光合作用的原理和应用课件2.ppt

1、第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 能量之源光与光合作用,人教版必修1,三、光合作用的探索历程,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并且释放出O2的过程。,1、光合作用的概念,2、光合作用的实质,合成有机物，储存能量,1.英国的普利斯特利的意义和不足之处分别是？,2.荷兰科学家英格豪斯的实验结果是什么？德国科学家梅耶得出了什么结论？,植物可以更新空气，但没有发现光的作用。,英格豪斯：植物更新空气需要光，并且只有绿叶才有这个功能,梅耶：光能转变为化学能储存起来了。,3.德国植物学家萨克斯的实验过程及结果证明了什么？,光合作用的产物有淀粉的生成,4.鲁宾和卡门

2、的同位素标记法的探究实验过程及所证明什么问题？,光合作用释放的氧气来自于水的分解,反应条件： 反应场所： 反应物： 生成物： 能量变化：,光能等,叶绿体,CO2，H2O,有机物，O2,光能化学能,四、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,H2O,类囊体膜,酶,光反应阶段,光、色素、酶、水,叶绿体的类囊体薄膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,场所：,条件：,物质变化,能量变化,进入叶绿体基质，参与暗反应,供暗反应使用,CO2,五碳化合物 C5,CO2的固定,三

3、碳化合物 2C3,C3的还原,叶绿体基质 多种酶,糖类+H2O,卡尔文循环,暗反应阶段,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,H 、ATP、酶、CO2,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+H2O,H,比较光反应、暗反应,光反应阶段,暗反应阶段,条件,场所,物质变化,能量变化,光、色素、酶、H2O,CO2、多种酶、H、ATP,叶绿体类囊体薄膜上,叶绿体基质中,水的光解；ATP的生成,CO2的固定； C3的还原,光反应是暗反应的基础，为暗反应提供H和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。,讨论：条件变化

4、时，各种物质合成量的动态变化。,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,减少或没有,增加,增加,减少,减少,增加,H2O2H + 1/2O2,水的光解：,ATP的合成：,暗反应,总结,光反应,特别说明：光合作用的产物除糖类和氧外，还有氨基酸、脂肪等有机物,光反应,CO2的固定：,CO2的还原：,原料和产物的对应关系：,（CH2O）,C,H,O,CO2,CO2,H2O,O2,H2O,能量的转移途径,碳的转移途径,光能,ATP中活跃的化学能,(CH2O)中稳定的化学能,CO2,C3,（CH2O）,光合作用的意义,为一切生物生命活动的进行提供所必需的营养物质,为一切生

5、物生命活动的进行提供所必需的能量,维持大气中氧气和二氧化碳的平衡。缓解温室效应,总之，从物质转变和能量转变的过程来看，光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。,形成臭氧，保护地球生物,自养生物,以光、CO2、H2O等无机物为原料合成糖类等有机物，且有机物中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物、许多微生物。,异养生物,只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌、硫细菌、Fe细菌。,光能自养生物,化能自养生物,生长时能以简单的无机物作为营养物质，称为自养型生物,新陈代谢,同化作

6、用 （把非己变成自己）,异化作用 （把自己变成非己）,自养型,异养型,需氧型,厌氧型,红螺菌的同化作用属于兼性营养型,酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型,光能自养型,化能自养型,植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。可通过测定一定时间内原 的数量来定量地表示。,光合作用强度概念,影响光合作用强度的因素,植物自身因素(植物种类、不同生长阶段、酶的种类和数量、叶面积指数、叶龄),环境因素：光（强度、光质、时间长短）、温度、水分、CO2浓度、矿质元素,光合作用原理的应用,光合作用速率(光合速率）,单位时间、单位叶面积吸收的CO2的量或放出O2的量，称为光合作用速率，简称为光合速率,一般测定光

7、合速率的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数，称为表观光合速率或净光合速率。即表观（净）光合速率+呼吸速率=总（真正）光合速率。一般通过吸收的CO2的量或放出O2的量来测定。,探究：环境中影响光合作用强度的因素,实验原理： 利用真空渗水法排除叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合作用的过程中植物吸收CO2并排除O2，产生O2的多少与光合作用的强度密切相关， O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内叶片上浮的数量及时间长短，来比较光合作用的强弱。,间接测O2生成速率，来比较不同光照强度和不同CO2浓度条件下光合作用的强度 。,实验方法,新鲜腊梅叶片，打孔器，

