光合作用的原理和應(yīng)用2024/12/1？問(wèn)題探討

你參觀或聽(tīng)說(shuō)過(guò)植物工廠嗎？植物工廠在人工精密控制光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度和營(yíng)養(yǎng)液成分等條件下，生產(chǎn)蔬菜和其他植物。有的植物工廠完全依靠LED燈等人工光源，其中常見(jiàn)的是紅色、藍(lán)色和白色的光源。1、靠人工光源生產(chǎn)蔬菜有什么好處？2、為什么要控制二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液成分和溫度等條件？

用人工光源可以避免由于自然環(huán)境中光照強(qiáng)度不足導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度低而造成的減產(chǎn)。同時(shí)，人工光源的強(qiáng)度和不同色光是可以調(diào)控的，可以根據(jù)植物生長(zhǎng)的情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使蔬菜產(chǎn)量達(dá)到最大。

二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)液和溫度是影響植物生長(zhǎng)的重要外部條件，因此要進(jìn)行控制，以便讓植物達(dá)到最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)。P1022、光合作用反應(yīng)式：CO2+H2O光能葉綠體（CH2O)+

O21、光合作用的概念：

綠色植物通過(guò)葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過(guò)程。一、光合作用的原理注：（CH2O）表示糖類(lèi)，光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)3、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)P102(1)、19世紀(jì)末：CO2O2C+H2O（CH2O）甲醛縮合1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為糖。(2)、1937年

希爾：H2O離體葉綠體光能O2水光解產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？

能夠說(shuō)明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸得液中有H2O，沒(méi)有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段。(3)、1941年，魯賓和卡門(mén)：同位素示蹤法結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)自于H2O，不來(lái)自CO2。光照射下的小球藻懸液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2甲組乙組(4)、1954-1957年，阿爾農(nóng)：

在光照下，葉綠體可合成ATP，且此過(guò)程總是與水的光解相伴隨。嘗試用示意圖來(lái)表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。對(duì)比實(shí)驗(yàn)，互相對(duì)照(5)、20世紀(jì)40年代,卡爾文：P104光照射下的小球藻懸液14CO2H2OO2（14CH2O）同位素示蹤法(14CH2O)14CO2CO2中的C在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的C的途徑稱為卡爾文循環(huán)。4、光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段P103-104

上述實(shí)驗(yàn)表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來(lái)自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類(lèi)的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。根據(jù)是否需要光能，化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。光反應(yīng)階段：必須有光才能進(jìn)行。場(chǎng)所：葉綠體的類(lèi)囊體薄膜上暗反應(yīng)階段：（碳反應(yīng)/卡爾文循環(huán)）有沒(méi)有光都可以進(jìn)行。場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)中

葉綠體類(lèi)囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)中色素ADP+PiATPH2OO2酶吸收光解能光能光反應(yīng)H+C52C3多種酶固定還原暗反應(yīng)(CH2O)CO2酶NADPHNADP+酶酶能1、場(chǎng)所：2、條件：3、物質(zhì)變化：4、能量變化：光反應(yīng)階段光、色素、酶葉綠體的類(lèi)囊體薄膜光能色素水的光解：H2OH++O2ATP的合成：ADP＋Pi

ATP酶、光能色素光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能。NADPH的合成：H++NADP+

NADPH(還原劑)酶1、場(chǎng)所：2、條件：3、物質(zhì)變化：4、能量變化：CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：葉綠體基質(zhì)多種酶、2C3(CH2O)+C5ATPNADPHNADP+ADP+Pi酶糖類(lèi)NADPH、ATPATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?lèi)等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能暗反應(yīng)階段（碳反應(yīng)）

聯(lián)系比較光反應(yīng)、暗反應(yīng)光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、[H]、ATP葉綠體類(lèi)囊體膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原，ATP和NADPH的分解（1）光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、ADP和Pi。（2）沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行；沒(méi)有暗反應(yīng)，有機(jī)物無(wú)法合成。光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)儲(chǔ)存在ATP和NADPH中ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能二、光合作用原理的應(yīng)用原料條件產(chǎn)物

CO2濃度

水分

光照

礦質(zhì)元素

溫度1.光合作用的強(qiáng)度：指植物在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)光合作用制造糖類(lèi)的數(shù)量。CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響(1)實(shí)驗(yàn)原理：(2)提出問(wèn)題：(3)作出假設(shè)：(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)①實(shí)驗(yàn)中變量分析

