二、光合作用的原理和應用本節(jié)聚焦1.光合作用是怎樣進行的？2.光合作用過程中物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化有什么關(guān)系？3.光合作用原理在生產(chǎn)中有哪些應用？光合作用汽車的動力原理是什么？請你運用初中學過的知識合理解釋，它為什么不適用汽油呢？二、光合作用的原理和應用光合作用的原料、產(chǎn)物、條件和場所各是什么？CO2和H2O（CH2O）和O2光、葉綠體H2OCO2+O2有機物+葉綠體光二、光合作用的原理和應用1.光合作用的定義

是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將CO2和H2O轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放O2的過程。（一）光合作用的原理葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為化學能？如何將化學能儲存在糖類等有機物中？光合作用釋放的O2，是來自原料中的水還是CO2？二、光合作用的原理和應用思考?討論探索光合作用原理的部分實驗時間科學家發(fā)現(xiàn)或結(jié)論19世紀末CO2+H2O→O2+甲醛1928甲醛對植物有害，且不能通過光合轉(zhuǎn)化成糖1937希爾（英國）希爾反應（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）1941魯賓、卡門氧氣來自于水中的氧1954阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體合成ATP，且總是與水的光解相伴相隨二、光合作用的原理和應用思考?討論探索光合作用原理的部分實驗討論1.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來自水？2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？3.分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結(jié)論？4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關(guān)系。二、光合作用的原理和應用思考?討論探索光合作用原理的部分實驗1.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部來自水？提示：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。二、光合作用的原理和應用思考?討論探索光合作用原理的部分實驗2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？提示：能夠說明。希爾反應是將離體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(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。二、光合作用的原理和應用思考?討論探索光合作用原理的部分實驗3.分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結(jié)論？提示：光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并非來源于CO2。4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關(guān)系。提示：如：H2OO2+NADPH+能量光照葉綠體ADP+Pi+ATP二、光合作用的原理和應用思考?討論探索光合作用原理的部分實驗時間科學家結(jié)論或推測亞里士多德推測植物的生長是吸收土壤汁1648海爾蒙特證明光合作用原料是H2O1771普里斯特利植物能更新渾濁的空氣1779英格豪斯證明光合作用條件是光1804索蘇爾證明光合作用原料是CO2和H2O1845梅耶根據(jù)能量守恒定律，推測光合作用時將光能轉(zhuǎn)變成有機物中的化學能1864薩克斯證明光合作用產(chǎn)物是淀粉1880恩格爾曼證明光合作用產(chǎn)物是O2、場所是葉綠體20世紀40年代卡爾文證明了，14CO2中的C被轉(zhuǎn)化成有機物中的C的途徑?！栁难h(huán)二、光合作用的原理和應用二、光合作用的原理和應用

