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第5.4节 光合作用与能量转化
(第3课时)
指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。
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
（1）光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？
（2）叶绿体是如何将光能转化为化学能？
（3）又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
1.光合作用原理
1.光合作用概念：
2.过程：
任务1：请自主阅读课本P102-103页，小组合作完成以下问题。
19世纪末
甲醛→糖
1928年
甲醛对植物有毒，不能通过光合作用转化成糖
1937年
希尔反应
水的光解产生氧气
1941年
鲁宾和卡门:同位素标记法光合作用氧气来自于水
1954年
阿尔农:光照下叶绿体合成ATP该过程总是与水的光解相伴。
一、光合作用的探索历程
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
资料1
不能通过光合作用实现
1928年， 科学家发现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：希尔反应
1.希尔的实验可以得出什么结论？
2.希尔的实验能否确定氧气全部来自水？
水的光解产生氧气。
不能。该实验仅能说明离体的叶绿体在适当条件下发生水 的光解产生O2。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧气的转移。
铁盐和其他氧化剂
资料3：鲁宾和卡门实验
同位素标记法；
相互对照（即对比实验）；
光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。
该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
资料4：阿尔农实验
光照
ATP
水
光解
尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系？
2.光合作用原理
1.光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？
2.每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？
任务2：请自主阅读课本P103-104页，小组合作完成以下问题。
光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应条件
反应场所
物质变化
能量变化
联系 2.光合作用原理
反应过程是否需要光能
1.光合作用过程分类依据：
有光才能反应
有光、无光都能反应
光反应（光合作用第1阶段）
暗反应（光合作用第2阶段）又称碳反应（卡尔文循环）
2.光合作用过程：
光反应阶段
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
（1）条件：
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+
（2）场所：
叶绿体类囊体薄膜上
（3）主要产物：
O2、ATP、NADPH
2.光合作用过程：
2.光合作用原理
光反应阶段
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
（4）过程：
①水的光解：
②ATP的形成：
H2O O2 + H+
光
色素
NADP＋＋H+ →NADPH
ADP+Pi ATP
光、酶
色素
（5）能量转化：
光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能
2.光合作用过程：
2.光合作用原理
光反应阶段
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
3.光合作用过程：
暗反应阶段
（1）条件：
（2）场所：
（3）主要产物：
有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH
叶绿体基质中
（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+
2.光合作用原理
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
3.光合作用过程：
暗反应阶段
（4）过程：
（5）能量转化：
①CO2的固定：
②C3的还原：
CO2＋C5 2C3
酶
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
2.光合作用原理
叶绿体
中的色素
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
光能→ATP和NADPH
中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能
→有机物中稳定的化学能
酶
4.光合作用总过程：
2.光合作用原理
2.光合作用原理
光合作用的过程（视频）
光反应阶段 暗反应阶段（碳反应）
场所
条件
物质变化
能量变化
联系 项目
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
有光无光都可，多种酶
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH
暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料
过程
色素、酶
2H2O O2 + 4H+
光
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
酶
NADP+ + H+ NADPH
酶
CO2＋C5 2C3
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
2.光合作用原理
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
5.光合作用中元素的转移：
（1）H的转移：
（2）C的转移：
（3）O的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )
CO2 → C3 →（CH2O）
C5
CO2 →（CH2O）
H2O → O2
2.光合作用原理
任务3：正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H] 、ATP含量如何变化？若突然停止CO2的供应呢？
条件
停止光照
CO2供应不变
突然光照
CO2供应不变
光照不变
停止CO2供应
光照不变
增加CO2供应
C3
C5
ATP
NADPH
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
2.光合作用原理
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的合成作用。
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
6.化能合成作用：
2.光合作用原理
课堂小测　
1.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是（ ）
A.光合作用释放的O2来自水而不是CO2
B.NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上
C.希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D.光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
2.如图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是( ）
A．阶段Ⅰ表示暗反应 B．阶段Ⅱ表示光反应
C．物质a表示NADPH D．物质b表示C3
课堂小测　

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