北京四中光合与固氮ppt课件.ppt
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1、光合作用和生物固氮,第一节 光合作用一、光能在叶绿体中的转换二、C3植物和C4植物 C4途径(选学)三、提高农作物的光能利用率,反应中心,得e还,失e氧,光化学反应是指作用中心色素分子吸收光能所起的氧化还原反应,(1)A、B表示色素,它们分别代表什么色素以及各自的作用(复习)。(2)特殊状态的叶绿素a在光的照射下发生了什么变化?(3)特殊状态的叶绿素a失去的电子后自身的氧化还原性质的前后变化情况怎样?(5)失去电子的叶绿体a最终从什么物质中获得电子恢复稳定状态?该物质发生了什么变化?并写出物质变化的反应简式。,(一)光能电能,(6)特殊状态的叶绿素a在光照下连续不断失电子和得电子形成电子流,从
2、物理学角度,表示能量形式发生了什么变化?(7)能量转换的场所?(与高二知识内容衔接,提示:叶绿体的囊状结构即类囊体。)(8)分析回答氧气的来源和产生的原因; 如何证明氧气来自于水的光解?(复习),一、光能在叶绿体中的转换(难点),能量转换的三个步骤 光能电能活跃化学能稳定化学能 ,教学难点,(1)特殊状态叶绿素a分子得失电子根本原因?(2)水的光解产生的电子最终传递给什么物质,并生成了什么物质?反应需何条件?尝试写出物质变化的反应式。(3) H+不平衡?水形成H+的去路?如何形成ATP? (4)在物质形成过程中,能量形式发生变化情(5)电能转换成活跃的化学能,贮存在物质中?(6)能量转换的场所
3、?,(二)电能活跃的化学能,在电子传递过程中实现光能转换为化学能,(三)活跃的化学能稳定的化学能,温故知新(1) ATP和NADPH有什么特点?(2) ATP和NADPH参与暗反应阶段的什么过程?(3)在此过程中能量形式发生的变化以及场所?,(四)总结 -从能量转换角度,(四)总结 -从物质和能量两方面,物质变化水的光解、释放氧气ATP 的形成NADPH的形成CO2的固定和还原糖类等有机物形成,能量转换光能转变为电能电能转变为活跃的化学能活跃的化学能转变为稳定的化学能,二、 C3植物和C4植物,C3植物和C4植物的概念C3植物和C4植物叶片结构的特点C4植物光合作用的特点理解: 对CO2 利用
4、能力高,光合效率高研究方法:示踪法;观察法渗透: 功能与结构统一,回忆问题:1: 科学家主要利用什么研究方法来追踪二氧化碳是如何在暗反应中一步步变成碳水化合物?(示踪技术,发现C3途径/卡尔文循环);2: C4植物的发现过程。3: 比较不同及其特点;4: C4植物概念。,澳大利亚科学家M.D.Hatch和C.R.Slack在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物发现,当向这些绿色植物提供14C时,光合作用开始后的1秒内, 90以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸(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。教材P29,方法二:通过用显微镜观察C3植物和C
5、4植物叶片结构(感性认识),了解C3植物和C4植物的叶片结构的不同从而进行C4途径的教学。,(二)C3植物和C4植物叶片结构,(三) C4途径教学的探究设计,疑问: C3植物和C4植物在叶的结构上有什么不同?在光合作用的过程上有什么不同? 示C4植物不同与C3的事实: 生长在温度较高(对温度的反应不同) 对CO2的反应不同 固定CO2的酶与CO2的亲和力不同(60倍)。 光合效率不同; C4发现过程的放射性实验等 C4中只有维管束鞘细胞的叶绿体中含淀粉粒,(四 )C4植物光合作用过程,特点:首先进入化合物,其实是在卡尔文循环加一个输送过程,CO2,C4途径的类型(教师拓展)苹果酸酶类型,叶绿体
6、叶肉细胞,叶绿体维管束鞘细胞,羧激酶类型,叶绿体叶肉细胞,叶绿体维管束鞘细胞,苹果酸酶类型,叶绿体叶肉细胞,叶绿体维管束鞘细胞,与C3植物光合作用过程比较,C4途径的意义,在高温、光照强烈和干旱的条件下,叶片气孔关闭,能够利用叶肉细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用,提高了光合作用的效率。(C3植物则不能),(二)C3/C4植物,1、C3植物 概念:光合作用的暗反应中,CO2固定后的第一个产物是C3化合物的植物。 光合作用的特点:,常见植物:大豆、小麦、水稻、菜豆、马铃薯等大多数植物均属于C3植物。分布:C3作物生长在温度较低环境,主要分布在温带和寒带,2、C4植物概念:光合作用的暗反应中,
