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1、第二章光合作用与生物固氮,第一节光合作用,湖南省蓝山县第二中学 朱建标,粮食危机严重地影响人类的生存和发展，是当今世界面临的重大问题之一。而我国可耕地面积只有世界总量的7%，却要养活世界人口的22%。如何解决十多亿人口的吃饭问题，是我国面临各种问题的重中之重！,耕地面积不可能增加，如何解决13亿多人口的吃饭问题？答案只有一个，那就是提高单位面积的粮食产量！也就是说，提高作物光合作用的效率是解决我国13亿人口吃饭问题的唯一出路！,光合作用是叶绿体内进行的一个复杂的能量转换与物质变化过程。从能量方面看，光合作用将光能转化为化学能；从物质方面看，光合作用将水和二氧化碳转化成糖类等贮存了能量的有机物并
2、释放出氧气。要提高农作物的光合作用效率，提高产量就必须对光合作用中能量转换和物质变化进行深入的分析研究。,第一节光合作用,一 光能在叶绿体中的转换二 C途径和C途径三 提高农作物的光能利用率四 考 题 例 析,湖南省蓝山县第二中学 朱建标,一、光能在叶绿体中的转换,光能在叶绿体中的转换分为三个步骤：光能转化为电能电能转化为活跃的化学能活跃的化学能转化为稳定的化学能。光能转化为电能及电能转化为跃的化学能属于光合作用的光反应阶段，活跃的化学能转化为稳定的化学能属于光合作用的暗反应阶段。,光能转化为电能,叶绿体内类囊体薄膜上的四种色素可分类两类：绝大多数的叶绿素a和全部叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素是吸
3、收光能的色素；(B色素)少数处于特殊状态的叶绿素a(A色素)是将光能转化为电能的色素。,当光能被色素吸收并传递给特殊的叶绿素后，这种转化就开始了。,H2O,NADP+,光能转化为活跃的化学能,光能被色素吸收并传递给特殊的叶绿素a，这些叶绿素a被激发，失去一对电子。这一对电子经一系列物质(D物质)的传递,最后传递到NADP+(辅酶),得到一对电子的NADP+从溶液中得到一个H+成为NADH(还原型辅酶)。,失去一对电子的叶绿素a具有强氧化性。从水分子中夺取电子恢复到初始状态。水则分解为O2和H+。在光下，通过叶绿素a源源不断地失去电子和夺取电子，形成连续的电子流(电流),光能转化成了电能。水和N
4、ADP+则不断地转化为NADPH和O2。,光能转化为活跃的化学能,光能转化为电能的同时，得到电子的NADP+还原成为NADPH，ADP与Pi合成ATP，将电能转化为活跃的化学能贮存起来。,H2O,NADP+,光能转化为活跃的化学能,H2O,NADP+,光能转化为活跃的化学能,活跃化学能转化为稳定化学能,在叶绿体基质中，CO2与基质中的C5结合形成C3，在有关酶的催化下，接受ATP和NADPH释放的能量并被NADPH还原，形成糖类等富含能量的有机物，将活跃的化学能转化为稳定的化学能贮存在有机物中。,练习,（2006.江苏）下列关于光合作用说法正确的是 A光反应在叶绿体内的囊状薄膜上进行，暗反应在
5、叶绿体内的基质中进行 B光反应是把光能转化为电能，暗反应是把电能转化为化学能 C我们今天使用的煤、石油等化石燃料源自于光合作用的产物 D玉米叶片中参与光合作用的细胞是叶肉细胞和维管束鞘细胞,ACD,（2006.江苏）光合作用的过程包括光反应和暗反应光反应能够为暗反应提供的物质是（）AH和ATP BC5化合物CH2O和O2 DO2和C3化合物,练习,A,1.C3植物和C4植物,在小麦体内该反应发生的场所在哪里？CO2的受体是什么，产物是几碳化合物？哪些物质来自光反应阶段？,二、C途径和C途径,卡尔文循环,卡尔文是怎样揭示出卡尔文循环的？,卡尔文在一个装置中放入进行光合作用的小球藻悬浮液，注入普通
