光合作用的原理和应用

2.叶绿体的功能下图是恩格尔曼的实验示意图，据图思考：极细光束照射光束完全曝光(1)恩格尔曼的实验中好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明氧气是由在光照条件下释放出来的。(2)在叶绿体的中，含有多种进行光合作用的酶，说明光合作用的有关生化反应在中进行。(3)据此推断：叶绿体是绿色植物进行的场所。光合作用叶绿体类囊体和基质叶绿体美国科学家恩吉尔曼的实验1．为什么选用水绵做为实验材料？2．为什么选用黑暗并且没有空气的环境？3．为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。先用极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；后用完全曝光的水绵与之做对比，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。二光合作用的原理和应用第五章细胞的能量供应和利用第4节能量之源——光与光合作用人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进的过程，请阅读教材，完成下面内容，理解光合作用的实质。（一）光合作用的探究历程结论：水分是植物建造自身的原料。17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验结论：植物可以更新空气1.普利斯特利的实验(1)实验过程①点燃的蜡烛与绿色植物，密闭——蜡烛不易熄灭。②小鼠与绿色植物，密闭——小鼠不易窒息。(2)实验结论：植物可以因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。(3)不足之处：①没有考虑到的影响。②实验缺少，说服力不强。更新光照空白对照1779年，荷兰的英格豪斯普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。光能化学能储存在什么物质中？德国梅耶2.英格豪斯的实验(1)实验过程：500多次植物更新空气的实验。(2)实验结论：只有在下，植物的部分才能更新空气。(3)不足之处：没有阐明植物吸收和释放的气体的本质，后来人们才明确植物在光下放出的是，吸收的是。3.梅耶根据能量守恒定律推理，植物把能转换成能储存起来。化学阳光照射绿叶氧气二氧化碳光4.萨克斯的实验(1)实验过程(2)实验结论：光合作用的产物除氧气外，还有。(3)实验讨论①把绿叶先在暗处放置24小时的目的是__________________________________________。②该实验如何形成对照的？答案树叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。③本实验除上述结论外，还证明了。光合作用需要光照淀粉消耗掉叶片中原有的淀粉，防止干扰实验结果第一组光合作用产生的O2来自于H2O。H2180C02H20C18O2第二组180202美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）5.鲁宾和卡门的实验(1)实验过程组别提供的H2O提供的CO2产生的O2第1组H218OCO218O2第2组H2OC18O2O2(2)实验结论：光合作用释放的氧气来自。(3)该实验能否同时用8O标记H2O和CO2，然后检测产生氧气中的放射性？答案不行。无法确定放射性是来自H218O，还是C18O2。水美国卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。6.卡尔文的实验(1)实验过程：用标记CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪其放射性。(2)实验结论：探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即循环。卡尔文14C7.根据上述探究总结光合作用的概念(1)场所：。(2)能量来源：。(3)反应物：。(4)产物：。(5)实质：合成，储存。(6)反应式：。能量叶绿体光能二氧化碳和水有机物和氧气有机物CO2＋H2O―――→光能叶绿体(CH2O)＋O2归纳提炼产物是葡萄糖的光合作用反应式(标明了各元素的去向)H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP光反应阶段光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O[H]+O2光能（还原剂）ATP的合成：ADP＋Pi＋光能ATP酶光能转变为ATP中活跃的化学能[H]场所：条件：能量变化物质变化进入叶绿体基质，参与暗反应供暗反应使用CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3C3的还原叶绿体基质多种酶H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP[H]糖类卡尔文循环暗反应阶段CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATP[H]ADP+Pi叶绿体的基质中ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3+(CH2O)酶糖类[H]、ATP、酶场所：条件：能量变化物质变化CO2五碳化合物C5CO2的固定三碳化合物2C3叶绿体基质多种酶糖类ATP[H]（二）光合作用的过程光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，下图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：1.写出各种物质的名称或者符号①；②；③；④；⑤；⑥；⑦。2.写出反应过程的名称Ⅰ：；Ⅱ：；Ⅲ：；Ⅳ：；Ⅴ：。C3的还原叶绿体中的色素O2[H]ATP2C3CO2(CH2O)光反应暗反应水的光解CO2的固定3.光合作用的过程(1)光反应①场所：在上进行。②条件：必须有、叶绿体中的和酶。③过程④能量转变：光能―→中活跃的化学能。水的光解：2H2O――→光能4＋；ATP的生成：ADP＋Pi――→光能酶。ATPATP类囊体的薄膜光色素[H]O2(2)暗反应①场所：在中进行。②条件：需要多种酶参与。③过程CO2的固定：CO2＋―→酶；C3的还原：2C3＋[H]――→ATP酶＋C5。(CH2O)叶绿体基质C52C3④能量转变：ATP中的化学能―→中稳定的化学能。(CH2O)活跃4.