光合作用文科.pptx
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1、思考:菟丝子是异养型生物还是自养型生物?思考:自养生物和异养生物的区别?自养生物:以二氧化碳和水等为原料,通过叶绿体,利用光能合成糖类等有机物,这些有机物为其自身的生长、发育和繁殖提供物质和能量异养生物:直接或间接依靠自养生物的光合产物生活如:植物、藻类、蓝细菌 如:人、动物、真菌和大部分细菌 判断:能够制造有机物的生物为自养生物。同化作用:又叫合成代谢,生物体把从外界环境中获取的营养物质转变成自身的组成物质,并且储存能量的变化过程。异化作用:又叫分解代谢,是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解,释放出其中的能量,并且把分解的最终产物排出体外的变化过程。非己变成自己:消化过程、光合作用呼
2、吸作用数据:地球表面上的绿色植物每年大约制造4400亿吨有机物;地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.111018kJ,这个数字大约相当于24万个三峡水电站所发出的电力。光合作用是指绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物,并且释放氧气的过程。(狭义的)光合作用的定义:C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O光能叶绿体光合作用的反应式:1、光合作用的场所叶绿体(1)分布:叶肉细胞(主要)保卫细胞幼嫩茎的皮层细胞某些果实的表皮细胞等(2)形态:扁平的椭圆形或球形外膜外膜内膜内膜基粒基粒基质基质类囊体类囊体1、光合作用的场所叶绿体(3)结构:外膜、内膜、
3、基粒、基质(4)捕获光能的色素位于 类囊体的薄膜上(即光合膜上)活动绿叶中色素的提取和分离活动绿叶中色素的提取和分离实验原理:提取(无水乙醇)、分离(层析液)目的要求:绿叶中色素的提取和分离及色素的种类材料用具:新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤:1.提取绿叶中的色素 2.制备滤纸条 3.画滤液细线 4.分离绿叶中的色素 5.观察和记录称取5g左右的鲜叶,剪碎,放入研钵中。加少许的石英砂(充分研磨)和碳酸钙(中和细胞中的酸,防止镁从叶绿素分子中移出)与10ml无水乙醇。在研钵中快速研磨。将研磨液进行过滤。(橙黄色)(黄色)(蓝绿色)(黄绿色)色素的分离结果最少最多类胡萝卜类胡萝卜素素
4、叶绿素叶绿素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b胡萝卜胡萝卜素素叶黄素叶黄素吸收可见吸收可见的太阳光的太阳光叶绿素主要吸收叶绿素主要吸收红光红光和和蓝紫光蓝紫光类胡萝卜素主类胡萝卜素主要吸收要吸收蓝紫光蓝紫光色素色素基粒基粒(类囊体类囊体)光合膜光合膜(橙黄色橙黄色)(黄色黄色)(蓝绿色蓝绿色)(黄绿色黄绿色)ACD色素的功能:吸收、传递和转化光能色素的功能:吸收、传递和转化光能可见光透过三棱镜可见光透过三棱镜可见光透过色素提取液可见光透过色素提取液在在1883年,德国生物学家恩格尔曼用巧妙年,德国生物学家恩格尔曼用巧妙的实验研究了光合作用的作用光谱。的实验研究了光合作用的作用光谱。40050
5、0600700波长/nm叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿体色素吸收光谱光合作用的作用光谱和单纯的叶绿素的吸收光谱不一样,而和各种光合色素的总吸收光谱大致相同。不同波长的光照射均可以进行光合作用,但是光照强度一样前提下,红光和蓝紫光照射光合效率更高。光反应光反应(需要光)(需要光)碳反应碳反应(不需要光)(不需要光)二、光合作用过程二、光合作用过程光反应包括许多反应,其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体(称为光系统I和光系统II)中的电子被光激发的反应。光系统光系统光系统光系统ATP合酶合酶Cytob6复合体复合体基质基质基质基质类囊体膜类囊体膜类囊体腔类囊体腔 基粒基粒基质基质类囊体腔类囊
