第四讲：光合作用与生物固氮

第二章光合作用与生物固氮第一节光合作用叶绿体色素吸收光谱图叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素色素分布在囊状结构薄膜上叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光主要吸收蓝紫光种类颜色分布主要吸收的光光光光ACDH2ONADP+NADPHADP+PiATPO2H+eC3C5CO2（CH2O）光能转换成电能电能转换成活跃的化学能活跃的化学能转换成稳定的化学能光反应暗反应吸收传递光能的色素（囊状结构薄膜上进行）（叶绿体基质中进行）eee还原知识体系建构思考：光能在叶绿体中的转换中物质变化和能量变化反应阶段能量变化物质变化光反应暗反应光能转化成电能水在光下分解电能转换成活跃的化学能NADPH的形成ATP的形成CO2的固定CO2还原及糖类等有机物的形成活跃的化学能转换成稳定化学能光能在叶绿体中的转换--(小结)水的光解：NADPH的形成：ATP的形成：ADP+Pi+电能ATP酶NADP++2e+H+NADPH酶2H2OO2+4H++4e-光色素关注和能量转换有关的重要物质光能在叶绿体中的转换--(小结)ATP和NADPH特殊状态的叶绿素aEF例题：下图是光能转换成电能的示意图，依图简答：（1）光能转换成电能，电能转换成活跃的化学能，是在叶绿体的进行的。（2）图中B代表的色素是。A代表的色素是。（3）图中C和D是。（4）E是，当它得到和就形成这样一部分电能转换成储存在F中。囊状结构薄膜上天线色素作用中心色素电子传递的中间物质NADP+NADPH电子[H]活跃的化学能NADPH（5）光能在叶绿体中的转换过程中，变成强氧化剂，是很强的还原剂。（6）在光的照射下，叶绿体内能形成电子流的原因是由于少数处于特殊状态的连续不断地和的缘故。EF（7）在光合作用中，光能转换成电能时，电子来自___，最终传递给。二氧化碳被固定时，既要接受释放的能量，又要被_________还原。水NADP+，ADP和PiNADPH和ATPNADPHNADPH失去电子的叶绿素a叶绿素a得电子失电子C3植物：只有C3途径的植物（水稻、小麦、马铃薯）C3、C4植物C4植物：具有C4途径的植物（玉米、高粱、甘蔗）栅栏组织海绵组织C3植物和C4植物叶片结构的区别C3植物C4植物维管束维管束鞘细胞叶肉细胞C4植物光合作用过程1、C4植物和C3植物CO2固定的途径分别有几条？2、上述途径分别发生在什么细胞内？思考?小大无叶绿体含没有基粒的叶绿体无有比较项目植物种类维管束鞘细胞有无围绕着维管束的“花环”细胞大小是否有叶绿体C3植物和C4植物叶片结构特点CO2的受体CO2固定后的产物CO2固定的场所C3还原的场所ATP和NADPH的作用对象暗反应途径C3植物C4植物C3PEPC5C3C3途径C3C4途径C3途径C4C3C5叶肉细胞的叶绿体叶肉细胞的叶绿体维管束鞘细胞的叶绿体叶肉细胞的叶绿体维管束鞘细胞的叶绿体C3植物和C4植物光合作用比较1.在高温、光照强烈、干旱的条件下适合种植哪一种植物？2.科学家发现C4植物在进行光合作用时，叶片中只有维管束鞘细胞内出现淀粉粒，叶肉细胞中没有淀粉粒；C3植物的情况正好相反。请你解释出现这些情况的原因。