第4節光合作用與能量轉化第五章

細胞的能量供應和利用二光合作用原理和應用教學目標1.通過對光合作用相關科學史資料的閱讀分析，小組合作探究，自主構建光合作用概念模型。2.通過自主構建光合作用模型，能從物質與能量觀的視角，闡明光合作用過程中物質變化與能量轉化的過程，說明光合作用原理和意義。3.通過對光反應與暗反應過程的比較歸納，及對光合作用過程的總結，領悟科學探究方法，體會人類對光合作用的認識過程是逐步的、不斷發展的。4.設計并實施實驗，探究環境因素對光合作用強度的影響。5.關注光合作用原理的應用。二光合作用原理和應用二光合作用原理和應用（1）概念和方程式綠色植物通過

，利用

，把

轉化成

，并且釋放出

的過程。葉綠體光能CO2和H2O

儲存著能量的有機物O2

光合作用概念光合作用總反應式CO2+H2O*

(CH2O)+O2*葉綠體光能1.光合作用的原理1.光合作用的原理探索光合作用原理的部分實驗1.希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？【答案】不能說明。希爾反應僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發生水的光解，產生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？【答案】希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。3.分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結論？【答案】光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2。4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。二光合作用原理和應用思考.討論1.光合作用的原理（2）光合作用過程色素分子C52C3ADP+PiH2OATP酶CO2固定酶還原酶光反應暗反應類囊體的薄膜上(基粒片層薄膜)葉綠體內的基質中

（CH2O）H2O可見光吸收O2[H]光解二光合作用原理和應用1.光合作用的原理（2）光合作用過程①光反應階段二光合作用原理和應用ADP＋PiATP類囊體腔葉綠體中的色素高能電子水ee光能NADPH和ATP電子傳遞→Hill實驗中DCPIP代替NADP+接受電子1.光合作用的原理（2）光合作用過程條件：場所：光、色素、酶葉綠體類囊體薄膜過程：水的光解：H2OO2+[H]光色素ATP的形成：ADP+Pi

ATP光、酶色素實質：將光能轉化成(ATP、NADPH)活躍的化學能，

釋放出O2。用于暗反應①光反應階段二光合作用原理和應用NADP＋＋H+＋2e→NADPH

光1.光合作用的原理二光合作用原理和應用1、向藻類細胞光合作用的原料中加入14CO22、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4、進行放射性顯影，以確定放射性的部位5s取樣時產生的放射性物質60s取樣時產生的放射性物質再溶解，化學分析，表明是3-磷酸甘油酸（C3）實驗過程實驗結果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1.光合作用的原理二光合作用原理和應用CO2的固定：C3的還原：C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：三磷酸甘油酸CO2＋C5→2C3酶C3＋ATP＋NADPH→3-磷酸甘油醛酶C5糖類等酶1.光合作用的原理（2）光合作用過程CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：條件：場所：葉綠體基質2C3

酶[H]、ATP、酶[H]、ATP3-磷酸甘油醛過程：實質：同化CO2，將活躍的化學能

轉化成穩定的化學能，儲存在有機物中。②暗反應階段二光合作用原理和應用說明：C5再生也屬于卡爾文循環（暗反應）。C5糖類等酶1.光合作用的原理（2）光合作用過程1.光反應和暗反應在所需條件、進行場所、發生的物質變化和能量轉化等方面有什么區別？

2.光反應和暗反應在物質變化和能量轉化方面存在什么聯系？【答案】物質聯系：光反應生成的ATP和NADPH供暗反應C3的還原，而暗反應為光反應提供了ADP、Pi和NADP+；能量聯系：光反應為暗反應提供了活躍的化學能，暗反應將活躍的化學能轉化為有機物中穩定的化學能。二光合作用原理和應用思考.討論1.光合作用的原理場所條件物質變化能量變化光反應暗反應基粒片層結構薄膜上基質中光、色素、水、酶[H]、ATP、CO2、酶水的光解ATP的生成CO2的固定C3的還原光能活躍的化學能活躍的化學能穩定的化學能聯系前者是后者的基礎，后者是前者的繼續二光合作用原理和應用1.光合作用的原理二光合作用原理和應用模擬題提示2：3-磷酸甘油醛可以在葉綠體中合成淀粉，也能運出葉綠體在細胞質基質中合成蔗糖。模擬題經常將葡萄糖視作光合作用的直接產物，實際上葡萄糖并不是光合作用的直接產物，但我們可以將光合產物換算成相當于多少葡萄糖。模擬題提示1：模擬題（包括教師用書）將ATP和NADPH中的化學能稱為不穩定的化學能，實際上應該是指ATP和NADPH這樣的不穩定化合物中的化學能。物質才有穩定/不穩定之分，能量沒有。2.光合作用原理的應用探究.實驗二光合作用原理和應用實驗原理2.光合作用原理的應用探究.實驗二光合作用原理和應用操作步驟打出葉圓片（避開大葉脈）排出葉圓片中的空氣，置暗處清水中準備3只小燒杯，裝有富含CO2的清水向小燒杯內加入葉圓片，控制光強記錄葉圓片浮起所用的時間材料用具根據操作步驟列出材料用具問題：怎樣控制自變量（光照強度）和無關變量？2.光合作用原理的應用光(1)光照強度呼吸速率凈光合速率總光合速率光補償點光飽和點應用：陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低，如圖中藍色虛線所示。間作套種農作物，可合理利用光能。B’C’D影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用不同波長的光對光合速率的影響不同，光合效率大小為：復合光（白光）＞紅光＞藍紫光＞綠光應用：不同顏色溫室大棚的光合效率(1)無色透明大棚日光中各色光均能透過，有色大棚主要通過同色光，其他光被其吸收，所以用無色透明的大棚光合效率最高。(2)葉綠素對綠光吸收量最少，因此綠色塑料大棚光合效率最低。(3)光照時間

