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第2课时
第5节 光合作用将光能转化为化学能
1.阐明光合作用的过程和原理，了解光反应和暗反应及其相互关系
2.探究影响光合作用强度的环境因素
【学习目标】
绿色植物储存在有机物中的能量来自哪呢？
太阳能
太阳的光能又是
通过什么途径进
入植物体内的？
光反应将光能转化为化学能，并产生氧气
氧气、ATP、NADPH
类囊体膜中
ADP +Pi
+
能量
酶
ATP
NADP+ + H+ + 2e-
酶
NADPH
2H2O
光
4H++4e-+O2
光、色素、酶
光反应
场所：
物质变化：
产物：
能量变化：
条件：
光能 ATP、NADPH中活跃化学能
碳反应
（卡尔文循环）
场所：
原料：
物质变化：
能量变化：
叶绿体基质
五碳糖、CO2、NADPH、ATP
CO2+ C5
酶
2
三碳酸（CO2的固定）
ATP→ADP+Pi+能量
NADPH→NADP++H++2e-
ATP、NADPH中活跃化学能 糖类等有机物中的稳定化学能
大多数为了再生五碳糖
2三碳酸
酶
2三碳糖
ATP、NADPH
（三碳酸的还原）
3C5
6三碳糖
+三碳糖
（五碳化合物的再生）
碳反应将二氧化碳还原成糖
思考
1.光反应和碳反应是相对独立的吗？
2.光反应产生的ATP能不能用于其他生命活动？
3.碳反应所需要的ATP能不能由细胞呼吸提供？
光反应和碳反应是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也就无法进行。
不能，光反应产生的ATP只能用于碳反应
碳反应所需要的ATP仅来自光反应，而不能由细胞呼吸提供。
4.光合作用中，ATP和NADPH分别提供什么？
ATP提供能量和磷酸基团；NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢
三碳糖大部分用于五碳糖再生
3次卡尔文循环输出
1分子三碳糖
出卡尔文循环的三碳糖大部分运出叶绿体外合成蔗糖
光能
ATP、NADPH 中活跃的化学能
光反应
类囊体薄膜上
有机物中稳定的化学能
碳反应
叶绿体基质
项目 光反应 碳反应
场所
条件
物质 变化
能量
联系 类囊体膜(光合膜)
光合色素、光、酶、水
水的光解：H2O→1/2O2+2H++2e-
ATP的合成：能量+ADP＋Pi→ATP
NADPH的合成：
NADP++H++2e-→DNADPH
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
光反应为碳反应提供NADPH和ATP；碳反应为光提供ADP、Pi、NADP+，二者紧密联系，缺一不可
叶绿体基质
酶、ATP、NADPH、CO2
CO2的固定：CO2+五碳糖→2C3
三碳酸的还原：
2个三碳酸+ATP+NADPH→三碳糖
RUBP的再生：三碳糖→五碳糖
ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
小资料
光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，这一概念是由20世纪初期英国 科学家伯莱克曼 （F. F. Blackman，1866—1947） 提出的，一直沿用了数十年。他曾在光照强度和温度变化的情况下测定光合作用强度。在做了大量测定之后，他发现温度对光合作用的影响与光强度有很大关系，并根据实验结果得出上述结论。这是他对人类认识自然所做出的非常重要的贡献。
随着研究的深入，科学家发现，这一概念并不十分准确。因为所谓的暗反应在暗中反应时间极短，而在有光的情况下能连续不断地进行，并且受到光强度的调节。所以，在 20 世纪 90 年代的一次国际光合作用会议上，为了更加准确地反映光合作用的真实情况，从事光合作用研究的科学家一致同意：光合作用的第一阶段仍称为光反应，包括水的氧化、氧的释放、电子传递、ATP 和 NADPH 的形成，是发生在光合膜中的一系列反应；光合作用的第二阶段改称为碳反应，是指发生在叶绿体基质中的二氧化碳转变为糖的一系列反应。
暗反应和碳反应
影响光合作用强度的因素有很多，可以选择其中某种因素，探讨它与光合作用的强度有什么关系。你可以参考以下案例的思路，决定自己要探究的环境因素和实验方案。
探究光照强度对光合作用强度的影响。
参考案例
打孔器，注射器，5WLED台灯，米尺，烧杯，绿叶（如菠菜、吊兰等）。
材料用具
活动：探究环境因素对光合作用的影响
实验原理
①叶片含有空气，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
②根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少，探究光照强度与光合作用强度的关系。
活动：探究环境因素对光合作用的影响
实验步骤
1.取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大的叶脉）。
实验步骤
2.将圆形小叶片置于注射器内。注射器内吸入清水，待排出注射器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出。这一步骤可能需要重复2~3次。处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。
实验步骤
3.将处理过的圆形小叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
实验步骤
4.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（可以事先通过吹气的方法补充CO2，也可以用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液来提供CO2）。
实验步骤
5.向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片，然后分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度。
实验步骤
6.观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮起数量
1 10片 20 mL 强 多
2 10片 20 mL 中 中
3 10片 20 mL 弱 少
实验结果
在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(小圆形叶片产生的O2多，浮起的多。)
3W 5W 10W
1.下列有关光合作用的叙述中，正确的是（ ）
A.光反应不需要酶，暗反应需要酶
B.光反应在光下进行，暗反应在黑暗中进行
C.光反应固定CO2，暗反应还原CO2
D.光反应产生ATP，暗反应利用ATP
D
2.如图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是（ ）
A.物质a表示NADPH
B.物质b表示C3
C.阶段Ⅰ在叶绿体基质中进行
D.阶段Ⅱ在黑暗条件下发生
A
4.某研究小组改变对某植物的施氮量，进行了“探究环境因素对光合作用影响”的实验，结果如表，下列叙述正确的是（ ）
A.本实验的因变量是施氮量，低氮处理为对照组
B.实验结果说明该植物光合作用速率与施氮量呈正相关
C.可用95%的乙醇分离叶绿体中的色素以研究施氮量对光合色素含量的影响
D.选择叶片时需要控制叶片的生长部位、叶龄、叶面积等无关变量的一致性
处理 （尿素kg·ha-1） 叶绿体数量 （个/细胞） 基粒数量 （个/叶绿体） 光合作用速率
（μmolCO2·m-2·s-1）
低氮（50） 9.6 7.6 23.1
中氮（150） 13.4 10.3 30.6
高氮（300） 8.6 11.1 25.6
D

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