3.5 光合作用光合作用生物界最基本的物质代谢和能量代谢生物界最基本的物质代谢和能量代谢光合作用是指绿色植物通过光合作用是指绿色植物通过叶叶绿体绿体，利用利用光能，光能，把把二氧化碳二氧化碳和水和水转化成储存着能量的转化成储存着能量的有机有机物物，并且释放出并且释放出氧气氧气的过程。的过程。 场所场所条件条件产物产物原料原料一、光合作用概述一、光合作用概述6CO6CO2 2+12H+12H2 2O OC C6 6H H1212O O6 6+6+6O O2 2+6H+6H2 2O O光能光能叶绿体叶绿体光合作用和细胞呼吸是可逆反应吗？光合作用和细胞呼吸是可逆反应吗？光合作用场所：叶绿体光合作用场所：叶绿体细胞呼吸主要场所：线粒体细胞呼吸主要场所：线粒体基粒外膜内膜基质H H2 2O O光光ATPATPNADPHNADPHO O2 2COCO2 2糖糖光反应光反应碳反应碳反应类囊体类囊体（基粒）（基粒）基质基质光反应光反应碳反应碳反应直接需要光的直接需要光的不直接需要光的不直接需要光的两个阶段两个阶段我们平时吃的韭黄是怎么培育出来的？我们平时吃的韭黄是怎么培育出来的？光合色素的提取和分离实验光合色素的提取和分离实验叶绿素叶绿素a a ( (蓝绿色蓝绿色) )类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素胡萝卜素胡萝卜素（橙黄色）（橙黄色）叶黄素叶黄素（黄色）（黄色）叶绿素叶绿素b b（黄绿色）（黄绿色）1 /41 /43 /43 /4（蓝紫光蓝紫光）（红光（红光和和蓝紫光蓝紫光）二、光合色素及实验二、光合色素及实验叶绿素分子结构叶绿素分子结构思考思考: :为什么春夏为什么春夏两季植物的叶子翠两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？叶则金黄斑斓呢？春夏叶绿素含量多于春夏叶绿素含量多于类胡萝卜素，所以呈类胡萝卜素，所以呈绿色；秋天绿色；秋天温度温度下降，下降，叶绿素分解快于合成，叶绿素分解快于合成，呈现类胡萝卜素的颜呈现类胡萝卜素的颜色色叶绿体中的色素主要吸收叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光红光和蓝紫光叶片为什么往往是绿色的呢？光合色素的吸收光谱光合色素的吸收光谱三、光反应三、光反应1 1、场所：、场所： 2 2、条件：、条件：3 3、产物：、产物： O O2 2 、ATPATP、NADPHNADPH叶绿体基粒（类囊体膜）叶绿体基粒（类囊体膜）光、色素、酶、（水）光、色素、酶、（水）4、光反应发生的物质和能量变化光反应发生的物质和能量变化（1 1）水水的光解：的光解：能量能量变化：变化：物物质质变变化化（2 2）NADPHNADPH的形成：的形成：（3 3）ATPATP的形成：的形成：H H2 2O O O O2 2+2H+2H+ + +2e+2e- - 光光ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量 ATPATP酶酶NADPNADP+ +H+H+ +2e+2e- - NADPH NADPH酶酶光能光能（电能）（电能）ATPATP和和NADPHNADPH中活跃的化学能中活跃的化学能梅尔文梅尔文卡尔文卡尔文19611961年诺贝尔化学奖获年诺贝尔化学奖获得者，通过化学分析，得者，通过化学分析，阐明光合作用中碳化合阐明光合作用中碳化合物的合成过程，即发现物的合成过程，即发现卡尔文循环卡尔文循环1 1、场所：、场所：叶绿体基质叶绿体基质2 2、条件：、条件：多种酶、多种酶、ATPATP、NADPHNADPH、（、（COCO2 2）3 3、产物、产物：三碳糖三碳糖等等四、碳反应四、碳反应COCO2 2的固定：的固定：3CO3CO2 23RuBP 63RuBP 6三碳酸三碳酸酶酶三碳酸的还原三碳酸的还原：6 6三碳酸三碳酸 6 6三碳糖三碳糖酶酶NADPHNADPH、ATPATP4 4、物质变化：、物质变化：3 3个个COCO2 26 6个个三碳糖三碳糖1 1个个用于糖的生成或其他用于糖的生成或其他5 5个个经一系列变化再生为经一系列变化再生为3 3个个C C5 5C C5 5的再生的再生：5 