1、) T H E P R I N C I P L E A N D A P P L I C A T I O N O F P H O T O S Y N T H E S I S 第5章 第4节 光合作用的原理及应用 人教版 生物(高中) 1. 课堂导入 叶绿素叶绿素 类胡萝卜素类胡萝卜素 （含量约含量约3/43/4） （含量约含量约1/41/4） 叶绿素叶绿素a a（蓝绿色蓝绿色） 叶绿素叶绿素b b（黄绿色黄绿色） 胡萝卜素胡萝卜素（橙黄色橙黄色） 叶黄素叶黄素（黄色黄色） 绿 叶 中 的 色 素 绿 叶 中 的 色 素 胡胡 叶叶 a a b b 哪种色素在层析液中的溶解度最大哪种色素在层析液中
2、的溶解度最大？ 1.光合作用的探究历程 年代年代 科学家科学家 结论结论 16641664 海尔蒙特海尔蒙特 水分是植物建造自身的原料水分是植物建造自身的原料 17711771 普利斯特利普利斯特利 植物可以更新空气植物可以更新空气 17791779 英格豪斯英格豪斯 只有只有在光照下在光照下只有绿叶才可以更新空气只有绿叶才可以更新空气 18451845 R.R.梅耶梅耶 植物在光合作用时植物在光合作用时把光能转变成了化学能把光能转变成了化学能 储存起来储存起来 18641864 萨克斯萨克斯 绿色叶片光合作用绿色叶片光合作用产生淀粉产生淀粉 18801880 恩格尔曼恩格尔曼 氧氧由叶绿体释
3、放出来由叶绿体释放出来。叶绿体叶绿体是光合作用是光合作用 的场所的场所。 19391939 鲁宾鲁宾 卡门卡门 光合作用释放的光合作用释放的氧氧来自来自水水。 2020世纪世纪4040代代 卡尔文卡尔文 光合产物中有机物的光合产物中有机物的碳碳来自来自COCO2 2 1.光合作用的探究历程 结论结论：水分是植物建造自身的原料水分是植物建造自身的原料。 1717世纪海尔蒙特栽培的柳树实验世纪海尔蒙特栽培的柳树实验 1771年普利斯特利实验 一段时间后一段时间后 一段时间后一段时间后 1771年普利斯特利实验 1771年普利斯特利实验 结论结论：植物可以更新空气植物可以更新空气 有人重复了普利斯特
4、利的实验有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊所以有人认为植物也能使空气变污浊？ 1779年，荷兰的英格豪斯 普利斯特利的实验只有在普利斯特利的实验只有在阳光照射阳光照射下才能成功下才能成功； 植物体只有绿叶才能植物体只有绿叶才能更新空气更新空气。 到到17851785年年，发现了空气的组成发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光人们才明确绿叶在光 下放出的是下放出的是O O2 2，吸收的是吸收的是COCO2 2。 光光 能能 化化 学学 能能 储存在什么物质中储存在什么物质中？ 德国梅耶德国梅耶 1864年，萨克斯(德)的实验 思考思考：置于暗
5、处几小时置于暗处几小时，目的是什么目的是什么？ 一半遮光一半遮光 一半曝光一半曝光 为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽 1864年，萨克斯(德)的实验 1864年（德）萨克斯的实验 绿色叶片中光合作用产生了淀粉绿色叶片中光合作用产生了淀粉 1864年（德）萨克斯的实验 黑暗处理一昼夜黑暗处理一昼夜 让一张叶片一半曝光一半遮光让一张叶片一半曝光一半遮光 结论结论：绿叶在光下制造淀粉绿叶在光下制造淀粉。 用碘蒸气处理这片叶用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的发现曝光的 一半呈深蓝色一半呈深蓝色，遮光的一半则没有遮光的一半则没有 颜色变化颜色变化。 光合作用释放的光合作用释放
6、的O O2 2来自来自COCO2 2还是还是H H2 2O O？ 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） 结论结论：光合作用产生的光合作用产生的O O2 2来自于来自于H H2 2O O。 光合作用产生的有机物又是怎样合成的光合作用产生的有机物又是怎样合成的？ 第 一 第 一 组组 H H2 218 180 0 C0C02 2 H H2 20 0 C C18 18O O2 2 第 二 组 第 二 组 18180 02 2 0 02 2 光照下的小光照下的小 球藻悬液球藻悬液 典型例题 如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件
