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1、光合作用的原理和应用第1页，本讲稿共39页亚里斯多德：植物体营养物质都是从土壤中获得。亚里斯多德：植物体营养物质都是从土壤中获得。光合作用的探究历程光合作用的探究历程第2页，本讲稿共39页结论：水分是植结论：水分是植物建造自身的原物建造自身的原料。料。16481648年年海尔蒙特海尔蒙特栽培的柳树栽培的柳树实验实验第3页，本讲稿共39页一段时间后一段时间后一段时间后一段时间后1771年普利斯特利实验年普利斯特利实验第4页，本讲稿共39页普普利利斯斯特特利利实实验验结论：植物可以更新空气。结论：植物可以更新空气。第5页，本讲稿共39页英国普里斯特利的实验英国普里斯特利的实验有时实验失败有时实验失
2、败得到相反结论：绿色植物也能使空气变污浊。得到相反结论：绿色植物也能使空气变污浊。第6页，本讲稿共39页 1779 1779年，荷兰英格豪斯重复了普里斯特利年，荷兰英格豪斯重复了普里斯特利的实验的实验 500500多次。多次。结论：只有在阳光照射下才能成功，只有绿叶才能更结论：只有在阳光照射下才能成功，只有绿叶才能更 新污浊的空气。新污浊的空气。第7页，本讲稿共39页1785年，由于发现了空气的组成，人们才年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。是二氧化碳。光能去哪里了呢？光能去哪里了呢？1845年，德国科学年，德
3、国科学家梅耶根据家梅耶根据能量转化与能量转化与守恒定律守恒定律明确指出，植明确指出，植物在进行光合作用时，物在进行光合作用时，把把光能光能转换成转换成化学能化学能储储存起来。存起来。第8页，本讲稿共39页1864年萨克斯的实验光能转化成化学能，贮存于什么物光能转化成化学能，贮存于什么物质中呢？质中呢？一半遮光一半遮光一半曝光一半曝光（置于暗处几小时）（置于暗处几小时）思考：为什么要在暗处放置几小时？思考：为什么要在暗处放置几小时？为什么一半曝光，一半遮光呢？为什么一半曝光，一半遮光呢？第9页，本讲稿共39页 一半遮光一半遮光 另一半曝光另一半曝光 脱色脱色 碘蒸气碘蒸气 脱色脱色 碘蒸气碘蒸气
4、 遮光的一半不变色遮光的一半不变色 曝光的一半呈曝光的一半呈深蓝色深蓝色 结论：光合作用中产生了淀粉（糖类）。结论：光合作用中产生了淀粉（糖类）。第10页，本讲稿共39页18801880年，美国恩格尔曼的实验年，美国恩格尔曼的实验结论：氧由叶绿体释放，叶绿体是光合作用的场所。结论：氧由叶绿体释放，叶绿体是光合作用的场所。水绵的临时水装片水绵的临时水装片在没有空气的环境里在没有空气的环境里黑暗中黑暗中 光照中光照中带状叶绿体螺旋排列带状叶绿体螺旋排列第11页，本讲稿共39页19391939年，美国鲁宾和卡门的实验年，美国鲁宾和卡门的实验结论：光合作用释放的氧全部来自参加反应的水。结论：光合作用释
5、放的氧全部来自参加反应的水。光合作用释放的光合作用释放的O2是来自气体是来自气体CO2还是还是H2O？同位素标记法同位素标记法AB第12页，本讲稿共39页 20世纪世纪40年代，美国年代，美国卡尔文用卡尔文用14CO2供供小球藻小球藻进进行光合作用，最终探明了行光合作用，最终探明了CO2中碳在光合作用中转化中碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径成有机物中碳的途径(14CO214C314CH2O)，称称卡尔文循环卡尔文循环。光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？第13页，本讲稿共39页年代年代科学家科学家结论结论17711771普利斯特利普利斯特利植物可以更新空气植物可以更新空气17791779
6、英格豪斯英格豪斯只有只有在光照下在光照下只有绿叶才可以更只有绿叶才可以更新空气新空气18451845R.R.梅耶梅耶植物在光合作用时植物在光合作用时把光能转变成把光能转变成了化学能了化学能储存起来储存起来18641864萨克斯萨克斯绿色叶片光合作用绿色叶片光合作用产生淀粉产生淀粉18801880恩格尔曼恩格尔曼氧氧由叶绿体释放出来，由叶绿体释放出来，叶绿体叶绿体是是光合作用的场所光合作用的场所19391939鲁宾鲁宾 卡门卡门光合作用释放的光合作用释放的氧氧来自来自水水2020世纪世纪4040代代卡尔文卡尔文光合产物中有机物的光合产物中有机物的碳碳来自来自COCO2 2光合作用探索历程光合作用
