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(共33張PPT)
第五章 細胞的能量供應和利用
第4節 光合作用與能量轉換（第2課時）
1
光合作用的概念及探索歷程
光合作用原理的應用
2
光合作用原理的應用和影響因素
探究一
光合作用的概念及探索歷程
綠色植物通過________，利用______，將________________轉化成儲存著能量的_________，并且釋放出________的過程。
葉綠體
光能
二氧化碳和水
有機物
氧氣
光合作用釋放的氧氣是來自原料中的水還是二氧化碳呢？我們先來分析科學家做過的一些實驗。
CO2+H2O
光能
葉綠體
（CH2O）+O2
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
葉綠體
光合作用的概念及反應式
【任務1】
場所
條件
原料
(1)概念:
(2)反應式：
過渡
產物
產物
光合作用原理的探索實驗
【任務2】
1928年 甲醛對植物有毒，甲醛不能通過光合作用轉化成糖
CO2
O2
C + H2O
甲醛
19世紀末 甲醛→糖
資料1
O2
水
鐵鹽或其他氧化劑
氧化劑被還原
葉綠體
離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣的化學反應稱希爾反應。
光合作用原理的探索實驗
【任務2】
希爾反應
資料2
(1)希爾實驗可以證明O2來自H2O ，能否確定O2全部來自H2O？
不能，沒有排除葉綠體中其他物質干擾，也沒有直接觀察到氧元素的轉移。
(2)希爾實驗中并沒檢測到糖的生成。若向懸浮液中通CO2，光照條件下就能檢測到糖生成。說明光合作用生成 和生成 是兩個相對獨立的過程。
氧氣
糖
(1)實驗中的自變量是什么？因變量如何檢測？
(2)分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結論？
同位素18O的標記的物質不同
測定產生氧氣的相對分子質量
光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來自H2O，而并不來源于CO2。
光合作用原理的探索實驗
【任務2】
1941年 美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）
資料3
1954年，美國科學家阿爾農等用游離的葉綠體做實驗。在給葉綠體光照時發現，當向反應體系供給ADP、Pi時，體系中就會有ATP的產生。1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。
光照條件下，水光解的同時，ADP和Pi合成ATP。
(2)根據資料中實驗，你可以得出什么結論？
光合作用原理的探索實驗
【任務2】
阿爾農實驗
資料4
2H2O O2+4NADPH+能量
ADP+Pi ATP
光能
葉綠體
(1)嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系？
光合作用過程的示意圖
根據是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗反應
分析光合作用的過程
【任務3】
光、色素、酶
葉綠體內的類囊體薄膜上
水的光解：
H2O 1/2O2 +2H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
場所：
條件：
物質變化:
能量變化：
光能轉變為NADPH、ATP中活躍的化學能
NADP+ +H+ NADPH
NADPH合成:
酶
分析光合作用的過程
【任務3】
(1)光反應
類囊體膜
酶
色素
實驗過程
(2)連續60s取樣，將藻類細胞置于熱酒精中
(3)分離溶解物中的分子
三碳
化合物
多種產物：
C3、C5、C6等
5秒內
60秒后
請據此大致描述CO2轉化成有機物過程中，C的轉移途徑。
CO2 → C3 → C6
C5
(1)向藻類細胞光合作用的原料中加入14CO2
(4)進行放射性顯影，以確定放射性的部位
時間順序依次出現的放射性物質代表了暗反應過程中各種產物依次出現的順序
實驗結果
情境二
光合作用產物除O2，還有糖類等有機物。20世紀40年代，科學家卡爾文等用小球藻作實驗材料，利用同位素示蹤法追蹤了CO2中C的轉移路徑。
CO2
葉綠體基質
多種酶
葉綠體的基質中
場所：
NADPH 、ATP、酶
條件：
①CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
②C3 的還原：
物質變化
能量變化：
2C3
C5
CO2的固定
有機物(CH2O)
C3的還原
NADPH
ATP
(2)暗反應階段
核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
三磷酸甘油酸
