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第五章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转换（第2课时）
1
光合作用的概念及探索历程
光合作用原理的应用
2
光合作用原理的应用和影响因素
探究一
光合作用的概念及探索历程
绿色植物通过________，利用______，将________________转化成储存着能量的_________，并且释放出________的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？我们先来分析科学家做过的一些实验。
CO2+H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+O2
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
光合作用的概念及反应式
【任务1】
场所
条件
原料
(1)概念:
(2)反应式：
过渡
产物
产物
光合作用原理的探索实验
【任务2】
1928年 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
19世纪末 甲醛→糖
资料1
O2
水
铁盐或其他氧化剂
氧化剂被还原
叶绿体
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希尔反应。
光合作用原理的探索实验
【任务2】
希尔反应
资料2
(1)希尔实验可以证明O2来自H2O ，能否确定O2全部来自H2O？
不能，没有排除叶绿体中其他物质干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。
(2)希尔实验中并没检测到糖的生成。若向悬浮液中通CO2，光照条件下就能检测到糖生成。说明光合作用生成 和生成 是两个相对独立的过程。
氧气
糖
(1)实验中的自变量是什么？因变量如何检测？
(2)分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
同位素18O的标记的物质不同
测定产生氧气的相对分子质量
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自H2O，而并不来源于CO2。
光合作用原理的探索实验
【任务2】
1941年 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
资料3
1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。
(2)根据资料中实验，你可以得出什么结论？
光合作用原理的探索实验
【任务2】
阿尔农实验
资料4
2H2O O2+4NADPH+能量
ADP+Pi ATP
光能
叶绿体
(1)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？
光合作用过程的示意图
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
分析光合作用的过程
【任务3】
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O 1/2O2 +2H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
场所：
条件：
物质变化:
能量变化：
光能转变为NADPH、ATP中活跃的化学能
NADP+ +H+ NADPH
NADPH合成:
酶
分析光合作用的过程
【任务3】
(1)光反应
类囊体膜
酶
色素
实验过程
(2)连续60s取样，将藻类细胞置于热酒精中
(3)分离溶解物中的分子
三碳
化合物
多种产物：
C3、C5、C6等
5秒内
60秒后
请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。
CO2 → C3 → C6
C5
(1)向藻类细胞光合作用的原料中加入14CO2
(4)进行放射性显影，以确定放射性的部位
时间顺序依次出现的放射性物质代表了暗反应过程中各种产物依次出现的顺序
实验结果
情境二
光合作用产物除O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。
CO2
叶绿体基质
多种酶
叶绿体的基质中
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
①CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
②C3 的还原：
物质变化
能量变化：
2C3
C5
CO2的固定
有机物(CH2O)
C3的还原
NADPH
ATP
(2)暗反应阶段
核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
三磷酸甘油酸
ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
ATP
ADP+Pi
2C3 (CH2O)
酶
糖类
NADP+
NADPH
分析光合作用的过程
【任务3】
(3)尝试构建光合作用过程模型
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
CO2
（CH2O）
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
分析光合作用的过程
【任务3】
(3)尝试构建光合作用过程模型
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
CO2
（CH2O）
写出以下元素的转移去向？
分析光合作用的过程
【任务3】
①H: ;
H2O→NADPH→(CH2O )
②C : ;
CO2→C3→(CH2O)
③O : ;
CO2→C3→(CH2O）
H2O →O2
光反应阶段 暗反应阶段
反应场所
需要条件
反应速度
物质变化
能量变化
联系
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体基质
较快
较缓慢
光、光合色素、酶
ATP中活跃的化学能、NADPH的能量
光能
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
水的光解,ATP、NADPH的生成
CO2的固定； C3的还原
光反应是暗反应的基础，为其提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。
(4)比较光反应阶段和暗反应阶段
分析光合作用的过程
【任务3】
不需要光照、需要酶
NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度不变，光照减弱
光照不变，CO2浓度下降
减少
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
(5)分析外界条件的变化对相关物质含量的影响
分析光合作用的过程
【任务3】
1. 下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是（ ）
A．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．鲁宾和卡门的实验中，改变水中H218O的所占比例，植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
A