7、CO2固定后的第一产物是C4化合物的植物,有C4途径的植物。光合作用特点:,常见植物:玉米、高粱、甘蔗等属于C4植物。分布:生长在温度较高地区,主要分布在热带、亚热带,很多是原产于热带,C3 、C4 植物光合生理特性,PEP酶对CO2亲和力高60倍,光合速率高,小结,植物碳代谢途径中,C3途径分布最广,不仅是C3植物同化CO2的途径,也是C4植物最终同化CO2的途径。C4可能是由C3途径进化来的。如高粱玉米幼苗最初形成的幼叶是C3途径的,要到一定时候形成的叶片才具有典型的C4途径。如何鉴别两类植物?(P31课外读),三、提高农作物的光能利用率,教学分析:这部分知识要求高,能够综合运用光合作用过
8、程和影响光合作用的因素等相关的知识、技能和研究方法,通过分析、综合、推理和判断等过程,正确解答实际问题。学生分析:知识方面学生已经有一定的基础;对光能利用率等某些概念模糊;对作物栽培的措施缺乏感性认识。教学建议:在概念理清的基础上,出示与生产实际相关的问题进行讨论,即复习旧知识,又培养能力,再总结归纳。,1、光能利用率:指植物光合产物中所贮存的能量占照射到地面上日光能量的百分率2、光合速率 光合作用的常用指标光合速率:单位时间单位植物材料所吸收的CO2的量(mgCO2/cm2/h)净光合速率(表观光合速率)(通常测定)真光合速率=净光合速率+呼吸速率,(一)关注的几个概念,问题:如何提高光能利
9、用率,提高产量?1.增加光合面积合理密植:作物特性和栽培条件;不妨碍个体正常生长发育;充分发挥群体对光能的利用效率和土地利用能力,合适的肥水管理改变株型:玉米,株高适中,秆粗、叶直而小、叶厚、分蘖密集是较理想的株型。个体之间相互遮阴较少,中、下层叶能获得较多光能。,2.延长光合时间:提高复种指数,合理的间套作 提高复种指数就是增加收获面积,延长单位土地面积上作物的光合时间。主要措施是进行合理轮栽、间作、套种和育苗移栽,使不同种类的作物巧妙搭配和合理分布,从时间上和空间上更好地利用光能,提高光能利用率。 3.提高光合速率(降低呼吸消耗),影响光合作用的因素有哪些?,(1)植物内部因素: 种或品种
10、的差异:内在的光能转化效率,育种实现.改变光饱和点CO2补偿点 叶年龄(2)外部因素,光照,间接影响 叶绿体发育和叶绿素合成的必要条件;影响气孔开闭.光是光合作用的能量来源;光强度直接影响光合速率.光补偿点饱和点的意义(点净光合速率为零). 阴生植物阳生植物适合的光强度不同4.光质不同也影响作物的光合作用 .5解释有些植物在光强继续增加时,反而表现出光合速率下降原因:往往导致高温,易造成水分亏缺、气孔关闭和供应不足。,二氧化碳,光合速率,.光合作用的主要原料 CO2补偿点饱和点的意义.植物补偿点不同.在CO2浓度0.1%0.3%时,植物的光合速率增加倍,增加倍。提高大气CO2浓度能大大提高光合
11、速率。,空气中的二氧化碳含量一般300mg/l,农作物最适1000mg/l.当植物旺盛生长、密植、水肥多时,所需的二氧化碳就更多,若只靠空气中二氧化碳本身的浓度差所造成的扩散作用满足不了植物对二氧化碳的需求。那么,如何提高空气中二氧化碳的浓度呢?利用光合作用的原理,分析在农业生产中,采取哪些措施,改善对植物的CO2供应,从而利于植物提高光合速率?,思考问题,通风透光使用农家肥料,可以使土壤中微生物的数量增多,活动增强,分解有机物,放出二氧化碳。使用NH4HCO3 肥料植物的秸秆通过深耕埋于地下,可以通过微生物的分解作用产生二氧化碳。施用固体二氧化碳(干冰)。,覆盖栽培应用广泛,必需矿质元素与光
12、合作用关系,氮:叶绿体膜结构的组成成分 叶绿素的组成成分 光合作用有关的酶的组成成分 NADP和ATP的组成成分磷:叶绿体膜结构的组成成分 NADP和ATP的组成成分钾:与糖类合成、运输有关镁:叶绿素的重要组成成分 对作物光合作用影响最大的是氮,磷、钾三种元素。目前一般生产田主要是氮肥不足。,直接影响酶的活性高温降低光合的原因,一方面是高温破坏叶绿体和细胞质的结构,并使叶绿体的酶纯化,另一面是在高温时呼吸增强的速度大于光合增强速度 .C4植物的最适温度比C3植物高些,温度,水分,水分不足引起光合强度下降的原因,主要是:,叶片进行蒸腾作用所消耗的水分,得不到及时补充,叶组织含水量下降,气孔关闭,
13、阻碍CO2向叶内扩散。当叶细胞严重缺水时,有机物输出绶慢和水解酶活性增强,叶细胞中可溶性碳水化合物增加,因而降低光合强度。试验证明,玉米叶片正常含水量若下降11%,光合强度要下降20%左右,含水量下降20%,光合强度则下降52%。叶片缺水过甚会严重损害光合过程。,环境因子的综合作用(能力考查的重要载体),各因子间的相互有影响,例如:光强增强温度增加大气湿度下降自然条件下环境因子多半是多因子综合发生作用的,导致光合作用的昼夜变化.光合作用的昼夜变化(重要考点例如,06年),2006高考选择题(曲线图),10点峰 :一方面光强增加,温度渐升;另一方面光照使气孔开放,有利于CO2进入.光合作用速率加
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