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5.4 光合作用原理和应用
（光合作用过程）
光合作用的原理和应用
（1）概念：
指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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
能量来源
反应物
产物
（3）反应式：
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
（2）实质：
合成有机物，储存能量
光合作用释放的O2，是来自原料中的H2O，还是CO2？
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
总反应式
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6O2＋6H2O
光能
叶绿体
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），在光照下放出氧气。
资料：希尔反应
结论：水的光解产生了氧气
资料：鲁宾和卡门实验
结论：光合作用释放的氧全部来自水，并不来自CO2。
该实验采用的实验方法？
如何对照？
同位素标记法
H218O
H2O
相互对照 （对比实验）
离体叶绿体的悬浮液
资料：阿尔农实验
【结论】 在光照下，叶绿体合成ATP,
与水的光解（希尔反应）相伴随。
光合作用过程示意图
光反应阶段
暗反应阶段（碳反应）
依据：
是否需要光能
光能
叶绿体中的色素
水在光下分解
H2O
O2
供能
ATP
ADP+Pi
H+
C5
2C3
CO2
（CH2O）
多种酶催化
ATP合成酶
ATP水解酶
CO2的固定
C3的还原
光反应阶段
（类囊体薄膜）
暗反应阶段
（叶绿体基质）
（三）光合作用的过程
NADPH
NADP+
根据光合作用的基本过程填充下图 :
O2
2C3
NADPH
ATP
NADP+
ADP+Pi
C5
色 素
H+
H2O
类囊体薄膜
叶绿体基质
光能 → ATP和NADPH中活跃的化学能
光反应的物质变化
①水的光解
②ATP的合成
2H2O O2 + H+
光能
ADP＋Pi ＋光能 ATP
ATP合成酶
反应条件： 光，水，ADP, Pi，酶
能量变化：
场所： 类囊体膜
NADP＋ ＋ H+ ＋2e- → NADPH
酶
能量变化: ATP和NADPH中活跃的化学能 → 有机物中稳定的化学能
①CO2的固定
②C3的还原
③ATP的水解
CO2 ＋ C5 2C3
酶
2C3 （CH2O）＋ C5
酶
[H]、ATP
ATP ADP ＋ Pi ＋能量
ATP水解酶
场所：叶绿体基质
条件：
CO2，C5 ，多种酶
暗反应（卡尔文循环） 有光、无光（短时间）都可进行
暗反应阶段 （碳反应） （卡尔文循环）
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。
CO2 → C3 → （CH2O）
↑
↑
↑
注意: 1,光反应停止，暗反应不会立刻停止。
2，CO2的固定不需要ATP， 夜晚不进行暗反应
3，光反应产生的ATP只用于暗反应，不用于其他生命活动。
光反应为暗反应提供：
暗反应为光反应提供：
ATP 和 NADPH
ADP、 Pi、 NADP+
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？
4.ATP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作为还原剂还原C3； ②为C3的还原提供能量
为C3的还原提供能量
化能合成作用
（无机化学能）
酶
NH3+O2 HNO3 + HNO2 + 能量
H2O + CO2 (CH2O) + O2
酶
1.过程：
（有机化学能）
2.代表自养生物：
硝化细菌、硫细菌、铁细菌等
3.概念：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
与光合区别：能量来源不同
叶绿体中
的色素
多种酶
酶
吸收
光解
固定
还原
光能
H+
光反应
暗反应
H2O
O2
NADP+
NADPH
ADP+Pi
ATP
CO2
C5
2C3
(CH2O)
条件 NADPH和ATP C5 C3 (CH2O)
减弱光照，CO2供应不变
增强光照，CO2供应不变
增加
减少
减少
减少
增加
减少
增加
增加
来源
去向
重要题型：环境条件骤变，相关物质短时间内的含量变化
叶绿体中
的色素
多种酶
酶
吸收
光解
固定
还原
光能
H+
光反应
暗反应
H2O
O2
NADP+
NADPH
ADP+Pi
ATP
CO2
C5
2C3
(CH2O)
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
光照不变，增加CO2供应
光照不变，减少CO2供应
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
重要题型：环境条件骤变，相关物质短时间内的含量变化
来源
去向
CO2不变 [H] ATP C5 （CH2O） C3
光照减弱
光照增强
短时间变化
光照不变 C3 （CH2O） [H] ATP C5
CO2减少
CO2增加
考虑卡尔文循环
规律：
2，光照强度，CO2含量与（CH2O）变化呈正相关
1，[H]，ATP，C5变化相同，都与 C3相反
影响光合作用的因素和应用
（实际，真正）总光合作用速率：
单位时间内有机物制造量或O2生成量或CO2固定量
（表观）净光合作用速率：单位时间内有机物积累量或O2释放量或CO2吸收量 。
呼吸速率:单位时间内有机物消耗量或O2消耗量或CO2释放量 。
净光合 = 总光合 - 呼吸速率
（实际，真正） 总光合
（表观） 净光合
呼吸
CO2
CO2固定量
CO2吸收量
CO2释放量
O2
O2产生量
O2释放量
O2消耗量
有机物
有机物制造量
有机物积累量
有机物消耗量
净光合 = 总光合 - 呼吸速率

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