6、的二氧化碳，然后按照预先设定的时间长度向装置中注入14C标记的二氧化碳，在每个时间长度结束时，杀死小球藻，使酶反应终止，提取产物进行分析。他通过色谱分析法发现当把光照时间缩短为几分之一秒时，磷酸甘油酸(C3)占全部放射性的90，这就证明了磷酸甘油酸(C3)是光合作用中由二氧化碳转化的第一个产物。在5秒钟的光合作用后，卡尔文找到了含有放射性的C3、C5和C6。,1.C3植物和C4植物,卡尔文是怎样揭示出卡尔文循环的？,在实验中，卡尔文发现在光照下C3和C5很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，C3的浓度急速升高，同时C5的浓度急速降低。如果在光照下突然中断二氧化碳的供应，则C5就积累起来，C3
7、就消失。今天，你如何分析这种现象的产生？,1.C3植物和C4植物,C途径即卡尔文循环,澳大利亚科学家MDHatch和CRSlack在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物发现，当向这些植物提供14CO2时，光合作用开始后的1s内，90%以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸草酰乙酸（C4）中，随着光合作用的进行，C4中的14C逐渐减少，而C3中的14C逐渐增多。,C4植物的发现：,二 C3植物和C4植物,什么叫C4植物？举例。,光合作用时CO2中的C首先转移到C4中，然后再转移到C3中，这样的植物，叫做C4植物。如：玉米、甘蔗、高粱、苋菜等热带植物。,什么叫C3植物？举例。,光合作用时CO2
8、中的C直接转移到C3里的植物，叫做C3植物。如：小麦、水稻、大麦、大豆、马铃薯、菜豆和菠菜等温带植物。,1.C3植物和C4植物,2.C3植物和C4植物叶片结构特点,C3植物,C4植物,什么叫维管束？,绿色植物的叶片中由导管和筛管等构成的结构。导管：运输水分和矿质元素等，单向。筛管：运输有机养料等，双向主动运输。,什么叫维管束鞘细胞？,围绕维管束的一圈薄壁细胞。,2.C3植物和C4植物叶片结构特点,小,栅栏组织海绵组织,“花环状”地围绕在维管束鞘细胞的外面,不含,大,含没有基粒的叶绿体，叶绿体数多、个体大,含有,含有,2.C3植物和C4植物叶片结构特点,什么叫C3途径？,光合作用中固定CO2的途
9、径发生在C3植物的叶肉细胞中的叶绿体内或C4植物体的维管束鞘细胞的叶绿体内，叫做C3途径，即卡尔文循环。,什么叫C4途径？,光合作用中固定CO2的途径发生在C4植物体的叶肉细胞内，叫做C4途径。,3.C3途径和C4途径,C4植物光合作用特点示意图,3.C3途径和C4途径,NADPH,NADP+,ATP,ADP+Pi,（CH2O）,C5,2C3,CO2,C4,C3(PEP),（丙酮酸）,C4,酶,C4途径产生的原因,因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶，即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶(与CO2有很强的亲和力)。可促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来,C4植
10、物这种独特的作用，被科学家形象的比喻成什么？,C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成“二氧化碳泵”。,3.C3途径和C4途径,大气中的二氧化碳,低浓度的二氧化碳,高浓度的二氧化碳,产物,能量,能量,C4植物中的“二氧化碳泵”,“二氧化碳泵”,C4植物和C3植物CO2固定的途径分别有几条？,C4植物有两条：C4途径和C3途径C3植物有一条：C3途径,上述途径分别发生在什么细胞内？,C4植物的C4途径发生在：叶肉细胞的叶绿体内C4植物的C3途径发生在：维管束鞘细胞的叶绿体内C3植物的C3途径发生在：叶肉细胞的叶绿体内,3.C3途径和C4途径,小结：二、C途径和C途径,C3植物叶片结构,C4植物叶片