5三碳糖三碳糖 3 3RuBPRuBP酶酶3CO3CO2 2+3C+3C5 5 6C 6C3 3NADPHNADPHNADPNADP+ +ATPATPADPADP6 6三碳糖三碳糖1 1三碳糖三碳糖5 5三碳糖三碳糖5 5、能量变化：能量变化：ATPATP、NADPHNADPH中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等有机物转变为糖类等有机物中稳定的化学能中稳定的化学能C C5 5：五碳糖；：五碳糖；RuBPRuBP； 核酮糖二磷酸核酮糖二磷酸C C3 3：三碳酸分子；：三碳酸分子； 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸三碳糖：三碳糖磷酸三碳糖：三碳糖磷酸卡尔文循环卡尔文循环NADPNADP+ +H+H+ +2e+2e- - NADPH NADPH酶酶项目项目光反应光反应碳反应碳反应场所场所条件条件物质物质转变转变能量能量转化转化叶绿体类囊体膜（叶绿体基粒）叶绿体类囊体膜（叶绿体基粒）光、光、H H2 2O O、色素分子和酶、色素分子和酶光能光能 电能电能 ATPATP、NADPHNADPH中活跃的化学能中活跃的化学能叶绿体基质叶绿体基质ATPATP、NADPHNADPH、COCO2 2和多种酶和多种酶3CO3CO2 2+3RuBP 6+3RuBP 6三碳酸三碳酸NADPHNADPHNADPNADP+ +ATPATPADPADP6 6三碳糖三碳糖1 1三碳糖三碳糖5 5三碳糖三碳糖H H2 2O 1/2OO 1/2O2 2+2H+2H+ + +2e+2e- - 光光ADP+Pi+ADP+Pi+能量能量 ATPATP酶酶ATPATP、NADPHNADPH中活跃的化学能中活跃的化学能 有有机物中稳定的化学能机物中稳定的化学能NADPNADP+ +H+H+ +2e+2e- - NADPH NADPH酶酶 光反应为碳反应准备了还原剂光反应为碳反应准备了还原剂NADPHNADPH和能源和能源物质物质NADPHNADPH 和和ATPATP； 碳反应为光反应提供了碳反应为光反应提供了NADPNADP+ +和和ADPADP。光反应与碳反应的联系光反应与碳反应的联系三碳糖淀粉氨基酸蛋白质脂质三碳糖细胞呼吸蔗糖其他代谢植植物物细细胞胞大部分试分析以下条件下，试分析以下条件下，H H、ATPATP、C C3 3酸、酸、C C5 5相对含量的变化相对含量的变化（1 1）突然减弱光照强度（）突然减弱光照强度（COCO2 2不变）不变）（2 2）突然增强光照强度（）突然增强光照强度（COCO2 2不变）不变） （3 3）突然减弱）突然减弱COCO2 2浓度（光强不变）浓度（光强不变）（4 4）突然增强）突然增强COCO2 2浓度（光强不变）浓度（光强不变）新新新新陈陈陈陈代代代代谢谢谢谢同化作用同化作用同化作用同化作用光能自养型：光能自养型：光能自养型：光能自养型：自养型自养型自养型自养型异养型异养型异养型异养型绿色植物绿色植物绿色植物绿色植物藻类藻类藻类藻类蓝细菌蓝细菌蓝细菌蓝细菌硝化细菌硝化细菌硝化细菌硝化细菌动物、动物、动物、动物、 真菌、真菌、真菌、真菌、 腐生或寄生型细菌腐生或寄生型细菌腐生或寄生型细菌腐生或寄生型细菌厌氧型：厌氧型：厌氧型：厌氧型：异化作用异化作用异化作用异化作用化能自养型：化能自养型：化能自养型：化能自养型：兼性厌氧型：兼性厌氧型：兼性厌氧型：兼性厌氧型：需氧型：需氧型：需氧型：需氧型： 动物、植物、真菌动物、植物、真菌动物、植物、真菌动物、植物、真菌酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌乳酸菌、破伤风杆菌、蛔虫乳酸菌、破伤风杆菌、蛔虫乳酸菌、破伤风杆菌、蛔虫乳酸菌、破伤风杆菌、蛔虫 袁隆平院士领衔的科研团队先后于袁隆平院士领衔的科研团队先后于20002000年、年、20042004年实现了超级杂交稻第一期亩产年实现了超级杂交稻第一期亩产700700公斤、第二公斤、第二期亩产期亩产800800公斤的攻关目标，并自公斤的攻关目标，并自20052005年起瞄准第三年起瞄准第三期目标亩产期目标亩产900900公斤展开科研攻关。针对这项世界难公斤展开科研攻关。