第第5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用第第4节节 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用2000多年前多年前亚里士多德亚里士多德(Aristotle)1、问题：、问题：植物生长所需的物质来自何处？植物生长所需的物质来自何处？认为认为：构成植物构成植物 体的原料是土壤体的原料是土壤 植物增加的重量植物增加的重量=土壤减少的重量土壤减少的重量五年后五年后2 2、16481648年比利时海尔蒙特的实验年比利时海尔蒙特的实验柳树增重柳树增重80kg土壤只减少土壤只减少0.06kg结论：植物增重主要来自水分结论：植物增重主要来自水分一段时间后一段时间后一段时间后一段时间后3 3、17711771年英国普利斯特利实验年英国普利斯特利实验普普利利斯斯特特利利实实验验结论结论：植物可以更新空气植物可以更新空气4、1779年，荷兰年，荷兰 英格豪斯的实验英格豪斯的实验实验重复了实验重复了500500多多次次结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气结论：只有在光照下只有绿叶才可以更新空气B组组A组组 17851785年，发现了空气的组成，年，发现了空气的组成，科学家在明确绿叶在光下科学家在明确绿叶在光下放出放出的的气体是气体是氧气氧气，吸收吸收的是的是二氧化碳二氧化碳5、 18451845年年，德国的科学家，德国的科学家梅耶梅耶指出：植物光合作用时，把指出：植物光合作用时，把光能转光能转换成化成化学能储存换成化成化学能储存起来起来。依据：依据：能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律一一半半曝曝光光，一一半半遮遮光光在在暗暗处处放放置置几几小小的的叶叶片片6 6、18641864年萨克斯的实验年萨克斯的实验暗处理暗处理光照光照酒精酒精脱色脱色结论结论: :绿色叶片在光合作用中产生了淀粉绿色叶片在光合作用中产生了淀粉碘蒸汽处理碘蒸汽处理水绵水绵+好氧细菌好氧细菌黑暗黑暗无空气无空气极细光束照射极细光束照射完全暴露光下完全暴露光下v实验过程好氧细菌集中在叶绿好氧细菌集中在叶绿体被光束照射的部位体被光束照射的部位好氧细菌分布于叶绿好氧细菌分布于叶绿体所有受光部位体所有受光部位 7 7、光合作用的原料有水和二氧化碳，、光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用释放的氧气到底是那么，光合作用释放的氧气到底是来自二氧化碳还是来自水呢？来自二氧化碳还是来自水呢？随着技术的进步，人们发现了放射性随着技术的进步，人们发现了放射性同位素，利用放射性同位素做示踪原同位素，利用放射性同位素做示踪原子，为解决氧气是来自水还是二氧化子，为解决氧气是来自水还是二氧化碳提供了技术手段。碳提供了技术手段。19391939年，美国的年，美国的科学家鲁宾和卡门利用科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法同位素标记法, ,用用1818O O做示踪原子，对光合作用的产物做示踪原子，对光合作用的产物氧气中氧的来源进行了探究。氧气中氧的来源进行了探究。 返回返回1939年鲁宾和卡门的实验光合作用产生的有机光合作用产生的有机物又是怎样合成的呢？物又是怎样合成的呢？2020世纪世纪4040年代，美国科年代，美国科学家卡尔文利用放射性学家卡尔文利用放射性同位素同位素1414C C标记的标记的1414COCO2 2做做实验研究这一问题。最实验研究这一问题。最终探明终探明COCO2 2中的碳在光合中的碳在光合作用中转化成有机物中作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径的碳的途径，这一途径称为称为卡尔文循环卡尔文循环。19611961年诺贝年诺贝尔化学奖得主尔化学奖得主 光合作用的原料，产物，场所和条件是光合作用的原料，产物，场所和条件是什么？你能用一个反应式表示出来吗什么？你能用一个反应式表示出来吗?光能光能CO2+H2O叶绿体叶绿体（CH2O）+O2一、光合作用的过程一、光合作用的过程光反应光反应暗反应暗反应划分依据划分依据: :反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATP1.光反应阶段光反应阶段色素色素光光 酶酶叶绿体内的类囊体薄膜上叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：水的光解：H2O H + O2光能光能（还原剂）（还原剂）ATP的合成：的合成：ADPPi 能量（能量（光能光能） ATP酶酶条件条件 ：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：光能光能转变为活跃的转变为活跃的化学能化学能贮存在贮存在ATP中中HCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 氨基酸氨基酸脂肪脂肪CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶H H2 2O O类囊体膜类囊体膜酶酶Pi ADPATPHCO2 2糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 氨基酸氨基酸脂肪脂肪CO2的的固定固定三碳化合物三碳化合物 2C3C C3 3的的还原还原 基质基质多种酶多种酶HATP2.