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(共40张PPT)
第三章 细胞中能量的转换和利用
第2节
光合作用——光能的捕获和转换
第2课时
绿色植物光合作用的过程
高中生物学
（苏教版2019）
课标内容
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。
01
叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
捕获光能的结构——叶绿体
1.分布：
主要在叶肉细胞，少数分布在幼嫩的茎、果实中。
2.形态：
呈扁平的椭球形或球形
可根据光照强弱来改变自己的状态及在细胞中的位置
外界光照较强，叶绿体以侧面接收光照，移动到细胞侧面
外界光照较弱，叶绿体以正面接收光照，聚集在细胞顶面
保证接收到充分的光照，
又可避免被强光灼伤。
强光下
弱光下
捕获光能的结构——叶绿体
3.结构：
叶绿体
外膜
内膜
基粒:由两个以上的类囊体组成
含有色素和与光反应有关的酶
基质：含多种与暗反应有关的酶，是暗反应的场所。
透明
有利于光照的透过
扩展了膜的受光的面积，扩大色素和酶的附着位点，是光反应的场所。
叶绿体含有色素和光合作用必需的酶，是光合作用的基础。
02
绿色植物光合作用的过程
材料一
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。
探索光合作用原理的部分实验
材料二——希尔实验
叶绿体悬液
草酸铁
释放出了氧气
光合作用在叶绿体
中进行
器官(叶片)
细胞器(叶绿体)
探索光合作用原理的部分实验
离体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。
材料三
1954年 ，美国科学家阿尔农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
探索光合作用原理的部分实验
光合作用的过程
光反应
暗
反
应
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光反应阶段
光、光合色素、酶
叶绿体的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O 1/2O2 +2H++2e-
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量（光能) ATP
酶
光能→电能→ATP和NADPH中的活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
O2
2e-
酶
暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
ATP和NADPH中的化学能→有机物中的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
NADPH 、ATP、多种酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADP+
NADPH
NADPH
(CH2O)
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
叶绿体
色素
供氢
供能
酶
供能
多种酶参加催化
暗反应（叶绿体基质）
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
光反应（叶绿体类囊体薄膜）
光合作用过程图解
叶绿体
光能
二氧化碳 水
糖类 氧气
CO2 + H2 O
光能
叶绿体
（CH2O)+ O2
绿色植物细胞中的叶绿体从太阳光中捕获能量，并将这些能量在CO2和H2O转变为糖与O2的过程中，转换并储存为糖分子中化学能的过程。
场所： 动力：
原料： 产物：
概念：
光合作用概念（场所、动力、原料、产物）
总反应式
光反应和暗反应的比较
对比项目 光反应 暗反应
条件 必须有光、色素、酶 有光无光都可，多种酶，[H]、ATP
场所 类囊体的薄膜 叶绿体基质
物质变化 H2O分解成O2和H+； ADP和Pi形成ATP NADP+和H+形成NADPH CO2的固定；
C3接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等
能量转换 光能→电能→ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能转化为糖类中稳定的化学能。
联系 物质联系：光反应阶段产生ATP和NADPH用于暗反应阶段C3的还原。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+ 能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为糖类中稳定的化学能。
1.光反应与暗反应的联系图解
(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
(2)没有光反应，暗反应无法长时间进行，没有暗反应，有机物无法合成。
归纳提升
2.光合作用过程中元素的去向分析
归纳提升
3.环境改变时短时间内光合作用各物质含量的变化分析
归纳提升
1.如图为叶绿体的结构和光合作用的过程示意图。据图回答下列问题：
(1)叶绿体和线粒体都是具有双层生物膜的细胞器，它们分别是如何增大生物膜面积的？
提示：线粒体是通过内膜向内折叠成嵴来扩大生物膜面积的，叶绿体是通过类囊体叠合成基粒来扩大生物膜面积的。
情境探疑
(2)据图可知，水的裂解发生于____________，该过程为叶绿体基质中进行的暗反应提供________和____________。
(3)如果光照强度减弱，则光反应的速率会______，进而影响暗反应过程中____________。
类囊体膜上
ATP
NADPH
减弱
C3的还原
情境探疑
2.在卡尔文循环中，CO2转变为磷酸丙糖(G3P)的过程分为CO2的固定、氧化还原反应和C5，[即二磷酸核酮糖(RuBP)]的再生三个阶段(下图)。据图回答下列问题：
(1)如果CO2浓度降低，会导致卡尔文循环中的CO2固定过程减弱，CO2的固定速率______，但短时间内不会直接影响氧化还原反应和RuBP的再生速率，所以3－PGA含量会______，二磷酸核酮糖(RuBP)的含量会______。
降低
降低
增加
情境探疑
(2)如果光照强度减弱，来自光反应的______和_________减少，短时间内氧化还原反应速率降低，但CO2的固定速率和RuBP的再生速率不变，导致3－PGA含量会______，二磷酸核酮糖(RuBP)的含量会______。
ATP
NADPH
增加
降低
情境探疑
