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第4节第2课时
光合作用的原理
概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
CO2+H2O (CH2O)+O2
叶绿体
光能
一、光合作用的概念及反应式
反应式：
1.叶绿体如何将光能转化为化学能？
2.光合作用如何将化学能储存在糖类等有机物中的？
3.光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
1.19世纪末
甲醛对植物有毒，甲醛不能通过光合作用转化成糖。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
二、探究光合作用原理的部分实验
甲醛→糖
2.1928年
3.1937年，希尔
希尔反应：
水的光解产生氧气。
结论：
二、探究光合作用原理的部分实验
2.希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
能说明，希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的,悬浮液中有水，没有合成糖的另一种必需原料——CO2，同时该实验也没有糖类生成，因此是两个反应。暗示希尔反应和糖的合成是两个相对独立的反应阶段，因此光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。
1.希尔反应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，反应体系中可能还存在其他氧元素物质供氧，也不能说明氧元素转移途径。
二、探究光合作用原理的部分实验
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H218O
CO2
H2O
C18O2
第二组
18O2
O2
4.1941年，美国鲁宾和卡门实验（同位素示踪法）
结论：
光照射下的小球藻悬浮液
二、探究光合作用原理的部分实验
结论：
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
5.1954年，阿尔农
在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
ADP+Pi ATP
光照
叶绿体
H2O O2 + 2H+ + 能量
二、探究光合作用原理的部分实验
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
ATP
水的光解
光合作用的探索历程
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O+CO2 →植物→18O2,H2O+C18O2 →植物→O2，得出光合作用释放的氧气全部来自水
二、探究光合作用原理的部分实验
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。　
小结
二、探究光合作用原理的部分实验
接着又转移到什么物质中？
科学家卡尔文等用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪放射性14C的去向。向反应体系中通入一定量14CO2，发现：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）；光照5秒左右后，放射性稳定地出现在糖类（CH2O）。
CO2 C3
（CH2O）
卡尔文
CO2中的C首先转移到什么物质中？
二、探究光合作用原理的部分实验
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。
光合作用过程的示意图
三、光合作用原理的基本过程
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
H+
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
1.光反应阶段
三、光合作用原理的基本过程
1.光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O 0.5O2 +2NADPH
光能
ATP的合成：
场所：
条件：
物质变化
能量变化：
光能 ATP、NADPH中活跃的化学能
酶
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
三、光合作用原理的基本过程
2C3
C5
NADPH
ADP + Pi
（CH2O）+H2O
ATP
多种酶
参加催化
酶
CO2
还原
固定
酶
供能
卡尔文循环
2.暗反应阶段
三、光合作用原理的基本过程
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
叶绿体的基质中
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
NADPH 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化:
ATP
2C3 (CH2O)+C5
酶
NADPH
2.暗反应阶段
三、光合作用原理的基本过程
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
尝试画出光合作用过程图解（识记反应过程）
光合作用的第一阶段，必须有光才能进行
光合作用的第二阶段，
有没有光都可以进行
三、光合作用原理的基本过程
讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？
ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜。
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
NADP+
NADPH
三、光合作用原理的基本过程
光照不变，停止CO2供应
暗反应
C3含量下降
C5含量上升
NADPH、ATP增加
O2产量减少
仍可进行
CO2 + C5 → 2C3
酶
停止
光反应停止
H2O →2 NADPH + 1/2O2
没有暗反应光反应也不能进行
2C3 +NADPH → (CH2O)+C5
酶
ATP
+
Pi
+
光能
ATP
ADP
酶
→
三、光合作用原理的基本过程
停止光照，CO2供应不变
光反应停止
NADPH、ATP、O2产生减少
暗反应
仍正常进行
停止
C3含量上升
C5含量下降
(CH2O)合成量减少
H2O →2 NADPH+ 1/2O2
2C3 +NADPH (CH2O)+C5
酶
ATP
CO2 + C5 → 2C3
酶
暗反应停止
没有光反应就没有暗反应
+
Pi
+
光能
ATP
ADP
酶
→
三、光合作用原理的基本过程
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
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
光反应与暗反应的比较
三、光合作用原理的基本过程
1.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
C
随堂检测
2.如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是（　　）
A.图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿 体基质
B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和 NADPH中活跃的化学能
C.甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
D.图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
随堂检测
A
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