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第二节 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
第三章 细胞中能量的转换和利用
苏教版 2019
目录
探究新知
一、绿色植物光合作用的场所
二、光合作用的过程
三、化能合成作用
课堂小结
04
课堂练习
情境导入
02
03
素养目标
01
05
学习目标 核心素养
1.概述光合作用的场所-叶绿体。
2.掌握光合作用的过程及物质和能量的变化。
3.了解将无机物转化为有机物的其它途径-化能合成作用
1.通过对光合作用的场所-叶绿体的学习，认同结构与功能相适应的观点。（生命观念)
2.通过光反应和暗反应的过程，帮助学生形成比较、分析等科学思维方式和严谨的科学态度。
（科学探究)
素养目标
情境导入
绿色植物光合作用的场所究竟在什么地方呢？
思考
中国科学家在国际上首次不依赖光合作用实现了二氧化碳到淀粉的
人工合成，对未来的农业生产、生物制造产业的具有重要影响。
希尔的离体叶绿体实验
一、绿色植物光合作用的场所
1
1937年希尔实验
草酸铁
Fe3+
Fe2+
O2
叶绿体悬液、草酸铁
释放出了氧气
器官(叶片)
细胞器(叶绿体)
①过程：
在研磨绿叶后制取 ，
给予光照
观察
②实验现象：
③结论：
一定程度上证明： 。
④意义：
使光合作用的研究从 进入到了 水平。
光合作用在叶绿体中进行
Fe3+被还原为Fe2+
离体的叶绿体 。
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
强光下
弱光下
光合作用的场所-叶绿体
一、绿色植物光合作用的场所
2
保证接收到充分的光照，
又可避免被强光灼伤。
根据光照强弱来改变自己的状态及在细胞中的位置
①外界光照较强，以侧面接收光照，移动到细胞侧面
②外界光照较弱，以正面接收光照，聚集在细胞顶面
叶绿体
类囊体
基粒
光合色素和与光合作用有关的酶
光合作用的场所-叶绿体
一、绿色植物光合作用的场所
2
3.结构：
叶绿体
外膜
内膜
基粒:
基质：
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。
透明
有利于光照的透过
由两个以上的类囊体组成含
有色素和与光反应有关的酶
含多种与暗反应有关的酶，
是暗反应的场所。
光合作用过程的示意图
根据 ，这些化学反应可以概括地分为 和 （现在也称为碳反应)两个阶段。光反应和暗反应同时进行，耦合在一起，共同完成光合作用.
二、光合作用的过程
光合作用过程
是否需要光能
光反应
暗反应
暗反应
光反应
1.光反应阶段
水的裂解：
ATP的合成：
2H2O O2 + 4H+ + 4e-
光
色素
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
NADPH的合成：
NADP+ + H+ + 2e- NADPH
酶
光能
②条件：
①场所：
③物质转化：
⑤能量转化:
④产物：
ATP、NADPH中活跃的化学能
才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
类囊体上的光合色素
光能
ADP + Pi
酶
ATP
O2
H+、e-
水在光下分解
H2O
NADP+
NADPH
二、光合作用的过程
光反应阶段
必须有光
叶绿体类囊体薄膜
光、色素、多种酶
O2、NADPH、ATP
1
。
①在C3的还原中作还原剂；
②为C3的还原提供能量
ATP主要用于暗反应,也参与叶绿体中生物大分子核酸、蛋白质的合成。
NADP+：氧化型辅酶Ⅱ
NADPH：还原型辅酶Ⅱ
（表示为[H]）
水的裂解、电子传递、ATP生成、NADP+还原
1. 光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2和H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。
H+浓度差
2e＋NADP＋＋H+→NADPH
ADP＋Pi→ATP
特殊状态的叶绿素a
水
e－
光子
e－
二、光合作用的过程
光系统及电子传递链
拓展
①电子供体： ,电子受体是 。
②ATP合酶作用： 。
H2O
NADP＋
转运质子并催化ATP合成
暗反应是由卡尔文及其研究团队发现的，又称卡尔文循环。
简单地说，卡尔文循环就是将CO2，ATP和NADPH转化为磷酸丙糖（一种三碳糖G3P）的复杂生化反应。
三碳化合物
三碳糖
G3P
葡萄糖等
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
CO2
五碳化合物
二、光合作用的过程
暗反应阶段
2
NADPH
ADP + Pi
(CH2O)
ATP
多种酶
参加催化
酶
CO2
还原
固定
供能
叶绿体基质
CO2的固定：
C3的还原：
CO2 + C5 2C3
酶
NADP+
2.暗反应（碳反应）
①场所：
②条件：
③物质变化：
④能量变化：
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
ATP→ ADP+Pi
NADPH→NADP+
酶、NADPH、ATP
卡尔文循环
供氢
酶
二、光合作用的过程
暗反应阶段
2
C5
核酮糖-1,5-二磷酸
RuBP
2C3
3-磷酸-甘油酸
二、光合作用的过程
暗反应阶段
2
卡尔文循环的简要过程
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。
拓展
①羧化反应：使一个五碳化合物变成两个三碳化合物。
②氧化还原反应阶段：C3被还原成G3P，以后由G3P转变为葡萄糖等。
③RuBP 再生阶段：五个G3P转变成了三个RuBP
叶绿体
中的色素
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
酶
二、光合作用的过程
能量变化： 光能→ATP和NADPH中活跃化学能
物质联系： ①光反应阶段为暗反应阶段提供 ，
