高中生物学必修1 第4节光合作用与能量转化第2课时光合作用的原理和应用课件.pptx

1、第第5章细胞的能量供应和利用章细胞的能量供应和利用探究一光合作用的概念和部分探索实验探究一光合作用的概念和部分探索实验 1.光合作用的概念。光合作用的概念。阅读教材第阅读教材第102页内容页内容,从物质变化和能量转化两个角从物质变化和能量转化两个角度度,阐明光合作用的概念阐明光合作用的概念,写出光合作用的化学反应式。写出光合作用的化学反应式。(1)场所场所:绿色植物的绿色植物的_中。中。(2)物质变化物质变化:_和和_转化为有机物和转化为有机物和_。(3)能量转化能量转化:_转化为储存在有机物中的化学转化为储存在有机物中的化学能。能。(4)化学反应式。化学反应式。叶绿体叶绿体 水水 CO2 O

2、2 光能光能CO2+H2O _+O2(CH2O)2.探索光合作用原理的部分实验。探索光合作用原理的部分实验。分分析、讨论教材第析、讨论教材第102103页页“思考思考讨论讨论”,说出光说出光合作用原理探究历程中各位科学家的实验过程及结论。合作用原理探究历程中各位科学家的实验过程及结论。(1)19世纪末世纪末,科学界普遍认为科学界普遍认为:(2)1928年年,科学家发现甲醛对植物有毒害作用科学家发现甲醛对植物有毒害作用,而而且甲醛不能通过光合作用转化为糖。且甲醛不能通过光合作用转化为糖。(3)1937年年,希尔希尔(英国英国)。研究过程研究过程:H2O O2 结论结论:_。(4)1941年年,鲁

3、宾鲁宾(美国美国)和卡门和卡门(美国美国)。研究过程研究过程:向植物提供向植物提供 结论结论:_。(5)1954年年,阿尔农阿尔农(美国美国)发现发现,在光照下在光照下,叶绿体可叶绿体可合成合成_,这一过程总是与这一过程总是与_相伴随。相伴随。光合作用释放的氧气来自水光合作用释放的氧气来自水 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气产生氧气 ATP 水的光解水的光解探究探究二二光合作用的过程光合作用的过程过程光反应暗反应场所类囊体薄膜叶绿体基质条件光、色素和酶多种酶原料H2O、NADP+、ADP、PiNADPH、ATP、CO2产物NADPH、ATP、O2

4、(CH2O)、ADP、Pi物质变化水的光解:H2O H+O2 H+NADP+NADPHATP的合成:ADP+Pi ATPCO2的固定:CO2+C5 2C3 C3的还原:2C3 (CH2O)+C5能量转化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能 2.联系。联系。(1)光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供_。(2)暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供_。3.总化学反应方程式总化学反应方程式:_。NADPH和和ATP ADP、Pi和和NADP+(CH2O)+O2 CO2+H2O探究三光合作用原理的应用探究三光合作用原理的应用 阅读教材第阅读教材第105页相关内容页相关内

5、容,阐明光合作用强度的阐明光合作用强度的概念概念,列举影响光合作用强度的因素列举影响光合作用强度的因素,关注光合作用原关注光合作用原理的应用。理的应用。1.光合作用强度。光合作用强度。(1)概念概念:植物在植物在_内通过光合作用制造内通过光合作用制造_的数量的数量。(2)表示方法表示方法:用一定时间内用一定时间内_或或_的数量来定量表示的数量来定量表示。单位时间单位时间 糖糖类类 原料消耗原料消耗 产物生成产物生成 2.影响光合作用强度的因素。影响光合作用强度的因素。影影 响响 因因 素素探究四化能合成作用探究四化能合成作用 阅读教材第阅读教材第106页第一段内容页第一段内容,说出化能合成作用

6、的说出化能合成作用的概念概念,举例说明化能合成作用的过程。举例说明化能合成作用的过程。1.概念。概念。生物体利用体外环境中的生物体利用体外环境中的_的能量来制造有机物的过程。的能量来制造有机物的过程。2.硝化细菌的化能合成作用过程硝化细菌的化能合成作用过程(如下图所示如下图所示)。某些无机物氧化时所释放某些无机物氧化时所释放 3.化能合成作用与光合作用最主要的区别是什么化能合成作用与光合作用最主要的区别是什么?提示提示:能量来源不同。化能合成作用的能量来源于能量来源不同。化能合成作用的能量来源于无机物氧化时所释放的能量无机物氧化时所释放的能量,光合作用的能量来源于光光合作用的能量来源于光能。能