阅读下列材料，请完成以下探究过程：
材料1　1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。
(1)材料1希尔的实验说明水的裂解产生氧气，能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？能否说明水的裂解与糖的合成不是同一个化学反应？
不能；因为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。
能；因为悬浮液中没有合成糖的另一种必需原料——CO2，说明水的裂解与糖的合成不是同一个化学反应。
情境探疑
阅读下列材料，请完成以下探究过程：
材料2　如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图(鲁宾、卡门实验)。
(2)材料2鲁宾、卡门实验的实验思路：利用同位素18O （填“同时”或“分别”标记二氧化碳和水，再分别提供给两组小球藻进行光合作用，检测两组实验释放的氧气是否为18O。此方法为：____________法。
实验结论：光合作用释放的氧气中的氧元素来自于 。
A组与B组释放氧气的相对分子质量比为_________
同位素标记
水
A组
B组
分别
8:9
情境探疑
材料3　1946年后，美国的卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经10年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
(3)材料3卡尔文的实验，14C标记的CO2进入叶绿体后，最先出现放射性的物质是________________，卡尔文循环的过程需要光反应为其提供_______________。上述实验中卡尔文是通过控制__________来探究CO2中碳原子转移路径的。
三碳化合物(C3)
ATP和NADPH
反应时间
情境探疑
光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。右图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
(1)暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。
情境探疑
(2)光合作用的光反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
情境探疑
(3)光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
提示：①物质变化
a.CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
b.三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。
②能量变化：ATP和NADPH中的化学能，转化为储存于糖分子中的化学能。
情境探疑
(4)若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。
提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。
(5)夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？
提示：C3含量下降，C5含量上升。
情境探疑
——能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量（化学能）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+12H2O C6H12O6+ 6O2+6H2O
能量
化能合成作用
1.希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生O2的化学反应。( )
2.光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。 ( )
3.光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。 ( )
4.光合作用制造的有机物中的氧来自水。( )
5.光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。 ( )
√
√
×
×
√
自查自纠
例1 下列几位科学家的相关探究实验中，所用技术方法不同于其他三位的是(　　)
A.卡尔文探究碳元素在光合作用中转移途径
B.鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
D.科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径
C.恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
典例应用
例2 如图为绿色植物光合作用图解，下列叙述正确的是(　　)
B.②是氧气，在类囊体膜上产生
A.①是光合色素，分布在细胞质基质中
C.③是五碳化合物，能被还原为(CH2O)
D.④是ATP，在叶绿体基质中生成
典例应用
例3 正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A.O2的产生停止
C.ATP/ADP比值下降
D.NADPH/NADP＋比值下降
B.CO2的固定加快
典例应用
思维导图 晨读必背
课堂小结
1.下列有关光合作用的叙述，正确的是(　　)
A.光反应不需要酶，暗反应需要酶
B.光反应在光下进行，暗反应在黑暗中进行
C.光反应固定CO2，暗反应还原C3
D.光反应产生ATP，暗反应消耗ATP
随堂检测
2.光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列为暗反应中必需的物质是 (　　)
A.H2O、CO2、ADP
B.H2O、CO2、NADP＋
D.NADPH、H2O、ADP
C.CO2、NADPH、ATP
随堂检测
3.若外界环境中的光照突然减弱，则叶绿体内C3和C5含量的变化是(　　)
A.均不变
B.C3减少，C5增多
D.均增多
C.C3增多，C5减少
随堂检测
4.下列对光合作用图解的分析，错误的是(　　)
C.若突然停止CO2供应，短时间内三碳化合物的含量将上升
A.光合色素分布在类囊体膜上
B.图中①②为O2和ATP
D.若提供3H2O，则3H的转移途径为H2O→[H]→糖类
随堂检测
非常感谢您的收看

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