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第4讲 光合作用原理
第2课时
(1)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。

(2)反应式： 。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
1
光合作用的概念及反应式
1、叶绿体如何将光能转化为化学能？
2、光合作用如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
3、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
1、19世纪末 甲醛→糖
2、1928年 甲醛对植物有毒
甲醛不能通过光合作用转化成糖
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
（有H2O，无CO2）
3、1937年，希尔
高铁盐
低铁盐
希尔反应：
水的光解产生氧气。
结论：
2希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
能说明,希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有水,没有合成糖的另一种必需原料——CO2,同时该实验也没有糖类生成，因此是两个反应。暗示希尔反应和糖的合成是两个相对独立的反应阶段，因此光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段
1希尔反应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，反应体系中可能还存在其他氧元素物质供氧，也不能说明氧元素转移途径
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
4.1941年 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
实验结论
光照射下的小球藻悬浮液
结论：
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
5.1954年，阿尔农
在光照下，叶绿体可合成ATP
这一过程总是与水的光解相伴随
1957年，阿尔农
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：
ADP+Pi ATP
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，_____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
1937年希尔 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______
1941年鲁宾、卡门
1954年阿尔农 在光照下，叶绿体可合成______，这一过程总是与_________相伴随
O2
氧气
水
ATP
水的光解
2
光合作用的探索历程
上述实验表明，
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。　
总结
接着又转移到什么物质中？
科学家卡尔文等用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪
放射性14C的去向。向反应体系中通入一定量14CO2，发现：
光照0.5秒后，检测到90%的放射性稳定地出现在一种三碳化合物（C3）；
光照5秒左右后，放射性稳定地出现在糖类（CH2O）；
CO2中的C首先转移到什么物质中？
CO2 C3
（CH2O）
卡尔文
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应，两个阶段。
光合作用过程的示意图
1
光反应阶段
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 0.5O2 +2 NADPH
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能 ATP、NADPH中活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
2C3
C5
NADPH
ADP + Pi
（CH2O）+H2O
ATP
多种酶
参加催化
酶
CO2
还原
固定
酶
供能
卡尔文循环
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
叶绿体的基质中
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)+C5
酶
NADPH 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化:
NADPH
2
暗反应阶段
色素分子
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
尝试画出光合作用过程图解（识记反应过程）
光合作用的第一阶段
必须有光才能进行
光合作用的第二阶段，
有没有光都可以进行
讨论：1.叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
色素分子
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
NADP+
NADPH
ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？
ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜
光照不变，停止CO2供应
暗反应
C3含量下降
C5含量上升
NADPH、ATP增加
O2产量减少
仍可进行
：CO2 + C5 → 2C3
酶
停止
2C3 +NADPH (CH2O)+C5
酶
ATP
光反应停止
H2O →2 NADPH + 1/2O2
+
Pi
+
光能
ATP
酶
ADP
没有暗反应光反应也不能进行
2C3 +NADPH (CH2O)+C5
停止光照，CO2供应不变
光反应停止
NADPH、ATP、O2产生减少
暗反应
仍正常进行
停止
C3含量上升
C5含量下降
(CH2O)合成量减少
H2O →2 NADPH+ 1/2O2
+
Pi
+
光能
ATP
酶
ADP
酶
ATP
：CO2 + C5 → 2C3
酶
暗反应停止
没有光反应就没有暗反应
NADPH
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
C
自养生物
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物、蓝细菌等。
异养生物
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
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P106。
光能自养生物
化能自养生物
所需的能量来源不同（光能、化学能）
4
化能合成作用
能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物
2NH3 + 3O2
硝化细菌
2HNO2 + 2H2O + 能量
2HNO2 + O2
硝化细菌
2HNO3 + 能量
CO2 + H2O
酶
（CH2O ）+ O2
9.如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是
A.图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿
体基质
B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和
NADPH中活跃的化学能
C.甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸
收蓝紫光
D.图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
√
1、借必修2的生物书
人教版高中生物必修2《遗传与进化》
2.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是____，它被传递到叶绿体的_____部位，用于_________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______。