思考?C4植物C4植物有机物生成场所在维管束鞘细胞而C3植物在叶肉细胞中C3和C4植物的鉴定方法生理鉴定结构鉴定化学鉴定原理过程和条件现象和指标结论甲乙在强光照、干旱、高温下，C4植物能利用较低浓度的CO2进行光合作用，而C3植物不能①生长状况相似②一株生长正常一株枯萎死亡生长状况密闭、强光照干旱、高温C4植物有花环型的两圈细胞，其维管束鞘细胞中有叶绿体，而C3植物没有过叶脉、横切切片→制片→观察①是否有花环型的两圈细胞.②维管束鞘细胞是否有叶绿体C4植物合成淀粉的场所是维管束鞘细胞的叶绿体，而C3则是叶肉细胞.酒精能溶解色素,淀粉遇碘变蓝.脱绿→染色→切片→制片→观察出现蓝色颗粒的部位是叶肉细胞还是维管束鞘细胞.过叶脉、横切CO2+2H2O*光能叶绿体（CH2O）+O2*原料条件产物请同学们讨论，提高光合作用效率的方法？增加CO2浓度增加水分增强光照矿质元素温度/叶面积影响光合作用的因素1、CO2浓度对光合作用的影响CO2补偿点CO2饱和点C3植物···C4植物CO2吸收量OCO2释放量思考?1、描述曲线的内涵？2、你认为空气中CO2含量最可能是哪一点？3、如何提高大田和温室中CO2的含量？CO2浓度DCAB4、在此图上，你能画出C4植物的大概曲线图吗？(mg/dm2。h)增加CO2的措施：空气中CO2含量一般占330mg/L，与植物光合所需最适浓度（1000mg/L）相差太远。1、合理密植，通风透光2、增施农家肥，秸秆深埋3、施放NH4HCO34、日光温室可以与养殖场的鸡舍和猪圈相连5、使用CO2发生器增加CO2可以提高光合效率，但是无限制地在全球范围内提高CO2浓度，会产生“温室效应”CO2吸收量OCO2释放量光照强度黑暗中呼吸所放出的CO2光补偿点光饱和点净光合量总光合量阴生植物···BC阳生植物2、光照强度对光合作用的影响思考?A1、在此图上，你能画出胡椒的大概曲线图吗？01234N含量光合效率（相对值）321水稻叶片N含量与光合效率的关系3、矿质元素对光合作用的影响思考?1、N元素究竟与光合作用有怎样的关系呢？2、水稻的高产还离不开哪些必需矿质元素？3、施加肥料时我们还应注意哪些事项呢？适时适量，增强呼吸作用和蒸腾作用4、温度对光合作用的影响正常的光照强度下，在一定的温度范围内，提高温度会促进光合作用的进行。但提高温度也会促进呼吸作用。所以植物净光合作用的最适温度不一定就是植物体内酶的最适温度。AB从这张表中，你想到了什么？0510152025303540512151924光合作用速率Timeofday(h)C3C4光合速率的日变化思考：C3植物中午为什么光合作用的速率下降？C4植物为什么没有此现象？4、温度对光合作用的影响5、叶面积对光合作用的影响叶面积指数与光合作用的关系多因素对光合作用的影响光合作用速率高光照强度30°C20°C10°CO光合作用速率高CO2浓度中CO2浓度低CO2浓度O高光照强度高光照中光照低光照O温度光合作用速率提高光能利用率的目的－提高农作物产量1、延长光合作用时间：复种（合理密植）提高光能利用率与光合作用效率的关系提高光能利用率3、提高光合作用效率2、增加光合作用面积：合理密植光照强弱的控制CO2的供应必需矿质元素的供应1.光合作用强度2.光合作用速率3.单位面积单位时间内CO2的变化量表示方法(05高考)下图表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。P点的生物学含义是()A．无光合作用，有呼吸作用B．光合作用与呼吸作用达到动态平衡C．无呼吸作用，有光合作用D．光合作用与呼吸作用都不进行B（2004江苏）过去人们以为作物播种密度越大，产量越高。在保证营养需要的情况下，有人对小麦是产量与播种量的关系进行了研究，结果如下图所示。