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1、第4节 能量之源光与光合作用,光合作用的过程,反应条件：反应场所：反应物：生成物：能量变化：,光能等,叶绿体,CO2、H2O,有机物、O2,光能化学能,回顾:光合作用的概念,CO2+H2O（CH2O）+O2,光能,叶绿体,6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O,光能,叶绿体,（一）光合作用的反应式,净反应式：,总反应式：,自主探究：课本P103-1041、依据是否有光参与，光合作用可以划分为哪两个阶段？场所？2、光合色素吸收的光能有哪两个用途？3、光反应的产物有哪些？各自去路？4、暗反应阶段发生哪两个物质变化？,三、光合作用的原理和应用,（二）光合作用的过程,H2O,类囊体薄膜
2、,酶,1.光反应阶段,酶,光、,色素、,叶绿体的类囊体薄膜上,水的光解：,（还原剂）,ATP的合成：,光能ATP中活跃的化学能,光、酶、色素,叶绿体类囊体的薄膜,物质变化:,能量变化:,ATP的合成：,水的光解：,条件：,场所：,色素,1.光反应阶段,CO2,糖类,五碳化合物 C5,蛋白质,脂质,CO2的固定,三碳化合物 2C3,C3的还原,基质多种酶,CH2O,P,C=O,HCOH,HCOH,CH,2,O,P,+,*CO,2,CH,2,O,HCOH,COOH,*,+,COOH,HCOH,CH,2,O,P,P,Rubisco,3-磷酸甘油酸,PGA,核酮糖-1，5-二磷酸 RuBP,羧化阶段：
3、指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合，并水解产生PGA的反应过程。,+CO2,RuBP1、5-2磷酸核酮糖,Rubisco(RuBP羧化酶),（2分子）PGA（3-磷酸甘油酸）酸能量低，不能贮存更多的能量,CO2的固定：,C3的还原：,叶绿体的基质中,多种酶、,还原剂H、能量ATP,2.暗反应阶段,ATP中活跃化学能有机物中稳定的化学能,多种酶、还原剂H、能量ATP,叶绿体基质,物质变化：,ATP中活跃化学能有机物中稳定的化学能,能量变化：,场所：,条件：,酶,2C3,酶,ATP、H,（CH2O）+C5+H2O,CO2的固定：,C3的还原：,2.暗反应阶段,Calvin 的实验仪器1961,
4、C3途径,C4途径,CAM途径,固定CO2,CO2,CO2,糖,光合作用（）碳同化,二氧化碳同化(O2 assimilation)：暗反应 是指在光合作用的过程中将ATP和NADPH中活跃的化学能转换为贮藏在糖类中稳定化学能的过程。场所：在叶绿体基质中进行碳同化的途径有3条：卡尔文循环（C3途径）：基本途径，所有植物必经之路；C4途径：CO2固定的分支，C4植物特有；景天科酸代谢：CO2固定的分支，CAM植物特有。,1C3途径,研究历史(1946-1953)：Calvin领导的研究小组给小球藻提供14CO2（同位素示踪），光照不同时间后杀死细胞，观察14C在哪种化合物中，以确定CO2固定的最初
5、产物。,CO2被固定的最初产物是三碳化合物的途径。,Melvin Calvin,(1911-1997)Nobel Laureate,chemistry,1961,照光60秒：14C分布于许多化合物中，有C3、C4，C5，C6，C7化合物。,缩短到7秒时：几乎所有的14C集中在一种化合物上 PGA(3-磷酸甘油酸),确定了CO2固定后的最初产物是3磷酸甘油酸（PGA）。由于PGA是三碳化合物，所以这一途径被称为C3途径。,CO2,PGA,？,COOHHCOH CH2O（P）,Calvin等人发现：,假设1三个CO2聚合而成,假设2一个CO2与另一个二碳化合物聚合而成。,PGA的结构：,14COO
6、HHCOH CH2O（P）,只有羧基上有14C，说明不是完全由外界的CO2组成。,几年时间过去了，也没找到这个二碳化合物的最初受体。,他们让小球藻在高浓度的CO2下进行光合，然后实然转入低浓度的CO2下，再来检测各种化合物的含量变化。结果发现，突然降低CO2浓度，体内的一个五碳化合物含量升高,核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）,CO2+RuBP,6碳糖（不稳定）,两分子PGA,确定了最初受体是RuBP，进一步弄清了整个C3途径的细节。又称之为卡尔文循环。,羧化,水解,A.羧化阶段：指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合，并水解产生PGA的反应过程。,1C3途径反应过程：羧化、还原和更新,+CO