7、。探究一探究一光合作用的概念和部分探索实验光合作用的概念和部分探索实验 1.希尔的实验能否说明光合作用产生的氧气中的氧希尔的实验能否说明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水元素全部来自水?能否说明水的光解与糖的合成不是同能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应一个化学反应?提示提示:不能。不能不能。不能。2.鲁宾和卡门的实验中若只标记鲁宾和卡门的实验中若只标记H2O中的中的O或只标或只标记记CO2中的中的O进行实验进行实验,能否证明光合作用释放的氧气中能否证明光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水的氧元素全部来自水?为什么为什么?提示提示:否否。由于受技术手段的限制。由于受技术手段的限制

8、,不能证明不能证明O2中中的的O全部被标记。若只标记全部被标记。若只标记H2O中的中的O,不能证明光合作不能证明光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水。若只标记用释放的氧气中的氧元素全部来自水。若只标记CO2中的中的O,则不能证明氧气中氧元素的来源。则不能证明氧气中氧元素的来源。3.尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关的合成与希尔反应的关系。系。提示提示:【例【例1】下列关于探究光合作用原理实验的叙述】下列关于探究光合作用原理实验的叙述,错误错误的是的是()A.恩格尔曼利用水绵和好氧细菌为材料恩格尔曼利用水绵和好氧细菌为材料,证明光合作用证明光合作用 的场所是叶绿体的

9、场所是叶绿体B.希尔证明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光希尔证明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光 解解,产生氧气产生氧气C.鲁宾和卡门用鲁宾和卡门用18O分别标记分别标记H2O和和CO2,证明光合作证明光合作 用产生的氧来自水用产生的氧来自水D.阿尔农发现水的光解过程产生阿尔农发现水的光解过程产生ATP答案答案:D【例【例2】下图为探究光合作用中氧气来源的实验示意图】下图为探究光合作用中氧气来源的实验示意图,图中图中A物质和物质和B物质的相对分子质量之比是物质的相对分子质量之比是()A.1 2B.2 1C.8 9 D.9 8解析解析:氧气中氧元素来源于水氧气中氧元素来源于水,所以所以A

10、物质是物质是16O2,B物质是物质是18O2,即即A物质和物质和B物质的相对分子质量之比为物质的相对分子质量之比为16 18=8 9。答案答案:C探究探究二二光合作用的过程光合作用的过程 1.光反应阶段。光反应阶段。(1)在下图中用线段和箭头标出光反应的物质和能量变在下图中用线段和箭头标出光反应的物质和能量变化。化。答案答案:如图所示如图所示。(2)根据标出的过程总结光反应的条件和产物根据标出的过程总结光反应的条件和产物。提示提示:条件有光照、色素和酶条件有光照、色素和酶;产物有产物有O2、NADPH和和ATP。2.暗反应阶段。暗反应阶段。(1)请接着在上图中标出暗反应中请接着在上图中标出暗反

11、应中CO2的固定和的固定和C3的的还原过程。还原过程。答案答案:如图所示如图所示。(2)若用若用14C标记标记CO2中的中的C,则能在光合作用过程中则能在光合作用过程中的哪些物质中检测到放射性的哪些物质中检测到放射性?请标出请标出C的转移途径。的转移途径。提示提示:14CO22C3(只有一个只有一个14C)(14CH2O)。3.光反应和暗反应的联系。光反应和暗反应的联系。通过分析光反应和暗反应的物质、能量变化通过分析光反应和暗反应的物质、能量变化,概概述两者之间存在怎样的联系述两者之间存在怎样的联系?提示提示:光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供NADPH、ATP,暗反暗反应为光反应提供应为光

12、反应提供ADP、Pi和和NADP+。4.通过以上分析通过以上分析,归纳光合作用的实质。归纳光合作用的实质。提示提示:合成有机物合成有机物,储存能量。储存能量。生命观念生命观念物质与能量观物质与能量观 (1)光合作用过程中光合作用过程中,物质变化和能量转化密不可分。物质变化和能量转化密不可分。光反应阶段光反应阶段,光能被叶绿体内类囊体薄膜上的色素捕获后光能被叶绿体内类囊体薄膜上的色素捕获后,将水分解为将水分解为O2和和H+等等,形成形成ATP和和NADPH,从而使光能转化从而使光能转化为为ATP中的化学能。中的化学能。(2)NADPH和和ATP驱动在叶绿体基质中进行的暗反应驱动在叶绿体基质中进行

