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复习回顾
1.提取色素的原理是__________________________________________，分离色素的原理是_______________________________________________________________________。
2.色素提取和分离实验中几种药品的作用，无水乙醇：_______________， SiO2：_______________，CaCO3：_________________。
3.叶绿素a和叶绿素b主要吸收________和________，胡萝卜素和叶黄素主要吸收 ________。这些色素吸收的光都可用于光合作用。
4.叶绿体增大膜面积的方式：_________________。光合色素分布于______________。
5.色素的功能：______________________。
绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快
提取色素
使研磨更充分
防止色素被破坏
蓝紫光 红光
蓝紫光
类囊体垛叠形成基粒
类囊体薄膜上
吸收、传递、转化光能
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（第二课时）
第4节
光合作用的定义
光合作用与能量转化
光合作用——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。
场所
条件
原料
产物
产物
糖类
______
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)
叶绿体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？
实质：
合成有机物，储存能量
第4节
光合作用原理的部分实验
光合作用与能量转化
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和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，也不能通过光合作用转化成糖。
01
提示：
基本否定了光合作用中氧气来源于二氧化碳的猜测，光合作用的原料除了二氧化碳以后就是水，这样就为光合作用中氧气来源于水的猜想做好了铺垫。
【讨论01】这一发现的意义是什么？
第4节
光合作用原理的部分实验
光合作用与能量转化
1937年，英国植物学家希尔，在离体叶绿体悬浮液(悬浮液中有H2O，无CO2)中加入铁盐或其他氧化剂，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。
02
提示：
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。
【讨论02】希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？
第4节
光合作用原理的部分实验
光合作用与能量转化
1937年，英国植物学家希尔，在离体叶绿体悬浮液(悬浮液中有H2O，无CO2)中加入铁盐或其他氧化剂，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。
离体叶绿体置于悬浮液中，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
【讨论03】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？
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+
第4节
光合作用原理的部分实验
光合作用与能量转化
1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。
03
提示：
光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水。而并不来源于CO2。
【讨论04】这一实验能得出什么结论？
分泌蛋白的合成和分泌——同位素标记法
特点：相互对照；
自变量-不同的标记物质；
因变量-释放的O2是否18O
第4节
光合作用与能量转化
1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+(氧化性辅酶Ⅱ)时，体系中就会有ATP和NADPH产生（NADP+、H+和电子结合会形成NADPH）。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
04
1、根据资料中实验，你可以得出什么结论？
光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。
2、尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2 O O2 ＋NADPH＋能量
光能
叶绿体
ADP ＋ Pi ATP
第4节
光合作用与能量转化
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
光反应
暗反应（碳反应）
阅读课文P103—104思考：
光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、物质变化、能量转换方面的内容
光合作用的过程
O2
CH2O
H2O
CO2
太阳能
类囊体
叶绿体基质
第4节
光合作用与能量转化
光能
叶绿体中的色素、酶
H2O
O2
水 在 光 下 分 解
ADP+Pi
ATP
光反应阶段
（类囊体薄膜）
NADP+
NADPH
H+
光
合
作
用
的
原
理
第4节
光合作用与能量转化
光合作用第一阶段的化学反应，必须【有光】才能进行。
01第一阶段-光反应
条件：光、色素、多种酶
场所：类囊体薄膜
物质转化：
水的光解：
ATP的合成：
NADPH的合成：
光能
能量转化:
产物：O2、NADPH、ATP
ATP、NADPH中活跃的化学能
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光
色素
ADP + Pi + 能量 ATP + H2O
酶
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
注意：NADPH作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用
第4节
光合作用与能量转化
ADP＋Pi
ATP
水分解为氧气和质子H+的同时，被叶绿体夺去两个电子（e-),电子经过传递可用于NADP+与H+结合形成NADPH。高能电子传递驱动类囊体膜内的质子泵，建立质子浓度梯度。利用基质、类囊体腔内的质子梯度偶联合成ATP。
叶绿体中的色素
水
e-
光子
e-
H2O→1/2O2 ＋2H+＋2e-
光
H+浓度差
2e-＋NADP＋＋H+→NADPH
ADP＋Pi→ATP
第4节
光合作用的过程
光合作用与能量转化
光合作用第二阶段的化学反应，【有没有光】都能进行。
02第二阶段-暗反应
绿叶通过气孔从外界吸收CO2
第4节
光合作用与能量转化
20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用同位素标记法进行实验：向小球藻提供放射性14C标记的 14CO2用以光合作用，追踪14C的去向， 最终探明了CO2中的碳是如何转化到有机物中碳的。
05
1、光照0.5秒后，检测到90%的放射性稳定地出现在一种三碳化合物（C3）。
2、光照5秒左右后，放射性稳定地出现在糖类（CH2O）和C5中。
3、30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。
CO2
C3
(CH2O)
C5
CO2与什么物质结合形成C3
实验发现：
在光照下， C3、C5的浓度很快达到饱和并保持相对稳定。
C5
C3
结论：CO2与C5结合形成C3化合物
突然降低CO2的浓度，C3和C5含量有如右图变化：
第4节
光合作用与能量转化
第4节
光合作用与能量转化
光能
叶绿体中的色素
2C3
CO2
固
定
C5
多种酶
参加催化
(CH2O)
还
原
H2O
O2
水 在 光 下 分 解
ADP+Pi
ATP
供能
