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1、二光合作用的原理和应用第1课时光合作用的原理鄄城县第一中学 张际占一、光合作用概念和反应式一、光合作用概念和反应式1.1.概念概念: :绿色植物通过绿色植物通过_,_,利用光能利用光能, ,将二氧化碳和水转化成储存着能量将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物的有机物, ,并且释放出并且释放出_的过程。的过程。2.2.反应式反应式:_:_。叶绿体叶绿体氧气氧气COCO2 2+H+H2 2O (CHO (CH2 2O)+OO)+O2 2二、光合作用探究历程二、光合作用探究历程1.191.19世纪末世纪末, ,科学界普遍观点科学界普遍观点:C:C与与H H2 2O O结合成结合成_。2.19282.
2、1928年年: :甲醛不能通过光合作用转化成甲醛不能通过光合作用转化成_。3.19373.1937年年, ,英国希尔英国希尔: :离体叶绿体在适当条件下可产生离体叶绿体在适当条件下可产生_。甲醛甲醛氧气氧气糖糖4.19414.1941年年, ,鲁宾和卡门鲁宾和卡门: :研究了光合作用中研究了光合作用中_的来源的来源( (氧气来源于氧气来源于H H2 2O)O)。5.19545.1954年年, ,美国阿尔农美国阿尔农: :光照下光照下, ,叶绿体可合成叶绿体可合成_;1957_;1957年年: :这一过程总是与水这一过程总是与水 的光解相伴随。的光解相伴随。氧气氧气ATPATP知识点一光合作用的
3、探究历程知识点一光合作用的探究历程1.1.希尔实验希尔实验: :(1)(1)实验过程实验过程: :离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂( (悬浮液中有悬浮液中有H H2 2O,O,没没有有COCO2 2),),在光照下可以释放出氧气。在光照下可以释放出氧气。(2)(2)实验结论实验结论: :在适当条件下叶绿体产生氧气。在适当条件下叶绿体产生氧气。2.2.鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验: :相互对照相互对照( (条件相同的两组材料条件相同的两组材料, ,分别标记不同的物质分别标记不同的物质: :一组为一组为 H H2 21818O O , ,另一组为另一
4、组为C C1818O O2 2) )。3.3.阿尔农实验阿尔农实验: :光照下叶绿体合成光照下叶绿体合成ATP,ATP,这一过程与水的光解相伴随。这一过程与水的光解相伴随。【思考思考讨论讨论】希尔实验说明水光解可以产生氧气希尔实验说明水光解可以产生氧气, ,是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧全是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧全部来自水部来自水? ?为什么为什么?(?(科学思维科学思维) )提示提示: :不能。叶绿体内还有其他含有氧元素的物质不能。叶绿体内还有其他含有氧元素的物质, ,不能确定氧元素全部来自水。不能确定氧元素全部来自水。 【素养案例素养案例】美国科学家鲁宾美国科学家鲁宾(S
5、.Ruben)(S.Ruben)和卡门和卡门(M.kamen)(M.kamen)用用1818O O分别标记分别标记H H2 2O O和和COCO2 2中的氧中的氧, ,进行光合作用实验。该实验证明了进行光合作用实验。该实验证明了( () )A.A.光合作用制造了有机物光合作用制造了有机物B.B.光合作用需要利用根系吸收的水分光合作用需要利用根系吸收的水分C.C.光合作用生成的氧来自水光合作用生成的氧来自水D.D.光合作用吸收的二氧化碳来自大气光合作用吸收的二氧化碳来自大气【解析解析】选选C C。美国科学家鲁宾和卡门用。美国科学家鲁宾和卡门用1818O O分别标记分别标记H H2 2O O和和C
6、OCO2 2中中的氧的氧, ,进行光合作用实验。实验过程中进行光合作用实验。实验过程中, ,发现如果用发现如果用1818O O标记标记H H2 2O,O,光合作用释放的氧气中含有光合作用释放的氧气中含有1818O;O;用用1818O O标记标记COCO2 2, ,光合作用释放的氧光合作用释放的氧气中没有气中没有1818O O。科学家通过相互对照实验。科学家通过相互对照实验, ,证明了光合作用生成证明了光合作用生成的的O O2 2中的氧来自中的氧来自H H2 2O O。【素养素养迁移迁移】下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条
