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第5章 第4节 第二课时
光合作用的原理和应用
场所：叶绿体
动力：光
原料：二氧化碳 水
产物：有机物 氧气
讨论：光合作用的反应式？
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。
通过预习，你知道什么是光合作用了吗？
把无机物（CO2和H2O）转变为有机物，把光能转变为化学能，储存在有机物中
实质：
科学家们是如何探索光合作用原理的？
问题1：植物为什么会生长？
1642年，海尔蒙特实验
讨论：实验的不足在哪里呢？
没有考虑到空气的影响
干燥土壤90.8kg
小柳树2.25kg
只用雨水浇灌
五年后柳树长大
土壤烘干后称重
实验前 实验后 变化
土壤干重 90.800kg 90.743kg
柳 树 2.25kg 76.70kg
+74.75kg
-0.057kg
结论：水分是植物构建自身的原料
1771年普利斯特利的实验
结论：绿色植物可以更新空气
重复普利斯特利的的实验有时成功，有时失败，可能的原因是什么？
结论：植物体只有在光下才能更新污浊的空气。
1779年荷兰的科学家英格豪斯
1864年德国的植物学家萨克斯采用碘液检测淀粉的方法进行实验
结论：植物在光下产生了淀粉
暗处理？
叶部分遮光？
光照
滴加碘液
酒精脱色
CO2
O2
C + H2O
甲醛
糖
19世纪末：
1928年：
甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
1880年，恩格尔曼的实验确定了光合作用场所是叶绿体
1937年，希尔发现，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。
提出问题：光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
结论：水的光解产生氧气。
CO2
H218O

C18O2
H2O

预测1：若第一组为O2，第二组为18O2，则全部来自H2O
预测2：若第一组为18O2 ，第二组为O2 ，则全部来自CO2
预测3：若两组既有18O2、也有O2，则来自两者。
第一组
第二组
绿色植物
（如小球 藻）
CO2
H218O
18O2
C18O2
H2O
O2
结论：光合作用释放的氧气全部来自水
第一组
第二组
光合作用产生的有机物的C又是从哪来的？
20世纪４0年代,美国科学家卡尔文 (M.Calvin)
同位素标记法
CO2
碳的同位素 C
14
CO2
14
( CH2 O)+O2
14
CO2+ H2O
14
光能
叶绿体
1954年，阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，发现这一过程总是与水的光解相伴随。
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
ADP+Pi ATP
ATP的合成与希尔反应的关系
光合作用的过程
光能叶绿体
CO2 + H2O
*
（CH2O） + O2
*
1）光合作用的反应式：
2）光合作用过程
（1）光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？
光合作用
对光的需求
光反应阶段
暗反应(碳反应)阶段
：一定要光
：有光无光都可以
（2）每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化 如何？
条件 ：
光、
色素、
酶
场所：
基粒类囊体膜上
光能
1.光反应阶段
能量转变：
ATP中活跃的化学能
叶绿体中的色素
光能
H2O
水在光下分解
O2
NADPH
ADP+Pi
酶
ATP
a.物质变化：
2H2O O2+4H+
光
色素
ADP+Pi + 能量 ATP
酶
水的光解：
ATP的形成：
NADP++H++e-→NADPH
条件：
不需光，需多种酶
场所：
基质中
过程
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP中活跃的化学能
2.暗反应阶段
C3+NADPH (CH2O)+C5
酶
能量转变：
有机物中稳定的化学能
产物：
CH2O 、 ADP 、 Pi、NADP+
CO2
C5
固
定
2c3
NADPH
供氢\能量
酶
多种酶
参加催化
还 原
酶
ATP
供能
ADP+Pi
(CH2O)
[糖类]
+H2O
NADP+
光合作用过程
原料和产物的对应关系：
（CH2O）
C
H
O
CO2
CO2
H2O
O2
H2O
能量的转移途径：
碳的转移途径：
光能
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
比较光反应和暗反应
光反应 暗反应
是否需要光
进行场所
物质变化 水光解为_____和______ 合成_______和________ ________的固定；
________的还原；
分解________和___________
能量转化
联系 光反应和暗反应的物质联系：光反应生成的________和_____________用于暗反应中C3的________，而暗反应为光反应提供了_______、_________和__________。 光能转化为ATP和NADPH中的化学能
必须有光
ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
有光或无光均可
类囊体的薄膜
叶绿体基质
O2 H+
ATP NADPH
CO2
C3
ATP NADPH
ATP
NADPH
还原
ADP
Pi
NADP+
CO2浓度不变 光反应 NADPH ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱
光照增强
4.条件骤变时物质含量的变化
光照不变 暗反应 C3 C5 NADPH ATP （CH2O）
CO2浓度减少
CO2浓度增加

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