1、二、二、光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用O2CH2OH2OCO2太阳能太阳能类囊体类囊体叶绿体基质叶绿体基质色素酶 光合作用光合作用1.概念：叶绿体光能二氧化碳和水储存着能量的有机物氧气2.反应式：CO2 +H2O （CH2O)+O2光能叶绿体C CO O2 2O O2 2C C+H+H2 2O O甲醛甲醛(CH(CH2 2O)O)初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。一、光合作用的原理一、光合作用的原理。不能。O2H+离体的叶绿体悬浮液同位素示踪法同位素示踪法能够说明能够说明资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)用用同位素示踪同位
2、素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用1818O O成成H H2 21818O O和和C C1818O O2 2。然后，进行了两组实验：第一组给植。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供物提供H H2 2O O和和C C1818O O2 2，第二组给同种植物提供，第二组给同种植物提供H H2 21818O O和和COCO2 2。在其他条件都相。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是同的情况下，第一组释放的氧气都是O O2 2,第二组释放的都是第二组释放的都是1818O O2 2。CO2H218O光照射下的光照射下的小球藻悬液小球藻悬液
3、C18O2H2O18O2O2对比实验相互对照资料4：会有会有ATPATP产生。同样方法处理四只试管，产生。同样方法处理四只试管，只有只有1 1号有号有 ATP ATP产生产生讨论4.H H2 2O OO O2 2 +H H+能量能量光照光照ADP+PiADP+Pi ATP ATP光合作用的过程 O2CH2OH2OCO2太阳能太阳能类囊体类囊体叶绿体基质叶绿体基质尝试叙述光合作用的光反应过程ATPADP+Pi酶酶O2NADP+H+H2O光解光解反应阶段NADPH相关信息水分解为氧和的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于与结合形成。3）物质变化:4）能量转化:2）条 件：1）场 所：水的
4、光解：ATP的合成：NADPH的合成：光能ATP和NADPH中的活跃化学能叶绿体的类囊体薄膜光、色素、酶1.光反应阶段ADP+Pi+能量 ATP酶NADP+H+2e-NADPHH2O O2+H+光资料5：卡尔文等用小球藻做了这样的实验：卡尔文等用小球藻做了这样的实验：向反应体系中充入一定量的向反应体系中充入一定量的1414COCO2 2，光照，光照3030秒后检测产物，检测到秒后检测产物，检测到 了多种带了多种带1414C C标记的化合物，有标记的化合物，有三碳化合物（三碳化合物（C C3 3）、五碳化合物（）、五碳化合物（C C5 5）和）和 六碳糖六碳糖(C(C6 6)。如何确定二氧化碳中
5、的如何确定二氧化碳中的C C先转移到先转移到C C3 3、C C5 5和和C C6 6中的哪个化合物呢？中的哪个化合物呢？缩短反应时间情境2：反应进行到反应进行到5 5秒秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的C C5 5化合化合 物和物和C C6 6化合物化合物。缩短工作时间到。缩短工作时间到几分之一秒几分之一秒时，时，90%90%以上的放射性以上的放射性1414C C集中集中 在一种在一种C C3 3化合物上。化合物上。资料5：卡尔文等用小球藻做了这样的实验：卡尔文等用小球藻做了这样的实验：C CO O2 2C C3 3(C CH H2 2O)O)C
6、C5 5实验发现，在光照条件下，突然降低实验发现，在光照条件下，突然降低CO2的浓度，的浓度，C3和和C5含量有如含量有如右图右图变化：变化：C5C3结论结论：CO2与与C5结合形成结合形成C3化合物化合物上述资料表明小结 这一阶段光合作用的相关化学反应，有光无光都能进行，所以这个阶段叫做暗反应阶段。阿尔农发现，在黑暗条件下，只要供给了阿尔农发现，在黑暗条件下，只要供给了ATP和和NADPH，叶绿体就能，叶绿体就能 将将CO2转化为糖类，同时转化为糖类，同时ATP和和NADPH含量急剧下降。含量急剧下降。H H2 2O OO O2 2 +H H+能量能量光照光照ADP+PiADP+Pi ATP
7、ATPNADPNADP+H H+e e 完善光合作用的示意图。2C3CO2（CH2O）多种酶参加反应固定固定暗反应阶段还原还原C52、暗反应阶段3)物质变化:4)能量转化:2)条 件：1)场 所：叶绿体基质多种酶、CO2ATP和NADPH的水解CO2的固定：CO2+C52C3 酶C3的还原：2C3 C5+(CH2O)酶 ATP、NADPHATP和NADPH中的活跃化学能有机物中稳定的化学能2、暗反应阶段相关信息：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）O2H+NADPHNADP+ADP+PiATPC3C5(1)光合作用的过程填一填 光反应阶段光反应阶段暗反应阶段（卡尔
