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二、光合作用的原理和应用
第1课时 光合作用的原理
为了提高空气质量，人们常常在客厅或者卧室等处摆放一些花卉等绿色植物。
绿色植物是如何更新周围环境中空气的呢？
？
对生活中的生物学现象进行观察并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
1.人类探究光合作用的历程。 （科学探究）
2.分析光合作用过程图解，掌握光反应和暗反应的区别和联系。
（科学思维）
体会课堂探究的乐趣，
汲取新知识的营养，
让我们一起 吧！
进
走
课
堂
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
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。
一、光合作用
1.概念：
2.反应式：
3.实质：
合成有机物，储存能量
探究光合作用原理的部分实验
1、19世纪末 氧气
甲醛→糖
2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖，
甲醛对植物有毒害作用。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
二、光合作用的发现历程
(CH2O)
（有H2O，无CO2）
3、1937年，希尔
铁盐或其它氧化剂
希尔反应：
O2全部来自H2O吗？
水的光解产生氧气。
结论：
？
O2 O2 O2
O2
光合作用产生的O2来自H2O。
4、1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法）
结论：
H2O
H218O CO2
O2 O2
O2
O2 O2
O2
O2
O2
O2 O2
O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
C18O2
5、1954年，阿尔农
结论：
1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验： 在给叶绿体照光时发现，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。
光照时，在叶绿体中生成了ATP。
对光合作用发现历程实验进行归纳总结，体现了科学思维的核心素养。
【例1】美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧，证明了光合作用(　　)
A.制造了有机物 B.利用了根系吸收的水分
C.释放的氧气全部来自H2O D.释放的氧气全部来自CO2
C
美国科学家鲁宾和卡门通过同位素18O分别标记H2O和CO2，发现只有标记H2O的一组产生了18O2，两组实验对照说明光合作用释放的氧气全部来自水。
三、光合作用原理
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
光反应
暗反应
光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、进行场所、物质变化、能量转换方面各是怎样的？
？
对光合作用现象进行观察、分析并提出问题，体现了科学探究的核心素养。
H2O
类囊体薄膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
1.光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量（光能) ATP
酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化：
能量变化：
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
O2
美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。
（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。
（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。
（3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：
CO2
C3
(CH2O)
C5
卡尔文循环
2.暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
NADPH 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量
变化
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADP+
NADPH
NADPH
(CH2O)
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
叶绿体
色素
供氢
酶
供能
多种酶参加催化
暗反应（叶绿体基质）
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
光反应（叶绿体类囊体薄膜）
3.光合作用过程图解
4.光合作用中元素的转移
①H的转移：
H2O → NADPH → (CH2O )
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）+C5
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
CO2+H2O*
光能
叶绿体
（CH2O）+O2*
H2O* →O2*
光反应和暗反应区别和联系
光反应阶段 暗反应阶段（碳反应）
场所
条件
物质变化
能量变化
联系 项目
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
多种酶
2H2O →O2+4NADPH
ADP+Pi+能量→ATP
光能→ATP、NADPH中活跃的化学能
ATP、NADPH中活跃的化学能→糖类中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH
暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料
2C3
CO2+C5→2C3
NADPH
(CH2O) +C5
ATP
过程
讨论：叶绿体处于不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
叶绿体
色素
供氢
酶
供能
多种酶参加催化
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。
【例2】如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述中正确的是(　)
A．该反应的场所是类囊体的薄膜
B．C3生成C6H12O6需要NADPH、ATP和多种酶
C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D．无光条件有利于暗反应进行
图示过程为暗反应的过程，它发生在叶绿体的基质中，C3的还原过程需要光反应为之提供ATP、NADPH，所以在有光状态下对反应进行更为有利，而且此过程中需要酶的参与，温度会影响酶的活性，温度越适宜反应越快。
B
光合作用探索历程
物质变化
能量变化
反应场所
1928年：甲醛对植物有毒害作用
1937年：希尔反应
1941年：O2来自水
1954年：叶绿体合成ATP与水光解同步
光合作用过程
光反应
暗反应
光能
活跃的化学能
稳定的化学能
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
水→O2+NADPH
ADP+Pi→ATP
归 纳
概 括
光合作用反应式
依 据
1.用18O标记后的H2O灌溉某株植物，短时间内18O不可能出现在(　 　)
A．细胞原生质的水中 B．叶肉细胞生成的糖类中
C．植物周围的氧气中 D．植物周围的水蒸气中
B
用18O标记的H2O灌溉，植物可以通过根毛区细胞把18O吸入体内，H218O进入植物体内，大部分H218O以蒸腾作用蒸腾出去，小部分用于细胞的生命活动，其中有用于光合作用中H218O的光解，产生18O的氧气，有用于组成细胞原生质的。所以A、C、D均可在短时间内出现18O。
2.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是(　　)
A．叶绿体的类囊体薄膜上进行光反应和暗反应
B．叶绿体的类囊体薄膜上进行暗反应，不进行光反应
C．叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D．叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
D
光反应是在叶绿体的类囊体的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可。故选D。
3.研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是（ ）
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
A
乙醇酸是在光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。
4.如图表示某生物膜结构及其发生的部分生
理过程，下列叙述错误的是(　　)
A．图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶
绿体基质
B．图示过程的能量变化是光能转变成ATP
和NADPH中活跃的化学能
C．甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
D．图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
A
图示为叶绿体的类囊体薄膜，A侧为叶绿体基质，A错误；图示过程为光反应，能量变化是光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，B正确；甲表示色素分子，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C正确。
5.如图为光合作用示意图，请根据该图
回答下列问题(以下问题均用图中字母
或相应文字回答)：
(1)甲指光合作用的 ，
乙指光合作用的 。
(2)在该过程中具有还原性的是 。
(3)能量转换的过程是光能→ →
。
(4)请写出光合作用的总反应式：
请写出E生成F的反应式： ____。
(5)在D中，含量最少的是 ，含量最多的是 。
甲表示光反应阶段，乙表示暗反应阶段；A是水，B是氧气，C是[H]，D是色素分子，E是ATP，F是ADP和Pi，H是二氧化碳，I是五碳化合物，J是三碳化合物，L是有机物。
光反应阶段
暗反应阶段
C
E(ATP)中活跃的化学能
L(有机物)中稳定的化学能
CO2＋H2O------------->(CH2O)＋O2
光能
叶绿体
ATP---------->ADP＋Pi＋能量
胡萝卜素
叶绿素a
酶
昨天是已经走过的，
明天是即将走过的，
唯有今天正在走过……

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