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(共34张PPT)
5.4.2 光合作用的原理和应用
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？
绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
(2)光合作用的实质：
合成有机物，储存能量
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
原料：二氧化碳 水
产物：有机物(糖类) 氧气
场所：叶绿体
条件：光能 多种酶 光合色素
(1)光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？
光合作用
1.概念：
2.反应式：
注：（CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。
一、光合作用的原理
问题
（1）叶绿体如何将光能转化为有机物中的化学能？
（2）光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
分析科学家做过的实验：探索光合作用原理的部分实验
【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
CO2中C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛缩合成糖
一、光和作用的原理
1.探究光合作用原理的部分实验
甲醛对植物有毒害；甲醛不能转化成糖
19世纪末
1937年
希尔
1941年
鲁宾、卡门
1954年
阿尔农
1928年
1957年
阿尔农
20世纪40年代
卡尔文
【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
资料2：1937年，英国科学家希尔。
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氧气。
像这样，离体叶绿体在适当条件下
发生水的光解，产生氧气的化学反
应称作希尔反应。
O2
H+
离体的叶绿体
悬浮液
一、光合作用的原理
阅读教材“思考 讨论”第1、2段，回答下列问题：
1.希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？
不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
2.希尔的实验是否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应？
能够说明，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2的碳元素
实验1:希尔反应
实验2：鲁宾和卡门实验
实验思路：用同位素示踪法来研究物质的去路
光合作用产生的O2中的O来源于H2O，而不来源于CO2
实验过程及现象：
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
实验结论
一、光合作用的原理
离体叶绿体悬浮液中加入铁盐，光照下可释放O2
同位素示踪法，证明O2来自水
CO2中C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，甲醛缩合成糖
一、光和作用的原理
1.探究光合作用原理的部分实验
甲醛对植物有毒害；甲醛不能转化成糖
19世纪末
1937年
希尔
1941年
鲁宾、卡门
1954年
阿尔农
1928年
1957年
阿尔农
20世纪40年代
卡尔文
资料3：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，当向含叶绿体的
反应体系供给ADP、Pi时，会有ATP产生。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2O O2 + H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
以上几个实验说明：
1.光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水；
2.水的光解还伴随ATP的产生；
3.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。
光反应
暗反应
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
一、光和作用的原理
2.光合作用的过程
叶绿体
中的色素
光能
H2O
H+
O2
直接释放到空气中
在暗反应中做还原剂、供能
为暗反应阶段提供能量
光反应阶段:
水在光下分解
ADP+Pi
ATP
酶
2.NADPH的合成
1.水的光解
3.ATP的合成
NADP+
NADPH
类囊体薄膜
水的光解：
ATP的合成：
条件：
场所：
物质变化：
能量变化：
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
ADP+Pi+能量 ATP
酶
酶
光、
色素、
、水
2H2O 4H + + O2 + 4e-
光
NADPH的合成：NADP++H++2e- NADPH
光反应阶段:
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
类囊体薄膜
水的光解：
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP、NADPH中。
(1) 场所：
(2) 物质变化
(3) 能量变化：
NADPH的形成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
1、光反应阶段：
一、光合作用的原理
暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的。
在这一阶段，CO2被利用，经过一系列的反应后生成糖类。
CO2是如何转变成糖类的呢
1946年开始，美国的卡尔文等用放射性同位素14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
资料5：卡尔文实验
光合产物中有机物的碳来自CO2。
结论：
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
场所：
物质变化
能量变化:
NADPH
2、暗反应阶段：
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
(1)CO2的固定
(2)C3的还原
2C3
CO2
C5
还
原
（CH2O）
暗反应阶段：
还原剂、供能
NADPH
固
定
1.CO2的固定
2.C3的还原
酶
ADP+Pi
多种酶参加催化
NADP+
ATP
供能
光反应提供
叶绿体基质
CO2的固定：
CO2 + C5 2C3
酶
C3的还原：
条件：
场所：
物质变化：
能量变化：
ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
NADPH、
多种酶、
ATP、CO2、
2C3 （CH2O）+ C5+H2O
酶、ATP
NADPH
暗反应阶段：
1. 淀粉集中于下列哪个部位形成： （ ）
A. 叶绿体基质中 B. 细胞质中
C. 类囊体腔内 D. 液泡中
2.光合产物蔗糖形成的部位是在：（ ）
A．叶绿体基粒 B．叶绿体间质
C．细胞质基质 D．类囊体
课本P104相关信息
A
C
类囊体
薄膜的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应阶段
暗反应阶段
NADP+
NADPH
酶
可见光
光能
→ ATP和NADPH中的化学能
→ 有机物中的稳定化学能
光合作用的全过程（课本106）
联系 光反应、暗反应的比较（大本101）
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、水
NADPH、ATP、酶、CO2
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
水的光解；ATP生成；NADPH生成
CO2的固定； C3的还原
ATP、NADPH中活跃化学能
光能
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、Pi、NADP+ 。
CO2+H2O （ CH2O）+O2
光能
叶绿体
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？
②ADP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。
类囊体
薄膜的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应阶段
暗反应阶段
NADP+
NADPH
酶
可见光
光能
→ ATP和NADPH中的化学能
→ 有机物中的稳定化学能
光合作用的全过程（课本106）
补充：条件骤变对光合作用中各物质的影响
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱 减少 增加 减少 减少
光照增强 增加 减少 增加 增加
1、请总结分析的方法？ 2、C3、C5含量变化有什么特点？
叶绿体
中的色素
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
酶
可见光
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少
CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加
条件骤变对光合作用中各物质的影响
随堂检测：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__________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
叶绿体基质
用作还原剂且提供部分能量
ATP
光能
光反应
NADPH和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应
光合作用的意义
光合作用
意义 3
对生物的进化具有重要作用
意义 1
生物界中有机物的来源
意义 4
生命活动所需能量的最终来源
意义 2
维持大气中氧气和二氧化碳的平衡
光合作用是生物界获得食物、能量和氧气的根本途径。
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.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 C6H12O6+ 6O2
能量
化能合成作用
同：把二氧化碳和水合成有机物
异：利用的能量不同（光能、化学能）
光合作用和化能合成作用的异同
将摄取的无机物转变成为有机物
不能直接利用无机物制成有机物，只能 摄取的现成的有机物
如：光能自养（绿色植物，蓝藻）、
化能自养（硝化细菌、铁细菌、硫细菌等）
如：人、动物、真菌(如蘑菇) 、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等
自养生物：
异养生物：
(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)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应过程( )
(4)光合作用只能发生在叶绿体中( )
(5)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类( )
(6)叶绿体中可进行CO2的固定但不能合成ATP( )
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