（1）略有下降（2）植株过密，叶片接受光照不足；通风透气差，CO2供应不足（1）根据上图分析，当播种密度过大时小麦产量将_____.（2）从影响光合作用效率的因素分析，产生上述现象的原理是_______________________。（05高考）在高等植物细胞中，线粒体和叶绿体是能量转换的重要细胞器，请回答以下问题：(1)叶绿体中合成ATP的能量来源是，合成的ATP用于，释放的氧气的来源是，CO2除来自大气外还来源于。(2)线粒体中合成ATP的能量来源．合成的ATP用于．吸收的氧气除来自大气外还来源于．（3）将提取的完整线粒体和叶绿体悬浮液，分别加入盛有丙酮酸溶液和NaHCO3溶液的两支大小相同的试管中，给予充足光照，都会产生气泡请问这两种气泡成分是否一样?请解释原因。(4)假如将上述两支试管移入黑暗的环境中，保持温度不变，两支试管产生气泡的量分别有什么变化?为什么?光能CO2的还原水的分解呼吸作用有机物的分解生命活动光合作用（4）前者基本不变，后者逐渐减少直至停止。因为光是光合作用的必需条件，在温度恒定时，呼吸作用基本稳定。（3）不一样。因为丙酮酸在线粒体中进行有氧呼吸，产生了CO2，而叶绿体利用HCO3—进行光合作用产生O2；•氮在植物体中的含量与作用1)、含量很小2)、是蛋白质的主要成分，占16～18％，细胞质、细胞核和酶的组成成分。3)、核酸、磷脂、叶绿素等化合物中都含有氮。氮为基本生命元素•氮素吸收的形式：1、无机态氮，即铵态氮和硝态氮•化合态氮的形成：工业固氮；高能固氮；生物固氮(主要方式)2、有机态氮，如尿素等。（主要）•什么叫做生物固氮？固氮微生物将大气中的N2还原为NH3的过程。共生固氮微生物自生固氮微生物根瘤菌→豆科植物放线菌→非豆科植物蓝藻→水生的某些植物等圆褐固氮菌等•固氮微生物有哪些种类？指与一些绿色植物互利共生的固氮微生物。共生固氮微生物概念：根瘤菌举例：根瘤菌固定的氮素占自然界生物固氮总量的绝大部分小型氮肥厂原核生物根瘤菌细胞结构特点：异养需氧型根瘤菌的新陈代谢类型：1）根瘤菌只有侵入豆科植物根内才能固氮。2）不同的根瘤菌各自只能侵入特定种类的豆科植物。（特异性）根瘤菌的固氮特点：—无核仁、核膜、染色体等结构，有DNA和核糖体(有氧呼吸的场所在细胞膜)互利共生关系根瘤菌与豆科植物的关系是什么？提供可直接利用的氮素。提供有机养料和生活环境。二者的互利共生关系具体表现在？根瘤菌→豆科植物：豆科植物→根瘤菌：自生固氮微生物指在土壤中能够独立进行固氮的微生物。多数是自生固氮菌（细菌）概念：杆菌、短杆菌，单生或对生。“8”字形排列，外面有荚膜。自生固氮菌特点及常见类型：常见类型：圆褐固氮菌（应用最多）1）较强的固氮能力2）能分泌生长素圆褐固氮菌的功能：制成菌剂，施用到土壤中，可以提高农作物的产量。圆褐固氮菌的应用：氮循环工业固氮高能固氮生物固氮有机氮合成氨化作用硝化作用反硝化作用O2不足硝化细菌反硝化细菌以有机氮形式来传递。•生物群落中的氮素是以什么形式传递的呢？•氮循环中有哪几个主要的过程？•生物群落与无机环境之间以什么形式循环的？有何特点？N2、NO3-、NH3反复循环1）固氮作用2）有机氮合成作用3）氨化作用4）硝化作用5）反硝化作用农田的表层土壤中，自生固氮菌的含量比较多。将用表土制成的稀泥浆，接种到无氮培养基上进行培养。在这种情况下，只有自生固氮菌才能生长繁殖。用这种方法，可以将自生固氮菌与其他细菌分离开来。根据固氮微生物与非固氮微生物的特点，思考如何将自生固氮微生物与土壤中的其他细菌等微生物分离？