《光合作用的原理和应用》课件

第4节第2课时

光合作用的原理和应用第5章细胞的能量供应和利用

CO2+H2O

(CH2O)+O2光能叶绿体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。（一）光合作用①概念：②反应式：③实质：合成有机物，储存能量探究光合作用原理的部分实验1.19世纪末氧气甲醛→糖2.1928年甲醛不能通过光合作用转化成糖甲醛对植物有毒CO2O2C+H2O甲醛（二）光合作用的原理(CH2O)（有H2O，无CO2）3.1937年，希尔高铁盐低铁盐希尔反应：O2全部来自于H2O吗？水的光解产生氧气。结论：光合作用产生的O2来自于H2O。4.1941年鲁宾和卡门（同位素标记法）结论：H2O

H218O

CO2

O2O2O2O2O2O2

C18O2O2O2O2O2O2O2O2O2O218O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

5.1954年，阿尔农结论：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。（三）光合作用过程划分依据: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、无光都能反应光反应暗反应阅读课文P103—104思考：光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、物质变化、能量转换方面的内容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：H2OO2+H+光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能)

ATP酶光能→活跃的化学能场所：条件：物质变化能量变化H+NADPH的合成：H++NADP+NADPHNADP++NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ色素O21946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).（3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：CO2C3(CH2O)C5卡尔文循环②暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP

ADP+Pi叶绿体的基质中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)酶糖类NADPH、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化CO2

五碳化合物

C5

CO2的固定三碳化合物2C3叶绿体基质多种酶糖类ATPNADP+NADPHNADPH(CH2O)光能H2OCO2还原（CH2O）叶绿体

色素供氢酶供能多种酶参加催化暗反应（叶绿体基质）2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+光反应（叶绿体类囊体薄膜）（三）光合作用过程光合作用中元素的转移①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）CO2+H2O*

光能叶绿体（CH2O）+O2*H2O*

→O2*

1.光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转换等方面有什么区别？2.光反应阶段和暗反应阶段之间的物质和能量联系是怎样的？思考.讨论：光反应和暗反应区别和联系

光反应阶段暗反应阶段（碳反应）场所条件物质变化能量变化联系项目叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质光、色素、酶多种酶2H2O→O2+4NADPHADP+Pi+能量→ATP光能→ATP、NADPH中的化学能ATP、NADPH中的化学能→糖类中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、Pi、NADP+等原料2C3CO2+C5→2C3NADPH(CH2O)+C5ATP过程讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供应不变光照不变停止CO2供应

增加减少增加减少减少减少减少增加光能H2OCO2还原（CH2O）叶绿体

色素供氢酶供能多种酶参加催化2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2OC6H12O6+6O2能量（四）化能合成作用自养生物异养生物如人、动物、真菌及大多数的细菌。光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）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。只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。原料条件产物

CO2浓度

水分

光照

矿质元素

温度(五）光合作用原理的应用1.光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能叶绿体探究·实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究光照强度对光合作用强度的影响1.打孔2.处理叶片3.自变量处理4.观察记录自变量实验对象因变量因果关系无关变量（对照实验）对照实验：除了一个因素外，_________都保持相同的实验。对照试验一般要设置对照组和__________。对照组：不经自变量处理；实验组：经过自变量处理（施加或减除）其余因素实验组2.影响光合作用的因素（1）光照强度A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。C点对应的横坐标：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。光补偿点光饱和点AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸真正光合速率=净光合速率+呼吸速率项目表示方法净光合速率（又称表观光合速率）O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量真正光合速率（又称实际光合速率）O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量呼吸速率（黑暗中测量）CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量1.间作套种2.通过轮作,延长光合作用时间3.通过合理密植,增加光合作用面积4.温室大棚,使用无色透明玻璃5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长.应用：（2）CO2浓度A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）；A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；B和B′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）。应用：1.多施有机肥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.（2）CO2浓度（3）温度温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。应用：1.适时播种2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温.3.植物“午休”现象的原因之一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（4）矿质元素应用：合理施肥

（5）水

光合作用强度O时间A

71214181.水是光合作用的原料2.水是体内各种化学反应的介质3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体应用：预防干旱合理灌溉多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子，当到Q点时，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。内因：外因：基因决定酶种类数量不同水分（应用：合理灌溉）矿质元素（应用：合理施肥）温度：影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”CO2浓度（升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、