7、探索历程第14页，本讲稿共39页光合作用的概念光合作用的概念指绿色植物通过指绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，把，把二氧化碳二氧化碳和和水水转化成储存着能量的有机转化成储存着能量的有机物，并且释放出物，并且释放出氧气氧气的过程。的过程。光合作用的实质光合作用的实质合成有机物，储存能量合成有机物，储存能量第15页，本讲稿共39页原料：原料：产物：产物：条件：条件：场所：场所：CO2、H2O糖类，糖类，O2光光叶绿体叶绿体光合作用光合作用光合作用的总反应式光合作用的总反应式CO2+H2O （CH2O）+O2光能光能叶绿体叶绿体第16页，本讲稿共39页光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分
8、依据:反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能光反应在白天可以进行吗？夜间呢？光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光才能反应有光、无光都能反应有光、无光都能反应第17页，本讲稿共39页H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATP光反应阶段光反应阶段光、色素、酶光、色素、酶叶绿体内的叶绿体内的类囊体薄膜类囊体薄膜上上水的光解：水的光解：H2O H +O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP的合成：的合成：ADPPi 能量（能量（光能光能）ATP酶酶光能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATP中中
9、H场所：场所：条件：条件：物质变化物质变化能量变化能量变化进入叶绿体进入叶绿体基质，参与基质，参与暗反应暗反应供暗反应供暗反应使用使用第18页，本讲稿共39页CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPH糖类糖类卡尔文循环卡尔文循环第19页，本讲稿共39页暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶C3的还原：的还原：ATPH、ADP+Pi叶绿体的叶绿体的基质基质中中 ATP中中活跃活跃的的化学能化学能转变为转变为糖类糖类
10、等等 有机物中有机物中稳定稳定的的化学能化学能2C3 (CH2O)+C5 H2O酶酶糖类糖类H、ATP、酶、酶场所：场所：条件：条件：物质变化物质变化能量变化能量变化CO2 2 五碳化合物五碳化合物 C5 CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶糖类糖类ATPH第20页，本讲稿共39页 联系联系比较光反应、暗反应比较光反应、暗反应光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段条件条件场所场所物质变化物质变化能量变化能量变化光光、色素、酶、色素、酶（不需光）酶、（不需光）酶、H、ATP叶绿体叶绿体类囊体膜类囊体膜叶绿体叶绿体基质基质中中水的光解；水的光解；ATP的
11、生成的生成CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能ATP中活中活 跃化学能跃化学能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供光反应是暗反应的基础，为暗反应提供HH和和ATPATP，暗，暗反应为光反应提供反应为光反应提供ADPADP和和Pi Pi。CO2+H2O （CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体第21页，本讲稿共39页色素分子色素分子可见光可见光C52C3ADP+PiATP2H2OO24H多种酶多种酶酶酶(CH2O)CO2吸收吸收光解光解能能固定固定还还原原酶酶光反应光反应暗反应暗反应光合作用总过程：光合作用总过程：第22
