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5.4 光合作用的原理
(第2课时）
学习目标：
1、阐明光合作用的基本过程和原理
2、理清光反应与暗反应的区别与联系，说明光合作用的意义
一、光合作用的概念:
CO2+H2O
叶绿体
光能
（CH2O）+O2
光合作用是指绿色植物通过___________，利用________，将_________________转化成储存着能量的___________，并且释放出___________的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
(计算公式)
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6O2＋6H2O
叶绿体
光能
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______
O2
氧气
2
光合作用的探索历程
结论：水的光解产生氧气。
希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
不能；没有排除叶绿体中其他物质的干扰。
1.希尔实验能说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？
2、希尔的实验能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应吗？
能；悬浮液有H2O，没有合成糖的原料——CO2
鲁宾和卡门实验
①实验方法：
同位素示踪法
(不是放射性同位素示踪，15N、18O没有放射性)
②实验变量：
自变量是 ，因变量是 。
C18O2、H218O
释放出的O2是否含有18O
③实验结论：
光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
（5）1954年，阿尔农
这一过程总是与水的光解相伴随。
讨论4：请尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
ADP+Pi ATP
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
叶绿体可以吸收光能，进行水的光解释放氧气，产生的能量可用于合成ATP。
6、卡尔文实验（P104）第二段
用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性。
14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5
反应
时间
30秒
5秒
＜1秒
带14C标记的
化合物
很多种
14C3、14C5、14C6
90% 14C3
放射性同位素示踪法
②实验变量：
自变量是 ，因变量是 。
时间
14C标记的化合物
①实验方法 ：
思考： CO2如何转化为糖类？
探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径。
<一> 光反应阶段
类囊体薄膜
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
条件：
光、色素、多种酶
场所：
类囊体薄膜
物质转化
水的光解：
H2O O2 + H+ + e-
光
色素
光能
能量转化:
ATP、NADPH中的化学能
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + e- NADPH
酶
三、光合作用的原理
ATP的合成：
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
条件：
场所：
叶绿体基质中
有光无光都可以，多种酶等
CO2的固定：
C3的还原：
2C3
酶
ATP、NADPH
有机物中稳定的化学能
CO2＋C5 2C3
酶
物质转化
ATP、NADPH中活跃的的化学能
能量转化：
<二> 暗反应阶段
* 葡萄糖、淀粉在叶绿体基质中合成；蔗糖在细胞质基质中合成。
(CH2O)+C5
（卡尔文循环）
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
2C3
C5
光反应与暗反应的联系(P106)
如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示,图中a~g为物质,①~⑥为反应过程)。下列判断错误的是 ( )
A.图中a 物质主要吸收红光和蓝紫光,绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在c中
B.图中①表示 H2O 的吸收,③表示 H O的光解
C.将b物质用18O标记,最终在(CH2O)中能检测到放射性18
D.d为还原型辅酶Ⅱ
D
②CO2中C的转移途径：
①产物O2的O的来源：
③H2O中H转移途径：
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
<四> 光合作用元素和物质的转移途径
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
在C3的还原中作还原剂；为C3的还原提供能量
光反应阶段 暗反应阶段
反应场所
反应条件
物质变化
能量变化
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体基质中
需要光、色素、与光反应有关的酶
需要与暗反应有关的酶
光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
①水的光解：H2O H++O2
②合成NADPH：
NADP++H+ +e→NADPH
③合成ATP：ADP+Pi+能量 ATP
光
酶
①CO2的固定：CO2+C5 2C3
酶
②C3还原：C3 （CH2O）+C5
酶
ATP、NADPH
【熟记】
【思考】暗反应能否长时间在黑暗下进行？为什么？
不能;因为光反应为暗反应提供的NADPH、ATP是有限的。
光反应与暗反应的联系
ATP和NADPH
ADP、Pi和NADP＋
如图为叶绿体中某生理过程示意图,有关叙述不正确的是 ( )
A.该过程所利用的光一般都是可见光
B.叶绿体内膜被破坏后,O2将不能产生
C.该过程形成的ATP主要用于暗反应
D.Pi在ADP和ATP的转化过程中起重要作用
B
（1）CO2供应不变，光强改变：
光照停止或减弱：
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
光照增强：
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
（2）光照强度不变，CO2浓度改变：
CO2减少或停止供应：
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
CO2增加：
NADPH、ATP
C3
C5
（CH2O）
C5含量变化与[H]、ATP含量变化趋势相同，与C3含量趋势相反。
如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C和C的相对含量随一种环境因素的改变C的变化情况,下列对这一环境因素改变的分析正确的是( )
A.突然停止光照
B.突然增加CO 浓度
C.降低环境温度
D.增加光照强度
D
下图表示某植物叶片暗反应中C,和C,相对浓度的变化趋势,该植物在 I阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO,浓度中的某一项。下列分析正确的是 （ ）
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B.图中ⅡI阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累
D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比I阶段低
D
五. 光合作用与呼吸作用的联系
NADPH
O2
CO2
（CH2O）
（CH2O）
NADH
O2
CO2
ATP中活跃的化学能
(2)能量方面：
光能
(CH2O)中稳定的化学能
ATP中活跃的化学能
热能
光反应
暗反应
细胞呼吸
供能
《三维设计》P127-素养评价-1 下图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解，其中①~④表示过程。相关叙述错误的是 ( )
A.过程①③④都能合成ATP
B.过程①②③④总是同时进行
C.过程①③都在生物膜上进行
D.过程④产生的[H]还来自于水
B
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源
代表生物 绿色植物
相同点 都能将 等无机物合成有机物
2、光合作用与化能合成作用的比较
光能
CO2和H2O
无机物氧化
释放的能量
硝化细菌

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