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第四节 光合作用与能量转化
第5章 细胞的能量供应和利用
第 2 课时 光合作用的原理
细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些化学反应发生在细胞的特定区域
2.2
概念 2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖
2.2.3
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖和氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
课标要求
绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
光合作用：
光反应场所：
暗反应场所：
C3指：
C5指：
NADPH指：
光合作用反应式：
课前检测
“叶子概念车”的工作原理模拟叶子的什么功能？它的动力从何而来
上海科技馆的新能源汽车“叶子概念车”,汽车上面形状如同一片绿叶，犹如流动的植物，可以利用阳光进行光合作用制造能量驱动汽车前进，与自然共同呼吸、和谐相处。
导入
概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。

反应式： 。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
场 所
条 件
产 物
原 料
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
光合作用一定需要叶绿体吗？
1.光合作用的概念及反应式
思考：
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中CO2中O2被释放。C与水结合成甲醛，甲醛缩合成糖。
甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
资料2：1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
结论：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
资料2：1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
思考：希尔实验说明水光解可以产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧全部来自水？
不能，希尔反应仅说明离体叶绿体可以产生氧气，并没有排除其他物质干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。
若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
资料3：1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
思考：
1.甲组和乙组实验形成一组什么实验？
2.本实验可得出什么结论？
甲组
乙组
C18O2
H2O
O2
H218O
CO2
18O2
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
资料4：1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
结论：
光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。
(2)上述三个实验共同说明了什么？
光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。水的光解和ATP生成相伴而行。　
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
资料4：1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
结论：
光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。
(1)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2 O O2 ＋NADPH ＋能量
光能
叶绿体
ADP ＋ Pi ＋ ATP
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
阿尔农实验2：
离体叶绿体实验过程及结果
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
（3）结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。
光
NADPH
ATP
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
资料5：美国的卡尔文用小球藻进行实验,将其装在一个透明的密闭容器中,他向密闭容器中通入14CO2,当反应进行到5 s时,14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中,将反应时间缩短到0.5 s时,14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间,他终于弄清了光合作用中暗反应的碳循环途径。
一、光合作用原理
2.光合作用的探索
思考：如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么,请说出可能的实验思路。
不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。
一、光合作用原理
3.光合作用的过程
1.根据是否需要光照，可将光合作用分为哪两个阶段？
2.每一阶段在哪里进行？需要什么条件？
3.每一阶段发生了哪些物质变化和能量的变化？
阅读课本，思考以下问题：
一、光合作用原理
二、光合作用的过程
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
光反应
一、光合作用原理
ATP合成酶
拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图
CO2
C5
五碳化合物
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADPH
(CH2O)
C3的还原
叶绿体的基质中
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3 的还原：
ATP
ADP+Pi
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
物质变化
能量变化：
NADP+
NADPH
暗反应
一、光合作用原理
尝试构建光合作用过程模型
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
3.光合作用的过程
一、光合作用原理
3.光合作用的过程
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
不需光、酶、NADPH、ATP
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP、NADPH的生成
CO2的固定； C3的还原
活跃化学能
光能
活跃化学能
有机物中稳
定化学能
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。
联系
光反应与暗反应的比较
一、光合作用原理
项目 光照由弱变强、CO2供应不变 光照由强变弱、CO2供应不变 光照不变、CO2由少变多 光照不变、CO2由多变少
C3
C5
NADPH 和ATP
↓
↑
↑
↑
↓
↓
↑
↓
↓
↓
↑
↑
根据图中物质的来源和去路分析表格内各物质的相对含量在短时间的含量变化：
思维拓展
光照与CO2浓度变化引起的物质变化
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3 + 能量
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
3.进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
2. 过程:
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
以无机物转变成为自身的组成物质。
（能够进行光合作用或者化能合成作用的生物）
自养生物：
异养生物：
4.光合作用和化能合成作用的异同
1.概念:
同：把二氧化碳和水合成有机物
异：利用的能量不同（光能、化学能）
化能合成作用
1
能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。
硝化细菌
硫细菌
铁细菌等少数种类的细菌
思维拓展
1.如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是
A.类囊体薄膜上有吸收光能的4种色素
B.物质②中可储存活跃的化学能，物质③为NADPH
C.在光照供应充足时，突然停止供应物质④，C5的含量将迅速下降
D.在整个光合作用过程中，植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能
√
当堂练习
2.光合作用过程的正确顺序是
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
3. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是
A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降 D.绿光，C5上升
√
√
当堂练习
光合作用
概念
光合作用的过程
光合作用的原理的探索
光反应
暗反应
反应式
希尔
鲁宾和卡门
阿尔农
卡尔文
水的光解
NADPH 和 ATP 的形成
CO2 的固定
C3 的还原
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
小结
作业：
1.整理笔记
2.大本和小本
3.绘制光合作用过程图

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