11、结构,水稻、小麦等大多数植物在暗反应中，一个CO2被一个C5固定后形成两个C3化学物，因此叫C3植物。,甘蔗、玉米等少数植物在暗反应中，一个CO2首先被一个磷酸丙酮酸固定形成C4化学物，然后C4化合物分解出CO2再与C5结合形成两个C3化合物，因此叫C4植物。,C4植物在暗反应中，一个CO2首先被一个磷酸丙酮酸（PEP）固定形成C4化学物，然后C4化合物分解出CO2再与C5化合物结合形成两个C3化合物，最后以与C3植物同样的过程进行暗反应。,C4植物先利用PEP与CO2结合成C4化合物，然后C4化合物再分解将CO2释放出来。这一变化有什么意义呢？原来，PEP与CO2有很高的亲和力，它可以将大气
12、中浓度很低的CO2固定下来，再集中到叶绿体中供暗反应利用。使植物具有更高的利用CO2进行光合作用的能力，提高了生物的适应性。,C3,PEPC5,C3,C3途径,C3,C4途径C3途径,C4C3,C5,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,小结：,C4,2C3,(CH2O),C3植物和C4植物的光合作用过程图示,（光反应）（叶肉细胞叶绿体的类囊体）,（暗反应）,练习,1.C4植物光合作用过程中的重要特点是（）A、既有C4途径又有C3途径 B、只有C4途径没有C3途径 C、先进行C3途径后进行C4途径 D、只
13、有C3途径没有C4途径,A,练习,2.C4植物具有较强光合作用的原因是有关的一种酶能催化（）A、PEP固定较低浓度CO2 B、C5化合物与CO2结合 C、NADPH还原C3生成有机物 D、特殊状态的叶绿素a将光能转换成电能,A,练习,3.C4植物与C3植物相比，其发生光合作用的场所为（）A、只发生在叶肉细胞叶绿体中 B、只发生在维管束鞘细胞叶绿体中 C、叶肉细胞和维管束鞘细胞的叶绿体中 D、叶肉细胞和导管细胞的叶绿体中,C,练习,4.下列植物中属于C4植物的是（）A、水稻 B、小麦 C、高粱 D、菜豆,C,5.教材P31复习题拓展探究：设计实验证明C4植物与C3植物叶组织中淀粉存在的部位。,思
14、考分析：光反应与暗反应的比较,叶绿体基粒片层结构的薄膜上,叶绿体的基质中,光、光合色素、酶,多种酶,H2O 2H+O2+2eNADP+2e+H+NADPHADP+Pi ATP,光能电能活跃的化学能,活跃的化学能稳定的化学能,准备阶段：为暗反应的顺利进行准备了还原性氢和能量ATP,完成阶段：在多种酶的作用下，接受光反应提供的还原性氢和ATP，最终将二氧化碳还原为葡萄糖,CO2+C5 2C3C3(CH2O)C3 C5,光能利用率：是指单位地面上，植物光合作用积累的有机物所含能量，与照射在同一地面上日光能量的比率。提高光能利用率的途径：1.延长光合作用时间（连作、套种、轮作）2.增加光合作用面积（间
15、作、合理密植）3.提高光合作用效率,三、提高农作物的光能利用率,光合作用效率：指光合作用制造的有机物中的能量与光合作用吸收的光能的比率。,影响农作物的光合作用效率的因素,要提高农作物的产量就必须提高它们的光合作用效率。分析植物光合作用的过程可知这与光照强度、CO2的浓度、叶片中叶绿体和叶绿素含量、酶的数量和活性等因素都有关。,光照强度与色谱光合作用的能源；CO2的供应光合作用的原料之一；必需矿质元素的供应影响色素及有关酶的合成；温度影响酶的的活性。,光照强度与色谱,光照是光合作用的能源。不同类型的作物需要不同的光照强度。,水稻、玉米等作物需要强光照才能生长发育良好，属于阳生植物。,胡椒、人参等
16、作物需要弱光照才能生长发育良好，属于阴生植物。,光照强度与色谱,不同颜色的光照也会影响光合作用的效率。只有能被叶绿体吸收的光，才能为植物的光合作用所利用。,上图中的小点为好氧性的细菌。用不同颜色的光照射水绵，细菌向红光区和蓝紫光区集中。想一想，这是为什么？,A,B,光照强度,0,阳生植物,阴生植物,B：光补偿点,C：光饱和点,C,CO2的供应:二氧化碳是光合作用的原料，故在一定范围内提高二氧化碳的浓度能提高光合作用的效率。,CO2的供应,叶片周围的CO2浓度通常都很低，适当提高CO2浓度可以提高光合作用效率，有利增产。,大田中提高CO2浓度的有效方法是合理密植和增施有机肥料。温室中则可以人工施