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
2. 下列关于光合作用过程的叙述，错误的是（ ）
A．光合作用过程分为光反应和暗反应两个阶段
B．光反应阶段是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的
C．暗反应阶段是在叶绿体基质中进行的
D．暗反应阶段，光能被转化成ATP和NADPH中的化学能
D
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
对点训练
课堂检测
探究二
光合作用的应用和影响因素
光质
光照强度
光照时间
光照面积
酶
色素
温度
矿质元素
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+ O2
请根据光合作用反应式,从内、外因分析影响光合作用强度的因素有哪些？
CO2浓度
气孔开闭情况
水分
光
酶的种类、数量
色素的种类和含量
植物自身因素（遗传特性、叶龄、叶面积指数）
光（强度、时间、光质）
ＣＯ2浓度
矿质元素
水分
内因
外因
影响
因素
光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
情境三
如图是探究光照强度对光合作用强度的影响装置示意图，探讨下列问题
情境三
(2)实验原理:
探究环境因素对光合作用的影响
【任务3】
叶片含空气上浮
叶片下沉
O2充满细胞间隙，叶片上浮
抽气
光合作用
产生O2
自变量：
光照强弱
因变量：
光合作用强度
相同时间小圆形叶片浮起的数量
利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
控制方法
检测方法
无关变量
(3)实验变量:
探究光照强度对光合作用强度的影响
单位时间 ,探究 与光合作用强度的关系
①实验叶片：
同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…
②NaHCO3溶液：
等量，相同浓度
圆形叶片浮起数量的多少
光照强度
(1)实验目的:
(3)实验过程:
探究环境因素对光合作用的影响
【任务3】
器材:打孔器
目的:制备圆形小叶片30片
器材:注射器
目的:使圆形小叶片内的气体溢出
条件:放在黑暗处
原因:细胞间隙充满水
取3只小烧杯，分别倒入20mICO2缓冲液、10片圆形小叶片
分别对这三个实验装置进行强、中、弱三种光照
取材
排气
沉水
分组
光照
观察
不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃）
一定光照强度范围内,光合作用随着光照强度的增加而增强。
台灯灯泡的功率（W） 40 40 40
台灯与烧杯的距离（cm） 10 20 30
叶片漂起 的数量 5min 0 0 0
10min 9 8 7
15min 10 9 9
20min 13 10 10
25min 13 10 9
探究环境因素对光合作用的影响
【任务3】
(4)实验结果：
(5)实验结论：
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
E
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
D
曲线模型 :光照强度对光合作用强度的影响
【任务3】
B: ;
D : ;
AB: ;
BC: ;
A： ;
(1)以下代表的生物学意义分别是什么
(2)OA段的含义是什么 其大小主要受哪种环境因素的影响
0A段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响
只进行呼吸作用
光合作用强度<呼吸作用强度
光合作用强度=呼吸作用强度
光合作用强度>呼吸作用强度
光合速率开始达到最大时外界的光照强度
AC段限制因素：光照强度
曲线模型 :光照强度对光合作用强度的影响
【任务3】
(3)AC和CE段的限制因素分别是什么？
光照强度
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
E
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
CE限制因素：CO2浓度、温度等）
D
(4)若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃,这是在25℃测得的曲线,若温度升至30℃,曲线中A点、B点将如何变化
A点下移,B点右移
(5)若图为阳阴生植曲线图，请补充阴生植物曲线图？
曲线模型 :光照强度对光合作用强度的影响
【任务3】
(6)通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如右图所示。那么曲线 AB 段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用右图字母表示)
c、d、e、f
(7)净光合速率是在光照条件下测量得出的，可以用CO2的吸收量、O2的释放量、有机物的积累量来表示。若曲线图中，A点对应的CO2释放量为-2，C点对应的CO2吸收量为5，则C点时，真正的(总)光合速率是 。
7
曲线模型 :光照强度对光合作用强度的影响
【任务3】
0
CO2吸
收
CO2
释
放
A
B
C
E
呼吸速率
光补偿点
光饱和点
（限制因素：CO2浓度、温度等）
D
净光合速率
总光合速率
呼吸速率
实际光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率
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+6H2O C6H12O6+ 6O2
在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？
放能
电子显微镜下的一种硝化细菌（放大5000倍）
化能合成作用
1.如图所示装置可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置，下列说法错误的是（ ）
A．叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强
度等于呼吸作用强度
B．可通过调整台灯与叶圆片之间的距离来
改变光照强度
C．可根据相同时间内叶圆片上浮数量来判
断光合作用强度
D．此装置也可以用于探究CO2浓度对光合作用强度的影响
A
课堂检测
2.下图表示某植物细胞的部分结构和相关代谢中发生的气体（①～⑥均表示气体）转移情况。下列有关叙述错误的是（ ）
A．该细胞一定不是根尖细胞
B．①代表O2，⑥代表CO2
C．光反应过程中，发生了④、
⑤和C5的结合
D．①+③可表示总光合速率，②+③可表示呼吸速率
课堂检测
C
3.已知小麦光合作用最适温度为25℃，呼吸作用最适温度为30℃，科学家研究小麦20℃时光合作用强度与光照强度的关系，得到如图曲线。下列有关叙述错误的是（ ）
A．在25℃条件下研究时，a点会下移
B．a点时叶肉细胞产生ATP的细胞器是线粒体
C．其他条件适宜，当植物缺Mg时，b点将向
左移动
D．c点之后小麦光合作用强度不再增加，可能
与叶绿体中酶的浓度有关
课堂检测
C
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
其他影响因素
温度
二氧化碳
水分
矿质元素
设计实验探究光强、 CO2浓度、温度等对光合作用强度的影响。
光合作用
光合作用
原理的应用

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