7、2,ribulose-1,5-bisphosphate,RuBP1、5-2磷酸核酮糖,Rubisco(RuBP羧化酶),（2分子）PGA（3-磷酸甘油酸）酸能量低，不能贮存更多的能量,B.还原阶段:指利用同化力将3-磷酸甘油酸还原为甘油醛-3-磷酸的反应过程。,PGA（3-磷酸甘油酸）,DPGA（1、3-2磷酸甘油酸）,PGAld（3-磷酸甘油醛）,PGA激酶,GAP（3-磷酸甘油醛）是一种三碳糖，可以稳定的贮存能量，至此，光反应的ATP和NADPH被消耗，使光能转化为稳定的化学能，光合的贮能过程结束。,淀粉或葡萄糖（贮存形式）,PGAld的出路,叶绿体内,细胞质,蔗糖（运输形式）,重新形成R
8、uBP（大部分）,c、更新阶段:是PGAld经过一系列的转变，再形成RuBP的过程。,CHOHCOH CH2O P,CH2OHC=OCH2O P,3-磷酸甘油醛,CH2O P C=OHOCH HCOH HCOH CH2O P,CH2OH C=OHOCH HCOH HCOH CH2O P,异构酶,醛缩酶,FBP磷酸酶,PGAld（3-磷酸甘油醛）,DHAP（二羟磷酸丙酮）,FBP1、6-2磷酸果糖,F6P6-磷酸果糖,CH2OH C=OHOCH+HCOH HCOH CH2O P,CHOHCOH CH2O P,CHO HCOH HCOH+CH2O P,CH2OH C=OHOCH HCOH CH2O
9、 P,转酮酶,E4P(4-磷酸赤藓糖),Xu5P5-磷酸木酮糖,F6P6-磷酸果糖,PGAld（3-磷酸甘油醛）,+,CH2OHC=OCH2O P,CH2O P C=OHOCH HCOH HCOH HCOH CH2O P,CH2OH C=OHOCH HCOH HCOH HCOH CH2O P,醛缩酶,SBP磷酸酶,DHAP（二羟磷酸丙酮）,SBP1、7-2磷酸景天酮糖,S7 P7-磷酸景天酮糖,E4P4-磷酸赤藓糖,CH2OH C=OHOCH+HCOH HCOH HCOH CH2O P,CHOHCOH CH2O P,CH2OH C=OHOCH+HCOH CH2O P,CHOHCOHHCOHHC
10、OH CH2O P,转酮酶,S7 P7-磷酸景天酮糖,PGAld（3-磷酸甘油醛）,Xu5P 5-磷酸木酮糖,R5P 5-磷酸核糖,CHO C=O HCOH HCOH CH2O P,CH2O P C=OHCOHHCOH CH2O P,Xu5P,R5P,ATP ADP,异构酶,Ru5P激酶,Ru5P 5-磷酸核酮糖,RuBP 1、5-2磷酸核酮糖,卡尔文循环,形成的磷酸丙糖一部分则留在叶绿体中转化成淀粉或蔗糖而被临时贮藏。,形成的磷酸丙糖一部分可运出叶绿体，在细胞质中合成蔗糖或参与其它反应；,碳同化的总反应式为:3CO2+6H2O+9ATP+6NADPH PGAld+6NADP+9ADP+9Pi
11、,卡尔文的思路：用14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测放射性依次出现在什么物质里，从而弄明白CO2中的碳转化成有机物的途径。,将小球藻置于密闭容器中，然后将14CO2注入容器，光照下培养相当短的时间后，将小球藻浸入热酒精中杀死细胞，使酶变性失效。接着他们提取溶液里的物质，并将提取物用双向纸层析法分离，并通过一定的方法鉴定出这些物质。,通14CO2光下培养,杀死细胞，终止光合作用,提取溶液中的物质，纸层析法分离,从滤纸上洗脱物质，并鉴定,实验结果：,照光30秒，发现放射性出现在多种化合物中，有C3、C4、C5、C6、C7化合物。,如何确定放射性首先出现在哪个化合物中？,不断缩短光照时间，发现
12、放射性几乎只出现在一种C3化合物中，从而证明最先生成的是C3化合物。,（三）光反应阶段与暗反应阶段的比较,叶绿体类囊体的薄膜上,叶绿体的基质中,需光、色素和酶,需多种酶、H、ATP,光能转变为ATP中活跃的化学能,ATP中活跃的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能,水的光解ATP的合成,CO2的固定,C3的还原,需叶绿素、光、酶,多种酶、ATP和H,ATP的合成：,水的光解：,CO2的固定：,C3的还原：,ATP中的活跃化学能有机物中稳定的化学能,光反应与暗反应的区别,叶绿体的基质中,叶绿体类囊体的薄膜上,归纳：光反应阶段与暗反应阶段的比较,类囊体的薄膜上,叶绿体的基质中,光、色素和酶,多种
13、酶、H、ATP,光能ATP中活跃的化学能,ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能,CO2的固定,C3的还原,水的光解ATP的合成,光合作用的过程巩固,还原,多种酶催 化,（CH2O）,ADP+Pi,ATP,2C3,C5,固定,H2O,水在光下分解,叶绿体的类囊体薄膜上,叶绿体基质,巧记助学光合作用过程一、二、三、四一个场所：叶绿体两个阶段：光反应、暗反应三种能量：光能ATP中活跃化学能(CH2O)中稳定化学能四个物质变化：水光解、ATP形成、CO2固定、C3还原,（四）光合作用中物质的转移途径：H2O中H的转移途径：CO2中C的转移途径：叶绿体中H和ATP、ADP和Pi的运动方向：,H2O,
