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光合作用的原理和应用


二 光合作用的原理和应用
(一)光合作用的探究历程
1、海尔蒙特实验 2、普利斯特利实验(1771年) 普利斯特利实验(1771年 3、1779年,荷兰的英格豪斯 1779年 4、1864年,德国萨克斯实验 1864年 5、恩格尔曼水绵实验(1880年) 恩格尔曼水绵实验(1880年 6、美国鲁宾和卡门实验(1939年) 美国鲁宾和卡门实验(1939年 7、卡

尔文循环 、

1、海尔蒙特实验

结论: 结论:水分是植物建造自身的原料
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普利斯特利实验(1771年 2 、普利斯特利实验(1771年)

结论: 结论: 植物可以更新空气

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1779年 3、1779年,荷兰的英格豪斯

结论:普利斯特利的实验只有在光照 结论:普利斯特利的实验只有在光照下才能成 光照下才能成 植物体只有绿叶才能更新空气。 绿叶才能更新空气 功;植物体只有绿叶才能更新空气。

1785年:绿叶在光下放出的是O2,吸收的是 2 年 绿叶在光下放出的是 吸收的是CO
1845年: 梅耶根据能量转换和守恒定律指出,植 年 梅耶根据能量转换和守恒定律指出, 转换成化 物在进行光合作用时, 光能转换成 物在进行光合作用时,把光能转换成化 学能储存起来 学能储存起来

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1864年 4、1864年,德国萨克斯实验
一 半 曝 光 , 一 半 遮 光 碘 蒸 气 处 理 24 暗 小 时 处 放 置 在

结论: 结论:

绿叶在光下 制造淀粉。 制造淀粉。
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美国鲁宾和卡门实验(1939年 6、美国鲁宾和卡门实验(1939年)
? 同位素标记法研究 ? 光合作用释放的 2到底是来自 2O ,还是 2 光合作用释放的O 到底是来自H 还是CO 还是 标记H 和 同位素18O标记 2O和CO2 标记 C18O2 O2 CO
2

H2 18O和C18O2 和
18O 2

结论: 结论:光合作用释放的氧来自水 光照下
H2O H218O A B
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的 球藻悬 液

7、卡尔文循环 、

标记的CO 供小球藻实验, 用14C标记的 2供小球藻实验, 标记的 追踪检测其放射性。探明 追踪检测其放射性。探明CO2中的 C的转移途径。 的转移途径。 的转移途径 卡尔文循环: 卡尔文循环:CO2 → C3 → (CH2O)

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绿色植物通过叶绿体,利用光能, 绿色植物通过叶绿体,利用光能,把 叶绿体 光能 CO2和H2O转化成储存能量的有机物,并 转化成储存能量的有机物 转化成储存能量的有机物, 释放出O 的过程。 释放出 2的过程。

CO2+H2O

光能 叶绿体

)+O (CH2O)+ 2 )+
糖类

光合作用的过程和原理
1、光合作用的过程:(请熟练掌握课本 、光合作用的过程 (请熟练掌握课本P103下方的图) 下方的图) 下方的图

2H2O
光解 吸收

O2 4[H]
酶 还原

2C3
固定

CO2

可见光

色素分子

ATP 酶 ADP+Pi
光反应

多种酶


C5
(CH2O) )

暗反应

光合作用的过程

元素走向
6CO2+ H2O



(CH2O)+O2

1) (1)氧:见上图 (2)碳: CO2 ) (3)氢: 水 )

C3
[H]

有机物 有机物和水

(一)、光反应 一、
1、场所: 类囊体的薄膜上 、场所: 2、条件: 光、色素、酶 、条件: 色素、 光 3、物质变化: 、物质变化: ① 2H2O──→4[H]+O2 + 酶 ATP ② ADP+Pi+能量 + + 活跃的化学能 贮于ATP中) 中 贮于 4、能量变化: 光能──→ 活跃的化学能(贮于 、能量变化: 光能

(二)、暗反应 二、

叶绿体的基质 1、场所: 、场所: 2、条件: 不需要光,需要多种酶 、条件: 不需要光, 3、物质变化: CO2的固定:CO2+C5 酶 2C3 、物质变化: ③ 的固定:
⑤ ATP

[H]、ATP 、 的还原: ④C3的还原:2C3 (CH2O)+ C5 ) 酶 酶

ADP+Pi+能量 + +

4、能量变化: 、能量变化: 活跃的化学能─→稳定的化学能 贮于有机物中 稳定的化学能(贮于有机物中 活跃的化学能 稳定的化学能 贮于有机物中)

光反应阶段与暗反应阶段的比较
项目 场所 区 条件 物质 变化 别 能量 转化 联 系
光能转变为 光能转变为ATP中活泼 转变为 中 的化学能

光反应阶段
类囊体的薄膜上 需光、色素和酶
水的光解: 水的光解:2H2O 光


暗反应阶段
叶绿体的基质中 不需光 色素 需 不需光、色素;需多种酶
CO2的固定:CO2+C5 的固定: C3的还原:2C3 的还原: 2C3
[H],ATP (CH2O) ) 酶

