《光合作用的原理和应用课件-高一上学期生物人教版必修1.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光合作用的原理和应用课件-高一上学期生物人教版必修1.pptx（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用本节聚焦本节聚焦1.1.光合作用是怎样进行的？光合作用是怎样进行的？2.2.光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系？光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系？3.3.光合作用原理在生产中有哪些应用？光合作用原理在生产中有哪些应用？光合作用汽车的动力原理是什么？请你运用初中学过的知识合理解释，它为什么不适用汽油呢？二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用光合作用的原料、产物、条件和场所各是什么？光合作用的原料、产物、条件和场所各是什么？COCO2 2和和H H2 2O O（CHCH2 2O O）和）和O O2 2光、叶绿体光、叶绿体H
2、 H2 2O OCOCO2 2+O O2 2有机物有机物+叶绿体叶绿体光光二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用1.1.光合作用的定义光合作用的定义 是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将COCO2 2和和H H2 2O O转化成储存着能量的有机物，并且释放转化成储存着能量的有机物，并且释放O O2 2的过程。的过程。（一）光合作用的原理（一）光合作用的原理叶绿体如何将光能转化为化学能？叶绿体如何将光能转化为化学能？如何将化学能储存在糖类等有机物中？如何将化学能储存在糖类等有机物中？光合作用释放的光合作用释放的O O2 2，是来自原料中的水还是，是来
3、自原料中的水还是COCO2 2？二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验时间时间科学家科学家发现或结论发现或结论1919世纪末世纪末COCO2 2+H+H2 2OOOO2 2+甲醛甲醛19281928甲醛对植物有害，且不能通过光合转化甲醛对植物有害，且不能通过光合转化成糖成糖19371937希尔（英国）希尔（英国）希尔反应（离体叶绿体在适当条件下发希尔反应（离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应）生水的光解、产生氧气的化学反应）19411941鲁宾、卡门鲁宾、卡门氧气来自于水中的氧氧气来自于水中的氧1
4、9541954阿尔农阿尔农在光照下，叶绿体合成在光照下，叶绿体合成ATPATP，且总是与，且总是与水的光解相伴相随水的光解相伴相随二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验讨论讨论1.1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？2.2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？化学反应？3.3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论
5、？分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？4.4.尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATPATP的合成与希尔反应的关系。的合成与希尔反应的关系。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验1.1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？提示：不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适提示：不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有当条件下可以发生水的
6、光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。氧元素的转移。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验2.2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？个化学反应？提示：能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮提示：能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有液中完成的，悬浮液中有H H2 2O O，没有合成糖的另一种必，没有合成糖的另一种必需原料需原料COC
7、O2 2，因此，该实验说明水的光解并非必须，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。应阶段。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论探索光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验3.3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？提示：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，提示：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并非来源于而并非来源于COCO2 2。4.4.尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATPATP的合成与希尔反