针对这项世界难题，袁隆平院士提出了题，袁隆平院士提出了“良种、良法、良田良种、良法、良田”相结相结合的攻关策略，最终取得成功。（合的攻关策略，最终取得成功。（926.6kg/926.6kg/亩）亩）在不考虑改变水稻品种的前提下，你有何在不考虑改变水稻品种的前提下，你有何妙妙计计可提高水稻的平均亩产量呢？可提高水稻的平均亩产量呢？提高水稻的平均亩产量提高水稻的平均亩产量光合速率光合速率 = =( (光合强度光合强度) )光合作用量光合作用量时间时间X X面积面积光合测定仪光合测定仪实验假设实验假设实验步骤实验步骤活动：活动：探究光强度对光合速率的影响探究光强度对光合速率的影响自变量：自变量：因变量：因变量：无关变量：无关变量：光合速率光合速率光强度光强度温度、温度、COCO2 2浓度、光照时长、叶片长势、叶浓度、光照时长、叶片长势、叶片的大小等片的大小等实验材料：长势、叶面积相同的植株若干，瓦数不实验材料：长势、叶面积相同的植株若干，瓦数不同的冷光灯若干，光合测定仪等同的冷光灯若干，光合测定仪等1.1.取材，分组、编号。取材，分组、编号。2.2.设置自变量。设置自变量。3.3.对材料进行处理对材料进行处理/ /培养。培养。4.4.观察并记录实验现象。观察并记录实验现象。（O O2 2释放速率、释放速率、COCO2 2吸收速率）吸收速率）实验步骤：实验步骤：取长势、叶面积相同的植株若干，取长势、叶面积相同的植株若干，随机平均随机平均分成分成7组，并按组，并按17编号。编号。第一组第一组遮光遮光处理，其余六组分别用强度为处理，其余六组分别用强度为x1、x2、x3、x4、x5、x6的冷光灯对植株进行的冷光灯对植株进行等距离等距离光光照。照。在温度、在温度、CO2浓度等浓度等适宜且相同适宜且相同的条件下培养。的条件下培养。同时同时用光合测定仪测定并记录每组的光合速率。用光合测定仪测定并记录每组的光合速率。实验假设：在一定范围内，光合速率随光强度的增大实验假设：在一定范围内，光合速率随光强度的增大而增强。而增强。0 0B BA AC C光强度光强度COCO2 2吸收量吸收量COCO2 2释释 放放量量1234567光强光强度度0x1x2x3x4x5x6CO2吸收吸收量量m0m1m2m3m4m5m6数数据据组组别别A AB B光照强度光照强度0 0吸吸收收COCO2 2阳生植物阳生植物阴生植物阴生植物B B：光补偿点：光补偿点C C：光饱和点：光饱和点C C光补偿点、光饱和点光补偿点、光饱和点 ： 阳生植物阴生植物阳生植物阴生植物CCBBA A（二）外部因素（二）外部因素反应条件：反应条件：光光、温度温度、必需矿质元素必需矿质元素反应原料：反应原料： CO2浓度浓度、水水（一）内部因素（一）内部因素植物种类不同植物种类不同同一植物在不同的生长发育阶段同一植物在不同的生长发育阶段同一植物在不同部位的叶片同一植物在不同部位的叶片叶龄叶龄五、光合速率及其影响因素五、光合速率及其影响因素叶龄叶龄在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响内因内因 作物后期作物后期,适当摘适当摘除老叶、残叶，降除老叶、残叶，降低呼吸。低呼吸。1.幼叶不断生长幼叶不断生长,叶绿体叶绿体(素素)不断增加不断增加,光合速率不断加快；光合速率不断加快；2.老叶叶绿体破坏老叶叶绿体破坏,光合速率减慢。光合速率减慢。ABC叶龄叶龄光光合合作作用用强强度度O1.叶龄COCO2 2： O O2 2：(CH(CH2 2O)O)： 请将请将右侧右侧关键关键词归词归类：类：产量产量增重增重合成合成积累积累 制造制造固定固定利用利用同化同化（容器中）减少（容器中）减少制造制造 （容器中）增加（容器中）增加（叶片）吸收（叶片）吸收 （叶片）释放（叶片）释放总光合总光合净光合净光合COCO2 2 O O2 2 (CH(CH2 2O)O) 1 1、研究总光合与净光合时的研究对象、研究总光合与净光合时的研究对象分别是：分别是： a.a.叶肉细胞；叶肉细胞；b.b.叶绿体叶绿体b b 、a a2 2、若测量呼吸量应采取什么措施？、若测量呼吸量应采取什么措施？