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1、光合作用的原理和应用光合作用的原理和应用 光合作用的过程光合作用的过程2020世纪初英国的布莱克曼、德国的瓦伯格等人世纪初英国的布莱克曼、德国的瓦伯格等人发现，在弱光下增加光强能提高光合速率，但发现，在弱光下增加光强能提高光合速率，但当当光强增加到一定值时，再增加光强则不再提光强增加到一定值时，再增加光强则不再提高光合速率。高光合速率。用藻类进行闪光试验，在光能相同的前提下，用藻类进行闪光试验，在光能相同的前提下，一种用一种用连续照光连续照光，另一种用，另一种用闪光照射，闪光照射，中间隔中间隔一定暗期一定暗期，发现后者光合效率是连续光下的，发现后者光合效率是连续光下的200%400%200%4
2、00%。19541954年美国科学家阿农发现，只要供给了年美国科学家阿农发现，只要供给了ATPATP和和H H，即使在，即使在黑暗黑暗中，叶绿体也可将中，叶绿体也可将COCO2 2转转变为糖变为糖实验实验1 1：希尔反应（：希尔反应（19371937）过程：叶片捣碎过程：叶片捣碎 叶绿体悬浮液叶绿体悬浮液 分离的叶绿体分离的叶绿体 O O2 2过滤过滤一级一级离心离心光照、光照、H2O无无CO2实验实验2 2：19541954年美国科学家阿农，用叶绿体加年美国科学家阿农，用叶绿体加上上ADPADP和和PiPi，照光照光后得到后得到ATPATP1 1、光反应阶段、光反应阶段叶绿体叶绿体叶绿体叶绿
3、体中的色素中的色素中的色素中的色素光能光能H2OHO2ATPADP + Pi直接释放直接释放直接释放直接释放为第二阶段为第二阶段为第二阶段为第二阶段提供还原剂提供还原剂提供还原剂提供还原剂为第二阶段为第二阶段为第二阶段为第二阶段提供能量提供能量提供能量提供能量光反应阶段光反应阶段水在光下分解水在光下分解水在光下分解水在光下分解酶酶H2O1 1、光反应阶段、光反应阶段HH2 2O O HH+ + OO2 2光解光解光解光解ADP + Pi + ADP + Pi + 能量能量能量能量 ATPATP酶酶酶酶条件：条件：场所：场所：物质变化物质变化: :能量变化能量变化: :光能光能光能光能 ATPA
4、TP中活跃的化学能中活跃的化学能中活跃的化学能中活跃的化学能酶酶酶酶光能光能 酶酶 色素色素叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体类囊体的薄膜上卡尔文循环（同位素标记法）卡尔文循环（同位素标记法）2 2、暗反应阶段、暗反应阶段实验实验3 3： 匀浆法及逐级离心生化实验匀浆法及逐级离心生化实验实验实验4 4：分分离离的的叶叶绿绿体体捣捣碎碎绿色部分（基粒膜）绿色部分（基粒膜）HH和和和和ATPATP(14CH2O)非绿色部分（非绿色部分（基质基质）14CO2暗处暗处多种酶多种酶多种酶多种酶参加催化参加催化参加催化参加催化 2C3 CO2 C5还还还还原原原原固固固固定定定定（CHCH2 2OO）暗反应阶段暗
5、反应阶段 供氢供氢供氢供氢酶酶酶酶HH ATPATP供能供能供能供能固固固固定定定定固固固固定定定定光光反反应应阶阶段段2、暗反应阶段、暗反应阶段叶绿体基质叶绿体基质多种酶多种酶，还原剂还原剂 H 和和能量能量ATPATP中的活跃化学能中的活跃化学能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能COCO2 2 + C + C5 5 2C 2C3 3酶酶酶酶二氧化碳的固定：二氧化碳的固定：二氧化碳的固定：二氧化碳的固定：三碳化合物被还原：三碳化合物被还原：三碳化合物被还原：三碳化合物被还原：条件条件：场所场所：物质物质变化变化能量变化能量变化2C3C5(CH2O)酶和酶和HATPADP+Pi光合作用过
6、程图解叶绿体中叶绿体中叶绿体中叶绿体中的色素的色素的色素的色素光能光能光能光能供氢供氢供氢供氢酶酶酶酶供能供能供能供能还原还原还原还原多种酶参多种酶参多种酶参多种酶参加催化加催化加催化加催化（CHCH2 2OO）ADP+PiADP+Pi酶酶ATPATP2C2C3 3C C5 5 5 5固定固定固定固定COCO2 2HH2 2OOOO2 2水在光水在光水在光水在光下分解下分解下分解下分解HH 光反应过程光反应过程暗反应过程暗反应过程1.1.物质联系物质联系：光反应为暗反应提供还原剂和能：光反应为暗反应提供还原剂和能量量(ATP)(ATP)；暗反应是光反应的继续（为光反应暗反应是光反应的继续（为光
7、反应补充消耗了的补充消耗了的ADP和和Pi）。）。2.2.能量联系能量联系：ATPATP中的化学能变为糖类中的化中的化学能变为糖类中的化学能。学能。光反应与暗反应的联系植物白天进行光反应，晚上进行暗反应植物白天进行光反应，晚上进行暗反应？光反应和暗反应同时进行。光反应和暗反应同时进行。6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能光能叶绿体叶绿体光合作用的总反应式光合作用的总反应式 整个光合作用过程中的物质整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么？变化和能量变化分别是什么？物质变化：物质变化：无机物无机物能量变化：能量变化： 光能光能转变转变转变转变有机物有机物糖类等有机物
