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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
1
说明光合作用以及对它的认识过程（重点）。
2
从物质和能量观视角，阐明光合作用的原理（难点）。
1．光合作用的概念
是指绿色植物通过 ，利用 ，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。
2．光合作用的化学反应式
糖类
【思考】光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
叶绿体
光能
氧气
反应物、条件、场所、生成物？
【活动1】探索光合作用原理的部分实验（1）
时间/发现者 内容
①19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。
②1928年 科学家发现甲醛对植物有 作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
③1937年希尔（英国） 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 。
O2
毒害
可以释放出氧气
【探究】分析希尔反应
【资料1】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H2O，没有CO2），在光照下可以释放出O2。
（1）根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。
O2
H+
H2O
光照叶绿体
Fe3+
得电子
Fe2+
（2）希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O
不能
没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。
（3）若要证明氧气全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？
同位素示踪法
时间/发现者 内容
④1941年鲁宾、卡门（美国） 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H2O＋C18O2→植物→ ，H218O＋CO2→植物→ ，得出光合作用释放的氧全部来自 。
18O2
O2
水（ H2O）
对比实验
？
？
光合作用产生的 O2 来自于 H2O，不来自 CO2。
结论？
时间/发现者 内容
⑤1954、1957年阿尔农（美国） 在光照下，叶绿体可合成 ，这一过程总是与 相伴随。
ATP
水的光解
【资料3】1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
根据该实验你可以得出什么结论？
光照条件下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
光反应阶段
暗反应阶段
4.光合作用过程
根据是否需要光能
阅读《课本》P103—104，完成《步步高》。
光合色素
H2O
O2
NADPH
ATP　
光能
ADP+Pi
光能
光反应阶段
酶
类囊体薄膜
NADP+ + H+ + 2e → NADPH
NADP+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
H2O→ H+ + O2 + e
H2O
类囊体膜
酶
ADP＋Pi
ATP
光、色素、酶
叶绿体的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+ + e
光能
ATP的合成：
光能 → 转变为ATP和NADPH中活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
H++NADP+ + 2e NADPH
NADP+
+
NADPH
色素
光反应小结
O2
【活动2】探索光合作用原理的部分实验（2）
目的是什么？
将叶片内原有的营养物质耗尽
进行对照实验
一半遮光
一半曝光
（1）1864年，萨克斯的实验
自变量？
有无光照
实验组？
遮光组
暗处理
用碘蒸汽处理叶片
萨克斯(J.von Sachs)的实验
结论？
植物叶片在阳光下光合作用产生淀粉。
在用碘蒸汽处理叶片前应先对绿叶做何处理？
脱色处理
方法？
原理？
色素能溶于酒精
酒精水浴加热
CO2是如何转变成糖类等物质的呢？
（2）20世纪40年代卡尔文实验
用经14C标记的14CO2，供小球藻（一种单细胞的绿藻）进行光合作用，追踪检测了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中C的途径。
（＊CH2O）
＊C3
＊C O2
同位素标记法
——卡尔文循环
ADP+Pi
co2
C5
2C3
CO2固定
ATP
酶
供能
C3还原
(CH2O)
【糖类】
多种酶
参加催化
NADPH
供能
酶
卡尔文循环
叶绿体基质
暗反应阶段
（现也称为碳反应）
有没有光都能进行
CO2
C5
五碳化合物
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
NADPH
(CH2O)
C3的还原
场所：
条件：
物质变化
能量变化
暗反应小结
叶绿体的基质中
需NADPH 、ATP、酶
有没有光都能进行
CO2 的固定：
C3 的还原：
CO2＋C5 2C3
酶
ATP
ADP+Pi
ATP和NADPH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)
酶
糖类
NADP+
NADPH
C5
ATP
ADP+Pi
酶
2C3
CO2
（CH2O）
多种酶催化
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
类囊体膜
叶绿体基质
【活动3】光合作用过程模型构建——《教材》P106
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
【活动4】光合作用过程分析
光反应
暗反应
划分依据：反应过程是否需要光能？
①光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
②暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能进行
