光合作用的原理和应用高一上学期生物人教版必修1

5.4.2光合作用与能量转化二、光合作用的原理和应用O2CH2OH2OCO2太阳能类囊体叶绿体基质类囊体色素酶温故知新在叶绿体内部类囊体的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器。光合作用绿色植物通过

，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。CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体

叶绿体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？探索光合作用原理的部分实验资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，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。CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)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。初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。一、光合作用的原理——资料2：1937年，英国科学家希尔。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。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。不能。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。讨论1.

希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用

产生的氧气中的氧元素全部都来自水？O2H+离体的叶绿体悬浮液思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？

如何设计实验进行探究？同位素示踪法能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。讨论2：希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？离体的叶绿体悬浮液资料3：1941年，美国科学家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。他们用18O分别标记H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2讨论3：分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？对比实验相互对照资料4：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，当向反应体系供给

ADP、Pi时，会有ATP产生。1957年，他发现这一过程总是与水

的光解相伴随。讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。H2OO2+H++能量光照叶绿体ADP+PiATP光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，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。O2CH2OH2OCO2太阳能类囊体叶绿体基质二、光合作用的过程有光才能反应有光无光均可反应二、光合作用的过程光能叶绿体中的色素2C3CO2固定C5多种酶参加催化(CH2O)还原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（气孔）暗反应阶段光反应阶段（叶绿体基质）（类囊体薄膜）NADP+NADPH供氢供能H+卡尔文循环光反应叶绿体中色素H2O

水的光解O2H+ADP+PiATP光能酶光反应过程光、色素、酶、H2O叶绿体的类囊体薄膜上场所：条件：水的光解：2H2O4H++O2+能量光ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶物质变化光能ATP、NADPH中的活跃化学能能量变化：→

酶NADP++H++能量

NADPHNADP+NADPHCO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：ATPNADPH、叶绿体的基质ATP、NADPH中活跃的化学能

有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)+C5酶[H]、ATP、酶、CO2、C5场所：条件：物质变化能量变化：→暗反应过程光能叶绿体中的色素2C3CO2固定C5多种酶参加催化(CH2O)还原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（气孔）暗反应阶段光反应阶段（叶绿体基质）（类囊体薄膜）NADP+NADPH供氢供能H+2C3CO2（CH2O）多种酶参加反应固定暗反应阶段叶绿体基质还原C51.光合作用的物质变化过程？能量变化过程？

2.ATP和NADPH的移动途径，ADP、Pi、NADP+的移动途径？光能ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能（1）光反应为暗反应提供：ATP、NADPH光反应暗反应（2）暗反应为光反应提供：ADP、Pi、NADP+光合作用的原理物质变化：将无机物转化为有机物

暗反应能在无光的环境中长期进行吗？类囊体薄膜→叶绿体基质叶绿体基质→类囊体薄膜3H2ONADPH(C

3H2O)14CO214C3(14CH2O)+14C5

水中的O二氧化碳中O光反应暗反应CO2的固定C3的还原H218O18O2光反应C18O2CO2的固定C3的还原C3(CH218O)CO2+H2O(CH2O)+O2光叶绿体水中的H：二氧化碳中C：拓展1：光合作用反应式及元素去向分析

光反应阶段暗反应阶段（卡尔文循环）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、酶有光无光都可，多种酶光能→ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物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+等原料过程

色素、酶2H2O

O2+4H++能量光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H++能量

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH光反应阶段与暗反应阶段的区别和联系光能叶绿体中的色素2C3CO2固定C5多种酶参加催化(CH2O)还

原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（气孔）水的光解ATP的形成CO2的固定C3的还原暗反应阶段光反应阶段（叶绿体基质）（类囊体薄膜）NADP+NADPH供氢、供能H+光合作用的原理卡尔文循环NADPH的形成资料5：20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：情境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，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。

（小球藻是一种单细胞的绿藻）

如何确定二氧化碳中的C先转移到C3、C5和C6中的哪个化合物呢？缩短反应时间情境2：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的C5化合物和C6化合物。缩短工作时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种C3化合物上。1.大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。CO2C3(CH2O)C52.CO2与什么物质结合形成C3?实验发现，在光照条件下，突然降低CO2的浓度，C3和C5含量有如右图变化：C5C3结论：CO2与C5结合形成C3化合物资料5：20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：1.叶肉细胞中与光合作用有关的酶分布在叶绿体内膜以及叶绿体基质中。2.暗反应有光无光都可以进行，但黑暗条件下，更有利于暗反应的进行。3.增加CO2浓度，会促进暗反应的进行，对光反应速率没有影响。4.光合作用产物葡萄糖中的O来自反应物CO2和H2O。5.用文字和箭头表示光合作用过程中，CO2中C、以及H2O中H的转移情况。易错题判断ⅩⅩⅩⅩCO2

C3

(CH2O)+C5H2O

NADPH

(CH2O)+C5条件骤变对光合作用中各物质的影响CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱减少增加减少减少光照增强增加减少增加增加光能叶绿体中的色素2C3CO2固定C5多种酶参加催化(CH2O)还

原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（气孔）NADP+NADPH供氢、供能H+光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少增加减少增加减少CO2浓度增加减少增加减少增加条件骤变对光合作用中各物质的影响光能叶绿体中的色素2C3CO2固定C5多种酶参加催化(CH2O)还

原H2OO2水在光下分解ADP+PiATP供能（气孔）NADP+NADPH供氢