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(共38张PPT)
5.4 光合作用与能量转化
二 光合作用的原理和作用
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
绿叶中的色素
分布：叶绿体类囊体薄膜上
功能：吸收、传递、转换光能
温故知新：
新课探究：
光合作用
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体
2.过程
光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？
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？
1.概念
注：（CH2O）表示糖类，
光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)
绿色植物通过 ，利用 ，将 转
化成 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
储存着能量的有机物
氧气
探索光合作用原理的部分实验
1
19世纪末 甲醛→糖
1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
CO2
O2
C + H2O
甲醛
一、光合作用的原理
初步判断：
氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。
探索光合作用原理的部分实验
1
1937年，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。
4Fe3+ + 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2
光能
叶绿体
结论：水的光解产生氧气。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。
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。
探索光合作用原理的部分实验
1
1940年，鲁宾和卡门 （同位素标记法）
结论：光合作用释放的氧来自水
对比实验
相互对照
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？
探索光合作用原理的部分实验
1
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
ATP的合成与希尔反应的关系
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
探索光合作用原理的部分实验
1
上述实验表明：
光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。　
光合作用
2
根据是否需要光能，
将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。
尝试叙述光合作用的光反应过程
ATP
ADP+Pi
酶
O2
NADP++H+
H2O
光解
光反应阶段
类囊体薄膜
NADPH
相关信息
水分解为氧和H+的同时，被
叶绿体夺去两个电子。电子
经传递，可用于NADP+与H+
结合形成NADPH。
光合作用
2
光反应
3）物质变化:
4）能量转化:
2）条 件：
1）场 所：
①水的光解：
③ATP的合成：
②NADPH的合成：
光能→ATP和NADPH中的活跃化学能
类囊体薄膜
光、色素、酶
1. 光反应阶段
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
→
NADP++H++2e-→NADPH
H2O O2+H+
光
→
光反应为暗反应提供
了哪些条件？
资料： 20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：
情境1：向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，检测到
了多种带14C标记的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和
六碳糖(C6)。 （小球藻是一种单细胞的绿藻）
如何确定二氧化碳中的C先转移到
C3、C5和C6中的哪个化合物呢？
缩短反应时间
情境2：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的C5化合
物和C6化合物。缩短工作时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中
在一种C3化合物上。
资料： 卡尔文等用小球藻做了这样的实验：
1、大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。
CO2
C3
(CH2O)
C5
2、CO2与什么物质结合形成C3
实验发现，在光照条件下，突然降低CO2
的浓度，C3和C5含量有如右图变化：
C5
C3
结论：CO2与C5结合形成C3化合物
上述资料表明
光合作用吸收的二氧化碳与C5结合形成C3，C3经过一系列变化，
转化为糖类的同时又形成C5。这些C5又参与C3的形成。这样，C5到C3
再到C5的循环，可以源源不断进行下去。所以暗反应也称为卡尔文
循环（碳循环）。
这一阶段光合作用的相关化学反应，有光无光都能进行，所以这个阶段叫做暗反应阶段。
阿尔农发现，在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能
将CO2转化为糖类，同时ATP和NADPH含量急剧下降。
1、卡尔文循环呈现有机物的形成过程，与前面水的光解产生氧气
过程是否存在一定联系？
2、ATP和NADPH参与生成C5和C6的过程。那光能是经过怎样的转化
储存到糖类中的？
水的光解为卡
尔文循环提供
了ATP和NADPH
光能首先被光合色素吸收，转化成ATP、NADPH中的化学能，
再转移到糖类等有机物中。
资料：
H2O O2 + H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
NADP+ + H+ + e NADPH
2C3
CO2
（CH2O）
多种酶
参加反应
固定
暗反应阶段
叶绿体基质
还原
C5
尝试叙述光合作用的暗反应过程
光合作用
2
暗反应
3)物质变化:
4)能量转化:
2)条 件：
1)场 所：
叶绿体基质
多种酶、CO2
ATP和NADPH的水解
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
2、暗反应阶段
相关信息：C3是指3-磷酸甘油酸；
C5是指核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
思考·讨论
O2
H+
NADPH
NADP+
ADP+Pi
ATP
C3
C5
(1)光合作用的过程填一填（P106课后练习3）
光反应阶段 暗反应阶段（卡尔文循环）
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
有光无光都可，多种酶
光能→ATP、NADPH中活跃的