加干冰……）

光质（光的颜色）光照

光照时间：

（应用：延长光照时间：一年两/三熟）光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间

苗、剪枝；适当升高光强度，间作套种（提高光能的利用率）不同植物光合作用不同；不同部位（叶）光合作用不同；不同叶龄的叶光合作用不同。影响光合作用因素总结（应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）延长光合作用时间增加光合作用面积提高光能利用率控制光照强弱控制光质控制CO2供应控制必需矿质元素供应提高复种指数温室中人工光照合理密植间作套种通风透光在温室中施农家肥，使用CO2发生器阴生植物阳生植物提高光合速率适时适量施肥3.提高农作物产量措施1.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（）

A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应

B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应

C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应

D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应D2.光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的部位在叶绿体中依次为()①外膜②内膜③基质④类囊体膜

A．③②

B．③④

C．①②

D．④③B（六）跟踪训练3、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.③④②①⑤4、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ＤＢ5.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D123456789101112A组必备知识基础练1.(北京密云高一期末)在北京地区种植的新疆哈密瓜往往没有原产地的甜,其主要原因是北京地区的(

)A.昼夜温差小,糖分积累少B.土壤肥力足,细胞呼吸弱C.空气质量差,光合作用强D.海拔低,水分散失少A解析在北京种植的新疆哈密瓜没有原产地的甜,原因是新疆光照时间长,光合作用积累的有机物多,昼夜温差大,植物适应这样的环境,其细胞液(糖)浓度高。北京不具有新疆的环境条件,因此种植的新疆哈密瓜不如原产地的甜,A项符合题意。1234567891011122.如图表示光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响,下列有关叙述错误的是(

)A.A点与B点差异的主要限制因素是光照强度B.B点与D点差异的主要限制因素是CO2浓度C.B点与C点差异的主要限制因素可能是温度D.A点与C点差异的主要限制因素是光照强度和CO2浓度D123456789101112解析AB段光合作用速率未达到最高点,受横坐标光照强度影响,A项正确;B点与D点的光照强度相同,光合作用速率不同,其差异的主要限制因素是CO2浓度,B项正确;BC段影响光合作用速率的限制性因素可能是温度等其他条件,与横坐标的影响因素无关,C项正确;A点与C点的光照强度不相同,CO2浓度相同,主要限制因素是光照强度,D项错误。1234567891011123.下列措施中,与利用光合作用原理提高农作物产量无关的做法是(

)A.降低夜间温度,减少有机物的消耗B.控制各株作物之间的间距,合理密植C.大棚中用干冰增加CO2浓度D.种植大棚蔬菜,阴天开灯增加光照A123456789101112解析夜间降低温度,可以减弱细胞呼吸,减少有机物的消耗,有利于有机物的积累,能提高产量,但与光合作用的原理无关,A项符合题意;合理密植使植物与光接触的面积增大,同时也有利于空气流通增加CO2浓度,因而植物的光合作用越强,制造的有机物就越多,可提高产量,B项不符合题意;CO2是光合作用的原料,大棚中用干冰增加CO2浓度会促进光合作用积累有机物,C项不符合题意;光照是光合作用的条件,阴天光照强度弱,通过开灯增加光照能够提高光合作用的效率,从而达到提高产量的目的,D项不符合题意。1234567891011124.高温是制约世界粮食安全的因素之一。持续高温往往使植物叶片变黄、变褐。关于高温下作物减产的可能原因,下列叙述错误的是(

)A.细胞呼吸变强,消耗大量养分B.光合作用减弱,有机物合成减少C.持续高温作用,植物易失水萎蔫D.叶绿素降解,光反应生成的NADH减少D解析高温使呼吸酶的活性增强,消耗大量养分,A项正确;高温往往使植物叶片变黄、变褐,使气孔导度变小,高温使作物叶绿素降解,光合色素减少,植物叶片捕获光的能力降低,光合作用强度减弱,有机物合成减少,B项正确;持续高温使作物蒸腾作用增强,植物易失水发生萎蔫,不利于植物的光合作用,C项正确;光反应生成的是NADPH,D项错误。1234567891011125.(安徽合肥高一期末)利用大棚种植蔬菜,可人为控制温度、水分和光照等条件,调整蔬菜的生长季节并提高产量。下列与大棚种植蔬菜相关的措施及分析,正确的是(