光照時間長，光合作用時間長，有利于植物的生長發育。光(2)光質影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用特別強調：1.透明物體的顏色由透過的色光決定。2.不透明物體的顏色由反射的色光決定?！咀ⅰ坎煌ㄩL的光對光合作用產物的合成有不同的影響：

紅光有利于糖類等碳水化合物的合成；藍紫光促進蛋白質、脂類物質的合成。光知識拓展影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用(4)光合速率的日變化0510152025303540610151824光合作用速率Timeofday(h)

炎熱的夏天，中午前后光合速率下降的原因：因氣孔關閉而造成CO2供給不足。在生產上的應用：a、適當提高光照強度；b、延長光照時間；c、溫室大棚用無色透明玻璃。影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用2.CO2濃度①曲線分析：圖1中A點表示CO2補償點，即光合作用速率等于呼吸作用速率時的CO2濃度，圖2中A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。c和c′點都表示CO2飽和點。CO2補償點CO2飽和點CO2飽和點影響光合速率的環境因素CC'探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用2.CO2濃度②應用：

在農業生產上可以通過“正其行，通其風”,增施農家肥等增大CO2濃度，提高光合作用速率。影響光合速率的環境因素CO2補償點CO2飽和點CO2飽和點CC'探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用3.溫度①曲線分析：溫度主要通過影響與光合作用有關酶的活性而影響光合作用速率。光合作用呼吸作用影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用3.溫度—實例分析

將生長狀況相同的水稻幼苗分成若干組，分別置于不同日溫和夜溫下生長，其他條件相同且適宜。一段時間后測定統計每組幼苗的平均高度，結果如下：日溫(℃)夜溫(℃)11172330—33.2cm19.9cm2330.7cm24.9cm15.8cm1716.8cm10.9cm—影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用3.溫度②應用：

a.適時播種;b.溫室栽培中，白天可適當提高溫度，夜間適當降低溫度，適當提高晝夜溫差，從而提高作物產量（有機物積累量）;c.植物“午休”原因之一。影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用4.水及礦質元素(1)水既是光合作用的原料；又是體內各種化學反應的介質；水還會影響氣孔的開閉，從而影響進入植物體。(2)N、Mg、Fe等是葉綠素合成的必需元素，若缺乏，會影響葉綠素的合成，從而影響光合作用。應用：

合理灌溉，合理施肥。影響光合速率的環境因素探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用P點：限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨著因子的不斷加強，光合速率不斷提高。①曲線分析：影響光合速率的環境因素——多因子變量探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用Q點：橫坐標所表示的因素不再是影響光合速率的因子，影響因素主要為各曲線所表示的因子。①曲線分析：影響光合速率的環境因素——多因子變量探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用應用：

溫室栽培時：在一定光照強度下，白天適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當增加CO2濃度，進一步提高光合速率；影響光合速率的環境因素——多因子變量探究.實驗二光合作用原理和應用2.光合作用原理的應用②當溫度適宜時，可適當增加CO2濃度和光照強度以提高光合速率。影響光合速率的環境因素——多因子變量探究.實驗二光合作用原理和應用應用：