自變量不同光照強(qiáng)度控制自變量因變量檢測(cè)因變量對(duì)無(wú)關(guān)變量進(jìn)行控制抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中下沉，光照下葉片進(jìn)行光合作用產(chǎn)生氧氣，充滿細(xì)胞間隙，葉片又會(huì)上浮。光合作用越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片上浮的數(shù)量越多。光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度有何影響？在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度增強(qiáng)，超過(guò)一定范圍，隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不再變化。調(diào)節(jié)光源與燒杯的距離進(jìn)行控制光合作用強(qiáng)度同一時(shí)間段內(nèi)葉片浮起數(shù)量葉片大小、溶液的量等保持一致②材料：打孔器、注射器、5WLED臺(tái)燈、米尺、燒杯、綠葉(如菠菜、吊蘭等)。③預(yù)期結(jié)果：光源與燒杯的距離越遠(yuǎn)，相同時(shí)間內(nèi)葉片浮起數(shù)量越少。(5)實(shí)驗(yàn)流程(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在一定范圍內(nèi)，臺(tái)燈與小燒杯的距離越近，浮起的圓形小葉片也越多。(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度也增強(qiáng)(單位時(shí)間內(nèi)圓形小葉片中產(chǎn)生的O2越多，浮起的圓形小葉片也越多)。真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率項(xiàng)目表示方法凈光合速率（又稱表觀光合速率）O2的釋放量、CO2的吸收量、有機(jī)物的積累量真正光合速率（又稱實(shí)際光合速率）O2的產(chǎn)生量、CO2的固定量、有機(jī)物的制造量呼吸速率（黑暗中測(cè)量）CO2的釋放量、O2的吸收量、有機(jī)物的消耗量光照強(qiáng)度a．有關(guān)點(diǎn)的解讀O：起點(diǎn)，光照強(qiáng)度為零，不進(jìn)行光合作用，光合作用強(qiáng)度為

。C：光合作用強(qiáng)度達(dá)到

時(shí)所需要的最小光照強(qiáng)度(光飽和點(diǎn))。b．線段分析OA：隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度

。AB：光照強(qiáng)度增加到一定值后，光合作用強(qiáng)度

(光照強(qiáng)度不再是限制因素)。2.影響光合作用的因素零最大值增強(qiáng)不再增加1.間作套種2.通過(guò)輪作,延長(zhǎng)光合作用時(shí)間3.通過(guò)合理密植,增加光合作用面積4.溫室大棚,使用無(wú)色透明玻璃應(yīng)用：（2）CO2濃度應(yīng)用：①曲線a．有關(guān)點(diǎn)的解讀A′：進(jìn)行光合作用所需的

。B′：達(dá)到最大

所需最低CO2濃度(CO2飽和點(diǎn))。b．線段分析A′B：光合作用強(qiáng)度隨CO2濃度增大而

。B以后：當(dāng)CO2濃度增加到一定值后，光合作用強(qiáng)度

(CO2濃度不再是限制因素)。最低CO2濃度光合作用強(qiáng)度增大不再增強(qiáng)1.多施有機(jī)肥2.大田中還要注意通風(fēng)透氣（3）溫度溫度過(guò)高時(shí)植物氣孔關(guān)閉或酶活性降低，光合速率會(huì)減弱。光合作用的最適溫度因植物種類(lèi)而異。應(yīng)用：a.適時(shí)播種

b.溫室栽培植物時(shí),白天適當(dāng)提高溫度,晚上適當(dāng)降溫.

c.植物“午休”現(xiàn)象的原因之一（4）礦質(zhì)元素、水應(yīng)用：合理施肥預(yù)防干旱合理灌溉①N、Mg等是葉綠素合成的必需元素，若這些元素缺乏，會(huì)影響葉綠素的合成從而影響光合作用。②水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，也參與光合作用過(guò)程中反應(yīng)物和生成物的運(yùn)輸；水還會(huì)影響氣孔開(kāi)閉，從而影響CO2進(jìn)入植物體，間接影響光合作用。易漏邊角練一練1．1941年魯賓和卡門(mén)采用同位素標(biāo)記法進(jìn)行了如下兩組實(shí)驗(yàn),下列敘述正確的是（）A、

為了排除光照的影響該實(shí)驗(yàn)要在黑暗條件下進(jìn)行B、

A和B相對(duì)分子質(zhì)量之比為9：8C、設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的目的在于證明植物光合作用會(huì)釋放氧氣D、實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明植物光合作用釋放的氧氣全部來(lái)自水DC2．如圖為光合作用示意圖。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A．①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ，④表示CO2B．暗反應(yīng)中，CO2首先與C5結(jié)合生成C3，然后被還原（CH2