)A.施用农家肥,可为蔬菜的光合作用提供有机物B.适当加大蔬菜的种植密度,可提高蔬菜的产量C.阴雨天适当提高大棚内温度,可明显增加有机物的积累量D.用红色塑料薄膜代替透明塑料薄膜,可提高蔬菜的光合作用速率B123456789101112解析植物不能直接利用农家肥中的有机物,农家肥含有大量微生物和有机物,其分解农家肥产生CO2,可提高大棚中CO2浓度,从而提高农作物的产量,A项错误;适当加大蔬菜的种植密度,可提高蔬菜的产量,但种植蔬菜要合理密植,如果过密,植物叶片就会相互遮挡,并且细胞呼吸消耗的有机物提高,反而会使产量下降,B项正确;阴雨天光合作用较弱,要降低大棚温度,减少细胞呼吸消耗的有机物才有利于有机物的积累,C项错误;虽然色素主要吸收红光和蓝紫光,但是对其他光也有吸收,用红色塑料薄膜代替无色塑料薄膜,只允许红光透过,反而会降低蔬菜的光合作用速率,D项错误。1234567891011126.某深海热液喷口处发现一种管状螨虫,其体内的硫细菌通过氧化H2S获得能量,还原CO2,并制造糖类等有机物,能为管状蠕虫提供所需的物质和能量。下列叙述错误的是(

)A.管状蠕虫和硫细菌体内的酶最适温度较高B.管状蠕虫和硫细菌生活在一起均属于自养生物C.硫细菌和蓝细菌均能还原CO2,并制造糖类等有机物D.硫细菌和蓝细菌生命活动所需的直接能源物质都是ATPB解析管状蠕虫和硫细菌共同生活于热液喷口处,适应周围环境,体内的酶最适温度较高,管状蠕虫是异养生物,A项正确,B项错误;硫细菌和蓝细菌均能还原CO2,并制造糖类等有机物,且均以ATP为直接能源物质,C、D两项正确。1234567891011127.植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系,作物采用无土栽培的技术。生菜是植物工厂常年培养的速生蔬菜。下列有关植物工厂中对生菜培养的说法,正确的是(

)A.培养过程中需要定时向营养液中通入空气,主要目的是为光合作用提供CO2B.同等强度下使用白光比红光更有利于生菜光合作用制造有机物C.培养过程中需要定期更换营养液,主要目的是保证无机盐的供应D.合理地控制温度可以提高生菜的光补偿点,有利于增产C123456789101112解析培养过程中需要定时向营养液中通入空气,主要是为根部提供O2,保证根部细胞的有氧呼吸,A项错误;同等强度下植物对红光和蓝紫光的利用率比其他单色光更高,白光中红光和蓝紫光只占一部分,能用于生菜光合作用的有效光弱于红光,B项错误;培养过程中定期更换营养液可以补充无机盐的供应,C项正确;合理地控制温度可以降低生菜的光补偿点、提高光饱和点,进而有利于增产,D项错误。1234567891011128.研究环境因素对草莓的影响,可帮助农民增收致富。科研人员研究了大棚内不同条件对草莓植株光合速率的影响,测得草莓植株CO2吸收量随条件变化而发生的改变,结果如图所示。据图分析,回答下列问题。(1)本实验的自变量是__________________。A点时,草莓产生ATP的场所是_______________________。

光照强度和温度

细胞质基质和线粒体

123456789101112(2)已知C、D两点的CO2吸收量相等。根据以上信息分析,草莓在C、D两点时制造的有机物量____________(填“相等”或“不相等”),依据是___________________________________________________________。

(3)E点后,草莓的CO2吸收量不再增加,此时限制草莓光合速率的环境因素主要是________。若要提高草莓产量,根据图中信息分析,可以采取的措施是______________________________。

不相等

植株在C点和D点时净光合速率相等,而22℃时的呼吸速率比17℃时大,且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和,所以总光合速率C点小于D点温度