8、注射器，40W台灯，100ml烧杯，镊子，NaHCO3溶液，一次性纸杯，标签纸，清水等,材料用具,实验步骤： 1.用打孔器打出大小相等的圆叶片若干片（避开叶的主脉）,2.用注射器连抽几次抽出叶片中的气体，使叶片沉入水底,3.将气体逸出的叶片放入一次性杯中保存,4.将3个烧杯编号后，分别加入2个40ml NaHCO3溶液、1个40ml清水，并各放入10片抽去气体的叶片,5.按实验记录表进行操作,6.记录实验数据,实验结果,实验反思： 实验变量梯度太大，组别少，因此误差大，应分别对不用因素进行探究，且应有平行试验。,影响光合作用的各种因素,注意P、Q点的含义,内因： 外因：,基因决定酶种类数量不同

9、,影响光合作用因素总结,两种表示方法有什么区别呢？,1.光,光照强度,ABC点以及AB段、BC段各代表的意义，？,A:光照强度为0, 只进行细胞呼吸, 释放的CO2量表明呼吸强度,B:光合作用强度呼吸作用强度,呼吸释放的CO2全用于光合作用,C:光合强度最大点，C点以后限制光合作用的不再是光照强度,（光饱和点）,AB段:随光照增强,光合作用逐渐加强,此段呼吸强度光合强度,（呼吸强度）,（光补偿点）,BC段:随光照增强,光合作用逐渐加强,此段光合强度呼吸强度,光照强度对光合速率的影响,光,阳生植物,阴生植物,（呼吸强度）,（光补偿点）,（光饱和点）,阴生植物的光补偿点、光饱和点阳生植物,受光影响

10、,受CO2、酶或其他因素限制,应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。,真正光合速率=净光合速率+呼吸速率,一天的时间,光合作用速率,O,光照强度,12,14,10,光合作用速率与光照强度、时间的关系,夏天一天中日照强度与光合作用速率的关系,日变化(光照时间)：一般与太阳辐射的进程相符合。,光合作用速率（夏天）,O,光照强度（夏天）,12,14,10,一天的时间,光合作用速率与光照强度、时间的关系,春天一天中日照强度与光合作用速率的关系,应用：控制好光强 、光照时间,措施：,大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上； 根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照

11、强弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。 通过轮作,延长光合作用时间,哪一株植物生长状况更好?,光质,温室大棚一般使用无色透明玻璃,呼吸量,影响光合作用的因素光照面积,合理利用光能的方法,1、套种、复种：延长光合作用时间,2、间种、合理密植：增加光合作用面积,3、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,2.温度,能,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,生活在寒带地区的植物能否正常进行光合作用？ 。,AB段、BC段、B点各代表？,一般植物在1

12、035下 正常进行光合作用,应用措施： （1）大田中适时播种 （2）温室栽培植物时，冬天适当增温，夏天适当降温；白天调到最适温度或适当提高温度，晚上适当降温以增加昼夜温差；阴雨天白天适当降温，维持昼夜温差。,请判断图中曲线哪条代表的是光合作用、呼吸作用？净光合速率曲线怎样绘制？,3.水分,水分既是光合作用的原料和产物，又是化学反应的媒介,应用措施： 合理灌溉。,植物夏季为何“午休”？,水分,水分是植物蒸腾的对象。缺水气孔关闭CO2进入受阻间接影响光合作用,4.CO2,a:CO2饱和点。光合速率不再随CO2浓度的增加而增加,CO2浓度,a,0,c,d,光合速率,呼吸速率,c:呼吸作用强度。只有呼

