【學習目標】 1．通過對探索光合作用原理相關實驗的資料分析，掌握光合作用的過程和基本原理2、通過歸納、概括，理清光反應與暗反應的區(qū)別與聯(lián)系，說明光合作用的意義3．理解化能合成作用。
【導】1、如右圖是在 顯微鏡觀察到的葉綠體亞顯微結(jié)構(gòu)模式圖，說出下圖中1到5的結(jié)構(gòu)分別是什么？ 2、自然界中到處都有CO2、水和陽光，綠色植物通過 （生理過程）將它們合成有機物。
1：葉綠體外膜 2：葉綠體內(nèi)膜 3：類囊體 4：基粒 5：葉綠體基質(zhì)
　　光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
發(fā)生范圍：綠色植物（主要）
物質(zhì)變化：二氧化碳＋水→有機物＋氧氣
能量變化：光能→有機物中的化學能
思考：能進行光合作用的生物一定含有葉綠體嗎？
探索光合作用原理的部分實驗
1937年，英國植物學家希爾（R.Hill)發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O,沒有CO2),在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學反應稱作希爾反應。
結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。
二、光合作用的探究歷程
（1）希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明光合作用產(chǎn)生的氧氣中氧元素全部都來自水？（2）希爾實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？
不能說明。希爾反應僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。
能夠說明。希爾反應是將葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需的原料——CO2，因此，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯(lián)，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。
1941年，美國科學家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進行了兩組實驗：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。
2、美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）
結(jié)論：光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O。
1954年，美國科學家阿爾農(nóng)（D.Arnn)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。
根據(jù)是否需要光能，這些化學反應可以概括地分為光反應和暗反應，現(xiàn)在也稱為碳反應，兩個階段。
類囊體薄膜上的色素分子
光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+
O2、ATP、NADPH
注：希爾反應中的鐵鹽或其他氧化劑相當于氧化劑，相當于光反應中的NADP+
4、卡爾文的發(fā)現(xiàn)（速讀課本課本104頁第二段）（1）實驗方法？ （2）實驗材料？（3）實驗過程？實驗探明了？
探明了CO2中的碳是如何轉(zhuǎn)化為有機物中的碳
總結(jié)：應用同位素標記法進行的實驗有：①分泌蛋白的合成與運輸②魯賓和卡門研究光合作用中氧氣的來源③卡爾文研究CO2如何轉(zhuǎn)化為糖類的。
有沒有光都可以，需多種酶、CO2、ATP、NADPH
（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+
說明： C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸； C5是五碳化合物，即核酮糖-1,5-二磷酸；
NADPH和ATP的移動途徑是？
從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)
NADP+和ADP、Pi的呢？
從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜
①活潑的還原劑；②儲存部分能量供暗反應階段利用
光能→ATP、NADPH中活躍的化學能
ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能
光反應為暗反應提供ATP和NADPH暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+等原料
3、光反應和暗反應比較
相關信息：葡萄糖、淀粉在葉綠體基質(zhì)中合成；
蔗糖在細胞質(zhì)基質(zhì)中合成
光照和CO2濃度變化對細胞內(nèi)C3、C5、NADPH、ATP及（CH2O）含量的影響
分析方法： ①需在繪制光合作用模式簡圖的基礎上借助圖形進行分析。②需從物質(zhì)的生成和消耗兩個方面綜合分析。
環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化分析
C5, NADPH, ATP,(CH2O)
CO2供應量不變：光照強→弱
C5, NADPH, ATP
光照強度不變：CO2充足→缺乏
4.連續(xù)光照和間隔光照下的有機物合成量分析(1)光反應為暗反應提供的[H]和ATP在葉綠體中有少量的積累，在光反應停止時，暗反應仍可持續(xù)進行一段時間，有機物還能繼續(xù)合成。(2)一直光照條件下，會造成[H]、ATP的過度積累，利用不充分；光照和黑暗間隔條件下， [H]、ATP基本不積累，能夠被充分利用；因此在光照時間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有機物積累量要多。 例2.若同一植物處于兩種不同情況下進行光合作用，甲一直光照10分鐘，黑暗處理10分鐘；乙光照5秒，黑暗處理5秒，持續(xù)20分鐘，則光合作用制造的有機物：甲________乙。
突破光合作用過程的4個誤區(qū)(1)綠色植物中參與光合作用的色素只存在于葉綠體類囊體薄膜上，液泡中的色素不參與光合作用。(2)綠色植物中參與光合作用的酶存在于葉綠體類囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中。(3)不能認為暗反應不需要光。光合作用的過程可以分為兩個階段，即光反應和暗反應。前者在光下才能進行，并在一定范圍內(nèi)隨著光照強度的增加而增強；后者在有光、無光的條件下都可以進行，但需要光反應的產(chǎn)物NADPH和ATP，因此在無光條件下不可以長期進行。(4)葉綠體并不是進行光合作用的必要場所：進行光合作用的細胞不一定含葉綠體，如藍藻、光合細菌能進行光合作用，但沒有葉綠體。
利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。
例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌
光合作用和化能合成作用的比較
如人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌。
光能自養(yǎng)生物（如綠色植物、藍細菌）
化能自養(yǎng)生物（如硝化細菌、鐵細菌、硫細菌）
以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的能量。
只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細胞》電子課本

二 光合作用的原理和應用

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修1《分子與細胞》

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