暗反应阶段暗反应阶段CO2的固定：的固定：CO2C5 2C3酶酶C C3 3的还原的还原：ATPH 、ADP+Pi条件：条件：场所：场所：物质变化：物质变化：能量变化：能量变化：叶绿体的基质中叶绿体的基质中多种酶、多种酶、 ATP中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等转变为糖类等 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能2C3 (CH2O)酶酶糖类糖类H 、ATP光反应光反应暗反应暗反应酶酶酶色素色素 酶酶联联 系系能量变化能量变化 物质变化物质变化场所场所条条件件光光暗暗 反反 应应 光光 反反 应应过程过程项目项目需要光需要光 色素、酶色素、酶不需要光不需要光 酶酶类囊体膜上类囊体膜上基质中基质中水的光解；水的光解；ATP的合成的合成CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 ATP中活中活 跃化学能跃化学能ATP中活中活 跃化学能跃化学能光能光能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应光反应 为为 暗反应暗反应 提供提供 H 和和ATP，暗反应暗反应 为为 光反应光反应 提供提供 ADP 和和Pi 。光合作用的概述1.光合作用的概念光合作用的概念2.光合作用的意义光合作用的意义把无机物合成有机物，不仅是把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质自身的营养物质,而而且是人和动物的食物来源且是人和动物的食物来源.将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源生命活动的能量来源.维持了大气成分的基本稳定维持了大气成分的基本稳定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。 整个光合作用过程中的物质整个光合作用过程中的物质 变化变化和能量变化分别是什么？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糖类等有机物中的化学能化学能来源去路H光合作用有氧呼吸ATP光合作用有氧呼吸有机物分解有机物分解水的光解水的光解用于暗反应用于暗反应C3的还原的还原与与O2结合生成水结合生成水ADP+Pi+光能 ATP用于用于C3的还原，转换成的还原，转换成有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能有机物分解有机物分解释放的能量释放的能量用于各种需能的用于各种需能的生命活动生命活动光合作用与细胞呼吸过程中光合作用与细胞呼吸过程中【H和和ATP 的来源、去路的比较的来源、去路的比较自养生物：自养生物：能够直接把从外界环境能够直接把从外界环境摄取的无摄取的无机物转变成为自身的组成物质机物转变成为自身的组成物质，并储存了能，并储存了能量的一类生物量的一类生物 （四）、化能合成作用（四）、化能合成作用异养生物：异养生物：不能直接利用无机物制成有机物不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界只能把从外界摄取的现成的有机物摄取的现成的有机物转变成自转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物身的组成物质，并储存了能量的一类生物 能够利用体外环境中的能够利用体外环境中的某些无机物氧化时某些无机物氧化时所释放的能量所释放的能量来制造有机物的合成作用来制造有机物的合成作用 例如：例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌等少数种类的细菌2NH2NH3 3+3O+3O2 2 2HNO 2HNO2 2+2H+2H2 2O+O+能量能量硝化细菌硝化细菌2HNO2HNO2 2+O+O2 2 2HNO 2HNO3 3+ +能量能量硝化细菌硝化细菌6CO6CO2 2+6H+6H2 2O 2CO 2C6 6H H1212O O6 6+ 6O+ 6O2 2能量能量（四）、化能合成作用（四）、化能合成作用教学目标巩固教学目标巩固 D3、给一株正在进行光合作用的大豆供给、给一株正在进行光合作用的大豆供给 CO2 ，则一段时，则一段时间后间后 C存在于存在于 （ ） A. 淀粉淀粉 B. 脂肪脂肪 C. 氨基酸氨基酸 D. 以上三项都有以上三项都有141、光反应中，、光反应中，ATP和和O2的产生都离不开的产生都离不开 （ ） A. 水和水和CO2 B. 色素和色素和CO2 C. 水、光能、水、光能、CO2 D. 水、色素、光能水、色素、光能2、光合作用过程中，能量流动的大致途径是、光合作用过程中，能量流动的大致途径是（ ） A.光光 色素色素 （CH2O） B.光光 色素色素 ADP （CH2O） C.光光 色素色素 ATP （CH2O） D.光光 ADP ATP （CH2O）CD14