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光合作用与能量转化（二）
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
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。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。
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
C6H12O6
葡萄糖
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)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。
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
讨论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？
不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。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元素的转移。（P103）
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)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。
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
讨论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？
能够说明。希尔反应是叶绿体离体状况下完成的，因此，水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。（P103）
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)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。在其他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。
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)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。在其他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。
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
讨论3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。（P103）
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
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。
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
光照
水
氧气
ADP+Pi
ATP
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实验：用经过14C标记的14CO2 ，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终证明了CO2是如何转化为有机物中的碳的。（教材P104）
探索光合作用原理的部分实验
思考·讨论
讨论5.卡尔文实验的结论是什么？。
14CO2
小球藻
有机物的14C
卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
结论：
光合产物中有机物的碳来自CO2
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
一、探究历程
卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
C3是指三碳化合物---3-磷酸甘油酸
C5是指五碳化合物---核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
ATP
ADP+Pi
酶
2C3
CO2
（CH2O）
多种酶参加反应
固定
O2
NADPH
H2O
光解
光反应阶段
类囊体薄膜
暗反应阶段
叶绿体基质
还原
NADP+
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
H2O
ADP ＋Pi
酶
ATP
色
素
光能
2C3
多种酶
参加催化
还原
（CH2O）
CO2
C5
固定
条件：
场所：
物质变化：
光、色素、酶
类囊体薄膜
2H2O
光
4[H]+O2
ADP+Pi
ATP
光
酶
能量转变：
光能→ATP中活跃的化学能
O2
[H]
光解
供氢
供能
条件：
场所：
物质变化：
CO2、多种酶、ATP、 [H]
叶绿体基质
CO2+C5
酶
C3
2C3 C5+(CH2O)
ATP、[H]
酶
能量转变：
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
能量变化：
物质变化：
整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？
把简单的无机物转变为复杂的有机物
把光能转变成储存在有机物中的化学能
总反应式
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
6CO2 +12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
计算式
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
光反应和暗反应的区别与联系
光反应阶段 暗反应阶段
进行 部位
条件
物质 变化
能量 变化
联系 类囊体薄膜
叶绿体基质中
光、色素和酶
CO2、ATP、 [H] 、多种酶
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
1.光反应为暗反应提供[H]和ATP
2.暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
CO2的固定CO2+C5 → 2C3
三碳的还原2C3 C5+（CH2O）
酶
ATP [H]
酶
水的光解 2H2O→4[H]+O2
合成ATP ADP+Pi → ATP
光
酶
光
光合作用的原理
The principle of photosynthesis
光合作用与呼吸作用
光合作用 呼吸作用
代谢类型
场所
条件
物质变化
能量变化
实质
同化作用
异化作用
叶绿体
光能→化学能
细胞质基质及线粒体
酶
光、色素、酶
无机物→有机物
有机物→无机物
化学能→ATP+放能
合成有机物、储存能量
分解有机物、释放能量

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