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第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用
光合作用是指 ？
绿色植物通过叶绿体，利用光能，将CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并释放出O2的过程。
CO2+H2O （CH2O) +O2
光能
叶绿体
反应式：
概念：
一、光合作用概念、反应式
探索光合作用原理的部分实验：
1.希尔的实验： 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（悬浮液中有水，没有二氧化碳），在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。
2.鲁宾和卡门的实验：1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素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：第一组给植物提供H2O和C18O2 ，第二组给同种植物提供H218O和CO2 。在其它条件都相同的情况下。第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。
3.阿尔农的实验：1954年，美国科学家阿尔农发现，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。
（2）希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
（1）希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
（3）分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
（4）尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
否
是
光合作用释放的氧气来自水
H2O O2
ADP+Pi
ATP
光照、叶绿体
叶
绿
体
色
素
H2O
水的光解
叶
绿
体
色
素
O2
[NADPH]
ADP ＋Pi
酶
ATP
2C3
多种酶
参加催化
供能
还原
（CH2O）
CO2
C5
固定
色
素
光能
暗反应（慢）
光反应（快）
二、光合作用过程
联系 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
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP的生成
CO2的固定； C3的还原
活 跃的
化学能
光能
活跃的
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 。
CO2+H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
光反应与暗反应的比较
1.光反应与暗反应是否一个在光下进行，一个在暗处进行？
思考：
2.夜晚植物能进行光反应、暗反应吗？为什么？
3.白天放在无二氧化碳的密闭玻璃罩内的植物长期进行光反应、暗反应吗？为什么？
否，光反应必须在光下进行；暗反应是有光和无光都可以进行。
不能，因为没有光，光反应无法进行，不能为暗反应提供所需的ATP和[H]
不能，因为没有二氧化碳暗反应无法进行，也就不能为光反应提供ADP和Pi、NDDP+，即便是有光，光反应也无法进行。
4. 光合作用的实质是什么？
物质变化：把简单的无机物转变为复杂的有机物；
能量变化：把光能转变为储存在有机物中的化学能。
5. 光合作用有何意义？
完成了自然界巨大规模的物质转变：无机物到有机物；
完成了自然界巨大规模的能量转变：光能到化学能；
维持大气中二氧化碳含量的相对稳定；
对生物的进化具有重要作用。
思考：
三、影响光合作用的因素
联系农业生产，影响光合作用强度的因素有哪些？
提出问题：
CO2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。
作出假设：
设计实验：
思考：
（1）本实验的自变量是什么？如何设置光照强度大小？
（2）因变量是什么？用什么作为因变量的检测指标？无关变量有哪些？
（3）采用什么方法可使叶圆片下沉？
（4）光的照射下叶圆片为什么上浮？
（5）如何记录实验结果？相同时间内叶圆片上浮的不同数量说明什么问题？
在一定光照强度范围内，随光照强度增加，光合作用强度逐渐增强。
实验方案：
准备30片圆形小叶片，去除其内的气体后平均分成三组放入3只烧杯中，然后分别置于强、中、弱三种光照下。观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的时间。
分析结果：
得出结论：
烧杯 光照 距离 光照强度 同一时间上浮数量 10分钟 20分钟 30分钟
1 5W 10cm 强
2 5W 30cm 中
3 5W 50cm 弱
在一定光照强度范围内，随光照强度增加，光合作用强度逐渐增强。
四、化能合成作用
利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量 来源
代表 生物
相同点 光合作用与化能合成作用的比较
光能
绿色植物
氧化无机物放出的能量
硝化细菌
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
课堂小结

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