上述實驗表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個化學反應，而是分階段進行的。實際上光合作用的過程十分復雜，它包括一系列化學反應。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。②③④⑤光系統(tǒng)Ⅰ光系統(tǒng)Ⅱ①協(xié)助擴散氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ光能電能部分電能ATP活躍化學能能量電子傳遞體Q2.光合作用的過程（1）光反應階段二、光合作用的原理和應用2.光合作用的過程二、光合作用的原理和應用（1）光反應階段光解H2OO2H++eNADPHNADP+光能ATPADP+Pi光能ATP和NADPH中活躍的化學能在光照下，葉綠體合成的NADPH和ATP有何用？酶酶①物質(zhì)變化②能量轉(zhuǎn)化在離體的葉綠體中加入ADP、Pi、NADP+，無CO2的條件下照光，發(fā)現(xiàn)葉綠體內(nèi)積累了ATP、NADPH。這時閉光，并通入CO2，ATP、NADPH消失，同時產(chǎn)生有機物。二、光合作用的原理和應用光能閉光，通入CO2CO2（CH2O）（2）暗反應階段酶2光解H2OO2H++eNADPHNADP+ATPADP+Pi光能ATP和NADPH中活躍的化學能酶1酶1酶2如何轉(zhuǎn)移到有機物中？2.光合作用的過程二、光合作用的原理和應用卡爾文的思路：用14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性依次出現(xiàn)在什么物質(zhì)中，從而弄明白CO2中的碳轉(zhuǎn)化成有機物的途徑。二、光合作用的原理和應用（2）暗反應階段2.光合作用的過程將小球藻放在密閉容器中，然后將14C標記的14CO2注入容器，光照下培養(yǎng)相當短的時間之后，將小球藻進入熱的酒精中殺死細胞，使細胞中的酶變性而失效。他們接著提取到溶液里的物質(zhì)。然后將提取物應用雙向紙層析法分離，并通過一定的方法鑒定出這些物質(zhì)。（2）暗反應階段2.光合作用的過程二、光合作用的原理和應用實驗結(jié)果：照光30秒，發(fā)現(xiàn)放射性出現(xiàn)在多種化合物中，有C3、C4、C5、C6、C7化合物如何確定放射性首先出現(xiàn)在哪個化合物中？卡爾文和他的研究小組通過不斷縮短光照時間，發(fā)現(xiàn)放射性機會只出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3化合物）中，從而證明最先生產(chǎn)的是三碳化合物。二、光合作用的原理和應用（2）暗反應階段2.光合作用的過程CO2光解H2OO2H++eNADPHNADP+光能ATPADP+PiC3（CH2O）還原酶1酶1酶2酶2光能ATP和NADPH中活躍的化學能二、光合作用的原理和應用（2）暗反應階段2.光合作用的過程CO2C3？有人提出，是3分子CO2形成了C3，是這樣的嗎？14COOHHCOHH2COPC3中只含有一個放射性14C，說明還有2個C是來自植物體內(nèi)。二、光合作用的原理和應用（2）暗反應階段2.光合作用的過程光解H2OO2H++eNADPHNADP+ATPADP+Pi[H]CO2（CH2O）C3還原？C52固定有機物中穩(wěn)定的化學能光能ATP和NADPH中活躍的化學能在光照下，中斷CO2的供應，檢測到C3含量下降，而C5的含量增加。如何解釋？二、光合作用的原理和應用（2）暗反應階段2.光合作用的過程光能（2）暗反應階段2.光合作用的過程①物質(zhì)變化：②能量轉(zhuǎn)化：CO2C3C5+（CH2O）酶酶NADPHNADP++能量酶ATPADP+Pi+能量酶（CH2O）二、光合作用的原理和應用NADPH和ATP中活躍的化學能轉(zhuǎn)化為有機物中穩(wěn)定的化學能淀粉蔗糖產(chǎn)物（葉綠體）（細胞質(zhì)）光解H2OO2H++eNADP+光能ATPADP+Pi光能ATP和NADPH中活躍的化學能NADPHCO2（CH2O）2C3還原C5固定有機物中穩(wěn)定的化學能酶1酶2多種酶3.光合作用的全過程酶類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)中光反應暗反應（二）光合作用的過程二、光合作用的原理和應用2.能量轉(zhuǎn)化：無機物（CO2和水）有機物、氧氣1.物質(zhì)轉(zhuǎn)化：光能ATP和NADPH中活躍的化學能光反應暗反應糖類等有機物中穩(wěn)定的化學能（三）光合作用的實質(zhì)二、光合作用的原理和應用（四）光合作用重要意義1.制造有機物，為包括人類在內(nèi)的幾乎所有生物提供物質(zhì)來源和能量來源；2.維持大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定；3.轉(zhuǎn)化并儲存太陽能。二、光合作用的原理和應用思考?討論光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系討論1.光反應和暗反應在所需條件、進行場所、發(fā)生的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化等方面有什么區(qū)別？光反應暗反應所需條件進行場所物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化必須有光類囊體薄膜水光解為O2和H+；ATP和NADPH的合成光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學能ATP和NADPH中的化學能轉(zhuǎn)化為有機物中穩(wěn)定的化學能CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解葉綠體基質(zhì)有光或無光均可二、光合作用的原理和應用思考?討論光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系討論2.光反應和暗反應在物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化方面有什么聯(lián)系？提示：物質(zhì)聯(lián)系：光反應生成的ATP和NADPH供暗反應C3的還原，而暗反應為光反應提供了ADP、Pi、NADP+。能量聯(lián)系：光反應為暗反應提供了活躍的化學能，暗反應將活躍的化學能轉(zhuǎn)化為有機物中穩(wěn)定的化學能。二、光合作用的原理和應用（二）光合作用原理的應用

光合作用的強度（簡單地說，就是指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用植株糖類的數(shù)量），直接關(guān)系農(nóng)作物的產(chǎn)量，研究影響光合作用強度的環(huán)境因素很有現(xiàn)實意義。影響光合作用強度的因素？二、光合作用的原理和應用二、光合作用的原理和應用

CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體(色素、酶）①Mg、N等礦質(zhì)元素；②酶的活性受溫度等影響。光照強度、光質(zhì)、光照時間；氣體反應物①作為反應物和反應的媒介；②水分→氣孔關(guān)閉→CO2供應探究?實踐實驗對象：對照類型：無關(guān)變量：因變量：自變量：二、光合作用的原理和應用光照強度（CO2）探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響(十二)植物綠葉（某種綠色植株）不同的光照強度（不同的CO2濃度）在同光照強度下，葉片上浮的數(shù)量（不同的CO2濃度植物合成淀粉的量）葉片中殘留的CO2濃度，葉齡、pH、溫度、葉片數(shù)量等（光照強度、株齡、pH、溫度、植株的生長狀況等）相互對照二、光合作用的原理和應用探究?實踐探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響(十二)光照強度（CO2）設(shè)計方案預期結(jié)果提出問題作出假設(shè)設(shè)計實驗進行實驗分析結(jié)果表達與交流二、光合作用的原理和應用探究?實踐探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響(十二)光照強度（CO2）進行實驗

根據(jù)光合作用的反應式可以知道，光合作用的原理——水、CO2，動力——光能，都是影響光合作用強度的因素。因此，只要影響到原料、能量的供應，都可能是影響光合作用強度的因素。例如，環(huán)境中CO2濃度，葉片氣孔開閉情況，都會影響CO2的供應量而影響光合作用的進行。葉綠體是光合作用的場所，影響葉綠體的形成和結(jié)構(gòu)的因素，如五級應用、病蟲害，也會影響光合作用強度。此外，光合作用需要眾多的酶參與，因此影響酶活性的因素（如溫度），也是影響因子。二、光合作用的原理和應用旁欄思考植物進行光合作用的同時，還會進行呼吸作用。我們觀測到的光合作用指標，如O2的產(chǎn)生量，是植物光合作用實際產(chǎn)生的總O2量嗎？提示：用這種方法觀察到的O2的產(chǎn)生量，實際是光合作用的O2釋放量，與植物光合作用實際產(chǎn)生的O2量不同，沒有考慮到植物自身呼吸作用對O2的消耗。二、光合作用的原理和應用三、化能合成作用

自然界中的某些細菌，能夠利用環(huán)境中的某些無機物氧化分解時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用稱化能合成作用。（一）化能合成作用的概念2NH3+3O2

硝化細菌2HN