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第4节 光合作用和能量转化
第二课时
光合作用的原理
课标要求 核心素养
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 1.生命观念：建立生命的物质能量观。
2．科学思维：建构光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。
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CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
1. 光合作用的概念:
指绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存 着的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体是如何将光能转化为化学能？
又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
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
二氧化碳和水
有机物
氧气
能量
光合作用的原理
【资料1 】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。
C6H12O6
葡萄糖
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
2. 光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
光合作用的原理
2. 光合作用原理的部分探究历程:
实验2：希尔实验
实验思路：施加单一变量进行研究
材料：离体叶绿体
处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2；给予光照
结果：叶绿体有O2释放。
叶绿体中H2O光解产生氧气。
推测：
问题1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
NADP++2H++2e- NADPH+H+
结合H2O分解产生的2H+和2e-
问题2：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
酶
问题5：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？
没有排除叶绿体中其他物质的干扰;
不能说明
问题3：希尔的实验中Fe3+被还原成Fe2+，说明了什么？
产生了具有还原性的物质;
还原型的辅酶II(NADPH)
2.光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
问题4：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？
该实验中不存在合成糖类的原料-CO2，说明水的光解是一个相对独立的反应阶段；
可以说明
【资料3】鲁宾和卡门实验
实验思路：用同位素标记来研究物质的去路
材料：小球藻
处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。
2.光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。
结果：A为O2，B为18O2；
结论：
【资料4】阿尔农实验1
材料：离体叶绿体
处理：加入ADP、Pi，给予光照
结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气；
光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
结论：
2.光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
问题1: 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
提示：叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一
光合作用的原理
2.光合作用原理的部分探究历程:
问题1: 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
【资料4】阿尔农实验2
材料：离体叶绿体
处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件
结果：离体叶绿体中有糖类生成
结论：
黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。
2.光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
【资料5】卡尔文实验1
实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程
材料：小球藻
处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。
光合作用的原理
2.光合作用原理的部分探究历程:
CO2→C3 → C6
C5
结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6
结论：
5秒后
60秒后
C5
还原
的C3
【资料5】卡尔文实验2：
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
CO2
（CH2O）
结论：
C3与C5之间是相互循环的。
多种酶
2C3
光合作用的原理
2.光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
3.
光
合
作
用
的
过
程
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
光合作用的原理
3.光合作用的过程
光反应阶段
物质变化:
能量转化:
条 件：
场 所：
水的光解：
H2O → O2+H+
光
ATP的合成：
ADP + Pi + 能量 → ATP
酶
NADPH的合成：
NADP++H++2e-→NADPH
光能→ATP和NADPH中的活跃化学能
叶绿体的类囊体薄膜
光、色素、酶
光合作用的原理
3.光合作用的过程
暗反应阶段
物质变化:
能量转化:
条 件：
场 所：
叶绿体基质
多种酶、CO2
ATP和NADPH的分解
CO2的固定：CO2+C5→2C3
酶
C3的还原：2C3 C5+(CH2O)
酶
ATP、NADPH
ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能
光合作用的原理
3.光合作用的过程
【问题1】总结光合作用过程中的能量的转移途径？
ATP和NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
光能
【问题2】分析光反应和暗反应之间的联系？
光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。
【合作探究】
联系 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
酶、ATP、NADPH
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质中
水的光解；ATP的合成
CO2的固定；C3的还原
ATP、NADPH中活跃化学能
光能
ATP、NADPH中活跃化学能
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NADP+和ADP、Pi
思考·讨论
光反应和暗反应的区别与联系
【问题4】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
光合作用产生的ATP只用于暗反应C3 的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动；
细胞质基质、线粒体、叶绿体；
【问题3】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？
ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质；
ADP和NADP+：从叶绿体基质 类囊体薄膜。
【问题6】CO2浓度不变，突然降低光照强度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
【问题7】光照强度不变，突然降低CO2浓度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
ATP和NADPH减少，C3 增加，C5减少，有机物减少
C3 减少，C5 增加，ATP和NADPH增加，有机物减少
【问题5】请分析H2O中H元素、CO2中C元素的转移途径？
H：3H2O NADP3H （C3H2O ）
C：14CO2 14 C3 （14CH2O ）
【环境因素骤变对物质变化的模型分析】
物
质含
量
时间
强光照
C3
NADPH、ATP,
C5,(CH2O)合成量
弱光照
CO2浓度不变：光照强度改变
物
质含
量
时间
CO2缺乏
C3, (CH2O)
C5, NADPH, ATP
CO2充足
光照强度不变：CO2浓度改变
【环境因素骤变对物质变化的模型分析】

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