8、应的关系。的合成与希尔反应的关系。提示：如：H2O O2+NADPH+能量光照光照叶绿体叶绿体ADP+Pi+ATPADP+Pi+ATP二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用 上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。反应，而是分阶段进行的。实际上光合作用的过程十分复杂，它包括一系实际上光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要光能，这些化学反应可以列化学反应。根据是否需
9、要光能，这些化学反应可以概括地分为概括地分为光反应和暗反应光反应和暗反应（现在也称为（现在也称为碳反应碳反应），），两个阶段。两个阶段。光系统光系统光系统光系统光系统光系统光系统光系统协助扩散协助扩散协助扩散协助扩散氧化型辅酶氧化型辅酶还原型辅酶还原型辅酶光能光能光能光能电能电能电能电能部分电能部分电能部分电能部分电能ATPATPATPATP活跃化学能活跃化学能活跃化学能活跃化学能能量能量电子传递体电子传递体Q Q2.2.光合作用的过程光合作用的过程（1 1）光反应阶段）光反应阶段二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用2.2.光合作用的过程光合作用的过程二、光合作用的原理和应用二、光
10、合作用的原理和应用（1 1）光反应阶段）光反应阶段光解光解H2OO2H+eNADPHNADP+光能光能光能光能ATPADP+Pi光能光能光能光能ATPATP和和NADPHNADPH中中活活跃的化学能跃的化学能在光照下，叶绿体合成的在光照下，叶绿体合成的在光照下，叶绿体合成的在光照下，叶绿体合成的NADPHNADPHNADPHNADPH和和和和ATPATPATPATP有何用？有何用？有何用？有何用？酶酶酶酶物质变化物质变化能量转化能量转化 在离体的叶绿体中加入在离体的叶绿体中加入ADPADP、PiPi、NADPNADP+，无无COCO2 2的条件下照光，发现叶绿体内积累了的条件下照光，发现叶绿体
11、内积累了ATPATP、NADPHNADPH。这时闭光，并通入这时闭光，并通入COCO2 2，ATPATP、NADPHNADPH消失，消失，同时产生有机物。同时产生有机物。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用光能光能光能光能闭光，通入闭光，通入COCO2 2COCO2 2（CH2O）（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段酶酶2 2光解光解H H2 2O OO O2 2H H+e+eNADPHNADPHNADPNADP+ATPATPADP+PiADP+Pi光能光能光能光能ATPATP和和NADPHNADPH中活中活跃的化学能跃的化学能酶酶1 1酶酶1 1酶酶2 2如何如何转移转移到有到有机物
12、机物中？中？2.2.光合作用的过程光合作用的过程二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用卡尔文的思路卡尔文的思路：用：用1414C C标记的标记的1414COCO2 2，供小球藻进行光，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性依次出现在什么物质合作用，然后追踪检测其放射性依次出现在什么物质中，从而弄明白中，从而弄明白COCO2 2中的碳转化成有机物的途径。中的碳转化成有机物的途径。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程 将小球藻放在密闭将小球藻放在密闭容器中，然后将容器中，然后将1414C C标记标记的的1
13、414COCO2 2注入容器，光照注入容器，光照下培养相当短的时间之后，将下培养相当短的时间之后，将小球藻小球藻进入进入热的酒精中杀死细胞热的酒精中杀死细胞，使细胞中的酶变性而失效。他们接着提取到溶液里的物质。然使细胞中的酶变性而失效。他们接着提取到溶液里的物质。然后将提取物应用后将提取物应用双向纸层析法双向纸层析法分离，并通过一定的方法鉴定出分离，并通过一定的方法鉴定出这些物质。这些物质。（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用实验结果：实验结果：实验结果：实验结果：照光照光3030秒，发现放射性出现在多种化合物中，
14、有秒，发现放射性出现在多种化合物中，有C C3 3、C C4 4、C C5 5、C C6 6、C C7 7化合物化合物如何确定放射性首先出现在哪个化合物中？如何确定放射性首先出现在哪个化合物中？卡尔文和他的研究小组通过不断缩短光照时间，发卡尔文和他的研究小组通过不断缩短光照时间，发现放射性机会只出现在一种三碳化合物（现放射性机会只出现在一种三碳化合物（C C3 3化合物）化合物）中，从而证明最先生产的是三碳化合物。中，从而证明最先生产的是三碳化合物。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程CO2光解光解H2OO2H+e
15、NADPHNADP+光能光能光能光能ATPADP+PiC3（CH2O）还原酶酶1 1酶酶1 1酶酶2 2酶酶2 2光能光能光能光能ATPATP和和NADPHNADPH中活中活跃的化学能跃的化学能二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程COCO2 2C C3 3？有人提出，是有人提出，是3 3分子分子COCO2 2形成了形成了C C3 3，是这样的吗？，是这样的吗？14141414C C C COOHOOHHCOHHCOHH H2 2COPCOPC C3 3中只含有一个放射性中只含有一个放射性1414C C，说明，说明还