8、文循环）暗反应阶段（卡尔文循环）场所场所条件条件物质变化物质变化能量变化能量变化联系联系叶绿体类囊体薄膜上叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质叶绿体基质光、色素、酶光、色素、酶有光无光都可，多种酶有光无光都可，多种酶光能光能ATPATP、NADPHNADPH中中活跃活跃的的化学能化学能ATPATP、NADPHNADPH中中活跃活跃的化学能的化学能有机物中有机物中稳定稳定的化学能的化学能光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供ATPATP和和NADPHNADPH暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供ADPADP、PiPi、NADPNADP+等原料等原料 色素、酶色素、酶2H2O O2+4H+光光ADP+Pi+
9、能量能量 ATP酶酶酶酶NADP+H+NADPH酶酶CO2C5 2C32C3 (CH2O)+C5酶酶ATP、NADPH-光反应阶段与暗反应阶段的区别和联系条件光照减弱 光照增强 CO2浓度减少 CO2浓度增加C3C5ATPNADPH增加减少减少增加减少增加增加减少减少增加增加减少减少增加增加减少(3)光照强度与 CO2浓度改变引起的C3、C5、ATP、NADPH含量变化牛刀小试：适宜条件下，如果环境中适宜条件下，如果环境中COCO2 2含量突然降至极低水平，叶肉细胞含量突然降至极低水平，叶肉细胞 的的C C3 3、C C5 5和和ATPATP含量的变化依次是：含量的变化依次是：A A、上升、下
10、降、上升、上升、下降、上升 B B、下降、上升、下降、下降、上升、下降 C C、下降、上升、上升、下降、上升、上升 D D、上升、下降、下降、上升、下降、下降C1 1、请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的、请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的HH和和ATP,ATP,C C3 3化合化合 物和物和 C C5 5化合物的含量如何变化？化合物的含量如何变化？停止停止光照光照光反应光反应停止停止2 2、请分析光下的植物突然停止、请分析光下的植物突然停止COCO2 2的供应后，短时间内其体内的的供应后，短时间内其体内的HH 和和ATP ATP，C C3 3化合物和化合物和 C C5 5化合物
11、的含量如何变化？化合物的含量如何变化？H ATPATPC C3 3 还原受阻还原受阻;COCO2 2固定继续固定继续C3 C C5 5 COCO2 2 COCO2 2固定停止；固定停止；C C3 3还原继续进行还原继续进行C C3 3 C C5 5 议一议 的的表示方法：表示方法：总反应式：总反应式：CO2H2O （CH2O）O2光能光能叶绿体叶绿体固定固定制造或产生制造或产生产生产生单位时间内光合作用单位时间内光合作用（一）探究光照强度对（一）探究光照强度对光合作用强度光合作用强度的影响的影响1.实验原理：根据单位根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探
12、究光照强度与光照强度与光合光合作用强度作用强度的关系。的关系。叶片含有空气叶片含有空气上浮上浮抽气抽气叶片叶片下沉下沉叶片叶片上浮上浮光合作用光合作用产生产生O O2 2O O2 2充满细胞间隙充满细胞间隙2.材料用具：打孔器、打孔器、5W LED5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶等台灯、米尺、烧杯、绿叶等3.方法步骤：0.6cm0.6cm的打孔器打孔的打孔器打孔打出圆形小叶片打出圆形小叶片3030片片黑暗保存叶片黑暗保存叶片叶片置于注射器内叶片置于注射器内抽出叶片的气体抽出叶片的气体叶片均分为叶片均分为3 3组组1.1.取取3 3只小烧杯，分别倒入富含只小烧杯，分别倒入富含COCO2 2的清
13、水（的清水（1%2%1%2%的的NaHCONaHCO3 3溶液）溶液）向向3 3只小烧杯中只小烧杯中各放入各放入1010片片小圆形小圆形叶片叶片2.2.分别分别对这对这3 3个实验装置进行个实验装置进行强、中、弱三种强、中、弱三种光照光照强光强光中等光中等光弱光弱光3.3.观察观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量浮起的数量。或上浮相同数量的小。或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置圆形叶片各实验装置所用时间所用时间。【LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。】方法步骤：叶片均分为叶片