ATP和NADPH中活躍的化學能轉化為有機物中穩定的化學能
ATP
ADP+Pi
2C3 (CH2O)
酶
糖類
NADP+
NADPH
分析光合作用的過程
【任務3】
(3)嘗試構建光合作用過程模型
光反應
還 原
O2
H2O
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
暗反應
固 定
多種酶參加催化
水在光下的分解
類囊體膜上的色素
光能
CO2
（CH2O）
ATP、ADP分別從哪里轉移到哪里？
ATP從類囊體薄膜轉移葉綠體基質,ADP從葉綠體基質轉移到類囊體薄膜
分析光合作用的過程
【任務3】
(3)嘗試構建光合作用過程模型
光反應
還 原
O2
H2O
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
暗反應
固 定
多種酶參加催化
水在光下的分解
類囊體膜上的色素
光能
CO2
（CH2O）
寫出以下元素的轉移去向？
分析光合作用的過程
【任務3】
①H: ;
H2O→NADPH→(CH2O )
②C : ;
CO2→C3→(CH2O)
③O : ;
CO2→C3→(CH2O）
H2O →O2
光反應階段 暗反應階段
反應場所
需要條件
反應速度
物質變化
能量變化
聯系
葉綠體的類囊體薄膜上
葉綠體基質
較快
較緩慢
光、光合色素、酶
ATP中活躍的化學能、NADPH的能量
光能
ATP、NADPH中活躍的化學能
有機物中穩定的化學能
水的光解,ATP、NADPH的生成
CO2的固定； C3的還原
光反應是暗反應的基礎，為其提供NADPH和ATP；暗反應為光反應提供ADP和Pi、NADP+ 。
(4)比較光反應階段和暗反應階段
分析光合作用的過程
【任務3】
不需要光照、需要酶
NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2濃度不變，光照減弱
光照不變，CO2濃度下降
減少
增加
減少
減少
增加
增加
減少
減少
(5)分析外界條件的變化對相關物質含量的影響
分析光合作用的過程
【任務3】
1. 下列關于光合作用探究歷程的敘述，錯誤的是（ ）
A．希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，且氧氣中的氧元素完全來自水B．在恩格爾曼的實驗中，受到均勻光照，好氧菌分布在水綿帶狀葉綠體所有受光照部位
C．魯賓和卡門的實驗中，改變水中H218O的所占比例，植物釋放的18O2的所占比例也隨之改變
D．供給小球藻14CO2，葉綠體內的三碳化合物首先出現14C
A
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
2. 下列關于光合作用過程的敘述，錯誤的是（ ）
A．光合作用過程分為光反應和暗反應兩個階段
B．光反應階段是在葉綠體類囊體的薄膜上進行的
C．暗反應階段是在葉綠體基質中進行的
D．暗反應階段，光能被轉化成ATP和NADPH中的化學能
D
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
對點訓練
課堂檢測
探究二
光合作用的應用和影響因素
光質
光照強度
光照時間
光照面積
酶
色素
溫度
礦質元素
CO2 + H2O
光能
葉綠體
（CH2O）+ O2
請根據光合作用反應式,從內、外因分析影響光合作用強度的因素有哪些？
CO2濃度
氣孔開閉情況
水分
光
酶的種類、數量
色素的種類和含量
植物自身因素（遺傳特性、葉齡、葉面積指數）
光（強度、時間、光質）
ＣＯ2濃度
礦質元素
水分
內因
外因
影響
因素
光合作用的強度：指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
情境三
如圖是探究光照強度對光合作用強度的影響裝置示意圖，探討下列問題
情境三
(2)實驗原理:
探究環境因素對光合作用的影響
【任務3】
葉片含空氣上浮
葉片下沉
O2充滿細胞間隙，葉片上浮
抽氣
光合作用
產生O2
自變量：
光照強弱
因變量：
光合作用強度
相同時間小圓形葉片浮起的數量
利用小燒杯與光源的距離來調節光照強度
控制方法
檢測方法
無關變量
(3)實驗變量:
探究光照強度對光合作用強度的影響
單位時間 ,探究 與光合作用強度的關系
①實驗葉片：
同種、生長狀況相同、小圓形葉片大小相同、等量…
②NaHCO3溶液：
等量，相同濃度
圓形葉片浮起數量的多少
光照強度
(1)實驗目的:
(3)實驗過程:
探究環境因素對光合作用的影響
【任務3】
器材:打孔器
目的:制備圓形小葉片30片
器材:注射器
目的:使圓形小葉片內的氣體溢出
條件:放在黑暗處
原因:細胞間隙充滿水
取3只小燒杯，分別倒入20mICO2緩沖液、10片圓形小葉片
分別對這三個實驗裝置進行強、中、弱三種光照
取材
排氣
沉水
分組
光照
觀察
不同光照強度處理下葉片漂起的狀況（室溫：25 ℃）
