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第4节 光合作用与能量转化
第五章 细胞的能量供应和利用
万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。那么植物捕获光能的特定物质和结构是什么？
问题探讨
第二课时 光合作用的原理和应用
第4节 光合作用与能量转化
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。
1、光合作用的概念
（一）光合作用(P102)
CO2 + H2O （CH2O) + O2
光能
叶绿体
2、光合作用的反应式
探究光合作用原理的部分实验(P102)
思考 讨论
（二）光合作用的原理
1、19世纪末：
CO2
O2
+ H2O
（CH2O）
甲醛
缩合
2、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为糖。

探究光合作用原理的部分实验
思考 讨论
3、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。
希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
（二）光合作用的原理
H2O
离体叶绿体
光能
O2
结论：水的光解产生氧气。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(P103)。
探究光合作用原理的部分实验
思考 讨论
4、1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究了光合作用中氧气的来源。
CO2
H218O
光照射下的
小球藻悬液
C18O2
H2O
18O2
O2
结论：光合作用释放的氧来自水。
（二）光合作用的原理
探究光合作用原理的部分实验
思考 讨论
5、1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验： 在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
结论：在光照时，叶绿体中生成了ATP。
H2O O2 + 2H+ + 能量
光照
叶绿体
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系：
ADP+Pi ATP
（二）光合作用的原理
上述实验表明：光合作用释放的氧气中氧元素来自于水。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(P103)。
光合作用过程是否需要光能划分：光反应和暗反应（碳反应）。
1、光反应阶段
光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
类囊体膜上
的色素
光能
H2O
水在光下分解
O2
NADPH ([H])
ADP+Pi
酶
ATP
光、色素、酶、水
叶绿体的类囊体薄膜上
水的光解：
2H2O 4NADPH + O2
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋ 能量 ATP
酶
场 所：
条 件：
物质变化:
能量变化:
光能 ATP中活跃的化学能
1、光反应阶段
2、暗反应阶段
光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
CO2 （CH2O）
酶
？？？
卡尔文对暗反应的探究（p104）
20世纪40年代, 卡尔文：
光照射下的
小球藻悬液
14CO2
O2
（14CH2O）
同位素示踪法
(14CH2O)
14CO2
2、暗反应阶段
CO2
C5
固 定
2C3
NADPH
供氢
酶
(CH2O)
淀粉、蔗糖
多种酶参与
还原
酶
ATP
供能
ADP+Pi
卡尔文循环
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
叶绿体的基质中
ATP
NADPH、
ADP+Pi
2C3 （CH2O） + H2O + C5
酶
NADPH 、ATP、酶、CO2
场所：
条件：
物质变化:
能量变化:
ATP中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
2、暗反应阶段
3、光合作用过程图解（p106）
光反应阶段
（叶绿体类囊体薄膜）
暗反应阶段
（叶绿体基质）
ADP+Pi
NADP+
CO2
2C3
C5
（CH2O）
多种酶
参加催化
固
定
还
原
ATP
NADPH
光能
类囊体薄膜的色素
O2
水的光解
H2O
4、光反应与暗反应的区别和联系
暗反应
光反应
比较项目
能量变化
联 系
物质变化
条 件
场 所
类囊体薄膜上
叶绿体的基质
需光,色素和酶
不需光和色素;需酶
稳定的化学能
光能 活跃的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+
2H2O 4H++O2↑
光解
CO2+ C5 2C3
酶
ADP+Pi+能量 ATP
酶
2C3 (CH2O)+C5
ATP、[H] 酶
③H的转移：
H2O → NADPH→ (CH2O )
①C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
②O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O → O2
6CO2+12H2O
光能
叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
5、光合作用中元素的转移
（三）光合作用原理的应用
光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量（p105）。
探究光照强弱对光合作用强度的影响
探究 实践
2、影响光合作用的因素
（三）影响光合作用的因素
光照强度
CO2的浓度
H2O
矿质元素（Mg合成叶绿素）
温度
外因：
内因：
酶的数量
色素的含量
叶龄不同
（1）光照强度
A点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。
B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。
C点：光合作用强度最大。C点之前限制光合作用因素是光照强度，
C点之后限制因素是CO2 、温度等
光补偿点
光饱和点
AB段：光合<呼吸
BC段：光合>呼吸
D
D点：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。
1.间作(几种作物同时期播种)、
套种(几种作物不同时期播种)
2.轮作(几种作物轮换种植)
3.合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
应用：
光补偿点
光饱和点
D
（1）光照强度
（2）CO2浓度
C点：CO2补偿点（光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）；
D点：CO2饱和点（光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加时的CO2浓度）。
应用：1.多施有机肥或农家肥
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等.
3.大田中还要注意通风透气.
B点 ：进行光合作用所需CO2的最低浓度
A
B
C
D
0
吸收CO2
释放CO2
CO2浓度
（3）温度
温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。
应用：1.适时播种
2.温室中,白天适当提高温度,
晚上适当降温
3.植物“午休”现象
CO2
H2O
O2
酶的最适温度
一天的时间
O
光合作用强度
12
13
11
A
B
C
D
E
9 10
15 16 17
14
夏季晴天的中午气温高，植物为防止蒸腾失水而关闭气孔，CO2吸收减少，进而降低光合速率。
“午休”现象：
P106页
光照强度
N、P：NADP+和ATP的重要组分
Mg：叶绿素的重要组分
（4）矿质元素
应用：合理施肥
（5）水
1.水是光合作用的原料
2.水是体内各种化学反应的介质
3.水直接影响气孔的开闭,间接影响CO2进入
应用：预防干旱 合理灌溉
光合作用速率：一定时间内、单位面积CO2等原料的消耗量或O2、(CH2O)等产物生成量来表示。
植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率，称为表观光合速率。
（四）光合作用速率的测定
（成才之路105页）
O2
释放
量
0
O2
吸
收
量
光照强度
光补偿点
光饱和点
·
·
·
A
B
C
呼吸速率
净光合速率
真正光合速率
P108
二、非选择题
1.请设计一个表格，简明而清晰的体现出你对光合作用与细胞呼吸之间主要区别和内在联系。
（五）化能合成作用
1、异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
2、自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。
光能自养生物：以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如：绿色植物。
化能自养生物：利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO2和H2O（无机物）合成糖类（有机物）。
例如：硝化细菌。
硝化细菌能够利用体外环境中的NH3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
硝化细菌
6CO2+12H2O C6H12O6+ 6O2+6H2O
能量
酶
完成《师说分册三》检测案19、20（P205-208）
课后作业

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