7、件下件下, ,小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后, ,以下相以下相关实验比较不正确的是关实验比较不正确的是( () )A.YA.Y2 2的质量大于的质量大于Y Y3 3的质量的质量B.B.中小球藻的质量大于中小球藻的质量中小球藻的质量大于中小球藻的质量C.C.中水的质量大于中水的质量中水的质量大于中水的质量D.D.试管的质量大于试管的质量试管的质量大于试管的质量C C二、光合作用的过程二、光合作用的过程1.1.写出图中序号代表的物质或过程写出图中序号代表的物质或过程: :_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _NADPHNADPHATPATP
8、COCO2 2(CH(CH2 2O)O)光反应光反应暗反应暗反应2.2.光反应阶段光反应阶段: :(1)(1)场所场所: :叶绿体的叶绿体的_。(2)(2)条件条件:_:_、_和有关的和有关的_。(3)(3)物质变化物质变化: :水的光解水的光解:H:H2 2O _+_O _+_ATPATP的合成的合成:ADP+Pi+:ADP+Pi+能量能量 _。(4)(4)能量变化能量变化: :将将_转变为活跃的转变为活跃的_。类囊体薄膜类囊体薄膜光光色素色素酶酶12O O2 22NADPH2NADPHATPATP光能光能化学能化学能3.3.暗反应阶段暗反应阶段: :(1)(1)场所场所: :叶绿体内的叶绿
9、体内的_中。中。(2)(2)条件条件:_:_的催化。的催化。(3)(3)物质变化物质变化: :COCO2 2的固定的固定:CO:CO2 2+C+C5 5 2C2C3 3C C3 3的还原的还原:C:C3 3 (CH(CH2 2O) O) C C3 3 C C5 5叶绿体基质叶绿体基质酶酶(4)(4)能量变化能量变化:_:_中活跃的化中活跃的化学能转变为有机物中学能转变为有机物中_。ATPATP稳定的化学能稳定的化学能【激疑激疑】(1)(1)在无光条件下在无光条件下, ,暗反应能否长期进行暗反应能否长期进行? ?提示提示: :在无光条件下在无光条件下, ,光反应不能进行光反应不能进行, ,光反应
10、的产物光反应的产物ATPATP和和NADPHNADPH减少减少, ,不能满足暗反应的需求不能满足暗反应的需求, ,暗反应将停止进行。暗反应将停止进行。 (2)(2)若暗反应停止若暗反应停止, ,光反应能否持续进行光反应能否持续进行? ?提示提示: :暗反应停止暗反应停止, ,光反应产生的光反应产生的ATPATP和和NADPHNADPH积累过多积累过多, ,抑制光反抑制光反应的进行。应的进行。知识点二光合作用的过程知识点二光合作用的过程1.1.光反应与暗反应的比较光反应与暗反应的比较: :(1)(1)区别区别: :项目项目光反应光反应暗反应暗反应( (碳反应碳反应) )实质实质光能转化为化学能光
11、能转化为化学能, ,并释放并释放O O2 2同化同化COCO2 2, ,合成有机物合成有机物需要条件需要条件外界条件外界条件: :光照光照; ; 内部条件内部条件: :色素、酶色素、酶不需要光照不需要光照; ; 内部条件内部条件: :酶酶反应场所反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体基质内叶绿体基质内物质变化物质变化水的光解水的光解: :水分解成水分解成NADPHNADPH和和O O2 2ATPATP的合成的合成: :在相关酶的作用下在相关酶的作用下,ADP,ADP和和PiPi形形成成ATPATPCOCO2 2的固定的固定:CO:CO2 2+C+C5 5 2C2C3 3C C3
12、 3的还原的还原:2C:2C3 3 (CH (CH2 2O)+CO)+C5 5能量变化能量变化光能光能活跃的化学能活跃的化学能活跃的化学能活跃的化学能有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能相应产物相应产物O O2 2、ATPATP和和NADPHNADPH糖类等有机物糖类等有机物(2)(2)联系联系: :光反应为暗反应提供两种重要物质光反应为暗反应提供两种重要物质:NADPH:NADPH和和ATP,NADPHATP,NADPH既可作还原剂既可作还原剂, ,又可又可提供能量提供能量; ;暗反应为光反应提供三种物质暗反应为光反应提供三种物质:ADP:ADP、PiPi以及以及NADPNADP+ +。