7、下，小球藻进行光合作用的实验示意图小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后一段时间后， 以下相关比较不正确的是以下相关比较不正确的是( ( ) ) A.YA.Y2 2的质量大于的质量大于Y Y3 3的质量的质量 B.B.中小球藻的质量大于中小球藻的质量大于中小球藻的质量中小球藻的质量 C.C.中水的质量大于中水的质量大于中水的质量中水的质量 D.D.试管试管的质量大于试管的质量大于试管的质量的质量 C C 美国卡尔文（20世纪40年代） 用用14 14C C标记 标记14 14CO2 CO2，供小球藻进行光合作用供小球藻进行光合作用，探明了探明了COCO2 2中的中的C C的去向的去向，称为
8、卡尔文循环称为卡尔文循环。 光合作用的定义 绿色植物通过叶绿体绿色植物通过叶绿体，利用光能利用光能，把把COCO2 2和和H H2 2O O转化成储存能量的有机物转化成储存能量的有机物，并释放出并释放出O O2 2的过程的过程。 总结光合作用的反应式总结光合作用的反应式（反应物反应物、条件条件、场所场所、生成物生成物） COCO2 2 H H2 2O O （CHCH2 2O O）O O2 2 光能光能 叶绿体叶绿体 糖类糖类 2.课堂活动（小组讨论） 请仔细阅读课本，总结光合作用的主要过 程，并和同桌进行交流完善。 3.光合作用的过程 光反应光反应 暗反应暗反应 划分依据划分依据: : 反应过
9、程反应过程是否需要光能是否需要光能 光反应在白天可以进行吗光反应在白天可以进行吗？夜间呢夜间呢？ 有光才能反应有光才能反应 暗反应在白天可以进行吗暗反应在白天可以进行吗？夜间呢夜间呢？ 有光有光、无光都能反应无光都能反应 3.光合作用的过程 COCO2 2 五碳化合物五碳化合物 C C5 5 COCO2 2的的 固定固定 三碳化合物三碳化合物 2C2C3 3 C C3 3 的的 还还 原原 叶绿体基质叶绿体基质 多种酶多种酶 H H2 2O O 类囊体膜类囊体膜 酶酶 Pi Pi ADPADP ATPATP H H 糖类糖类 卡尔文循环卡尔文循环 暗反应阶段 COCO2 2的固定的固定： CO
10、CO2 2C C5 5 2C2C3 3 酶酶 C C3 3的还原的还原： ATPATP H H 、 ADP+PiADP+Pi 叶绿体的基质中叶绿体的基质中 ATPATP中活跃的化学能转变为糖类等中活跃的化学能转变为糖类等 2C2C3 3 ( CH( CH2 2O)O) 酶酶 糖类糖类 H H 、ATPATP、酶酶 场所场所： 条件条件 物质变化物质变化 能量变化能量变化 COCO2 2 五碳化合物五碳化合物 C C5 5 COCO2 2的固的固 定定 三碳化合物三碳化合物 2C2C3 3 叶绿体基质叶绿体基质 多种酶多种酶 糖类糖类 ATPATP HH 比较光反应、暗反应阶段 联系联系 光反应
11、阶段光反应阶段 暗反应阶段暗反应阶段 条件条件 场所场所 物质变化物质变化 能量变化能量变化 光光、色素色素、酶酶 不需光不需光、酶酶、HH、ATPATP 叶绿体类囊体膜叶绿体类囊体膜 叶绿体基质中叶绿体基质中 水的光解水的光解； ATPATP的生成的生成 COCO2 2的固定的固定； C C3 3的还原的还原 ATPATP中活中活 跃化学能跃化学能 光能光能 ATPATP中活中活 跃化学能跃化学能 有机物中稳有机物中稳 定化学能定化学能 光反应是暗反应的基础光反应是暗反应的基础，为暗反应提供为暗反应提供HH和和ATPATP，暗反应为光反暗反应为光反 应提供应提供ADPADP和和Pi Pi 。
12、 光合作用总过程： 色素分子色素分子 可见光可见光 C5 2C3 ADP+Pi ATP 2H2 O O2 4H 多种酶多种酶 酶酶 (CH2O) CO2 吸收吸收 光解光解 光能光能 固定固定 还原还原 酶酶 光反应光反应 暗反应暗反应 能量能量 总结： 光反应光反应 H H2 2O 2 H + 1/2OO 2 H + 1/2O2 2 + + Pi Pi + + 光能光能 ATPATP 酶酶 ADPADP 水的光解 ATPATP的合成的合成 ： 暗反应暗反应 2C2C3 3 + H (CH + H (CH2 2O) + CO) + C5 5 酶 ATP ： COCO2 2 + C + C5 5