12、页，本讲稿共39页光反应光反应H2O 2 H+1/2O2+Pi+光能光能ATP酶酶ADP水的光解：ATPATP的合成的合成：暗反应暗反应CO2的还原：2C2C3 3+H (CH+H (CH2 2O)+CO)+C5 5酶酶ATPATPCO2的固定：CO2+C5 2C3酶酶总结：总结：第23页，本讲稿共39页原料和产物的对应关系：原料和产物的对应关系：（CH2O）CHOCO2CO2H2OO2H2O能量的转移途径：能量的转移途径：碳的转移途径：碳的转移途径：光能光能ATPATP中中活跃活跃的化学能的化学能(CH2O)中中稳定稳定的化学能的化学能CO2C3（CH2O）第24页，本讲稿共39页 光合作用
13、是植物体一切生物生命活光合作用是植物体一切生物生命活动的基础，动的基础，光反应和暗反应光反应和暗反应是一个整体，是一个整体，二者紧密联系、二者紧密联系、相互影响相互影响、相互促进相互促进。第25页，本讲稿共39页下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：图中图中A A是是_,B_,B是是_,_,它来自于它来自于_的分解。的分解。图中图中C C是是_，它被传递到叶绿体的，它被传递到叶绿体的_部位，用于部位，用于_ 。图中图中D D是是_，在叶绿体中合成，在叶绿体中合成D D所需的能量来自所需的能量来自_图中图中G_,FG_,F是是_,J_,J是是
14、_图中的图中的H H表示表示_，H H为为I I提供提供_光光H2OBACDE+PiFGCO2JHI2水水H基质基质用作还原剂，还原用作还原剂，还原C3ATP色素吸收色素吸收的光能的光能光反应光反应H和和ATP色素色素C5化合物化合物C3化合物化合物糖类糖类第26页，本讲稿共39页绿色植物的光合作用与呼吸作用的比较：光合作用光合作用 有氧呼吸有氧呼吸在哪些细在哪些细胞进行胞进行反应场所反应场所反应条件反应条件物质转化物质转化能量转变能量转变联系联系含叶绿体的细胞含叶绿体的细胞叶绿体叶绿体线粒体（主要场所）线粒体（主要场所）光、色素、酶光、色素、酶氧气、酶氧气、酶无机物无机物 有机物有机物活细胞
15、活细胞光能转变为化学能光能转变为化学能储存储存在在有机物中有机物中将有机物中的能量将有机物中的能量释放释放出出来，一部分转移到来，一部分转移到ATPATP中中光合作用光合作用的产物为细胞呼吸提供了物质基础的产物为细胞呼吸提供了物质基础有有机物和氧气；机物和氧气；细胞呼吸细胞呼吸产生的二氧化碳可被光合产生的二氧化碳可被光合作用所利用作用所利用分解有机物分解有机物第27页，本讲稿共39页光能转换为生命动力的过程光能光能光光反应反应ATPATP中活中活跃的化跃的化学能学能有机物有机物中稳定中稳定的化学的化学能能各项生各项生命活动命活动ATPATP中活中活跃的化跃的化学能学能利用利用细胞细胞呼吸呼吸光
16、合作用光合作用暗暗反应反应直接的能量来源：直接的能量来源：ATP最终的能量来源：最终的能量来源：太阳的光能太阳的光能第28页，本讲稿共39页细菌细菌能够利用体外环境中的能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释某些无机物氧化时所释放的能量放的能量来制造有机物的合成作用来制造有机物的合成作用 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类等少数种类的细菌的细菌化能合成作用化能合成作用2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+能量能量硝化细菌硝
17、化细菌6CO6CO2 2+6H+6H2 2O 2CO 2C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 2能量能量第29页，本讲稿共39页1.1.自然界中生物生命活动所需有机物和能量的自然界中生物生命活动所需有机物和能量的来源是来源是 。光合作用的意义光合作用的意义光合作用的意义光合作用的意义 光合作用，实现了物质转变和能量转变。光合作用，实现了物质转变和能量转变。是生物界最基本的新陈代谢。是生物界最基本的新陈代谢。第30页，本讲稿共39页2.大气中大气中 O2含量约含量约 21%左右，左右，CO2 含量约含量约 0.03%左右。为什么大气中的左右。为什么大气中的 O2 和和 CO2 含量能