6、体腔光合作用的光反应示意图光合作用的光反应示意图光合作用的光反应示意图光合作用的光反应示意图光系统光系统光系统光系统IIIIIIII光系统光系统光系统光系统I I I IH H H H2 2 2 2O OO OO OO O2 2 2 2+2H+2H+2H+2H+1 1 1 12 2 2 2高能电子高能电子高能电子高能电子高能电子高能电子高能电子高能电子思考:光反应中能量的转换?1、CO2的固定3个CO2与3个RuBP(核酮糖二磷酸)反应生成3个六碳分子,这3个六碳分子随即分解成6个三碳酸(3-磷酸甘油酸)2.还原6分子三碳酸(3-磷酸甘油酸)接受6分子ATP的磷酸基团和6分子NADPH的氢,形
7、成6分子的三碳糖(3-磷酸甘油醛)【其中1分子三碳糖转化为葡萄糖等己糖和各种多糖如淀粉,但这些反应不属于卡尔文循环】3.RuBP的再生5分子的三碳糖转变为3分子的五碳糖(RuBP)1)场所:叶绿体基质CO2+C5(RuBp)C6酶酶2C3三碳糖ATP、NADPH3个CO26个三碳糖1个保持用于糖的生成或其他5个经一系列变化再生为3个RuBp3)条件:酶、ATP、NADPH2)物质变化:4)能量变化:ATP、NADPH中的活跃化学能转变成有机物中稳定的化学能5)产物:三碳糖酸酸酸酸核酮糖二磷酸核酮糖二磷酸(RuBP)光反应阶段与碳反应阶段的比较光反应阶段与碳反应阶段的比较项目项目光反应阶段光反应
8、阶段碳反应阶段碳反应阶段区区别别场所场所条件条件物质物质变化变化能量能量转换转换联系联系叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中叶绿体的基质中光光、色素、色素、酶酶酶酶、NADPH、ATP(有无光均可有无光均可)水在光下裂解水在光下裂解光能光能ATP、NADPH中活跃的化学能中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学中活跃的化学能能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能CO2+C52三碳酸三碳酸酶酶CO2的固定的固定:ATP的合成的合成1、光反应是碳反应的基础,光反应为碳反应的进行提供、光反应是碳反应的基础,光反应为碳反应的进行提供NADPH和和ATP2、碳反应是光反应的继续
9、,碳反应水解、碳反应是光反应的继续,碳反应水解ATP生成生成ADP和和Pi为光反应的物质为光反应的物质(ATP)合成提供原料合成提供原料CO2的还原的还原:2三碳酸三碳酸三碳糖三碳糖NADPH、ATP酶酶C5NADP+被还原成被还原成NADPHADP+Pi+ADP+Pi+能量能量能量能量ATPATP酶酶HH2 2OO1/21/2OO2 2+2H+2H+2e+2e-光光光光 碳反应的产物又是如何被植物体利用的呢?COCO2 2三碳糖三碳糖淀粉淀粉脂脂 质质氨基酸氨基酸蛋白质蛋白质三碳糖三碳糖其他代谢其他代谢细胞呼吸细胞呼吸蔗蔗 糖糖 类囊体C52C3ADP+PiATPH2OO2多种酶酶酶 三碳糖
10、CO2可见光光解能能固定还原光反应(基粒的类囊体膜上)碳反应(叶绿体的基质中)光合作用过程的图解光合作用过程的图解H+e-NADPHNADP+酶 1 2 3 45687109 植植物物的的光光合合作作用用受受内内外外因因素素的的影影响响,而而衡衡量量内内外外因因素素对对光光合作用影响程度的常用指标是光合速率。合作用影响程度的常用指标是光合速率。一、一、光合速率及表示单位光合速率及表示单位 光光合合速速率率通通常常是是指指单单位位时时间间单单位位叶叶面面积积的的COCO2 2吸吸收收量量或或O O2 2的的释释放量,也可用单位时间单位叶面积上的干物质积累量来表示。放量,也可用单位时间单位叶面积上