8、中的糖类等有机物中的化学能化学能探究环境中影响光合作用强度探究环境中影响光合作用强度的因素的因素 4 4 4 4 能量之源能量之源能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用光与光合作用光与光合作用光合作用原理在农业生产中的应用光合作用原理在农业生产中的应用 ：提高光合作用强度，增加农作物产量。提高光合作用强度，增加农作物产量。例如：控制光照的强弱和温度的高低，例如：控制光照的强弱和温度的高低， 适当增加作物环境中二氧化碳的浓度，适当增加作物环境中二氧化碳的浓度， 等等。等等。影响光合作用的主要外界因素：影响光合作用的主要外界因素：1 1）光照）光照 2 2）COCO2 2 2 2 3 3）温度）
9、温度光照光照CO2温度温度光合作用强度光合作用强度 ： 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 衡量光合作用强度的指标衡量光合作用强度的指标衡量光合作用强度的指标衡量光合作用强度的指标-光合作用速率光合作用速率 以一定时间内以一定时间内以一定时间内以一定时间内COCO2 2 2 2 的消耗或的消耗或的消耗或的消耗或O O2 2 2 2 , , , , （CHCH2 2 2 2O O）等产物等产物等产物等产物的生成数量来表示的生成数量来表示的生成数量来表示的生成数量
10、来表示。 CO2 吸收量吸收量CO2 释放量释放量O光照强度光照强度ABCDOA段段:表示植物呼吸速率表示植物呼吸速率注注:不考虑光照强度对呼吸速率的影响不考虑光照强度对呼吸速率的影响AB段段:表示植物呼吸速率表示植物呼吸速率光合速率光合速率,表现为表现为植物释放植物释放CO2BC段段:表示植物光合速率表示植物光合速率呼吸速率呼吸速率,表现为表现为植物吸收植物吸收CO2B点表示植物呼吸速率点表示植物呼吸速率=光合速率光合速率当植物所处的光照强度为当植物所处的光照强度为E时时,该植物该植物总的光合速率总的光合速率为为OA+OD,而而OD段段表示的值称为该植物的表示的值称为该植物的净光合速率净光合
11、速率E二氧二氧化碳化碳土壤土壤植物体内植物体内的的有机物有机物太阳太阳光合作用光合作用光合作用光合作用水和水和无机盐无机盐自养生物自养生物草食动物体的有机物中被被吃吃肉食动物体内的有机物植物体内的有机物被吃被吃 人和动物、营人和动物、营 腐腐生或寄生生活的真菌、生或寄生生活的真菌、大多数种类的细菌都是大多数种类的细菌都是依靠摄取外界环境中的依靠摄取外界环境中的有机物获得各种营养物有机物获得各种营养物质。质。异养生物异养生物自养生物自养生物: : 以以COCO2 2和和H H2 2O O（无机物）为原料合成糖类无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着能量。（有机物），糖类中储存着能量。异养
12、生物异养生物: 只能利用环境中现成的有机物来维持自身只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。的生命活动。所需的能量来源不同（光能、化学能）所需的能量来源不同（光能、化学能）光能合成作用光能合成作用(光合光合作用作用)绿色植物绿色植物硝化细菌硝化细菌化能合成作用化能合成作用例如人、动物、真菌及大多数的细菌。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。自养生物自养生物O2NH3HNO2能能 量量O2HNO3CO2H2OO2(CH2O)化能合成作用化能合成作用硝化细菌硝化细菌化能合成作用：化能合成作用： 利用环境中某些无机物利用环境中
13、某些无机物氧化氧化时所释放的能量把时所释放的能量把无无机物合成为有机物机物合成为有机物。如。如硝化细菌，硫细菌，铁细菌硝化细菌，硫细菌，铁细菌。2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2+O2 2HNO3+能量能量硝化细菌硝化细菌举例：举例：6CO2+6H2O C6H12O6+6O2能量能量光合作用一般是在叶绿体中进行的，但光合作用一般是在叶绿体中进行的，但蓝藻和光合细菌的光合作用不需要叶绿蓝藻和光合细菌的光合作用不需要叶绿体。体。生物体内所有的反应都需要酶？生物体内所有的反应都需要酶？光反应与暗反应的区别色素、光、酶色素、光、酶色素、光、酶色素、光、酶多种酶、
14、多种酶、多种酶、多种酶、ATPATP和和和和H(H(不需光不需光不需光不需光) )类囊体类囊体类囊体类囊体的薄膜上的薄膜上的薄膜上的薄膜上叶绿体的叶绿体的叶绿体的叶绿体的基质基质基质基质中中中中 ATPATP的合成的合成的合成的合成 ： ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量能量能量 ATPATP酶酶酶酶水的光解水的光解水的光解水的光解 ： HH2 2O H+OO H+O2 2光光光光COCOCOCO2 2 2 2的固定的固定的固定的固定：COCO2 2+C+C5 5 2C 2C3 3酶酶酶酶ATPATP中活跃的化学能转变成有中活跃的化学能转变成有中活跃的化学能转变成有中活跃的化学能转变成有机物中机物中机物中机物中稳定稳定稳定稳定的的的的化学能化学能化学能化学能光能转变成光能转变成光能转变成光能转变成ATPATP中中中中活跃的活跃的活跃的活跃的化学能化学能化学能化学能项目项目项目项目光反应光反应光反应光反应暗反应暗反应暗反应暗反应条件条件条件条件场所场所场所场所物质物质物质物质变化变化变化变化能量能量能量能量变化变化变化变化H, ATPH, ATPC C3 3的还原：的还原：的还原：的还原：2C2C3 3 （CHCH2 2OO）酶酶酶酶c5CO2O2
