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1、第4节 光合作用与能量转化第2课时 光合作用的原理和应用光合作用是指光合作用是指？绿色植物通过绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用，利用光能光能，将，将CO2和和H2O转化成转化成储存着能储存着能量的有机物量的有机物，并释放出，并释放出O2的过程。的过程。CO2+H2O （CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体 反应式：反应式：概念：概念：一、光合作用概念、反应式探索光合作用原理的部分实验：探索光合作用原理的部分实验：1.1.希尔的实验：希尔的实验：19371937年，年，英国植物学家希尔发现，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化中加入铁盐或其他氧化剂（悬
2、浮液中有水，没剂（悬浮液中有水，没有二氧化碳），在光照有二氧化碳），在光照下可以释放出氧气。像下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称产生氧气的化学反应称作希尔反应。作希尔反应。2.2.鲁宾和卡门的实验：鲁宾和卡门的实验：19411941年，美年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪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的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用来源。他们用1616O O的同位素的同位素1818O O分别分别标记标记H H2 2O O和和COCO2 2。使它们分别变成。使它们分
3、别变成H H2 21818O O和和C C1818O O2 2 。然后。然后,进行了两组进行了两组实验：第一组给植物提供实验：第一组给植物提供H H2 2O O和和C C1818O O2 2 ，第二组给同种植物提供，第二组给同种植物提供H H2 21818O O和和COCO2 2 。在其它条件都相同的。在其它条件都相同的情况下。第一组释放的氧气都是情况下。第一组释放的氧气都是O O2 2，第二组释放的都是，第二组释放的都是1818O O2 2。3.3.阿尔农的实验：阿尔农的实验：19541954年，美国科学家阿年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，尔农发现，在光照下，叶绿体可合成叶绿体可合成AT
4、PATP。19571957年，他发现这一过年，他发现这一过程总是与水的光解相伴程总是与水的光解相伴随。随。（2 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）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？（1 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）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？的氧气中的氧元素全部都来自水？（3 3）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？（4 4）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
5、应的关系。否否是是光合作用释放的氧气来自水光合作用释放的氧气来自水H2O O2ADP+PiATP 光照、叶绿体光照、叶绿体叶叶绿绿体体色色素素H2O水的光解水的光解叶叶绿绿体体色色素素O2NADPHADP Pi酶酶ATP2C3多种酶多种酶参加催化参加催化供能供能还还原原（CH2O）CO2C5固固定定色色素素光光能能暗反应（慢）暗反应（慢）光反应（快）光反应（快）二、光合作用过程 联系联系光反应阶段光反应阶段暗反应阶段暗反应阶段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光、色素、酶、色素、酶不需光、酶、不需光、酶、NADPH、ATP叶绿体叶绿体类囊体膜类囊体膜叶绿体叶绿体基质基质中中水的
