542光合作用的原理和应用

二、光合作用的原理和应用2000多年前亚里士多德(Aristotle)1、问题：植物生长所需的物质来自何处？认为：构成植物体的原料是土壤植物增加的重量=土壤减少的重量人们对于光合作用的认识最早是从研究植物的生长开始的。结论：水分是植物建造自身的原料。17世纪初，海尔蒙特的柳树实验。有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊。结论：植物可以更新空气，但忽略了光的作用。1779年，荷兰英格豪斯的实验实验重复了500多次B组A组普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功结论1：植物体只有绿叶才能更新空气。结论2：到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。光能化学能储存在什么物质中？德国梅耶1864年，德国萨克斯实验结论：绿叶在光下制造淀粉。1880年，恩格尔曼的实验：极细的光束没有空气的黑暗环境没有空气的有光环境结论：O2是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？CO218O2H218O1941年，美国鲁宾和卡门的同位素标记法实验C18O2O2H2O光照射下的小球藻悬液该实验证明了什么？光合作用中释放的O2全部来自H2O第一组第二组光合作用产生的有机物又是怎样合成的？20世纪40年代美国卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径称为卡尔文循环。卡尔文循环：CO2→C3→(CH2O)植物可以更新空气条件：光、绿叶吸收CO2，放出O2光能转换成化学能储存起来产物：淀粉(CH2O)同位素标记法：H218O→18O214CO2→有机物中的碳1.场所：2.条件：3.原料：4.产物：通过以上的研究和探索，你能说出光合作用的场所、条件、原料、产物是分别是什么吗？绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。叶绿体光二氧化碳、水糖类、氧气你能用一个化学反应式表示出来吗?CO2+H2O光能叶绿体（CH2O)+O2二、光合作用过程光反应暗反应划分依据:反应过程是否需要光能有光才能进行有光、无光都能进行H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP光反应阶段光、色素、酶叶绿体类囊体薄膜上水的光解：H2O[H]+O2光能（还原剂）ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能转变为ATP中活跃的化学能[H]场所：条件：物质变化能量变化进入叶绿体基质，参与暗反应供暗反应使用CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP[H]糖类卡尔文循环暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP[H]ADP+Pi叶绿体的基质中ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)＋C5酶糖类[H]、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3叶绿体基质多种酶糖类ATP[H]C3的还原色素分子可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24[H]多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解能固定还原酶光反应暗反应光合作用的过程：叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质有机物中稳定的化学能联系三、比较光反应、暗反应光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质中水的光解；ATP的生成CO2的固定；C3的还原ATP中活跃化学能光能ATP中活跃化学能有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。光合作用的实质：合成有机物储存能量把二氧化碳和水合成糖类等有机物。光能ATP中化学能有机物中化学能练习：下图是光合作用过程图解，请分析回答下列问题：①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于_________________。③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自____④图中G__________,F是__________,J是_______。⑤图中的H表示_______，H为I提供__________。Ｏ2水[H]基质作为还原剂，还原C3ATP光能光反应阶段[H]和ATP色素C5C3糖类光H2OBACDE+PiFGCO2JHI1、光下的植物突然停止光照后，[H]和ATP以及C5和C3的含量如何变化？停止光照光反应停止2、光下的植物突然停止CO2的供应后，[H]和ATP以及C5和C3的含量如何变化？[H]↓ATP↓C3还原受阻C3↑C5↓停止CO2CO2固定停止C3↓C5↑思考与讨论：[H]↑ATP↑光能转换为生命动力的过程光能光反应ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能各项生命活动ATP中活跃的化学能利用细胞呼吸光合作用暗反应直接的能量来源：ATP最终的能量来源：太阳的光能自养生物:以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着能量。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。所需的能量来源不同（光能、化学能）光能自养生物绿色植物硝化细菌化能自养生物例如人、动物、真菌及大多数的细菌。四、化能合成作用光合作用以光为能源，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。化能合成作用利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌。光能自养生物化能自养生物能量来源：能量来源：光能化学能2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌举例：CO2+H2O(CH2O)+O2能量五、影响光合作用强度的因素1、光照强度2、二氧化碳浓度3、温度4、必需矿质元素5、水分的供应光照强度指光照的强弱,以单位面积上所接受可见光的能量来量度，单位勒克斯（Lx）。光合作用强度指光合作用的强弱，也称“光合强度”、“光合速率”。可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量的表示。AB光照强度0吸收CO2阳生植物阴生植物B：光补偿点D：光饱和点C光补偿点、光饱和点：阳生植物阴生植物释放CO21.光照强度一般情况下，光照强度达到C点后，限制光合速率的主要原因有哪些？温度，CO2D呼吸速率DCOBA净光合速率CO2吸收CO2释放真正光合速率光照强度真正(总)光合速率=表观(净)光合速率+呼吸速率如果不考虑光照强度对呼吸速率的影响，则呼吸速率、净（表观）光合速率、真（总∕实际）光合速率之间的关系可以用下图表示（2）光合作用与细胞呼吸的相关测定与计算（1）表示方法净光合速率常用一定时间O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。真正（实际）光合速率常用一定时间O2产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。绿色植物体内：总(真）光合速率=呼吸速率+净（表观）光合速率有机物：产生量=消耗量+积累量（实测量）CO2：固定量=产生量+吸收量（实测量）02：产生量=消耗量+释放量（实测量）有呼吸无光合A光合小于呼吸AB光合等于呼吸B光合大于呼吸BC光合作用与呼吸作用——线图结合CO2O22.CO2浓度①A点表示光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；②A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；③B点B′点都表示CO2的饱和点应用：大田中增加空气流动、温室中增施农家肥（利用土壤微生物将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）、适当施用NH4HCO3肥料等增大CO2浓度，提高光合作用速率。温度是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合作用速率的。应用：温室栽培中，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，增加有机物的积累。3、温度水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用。缺水还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。4、水分生产上因作物的特点合理灌溉在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高使植物吸水困难从而导致光合作用速率下降。应用：在农业生产上，合理施肥（分解者将有机肥分解为二氧化碳和无机盐）可以提高作物的光合作用。N：是各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分，叶绿素中也有N元素。P：是叶绿体膜、NADP+（辅酶Ⅱ）和ATP的重要组成成分。Mg：叶绿素的重要组成成分。5、必需矿质元素光合速率ADCBE7～10时光合作用强度不断增强，原因是光照逐渐加强。14～17时光合作用强度不断下降的原因，是因为此时光照强度不断减弱。在12时左右光合作用强度明显减弱，是因为此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。光照强度增加光照时间和光照强度，增大昼夜温差,适当提高CO2的浓度，选择合适的塑料薄膜（无色或红膜或蓝紫膜）和补充光源（红光或蓝光）等。结合影响光合作用的因素,想一想为了提高温室大棚中作物的产量可以采取哪些措施?若白天光照充足，下列哪种条件对农作物增产有利A.昼夜恒温25℃B.白天温度25℃，夜间温度15℃C.昼夜恒温15℃D.白天温度30℃，夜间温度15℃D用下述容积相同的玻璃罩分别罩住大小、生长状况相同的天竺葵，光照相同的时间后，罩内O2最少的是[]A．绿色罩B．红色罩C．蓝色罩D．紫色罩A下列措施中，不会提高温室蔬菜产量的是（）A、增大O2浓度B、增大CO2浓度C、增强光照D、调节室温A1、在光合作用的暗反应过程中，没有被消耗掉的是（）A、[H]B、C5化合物C、ATPD、CO2B2、与光合作用光反应有关的是（）①H2O②ATP③ADP④CO2A.①②③B.②③④C.①②④D.①③④A3、将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化情况依次是A.上升；下降；上升B.下降；上升；下降C.下降；上升；上升D.上升；下降；下降C4、光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是（）A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D.叶绿体基质中进行暗反应,不进行光反应D5、光合作用过程中，产生ADP和消耗ADP的部位在叶绿体中依次为()①外膜②内膜③基质④类囊体膜A．③②B．③④C．①②D．④③B6、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④水的光解⑤三碳化合物被还原A.④③②⑤①B.④②③⑤①C.③②④①⑤D.③④②①⑤7、在暗反应中，固定二氧化碳的物质是（）Ａ．三碳化合物Ｂ．五碳化合物Ｃ．［Ｈ］Ｄ．氧气ＤＢ8、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最先（）A、在植物体内的葡萄糖中发现B、在植物体内的淀粉中发现C、在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现D、在植物体周围的空气中发现D9、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原子，14C的转移途径是（）A、CO2叶绿体ATPB、CO2叶绿素ATPC、CO2乙醇糖类D、CO2三碳化合物糖类D10、在光合作用过程中，能量的转移途径是A、光能ATP叶绿素葡萄糖B、光能叶绿素ATP葡萄糖C、光能叶绿素CO2葡萄糖D、光能ATPCO2葡萄糖B