溫室栽培時：2.光合作用原理的應用二光合作用原理和應用(1)光合作用強度，簡單地說，就是指植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量問題：植物光合作用制造的糖類會全部積累下來嗎？光合作用制造的糖類呼吸作用消耗的糖類植物/細胞積累的糖類2.光合作用原理的應用二光合作用原理和應用(2)凈光合速率與光合速率凈光合速率＝總光合速率-呼吸速率生產中關注凈光合作用模擬題提示：模擬題摳字眼區分總光合和凈光合（植物或器官吸收、釋放、儲存……表示凈光合），這種摳法并沒有科學依據。2.光合作用原理的應用二光合作用原理和應用(3)水、光、溫度、環境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況、影響葉綠體形成和結構的因素都會影響光合作用強度問題：依次說明上述影響光合作用的因素是怎樣影響光合作用的。提示：雖然水可以作為原料影響光合作用，但是水分供應常是通過影響氣孔開閉來影響光合作用的。2.光合作用原理的應用二光合作用原理和應用知識.拓展CO2HCO3-磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸蘋果酸CO2卡爾文循壞線粒體葉綠體葉綠體葉肉細胞維管束鞘細胞蘋果酸C4植物具有CO2濃縮機制，可以在維管束鞘細胞中創造較高濃度的CO2水平，有利于提高植物在低CO2條件下的光合速率。2.光合作用原理的應用二光合作用原理和應用知識.拓展CO2氣孔HCO3-CO2淀粉磷酸烯醇式丙酮酸蘋果酸蘋果酸液泡CAM適合生活在干旱地區。夜晚氣孔開放，發生圖示過程，將CO2以有機酸（蘋果酸）的形式儲存在液泡中。白天氣孔關閉（有利于減少水分散失），儲存在液泡中的蘋果酸轉移至葉綠體中分解釋放出CO2用于光合作用（細胞呼吸也可以提供一部分CO2）。三化能合成作用自然界中少數種類的細菌，能夠利用體外環境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用叫做化能合成作用。1.定義：2.實例：硝化細菌NH3+O2HNO2+能量HNO2+O2

HNO3+能量CO2+H2O(CH2O)+O2CO2+H2O(CH2O)+O2能量光合作用化能合成作用光能化學能如綠色植物、藍藻、硝化細菌等，能以無機物為營養進行生活、繁殖的生物，稱為自養生物（光能自養型、化能自養型）。相反，人、動物、真菌以及大多數細菌，只能利用環境中現成的有機物來維持自身的生命活動的生物，稱為異養生物。自養與異養三、化能合成作用新陳代謝是生物與外界環境之間物質交換及其伴隨能量轉移的過程。包括同化作用和異化作用兩個方面。同化作用異化作用（合成代謝）（分解代謝）同時進行相互依存生物體從外界攝取簡單的營養物質，將其轉變為構成自身的復雜物質并貯存能量的過程。生物體把自身的復雜物質分解成簡單物質排出體外，并伴隨釋放能量的過程。同化與異化三、化能合成作用同化與異化新陳代謝是生物與外界環境之間物質交換及其伴隨能量轉移的過程。包括同化作用和異化作用兩個方面。同化作用異化作用自養型異養型（合成代謝）（分解代謝）需氧型厭氧型兼性厭氧型同時進行相互依存三化能合成作用光合作用化能合成作用綠色植物硝化細菌等光能無機物氧化所放出來的化學能CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體2NH3+3O2

硝化細菌2HNO2+2H2O+能量2HNO2+O2

硝化細菌2HNO3+能量CO2

+H2O硝化細菌（CH2O）+O2將從外界環境中攝取的簡單無機物（CO2和H2O）轉變為自身儲存能量的有機物。自養生物能量來源反應過程

共同點光合作用光能化學能水的光解ATP暗反應光反應糖類等有機物吸收釋放分兩個階段進行外界影響因素NADPH氧氣C3的還原CO2的固定e電子傳遞用于包括包括葉綠素類胡蘿卜素位于光合色素儲存于類囊體薄膜葉綠體基質發生在轉化為依賴于被吸收練習與應用一、概念檢測1.依據光合作用的基本原理，判斷下列相關表述是否正確。(1)光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水。（