6、光解；水的光解；ATP的生成的生成CO2的固定；的固定；C3的还原的还原 活活 跃的跃的 化学能化学能光能光能活跃的活跃的 化学能化学能有机物中稳有机物中稳定化学能定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPHNADPH和和ATPATP，暗反，暗反应为光反应提供应为光反应提供ADP和和Pi 。CO2+H2O （CH2O)+O2光能光能叶绿体叶绿体光反应与暗反应的比较光反应与暗反应的比较1 1.光反应光反应与暗反应是否一个在光下进行，一个在暗处进行？与暗反应是否一个在光下进行，一个在暗处进行？思考：思考：2 2.夜晚夜晚植物能进行光反应、暗反应吗？为什么？
7、植物能进行光反应、暗反应吗？为什么？3 3.白天白天放在无二氧化碳的密闭玻璃罩内的植物长期进行光反应、放在无二氧化碳的密闭玻璃罩内的植物长期进行光反应、暗反应吗？为什么？暗反应吗？为什么？否，光反应必须在光下进行；暗反应是有光和无光都可以进行。否，光反应必须在光下进行；暗反应是有光和无光都可以进行。不能，因为没有光，光反应无法不能，因为没有光，光反应无法进行，不进行，不能为暗反应提供所需能为暗反应提供所需的的ATP和和H不能，因为没有二氧化碳暗反应无法进行，也就不能为光反应提供不能，因为没有二氧化碳暗反应无法进行，也就不能为光反应提供ADP和和Pi、NDDP+，即便是有光，光反应也无法进行。，
8、即便是有光，光反应也无法进行。4.4.光合作用的实质是什么？光合作用的实质是什么？物质变化：把简单的无机物转变为复杂的有机物；物质变化：把简单的无机物转变为复杂的有机物；能量变化：把光能转变为储存在有机物中的化学能。能量变化：把光能转变为储存在有机物中的化学能。5.5.光合作用有何意义？光合作用有何意义？完成了自然界巨大规模的物质转变：无机物到有机物；完成了自然界巨大规模的物质转变：无机物到有机物；完成了自然界巨大规模的能量转变：光能到完成了自然界巨大规模的能量转变：光能到化学能；化学能；维持大气中二氧化碳含量的相对维持大气中二氧化碳含量的相对稳定；稳定；对生物的进化具有重要作用。对生物的进化
9、具有重要作用。思考：思考：三、影响光合作用的因素联系农业生产，影响光合作用强度的因素有哪些？联系农业生产，影响光合作用强度的因素有哪些？提出问题：提出问题：COCO2 2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。必需矿物质元素、水分等。作出假设：作出假设：设计实验：设计实验：思考：思考：（1 1）本）本实验的自变量是什么？如何设置光照强度大小？实验的自变量是什么？如何设置光照强度大小？（2 2）因变量是什么？用什么作为因变量的检测指标？无关因变量是什么？用什么作为因变量的检测指标？无关变量有哪些？变量有哪些？（3 3
10、）采用什么方法可使叶圆片下沉？采用什么方法可使叶圆片下沉？（4 4）光的照射下叶圆片为什么上浮？光的照射下叶圆片为什么上浮？（5 5）如何记录实验结果？）如何记录实验结果？相同时间内叶圆片上浮相同时间内叶圆片上浮的不同的不同数数量说明什么量说明什么问题问题？在一定光照强度范围内，随光照强度增加，光合作在一定光照强度范围内，随光照强度增加，光合作用强度逐渐增强。用强度逐渐增强。实验方案：实验方案：准备准备3030片圆形小叶片，去除其内的气体后平均分成三组放入片圆形小叶片，去除其内的气体后平均分成三组放入3 3只只烧杯中，然后分别置于强、中、弱三种光照下。观察并记录同一烧杯中，然后分别置于强、中、
11、弱三种光照下。观察并记录同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的时间。时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的时间。进行实验，记录结果：进行实验，记录结果：观看：观看：分析结果：分析结果：得出结论：得出结论：烧杯烧杯光照光照距离距离光照强光照强度度同一时间上浮数量同一时间上浮数量1010分钟分钟 2020分钟分钟 3030分钟分钟1 15 5W1010cm强强2 25 5W3030cm中中3 35 5W5050cm弱弱在一定光照强度范围内，随光照强度增加，光合作用强在一定光照强度范围内，随光照强度增加，光合作用强度逐渐增强。度逐渐增强。四、化能合成作用利用环境中某些利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的来制造有机物。少数的细菌，如细菌，如硝化细菌硝化细菌。项目项目光合作用光合作用化能合成作用化能合成作用区别区别能量能量来源来源代表代表生物生物相同点相同点光合作用与化能合成作用的比较光合作用与化能合成作用的比较 光能光能绿色植物绿色植物氧化无机物放出的能量氧化无机物放出的能量硝化细菌硝化细菌都能将都能将CO2和和H2O等无机物合成有机物等无机物合成有机物课堂小结课堂小结