总光合总光合 净光合净光合呼吸呼吸CO2a+cac光合速率呼吸速率光合速率呼吸速率a ac cc c黑暗黑暗小试牛刀：小试牛刀：（20102010山东高考）以测定的山东高考）以测定的COCO2 2吸收量与释放量为指标，研究温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。下作用的影响，结果如图所示。下列分析正确的是：列分析正确的是：A A光照相同时间，光照相同时间，3535时光时光合作用制造的有机物的量与合作用制造的有机物的量与3030相等相等B B光照相同时间，在光照相同时间，在2020条条件下植物积累的有机物的量最多件下植物积累的有机物的量最多C C温度高于温度高于2525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 D两曲线的交点表示光合作用制造的与呼吸作用消耗的有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机物的量相等【答案：答案：A A】总光合速率总光合速率净光合速率净光合速率总光合速率总光合速率光光在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因2.光质光质(光的波长光的波长)1.光照强度光照强度复色复色(白色白色)光光 最好最好红光红光 其次其次蓝紫光蓝紫光 次之次之绿光绿光 最差最差1.注重阴、阳生植物注重阴、阳生植物间作间作套种套种2. 一年之内一年之内轮作轮作,延延长光合作用时间长光合作用时间3.通过通过合理密植合理密植,增增加光合作用面积加光合作用面积4.温室大棚温室大棚,使用使用无无色透明色透明玻璃玻璃5.防止营养生长过强防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡导致叶面互相遮挡.B光照强度光照强度光合作用强度光合作用强度0光补偿点光补偿点光饱和点光饱和点ACBA阳生殖物阳生殖物阴生植物阴生植物CO2吸收量吸收量C t1 t2 t3 t4温温度度在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因1.适时播种适时播种2.温室栽培时温室栽培时,白天适白天适当提高温度当提高温度,晚上适当晚上适当降温降温.温度会直接影响酶的活性温度会直接影响酶的活性.（ 主要是影响碳反应）主要是影响碳反应）3.温度温度CO2浓度浓度在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因温室：温室：燃烧植物桔杆；燃烧植物桔杆；使用二氧化碳发使用二氧化碳发 生器；生器； 与猪舍鸡舍鸭棚与猪舍鸡舍鸭棚连通。连通。温室与大田：温室与大田：确保良好通风；确保良好通风；增施有机肥料；增施有机肥料；深施深施“碳铵碳铵”。CO2是光合作用的原料是光合作用的原料.4. CO2浓度浓度0CO2的含量的含量光合作用的强度光合作用的强度水水在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因预防干旱预防干旱合理灌溉合理灌溉1.水是光合作用的原料水是光合作用的原料2.水是体内各种化学反应的介质水是体内各种化学反应的介质3.水还影响气孔的开闭水还影响气孔的开闭,间接影响间接影响CO2进入植物体进入植物体5.水合理施肥合理施肥1. N元素元素2. P元素元素3. K元素元素4. Mg元素元素必必需需矿矿质质元元素素在生产上的应用在生产上的应用对光合作用的影响对光合作用的影响外因外因酶（蛋白质）、叶绿素、酶（蛋白质）、叶绿素、ATP、NADPH等的组成成分。等的组成成分。ATP、NADPH等的组成成分等的组成成分可维持叶绿体膜的结构和功能可维持叶绿体膜的结构和功能对光合作用产物（如蔗糖）的合成对光合作用产物（如蔗糖）的合成和运输有重要作用和运输有重要作用叶绿素的重要组成成分叶绿素的重要组成成分6.