11、的干物质积累量来表示。COCO+H+HO O 叶绿体叶绿体 (CH(CHO)O)O O COCO2 2吸收量吸收量 干物质积累量干物质积累量 O O2 2释放量释放量 总光合作用:总光合作用:(真正光合速率)(真正光合速率)净光合作用净光合作用:(表观光合速率)(表观光合速率)注意区别:注意区别:COCO2 2的吸收量和的吸收量和COCO2 2的吸收总量的吸收总量 积累和制造积累和制造 光光 总光合速率总光合速率=净光合速率净光合速率+呼吸作用速率呼吸作用速率下列哪些词代表总光合作用速率,哪些下列哪些词代表总光合作用速率,哪些代表净光合作用速率?代表净光合作用速率?CO2的吸收量(mg/cm2
12、h)、CO2的吸收总量、O2释放量、O2的产生量、二氧化碳同化量、有机物积累量、有机物制造量总光合作用速率:CO2的吸收总量、O2的产生量、二氧化碳同化量、有机物制造量净光合作用速率:CO2的吸收量、O2释放量、有机物积累量影响绿色植物光合作用的因素是多方面的:影响光合作用速率的外界因素有光照、CO2含量、温度、水分和矿质元素等。C C6 6H H1212O O6 6+6O+6O2 26CO6CO2 2+12H+12H2 2O O光能光能叶绿体叶绿体+6H+6H2 2O O(一)光照强度对光合作用速率的影响一、光对光合速率的影响分别绘制:以光照强度为横坐标,总光合速率为纵坐标的曲线;以光照强度
13、为横坐标,以单位时间单位面积的二氧化碳吸收和释放量为纵坐标的曲线。(1)请用规范的语言描述出)请用规范的语言描述出a点,、点,、b点点、c、d点的含义点的含义2(2001天津卷改编题天津卷改编题)简答简答植物的新陈代谢受外部环境因植物的新陈代谢受外部环境因子子(如光、温度如光、温度)和内部因子和内部因子(如激素如激素)的影响,研究内、外因的影响,研究内、外因子对植物生命活动的影响具有重要意义。右图表示野外松子对植物生命活动的影响具有重要意义。右图表示野外松树树(阳生植物阳生植物)光合作用强度与光照强度的关系。其中的纵坐光合作用强度与光照强度的关系。其中的纵坐标表示松树整体表现出的吸收标表示松树
14、整体表现出的吸收C02和释放和释放C02量的状况。量的状况。请分析回答请分析回答(12分分):(2)如果白天光照强度较长时期为如果白天光照强度较长时期为a,植物能不能正常生长,植物能不能正常生长?为什么为什么?。(3)如将该曲线改绘为人参(阴生如将该曲线改绘为人参(阴生植物)光合作用强度与光照强度关植物)光合作用强度与光照强度关系的曲线,系的曲线,b点的位置应如何移动,点的位置应如何移动,为什么为什么?。吸吸收收CO2释释放放CO2ab光强光强cda 点:进行光合作用所吸收的点:进行光合作用所吸收的CO2与该条件下植物进行呼吸作用所与该条件下植物进行呼吸作用所释放的释放的CO2量相等时的光照强
15、度量相等时的光照强度b 点:光合作用强度达到最大时的最低光照强度点:光合作用强度达到最大时的最低光照强度不能。光照强度为不能。光照强度为a时,光合作用形成的有机物和呼吸作用消耗时,光合作用形成的有机物和呼吸作用消耗的有机物相等,但晚上只进行呼吸作用。因此,从全天看,消耗大的有机物相等,但晚上只进行呼吸作用。因此,从全天看,消耗大于积累,植物不能正常生长。于积累,植物不能正常生长。左移,与松树比较,人参光合作用强度达到最左移,与松树比较,人参光合作用强度达到最高点时,所需要的光照强度比松树低。高点时,所需要的光照强度比松树低。光饱和点1、曲线分析要注意、曲线分析要注意起点、交点、拐点及总体趋势起
