第4节 光合作用与能量转化第5 5章 细胞的能量供应和利用二、光合作用的原理和应用二、光合作用的原理和应用光合作用的概念 光合作用是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。原料：二氧化碳 水产物：有机物（主要是糖类）氧气场所：叶绿体条件：光,多种酶（1）光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？（2）你能用一个化学反应式表示出来吗?光能叶绿体CO2 +H2 O （CH2O)+O2实验一：希尔反应19371937年，英国植物学家希尔（R.HillR.Hill）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H H2 2O O，没有COCO2 2），在光照下可以释放出氧气。不能说明。不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。1 1、希希尔尔的的实实验验说说明明水水的的光光解解产产生生氧氧气气，是是否否说说明明植植物物光光合合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？讨论2 2、希希尔尔的的实实验验是是否否说说明明水水的的光光解解与与糖糖的的合合成成不不是是同同一一个个化化学反应？学反应？能够说明。能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有的，悬浮液中有H H2 2O O，没有合成糖的另一种必需原料没有合成糖的另一种必需原料COCO2 2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段希尔反应是相对独立的反应阶段。讨论3 3、光合作用释放的O O2 2到底来自H H2 2O O，还是COCO2 2呢？还是二者兼而有之？实验二：鲁宾和卡门实验研究方法：同位素标记法1.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？光合作用释放的光合作用释放的氧气中的氧元素氧气中的氧元素全部来源于全部来源于H H2 2O O，而并不来源于，而并不来源于COCO2 2。讨论第第一一组组第第二二组组实验二：阿尔农实验19541954年，美国科学家阿尔农（D.ArnonD.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATPATP。19571957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。讨论1.尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。的合成与希尔反应的关系。H2O O2+NADPH +能量能量光照叶绿体ADP+Pi ATP第一阶段：第一阶段：光反应光反应：必须有光：必须有光才能进行。才能进行。第二阶段：第二阶段：暗反应暗反应：有没有光都有没有光都可以进行。可以进行。划分依据划分依据：反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能（碳反应）1.1.光反应阶光反应阶段段光、色素、酶类囊体薄膜上水的光解：H2O H+O2光能光能H+NADP+ATPATP的合成：ADPADPPi Pi 能量 ATPATP酶条件：场所：物质变化：能量变化：光能转变为活跃的化学能储存在ATPATP和NADPHNADPH中。NADPHNADPH：供还原剂、供能类囊体薄膜上的色素分子可见光ATPATPH H2 2O OO O2 2NADPNADP+酶吸收光解光反应H H+NADPHNADPHADP+PiADP+Pi2.2.暗反应阶暗反应阶段段美国科学家卡尔文等用小球藻做试验研究：用美国科学家卡尔文等用小球藻做试验研究：用1414C C标记的标记的1414COCO2 2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了最终探明了COCO2 2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为的途径，这一途径称为卡尔文循环卡尔文循环。在在19611961年年获得诺贝尔获得诺贝尔化学奖化学奖COCO2 2是如何转变为糖类的呢？2.2.