16、有还有2 2个个C C是来自植物体内。是来自植物体内。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程光解光解H2OO2H+eNADPHNADP+ATPADP+PiHCO2（CH2O）C3还原？C52固定有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能光能光能光能光能ATPATP和和NADPHNADPH中活中活跃的化学能跃的化学能在光照下，中断在光照下，中断COCO2 2的供应，检测到的供应，检测到C C3 3含量下降，而含量下降，而C C5 5的含量的含量增加。如何解释？增加。如何解释？二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应
17、用（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程光能光能光能光能（2 2）暗反应阶段）暗反应阶段2.2.光合作用的过程光合作用的过程物质变化：物质变化：能量转化：能量转化：CO2 C3 C5+（CH2O）酶酶酶酶NADPH NADPNADPH NADP+能量能量酶酶ATP ADP+Pi+ATP ADP+Pi+能量能量酶酶（CH2O）二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用NADPHNADPH和和ATPATP中活跃的化学能转化中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能为有机物中稳定的化学能淀粉淀粉蔗糖蔗糖产产物物（叶绿体）（叶绿体）（细胞质）（细胞质）光解光解H H2
18、 2O OO O2 2H H+e+eNADPNADP+光能光能ATPATPADP+PiADP+Pi光能光能ATPATP和和NADPHNADPH中活中活跃的化学能跃的化学能NADPHNADPHCOCO2 2（CHCH2 2O O）2C2C3 3还还原原C C5 5固固定定有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能酶酶1 1酶酶2 2多多种种酶酶3.3.光合作用的全过程光合作用的全过程酶酶类囊体薄膜上类囊体薄膜上叶绿体基质中叶绿体基质中光反应光反应暗反应暗反应（二）光合作用的过程（二）光合作用的过程二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用2.2.能量转化：能量转化：无机物（无机物（COCO2
19、 2和水）和水）有机物、氧气有机物、氧气1.1.物质转化：物质转化：光能光能 ATPATP和和NADPHNADPH中活跃的化学中活跃的化学能能光反应光反应暗反应暗反应糖类等有机物中稳定的化学能糖类等有机物中稳定的化学能（三）光合作用的实质（三）光合作用的实质二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用（四）光合作用重要意义（四）光合作用重要意义1.1.制造有机物，为包括人类在内的几乎所有生制造有机物，为包括人类在内的几乎所有生物提供物质来源和能量来源；物提供物质来源和能量来源；2.2.维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定；维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定；3.3.转化并储存太阳能。
20、转化并储存太阳能。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论光反应和暗反应的区别与联系光反应和暗反应的区别与联系讨论讨论1.1.光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有什么区别？质变化和能量转化等方面有什么区别？光反应光反应暗反应暗反应所需条件所需条件进行场所进行场所物质变化物质变化能量转化能量转化必须有光必须有光类囊体薄膜类囊体薄膜水光解为水光解为O O2 2和和H H+；ATPATP和和NADPHNADPH的合成的合成光能转化为光能转化为ATPATP和和NADPHNADPH中的化学能中的化学能A
21、TPATP和和NADPHNADPH中的化学能转中的化学能转化为有机物中稳定的化学化为有机物中稳定的化学能能COCO2 2的固定；的固定；C C3 3的还原；的还原；ATPATP和和NADPHNADPH的分解的分解叶绿体基质叶绿体基质有光或无光均可有光或无光均可二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用思考思考 讨论讨论光反应和暗反应的区别与联系光反应和暗反应的区别与联系讨论讨论2.2.光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面有什么光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面有什么联系？联系？提示：物质联系：提示：物质联系：光反应生成的光反应生成的ATPATP和和NADPHNADPH供暗反应供暗反
22、应C C3 3的还原，而暗反的还原，而暗反应为光反应提供了应为光反应提供了ADPADP、PiPi、NADPNADP+。能量联系：能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。的化学能转化为有机物中稳定的化学能。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用（二）光合作用原理的应用（二）光合作用原理的应用 光合作用的强度（光合作用的强度（简单地说，就是指植物在单简单地说，就是指植物在单位时间内通过光合作用植株糖类的数量位时间内通过光合作用植株糖类的数量），直接关系），直接关系农作物的产量，研究影响光合作
23、用强度的环境因素很农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。有现实意义。影响影响光合作用强度光合作用强度的因素？的因素？二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用 COCO2 2+H+H2 2O O （CHCH2 2O O）+O+O2 2光能光能叶绿体叶绿体(色素、酶）色素、酶）MgMg、N N等矿质元素；等矿质元素；酶的活性受温度等影响。酶的活性受温度等影响。光照强度、光质、光照时间；光照强度、光质、光照时间；气体反应物气体反应物作为反应物和反应的作为反应物和反应的媒介；媒介；水分水分气孔关闭气孔关闭COCO2 2供应供应