17、放CO2。,A,B,光照强度,0,光合作用强度,C3植物,C4植物,B：CO2偿点,C：CO2饱和点,C,必需矿质元素的供应,光合作用不但需要光、CO2和水，还需要叶绿素吸收光，需要酶催化，需要ATP和NADP+等。植物合成这些物质都需要矿质元素。植物必需的矿质元素不足或比例不合理，都会影响光合作用的效率。,必需矿质元素的供应,哪些必需矿质元素会影响光合作用？,（1）N：是各种酶以及NADP+和ATP的重要组成成分。（2）P：是叶绿体膜、NADP+和ATP的重要组成成分。（3）K：在合成糖类，以及将其运输到块根、块茎和种子等器官过程中起作用。（4）Mg：叶绿素的重要组成成分。,温度,光合作用是
18、一系列的化学反应，需要由酶来催化。温度过高或过低都不利于酶的催化作用，影响光合作用效率的提高。光合作用与呼吸作用构成矛盾的两个方面，后者过强会大量消耗前者合成的有机物，降低光合作用的效率。白天较高的温度有利于光合作用的进行；夜间植物不进行光合作用，适当的低温能降底呼吸酶的活性，减少有机物的消耗，有利于光合作用效率的提高，增加有机物的积累量。,（例题）将某种绿色植物的叶片,放在特定的实验装置中。研究在10、20的温度下,分别置于5000勒克斯、2000勒克斯光照和黑暗条件下的光合作用和呼吸作用。结果如图所示：,（五）O2的供应,矿质元素的吸收、有机物的运输等都需要能量，故中耕助草、疏松土壤均有利
19、于植物根的呼吸作用，有利于提高光作用的效率.,(1)该叶片的呼吸速率在20下是10下的 倍。(2)该叶片在10、500勒克斯的光照条件下,每小时光合作用所产生的氧气量是 mg.(3)该叶片在20、2000勒克斯的光照条件下,如果光合作用合成的有机物都是葡萄糖，每小时产生的葡萄糖为 mg。,3,180（6+1.5）632=,4,7.3,1.光：延长光照时间（轮作、套作）；增加光照面积（合理密植）；控制光照强度（间作）；光质（温室大棚使用无色透明玻璃）。2.温度：适时播种、温室大棚中白天适当提高温度晚上适当降低温度。3.CO2浓度：施用有机肥、合理密植、大棚中及时通风和用二氧化碳发生器来生产等措施
20、。4.必需矿质元素：合理施肥（增施有机肥和化肥）、中耕松土。无土栽培时，要注意通气及时更新培养液和适当加水稀释。5.水：合理灌溉，大棚中还要注意空气湿度。,提高农作物的光合作用效率的措施,经典例题 如图表示绿色植物在水分充足的条件下，光合作用的速度与环境因素的关系。请仔细分析图中曲线，回答下列问题：,(1)从图中曲线可知影响光合作用的主要非生物因素是_。(2)根据你对图中曲线的分析，你认为光合作用强度与温度之间的关系是,光照强度和温度,在一定的温度范围内，光合作用强度随着温度的升高而增强,(3)你认为在温度为40，光照强度为c时，制光合作用进行的内在因素是_，外界因素可能是_。,暗反应过程中的
21、酶的数量和酶的最大活性,CO2,(4)在光照强度为b的条件下，温度为30时，限制光合作用的内在因素是_，如果大棚栽培蔬菜，在这种情况下应采取什么措施有利于蔬菜的生长？_。原因是_。,光反应,适当降低温度,降低呼吸消耗,(5）在光照强度为b、温度为20时，限制光合作用的内在因素是_，如果大棚栽培蔬菜，此时应采取什么措施有利于蔬菜的生长？_。原因是_。,暗反应中酶的活性,适当提高温度,提高暗反应过程中酶的活性,例1、（2004.江苏）胡萝卜素和叶黄素在光合作用中的作用是（）A、传递光能、传递电子 B、传递光能、转变光能C、吸收光能、转变光能 D、吸收光能、传递光能例2、（2003.江苏）阳光通过三