光反应和暗反应的联系光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应为暗反应提供和；暗反应为光反应提供和。Pi[H]ATPADP多种环境因素对光合作用有着重要的影响，其中光照的影响最为重要。1.光合作用强度的表示方法一探究光照强弱对光合作用强度的影响单位时间内光合作用产生的有机物的量单位时间内光合作用吸收的量单位时间内光合作用放出的量O2CO2（三）光合作用原理的应用2.探究光照强弱对光合作用强度的影响(1)实验原理：抽去小圆形叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内小圆形叶片上浮的数量越多。(2)实验流程打出小圆形叶片(30片)：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出↓(直径＝1cm)抽出叶片内气体：用注射器(内有清水、小圆形叶片)抽出叶↓片内气体(O2)等小圆形叶片沉水底：将抽出内部气体的小圆形叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部↓沉到水底强、中、弱三种光照处理：取3只小烧杯，分别倒入20mL富含的清水，各放入10片小圆形叶片，↓用强、中、弱三种光照分别照射观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量(3)实验现象与结果分析：光照越强，烧杯内小圆形叶片浮起的数量，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度。不断增强CO2越多3.结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：(1)说出各点代表的生物学意义①A点：光照强度为，只进行。②B点：光合作用强度呼吸作用强度，为光补偿点。③C点：是光合作用达到值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。最大零细胞呼吸等于(2)说出各线段代表的生物学意义①OA段：强度。②AB段：随光照增强，光合作用增强，但仍比呼吸作用弱。③BD段：__________________________________________________________________________。④DE段：______________________________________________________。光合作用强度继续随光照强度的增强而增加，而且光合作用强度大于呼吸作用光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加呼吸作用归纳提炼1.除了光照强度对光合作用有一定影响外，光谱成分也对光合作用强度有影响。红光和蓝紫光有利于光合作用，绿光不适合光合作用。太阳光中各种色光均衡，对植物最有利。2.光合作用速率或称光合作用强度，是指一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行光合作用生成有机物的量(通常用释放多少O2或消耗多少CO2来表示)。包括表观（净）光合作用速率和真正（实际）光合作用速率，它们和光照强度的关系如下图：活学活用1.通过实验测得一片叶子在不同光照强度下CO2吸收和释放的情况如图1所示。图2所示细胞发生的情况与图1曲线中AB段(不包括A、B两点)相符的一项是()二其他环境因素对光合作用强度的影响、光合作用原理的应用1.除光照外，其他环境因素也会影响光合作用(1)温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温度在35℃左右)。(2)二氧化碳浓度在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也。(3)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响的合成；缺少Mg会影响的合成。叶绿素增加不再增加ATP内部因素对光合作用也有着重要的影响，主要包括色素的种类和含量、酶的数量、C5的含量等。如叶龄对叶片光合能力的影响就是内部因素综合作用的结果。(4)多因素对光合速率的影响①图甲中，当光照强度低于P点时，三条曲线重合，说明此时限制光合速率的因素是；当光照强度高于Q点时，此时限制光合速率的因素主要是。②综合上述坐标曲线可知：P点之前时，限制光合速率的因素应为所表示的因素，随其不断加强，光合速率不断提高。当到Q点之后时，要想提高光合速率，可采取适当提高。除横坐标之外的其他因素光照强度温度横坐标2.将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来提高农作物光合作用强度的措施1、适当提高光照强度、延长光照时间3、适当提高CO2浓度4、白天适当提高温度，晚上适当降温5、适当增加植物体内的含水量6、适当增加N、Mg等元素的含量2、合理密植（四）化能合成作用(1)自养生物和异养生物①自养生物：绿色植物等能将等无机物合成糖类等有机物的生物称为自养生物。②异养生物：人、动物、真菌和大多数的细菌，只能利用现成的来维持自身的生命活动，属于异养生物。有机物二氧化碳和水(2)化能合成作用①自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中的某些_________氧化时所释放的来制造，这种合成作用叫做化能合成作用，这些细菌也属于生物。②实例：硝化细菌硝化细菌能过程中释放出的化学能，将二氧化碳和水合成为糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。利用氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸无机物能量有机物自养2.一般来说，光照增强，光合作用增强。但在夏天光照最强的中午，光合作用反而下降。其原因是()A.蒸腾作用太强，体内水分不足B.酶的活性降低C.气孔关闭，氧释放不出，抑制光反应D.气孔关闭，CO2不足问题导析光照增强→作用随之增强→水分散失加快→为防止植物体萎蔫，关闭→进入叶肉细胞减少→影响了反应。活学活用暗蒸腾气孔CO2解析光照增强，蒸腾作用随之增强，从而避免叶片被灼伤，但炎热中午光照过强时，为了防止植物体内水分过度散失，造成萎蔫、干枯，通常植物进行适应性调节，气孔关闭(此时水分主要通过叶表面表皮细胞直接蒸发散失，降低叶表面温度)。虽然光反应产生了足够的[H]和ATP，但因气孔关闭，CO2进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少，影响了暗反应中糖类的产生。答案D