13、吸，没有光合作用,d:CO2补偿点。光合作用吸收的CO2呼吸作用释放的CO2,ad段:(在一定范围内)光合速率随CO2浓度的增大而加快,A:进行光合作用所需最低外界CO2浓度 B:CO2饱和点,b:CO2的补偿点,c:CO2的饱和点,ab: CO2太低，农作物消耗光合产物； bc: 随CO2的浓度增加，光合作用强度增强； cd: CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变； de: CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,应用：温室栽培时适当提高CO2的浓度（燃烧液化石油气，使用CO2发生器),措施：,多施有机肥或农家肥 大田生产“正其行，通其风”，即为提高CO2浓度

14、、增加产量 释放一定量的干冰或施“碳铵” (NH4HCO3),必须指出：增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”,CO2浓度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。,5.矿质元素,在一定浓度范围内，增大必需元素的供应，可提高光合作用速率,当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水而萎蔫。,应用措施： 根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量合理施肥可促进叶片面积增大，提高酶的合成率，提高光合作用速率。,6.叶龄,OA段幼叶。随幼叶的不断生长，叶面积增大，叶绿体增多，叶绿素含量增加，光合速率增加。 A

15、B段壮叶。叶片面积、叶绿体和叶绿素都处于稳定状态，光合速率稳定。 BC段老叶。随叶龄的增加，叶绿素被破坏，光合速率也随之下降。,应用措施： 农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶。可降低其呼吸作用消耗有机物。,几个易混淆的概念,光能利用率,光合作用效率,光合作用速率,光合作用强度,单位土地面积上植物光合作用积累的有机物中所含的化学能，占同一期间入射单位土地面积的光能量的百分率。光能利用率=光合作用制造的有机物中的能量/种植面积内所照射的光能。,一、光能利用率,提高光能利用率是发挥农作物增产潜力的有效途径,2、意义,1、概念,、延长光照时间、增加光合作用面积和增加光合作用效率等。其中延长光照时间

16、是延长全年内单位土地面积绿色植物进行光合作用的时间。,3、措施,、轮种、间种和套种。在一年内通过巧妙搭配各种农作物，在空间和时间上提高光能利用；增加光合作用面积是通过合理密植，通过控制叶面积指数，保证净光合速率最大，积累的光合产物最多。,二、光合作用效率,绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。光合作用效率=光合作用制造的有机物中的能量/光合作用中吸收的光能。molm2s-1（每秒每平方米叶面积吸收CO2微摩尔数）、moldm2h-1（每小时每平方分米叶面积吸收CO2微摩尔数）。,1、概念：,延长每天的光照时间、提高CO2浓度和温度，保证矿质元素的供应。,2

17、、提高光合作用效率的措施,三、光合作用速率(光合速率）,单位时间、单位叶面积吸收的CO2的量或放出O2的量，称为光合作用速率，简称为光合速率,一般测定光合速率的方法中都没有把叶片的呼吸作用考虑在内，所以测定的结果实际上是光合作用减去呼吸作用的差数，称为表观光合速率或净光合速率。如果把表观光合速率+呼吸速率，则得到总（真正）光合速率。,1、概念：,四、光合作用强度,植物在光照下单位时间内通过光合作用制造糖类的数量，称为光合作用强度。,1、概念：,2、影响光合作用强度的因素,内因：个体差异、酶的种类和数量、叶龄、叶面积指数(疏密）,外因：光（强度、光质、时间长短）；CO2浓度；温度矿质元素；水分、

18、,概念之间的联系与区别,光能利用率与光合作用效率,光合作用速率与光合作用强度,光合作用效率与光合作用速率,光能利用率与光合作用效率,光能利用率是针对单位面积土地上的植物光合作用，包括光合作用效率。,光合作用效率是针对植物本身光合作用，通常从影响植物光合作用的环境因素来分析。两者之间的关系是包含关系。,光合作用速率与光合作用强度,这两个概念没有本质区别，只是测定的角度不同。但大多数情况是测定光合作用速率,光合作用速率是针对单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量,光合作用强度是针对单位时间内制造糖类的数量，由于吸收CO2的量或放出O2的量与制造糖类的量之间具有一定的数量关系，若制造的糖类是C6H12O6时，吸收6分子CO2，可制造1分子C6H12O6,光合作用效率与光合作用速率,光合作用效率是从能量的角度计算,光合速率是从