16、点、交点、拐点及总体趋势2、光照强度较弱时的限制性因素?达到光饱和点后的限制性因素?、光照强度较弱时的限制性因素?达到光饱和点后的限制性因素?在生产上的应用在生产上的应用 1、延长光合作用时间:如轮种、延长光合作用时间:如轮种2、增加光合作用面积:合理密植,合理采伐、增加光合作用面积:合理密植,合理采伐、间作间作(如大豆与玉米的间作)(如大豆与玉米的间作),套种,套种3.19世纪世纪80年代,美国科学家恩格尔曼做了这样一个实验,年代,美国科学家恩格尔曼做了这样一个实验,他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,惊奇地发现大他用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光
17、。从这个实验中你能量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光。从这个实验中你能得出什么结论?得出什么结论?叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用,放出氧气叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用,放出氧气(二)光质对光合作用速率的影响右图表示某植物在不同温度下,在一右图表示某植物在不同温度下,在一定光照条件下,实际的光合作用量定光照条件下,实际的光合作用量(曲线(曲线)和呼吸量(曲线)和呼吸量(曲线)的)的变化情况(变化情况(可见光合作用量实际可见光合作用量实际光合量呼吸量光合量呼吸量),试回答:),试回答:(1)这株植物重量增加最快时,)这株植物重量增加最快时,温度约为温度约为。(2)曲线
18、)曲线AB段表示段表示_(3)曲线)曲线BC段表示段表示_(4)曲线)曲线DC段表示段表示_(5)20时的实际光合作用量大致与时的实际光合作用量大致与的实际光合作用量的实际光合作用量相等。相等。(6)这个植物的重量在)这个植物的重量在 后开始减少。后开始减少。20在一定的温度范围内,在一定的温度范围内,绿色植物的光合作用率随着温度的升高而提高绿色植物的光合作用率随着温度的升高而提高当温度超过一定的限度时,当温度超过一定的限度时,绿色植物的光合作用率反而随温度的升高而降低绿色植物的光合作用率反而随温度的升高而降低在在40以内,植物的呼吸作用随温度的升高而逐渐提高以内,植物的呼吸作用随温度的升高而
19、逐渐提高3038左右左右二、温度温度对光合速率的影响1.以测定的以测定的CO2吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合吸收量与释放量为指标,研究温度对某绿色植物光合作用与呼吸作用的影响,结果如图所示。下列分析正确的是作用与呼吸作用的影响,结果如图所示。下列分析正确的是A.光照相同时间,光照相同时间,355时光合作用制造的有机物的量与时光合作用制造的有机物的量与30时相等时相等B.光照相同时间,在光照相同时间,在20条件下植物积累的有机物的量最多条件下植物积累的有机物的量最多C.温度高于温度高于25时,光合作用制造的有机物的量开始减少时,光合作用制造的有机物的量开始减少D.两曲线的交点表示
20、光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有机物的量相等量相等A4.下列图下列图A表示某植物细胞的部分细胞结构和相关代谢情况,表示某植物细胞的部分细胞结构和相关代谢情况,af指指的是的是O2或或CO2。图。图B表示在适宜的条件下,环境中的表示在适宜的条件下,环境中的CO2浓度与浓度与CO2吸收量之间的关系曲线,吸收量之间的关系曲线,m点是能够进行光合作用的点是能够进行光合作用的CO2最低浓度。最低浓度。据图回答下列问题:据图回答下列问题:(1)请在图请在图B中绘出中绘出b点之前的部分,使曲线完整,与点之前的部分,使曲线完整,与Y轴的交点为轴的交点为a。