化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能→
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
NADP+ + H+ NADPH
酶
CO2＋C5 2C3
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
(2)光反应阶段与暗反应阶段的区别和联系
思考·讨论
①H的转移：
H2O→ →
②C的转移：
CO2→ →
③O的转移：
CO2→ →
H2O→
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
NADPH
(CH2O )
C3
(CH2O)
C3
(CH2O)
O2
思考·讨论
(3)光合作用中元素的转移
条件
光照减弱
光照增强
CO2浓度减少
CO2浓度增加
C3
C5
ATP
NADPH
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
(4)光照强度与 CO2浓度改变引起的C3、C5、ATP、NADPH含量变化
牛刀小试：适宜条件下，如果环境中CO2含量突然降至极低水平，叶肉细胞
的C3、C5和ATP含量的变化依次是：
A、上升、下降、上升 B、下降、上升、下降
C、下降、上升、上升 D、上升、下降、下降
C
思考·讨论
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 2C6H12O6+ 6O2
能量
讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。
化能合成作用
3
光反应
H2O →2 [H] + 1/2O2
+
Pi
+
光能
ATP
酶
ADP
水的光解：
光合磷酸化：
暗反应
CO2的还原：
CO2的固定：
CO2 + C5 → 2C3
酶
2C3 + [H] (CH2O) + C5
酶
ATP
总结：
二、光合作用原理的应用
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
固定CO2的量
制造或产生有机物（糖类）量
产生O2的量
单位时间内光合作用
产物的生成量或底物的消耗量！
光合作用强度 的表示方法：
？
二、光合作用原理的应用
探究光照强度对光合作用强度的影响
探究 实践
1.实验原理：
根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合
作用强度的关系。
叶片含有空气，上浮
抽气
叶片下沉
叶片上浮
光合作用产生O2
O2充满细胞间隙
2.材料用具：
打孔器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶等
4.实验结果：
5.实验结论：
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强
3.方法步骤：略
二、光合作用原理的应用
2、光合作用速率的测定
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，称为表观光合速率。
二、光合作用原理的应用
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
=
=
=
+
+
+
3.影响光合作用的因素有哪些？
CO2的浓度
CO2＋H2O （CH2O）＋O 2
光能
叶绿体
H2O
光：光照强度、光质、光照时间
矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）
外因：
内因：
酶的种类、数量
色素的含量
植物自身因素
二、光合作用原理的应用
温度
二、光合作用原理的应用
3、影响因素：（1）光照强度
光照强度
0
CO2吸收速率
CO2
释放
速率
A
B
C
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
净光合速率
总光合
速率
B：光合作用=呼吸作用
D：光合速率开始达到最大时对应的光照强度
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
讨论：1、C点之前和之后限制光合作用因素分别是？
C点前：光照强度
C点后：CO2浓度、温度等
2、能否在图中找出总光合速率？
二、光合作用原理的应用
A:只进行呼吸作用
B：光合作用=呼吸作用
细胞呼吸释放的CO2
全部用于光合作用
BC：光合作用>呼吸作用
AB：光合作用<呼吸作用
解读：曲线与细胞图示相结合
温度过高，为减少蒸腾作用，
气孔关闭，CO2供应不足，
光合速率下降，出现“午休”
现象
时间
光合
作用强度
BC段：
光照强度不断减弱
AB段：
光照强度不断增大
DE段：
【典型曲线分析---拓展应用1】
光照强度、CO2浓度、水等
从图中可以看出，限制光合作用的因素有 。
提出提高光合作用强度的合理措施 。
增加光照强度、合理密植、合理灌溉
二、光合作用原理的应用
3、影响因素：（2）CO2浓度
CO2浓度
A
B
吸收速率
CO2
C
释放速率
CO2
D
A点：
对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
CO2补偿点
光合作用速率＝呼吸作用速率
最大光合速率
B点：
C点：
1.多施有机肥或农家肥；
2.温室栽培可使用CO2发生器等；
3.大田中还要注意通风透气。
应用：
讨论：C点前后光合速率的限制因素有哪些？
C点前：CO2浓度，
C点后：光照强度等。
对应的D点为CO2饱和点
为什么？
呼吸
速率
净光合速率
二、光合作用原理的应用
3、影响因素：（3）温度
O
温度
A
光合速率
B
C
原理：
温度通过影响 影响光合作用主要制约 反应。
温度过高时植物 ，光合速率会减弱。
1.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温，从而提高作物产量（有机物积累量）。
2.解释植物“午休”现象。
应用：
酶的活性
暗
气孔关闭
二、光合作用原理的应用
3、影响因素：（4）矿质元素
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；
K：促进光合产物向贮藏器官运输，如淀粉的运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
应用：合理施肥
讨论：矿质元素含量过高对植物的生长会造成什么影响？
提示：矿质元素含量过高，根细胞很难吸水，甚至失水，光合速率也会下降，甚至停止。
二、光合作用原理的应用
缺水
气孔关闭
限制CO2进入叶片
光合作用受影响
原理：水既是光合作用的 ，又是体内各种化学反应的 ，直接影响光合作用速率；
水分还能影响气孔的 ，间接影响 进入叶片，从而影响光合作用速率。
3、影响因素：（5）水
应用：合理浇灌
原料
介质
开闭
CO2
光合作用小结
光合作用与能量转化
光合作用
光合作用应用
概念
反应式
探究历程
影响因素：光照、温度、二氧化碳、水分、
矿质元素
硝化细菌
光合作用原理
过程
光反应：类囊体薄膜
暗反应：叶绿体基质
化能合成作用
CO2 + H2O （CH2O)+O2
光能
叶绿体

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