13、的暗反应,将将CO2转化为储存化学能的糖类。转化为储存化学能的糖类。【例【例3】下图表示光合作用的过程】下图表示光合作用的过程,其中其中、表示光合表示光合作用的两个阶段作用的两个阶段,a、b表示相关物质。下列叙述正确的表示相关物质。下列叙述正确的是是()A.物质物质a表示表示NADPHB.物质物质b表示表示C3C.阶段阶段表示暗反应表示暗反应D.阶段阶段表示光反应表示光反应解析解析:由题图可知由题图可知,阶段阶段能利用光能将水分解为氧气能利用光能将水分解为氧气,说明阶段说明阶段表示光合作用的光反应表示光合作用的光反应,物质物质a是光反应产是光反应产生的生的NADPH,物质物质b是光反应产生的是

14、光反应产生的ATP;光反应能为光反应能为暗反应提供暗反应提供NADPH和和ATP,则阶段则阶段表示暗反应表示暗反应,能固能固定定CO2形成糖类。形成糖类。答案答案:A【母题延伸【母题延伸】阶阶段段中中,H2O中的中的H是如何成为是如何成为a中的中的H元素的元素的?提示提示:H2O被分解产生被分解产生H+,H+与与NADP+结合形成结合形成NADPH。【例【例4】正常生长的绿藻光照培养一段时间后】正常生长的绿藻光照培养一段时间后,用黑布迅用黑布迅速将培养瓶罩住速将培养瓶罩住,此后绿藻细胞的叶绿体内不能发生的此后绿藻细胞的叶绿体内不能发生的现象是现象是()A.O2的产生停止的产生停止B.ATP含量

15、上升含量上升C.C5的生成减慢的生成减慢D.C3的还原减慢的还原减慢答案答案:B【方法规律】【方法规律】光照与光照与CO2浓度变化对浓度变化对C3、C5、ATP、(CH2O)合成量的合成量的影响影响 由于各种因素的变化由于各种因素的变化,如温度的高低变化、光照的强如温度的高低变化、光照的强弱变化、弱变化、CO2多少的变化会影响多少的变化会影响C3、C5、ATP、(CH2O)这些物质的含量这些物质的含量,通过下图通过下图,遵照化学平衡的原理进行分遵照化学平衡的原理进行分析析,可以获得它们之间变化的关系可以获得它们之间变化的关系(如下表所示如下表所示)。项目光照由弱变强、CO2供应不变光照由强变弱

16、、CO2供应不变光照不变、CO2由少变多光照不变、CO2由多变少C3C5ATP(CH2O)此表只是对短时间内各物质的相对量的变化做讨论,而不是长时间。其中“”代表上升,“”代表下降探究三探究三光合作用原理的应用光合作用原理的应用 1.请结合图解分析光照强度、请结合图解分析光照强度、CO2浓度、温度等对浓度、温度等对光合作用的影响与应用。光合作用的影响与应用。(1)光照强度。光照强度。A点点:光照强度为光照强度为0,此时只进行此时只进行_,CO2释释放量表示此时的放量表示此时的_。AB段段:光照强度增大光照强度增大,光合作用强度逐渐光合作用强度逐渐_,CO2的释放量逐渐减少的释放量逐渐减少(有一

17、部分用于光合作用有一部分用于光合作用),此此时细胞呼吸强度时细胞呼吸强度_光合作用强度光合作用强度。B点点:_点点,此时细胞呼吸释放的此时细胞呼吸释放的CO2全部用全部用于光合作用。于光合作用。BC段段:随着光照强度不断增大随着光照强度不断增大,光合作用强度不光合作用强度不断断_,在在C点时点时_,C点对应的光照强度称为点对应的光照强度称为_。答案答案:细胞呼吸细胞呼吸细胞呼吸强度细胞呼吸强度增强增强大于大于光补偿光补偿增强增强达到最大达到最大光饱和点光饱和点 (2)CO2浓度。浓度。CO2浓度对光合作用速率影响的分析浓度对光合作用速率影响的分析,如图所示。如图所示。图中所示的光合速率为图中所

