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(共30张PPT)
第4节 光合作用和能量转化
二、光合作用的原理
第5章 细胞的能量的供应和利用
课标要求 核心素养
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。 1.生命观念：建立生命的物质能量观。
2．科学思维：建构光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。
1
2
3
4
5
6
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
1. 光合作用的概念:
指绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存 着的 ，并且释放出 的过程。
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？
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
二氧化碳和水
有机物
氧气
能量
光合作用的原理
思考
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
【资料1 】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。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。
C6H12O6
葡萄糖
CH2O
甲醛
（CH2O）
碳水化合物
CO2
二氧化碳
2. 光合作用原理的部分探究历程:
光合作用的原理
二、建构概念————光反应
光合作用的原理
实验1:希尔反应
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。
1.什么是希尔反应？
阅读教材“思考 讨论”第1、2段，回答下列问题：
2.基于以上材料，尝试补充完整希尔实验表达式什么？
O2
H+
H2O
光照、离体叶绿体
铁盐（或其他氧化剂）
二、建构概念————光反应
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：
3.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。
4.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
延伸思考
希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
结合水分解产生的2H+和2e-
叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
NADP+ ， NADP++H++2e NADPH
酶
根据希尔实验的表达式，回答下列问题。
O2
H+
H2O
光照、离体叶绿体
铁盐（或其他氧化剂）
实验思路：用同位素标记来研究物质的去路
材料：小球藻
处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。
光合作用的原理
光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。
结果：A为O2，B为18O2；
结论：
对比实验
实验2:鲁宾和卡门的实验
阅读教材“思考 讨论”第3段，回答下列问题：
二、建构概念————光反应
实验2:鲁宾和卡门的实验
阅读教材“思考 讨论”第3段，回答下列问题：
光合作用释放的氧气来自于水。
同位素标记法，可追踪物质的运行和变化规律，弄清楚化学反应的详细过程
自变量是标记的物质，除同位素氧原子的标记位置不同外，应保持相同;
1.鲁宾和卡门用了什么科学方法？此方法有什么好处？
2.实验中自变量是什么？其他变量应该如何处理？
3.分析鲁宾和卡门的实验，你能得出什么结论？
二、建构概念————光反应
光合作用的原理
光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
实验3:阿尔农的发现
阅读教材“思考 讨论”第4段，回答下列问题：
2H2O O2+4NADPH+能量
ADP+Pi ATP
光能
叶绿体
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？
结论：
二、建构概念————光反应
光合作用的原理
叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一
光能
叶绿体中的色素
水
高能电子
ATP
NADPH
光能
e
e
电子传递
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O 1/2O2 +2e+2H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
1.场所：
2.条件：
3.物质变化
4.能量变化
光能转变为NADPH、ATP活跃的化学能
NADP+ +H++2e NADPH
光反应阶段
NADPH的合成:
酶
光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。
光合作用的原理
三、建构概念————暗反应
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
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：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。
CO2→C3 → C6
C5
结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6
结论：
5 秒后
60秒后
三、建构概念————暗反应
光合作用的原理
实验4:卡尔文实验（一）
三碳
化合物
多种产物：
C3、C5、C6等
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
CO2
（CH2O）
结论：
C3与C5之间是相互循环的。
实验4:卡尔文实验（二）
C5
2C3
还原的C3
ATP
NADPH
ADP
NADP＋
多种酶
三、建构概念————暗反应
光合作用的原理
CO2
叶绿体基质
多种酶
叶绿体的基质中(提供酶、原料等)
1.场所：
NADPH 、ATP、酶
2.条件：
①CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
②C3 的还原：
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)
酶
＋ C5
3.物质变化
4.能量变化：
NADPH
2C3
C5
CO2的固定
(CH2O)
C3的还原
NADPH
ATP
核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
三磷酸甘油酸
三、建构概念————暗反应
光合作用的原理
光合作用的原理
四、构建光合作用过程的模型
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
光合作用的原理
四、构建光合作用过程的模型
光反应
还 原
O2
H2O
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
暗反应
固 定
多种酶参加催化
水在光下的分解
类囊体膜上的色素
光能
①H的转移：
H2O → NADPH → (CH2O )
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O →O2
CO2
（CH2O）
光合作用的原理
四、构建光合作用过程的模型
【问题1】总结光合作用过程中的能量的转移途径？
ATP和NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
光能
【问题2】分析光反应和暗反应之间的联系？
光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。
【合作探究】
联系 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
酶、ATP、NADPH
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质中
水的光解；ATP的合成
CO2的固定；C3的还原
ATP、NADPH中活跃化学能
光能
ATP、NADPH中活跃化学能
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NADP+和ADP、Pi
思考·讨论
光反应和暗反应的区别与联系
【问题4】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
光合作用产生的ATP只用于暗反应C3 的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动；
细胞质基质、线粒体、叶绿体；
【问题3】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？
ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质；
ADP和NADP+：从叶绿体基质 类囊体薄膜。
【问题6】CO2浓度不变，突然降低光照强度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
【问题7】光照强度不变，突然降低CO2浓度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
ATP和NADPH减少，C3 增加，C5减少，有机物减少
C3 减少，C5 增加，ATP和NADPH增加，有机物减少
【问题5】请分析H2O中H元素、CO2中C元素的转移途径？
H：3H2O NADP3H （C3H2O ）
C：14CO2 14 C3 （14CH2O ）
【环境因素骤变对物质变化的模型分析】
物
质含
量
时间
强光照
C3
NADPH、ATP,
C5,(CH2O)合成量
弱光照
CO2浓度不变：光照强度改变
物
质含
量
时间
CO2缺乏
C3, (CH2O)
C5, NADPH, ATP
CO2充足
光照强度不变：CO2浓度改变
【环境因素骤变对物质变化的模型分析】
概念
光合作用的原理的探索
光反应
暗反应
反应式
希尔
鲁宾和卡门
阿尔农
卡尔文
水的光解
NADPH合成
ATP合成
CO2 的固定
C3 的还原
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
本节小结
光合作用的过程
光合作用
概念检测
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。( )
×
√
×
概念检测
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
D
3.如图为叶绿体中光合作用过程示意图，其中A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列说法错误的是（ ）
A.图中A的存在可以增加叶绿体内的膜面积
B.与光合作用有关的酶主要分布在A、C、D上
C.光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动
D.若突然停止光照，短时间内④的含量会增加
概念检测
B

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