14、均分为3 3组组4.实验结果：5.实验结论：在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强CO2浓度水分光光质光照强度光照时间光照面积酶色素温度矿质元素气孔开闭情况（用（用COCO2 2增加量增加量;O;O2 2减少量减少量;有机物的减有机物的减 少量少量表示）表示）表观光合速率）表观光合速率）用用O O2 2释放量释放量;CO;CO2 2吸收量吸收量;有机物积累量有机物积累量;有机物增加量有机物增加量表示表示（实际光合速率）（实际光合速率）用用COCO2 2固定（固定（消耗消耗）量）量;O;O2 2产生量产生量;有机有机 物产生（物产生（制造制造）量表示）量表示ACAC段限制光合速率
15、的因素是段限制光合速率的因素是光照强度光照强度C C点之后点之后限制光合速率的因素是限制光合速率的因素是COCO2 2浓度浓度或者或者酶的活性等酶的活性等CO2O2（黑暗时黑暗时）只进行呼吸作用只进行呼吸作用O2CO2光合速率光合速率 红 光红 光 蓝 紫 光蓝 紫 光 绿 光绿 光（2 2）图示为阳生植物和阴生植物光合作用曲线图：）图示为阳生植物和阴生植物光合作用曲线图：（3 3）应用）应用适适 当当 增增 加加 光光 照照 强强 度度 不不 同同 植植 物物 采采 取取 不不 同同 光光 照照套套 种种 间间 作作 ，合，合 理理 密密 植植 轮轮 作作 2.CO2浓度C C点：点：COC
16、O2 2补偿点补偿点（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率 时的时的COCO2 2浓度）；浓度）；D D点：点：COCO2 2饱和点饱和点（两组都表示在一定范围内（两组都表示在一定范围内COCO2 2浓度达到浓度达到 该点后，光合作用强度不再随该点后，光合作用强度不再随COCO2 2浓度增加而增加）浓度增加而增加）此时受限于光照强度等此时受限于光照强度等B B点点 ：进行光合作用所需进行光合作用所需COCO2 2的最低浓度的最低浓度ABCD0吸收吸收CO2释放释放CO2CO2浓度浓度3.温度 最适温度下植物光合作用最大，植物体内最适温度下植物光合作用最大，植物体内
17、的酶最适温度在的酶最适温度在4050之间。之间。温度过高时温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。光合速率会减弱。N：光合光合酶酶及及ATP的重要组分的重要组分P：类囊体类囊体膜膜和和ATP的重要组分；的重要组分；K：促进光合产物向贮藏器官运输促进光合产物向贮藏器官运输Mg：叶绿素叶绿素的重要组分的重要组分水是光合作用的水是光合作用的原料原料，缺水既可直接影响光合作用缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片，又会导致叶片气孔关闭，限制气孔关闭，限制COCO2 2进入叶片，从而间接影响光合作用。进入叶片，从而间接影响光合作用。能够利用体外环境中的某些能够利用体外
18、环境中的某些无机物氧化时所释放的能量无机物氧化时所释放的能量来制造来制造有机物的合成作用。有机物的合成作用。例如：例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌等少数种类的细菌2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量能量2HNO2+O2 2HNO3+能量能量硝化细菌硝化细菌6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O能量能量四、化能合成作用与光合作用的相同点和不同点？与光合作用的相同点和不同点？同化类型光能自养6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能光能叶绿体叶绿体化能自养NH3HNO2+能量能量HNO3+能量能量CO2+H2O（CH2O）
19、能量能量硝硝化化细细菌菌自养型异养型光反应：水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：ADP+Pi+能量 ATP酶NADP+H+2e-NADPHH2O O2+H+光暗反应：CO2的固定：CO2+C52C3 酶C3的还原：2C3 C5+(CH2O)酶 ATP、NADPH1、CO2减少，光照不变：C3 ，C5 ，ATP和NADPH 。2、光照减弱、CO2不变：C3 ，C5 ，ATP和NADPH 。减少增加都增加增加减少都减少（CH2O）在两种情况下都会减少减少（叶绿体基质）光反应：水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：ADP+Pi+能量 ATP酶NADP+H+2e-NADPHH2O O2+H+光暗反应：CO2的固定：CO2+C52C3 酶C3的还原：2C3 C5+(CH2O)酶 ATP、NADPH1、ATP、NADPH的转移路径：2、NADP+、ADP、Pi的转移路径：（叶绿体基质）从叶绿体内囊体薄膜到叶绿体基质从叶绿体基质到内囊体薄膜