13、 2C 2C3 3 酶 总结： 原料和产物的对应关系原料和产物的对应关系： （CHCH2 2O O） C C H H O O COCO2 2 COCO2 2 H H2 2O O O O2 2 H H2 2O O 能量的转移途径能量的转移途径： 碳的转移途径碳的转移途径： 光能光能 ATPATP中中活跃活跃的化学能的化学能 (CH(CH2 2O)O)中中稳定稳定的化学能的化学能 COCO2 2 C C3 3 （CHCH2 2O O） 下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题 图中图中A A是是_,B_,B是是_,_,它来自于它来自于_的分解的分解。 图中图中C C是是_，它被传递到叶绿体的它
14、被传递到叶绿体的_ _ 部位部位，用于用于 _ 。 图中图中D D是是_，在叶绿体中合成在叶绿体中合成D D所需的能量来自所需的能量来自_._. 图中图中G_,FG_,F是是_,J_,J是是_ 图中的图中的H H表示表示_， H H为为I I提供提供_ 光光 H H2 2O O B B A A C C D D E+PiE+Pi F F G G COCO2 2 J J H H I I 2 2 水水 HH 基质基质 用作还原剂用作还原剂，还原还原C C3 3 ATPATP 色素吸收的光能色素吸收的光能 光反应光反应 HH和和ATPATP 色素色素 C C5 5化合物化合物 C C3 3化合物化合物
15、 糖类糖类 光合作用的原理和应用 1. 单因素影响 光照强度，二氧化碳浓度，温度，矿物质等。 2. 多因素影响 光照强度对光合作用的影响 A A点点: :光照强度为光照强度为0 0此时只进行细胞呼吸此时只进行细胞呼吸，释放的二氧化碳量可表示此时细胞呼吸的强度释放的二氧化碳量可表示此时细胞呼吸的强度。 ABAB段段：随光照强度增强随光照强度增强，光合作用强度增强光合作用强度增强，二氧化碳释放量逐渐减少二氧化碳释放量逐渐减少，因细胞呼吸释放二氧化碳一部分用因细胞呼吸释放二氧化碳一部分用 于光合作用于光合作用，细胞呼吸强度大于光合作用强度细胞呼吸强度大于光合作用强度。 B B点点细胞呼吸释放的二氧化
16、碳全部用于光合作用细胞呼吸释放的二氧化碳全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度即光合作用强度等于细胞呼吸强度。B B点称为光补偿点点称为光补偿点 BCBC段段：随光照强度不断加强随光照强度不断加强，光合作用强度不断加强光合作用强度不断加强，C C点点为光饱和点为光饱和点。 光照强度对光合作用的影响 A A B B 光照强度光照强度 0 0 吸 收 吸 收 COCO2 2 阳生植物阳生植物 阴生植物阴生植物 B B：光补偿点光补偿点 C C：光饱和点光饱和点 应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物应根据植物的生活习性因地制宜地种植植物。 C C 光补偿点光补偿点、光饱和点光饱和点 ：
17、阳生植物阳生植物 阴生植物阴生植物 释 放 释 放 COCO2 2 一天当中植物光合作用的情况 一天的时间一天的时间 光合作用效率光合作用效率 O 光照强度光照强度 12 13 11 A A B B C C D D E E 10 15 14 思考思考：C C点的光合作用效率为什么降低了点的光合作用效率为什么降低了？ 中午温度高中午温度高，光照强度太大光照强度太大，叶片气孔关闭叶片气孔关闭，二氧化碳固定减少二氧化碳固定减少。光合作用减弱光合作用减弱。 合理利用光能 轮作轮作：延长光合作用时间延长光合作用时间 间种间种、合理密植合理密植：增加光合作用面积增加光合作用面积 二氧化碳浓度对光合作用的影
