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(共18张PPT)
第2节 光合作用——光能的捕获和转换
绿色植物光合作用的过程
环节一：
建构“光反应”概念模型
资料1:1937年英国生物化学家希尔发现从繁缕叶片中提取出的叶绿体（实际是膜裂解的叶绿体），加入铁氧还蛋白，抽去空气（试管内压强为2-4mmHg，CO2含量可忽略不计），在光下放出微量氧。加入CO2却没有变化。
资料1说明什么？
水在光下分解能够产生氧气，光合作用在叶绿体中进行。
希尔反应能说明O2中的氧元素全部来源于H2O吗？
反思求真：
不能。
两个实验的思路都是将H2O和CO2分开。希尔是用抽气的方法将两种物质分开，无法将CO2完全去除。鲁宾和卡门是用同位素标记的方法彻底区分H2O和CO2中的O。
光合作用的研究从器官（叶片）水平进入到细胞器（叶绿体水平）。
希尔实验的意义：
根据相关实验结论和化学知识可以写成水的裂解过程如下：
疑问：光合作用产物中有O2，但没有H+和电子，它们可能参与了什么反应？
资料2:1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验，在有照光和无二氧化碳的条件下发现，当向反应体系中供给ADP、Pi 和 NADP＋时，会有 ATP、 NADPH 和氧气产生。
资料2说明什么？
光照条件下，叶绿体可以合成ATP、NADPH，且这个过程与总是与水的光解相伴随。H+和电子可能参与了NADPH的合成。
疑问：根据能量守恒原理，合成ATP中的能量来自哪里，直接来自太阳能吗？
资料3:米切尔化学渗透假说认为光照引起水的裂解，水释放的H+留在类囊体膜内侧。这样，膜内侧H+浓度高而膜外侧低，于是膜内外产生H+浓度差和电位差，当H+沿着浓度差返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，ADP和Pi合成ATP。
资料4:贾格道夫实验——离体叶绿体类囊体置于pH4的酸性溶液中，平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH8的缓冲液中，由此产生的H+梯度为无光的情况下的ATP合成提供了驱力。
结论：ATP的合成是由于叶绿体类囊体内外H+浓度差引起的。
环节一：
建构“光反应”概念模型
图1 光反应的生理过程局部示意图
类囊体腔
类囊体外侧
电子的最初供体和受体分别是什么？
水；NADP+
环节一：
建构“光反应”概念模型
小组合作，完成光反应阶段知识梳理
类囊体膜
光、光合色素
O2
NADP＋＋H＋
ADP
ATP
NADPH
环节二：
建构“暗反应”概念模型
资料5:阿尔农发现，在黑暗条件下，只要提供了NADPH和ATP，叶绿体也能将CO2转化为糖类，同时CO2、NADPH和ATP的含量急剧下降。
结论：ATP和NADPH参与CO2反应生成（CH2O）。
疑问：光反应产生的ATP和NADPH去了哪里？探究到目前为止光合作用的总反应式的反应物CO2也没有被使用？
环节二：
建构“暗反应”概念模型
疑问：CO2是转变成糖类等有机物是直接生成的，还
是一步步生成的？
资料6:1946年，美国科学家卡尔文以小球藻为实验材料，向光照充足的反应体系中充入一定量的14C标记的CO2，每隔一段时间取样，并立即杀死小球藻，用放射性自显影技术追踪14C标记的转移路径。
（1）光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、（CH2O）等化合物。
（2）在5秒钟光照后，检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和糖类[（CH2O）]。
（3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
三碳化合物
多种产物
1秒内
30秒后
基于上述信息，小组合作以流程图形式展示C的转移途径。
CO2 → C3 → （CH2O）
C5
环节二：
建构“暗反应”概念模型
资料7:卡尔文及其同事通过改变实验条件发现C5化合物呈现规律性变化即当停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。在有充足光照和CO2供应下，C3和C5的浓度很快达到饱和并维持稳定，但含有放射性的糖类却不断增加。
结合物质来源和去路问题分析，与CO2反应的底物是什么？尝试进一步完善流程图。
CO2 → C3 → （CH2O）
C5
环节二：
建构“暗反应”概念模型
资料8:用温和方法分离得到的叶绿体结构完整，这样的叶绿体能够完成光合作用的全过程。用剧烈方法分离得到的叶绿体含有很少或者根本没有叶绿体基质，这样的叶绿体只能在光下产生O2、ATP、NADPH，但是均不能固定CO2产生糖类等有机物。
结合资料8，光合作用的暗反应场所在哪里？
叶绿体基质
环节二：
建构“暗反应”概念模型
小组合作，完成暗反应阶段知识梳理
叶绿体基质
C5
[H]
糖分子
光反应给暗反应提供ATP、NADPH，那么暗反应给光反应提供什么物质呢？
+Pi
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
光合
色素
供氢
供能
酶
供能
多种酶参加催化
暗反应（叶绿体基质）
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
光反应（叶绿体类囊体膜）
环节三：
建构“光合作用”概念模型
光合作用
1.概念：
绿色植物细胞中的叶绿体从太阳光中捕获能量,并将这些能量在CO2和H2O转变为糖与O2的过程中,转换并储存为糖分子中化学能的过程。
2.总反应式：
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
夏季中午，气孔关闭，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？
归纳提升
1.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)分析思路
物质含量的变化取决于其生成速率和消耗速率的变化，要从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
(2)分析过程
右图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，
Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、
CO2)突然发生变化时，分析相关物质含
量在短时间内的变化。
归纳提升
2.光合作用过程中元素的去向分析
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
谢谢观看！

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