②暗反应阶段为光反应阶段提供 原料。
ATP 和 NADPH
ADP、Pi和NADP+
思考:暗反应能在无光的环境中长期进行吗？
不能，因光反应无法进行，缺乏光反应提供的ATP 和 NADPH。
比较项目 光反应 暗反应
区
别
反应条件
反应场所
物质变化
能量变化
联 系
光合色素、酶
[H] 、ATP 、多种酶
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质
① 水的裂解
H2O → [H]＋ O2
② ATP的合成
ADP＋Pi＋能量→ATP
①CO2的固定
CO2＋C5→2C3
光能→ATP、[H]中
活跃的化学能
ATP 、[H]中活跃化学能→有机物中稳定化学能
②C3的还原
C5
C3 (CH2O)
ATP
[H]
光反应
[H]、ATP
暗反应
ADP、Pi
二、光合作用的过程
光反应和暗反应的比较
3
NADPH
1.3H的转移
2.14C的转移
3.18O的转移：
3H2O
(C3H2O )
光反应
暗反应
（14CH2O）+14C5
14CO2
CO2的固定
14C3
C3的还原
（CH218O）
18O2
H218O
光反应
C18O2
C3
CO2的固定
C3的还原
二、光合作用的过程
光合作用中元素的转移
4
思考：叶绿体处于不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP含量的动态变化
1.CO2供应不变，停止光照
光反应停止→
NADPH和ATP减少→
C3还原减慢→
C3增多，C5减少
2.CO2供应停止，光照不变
CO2固定停止→
C3减少，C5增加→
C3还原减慢→
NADPH和ATP增加
二、光合作用的过程
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
5
条件变化 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
光照变强，
CO2供应不变
光照不变，
CO2供应减少
①C3和C5的变化 ；
②C5、NADPH、ATP的变化 ；
相反
一致
增多
减少
增多
增多
减少
增多
增多
减少
二、光合作用的过程
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
5
（1）过程分析法
2.“模型法”表示C3和C5的含量变化
C3起始值高于C5（约是其2倍）
①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。
二、光合作用的过程
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
5
C5、NADPH、ATP
C3
C3
C5、NADPH、ATP
C5、NADPH、ATP
C3
C3
C5、NADPH、ATP
C5、NADPH、ATP
C3
C3
C5、NADPH、ATP
C3
C5、NADPH、ATP
C3
C5、NADPH、ATP
1.概念：光合作用是绿色植物细胞中的叶绿体从________中捕获能量，并将这些能量在_____________转变为___________的过程中，转换并储存为糖分子中的_________的过程。
太阳光
CO2和H2O
糖与O2
化学能
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
光合作用的概念及反应式
6
6CO2+12H2O* C6H12O6+6H2O+6O2*
叶绿体
光能
光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖，都是糖类，可使用（CH2O）表示糖类。
二、光合作用的过程
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。
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3 + 能量
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
3.进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？
以无机物转变成为自身的组成物质。
（能够进行光合作用或者化能合成作用的生物）
自养生物：
4.光合作用和化能合成作用的异同
1.概念:
同：把二氧化碳和水合成有机物
异：利用的能量不同（光能、化学能）
三 、化能合成作用
化能合成作用
1
硝化细菌
硫细菌
铁细菌等少数种类的细菌
光合作用的过程
化能合成作用
暗反应
光反应
ATP的合成
水的光解
NADPH的合成
C3的还原
CO2的固定
注意区别与联系
课堂小结
课堂练习
B
g为CO2，d代表ADP，f为NADP＋，若CO2瞬时减少，CO2被C5固定形成C3的量减少，C3的还原减慢，ATP和NADPH的消耗减少，剩余增多，短时内ADP、NADP＋减少。
1.如图为绿色植物光合作用过程示意图（图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。有关叙述不正确的是（　　）
A. ②、③将光能转变成了活跃的化学能
B. 其他条件不变，g的量瞬时减少，短时内d、f增加
C. 将H2O物质用18O标记，一段时间后在CO2中可检测到18O
D. ④、⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中
课堂练习
B
在Ⅰ基粒上光能转换为ATP和NADPH中活跃的化学能，在Ⅱ叶绿体基质中ATP和NADPH中活跃的化学能转换为稳定的化学能.
2. 如图为叶绿体的结构与功能示意图，请据图判断下列有关说法中
不正确的是（　　）
A. 叶片呈绿色是由于Ⅰ上含有大量叶绿素
B. 能够将光能转换为稳定的化学能的过程是在Ⅰ上完成的
C. Ⅱ中CO2被固定并还原成图中的甲物质
D. Ⅰ、Ⅱ上酶的种类、功能不相同

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