5.4光合作用和能量轉化第二課時自主學習二、光合作用的原理和應用（一）光合作用1.概念：2.主要場所：3.有氧呼吸的化學反應式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。葉綠體CO2+H2O光能葉綠體（CH2O)+O2糖類葉綠體如何將光能轉化為化學能？思考·討論探索光合作用原理的部分實驗19世紀末，科學界普遍認為：資料11928年

科學家發現甲醛對植物有害，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。資料21937年，英國植物學家希爾發現“希爾反應”。（有H2O，無CO2）光照4Fe3+＋2H2O4Fe2+＋4H+＋O2↑光葉綠體說明水的光解產生氧氣C18O2光照射下的小球藻懸液CO2H2OH218O分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結論？O218O2

光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，并不來源于CO2。希爾的實驗能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？問不能說明，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。光合作用的原料有水和CO2，光合作用釋放的O2能否來自CO2？1941年,美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法（同位素標記法），研究了光合作用中氧氣的來源。資料31954年，美國科學家阿爾農發現，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。資料4結論：在光照時，葉綠體中生成了ATP。以上實驗說明光合作用氧氣的產生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的！光合作用分為哪幾個階段？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（碳反應）兩個階段。自主學習閱讀書本P103-104，思考并回答以下問題。1.光反應階段反應的條件、場所、物質變化、能量變化如何？2.暗反應階段反應的條件、場所、物質變化、能量變化如何？葉綠體色素葉綠體色素H2O水的光解O2NADPHADP＋PiATP色素光能1．光反應條件：光、色素、酶場所：葉綠體類囊體薄膜上物質變化水的光解：2H2O4H++O2酶ATP的合成：ADP＋Pi

+光能ATP酶產物：O2、NADPH、ATP（光反應的ATP只能用于暗反應）能量轉變：光能ATP和NADPH中活躍的化學能NADP++4H+NADPH還原型輔酶Ⅱ條件：有光無光都可，需要多種酶場所：葉綠體基質物質變化CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：能量變化：ATP、NADPH中活躍的化學能有機物中穩定的化學能產物：（CH2O）

、ADP、Pi、NADP+2．暗反應2C3

（CH2O）+C5酶、ATPNADPH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）光合作用過程能量的轉移途徑：光能ATP、NADPH中活躍化學能(CH2O)中穩定的化學能碳的轉移途徑：CO2C3（CH2O）光反應和暗反應

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光反應為暗反應提供

；暗反應為光反應提供

等原料。項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質光、色素、酶多種酶水的光解：ATP的合成：光能→ATP中活躍的化學能→過程CO2的固定：C3的還原：2H2O→O2+4H+NADP++H+→NADPHADP+Pi+能量→ATPCO2+C5→2C32C3(CH2O)+C5ATP中活躍的化學能有機物中穩定的化學能NADPH和ATPADP、Pi、NADP＋小結：拓展提升短時間內條件改變，各物質的變化光能O2H2OATPNADPHNADP+ADP+PiCO2（CH2O）2C3C5條件光照由強到弱，CO2供應不變光照由弱到強，CO2供應不變CO2供應由充足到不足，光照不變CO2供應由不足到充足，光照不變C3含量C5含量NADPH和ATP的含量（CH2O）的合成量增加減少減少減少減少增加增加增加減少增加增加增加增加減少減少減少拓展提升在自然界中，有少數種類的細菌，能夠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（自養生物）。

例如：硝化細菌、硫細菌、氫細菌、鐵細菌等。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量2HNO2+O22HNO3+能量CO2+H2O（CH2O）+O2硝化細菌：化能合成作用1.（不定項）如圖為光合作用示意圖。下列說法正確的是（

）A．①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ，④表示CO2B．暗反應中，CO2首先與C5結合生成C3，然后被還原（CH2O）C．黑暗條件下，光反應停止，暗反應將持續不斷地進行下去D．增加光照強度或降低CO2濃度，C3的含量都將減少ABD課堂檢測三、光合作用的應用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。2.影響光合作用強度的因素：CO2+H2O葉綠體光能（CH2O）+O2光合速率CO2的濃度H2O光：光照強度、光質、光照時間礦質元素（例如：Mg合成葉綠素）溫度3.衡量指標：原料的消耗量（例：CO2的消耗量）產物的生成量（例：有機物的生成量）探究·實踐探索光照強度對光合作用強度的影響1.實驗原理：葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉；光合作用產生O2充滿細胞間隙，葉片上浮。2.實驗變量：自變量：光照強度因變量：光合作用強度無關變量：如溫度、CO2等，要求相同且適宜控制方法：相同瓦數臺燈離實驗裝置的距離檢測方法：相同時間小圓形葉片浮起的數量用打孔器打出圓形小葉片用注射器使圓形小葉片內的氣體逸出（處理過的葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中）3.實驗步驟：控制相同瓦數臺燈離實驗裝置的距離富含CO2的清水甲乙丙葉片浮起數量多葉片浮起數量中葉片浮起數量少強中弱3.觀察現象在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。

