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5.4 光合作用与能量转化
二.光合作用的原理和应用
(第3-4课时)
基粒
叶绿体基质
类囊体
外膜
内膜
(酶、色素)
回顾导入
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)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
场 所
条 件
产 物
原 料
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
1
光合作用的概念及反应式
一.光合作用原理
自主阅读：阅读课本P102思考 .讨论，完成资料后的4个讨论：
1.希尔的实验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？为什么？
2.希尔的实验能否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？为什么？
3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系
一.光合作用原理
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。
资料1
不能通过光合作用实现
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。
一.光合作用原理
资料2：希尔反应
1.希尔的实验可以得出什么结论？
2.希尔的实验能否确定氧气全部来自水？
水的光解产生氧气。
不能。没有排除叶绿体中其他物质的干扰，并没有直接观察到氧气的转移。
铁盐和其他氧化剂
一.光合作用原理
3.希尔的实验能否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
可以，因为该实验中没有糖类合成的原料CO2。
资料3：鲁宾和卡门实验
方法：同位素标记法；
对照类型：相互对照（即对比实验）；
结论：光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。
该实验采用了什么实验方法？如何对照？可以得出什么结论？
一.光合作用原理
H218O＋CO2→植物→18O2
H2O＋C18O2→植物→O2
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
资料4：阿尔农实验
光照
ATP
水
光解
尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系？
一.光合作用原理
19世纪末
甲醛→糖
1928年
甲醛对植物有毒，不能通过光合作用转化成糖
1937年
【希尔反应】
水的光解产生氧气
1941年
【鲁宾和卡门】:同位素标记法
光合作用氧气来自于水
1954年
【阿尔农】:光照下叶绿体合成ATP该过程总是与水的光解相伴
一.光合作用原理
1.光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？
2.每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？
任务2：请自主阅读课本P103-104页，小组合作完成以下问题。
光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应条件
反应场所
物质变化
能量变化
联系
一.光合作用原理
反应过程是否需要光能
1.光合作用过程分类依据：
需要光
不需要光
光反应（光合作用第1阶段）
暗反应（光合作用第2阶段）又称碳反应 （卡尔文循环）
一.光合作用原理
1
光反应阶段
H2O
类囊体薄膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +NADPH（【H])
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
一.光合作用原理
2.光合作用过程
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
NADPH、ATP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
一.光合作用原理
2.光合作用过程
注意：
暗反应无光可以反应短时间，但不可长时间黑暗
下图是光合作用过程图解，请完成对应字母对应物质和过程：
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
[H]
叶绿体基质
ATP
光反应
色素
C5
C3
（CH2O) 糖类
ADP
暗反应
类囊体薄膜
3.光合作用总过程：
一.光合作用原理
4.光合作用中元素的转移
（1）H的转移：
（2）C的转移：
（3）O的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )
CO2 → C3 →（CH2O）
CO2 →（CH2O）
H2O → O2
C5
光反应阶段 暗反应阶段（碳反应）
场所
条件
物质变化
能量变化
联系
项目
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
多种酶、不需要光参与（但不是黑暗）
光能→ATP、NADPH活跃的化学能
→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH
暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料
过程
色素、酶
2H2O O2 + 4H+
光
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
酶
CO2＋C5 2C3
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
一.光合作用原理
5.光反应与暗反应的区别与联系
【讨论】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
停止CO2供应 光照不变
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
t
浓度
0
1
2
－
－
C5
C3
t
浓度
0
1
2
－
－
C3
C5
一.光合作用原理
二.光合作用原理的应用
自主学习
阅读教材P105第一、二段, 完成以下问题:
活动1：光合作用的强度
1.概念:植物在_________内通过光合作用制造_____的数量。
2.表示方法:
单位时间
糖类
单位时间内______________、___________、______________。
