光合作用的原理和应用课件

光合作用与能量转化（第1课时）第4节第2课时光合作用的原理目标CONTENTS通过构建光合作用模型，从物质与能量观的角度，阐明光合作用过程中物质变化与能量变化的过程，说明光合作用的原理，形成结构与功能相适应、物质与能量相互依存的观点。通过对光反应与暗反应过程的比较归纳，理清光反应与暗反应的区别与联系，说明光合作用的意义。通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，构建光合作用的概念模型。010203绿色植物通过

，利用

，将

转化成

，并且释放出

的过程。1.概念：叶绿体光能二氧化碳和水储存着能量的有机物氧气2.反应式：注：（CH2O）表示糖类，

光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能叶绿体

一、光合作用叶绿体是如何将光能转化为化学能？又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？？光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？

19世纪末，科学界认为，光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。

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成糖。资料一不能通过光合作用实现自主阅读：阅读课本P102思考.讨论，标注出每个实验的关键语句。二、探究光合作用原理的部分实验资料二：希尔反应

1937年，英国植物学家希尔发现，在离体的叶绿体的悬浮液（有H2O没有CO2）加入含有铁盐或其他氧化剂，给予光照会释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。1/2O2↑2H+离体的叶绿体悬浮液资料二：希尔反应

1937年，英国植物学家希尔发现，在离体的叶绿体的悬浮液（有H2O没有CO2）加入含有铁盐或其他氧化剂，给予光照会释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。1、希尔实验说明水的光解产生氧气，是否说明光合作用产生的氧气

中的氧元素全部来自水？

2、希尔的实验能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应不能说明，该实验未排除叶绿体中其它物质的干扰，也未直接观察到氧元素的转移。能说明，悬浮液中无合成糖的必需原料CO2，说明水的光解并非必需与糖的合成相关联。暗示希尔反应是一个相对独立的阶段。资料三、鲁宾和卡门

希尔的实验中没有直接观察到氧元素的转移，那么，如何观察元素的转移？我们有没有学过什么科学方法可以做到这一点呢？同位素标记法现在我们要研究的是氧原子在光合作用过程中的转移过程，应该用什么同位素来标记什么物质？如何设置对照？一组用18O标记二氧化碳，水不做标记；另一组用18O标记水，二氧化碳不做标记。资料三、鲁宾和卡门鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2讨论3：分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？光合作用释放的O2中的氧元素全部来源于H2O，而并不来源于CO2资料三、鲁宾和卡门鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2延伸思考2：该实验有对照组吗？满足对照原则吗？无单独对照组实验组相互对照（对比实验）延伸思考1：如何判断实验结果是释放的18O2还是O2？通过检测相对分子质量判断：O2（32）、18O2（36）注意：不能通过检测放射性判断：18O是无放射性的同位素资料四、阿尔农讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。H2O1/2O2

+2H++能量光照叶绿体ADP+PiATP

1954年，美国科学家阿尔农(D.Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。

1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。光照ATP水光解O219世纪末甲醛→糖1928年甲醛对植物有毒不能通过光合作用转化成糖1937年希尔反应水的光解产生氧气1941年鲁宾和卡门同位素标记法光合作用氧气来自于水1954年阿尔农光照下叶绿体合成ATP该过程总与水的光解相伴1上述实验表明：1.光合作用释放的氧气中的氧元素来自水2.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

总结

三、光合作用的过程光合作用过程复杂，包括一系列化学反应。依据是否需要光能分为：光反应阶段暗反应阶段光合作用第一个阶段必须有光才能进行光合作用第二个阶段，又称“碳反应阶段”有没有光都能进行(P104)O2结合图5—14，3min阅读P103光反应过程，在课本找到答案并标注：1.光反应的场所是什么？2.进行光反应需要什么条件？3.光反应过程中有什么物质变化?（请用方程式的方式表示）4.光反应过程中有什么能量变化？5.完成右图，并上台展示6.光反应的各种产物有何去向？光能叶绿体中的色素H2O水在光下分解ADP+PiATPNADP+NADPHH+酶酶三、光合作用的过程--光反应阶段光、色素、酶类囊体的薄膜上水的光解：H2O1/2O2+2H++2e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP+H2O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NADPH的合成：H++NADP++2e-

NADPH酶NADPH:还原性辅酶II（光合）；NADH:还原性辅酶I（呼吸）三、光合作用的过程--光反应阶段光反应的各种产物有何去向？:直接以分子形式释放出叶绿体

参与该细胞有氧呼吸第三阶段

或释放到外界：为暗反应提供活泼的还原剂及部分能量：为暗反应提供能量三、光合作用的过程--光反应阶段O2光能叶绿体中的色素H2O水在光下分解ADP+PiATPNADP+NADPHH+酶酶O2H+CO2是如何转变为糖类的呢？卡尔文等用小球藻做试验研究：

用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环（暗反应阶段）在1961年获得诺贝尔化学奖（放射性）同位素标记法CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：场所：条件：叶绿体基质酶、NADPH、ATP、二氧化碳物质变化CO2的固定：C3的还原：能量变化ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBPCO2＋C5

2C3酶三、光合作用的过程--暗反应阶段ATP

2C3

(CH2O)+C5酶NADPHNADP+ADP+Pi

三、光合作用的过程--暗反应阶段暗反应的各种产物有何去向？为光反应ATP合成提供原料为光反应NADPH合成提供原料又参与CO2固定细胞呼吸消耗储藏器官储存、建造植物体1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2光合作用中元素的转移:思考.讨论三、光合作用的过程背诵并画出光合作用过程图解叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光光反应暗反应类囊体薄膜叶绿体基质

光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化

联系光、色素、酶不需光、酶、NADPH、ATP叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的还原光能→ATP和NADPH活跃化学能活跃化学能→有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+

。光反应与暗反应的比较思考.讨论思考.讨论请分析光下的植物突然降低光照后，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？为什么？光照减弱光反应减弱ATP、DNAPH↓C3还原受阻CO2固定不变C3消耗减少，合成不变C5合成减少，消耗不变C3↑C5↓光照增强光反应增强ATP、DNAPH↑C3还原加快CO2固定不变C3消耗增加，合成不变C5合成增加，消耗不变C3↓

C5↑思考.讨论假如白天突然减少CO2的供应，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？CO2减少暗反应减弱CO2固定减弱C3还原不变C3合成减少，消耗不变C5消耗减少，合成不变C3↓C5↑C3还原减弱光反应不变ATP、NADPH消耗减少，合成不变ATP、DNAPH↑

总结条件C3C5NADPHATP(CH2O)合成量光照减弱，CO2不变光照增强，CO2不变光照不变，CO2减少光照不变，CO2增加增加减少减少减少减少增加增加增加减少增加减少增加增加减少减少增加当外界条件（如光照/CO2）突然发生变化时，短时间内各种物质含量的变化：减少增加增加减少C5、NADPH、ATP变化一致

C3与C5/NADPH/ATP变化相反对光合作用有利合成增加反之减少合作探究因为光反应为暗反应提供的NADPH、ATP是有限的。[问题1]为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？【问题2】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？①细胞质基质、线粒体、叶绿体；②光反应产生的ATP只用于暗反应C3的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动；光合作用的表达式：意义：①把无机物合成为有机物，生物界中有机物的来源；②将光能转换成化学能，为生命世界的生命活动提供了能量来源；③维持大气中氧气和二氧化碳的平衡④对生物的进化具有重要作用在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？三、光合作用的过程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的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2OC6H12O6+6O2放能电子显微镜下的一种硝化细菌（放大5000倍）