4.實驗結論：BAC光照強度光合作用強度OCO2的吸收量CO2的釋放量呼吸速率光補償點黑暗有光有光O2CO2A:只進行細胞呼吸O2CO2B:光合作用強度＝細胞呼吸強度光飽和點有光O2CO2O2CO2A-B：細胞呼吸強度>光合作用強度O2CO2O2CO2B-C：細胞呼吸強度<光合作用強度凈光合速率總光合速率1.光照強度光合速率與呼吸速率的計算3.（真/總）光合速率：1.呼吸速率：2.凈光合速率：綠色植物組織在有光的條件下，光合作用與呼吸作用同時進行，測得的數值表示凈光合速率。

綠色植物組織在黑暗條件下測得的數值表示呼吸速率。

細胞呼吸消耗的O2量、細胞呼吸釋放的CO2量、細胞呼吸消耗的葡萄糖量實際測得的O2釋放量、實際測得的CO2吸收量、葡萄糖積累量（增重部分）呼吸速率+凈光合速率。

光合作用產生的O2量、光合作用固定的CO2量、光合作用產生的葡萄糖量生產應用CO2的吸收量CO2的釋放量0ABCED光照強度陽生植物陰生植物

應用：①陰生植物的光補償點和光飽和點比較低。間作套種時應注意農作物的種類搭配；②陰雨天，溫室大棚中適當提高光照強度可以增加光合作用強度。2.CO2濃度

在一定范圍內隨CO2濃度的增加光合作用增強，但當CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用強度不再增強。（CO2濃度達到一定值時，才能啟動光合作用）

圖1中A點、圖2中的A′點表示光合作用強度=細胞呼吸強度，此濃度為CO2補償點。圖1中的B點與圖2中B′點都表示CO2飽和點。

應用：①大田生產時“正其行，通其風”；②增施有機肥；③溫室栽培農作物可以投放干冰或與

雞舍相連。3.溫度

隨溫度的升高而逐漸加強。

酶活性下降（主要是暗反應的酶），光合作用開始下降，50℃左右光合作用停止。

AB段（10℃～35℃）：B點（35℃）以上：應用：冬天，溫室栽培可適當提高溫度；夏天，溫室栽培可適當降低溫度。白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用；晚上適當降低溫室溫度，以降低細胞呼吸，保證有機物的積累。低溫主要是影響酶活性使光合速率變低，高溫主要是因為高溫使植物失水過多，影響氣孔開閉，減少了CO2進入細胞的量。4.水分水是光合作用的原料，間接影響光合作用。缺水氣孔關閉限制二氧化碳進入葉片光合作用受影響5.礦質元素例如：N，P，K，Mg等N：光合酶及ATP的重要組分P：ATP的重要組分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：適時、適量施肥。P點：限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因素，隨著因素的不斷加強，光合速率不斷提高。Q點：橫坐標所表示的因素不再是影響光合速率的因素，影響因素主要為各曲線所表示的因素。多因子影響光合作用的外界因素a點：溫度降低，

減弱，CO2釋放減少。b點：開始進行

。bc段：光合作用

細胞呼吸。c點：光合作用

細胞呼吸。ce段：光合作用

細胞呼吸。d點：

過高，部分或全部氣孔關閉，出現“午休現象”。e點：光合作用

細胞呼吸。ef段：光合作用

細胞呼吸。fg段：停止

，只進行

。呼吸光合作用小于等于大于溫度等于小于光合作用呼吸作用綠色植物24h光合作用的曲線光合速率＜呼吸速率光合速率＜呼吸速率光合速率＞呼吸速率D、H是I和A點相比，玻璃罩內CO2濃度減少，減少的CO2轉化成有機物積累在植物體內。如圖是密閉玻璃罩內的植物一天中光合速率的變化曲線圖。AD段玻璃罩內CO2濃度增加的原因是：DH段玻璃罩內CO2濃度下降的原因是：HI段玻璃罩內CO2濃度增加的原因是：光合速率等于呼吸速率的點是：經過一晝夜的時間，該植物是否生長？為什么？1.圖甲表示水