4[H]+O2

ADP+Pi



ATP

ATP



ADP+Pi

ATP中活泼的化学能转化为糖 中活泼的化学能转化为糖 类等有机物中稳定的化学能 类等有机物中稳定的化学能

1、光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应的进行提供[H] 、光反应是暗反应的基础,光反应为暗反应的进行提供 和ATP 2、暗反应是光反应的继续,暗反应为光反应的进行提供合成 、暗反应是光反应的继续,暗反应为光反应的进行提供合成 ATP的原料 的原料ADP和Pi 的原料 和 3、两者相互独立又同时进行,相互制约又密切联系 相互独立又同时进行, 、两者相互独立又同时进行

1、如用14CO2示踪,在光合作用过程中,14C在下列分 、 示踪, 示踪 在光合作用过程中, 在下列分 子中的转移 途径是 ( ) A、14CO2→叶绿素 叶绿素→ADP 、 叶绿素 B、14CO2→ADP→糖类 、 糖类 C、14CO2→三碳化合物 糖类 三碳化合物→糖类 、 三碳化合物 D、14CO2→叶绿素 叶绿素→ATP 、 叶绿素 2.光合作用过程的正确顺序是( ) .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 水的光解⑤ ④水的光解⑤三碳化合物被还原 A.④③②⑤① B.④②③⑤① ④③②⑤① ④②③⑤① C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤ ③④②①⑤

下图是光合作用过程图解,请分析后回答下列问题: 下图是光合作用过程图解,请分析后回答下列问题:
H2O 光 B C A D E+Pi H I G J F CO2

色素 水 O2 ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 图中A ______,B是_______,它来自于______的分解。 它来自于______的分解 [H] 图中C _______,它被传递到叶绿体的______部位, ______部位 ②图中C是_______,它被传递到叶绿体的______部位,用 基质 用作还原剂, 用作还原剂,还原C 于____________________ 。 ___________还原 3 色素吸收 ATP 图中D ____,在叶绿体中合成D所需的能量来自______ ③图中D是____,在叶绿体中合成D所需的能量来自的光能 ______ 图中G________,F __________,J是 糖类 G________,F是 C3化合物 C5化合物 ④图中G________,F是__________,J是_____________ [H]和ATP 光反应 和 图中的H表示_______ _______, 提供__________ ⑤图中的H表示_______, H为I提供__________

解题规律总结
(1)光反应的产物:O2、[H]、ATP,其中[H]、 光反应的产物: [H]、ATP,其中[H]、 ATP提供暗反应所需 ATP提供暗反应所需。 提供暗反应所需。 (2)光反应与暗反应关系: 光反应与暗反应关系: 光反应要在类囊体膜上有光下进行, 有光下进行 ①光反应要在类囊体膜上有光下进行,为暗反应提 [H]和 供[H]和ATP 暗反应在叶绿体基质中有光或无光下都能进行, 有光或无光下都能进行 ②暗反应在叶绿体基质中有光或无光下都能进行, 消耗了光反应的产物, 消耗了光反应的产物,促进光反应的进行

(3)光合作用量变分析公式: 光合作用量变分析公式: (1)如果光照强度减弱或无光 如果光照强度减弱或无光: (1)如果光照强度减弱或无光:
ATP减少 ATP减少,ADP增多,C3增多,C5减少 减少,ADP增多 C3增多 增多, 增多,C5减少

(2)如果二氧化碳供应减少或停止供应: (2)如果二氧化碳供应减少或停止供应: 如果二氧化碳供应减少或停止供应 C5增多,C3减少,ATP增多,ADP减少 C5增多 增多,C3减少,ATP增多 增多,ADP减少

将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件 将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的 如果将环境中C0 含量突然降至极低水平, 下。如果将环境中 2含量突然降至极低水平,此时 叶肉细胞内的C3化合物 化合物、 化合物和 化合物和ATP含量的变 含量的变 叶肉细胞内的 化合物、C5化合物和 含量 化情况依次是 A. 上升;下降;上升 上升;下降; B. 下降;上升;下降 下降;上升; C. 下降;上升;上升 下降;上升; D. 上升;下降;下降 上升;下降;

[特别提示 要理解这种变化是瞬时的。 特别提示] 要理解这种变化是瞬时的。 特别提示

将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处, 将置于阳光下的盆栽植物移至黑暗处, 则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量 的变化是 A C3增加 增加, A .C3增加,葡萄糖减少 C3与葡萄糖都减少 B.C3与葡萄糖都减少 C3与葡萄糖都增加 C .C3与葡萄糖都增加 C3突然减少 突然减少, D.C3突然减少,葡萄糖突然增加

(四)光合作用原理的应用
(1)影响光合作用的因素

光照、 温度、矿质元素、 光照、CO2、温度、矿质元素、水等
(2)提高农作物光合作用强度的措施

1、适当提高光照强度、延长光照时间 适当提高光照强度、 2、合理密植 3、适当提高CO2浓度 适当提高CO 4、适当提高温度 5、适当增加植物体内的含水量 6、适当增加矿质元素的含量

