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第5章 细胞的能量供应与应用
第4节 光合作用与能量转化
第2课时
　　光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
光能
CO2
+H2O
（CH2O）
+O2
叶绿体
概念
场所
产物
条件
原料
一、光合作用的原理和应用
叶绿体如何将光能转化为化学能？
光合作用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？
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，_____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
1937年希尔 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______
1941年鲁宾、卡门
1954年阿尔农 在光照下，叶绿体可合成______，这一过程总是与_________相伴随
O2
氧气
水
ATP
水的光解
2
光合作用的探索历程
（课本P102思考讨论）
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。P103
甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
H-COH(甲醛CH2O)
初步判断：
氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。
（一）探索光合作用原理的部分实验：
19世纪末
1928年
1937年
希尔反应
实验思路：施加单一变量进行研究
材料：离体叶绿体
结果：叶绿体有O2释放
推测：叶绿体中H2O光解产生氧气。
（水的光解）
离体的叶绿体悬浮液
铁盐
（或其他氧化剂）
O2
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？
不能，反应体系中还可能存在其他氧元素供体。
希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？
能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。
（一）探索光合作用原理的部分实验：
1941年
鲁宾和卡门实验
实验思路：用放射性同位素标记来研究物质的去路
结论：光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。
小球藻悬浊液
CO2
H2O
C18O2
H218O
18O2
O2
甲组
乙组
同位素标记法
（一）探索光合作用原理的部分实验：
1946年
卡尔文循环
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：提供光照、14CO2
现象：放射性先出现在14C3，最后出现在14C5、（14CH2O）
14CO2 14C3 (14CH2O)
C5
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
处理①：光照下，突然中断CO2供应
现象①：C3急剧减少而C5量增加
处理②：充足CO2供应下，突然停止光照
现象②：C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低
结论：C3与C5之间是相互循环的
结论：光合产物中有机物的碳来自CO2.
1954年阿尔农实验
1957年
叶绿体合成ATP的过程，总是与水的光解相伴随。
H2O O2 + NADPH(H+) + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
材料：
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：
离体叶绿体
1.下列关于探究光合作用原理实验的叙述,错误的是(　)
A.恩格尔曼利用水绵和好氧细菌为材料,证明光合作用的场所是叶绿体
B.希尔证明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光
解,产生氧气
C.鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2,证明光合作
用产生的氧来自水
D.阿尔农发现水的光解过程产生ATP
D
小试牛刀
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。
（二）光合作用的过程：
1、光反应阶段
条件：光、色素、多种酶
场所：叶绿体类囊体薄膜
物质转化：
水的光解：
ATP的合成：
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光
色素
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
光能
能量转化:
产物：O2、NADPH、ATP
ATP、NADPH中活跃的化学能
H+：质子氢
NADP+：氧化型辅酶Ⅱ
NADPH：还原型辅酶Ⅱ
光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
叶绿体中光合色素
光能
NADP+
NADPH
ADP + Pi
酶
ATP
O2
水在光下分解
H+
H2O
条件：ATP,NADPH，需要多种酶
场所：叶绿体基质
物质转化：
CO2的固定：
C3的还原：
能量转化:
产物：（CH2O）、 ADP 、 Pi
CO2＋C5 2C3
酶
2C3+NADPH （CH2O）+C5
ATP
ADP+Pi
酶
ATP中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
ATP水解：
2、暗反应阶段
CO2
固 定
2C3
NADP+
酶
NADPH
能量
ADP+Pi
酶
ATP
能量
还原
(CH2O)
淀粉、蔗糖
供氢
多种酶 参与催化
C5
光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
ATP
NADPH
光能
叶绿体
中的色素
O2
H2O
水的光解
H+
ADP+Pi
NADP+
CO2
2C3
C5
(CH2O)
多种酶
参加催化
还
原
固
定
酶
酶
供氢
供能
供能
光反应阶段
（叶绿体类囊体薄膜）
能量变化：光能→ATP和NADPH中活跃化学能
暗反应阶段
（叶绿体基质）
→糖类等有机物中稳定化学能
联系：①光反应阶段为暗反应阶段提供 ，
②暗反应阶段为光反应阶段提供 原料。
ATP 和 NADPH
ADP、Pi和NADP+
3、光合作用全过程图解
没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法生成。
练习与应用
课本P106
1. 依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（ ）
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（ ）
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（ ）
√
×
×
分析：光合作用的过程——元素去向
H的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O)
C的转移：
CO2 → C3 →(CH2O)
O的转移：
CO2 → C3 →(CH2O)
H2O → O2
CO2 + H2O
光能
叶绿体
(CH2O)+ O2
条件变化 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
光照变强， CO2供应不变
光照变弱， CO2供应不变
光照不变， CO2供应增多
光照不变， CO2供应减少
规律总结：①C3和C5的变化 ；
②C5和NADPH、ATP的变化 ；
③(CH2O)变化：对光合作用有利，(CH2O)合成 ，反之则 。
相反
一致
增多
减少
增多
减少
增多
增多
减少
增多
减少
减少
增多
减少
减少
增多
减少
增多
增多
减少
分析：光合作用的过程——物质变化规律
Ⅰ表示光反应，
Ⅱ表示CO2的固定，
Ⅲ表示C3的还原
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
不需光、酶、NADPH、ATP
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP、NADPH的生成
CO2的固定； C3的还原
ATP、NADPH
活跃化学能
有机物中稳
定化学能
光反应为暗反应提供 和 ；
暗反应为光反应提供 和 等原料
联系
课堂小结
光能→ATP、NADPH
中的化学能
ATP
NADPH
ADP、Pi
NADP+
当堂检测
1.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____，它被传递到叶绿体的_____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
[H]
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
光能
光反应
[H]和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应

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