④图中G__________,F是____________,J是________。
⑤图中的H表示_______， I表示________，H为I提供__________。
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
NADPH
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
光能
光反应
NADPH和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应
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
3
光反应与暗反应的比较
5.4 光合作用与能量转化（第3课时）
光合作用的强度:
植物在单位时间内合成的有机物的数量。简单地说，是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示。
单位时间内______________、___________、______________。
有机物的产生量
CO2的消耗量
O2的产生量
影响光合作用强度的因素及应用
强度
频率
浇水
Mg2+
施肥
色素
空气中CO2的浓度
温度
pH
酶
（1）实验原理：
叶片含有空气上浮 叶片下沉 充满细胞间隙，叶片上浮
自变量 设置方法 因变量 观察指标
光照强弱 通过调节台灯与实验装置间的距离 光合作用的强度 观测同一时间段内被抽去空气的小圆叶片上浮的数量
（2）变量分析
抽气
光合作用
产生O2
探究光照强度对光合作用强度的影响
探究光照强度对光合作用强度的影响
方法步骤：
1）打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片
2）将圆形小叶片置于注射器内，使叶片内气体逸出
3）将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底
4）取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）
方法步骤：
5）分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照(3盏40W台灯分别向3个实验装置照射，光照强弱可通过调节台灯与实验装置间的距离来决定)。
光源会产生热量，导致温度不同，所以为了保证单一变量，应该加一个盛水玻璃柱，排除温度对实验结果的影响。
冷光源
方法步骤：
甲
乙
丙
叶片浮起数量多
叶片浮起数量中
叶片浮起数量少
强
中
弱
方法步骤：
项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮起数量
1 10片 20 mL 强 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
6）观察并记录结果
实验结论：
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
方法步骤：
→光反应
光照强度
1、光照强度
光合速率
0
光强
→NADPH、ATP
→暗反应 C3还原
（CH20 ）
→
光照
强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
释放量
CO2
一定光强后光合速率不再增加的原因：
内因：色素含量，酶的数量和最大活性；
外因：CO2浓度等除光强以外的环境因素。
A点：
CO2
O2
光照
强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
释放量
CO2
光照强度为0时,只进行细胞呼吸，释放C02量代表此时的呼吸强度
叶绿体
线粒体
AB段：
O2
CO2
CO2
O2
光合速率小于呼吸速率
光照
强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
释放量
CO2
随光照强度增强，光合作用逐渐增强，C02的释放量逐渐减少,因一部分用于光合作用。
B点：
O2
CO2
光照
强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
释放量
CO2
光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，
即光合作用速率=细胞呼吸速率
光补偿点：当光合作用速率等于呼吸作用速率时的外界环境中的光照强度
BC1段：
O2
CO2
CO2
O2
光照
强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
释放量
CO2
随光照强度不断增强，光合作用不断增强
光合速率大于呼吸速率
光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强
C2
光饱和点：当光合作用速率达到最大时的外界环境中的光照强度
项目 表示方法
呼吸速率 （黑暗中测量）
CO2
O2
叶绿体
线粒体
O2的吸收量、CO2的释放量、
有机物的消耗量
项目 表示方法
净光合速率 （表观光合速率）
O2
CO2
CO2
O2
光合速率大于呼吸速率
O2的释放量、CO2的吸收量、
有机物的积累量
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
项目 表示方法
真正光合速率 （实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、
有机物的制造量
O2
CO2
CO2
O2
光合速率大于呼吸速率
项目 表示方法
净光合速率 （表观光合速率） O2的释放量、CO2的吸收量、
有机物的积累量
真正光合速率 （实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、
有机物的制造量
呼吸速率 （黑暗中测量） O2的吸收量、CO2的释放量、
有机物的消耗量
释放量
A
B
光照强度
0
吸收量
CO2
C
CO2
细胞呼吸强度
净光合速率
呼吸速率
实际光合速率（总值）
总光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
外部因素①: 光照强度
E
①大棚种植阴雨天应补充光照，把光强控制在光饱和点，至少要在光补偿点之上；
②根据阳生植物和阴生植物对光照的不同要求，控制光照强弱。如间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的搭配等。
①光照强度：
应用：
2．CO2浓度
(1)曲线分析：
图1中 A点表示CO2补偿点，即光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度
图2中 A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度
B和B′点都表示CO2饱和点。
(2)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合作用速率。
3.温度
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱
应用：1.适时播种
2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温.
3.植物“午休”现象的原因之一
植物“午休”现象
一般发生在夏天，在12时左右光合作用强度明显减弱，是因为此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱
4．水
(1)影响：水是光合作用的原料，缺水既可影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
(2)应用：合理灌溉。
保卫细胞吸水
气孔张开
5．矿质元素
(1) 含义：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高使植物吸水困难，从而导致光合作用速率下降。
(2)应用：合理施肥
P点(前）时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素
Q点时
多因子影响曲线分析
主要限制因素为曲线标注的因素

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