5.4.2光合作用的原理和應用第五章細胞的能量供應和利用一、光合作用CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。①概念：②反應式：③實質：合成有機物，儲存能量二、光合作用的原理探究光合作用原理的部分實驗1、19世紀末，科學家普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。2、1928年，科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。探究光合作用原理的部分實驗3、1937年，希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。希爾反應：離體的葉綠體在適當的條件下發生水的光解、產生氧氣的化學反應。結論：水的光解產生氧氣。4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能葉綠體二、光合作用的原理O2全部來自于H2O嗎？探究光合作用原理的部分實驗4、1941年，魯賓和卡門用同位素示蹤法，研究了光合作用中氧氣的來源。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2結論：光合作用釋放的氧來自水。二、光合作用的原理探究光合作用原理的部分實驗二、光合作用的原理5、1954年，美國阿爾農等用離體的葉綠體做實驗：在給葉綠體照光時發現，當向反應體系中供給ADP、Pi等物質時，體系中就會有ATP出現。1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。結論：在光照時，葉綠體中生成了ATP。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系：ADP+PiATP根據是否需要光能，光合作用過程分為：光反應和暗反應（碳反應）。二、光合作用的原理1、光反應階段光合作用第一階段的化學反應，必須有光才能進行，這個階段叫作光反應階段。葉綠體中的色素光能H2O 水在光下分解O2H++NADP+NADPHADP+Pi酶ATP氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ要區別于呼吸作用：

氧化型輔酶Ι

NAD+

還原型輔酶Ι

NADH光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+葉綠體的類囊體薄膜上水的光解：2H2OH++O2光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶場所：條件：物質變化：能量變化：1、光反應階段光能轉變為ATP和NADPH中活躍的化學能NADPH的合成：H++NADP+NADPH光能→活躍的化學能2、暗反應階段光合作用第二階段的化學反應，有沒有光都能進行，這個階段叫作暗反應階段。CO2C5

固定2C3NADPH供氫酶(CH2O)淀粉、蔗糖多種酶參加催化還原酶ATP供能ADP+Pi1946年開始，美國的卡爾文等用14CO2研究了植物在進行光合作用時CO2轉化為糖的路線。向反應體系中充入一定量的14CO2,光照30秒后檢測產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物。在5秒鐘光照后，卡爾文等檢測到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).光照時間為幾分之一秒時發現，90%的放射性出現在一種三碳化合物（C3）中。CO2轉化成有機物過程中，C的轉移途徑是：CO2C3(CH2O)C5卡爾文循環CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：葉綠體的基質中ATPNADPHADP+Pi2C3

（CH2O)+H2O+C5酶NADPH、ATP、酶、CO2場所：條件：物質變化：能量變化：2、暗反應階段ATP和NADPH中活躍的化學能轉變為糖類等有機物中穩定的化學能NADP+活躍的化學能→有機物中穩定的化學能光能H2OCO2還原（CH2O）葉綠體

色素供氫酶供能多種酶參加催化暗反應（葉綠體基質）2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+光反應（葉綠體類囊體薄膜）【歸納：光合作用過程】思考.討論：光反應階段和暗反應階段在所需條件、進行場所、發生的物質變化和能量轉換等方面有什么區別？光反應階段和暗反應階段之間的物質和能量聯系是怎樣的？三.光反應和暗反應區別和聯系

光反應階段暗反應階段（碳反應）場所條件物質變化能量變化聯系項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質光、色素、酶多種酶光能→ATP、NADPH中的化學能ATP、NADPH中的化學能→糖類中的化學能光反應為暗反應提供ATP和NADPH暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

光NADP＋＋H+＋2e-→NADPHADP＋Pi＋能量→ATP酶CO2＋C5→2C3酶小試牛刀：填填空P1063H1、NADPH和ATP的移動途徑是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質；2、NADP+和ADP的移動途徑呢？從葉綠體基質到類囊體薄膜；3、NADPH的作用？①.活潑的還原劑；②.儲存部分能量供暗反應階段利用；思考?討論4、光合作用中元素的轉移①H的轉移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