13、暗反应有光无光都能进行。若光反应停止暗反应有光无光都能进行。若光反应停止, ,暗反应可持续进行一段时间暗反应可持续进行一段时间, ,但但时间不长时间不长, ,故晚上一般认为只进行呼吸作用故晚上一般认为只进行呼吸作用, ,不进行光合作用。不进行光合作用。2.2.光合作用过程中的物质变化光合作用过程中的物质变化: :(1)(1)光合作用过程中光合作用过程中C C、O O元素转移途径元素转移途径: :(2)(2)光合作用总反应式与光合作用总反应式与C C、H H、O O元素的去向元素的去向: :3.3.光照和光照和COCO2 2浓度变化对细胞中浓度变化对细胞中C C3 3、C C5 5含量的影响含量
14、的影响: :(1)(1)理论依据理论依据: :细胞中细胞中C C3 3的含量取决于的含量取决于C C3 3的生成速率和的生成速率和C C3 3的消耗速率。的消耗速率。C C3 3的生成通过的生成通过COCO2 2的固定实现的固定实现,C,C3 3的消的消耗通过耗通过C C3 3的还原实现的还原实现, ,如图所示如图所示: :由由C C5 5+CO+CO2 22C2C3 3可知可知, ,细胞中细胞中C C3 3、C C5 5的含量变化相反。的含量变化相反。(2)(2)实例分析实例分析: :外界条件变化外界条件变化分析分析结果结果光照光照强强弱弱光反应减弱光反应减弱,NADPH,NADPH和和AT
15、PATP减少减少,C,C3 3还原还原减弱减弱,C,C3 3消耗减少消耗减少,C,C5 5产生减少产生减少C C3 3含量增多含量增多, ,C C5 5含量减少含量减少弱弱强强光反应增强光反应增强,NADPH,NADPH和和ATPATP增多增多,C,C3 3还原还原增强增强,C,C3 3消耗增多消耗增多,C,C5 5产生增多产生增多C C3 3含量减少含量减少, ,C C5 5含量增多含量增多COCO2 2浓度浓度高高低低COCO2 2固定减弱固定减弱,C,C3 3产生减少产生减少,C,C5 5消耗减少消耗减少C C3 3含量减少含量减少, ,C C5 5含量增多含量增多低低高高COCO2 2
16、固定增强固定增强,C,C3 3产生增多产生增多,C,C5 5消耗增多消耗增多C C3 3含量增多含量增多, ,C C5 5含量减少含量减少【思考思考讨论讨论】1.1.若给植物提供若给植物提供 , ,一段时间后能否在植物体内的有机物中发现一段时间后能否在植物体内的有机物中发现1818O?O?试说明试说明 原因。原因。( (生命观念生命观念) )提示提示: : 参与有氧呼吸第二阶段参与有氧呼吸第二阶段, ,可形成可形成C C1818O O2 2,C,C1818O O2 2参与光合作用参与光合作用, ,可形成含有可形成含有 1818O O的有机物。的有机物。182HO182HO2.2.光合作用中的还
17、原剂和细胞呼吸中的还原剂是否相同光合作用中的还原剂和细胞呼吸中的还原剂是否相同, ,完成下表完成下表:(:(科学思维科学思维) )光合作用过程中还原剂光合作用过程中还原剂细胞呼吸过程中还原剂细胞呼吸过程中还原剂本质本质还原型辅酶还原型辅酶(NADPH)(NADPH)还原型辅酶还原型辅酶(NADH)(NADH)来源来源_阶段阶段无氧呼吸第无氧呼吸第_阶段、有氧呼吸阶段、有氧呼吸第第_、_阶段阶段去向去向_有氧呼吸第有氧呼吸第_阶段阶段光反应光反应一一二二三碳化合物的还原三碳化合物的还原三三一一一一【素养案例素养案例】阳光穿过森林中的空隙形成阳光穿过森林中的空隙形成“光斑光斑”, ,如图表示如图表
18、示一株生长旺盛的植物在一株生长旺盛的植物在“光斑光斑”照射前后光合照射前后光合作用吸收作用吸收COCO2 2和释放和释放O O2 2量的变化量的变化, ,据此正确的分析据此正确的分析是是( () )A.A.光斑照射前光斑照射前, ,光合作用无法进行光合作用无法进行B.B.光斑照射后光斑照射后, ,光反应和暗反应迅速同步增加光反应和暗反应迅速同步增加C.C.光斑照射后光斑照射后, ,暗反应对光反应有限制作用暗反应对光反应有限制作用D.D.光斑移开后光斑移开后, ,光反应和暗反应迅速同步减弱光反应和暗反应迅速同步减弱【解析解析】选选C C。光斑照射前。光斑照射前, ,有氧气释放有氧气释放, ,说明
19、植物细胞在进行光合作用说明植物细胞在进行光合作用,A,A项错项错误误; ;光斑照射后光斑照射后, ,光反应迅速增加光反应迅速增加, ,而暗反应没有相应增加而暗反应没有相应增加, ,二者不同步二者不同步,B,B项错误项错误; ;光斑照射后光斑照射后, ,一开始光反应远高于暗反应一开始光反应远高于暗反应, ,然后光反应逐渐减弱然后光反应逐渐减弱, ,与暗反应保持与暗反应保持一致一致, ,因此可以看出因此可以看出, ,暗反应限制了光反应的进行暗反应限制了光反应的进行,C,C项正确项正确; ;光斑移开后光斑移开后, ,光反应光反应迅速减弱迅速减弱, ,而暗反应过一段时间后才减弱而暗反应过一段时间后才减