24、探究探究 实践实践实验对象：实验对象：对照类型：对照类型：无关变量：无关变量：因变量：因变量：自变量：自变量：二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用光照强度（光照强度（COCO2 2）探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响(十二十二)植物绿叶（某种绿色植株）植物绿叶（某种绿色植株）不同的光照强度（不同的不同的光照强度（不同的COCO2 2浓度）浓度）在同光照强度下，叶片上浮的数量（不同在同光照强度下，叶片上浮的数量（不同的的COCO2 2浓度植物合成淀粉的量）浓度植物合成淀粉的量）叶片中残留的叶片中残留的COCO2 2浓度，叶龄、浓度，叶龄、pHpH、温度、
25、温度、叶片数量等（光照强度、株龄、叶片数量等（光照强度、株龄、pHpH、温、温度、植株的生长状况等）度、植株的生长状况等）相互对照相互对照二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用探究探究 实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响(十二十二)光照强度（光照强度（COCO2 2）设计设计方案方案预期预期结果结果提出问题提出问题作出假设作出假设设计实验设计实验进行实验进行实验分析结果分析结果表达与交流表达与交流二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用探究探究 实践实践探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响(十二十二)光照强度（
26、光照强度（COCO2 2）进行实验进行实验 根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原根据光合作用的反应式可以知道，光合作用的原理理水、水、COCO2 2，动力，动力光能，都是影响光合作用强光能，都是影响光合作用强度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可度的因素。因此，只要影响到原料、能量的供应，都可能是影响光合作用强度的因素。能是影响光合作用强度的因素。例如，环境中例如，环境中COCO2 2浓度，叶片气孔开闭情况，都会影响浓度，叶片气孔开闭情况，都会影响COCO2 2的供应的供应量而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响叶量而影响光合作用的进行。叶绿体是光合作用的场所，影响
27、叶绿体的形成和结构的因素，如五级应用、病虫害，也会影响光绿体的形成和结构的因素，如五级应用、病虫害，也会影响光合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶合作用强度。此外，光合作用需要众多的酶参与，因此影响酶活性的因素（如温度），也是影响因子。活性的因素（如温度），也是影响因子。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用旁栏思考旁栏思考植物进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们植物进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如观测到的光合作用指标，如O O2 2的产生量，是植物光合的产生量，是植物光合作用实际产生的总作用实际产生的总O O2 2量吗？量吗
28、？提示：用这种方法观察到的提示：用这种方法观察到的O O2 2的产生量，实际是光合的产生量，实际是光合作用的作用的O O2 2释放量，与植物光合作用实际产生的释放量，与植物光合作用实际产生的O O2 2量不同，量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用对没有考虑到植物自身呼吸作用对O O2 2的消耗。的消耗。二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用三、化能合成作用三、化能合成作用 自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用。用称化能合成作
29、用。（一）化能合成作用的概念（一）化能合成作用的概念2NH2NH3 3+3O+3O2 2 硝化硝化细菌细菌2HNO2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量2HNO2HNO2 2+O+O2 2硝化硝化细菌细菌2HNO2HNO3 3+能量能量COCO2 2+H+H2 2O O硝化细菌硝化细菌（CHCH2 2O O）+O+O2 2（二）硝化细菌的化能合成作用过程（二）硝化细菌的化能合成作用过程三、化能合成作用三、化能合成作用 硝化细菌的化能合成作用和绿色植物的光合作用硝化细菌的化能合成作用和绿色植物的光合作用反应的实质是相同的，都是反应的实质是相同的，都是将无机物将无机物将无机物将无机物(二
30、氧化碳水二氧化碳水二氧化碳水二氧化碳水)有有有有机物机物机物机物，两种生物的类型都是，两种生物的类型都是自养型自养型自养型自养型，但二者所利用的，但二者所利用的能量能量能量能量来源不同来源不同来源不同来源不同，硝化细菌利用的是，硝化细菌利用的是NHNHNHNH3 3 3 3被氧化成被氧化成被氧化成被氧化成HNOHNOHNOHNO2 2 2 2和和和和HNOHNOHNOHNO3 3 3 3时所时所时所时所释放的化学能释放的化学能释放的化学能释放的化学能，而绿色植物利用的是，而绿色植物利用的是光能光能光能光能。（三）硝化细菌化能合成作用的实质（三）硝化细菌化能合成作用的实质三、化能合成作用三、化能合成作用