18、示的光合速率为_光合速率光合速率;A点为点为_,此时此时_速率等于速率等于_速率速率。答案答案:净净CO2补偿点补偿点光合作用光合作用细胞呼吸细胞呼吸 (3)温度。温度。光合作用是在酶催化下进行的光合作用是在酶催化下进行的,温度直接影响酶温度直接影响酶的活性。的活性。AB段段:随温度的升高随温度的升高,光合作用强度逐渐光合作用强度逐渐。BC段段:与光合作用有关的酶活性与光合作用有关的酶活性,光合作光合作用强度用强度。答案答案:增强下降减弱增强下降减弱 (4)矿质元素。矿质元素。矿质元素是参与光合作用的矿质元素是参与光合作用的、_ 、等等物质的组成元素。如果缺乏物质的组成元素。如果缺乏,会影响光

19、合作会影响光合作用强度。用强度。答案答案:酶酶ATP色素色素NADPH 2.植物在进行光合作用的同时植物在进行光合作用的同时,还会进行细胞呼吸。还会进行细胞呼吸。我们观测到的光合作用指标我们观测到的光合作用指标,如如O2的产生量的产生量,是光合作用是光合作用实际产生的总实际产生的总O2量吗量吗?为什么为什么?提示提示:不是。该指标是光合作用实际产生不是。该指标是光合作用实际产生O2量与细量与细胞呼吸消耗胞呼吸消耗O2量的差值。量的差值。3.结合影响光合作用强度的因素思考结合影响光合作用强度的因素思考,大田中应如大田中应如何提高作物的光合作用强度何提高作物的光合作用强度,提高产量。提高产量。提示

20、提示:(1)合理密植、间作套种。合理密植、间作套种。(2)大田要大田要“正其行正其行,通其风通其风”。(3)施用农家肥施用农家肥,与鸡舍连通等。与鸡舍连通等。(4)根据植物的需肥规律根据植物的需肥规律,适时、适量地增施肥料。适时、适量地增施肥料。净光合速率及其表示方法净光合速率及其表示方法 (1)净净(表观表观)光合速率光合速率:绿色植物组织在有光的条件下绿色植物组织在有光的条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行时光合作用与细胞呼吸同时进行时,测得的实验容器中测得的实验容器中O2的的增加量或增加量或CO2的减少量。的减少量。(2)呼吸速率呼吸速率:绿色植物组织在黑暗条件下绿色植物组织在黑暗条件下,

21、测得的实验测得的实验容器中容器中O2的减少量或的减少量或CO2的增加量。的增加量。(3)真正光合速率真正光合速率=净光合速率净光合速率+呼吸速率呼吸速率。(4)常用表示方法。常用表示方法。项目常用表示方法真正光合速率O2产生(生成)速率CO2固定速率有机物产生(制造、生成)速率净(表观)光合速率O2释放速率CO2吸收速率有机物积累速率呼吸速率黑暗中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 光合作用产生光合作用产生O2量量=实测的实测的O2释放量释放量+细胞呼细胞呼吸消耗吸消耗O2量量 光合作用固定光合作用固定CO2量量=实测的实测的CO2吸收量吸收量+细胞细胞呼吸释放呼吸释放CO2量量

22、 光合作用产生的有机物量光合作用产生的有机物量=有机物的积累量有机物的积累量(增增重部分重部分)+细胞呼吸消耗的有机物量细胞呼吸消耗的有机物量(5)净光合速率与真正光合速率的关系。净光合速率与真正光合速率的关系。【例【例5】下列有关植物光合作用的应用的叙述】下列有关植物光合作用的应用的叙述,错误的是错误的是()A.雨天的大棚中适当增加人工光照有助于提高光合作雨天的大棚中适当增加人工光照有助于提高光合作 用强度用强度B.冬季晴天的中午在大棚中适当增加冬季晴天的中午在大棚中适当增加CO2的供应有助的供应有助 于提高光合作用强度于提高光合作用强度C.夏季雨天的农田夏季雨天的农田,升高温度有助于提高光