一定光照強度范圍內,光合作用隨著光照強度的增加而增強。
臺燈燈泡的功率（W） 40 40 40
臺燈與燒杯的距離（cm） 10 20 30
葉片漂起 的數量 5min 0 0 0
10min 9 8 7
15min 10 9 9
20min 13 10 10
25min 13 10 9
探究環境因素對光合作用的影響
【任務3】
(4)實驗結果：
(5)實驗結論：
光照強度
0
CO2吸
收
CO2
釋
放
A
B
C
E
呼吸速率
光補償點
光飽和點
D
曲線模型 :光照強度對光合作用強度的影響
【任務3】
B: ;
D : ;
AB: ;
BC: ;
A： ;
(1)以下代表的生物學意義分別是什么
(2)OA段的含義是什么 其大小主要受哪種環境因素的影響
0A段代表呼吸作用強度。其大小主要受溫度的影響
只進行呼吸作用
光合作用強度<呼吸作用強度
光合作用強度=呼吸作用強度
光合作用強度>呼吸作用強度
光合速率開始達到最大時外界的光照強度
AC段限制因素：光照強度
曲線模型 :光照強度對光合作用強度的影響
【任務3】
(3)AC和CE段的限制因素分別是什么？
光照強度
0
CO2吸
收
CO2
釋
放
A
B
C
E
呼吸速率
光補償點
光飽和點
CE限制因素：CO2濃度、溫度等）
D
(4)若光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25℃和30℃,這是在25℃測得的曲線,若溫度升至30℃,曲線中A點、B點將如何變化
A點下移,B點右移
(5)若圖為陽陰生植曲線圖，請補充陰生植物曲線圖？
曲線模型 :光照強度對光合作用強度的影響
【任務3】
(6)通過實驗測得一片葉子在不同光照強度下氣體吸收和釋放的情況如右圖所示。那么曲線 AB 段(不包括A、B兩點)中哪些過程是存在的(用右圖字母表示)
c、d、e、f
(7)凈光合速率是在光照條件下測量得出的，可以用CO2的吸收量、O2的釋放量、有機物的積累量來表示。若曲線圖中，A點對應的CO2釋放量為-2，C點對應的CO2吸收量為5，則C點時，真正的(總)光合速率是 。
7
曲線模型 :光照強度對光合作用強度的影響
【任務3】
0
CO2吸
收
CO2
釋
放
A
B
C
E
呼吸速率
光補償點
光飽和點
（限制因素：CO2濃度、溫度等）
D
凈光合速率
總光合速率
呼吸速率
實際光合速率 = 凈光合速率 + 呼吸速率
利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。
例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數種類的細菌
2NH3 +3O2 2HNO2 +2H2O+能量
硝化細菌
2HNO2+O2 2HNO3 +能量
硝化細菌
6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2
在自然界中，除了光合作用以外，還有其他制造有機物的方式嗎？
放能
電子顯微鏡下的一種硝化細菌（放大5000倍）
化能合成作用
1.如圖所示裝置可用來探究光照強度對光合作用強度的影響。根據該圖的材料及設置，下列說法錯誤的是（ ）
A．葉圓片上浮說明葉肉細胞的光合作用強
度等于呼吸作用強度
B．可通過調整臺燈與葉圓片之間的距離來
改變光照強度
C．可根據相同時間內葉圓片上浮數量來判
斷光合作用強度
D．此裝置也可以用于探究CO2濃度對光合作用強度的影響
A
課堂檢測
2.下圖表示某植物細胞的部分結構和相關代謝中發生的氣體（①～⑥均表示氣體）轉移情況。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．該細胞一定不是根尖細胞
B．①代表O2，⑥代表CO2
C．光反應過程中，發生了④、
⑤和C5的結合
D．①+③可表示總光合速率，②+③可表示呼吸速率
課堂檢測
C
3.已知小麥光合作用最適溫度為25℃，呼吸作用最適溫度為30℃，科學家研究小麥20℃時光合作用強度與光照強度的關系，得到如圖曲線。下列有關敘述錯誤的是（ ）
A．在25℃條件下研究時，a點會下移
B．a點時葉肉細胞產生ATP的細胞器是線粒體
C．其他條件適宜，當植物缺Mg時，b點將向
左移動
D．c點之后小麥光合作用強度不再增加，可能
與葉綠體中酶的濃度有關
課堂檢測
C
概念
光合作用的原理的探索
光反應
暗反應
反應式
希爾
魯賓和卡門
阿爾農
卡爾文
水的光解
NADPH合成
ATP合成
CO2 的固定
C3 的還原
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
葉綠體
本節小結
光合作用的過程
其他影響因素
溫度
二氧化碳
水分
礦質元素
設計實驗探究光強、 CO2濃度、溫度等對光合作用強度的影響。
光合作用
光合作用
原理的應用

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