20、弱, ,二者不同步二者不同步,D,D项错误。项错误。【素养素养探究探究】母题追问母题追问科学思维科学思维分析与综合分析与综合光斑移开后光斑移开后,C,C3 3含量和含量和C C3 3的生成速率会如何变化的生成速率会如何变化? ?为什么为什么? ? 提示提示: :C C3 3含量增多含量增多,C,C3 3的生成速率减慢。光斑移开后的生成速率减慢。光斑移开后, ,光反光反应减弱应减弱,NADPH,NADPH和和ATPATP合成量减少合成量减少, ,被还原的被还原的C C3 3减少减少, ,导致导致C C3 3含量增多含量增多, ,进而反馈抑制进而反馈抑制C C3 3的生成过程的生成过程, ,导致导
21、致C C3 3的生成速的生成速率减慢。率减慢。【素养素养迁移迁移】在其他条件适宜的情况下在其他条件适宜的情况下, ,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照, ,并在并在黑暗中立即开始连续取样分析黑暗中立即开始连续取样分析, ,在短时间内叶绿体中在短时间内叶绿体中C C3 3和和C C5 5含量的变化是含量的变化是( () ) A.CA.C3 3和和C C5 5都迅速减少都迅速减少B.CB.C3 3和和C C5 5都迅速增加都迅速增加C.CC.C3 3迅速增加迅速增加,C,C5 5迅速减少迅速减少D.CD.C3 3迅速减少迅速减少,C,C5 5迅速增加迅
22、速增加【解析解析】选选C C。由题意知。由题意知, ,在其他条件适宜的情况下在其他条件适宜的情况下, ,在供试植物正常进行光合在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后作用时突然停止光照后, ,光反应停止光反应停止,NADPH,NADPH和和ATPATP下降下降,C,C3 3的还原减弱直至停止的还原减弱直至停止, ,而而COCO2 2的固定则继续进行的固定则继续进行, ,但由于缺少但由于缺少NADPHNADPH和和ATP,CATP,C3 3不能被还原而积累不能被还原而积累, ,使使C C3 3迅迅速增加速增加;C;C5 5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质是植物体细胞内具有一定数量且
23、能循环利用的物质, ,当当C C3 3不能被还原不能被还原再形成再形成C C5 5时时,C,C5 5将迅速减少。所以将迅速减少。所以, ,在供试植物正常进行光合作用时突然停止光在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照照, ,并在黑暗中立即开始连续取样分析并在黑暗中立即开始连续取样分析, ,此时叶绿体中此时叶绿体中C C3 3迅速增加迅速增加,C,C5 5迅速减少。迅速减少。【补偿训练补偿训练】在叶绿体中在叶绿体中,ATP,ATP和和ADPADP的运动方向是的运动方向是( () )A.ADPA.ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ATP,ATP则向相反方向运动则向
24、相反方向运动B.ATPB.ATP与与ADPADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动C.ATPC.ATP与与ADPADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动D.ATPD.ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP,ADP的运动方向则正好相反的运动方向则正好相反 【解析解析】选选D D。叶绿体是进行光合作用的场所。叶绿体是进行光合作用的场所, ,光反应在叶绿体类囊体薄膜上光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行进行, ,此过程中消耗来自叶绿体基质的此过程中消耗来自叶绿体基质的ADP,ADP,产生产生ATP,ATP,供暗反应阶段供暗反应阶段C C3 3的还原的还原, ,所以叶绿体中所以叶绿体中ATPATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动,ADP,ADP则由叶绿体的基质则由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动。向类囊体薄膜运动。 【课堂回眸课堂回眸】