18、响 B B A A 光 合 作 用 强 光 合 作 用 强 度度 曲线分析曲线分析 在一定浓度范围内在一定浓度范围内，随二氧化碳浓度的增加随二氧化碳浓度的增加，植物的光合作用强度加强植物的光合作用强度加强。 A A点点：表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度。 B B点点：表示二氧化碳饱和点表示二氧化碳饱和点，超过该浓度超过该浓度，光合强度不再增加光合强度不再增加。 应用应用：对农田里的农作物应合理密植对农田里的农作物应合理密植，“，“正其行正其行，通其风通其风；对温室作物来说对温室作物来说，应增施农家肥料应增施农家肥料 或使用二氧化碳发生器或使用二氧化碳
19、发生器。 二氧化碳浓度对光合作用的影响 B B A A 光 合 作 用 强 光 合 作 用 强 度度 曲线分析曲线分析 在一定浓度范围内在一定浓度范围内，随二氧化碳浓度的增加随二氧化碳浓度的增加，植物的光合作用强度加强植物的光合作用强度加强。 A A点点：表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度表示进行光合作用所需二氧化碳的最低浓度。 B B点点：表示二氧化碳饱和点表示二氧化碳饱和点，超过该浓度超过该浓度，光合强度不再增加光合强度不再增加。 应用应用：对农田里的农作物应合理密植对农田里的农作物应合理密植，“，“正其行正其行，通其风通其风；对温室作物来说对温室作物来说，应增施农家肥料应增施农家肥料
20、 或使用二氧化碳发生器或使用二氧化碳发生器。 温度对光合作用的影响 曲线分析曲线分析 光合作用是在多种酶的催化下进行的光合作用是在多种酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性温度直接影响酶的活性ABAB段段：在一定温度范围内在一定温度范围内，随随 温度的升高温度的升高，光合作用逐渐增强光合作用逐渐增强B B点表示光合作用的最适温度点表示光合作用的最适温度，此时光合速率最高此时光合速率最高； BCBC段表示段表示 ，超过了光合作用的最适温度超过了光合作用的最适温度，随温度的升高随温度的升高，光合作用强度逐渐下降光合作用强度逐渐下降。 应用应用： 增加昼夜温差增加昼夜温差（白天最适温度白天最适温度，
21、晚上适当降低温度晚上适当降低温度）; ;冬天增温冬天增温，夏天降温夏天降温。 影响光合作用的因素矿质营养 N N：光合酶及光合酶及NADPNADP+ +和和ATPATP的重要组分的重要组分 P P：NADPNADP+ +和和ATPATP的重要组分的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能维持叶绿体正常结构和功能 K 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 MgMg：叶绿素的重要组分叶绿素的重要组分 应用应用：合理施肥合理施肥 水分对光合作用的影响 影响影响：水尽是光合作用的原料水尽是光合作用的原料，水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响水对光合作用的影响在多数情况下是间接影响。
22、缺水缺水（蒸腾作用过强蒸腾作用过强）导致气孔关闭导致气孔关闭，限制二氧化碳进入叶片限制二氧化碳进入叶片； 缺水引起叶片内淀粉水解加强缺水引起叶片内淀粉水解加强，可溶性糖过多可溶性糖过多，光合产物输出缓慢等光合产物输出缓慢等。 应用应用：预防干旱预防干旱，合理灌溉合理灌溉。 化成合成作用 自养生物自养生物 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。例如绿色植物。 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。 化能合成作用化能合成作用 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。
23、少数的细菌，如硝化细菌。 光能自养生物光能自养生物 化能自养生物化能自养生物 所需的能量来源不同所需的能量来源不同（光能光能、化学能化学能） 光合作用和呼吸作用比较 项目项目 光合作用光合作用 细胞呼吸细胞呼吸（有氧有氧） 区区 别别 场所场所 条件条件 物质物质 变化变化 能量能量 变化变化 代谢代谢 类型类型 联系联系 叶绿体叶绿体 细胞质基质细胞质基质、线粒体线粒体 光光、色素色素、酶酶 氧气氧气、酶酶 无机物转变成有机物无机物转变成有机物（将将CO2CO2和和 H2OH2O合成糖类等有机物合成糖类等有机物，并释放氧并释放氧 气气） 有机物氧化分解成无机物有机物氧化分解成无机物（吸吸 收