有光、无光都能进行
③暗反应在夜间可以持续进行吗？
不能
【资料3】1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下：
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生（CH2O）
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生（CH2O）
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生（CH2O）
通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？
CO2转化成(CH2O)，即暗反应需要光反应提供的ATP和NADPH。
暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故夜晚一般认为只进行呼吸作用，暗反应不进行。
光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供 ；
暗反应为光反应提供 。
提供能量
ADP和Pi、NADP＋
③ATP在C3 还原过程中的作用？
④NADPH在C3 还原过程中的作用？
ATP和NADPH
既提供能量
又作还原剂
①ATP的移动方向？
②ATP的移动方向？
从类囊体薄膜移向叶绿体基质。
从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
【活动5】列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所
反应速度
与光的关系 必须在 下进行 需要光合色素和多种酶 不需要光合色素和光，需要多种酶
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体基质
较快
较缓慢
光
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 物质变化
能量变化
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的的化学能
→糖类等有机物中稳定的化学能
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供 ；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供 和 NADP＋ ； ②没有光反应，暗反应缺乏NADPH和ATP，无法进行； 暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。 可见，二者相互制约。 ATP和NADPH
ADP、Pi
【说明】光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于叶绿体内暗反应C3的还原等生命活动。
【核心归纳1】光合作用过程中三个重要的转移途径
光合作用总化学反应式
糖类
①H2O中O原子的转移途径是？
H2＊O
＊O2
6CO2 +12 H2O* C6H12O6 +6 H2O+ 6O2*
光能
叶绿体
光合作用总反应式的变形
【思考】给某绿色植物提供C18O2，一段时间后光合终产物O2中能否检测到18O？
能够
②CO2中C原子的转移途径是？
（＊CH2O）
＊C3
＊C O2
③光合作用过程中能量转移途径是？
光能
ATP、NADPH中活跃的化学能
糖类等有机物中稳定的化学能
【核心归纳2】充分利用图解，分析相关物质含量在短时间内的变化：
改变条件 NADPH、ATP C3含量 C5含量 （CH2O）生成量
光照强度变弱
光照强度变强
突然改变某条件，其他条件不变，短时间内物质含量的变化
【核心归纳2】充分利用图解，分析相关物质含量在短时间内的变化：
改变条件 NADPH、ATP C3含量 C5含量 （CH2O）生成量
CO2供应减少
CO2供应增加
突然改变某条件，其他条件不变，短时间内物质含量的变化
【核心归纳3】两种重要膜结构的辨析：
【H】与O2结合生成水
水的光解
有氧呼吸第三阶段
光合作用光反应
线粒体内膜
叶绿体的类囊体膜
细胞质基质
——（细胞呼吸的第一阶段）；
线粒体（基质和内膜）
——（有氧呼吸第二、三阶段）；
叶绿体的类囊体膜
——光合作用的光反应。
【核心归纳5】能产生水的细胞器有？
核糖体、线粒体、叶绿体
【核心归纳4】能产生ATP的细胞结构有哪些？
光合作用
二阶段、二场所、光反应二变化、暗反应二变化、二联系、二转移
6个“二”
（1）植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应（　　）
（2）光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜（　　）
（3）光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜（　　）
（4）光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供
能量（　　）
（5）14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→（14CH2O）（　　）
【判断正误】
1．希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述，不正确的是（　　）
A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上
C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
【典题应用】
B
2．如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是（　　）
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内
叶绿体中F的含量会增加
C．c过程是CO2固定，发生在
叶绿体基质中
D．E接受C和 NADPH释放的能量
并被NADPH还原
B
【例】下图表示植物叶肉细胞中光合作用、有氧呼吸的过程，以及两者之间的联系，其中甲～戊表示生理过程，a～d表示相关物质，据图分析：
【网络构建】

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