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第2课时 绿色植物光合作用的过程
苏 教 版 | 选 择 性 必 修 1
第2节 光合作用—光能的捕获和转换
壹
概述光合作用的场所——叶绿体。
叁
了解将无机物转化为有机物的其它途径——化能合成作用
贰
掌握光合作用的过程及物质和能量的变化。
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。
Fe2+
草酸铁
（Fe3+）
产物：氧气、还原剂
进步之处：对光合作用的研究从器官（叶片）
水平进入到细胞器（叶绿体）水平
一、绿色植物光合作用的场所
1.希尔的离体叶绿体实验
结论：
一定程度上证明光合作用在叶绿体中进行。
一般分布在细胞质膜与液泡之间。
2.光合作用的场所——叶绿体
光照强度很高时，叶绿体会移动到细胞的 侧面，以免强光的伤害。
（1）叶绿体在细胞中的分布规律
上表皮
下表皮
光照较弱的情况下，叶绿体会汇集到细胞的 顶面，以最大限度的吸收光能，保证高效率的光合作用；
光合色素和与光合作用有关的酶
(2) 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。
阅读P89-90，识图3-2-10光合作用过程示意图，思考表中的内容：
光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所
反应条件
物质变化
能量变化
联 系 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
光能
ADP + Pi
酶
ATP
O2
H+、e-
水在光下分解
H2O
NADP+
NADPH
叶绿体类囊体薄膜
光、色素、多种酶
O2、NADPH、ATP
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。
（表示为[H]）
水的裂解、电子传递、ATP生成、NADP+还原
1.光反应阶段
类囊体膜
酶
色素
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
2.暗反应阶段
暗反应阶段
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
C5
核酮糖-1,5-二磷酸
RuBP
2C3
3-磷酸-甘油酸
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。
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
拓 展
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
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
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
光反应
[H]、ATP
暗反应
ADP、Pi
3.光反应和暗反应的比较
H2O H+ +e-+ O2
光能
ADP + Pi + 能量 ATP
酶
酶
NADP+ + H++e- NADPH
酶
CO2＋C5 2C3
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
没有光反应，暗反应无法长时间进行；没有暗反应，有机物无法合成。
CO2
C3
（CH2O）
H2O
[H]
（CH2O）
H2O中H的转移途径：
CO2中C的转移途径：
＋（C５）
4.光合作用中元素的转移
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
5.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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
（1）过程分析法
5.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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 。
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
5.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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
光能
叶绿体
CO2 + H2 O （CH2O)+ O2
总反应可表示为：
光合作用的实质 :
合成有机物，储存能量
6.光合作用的概念
概念
例子
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
能量
CO2 + H2O （CH2O)+ O2
通过外界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方式。
三 、化能合成作用
自养型生物
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
1．下图为叶绿体结构与功能示意图，请据图判断下列有关说法中，
不正确的是(　　)
A．光合作用的光反应在图中A处进行，必须在
有光条件下进行
B．光合作用的暗反应在图中B处进行，必须在
无光条件下进行
C．光合作用释放的O2全部来自H2O
D．光合作用中CO2被固定并还原成图中的物质甲
B
D
2.下图为高等绿色植物光合作用图解，下列说法正确的是( 　　)
A．①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中
B．④是ATP，在叶绿体基质中生成
C．③是C3，能被氧化为(CH2O)
D．②是由水裂解产生的氧气

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