C3的还原：有机物中稳定的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能2C3

(CH2O)+H2O+C5ATPNADPH

NADP+ADP+Pi酶糖类光反应与暗反应的区别和联系讨论1.光反应与暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有什么区别？比较项目光反应暗反应场所条件物质变化能量变化联系类囊体薄膜上叶绿体的基质需光,色素和酶不需光,色素;需酶2H2O─→O2+4H++4e-光解ADP+Pi+能量─→ATP酶CO2+C5─→2C3酶2C3─

─→(CH2O)+C5ATP、[H]酶稳定的化学能光能ATP中活跃的化学能光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+光反应与暗反应的区别和联系讨论2.光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？物质方面：光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。

能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量。思考1：NADPH和ATP的移动途径是什么？从类囊体薄膜到叶绿体基质。思考2：NADP+和ADP的移动途径呢？从叶绿体基质到类囊体薄膜。思考3：NADPH的作用？①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2光反应与暗反应的区别和联系思考4：光合作用中元素的转移。多种酶参加催化H2O水在光下分解O2NADPHADP+PiATP光能供氢、供能CO2C52C3(CH2O)还原固定光反应与暗反应的区别和联系课堂小结：光合作用过程图解光反应阶段（叶绿体类囊体薄膜）暗反应阶段（叶绿体基质）淀粉、蔗糖2.光合作用的意义一、光合作用的原理①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源；②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；③维持了大气成分的基本稳定。自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物二、光合作用原理的应用植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。光合作用强度：探究环境因素对光合作用强度的影响影响光合作用的环境因素(外因)光照强度、光质、光照时间光：CO2的浓度；温度；H2O矿质元素：如Mg合成叶绿素、N影响酶和ATP的合成实验原理探究光照强度对光合作用强度的影响实验目的探究光照强度对光合作用强度的影响叶片细胞间隙含有空气(上浮)抽气叶片细胞间隙充满水(下沉)光合作用产生O2根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。叶片细胞间隙充满O2(上浮)探究光照强度对光合作用强度的影响材料用具注射器(排出圆形小叶片中的气体)绿叶、打孔器(打出圆形小叶片)5WLED台灯(不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离——光照强度)变量分析光照强弱光合作用强度(相同时间小圆形叶片浮起的数量)。自变量：因变量：无关变量：如温度、CO2等，要求相同且适宜。（温度，用中间的盛水玻璃柱吸收热量排除干扰）探究光照强度对光合作用强度的影响方法步骤1.打孔：取生长旺盛绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片。2.将圆形小叶片置于注射器内。吸入清水，排出注射器中空气，堵住前端小孔，抽出叶片内气体。重复2-3次。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。探究光照强度对光合作用强度的影响方法步骤4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水(1%～2%的NaHCO3溶液)。5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，分别置于强、中、弱光下(用5W的LED灯为光源，通过改变小烧杯与光源距离来调节光照强度)。探究光照强度对光合作用强度的影响方法步骤6.观察并记录同一时间内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量

项目烧杯小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量110片20mL210片20mL310片20mL在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。实验结论强中弱多中少D吸收CO2释放CO20二、光合作用原理的应用影响光合作用的环境因素及应用1.光照强度(1)间作(几种作物同时期播种)、

套种(几种作物不同时期播种)；(2)轮作(几种作物轮换种植)；(3)合理密植，增加光合作用面积；(4)温室大棚，使用无色透明玻璃。应用：B点：光补偿点（光合作用速率等于细胞呼吸速率时的光照强度）；D点：光饱和点（光合作用强度不再随光照强度增加而增加时的光照强度）。净光合速率呼吸速率真正光合速率二、光合作用原理的应用2.CO2浓度C点：CO2补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；D点：CO2饱和点（两组都表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。B点

：进行光合作用所需CO2的最低浓度ABCD0CO2浓度吸收CO2释放CO2应用：(1)多施有机肥或农家肥；(2)温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；(3)大田中还要注意通风透气。二、光合作用原理的应用3.温度酶的最适温度最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40～50℃之间。温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。(1)适时播种；(2)温室中，白天适当提高温度，晚上适当降温。(3)植物“午休”现象。应用：二、光合作用原理的应用4.矿质元素N、P：NADP+和ATP的重要组分；Mg：叶绿素的重要组分。应用：合理施肥5.水(1)水是光合作用的原料；(2)水是体内各种化学反应的介质；(3)水直接影响气孔的开闭,间接影响CO2进入。应用：预防干旱，合理灌溉。三、化能合成作用能够利用体外环境中的NH3氧化时所释放的能量来制造有机物。电子显微镜下的一种硝化细菌(放大5000倍)在自然界中，除了光合作用，还有另外一种制造有机物的方式。能利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物。即化能合成作用。硝化细菌：2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O酶2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌归纳：自养生物与异养生物自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质(利用CO2制造有机物)。①光能自养型：例如：绿色植物、光合细菌等。②化能自养型：例如：硝化细菌、铁细菌、硫细菌等。以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。异养生物：例如：人、动物、营腐生、寄生生活的细菌和真菌等。归纳：外界条件变化时NADPH、ATP

、C3、C5、(CH2O)的变化条件NADPH、ATPC3C5(CH2O)光照不变，CO2减少

光照不变，CO2增加

光照增强，CO2不变

光照减弱，CO2不变

增加减少增加减少增加减少增加减少增加减少增加减少减少增加增加减少练习与应用(P106)一、概念检测1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（）(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（）(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（）√××练习与应用(P106)一、概念检测2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（）A.CO2→叶绿体→ADPB.CO2→叶绿体→ATPC.CO2→乙醇→糖类D.CO2→三碳化合物→糖类D

练习与应用(P106)一、概念检测3.根据光合作用的基本过程填充下图。叶绿体中的色素ATPNADPHADP+Pi2C3C5NADP+O2练习与应用(P106)二、拓展应用1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。光照强度逐渐增大此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。光照强度不断减弱(1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因是：(2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是：(3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是：光照强度、温度

可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。(4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有:(5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。练习与应用(P106)二、拓展应用1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。练习与应用(P106)二、拓展应用2.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下一粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在30℃左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)，从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株