矿质元素矿质元素各种环境因素对光合作用的综合影响各种环境因素对光合作用的综合影响光光合合速速率率光强光强302010P Q R光光合合速速率率光强光强高高CO2中中CO2低低CO2P Q R光光合合速速率率温度温度P Q R高光强高光强中光强中光强低光强低光强各种因素的综合作用各种因素的综合作用n实例实例光照强度光照强度光照强度光照强度光光光光合合合合速速速速率率率率0 0 0 01010，0.0350.035COCO2 22525，0.0350.035COCO2 21010，0.50.5COCO2 22525，0.50.5COCO2 2例题：例题：将普通水稻放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，将普通水稻放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如下图。下列叙述正确的是获得实验结果如下图。下列叙述正确的是 A Ad d点时，叶绿体的类囊体上刚开始产生点时，叶绿体的类囊体上刚开始产生ATPATP和和HH B Be e点时，细胞内点时，细胞内C C3 3酸的合成速率比酸的合成速率比f f点慢点慢 C Cfgfg时段，叶绿体基质中利用时段，叶绿体基质中利用C C5 5糖的速率逐渐下降糖的速率逐渐下降 D D相同条件培养转基因水稻，未出现相同条件培养转基因水稻，未出现“午休午休”现象，现象，则目的基因表达产物可能是一种能固定低浓度则目的基因表达产物可能是一种能固定低浓度COCO2 2的酶的酶D D1.1.在光合作用过程中，不属碳反应的是在光合作用过程中，不属碳反应的是 A.COA.CO2 2与五碳化合物结合与五碳化合物结合 B.B.三碳酸接受三碳酸接受ATPATP释放的能量释放的能量 C.HC.H2 2O O的氢传递给的氢传递给NADPNADP+ + D.NADPH D.NADPH的氢传递给三碳酸的氢传递给三碳酸2.2.离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断然中断COCO2 2气体的供应，短暂时间内叶绿体中气体的供应，短暂时间内叶绿体中C C3 3酸与酸与C C5 5化合物相对含量的变化是化合物相对含量的变化是 A. CA. C3 3酸增多、酸增多、 C C5 5化合物减少化合物减少 B. CB. C3 3酸增多、酸增多、 C C5 5化合物增多化合物增多 C. CC. C3 3酸减少、酸减少、 C C5 5化合物增多化合物增多 D. CD. C3 3酸减少、酸减少、 C C5 5化合物减少化合物减少课后习题课后习题CC3 3、在光合作用的碳反应过程中，没有被消耗掉、在光合作用的碳反应过程中，没有被消耗掉的是（的是（ ） A A、H BH B、C C5 5化合物化合物 C C、ATP DATP D、COCO2 2B4 4、与光合作用光反应直接有关的是（、与光合作用光反应直接有关的是（ ）H H2 2O ATP ADP COO ATP ADP CO2 2A. B. C. D.A. B. C. D.A5 5、某科学家用含有、某科学家用含有1414C C的的COCO2 2来追踪光合作用中的来追踪光合作用中的C C原子，原子，1414C C的转移途径是（的转移途径是（ ） A A、COCO2 2 叶绿体叶绿体 ATPATP B B、COCO2 2 叶绿素叶绿素 ATPATP C C、COCO2 2 乙醇乙醇 糖类糖类 D D、COCO2 2 三碳酸三碳酸 糖类糖类D6 6、下图是小球藻进行光合作用示意图，图中物质、下图是小球藻进行光合作用示意图，图中物质A A与与物质物质B B的分子量之比是（的分子量之比是（ ）C18O2AH2OCO2BH218O光照射光照射下的小下的小球藻球藻 A. A. ： B. B. ： C. C. ： D. D. ：叶绿体叶绿体叶绿体叶绿体色素色素色素色素基粒基粒基粒基粒类囊体膜类囊体膜类囊体膜类囊体膜基质基质基质基质H2O O2ATPADP+Pi酶酶酶酶多种酶多种酶多种酶多种酶2C3C5CO2NADPHNADP酶酶酶酶光反应光反应光反应光反应碳反应碳反应碳反应碳反应核酮糖二磷酸核酮糖二磷酸（RuBP）光合作用的基本过程光合作用的基本过程3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸固固固固定定定定还还还还原原原原2C3三碳糖磷酸三碳糖磷酸HH2 2O O再再再再生生生生卡尔文卡尔文卡尔文卡尔文循环循环循环循环2C3三碳糖三碳糖葡萄糖葡萄糖蔗糖蔗糖淀粉淀粉