思考?討論6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2討論：葉綠體處不同條件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的短時間動態變化條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應不變增加減少減少減少光照不變停止CO2供應減少增加增加減少光能H2OCO2還（CH2O）葉綠體色素供氫酶供能原 多種酶參加催化2C3C5固定ADP+PiATP酶水在光下分解O2NADPHNADP+C5、NADPH、ATP變化一致，C3、C5相反。四、光合作用的意義①把無機物合成有機物，不僅是自身的營養物質,而且是人和動物的食物來源.②將光能轉換成化學能，貯存在有機物中，提供了生命活動的能量來源.③維持了大氣成分的基本穩定自養生物：能夠直接把從外界環境攝取的無機物轉變成為自身的組成物質，并儲存了能量的一類生物異養生物：不能直接利用無機物制成有機物，只能把從外界攝取的現成的有機物轉變成自身的組成物質，并儲存了能量的一類生物

生物例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數種類的細菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量五、化能合成作用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。例如硝化細菌，能將土壤中的氨氧化成亞硝酸，進而將亞硝酸氧化成硝酸，這兩個反應釋放出的化學能，被硝化細菌用來將CO2和H2O合成糖類。這些糖類可供硝化細菌維持自身生命活動。六、光合作用原理的應用1、光合作用強度：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐一、實驗原理：

葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉；O2充滿細胞間隙，葉片上浮。根據單位時間小圓形葉片浮起的數量的多少，探究光照強度與光合作用強度的關系。光合作用產生O2實驗流程1.提出問題

2.作出假設

3.設計并進行實驗不同光照強度自變量如何控制自變量因變量因變量檢測指標無關變量調節光源與葉片距離光合作用強度葉片大小、數量、二氧化碳濃度等變量的分析和控制：同一時間段內葉片浮起數量探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：2.將圓形小葉片置于注射器內，使葉片內氣體逸出探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：5.向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，分別置于強、中、弱光下

項目

燒杯

小圓形葉片加富含CO2的清水光照強度葉片浮起數量110片20mL強多210片20mL中中310片20mL弱少6.觀察并記錄結果探究光照強弱對光合作用強度的影響探究?實踐二、方法步驟：三、實驗結論：在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。2、影響光合作用的因素光合作用原理的應用光：光照強度、光質、光照時間CO2的濃度、H2O礦質元素（Mg合成葉綠素）溫度外因：內因：酶的種類、數量色素的含量葉齡不同CO2吸收量CO2釋放量光照強度OAD光飽和點B凈光合速率呼吸速率總（真）光合速率光補償點CA點：只進行細胞呼吸，CO2釋放量表明此時的呼吸強度。B點：光補償點，即光合作用強度=細胞呼吸強度。C點：光合作用強度最大。C點之前限制光合作用因素是光照強度，C點之后限制因素是CO2、溫度等AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸D點：光飽和點，增加光照強度光合作用強度不再增加。（1）光照強度真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率項目表示方法凈光合速率（又稱表觀光合速率）O2的釋放量、CO2的吸收量、有機物的積累量真正光合速率（又稱實際光合速率）O2的產生量、CO2的固定量、有機物的制造量呼吸速率（黑暗中測量）O2的吸收量、CO2的釋放量、有機物的消耗量1.間作(幾種作物同時期播種)、2.合理密植,增加光合作用面積3.溫室大棚,使用無色透明玻璃應用：光補償點光飽和點D（1）光照強度思考題：1、若溫度升高，A點怎么變？2、若植物缺鎂，B點怎么變？（2）CO2濃度C點：CO2補償點（表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度）；D點：CO2飽和點（表示在一定范圍內CO2濃度達到該點后，光合作用強度不再隨CO2濃度增加而增加）。應用：1.多施有機肥或農家肥2.溫室栽培植物時還可使用CO2發生器等.3.還要注意通風透氣.（正其行通其風）B點