1、光照对光合速率的影响 、

0A

B

只进行呼吸作用,释放的CO2表示细胞呼吸的强 进行呼吸作用,释放的CO 呼吸作用 光照强度为0: 光照强度为 : 度 A点:光合作用与呼吸作用强度相等 点 光合作用与呼吸作用强度相等

0-A: 呼吸作用强度大于光合作用。细胞呼吸释放的 : 呼吸作用强度大于光合作用。
有部分用于光合作用,部分释放到外界。 CO2有部分用于光合作用,部分释放到外界。

AB段: 光合作用强度大于呼吸作用。光合作用除了利 段 光合作用强度大于呼吸作用。
用呼吸作用产生的CO 还需从外界吸收CO 用呼吸作用产生的CO2 ,还需从外界吸收CO2
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2、二氧化碳浓度对光合作用的影响 、 D

C 曲线表示: 曲线表示:
浓度增加而 在一定范围内,光合作用速率随CO2浓度增加而增 一定范围内,光合作用速率随 范围内 但当CO2浓度增加到一定范围后,光合作用速率 浓度增加到一定范围后, 大,但当 不再增加

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3、温度对光合速率的影响 、

温度主要是通过影响与光合作用有关的酶 温度主要是通过影响与光合作用有关的酶 的活性而影响光合速率 的活性而影响光合速率 例子:植物积累有机物 例子:植物积累有机物—— 增大昼夜温差

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4、必需元素供应对光合速率的影响 、

在一定浓度范围内,增大必需元素的供应 在一定浓度范围内,增大必需元素的供应 光合速率, (如N、P、K、Mg等),可提高光合速率, 、 、 、 等),可提高光合速率 但当超过一定浓度后,会因土壤浓度过高 超过一定浓度后 浓度过高而导 但当超过一定浓度后,会因土壤浓度过高而导 渗透失水而萎蔫 致植物渗透失水 致植物渗透失水而萎蔫

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5、水分的供应对光合速率的影响(P106拓展题) 、水分的供应对光合速率的影响( 拓展题 水是光合作用的原料,缺水既可直接影响 水是光合作用的原料,缺水既可直接影响 光合作用,又会导致叶片气孔关闭 导致叶片气孔关闭, 光合作用,又会导致叶片气孔关闭,限制 CO2进入叶片,从而间接影响光合速率 进入叶片,

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化能合成作用 ——能够利用体外环境中的 ——能够利用体外环境中的某些无机物氧化 能够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 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 例如:硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌

NH3 HNO2

硝化细菌 硝化细菌

HNO2+能量 HNO3+能量

6CO2+6H2O

能量

2C6H12O6+ 6O2

生物按获取有机物的方式不同分类: 生物按获取有机物的方式不同分类: 获取有机物的方式不同分类 自 养 生 物
为能源, 以光为能源,以CO2和H2O(无机物) (无机物) 光能 为原料合成糖类(有机物), ),糖类中储 自养 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。例如绿色植 生物 存着由光能转换来的能量。例如绿色植 物。

利用环境中某些无机物氧化 利用环境中某些无机物氧化 化能自 时所释放的能量来制造有机物 来制造有机物。 养生物 时所释放的能量来制造有机物。少 数的细菌,如硝化细菌。 数的细菌,如硝化细菌。 细菌

异 养 生 物

只能利用环境中现成的有机物来维持 只能利用环境中现成的有机物来维持 现成的有机物 自身的生命活动。例如人 动物、 自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大 多数的细菌。 多数的细菌。

一、新陈代谢的概念
把从外界环境中获取的营养物 质,转变成自身的组成物质

新 陈 代

同化作用
储存能量 分解自身的一部分组成物质, 分解自身的一部分组成物质, 把分解的最终产物排出体外

物质代谢

异化作用
释放能量

能量代谢

总结: 总结:

新陈代谢的基本类型
光能

同化 作用 类型

光能自养型: 光能自养型: 无机物 有机物 如:绿色植物 自养型 化学能 有机物 化能自养型: 化能自养型:无机物 如:硝化细菌 异养型:概念、 异养型:概念、实例 需氧型(有氧呼吸型) 需氧型(有氧呼吸型)

异化 作用 类型

无氧呼吸型) 厌氧型 (无氧呼吸型) 兼氧型 (既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸) 既能进行有氧呼吸也能进行无氧呼吸)

自养生物: 自养生物:
以CO2和H2O(无机物)为原料合成糖类 无机物) 有机物),糖类中储存着的能量。 ),糖类中储存着的能量 (有机物),糖类中储存着的能量。 绿色植物 硝化细菌

光能自养生物 化能自养生物

所需的能量来源不同(光能、化学能) 所需的能量来源不同(光能、化学能)

异养生物: 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。 生命活动。 例如人、动物、真菌及大多数的细菌。


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