24、氧气收氧气，分解葡萄糖等有机物分解葡萄糖等有机物， 产生产生CO2CO2和和H2OH2O） 光能光能 ATPATP和和NADPHNADPH中不稳定化学能中不稳定化学能 C6H12O6C6H12O6等有机物中稳定的等有机物中稳定的 化学能化学能 ATPATP中不稳定的中不稳定的 化学能和热能化学能和热能 合成代谢合成代谢 分解代谢分解代谢 1 1、光合作用为呼吸作用提供物质光合作用为呼吸作用提供物质（有机物有机物、氧气氧气） 2 2 、呼吸作用为光合作用提供原料呼吸作用为光合作用提供原料（CO2CO2） （CH2OCH2O）中稳定的化学能中稳定的化学能 思考在甲、乙、丙、丁各点细胞进行哪些生命活
25、动？ 代谢模式图 能量变化 光合作用速率与呼吸作用速率的表示 1. 1.呼吸速率的表示方法呼吸速率的表示方法：植物至于黑暗环境中植物至于黑暗环境中，测定实验容器内二氧化碳增加测定实验容器内二氧化碳增加 量量，氧气减少量或有机物减少量氧气减少量或有机物减少量 2. 2.净光合速率和真正光合速率净光合速率和真正光合速率： 净光合速率净光合速率：光合作用与呼吸作用同时进行时光合作用与呼吸作用同时进行时，测得的数据测得的数据。 净光合速率净光合速率：常用一定时间内常用一定时间内，氧气的释放量氧气的释放量，二氧化碳的吸收量二氧化碳的吸收量或或有机物的积累量有机物的积累量表示表示 （可以直接测得可以直接测
26、得） 真正光合作用速率真正光合作用速率：常用一定时间内常用一定时间内，氧气的产生量氧气的产生量，二氧化碳固定量二氧化碳固定量或或有机物产生量有机物产生量。 例题 1 1、下图中的甲下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2CO2的吸收和释放状况的示意图的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一甲图是在春季的某一 晴天晴天，乙图是在盛夏的某一晴天乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题请据图回答问题： 1 1甲图曲线中甲图曲线中C C点和点和E E点点（外界环境中外界环境中CO2CO2浓度变化为零浓度变化为零）处处，植株处于何种生理活动状态植株处于何种生理活动状态
27、 2 2根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的根据甲图推测该植物接受光照的时间是曲线中的 段段，其中光合作用强度最高的是其中光合作用强度最高的是 点点，植植 株积累有机物最多的是株积累有机物最多的是 点点。 呼吸作用释放呼吸作用释放CO2CO2的量等于光合作用吸收的量等于光合作用吸收CO2CO2的量时的量时 B BH H D D G G 例题 下图中的甲下图中的甲、乙两图为一昼夜中某作物植株对乙两图为一昼夜中某作物植株对CO2CO2的吸收和释放状况的示意图的吸收和释放状况的示意图。甲图是在春季的某一甲图是在春季的某一 晴天晴天，乙图是在盛夏的某一晴天乙图是在盛夏的某一晴天，请据图回答问题请
28、据图回答问题： （4 4）乙图曲线中间乙图曲线中间E E处光合作用强度暂时降低处光合作用强度暂时降低，可能是因为可能是因为 A A光照过强光照过强，暗反应跟不上暗反应跟不上，前后脱节前后脱节，影响整体效率影响整体效率 B B温度较高温度较高，提高了呼吸作用酶的活性提高了呼吸作用酶的活性，消耗了较多的有机物消耗了较多的有机物 C C温度高温度高，蒸腾作用过强蒸腾作用过强，气孔关闭气孔关闭，影响了影响了CO2CO2原料的供应原料的供应 D D光照过强光照过强，气温过高气温过高，植物缺水严重而影响光合作用的进行植物缺水严重而影响光合作用的进行 C C 课堂小结 项目项目 光合作用光合作用 细胞呼吸细胞呼吸（有氧有氧） 区区 别别 场所场所 条件条件 物质变物质变 化化 能量变能量变 化化 代谢类代谢类 型型 联系联系