：CO2啟動點（表示進行光合作用所需CO2的最低濃度）ABCD0吸收CO2釋放CO2CO2濃度（3）溫度最適溫度下植物光合作用最大，植物體內的酶最適溫度在40~50℃之間。溫度過高時植物氣孔關閉或酶活性降低，光合速率會減弱。應用：1.適時播種2.溫室中,白天適當提高溫度,

晚上適當降溫3.植物“午休”現象CO2H2OO2N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分P：NADP+和ATP的重要組分；維持葉綠體正常結構和功能K：促進光合產物向貯藏器官運輸Mg：葉綠素的重要組分應用：合理施肥（4）礦質元素（5）水光合作用強度O時間7 10121418水是光合作用的原料水是體內各種化學反應的介質3.水還影響氣孔的開閉,間接影響CO2進入植物體應用：預防干旱 合理灌溉中午溫度過高，為了減少蒸騰作用，氣孔關閉，CO2供應不足，光合速率下降，出現“午休”現象內因：外因：光照影響光合作用因素總結不同植物光合作用不同；不同部位（葉）光合作用不同；不同葉齡的葉光合作用不同。水分—應用：合理灌溉礦質元素—應用：合理施肥溫度—影響酶的活性應用：適時播種、晝夜溫差大“午休”CO2濃度—升高CO2的濃度：通風、使用農家肥、加干冰……

光質（光的顏色）

（應用：大棚種植用紅光或藍紫光的燈管；無色透明的薄膜）光照時間：（應用：延長光照時間：一年兩/三熟）光合面積（葉面指數）（應用：合理密植、間苗、剪枝；適當升高光強度，間作套種（提高光能的利用率）延長光合作用時間增加光合作用面積提高光能利用率控制光照強弱控制光質控制CO2供應控制必需礦質元素供應通風透光在溫室中施農家肥，使用CO2發生器提高復種指數溫室中人工光照合理密植間作套種陰生植物陽生植物提高光合速率——適時適量施肥提高農作物產量措施鞏固練習下圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答：（1）7～10時的光合作用強度不斷增強原因：（2）12時左右的光合作用強度明顯減弱原因：（3）14～17時的光合作用強度不斷減弱原因：光照不斷減弱，光合作用強度不斷減弱。光照不斷增強，光合作用強度不斷增強。溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔關閉，二氧化碳供應減少，光合作用強度明顯減弱。ABDCE時間光合作用速率6789101112131415161718常考點：一天中溫室大棚中CO2的變化AC段：BC段：CD段：開始有了光合作用，吸收了呼吸釋放的部分CO2，但光合作用強度小于細胞呼吸強度；D點：沒有光照，只有細胞呼吸釋放CO2溫度較低，呼吸釋放CO2速率較小光合速率等于呼吸速率DH段：FG段：H點：光合速率等于呼吸速率I點：光合速率大于呼吸速率，積累有機物午休現象CO2濃度大小跟A點相比減小，減少的CO2轉化成有機物積累在植物體內。說明有有機物的積累HI段：光照繼續減弱，光合作用強度小于細胞呼吸強度，直至光合作用完全停止；o～a：b～c：c～d：d～e：e～f：b、f點：f點：h～o：2812162024O時間CO2的吸收速率/mg·h-16241830-1236adcefhb夜間溫度低，呼吸速率減慢oo傍晚溫度降低，呼吸速率減慢光照增強，光合速率明顯加快光照減弱，光合速率明顯變慢光補償點，光合速率=呼吸速率植物24小時中CO2的釋放量g溫度高，部分氣孔關閉，光合速率減慢溫度降低，氣孔打開，光合速率增加積累有機物最多的點2812162024O時間CO