23、合作用强度升高温度有助于提高光合作用强度D.立秋后的农田立秋后的农田,适当施用农家肥有助于提高光合作用适当施用农家肥有助于提高光合作用 强度强度解析解析:夏季雨天光照强度较弱夏季雨天光照强度较弱,此时限制光合作用的主此时限制光合作用的主要因素是光照强度要因素是光照强度,因此升高温度不能明显提高光合作因此升高温度不能明显提高光合作用强度用强度,反而使细胞呼吸增强反而使细胞呼吸增强,增加有机物的消耗增加有机物的消耗,C项错项错误。误。答案答案:C【母题延伸】【母题延伸】用大棚种植作物时用大棚种植作物时,白天适当提高温度白天适当提高温度,夜间适当降夜间适当降低温度低温度,有利于产量的提高。试说明原因

24、。有利于产量的提高。试说明原因。提示提示:白天适当提高温度可增强光合作用白天适当提高温度可增强光合作用,增加有机物增加有机物的产量的产量;夜间适当降低温度夜间适当降低温度,可减弱细胞呼吸可减弱细胞呼吸,减少有机减少有机物的消耗。物的消耗。【例【例6】某绿色植物的】某绿色植物的CO2吸收量随光照强度的变化如吸收量随光照强度的变化如下图所示。下列叙述正确的是下图所示。下列叙述正确的是()A.曲线曲线AB段表示绿色植物没有进行光合作用段表示绿色植物没有进行光合作用B.曲线曲线BC段表示绿色植物细胞呼吸不断增强段表示绿色植物细胞呼吸不断增强C.B点时植物光合作用强度等于细胞呼吸强度点时植物光合作用强度

25、等于细胞呼吸强度D.A点代表黑暗条件下点代表黑暗条件下,绿色植物无氧呼吸强度绿色植物无氧呼吸强度解析解析:图中图中A点光照强度为点光照强度为0,只能进行细胞呼吸只能进行细胞呼吸,AB段段随着光照强度的增加随着光照强度的增加,光合作用逐渐增强光合作用逐渐增强,但是仍然小但是仍然小于细胞呼吸于细胞呼吸,A项错误项错误;曲线曲线BC段表示绿色植物光合作段表示绿色植物光合作用不断增强用不断增强,B项错误项错误;B点为光补偿点点为光补偿点,此时植物光合作此时植物光合作用强度等于细胞呼吸强度用强度等于细胞呼吸强度,C项正确项正确;A点代表黑暗条件点代表黑暗条件下下,绿色植物的细胞呼吸强度绿色植物的细胞呼吸

26、强度,D项错误。项错误。答案答案:C【方法规律】【方法规律】解答光合作用相关曲线的基本步骤解答光合作用相关曲线的基本步骤 (1)明标明标:即明确横坐标和纵坐标所表示的含义。即明确横坐标和纵坐标所表示的含义。(2)找点找点:即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点和转折点等关键点。例如和转折点等关键点。例如,光照强度或光照强度或CO2浓度对光合浓度对光合作用强度影响的曲线中作用强度影响的曲线中,在光照强度为在光照强度为0时时,曲线与纵坐曲线与纵坐标的交点表示细胞呼吸所释放的标的交点表示细胞呼吸所释放的CO2量或消耗的量或消耗的O2量量;曲线与横坐标的交点为光曲线与

27、横坐标的交点为光(或或CO2)补偿点补偿点,即表示光合即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相同时的光照强度作用强度与细胞呼吸强度相同时的光照强度(或或CO2浓浓度度)。(3)析线析线:即找出曲线上升、下降或波动等变化趋即找出曲线上升、下降或波动等变化趋势势,并找出变化的原因。例如并找出变化的原因。例如,夏季一天中的光合作用夏季一天中的光合作用曲线曲线,往往会呈现往往会呈现“M”形变化形变化,其其“午休午休”效应出现的原效应出现的原因是温度过高导致部分气孔关闭因是温度过高导致部分气孔关闭,使得使得CO2供应不足。供应不足。(4)找因找因:在受多种因素影响时在受多种因素影响时,找出曲线的限制因找出曲线的限制因素。方法是对纵坐标或横坐标画垂线素。方法是对纵坐标或横坐标画垂线,或者只看某一或者只看某一条曲线的变化条曲线的变化,从而将多因素转变为单一因素从而将多因素转变为单一因素,进而确进而确定限制因素。定限制因素。课堂建构