适当增加光照强度和温度

123456789101112解析

(1)本实验的目的为研究不同条件对草莓植株光合速率的影响,结合图示的坐标可知,该实验中光照强度和温度是自变量。A点无光照,只进行细胞呼吸,所以产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。(2)植株在C点和D点时净光合速率相等,而22

℃时的呼吸速率比17

℃时大,且总光合速率等于净光合速率和呼吸速率之和,所以总光合速率C点小于D点。(3)从图中看出,E点后,草莓的CO2吸收量不再增加,此时限制草莓光合速率的环境因素主要是温度;温度升高到22

℃,CO2的吸收速率增加,随着光照强度的增加,光合作用速率也增加,所以适当增加光照强度和温度可以提高草莓的产量。123456789101112B组能力素养提升练9.夏季晴朗的一天,甲、乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示,下列说法正确的是(

)A.甲植株在A点开始进行光合作用B.乙植株B点有机物积累量最多C.DE段补充光源可增加甲、乙农作物的产量D.C点提高环境中CO2浓度可以使乙光合作用增强C123456789101112解析甲植株在A点之前,有光照时便开始光合作用,夏季晴朗的一天大约在早晨4时开始有光照,A项错误;有机物积累量最多是18时,因为18时之前光合速率大于呼吸速率,一直积累有机物,18时之后呼吸速率大于光合速率,开始消耗有机物,B项错误;DE段光合速率下降的原因为光照强度减弱,所以DE段补充光源可增加甲、乙农作物的产量,C项正确;C点光合速率降低是由气孔关闭导致CO2供应不足,即使C点提高环境中CO2浓度,由于气孔关闭,也不能使乙光合作用增强,D项错误。12345678910111210.(湖北黄冈高一期末)间种通常是指将两种或两种以上作物在同一块田地上相间种植的方式。适宜的种植距离可以提高间种效率,从而提高单位面积的产量。为探索花生的合理间种条件,科研人员在花生植株开花至果实成熟期,每天定时对其进行遮阴处理,并测量相关数据结果如下表所示。处理叶绿素含量/(mg·dm-2)单株光合产量/g干重

单株叶光合产量/g干重单株果实光合产量/g干重不遮阴2.0918.923.258.25遮阴2h2.6618.843.058.21遮阴4h3.0316.643.056.13123456789101112下列有关分析错误的是(

)A.表中不同遮阴处理可模拟花生与其他高秆植物的间种距离B.花生叶片可通过增加叶绿素含量来适应弱光环境C.较长遮阴处理下植株可能优先将光合产物分配至根中D.本实验结果说明花生植株不适合间种D123456789101112解析本实验的自变量是遮阴情况,因变量包括叶绿素含量、单株光合产量、单株叶光合产量、单株果实光合产量;遮阴条件和不遮阴条件相比,叶绿素含量增加,而其他产量均降低。植物的间种距离影响光照情况,所以不同遮阴处理可模拟花生与其他高秆植物的间种距离,A项正确;遮阴条件下叶绿素含量增加,说明花生植株通过增加叶绿素含量提高吸光能力适应弱光环境,B项正确;与不遮阴相比,遮阴处理植株的单株光合产量、叶光合产量、果实光合产量均下降,则较长遮阴处理下植株可能优先将光合产物分配至根中,C项正确;通过减少其他作物对花生的遮阴时间,获得较高的产量,所以花生也可以进行间种,D项错误。12345678910111211.(2022湖南高考改编)在夏季晴朗无云的白天,10时左右某植物光合作用强度达到峰值,12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因不可能是(

)A.叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影响,细胞呼吸释放的CO2量大于光合作用固定的CO2量C.叶绿体类囊体薄膜上的部分光合色素被光破坏,吸收和传递光能的效率降低D.光反应产物积累,产生反馈抑制,叶片转化光能的能力下降B123456789101112解析夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,光合作用强度明显减弱;夏季中午气温过高,导致光合酶活性降低,呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶),光合作用强度减弱,但此时光合作用强度仍然大于细胞呼吸强度,即细胞呼吸释放的CO2量小于光合作用固定的CO2量;夏季中午叶片蒸腾作用强,失水过多使气孔部分关闭,进入体内的CO2量减少,暗反应减慢,导致光反应产物积累,产生反馈抑制,使叶片转化光能的能力下降,光