21、(2)请描述出请描述出c,n点的含义点的含义(3)当当CO2浓度分别为浓度分别为c和和n时,图时,图A中,对应的中,对应的af过程分别是:过程分别是:c:;n:。BabcdefAobcdmnCO2浓度浓度CO2吸收吸收量量C点:进行光合作用所吸收的点:进行光合作用所吸收的CO2与该条件下植物进行呼吸作用所与该条件下植物进行呼吸作用所释放的释放的CO2量相等时的二氧化碳浓度量相等时的二氧化碳浓度N点:光合作用强度达到最大时的最低二氧化碳浓度点:光合作用强度达到最大时的最低二氧化碳浓度AabAabef三、CO2浓度浓度对光合速率的影响5.下图为在夏季晴朗白天,某下图为在夏季晴朗白天,某种绿色植物叶
22、片光合作用强度种绿色植物叶片光合作用强度的变化曲线图,分析曲线图并的变化曲线图,分析曲线图并回答:回答:1、为什么、为什么7-10时的光合作用强度不断增强?时的光合作用强度不断增强?2、为什么、为什么12时左右的光合作用强度明显减弱?时左右的光合作用强度明显减弱?3、为什么、为什么1417时的光合作用强度不断下降?时的光合作用强度不断下降?因为在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下,光合因为在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下,光合作用的强弱是随着光照的加强而增强的作用的强弱是随着光照的加强而增强的 因为此时光照强度过大,温度很高,蒸腾作用很强,叶片(保卫细胞)失水,因为此时光照强度过大,温度很
23、高,蒸腾作用很强,叶片(保卫细胞)失水,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不断减弱光照强度不断减弱四、水分对光合速率的影响6.实验证明矿质元素会直接或间接地影响光合作用。图实验证明矿质元素会直接或间接地影响光合作用。图7示水稻叶片示水稻叶片氮、磷含量与光合作用速度的关系,请据图氮、磷含量与光合作用速度的关系,请据图7回答:回答:(1)水稻叶片的氮、磷含量与光合作用速度之间有何关系)水稻叶片的氮、磷含量与光合作用速度之间有何关系?(2)根据光合作用的过程和原理分析氮、磷两种元素是如何影响)根据光合作用的过程和原
24、理分析氮、磷两种元素是如何影响光合作用速度的光合作用速度的?图图7(1)在一定范围内,氮、磷的含量越多,光合作用的速度越快。(2)缺磷会影响ATP、NADPH的合成,从而影响光合作用的速度;磷在维持叶绿体的结构和功能上起重要作用,缺磷会影响叶 绿体的结构和功 缺氮影响光合作用过程中各种酶以及NADP+和ATP的形成;适量的氮可以促进植物枝繁叶茂,光合作用旺盛。五、矿质元素对光合速率的影响各种环境因素对光合作用的影响是综合性的。各种环境因素对光合作用的影响是综合性的。高温高温高高CO2百分含量百分含量低低CO2百分含量百分含量低温低温光光合合速速率率思考:思考:1、在光照强度较弱时,改变、在光照
25、强度较弱时,改变CO2浓度和温度对光合速率有浓度和温度对光合速率有无显著影响?无显著影响?2、冬季,植物能否以最快的速率生长?、冬季,植物能否以最快的速率生长?3、森林里的仙人掌能否较好的生长?、森林里的仙人掌能否较好的生长?光照强度光照强度光合作用中的几个难点问题光合作用中的几个难点问题一、限制性因素分析的问题:一、限制性因素分析的问题:x光合作用强度cbda25251515氧氧气气释释放放速速度度(毫毫克克/小小时时)0 2 4 6 8 100 2 4 6 8 1060600 020204040-20-20光照强度(千勒克斯)光照强度(千勒克斯)光反应光反应光饱和现象之所以产生,是因为电子
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