22、棱镜能显示出7种颜色的连续光谱，如果将一瓶叶绿素提取液放在光源和三棱镜之间，连续光谱中就会出现一些黑色暗带。这些条带应位于（）A、绿光区 B、红光区和绿光区 C、蓝紫光区和绿光区 D、红光区和蓝紫光区,D,D,考 题 例 析,考点,1,色 素 的 种 类 及 功 能,考点,根据光合作用的反应式，结合光合作用的过程，追踪元素的转移情况。,例1、用C18O2作为金鱼藻光合作用的原料，一段时间后在放射性18O将出现在（）（1）C6H12O6（2）H2O（3）O2A、（1）B、（1）（2）C、（1）（3）D、（1）（2）（3）,6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2,D,2,例2、向玉
23、米、甘蔗等植物提供放射性同位素14C标记的 CO2，一段时间后，放射性同位素14C在C3和C4化合物中的变化情况是（）A、C3、C4中都不变 B、C3、C4中都渐多 C、C3中渐多，C4中渐少 D、C3中渐少，C4中渐多,C,考点,1、（2004江苏）光合作用光反应产生的物质有（）A、C6H12O6、NADPH、ATP B、NADPH、CO2、ATP C、NADPH、O2、ATP D、C6H12O6、CO2、H2O2、（2003江苏）C4植物叶肉细胞内CO2的固定方式是（）A、CO2+C5 C3 B、CO2+C3 C4C、CO2+C4 C5 D、CO2+C4 C3,通过对光反应、暗反应过程的理
24、解掌握光反应、暗反应之间的关系,C,B,3,3、（2004.上海）下面是有关光合作用的问题：（1）下图表示的反应过程进行的场所。（2）请据图回答：a、在有光条件下，停止供给CO2 时，C5的浓度变化如图；C3的浓度变化如图。b、在CO2存在条件下，将植物从 暗处移到明处后，C3的浓度的 变化如图。,2C3,NADPH,NADP+,ATP,ADP+Pi,(CH2O),叶绿体基质,D,C,A,4、农业生产中为提高作物产量，常将玉米和大豆间隔种植（间作），下图示为两种作物间作及其光合作用强度比较，请回答：,（1）玉米和大豆在叶片结构中最重要的区别：的维管束外具有“花环型”结构。（2）右图中曲线甲表示
25、 植物。甲中固定CO2直接产生的物质是。（3）如用14CO2示踪，在玉米光合作用过程中，14C的转移途径是.,玉米,玉米,C4和C3,考点,根据光合作用的过程，分析“CO2、O2的交换速率”等关系曲线或图表，运用光合作用、呼吸作用化学反应式进行定量计算。,净光合速率=总光合速率-呼吸速率,例、如图是在一定的CO2浓度和温度条件下，某阳生植物和阴生植物叶受光强度和光合作用合成量（CO2的吸收量表示,单位为mg/cm2/h）的关系图。据图回答：（1）曲线B所表示的是_植物的受光强度和光合作用合成量的关系,（2）a、b点表示_,（3）叶面积为25cm2阳生植物叶片在光强度为Y时每小时的光合作用净合成
26、量为_mg。,（4）将该阳生植物叶片先在光强度为X的条件下放置若干时间，然后放于暗处（光强度为Q时）12h,要使此时叶的干物质量与照射前一样,则需光照_小时。,0,4,8,12,CO2mg/100cm2/小时,Q,V,W,X,Z,b,A,B,-4,a,阴生,阳、阴生植物的,3,6,Y,例:对某植物测得下表数据：,若该植物处于白天均温30，晚上均温15，有效日照15h环境下，请预测该植物d中积累的葡萄糖为多少毫克？.865.1485.315.540,解析：植物d中积累的葡萄糖应是白天光合作用积累量减去晚上呼吸作用分解量。（）先求出该植物白天均温30时、有效日照15h时光合作用积累量：6O21C6H12O6 632 180 64015/10 x 求出:X=900(mg)（）再求出该植物晚上均温15时呼吸作用分解量：6CO21C6H12O6 644 180 110(2415)/5 y 求出:y=135(mg)（）最后求出植物d中积累的葡萄糖量：900135865(mg),答案：,考点,根据光合作用的过程分析影响光合作用的因素,1、光,4,2、CO2,3、矿质元素,4、温度,5、水,例题：2005.上海高考（全品P68）,例题：2005.上海高考变式题（全品P69）,谢 谢 大 家,再见,欢迎到全品高考网：http:/下载资源！,