暗反应阶暗反应阶段段COCO2 2的固定：COCO2 2C C5 5 2C 2C3 3酶C C3 3的还原：ATP、NADPH条件：场所：物质变化：能量变化：叶绿体基质中酶、NADPH NADPH、ATPATPATPATP、NADPHNADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)C5酶卡尔文循环：CO2 C3 (CH2O)ADP+PiADP+PiATPATPNADPNADP+能量C C5 52C2C3 3多种酶(CH(CH2 2O)O)糖类COCO2 2固定还原酶暗反应NADPHNADPH酶能量（类囊体薄膜上）（类囊体薄膜上）（叶绿体基质中）（叶绿体基质中）光能活跃的化学能有机物中稳定的化学能光合作用的过程光合作用的过程能量C C5 52C2C3 3多种酶(CH(CH2 2O)O)糖类COCO2 2固定还原酶暗反应酶能量类囊体薄膜上的色素分子可见光ATPATPH H2 2O OO O2 2NADPNADP+酶吸收光解光反应H H+NADPHNADPHADP+PiADP+Pi联系联系光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶酶、酶、ATPATP、NADPHNADPH类囊体薄膜上叶绿体基质中水的光解；水的光解；ATPATP的合成的合成COCO2 2的固定；的固定；C C3 3的还原的还原ATPATP、NADPHNADPH中中活跃化学能活跃化学能光能ATPATP、NADPHNADPH中中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NADP+和ADP、Pi光反应和暗反应的区别与联系整个光合作用过程中的物质整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么变化和能量变化分别是什么？物质变化：物质变化：无机物无机物能量变化：能量变化：光能光能转变转变转变转变光合作用的实质：合成有机物，储存能量。光合作用的实质：合成有机物，储存能量。有机物有机物糖类等有机物中的化学能糖类等有机物中的化学能9 91_；2_；3_；4_；5_；6_；7_；8_；9_。分析光合作用过程图，写出数字代表的含义。分析光合作用过程图，写出数字代表的含义。类囊体类囊体水水O2ATPNADPHNADP+CO2C3糖类糖类（CH2O）4 4 的转移途径是_类囊体薄膜到叶绿体基质类囊体薄膜到叶绿体基质CO2C3（CH2O）CO2中C的转移途径：n光合作用中的原子转移途径：产物O2中O的来源：H2OO2H2ONADPH（CH2O）H2 2O中H转移途径：CO2H2O （CH2O）O2光能叶绿体H+分析叶绿体中C C3 3、C C5 5、NADPHNADPH、ATPATP、(CH(CH2 2O)O)的动态变化正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，正常进行光合作用的植物，突然停止光照后，C C3 3、C C5 5、NADPH NADPH、ATP ATP 含量如何变化？含量如何变化？若突然停止若突然停止COCO2 2的供应呢？的供应呢？C C3 3 C C5 5 NADPH NADPH ATPATP C C3 3 C C5 5 NADPH NADPH ATP ATP 思考：变化条件变化条件C3C5NADPH和和ATP(CH2O)模型模型CO2供应不供应不变变光照强弱光照弱强光照不变光照不变CO2充足不足CO2不足充足外界条件改变时，物质的变化：（二）光合作用原理的应用（二）光合作用原理的应用光合作用强度：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。光能光能CO2+H2O叶绿体叶绿体（CH2O）+O2表示方法：表示方法：1 1、单位时间内光合作用、单位时间内光合作用制造有机物制造有机物的量的量 2 2、单位时间内光合作用、单位时间内光合作用固定固定COCO2 2的量的量 3 3、单位时间内光合作用、单位时间内光合作用产生产生O O2 2的量的量光（光（光照强度光照强度、光质、时间长短）；、光质、时间长短）；水分、水分、COCO2 2浓度浓度；无机营养（无机营养（MgMg2+2+等）、病虫害；等）、病虫害；温度；温度；影响因素：内因（植物自身因素）：叶龄、叶面积指数、植物种类、不同生长阶段、色素含量和酶的数量和活性 *外因（环境因素）：能量供应：原料：叶绿体的形成和结构：影响酶活性：(1)(1)光照强度光照强度关键点：A点光照强度为0，此时只进行细胞呼吸;释放量表示此时的细胞呼吸强度B点细胞呼吸释放的CO2量=光合作用吸收的CO2量此时的光照强度称为光补偿点光补偿点;C点时达到了光饱和点光饱和点，此时光照强度增加，光合作用强度不再增加。关键线段：AB段光合作用的强度 细胞呼吸的强度；BC段光合作用的强度 细胞呼吸的强度。影响因素影响因素光照强度光照强度A AB B吸吸收收速速率率CO2C C释释放放速速率率CO2光照强度光照强度A AB B吸吸收收速速率率CO2C C释释放放速速率率CO2D D思考：若此图为阳生植物的图，那么阴生植物的思考：若此图为阳生植物的图，那么阴生植物的A A、B B、C C、D D点怎点怎么移动？图像又是什么样子的？么移动？图像又是什么样子的？A A点：点：B B点点：C C点：点：D D点：点：