①有机物的产量
③CO2的消耗量
②O2的产生量
3.归纳:通过以上探究,归纳影响光合作用的外部因素和内部因素。
(1)外部因素:_________________________________。
(2)内部因素:_____________________________________________________
光照、温度、CO2 、水等
叶绿体的数量或者光合色素的含量以及与光合作用有关的酶的种类和数量
自主学习
阅读教材P105[探究·实践], 完成以下问题:
活动2：探究环境因素对光合作用强度的影响
1.实验原理:
(1)叶片中含有气体时,叶片_____。
(2)抽出气体后,细胞间隙充满水,叶片_____。叶片进行光合作用,释放_____,
使叶片细胞间隙又充满气体,叶片_____。
2.判断不同光照强度下光合作用强度大小的依据:_____________________
___________。
上浮
下沉
氧气
上浮
单位时间内圆形小叶片
上浮的数量
二.光合作用原理的应用
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
检测方法:
相同时间小圆形叶片浮起的数量
控制方法:
不同瓦数的灯或相同瓦数台灯离实验装置的距离
注射器的作用：
实验材料：
圆形小叶片
排出圆形小叶片中的气体
三.探究环境因素对光合作用的影响-光照强度
⑥观察记录：同一时间段内容实验装置中________________________
原因：细胞间隙充满了______
条件：放在______处
器材：_________
器材：_________
3.实验步骤：
打孔器
注射器
黑暗
圆形小叶片中的气体
①打孔
②排气
④分组: 取3只小烧杯，分别倒入富含______的清水、分别
放入10片圆形小叶片
⑤光照设置：分别对3个实验装置进行______________三种光照
水
CO2
强、中、弱
圆形小叶片浮起的数量
__________
目的：制备30片圆形小叶片
目的：使____________________
③黑暗
三.探究环境因素对光合作用的影响-光照强度
光照强度对光合作用影响的视频
三.探究环境因素对光合作用的影响-光照强度
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 10片,多
2 10片 20 mL 中 6片,中
3 10片 20 mL 弱 2片,少
4.观察并记录结果
5.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。
三.探究环境因素对光合作用的影响-光照强度
线粒体
叶绿体
产生O2
释放O2
（可以测得）
叶肉细胞
CO2
吸收CO2
（可以测得）
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。
实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率。
四.环境因素对光合作用的影响
真正（总）光合速率= 净（表观）光合速率 + 呼吸作用速率
合成有机物的量
固定或消耗CO2量
产生O2的量
有机物积累量
CO2吸收量
O2的释放量
消耗有机物的量
黑暗下CO2的释放量
黑暗下O2的吸收量
=
=
=
+
+
+
光照强度
0
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
A
B
C
光补偿点
光饱和点
净光合速率
总光合
速率
B：光合作用强度=呼吸作用强度，此时光照强度为光补偿点
D：光合作用强度达到最大时，所需的最小光照强度为光饱和点
D
AB：光合作用<呼吸作用
BC：光合作用>呼吸作用
呼吸
速率
A:只进行呼吸作用
（1）光照强度
四.环境因素对光合作用的影响
2024/2/26
应用：
①延长光合作用时间；②适当提高光照强度；③间作套种，合理搭配，充分利用光能；④选用无色透明大棚种植蔬菜，提高产量。
（1）光照强度
四.环境因素对光合作用的影响
B点含义：
对应的CO2浓度(b)为能进行光合作用的最低CO2浓度。
光合作用速率＝呼吸作用速率；
CO2饱和点（植物达到光合作用最大值所需要的最小CO2浓度）；
d点之后光合速率的限制因素主要为光照强度和温度
C点含义：CO2补偿点；
D点含义：
应用：
（1）正其行，通其风；
（2）增施有机肥（利用有机肥微生物呼吸作用释放的CO2 ）；
（3）温室栽培农作物可以投放干冰或使用CO2发生器；
CO2吸收量
CO2释放量
CO2浓度
B
C
O
D
b
d
CO2启动点
净光合速率
总光合速率
CO2饱和点
CO2补偿点
A
（2）CO2浓度
四.环境因素对光合作用的影响
光合作用强度
O
时间：盛夏
A
7 10 12 14 18
1.水是光合作用的原料
2.水是体内各种化学反应的介质
3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体
应用：预防干旱 合理灌溉
(3)水分
四.环境因素对光合作用的影响
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
温度会直接影响酶的活性.
由于暗反应是酶促反应,故温度主要影响暗反应.
(4)温度
四.环境因素对光合作用的影响
下图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。
分析曲线图并回答：
（1）7～10时的光合作用强度不断增强原因：
（2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因：
（3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因：
A
B
D
C
E
时间
光
合
作
用
速
率
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
光照不断增强，光合作用强度不断增强。
温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭，
二氧化碳供应减少，光合作用强度明显减弱。
光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。
光合作用的拓展1-夏季一天中CO2吸收量和释放量变化曲线
能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。
概念：
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
五.化能合成作用

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