）(2)光反應只能在光照條件下進行，暗反應只能在黑暗條件下進行。（

）(3)影響光反應的因素不會影響暗反應。（

）2.如果用含有14C的CO2來追蹤光合作用中碳原子的轉移途徑，則是（

）×√×D3.根據光合作用的基本過程填充下圖?！咎崾尽堪凑战滩牡?03頁圖5-14解答。練習與應用二、拓展應用1.下圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答問題。(1)7-10時的光合作用強度不斷增強的原因是_____。(2)10-12時左右的光合作用強度明顯減弱的原因是______。(3)14-17時的光合作用強度不斷下降的原因是______。(4)從圖中可以看出，限制光合作用的因素有_____。(5)依據本題提供的信息，提出提高綠色植物光合作用強度的一些措施。練習與應用【答案】(1)光照強度逐漸增大(2)此時溫度很高，導致氣孔大量關閉，CO2無法進入葉片組織，致使光合作用暗反應受到限制(3)光照強度不斷減弱(4)光照強度、溫度(5)根據本題信息，可以利用溫室大棚控制光照強度、溫度的方式，如補光、遮陰、生爐子、噴淋降溫等，提高綠色植物光合作用強度。2.在玻璃瓶底部鋪一層潮濕的土壤，播下一粒種子，將玻璃瓶密封，放在靠近窗戶能照到陽光的地方，室內溫度保持在30°C左右。不久，這粒種子萌發長成幼苗。你能預測這株植物幼苗能夠生存多長時間嗎？如果能，請說明理由。如果不能，請說明你還需要哪些關于植物及其環境因素的信息。練習與應用【提示】植物的生活需要水、無機鹽、陽光、適宜的溫度、空氣(含有二氧化碳)，從給出的信息可以看出，植物生長的基本條件都是滿足的，因此，只要沒有病蟲害等不利因素，這株植物(幼苗)就能夠生存一段時間但究竟能夠生存多長時間，涉及的問題很多。潮濕的土壤含有水分，植物根系吸收水分后，大部分可通過蒸騰作用散失到空氣中，由于瓶是密閉的，散失到空氣中的水分能夠凝結，回歸土壤供植物體循環利用。但是，隨著植株的生長，越來越多的水分通過光合作用成為有機物的組成部分，盡管有機物能夠通過呼吸作用釋放出二氧化碳和水(這些水既可以散失到空氣中回歸土壤，也可以在葉片細胞中直接用于光合作用)，畢竟有機物是不斷積累的，這意味著回歸到土壤的水分會越來越少，有可能成為影響植物生存的限制因素，因此，要預測植物生存的時間，需要知道土壤含水量和植物體內有機物積累速率等信息。土壤中的無機鹽被植物根系吸收以后，絕大部分成為植物體的組成成分(少量可能隨落葉歸還土壤)，因此難以循環利用，但植物對無機鹽的需要量是很少的，土壤中無練習與應用機鹽到底能滿足植物體生長多長時間的需要與土壤的多少土壤中各種無機鹽的含量，植株的大小等有關，這些信息是任務提示中沒有給出的，因此不能從這方面做出準確預測，從給出信息可知,在陽光和溫度方面不存在制約瓶中植物生存的問題。二氧化碳是植物進行光合作用必需的原料之一瓶中的二氧化碳通過植物的光合作用被植物體利用,轉化為有機物。有機物通過植物的呼吸作用分解成二氧化碳和水，可見二氧化碳在植物體和瓶中空氣之間是可以循環的。但是隨著植株的生長，有機物會不斷積累，這意味著中空氣所含的二氧化碳會逐漸減少要預測瓶中二氧化碳能維持植物體生存多長時間，還需要知道瓶中二氧化碳總量、植物體光合速率呼吸速率或有機物積累速率等信息。上述推理大多是建立在植物體不斷生長基礎上的，這是因為玻璃瓶容積小，植物幼苗正在處于生長期。此外，瓶中植物生存時間的長短,還與植物的種類有關。如果是壽命很短的某種草本植物，即使瓶中各種條件長久適宜，植物生存的時間也不會長。練習與應用復習與提高一、選擇題1.下列關于水稻細胞內ATP的敘述，錯誤的是（

）A.能與ADP相互轉化B.只能由細胞呼吸產生C.可為物質跨膜運輸提供能量D.釋放的磷酸基團能與某些蛋白質結合2.在不損傷植物細胞內部結構的情況下，下列可用于去除細胞壁的物質是（

）A.蛋白酶B.纖維素酶C.鹽酸D.淀粉酶3.下圖表示酶活性與溫度的關系。下列敘述正確的是（

）

A.當溫度為t2時，該反應的活化能最高B.當反應物濃度提高時，t2對應的數值可能會增加C.溫度在t2時比在t1時更適合酶的保存D.酶的空間結構在t1時比t3時破壞更嚴重BBB4.葉綠體不同于線粒體的特點有（

）A.具有雙層選擇透過性膜B.利用水進行化學反應C.能分解水產生氧氣和H+D.合成ATP為生命活動供能5.葉肉細胞中不能合成ATP的部位是（

）A.線粒體內膜B.葉綠體的類囊體膜C.細胞質基質D.葉綠體基質6.在我國西北地區，夏季日照時間長，晝夜溫差大，那里出產的瓜果往往特別甜。這是因為（

）A.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用微弱B.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用強烈C.白天光合作用微弱，晚上呼吸作用強烈D.白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱復習與提高CDD二非選擇題1.請設計并填寫一個表格，簡明而清晰地體現出你對光合作用與細胞呼吸之間主要區別和內在聯系的理解。復習與提高2.CO2濃度增加會對植物光合作用速率產生影響。研究人員以大豆、甘薯、花生、水稻、棉花作

為實驗材料，分別進行三種不同實驗處理，甲組提供大氣CO2濃度（375μmol?mol-1），乙組提供CO2濃度倍增環境（75