18、维持相对稳定呢？含量能维持相对稳定呢？自动净化器自动净化器第31页，本讲稿共39页3.3.光合作用在地球上生物的漫长进化过程中有光合作用在地球上生物的漫长进化过程中有 什么作用？什么作用？蓝藻类生物光合放氧，使有氧呼吸的生物蓝藻类生物光合放氧，使有氧呼吸的生物得以发生和发展。得以发生和发展。形成臭氧层，保护地球上的水生生物登陆。形成臭氧层，保护地球上的水生生物登陆。第32页，本讲稿共39页光合作用原理的运用光合作用原理的运用l植物自身因素植物自身因素l环境因素对光合作用的影响环境因素对光合作用的影响1）光照）光照2）温度）温度3）二氧化碳浓度）二氧化碳浓度4）水分）水分5）矿质元素）矿质元素第
19、33页，本讲稿共39页1.影响光合作用效率的因素光照强度光照强度光照强度释释释释放放放放COCO2 2吸吸吸吸收收收收COCO2 2ABC阳生植物阳生植物阳生植物阳生植物阴生植物阴生植物B：光补偿点：光补偿点：光补偿点：光补偿点C：光饱和点：光饱和点光补偿点、光饱和点光补偿点、光饱和点：阳生植物阳生植物 大于大于 阴生植物阴生植物A：呼吸速率：呼吸速率C光合作用不再继续增大的原因？光合作用不再继续增大的原因？第34页，本讲稿共39页2.影响光合作用效率的因素CO2CO2浓度浓度释释释释放放放放COCO2 2吸吸吸吸收收收收COCO2 2ABCB：CO2补偿点补偿点补偿点补偿点C：COCO2饱和
20、点饱和点A：呼吸速率：呼吸速率C光合作用不再继续增大的原因？光合作用不再继续增大的原因？第35页，本讲稿共39页光合作用是在酶的催化下进行的，温度直光合作用是在酶的催化下进行的，温度直接影响酶的活性。一般植物在接影响酶的活性。一般植物在10103535下正常进行光合作用。下正常进行光合作用。3.3.影响光合作用的因素影响光合作用的因素温度温度第36页，本讲稿共39页NN：光合酶及光合酶及NADPNADP+和和ATPATP的重要组分的重要组分P P：NADPNADP+和和ATPATP的重要组分；维持叶绿的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能体正常结构和功能K K：促进光合产物向贮藏器官运输促进光合
21、产物向贮藏器官运输MgMg：叶绿素的重要组分叶绿素的重要组分 4.4.影响光合作用的因素影响光合作用的因素矿质营养矿质营养第37页，本讲稿共39页控制光照强弱控制光照强弱控制温度控制温度控制控制COCO2 2供应供应控制必需矿质元素供应控制必需矿质元素供应控制控制H H2 2O O供应供应提高复种指数（轮作）提高复种指数（轮作）应用应用提高农作物产量的措施提高农作物产量的措施适时适量施肥适时适量施肥合理灌溉合理灌溉保持昼夜温差保持昼夜温差增加光能利用率增加光能利用率提高光合作用效率提高光合作用效率延长光合作用时间延长光合作用时间增加光合作用面积增加光合作用面积合理密植合理密植间作套种间作套种阴
22、生植物阴生植物阳生植物阳生植物通风透光通风透光在温室中施有机肥在温室中施有机肥使用使用COCO2 2发生器发生器第38页，本讲稿共39页光合作用强度光合作用强度l光合作用强度指的是植物在单位时间内通过光合作用制造糖类光合作用强度指的是植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。的数量。l表示方法：用一定时间内表示方法：用一定时间内原料消耗原料消耗或或产物生成产物生成的数量来定量的数量来定量的表示。的表示。l实际（真）光合作用强度实际（真）光合作用强度是是植物在光照下实际消耗二氧化植物在光照下实际消耗二氧化碳的量碳的量，但植物在进行光合作用时也进行呼吸作用，会同，但植物在进行光合作用时也进行呼吸作用，会同时放出二氧化碳。时放出二氧化碳。l在光照下测得的在光照下测得的COCO2 2的吸收量的吸收量为为表面（净）光合作用强度表面（净）光合作用强度。第39页，本讲稿共39页