（气孔）
暗反应阶段
光反应阶段
（叶绿体基质）
（类囊体薄膜）
NADP+
NADPH
供氢、供能
H+
卡尔文循环
第4节
光合作用与能量转化
光合作用第二阶段的化学反应，【有没有光】都能进行。
02第二阶段-暗反应
条件：ATP、NADPH、多种酶
场所：叶绿体基质
物质变化：
能量变化：
ATP和NADPH中活跃的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
CO2的固定：
C3的还原：
2C3+NADPH （CH2O）+C5
ATP
ADP+Pi
酶
ATP水解：
CO2＋C5 2C3
酶
1.(2023·广东肇庆高一期末)1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。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。下列相关分析错误的是
A.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
B.在此过程中，H2O分解产生O2的同时，还生成了NADPH
C.光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的
D.光合作用整个过程都直接需要光照
习题巩固
D
习题巩固
2.光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程,众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是
A.希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
B.卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C.鲁宾和卡门用同位素示踪的方法发现了光合作用中氧气来自水
D.阿尔农发现在光照下,叶绿体可合成ATP,并发现该过程总与水的光解相伴
B
O2
H+
NADPH
NADP+
ADP+Pi
ATP
2C3
C5
3、光合作用的过程填一填
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的分解
活跃化学能
光能
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ADP和Pi、NADP+ 。
联系
第4节
光合作用与能量转化
光反应和暗反应的区别和联系
1.NADPH和ATP的移动途径是什么？
2.NADP+和ADP的移动途径呢？
3.NADPH的作用？
从类囊体薄膜到叶绿体基质。
从叶绿体基质到类囊体薄膜。
①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量
①H的转移：
H2O→ →
②C的转移：
CO2→ →
③O的转移：
CO2→ →
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
H2O→
NADPH
(CH2O )
C3
(CH2O)
C3
(CH2O)
O2
6CO2+12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
光合作用过程中元素的去向分析
※环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱
光照增强
减少
减少
减少
减少
增加
增加
增加
增加
※环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
光照不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少
CO2浓度增加
减少
减少
减少
减少
增加
增加
增加
增加
2
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
1、请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的[H]和ATP,C3化合
物和 C5化合物的含量如何变化？
2、请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，短时间内其体内的[H]
和ATP ，C3化合物和 C5化合物的含量如何变化？
停止光照
光反应停止
[H] ↓
ATP↓
C3 还原受阻; CO2固定继续
C3 ↑
C5 ↓
CO2 ↓
CO2固定停止；
C3还原继续进行
C3 ↓
C5 ↑
牛刀小试：
3.(2023·黑龙江哈尔滨高一期末)如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是
A.类囊体薄膜上有吸收光能的4种色素
B.物质②中可储存活跃的化学能，物质③为NADPH
C.在光照供应充足时，突然停止供应物质④，C5的含量将迅速下降
D.在整个光合作用过程中，植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能
C
4.光合作用过程的正确顺序是
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
5. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是
A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降 D.绿光，C5上升
D
C
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
第4节
光合作用与能量转化
第4节
光合作用与能量转化
同化作用
光能自养
6CO2+12H2O
C6H12O6+6O2+6H2O
光能
叶绿体
（光合作用）
化能自养
自养型
异养型
寄生、腐生、捕食
不能制造有机物，利用环境中现成的有机物来维持生命活动。
利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。如硝化细菌、硫细菌、铁细菌等。
（化能合成作用）
以光为能源，以无机物为原料合成有机物（糖类），并储存能量。如绿色植物。
第4节
光合作用和化能合成作用比较
光合作用与能量转化
光合作用 化能合成作用
不同点 代表生物 绿色植物 硝化细菌
能量来源 光能 氧化无机物放出的能量
相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
课堂练习
1.下图表示绿色植中物光合作用的部分过程，图中A～C表示相关物质。下列有关分析错误的是(　　)
A．图中A为O2，可释放部分到空气中
B．图中B为NADPH，外界CO2浓度升高时，B的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和C来自叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在B和ATP中
B
课堂练习
2.下图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)，下列判断错误的是(　　)
A．绿色植物能利用a物质将光能转换成储存在c中的化学能
B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂
C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升
B
课堂练习
3.(不定项)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，不正确的是(　 　)
A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
ACD
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。（ ）
2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 （ ）
A.CO2→叶绿素→ADP
B.CO2→叶绿体→ATP
C. CO2→乙醇→糖类
D.CO2→三碳化合物→糖类
概念检测
D
×
√
×

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