14、H,（CH2O）,CO2,C3,（CH2O）,H和ATP：,类囊体的薄膜,叶绿体的基质,ADP和Pi：,叶绿体的基质,类囊体的薄膜,光合作用过程中O元素的转移途径,光合作用的反应式：,CO2+H2O,叶绿体,光能,糖类,(CH2O)+O2,易错易混与光合作用过程有关的3个易错易混点(1)光反应为暗反应提供两种重要物质：H和ATP，暗反应为光反应也提供两种物质：ADP和Pi，注意产生位置和移动方向。(2)CO2中C进入C3但不进入C5，最后进入(CH2O)，C5中C不进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。(3)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动
15、所需ATP只能来自细胞呼吸。,(1)色素只存在光反应部位叶绿体类囊体薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位叶绿体类囊体薄膜上和基质中。(2)光反应中产生的H用于暗反应还原C3，与细胞呼吸中产生的H并不是同一种物质。(3)暗反应有光、无光均可进行，但需要光反应提供的H和ATP，因此在暗处，暗反应不能长时间进行。,思考：突然停止光照，短时间之内 H、ATP、C3、C5含量变化,减少,减少,减少,增加,突然中断C02供应，短时间之内【H】、ATP、C3、C5含量变化,增加,增加,增加,减少,（五）光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、H、ATP和O2及(CH2O)含量的影响,停止光照,光反应
16、停止,H,ATP,还原受阻,C3,C5,停止CO2供应,固定受阻,还原继续,C3,C5,H,ATP,讨论：条件变化时，各种物质合成量的动态变化。,增加,减少,减少,减少或没有,减少,增加,增加,减少,拓展引申：,在夏季中午光照最强的情况下，绿色植物的光合作用强度略有下降。这时，叶肉细胞内的C3、C5和ATP的含量变化依次是：A.升、降、升 B.降、升、降 C.降、升、升 D.升、降、降,1.光合作用发生的部位是。,抢答题,.光合作用分为和两个阶段。,.光合作用释放氧气来自于物质。,.光合作用中的ATP形成于反应阶段。,.光反应为暗反应提供和物质。,叶绿体,.光、暗反应场所_、_,光反应,暗反应
17、,水,光,ATP,类囊体薄膜,叶绿体基质,7.光反应能量变化是。,暗反应是_,8.若白天突然中断了CO2的供应，则首先积累起来的物质是。,五碳化合物,自主学习：（课本P105）1.什么是自养生物、异养生物？举例。2.什么是化能合成作用？归纳反应式？,化能合成作用,能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用,例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌,化能合成作用,四、化能合成作用,例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌,能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。,化能合成作用:,能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的
18、组成物质，并储存了能量的一类生物,不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物,如：绿色植物，蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等,如：人、动物、真菌(如蘑菇)、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等,自养生物：,异养生物：,自养生物:,以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物）；糖类中储存着的能量。,异养生物:,只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。,所需的能量来源不同（光能、化学能）,例如：人、动物、真菌及大多数的细菌。,绿色植物的光合作用与呼吸作用的比较：,含叶绿体的细胞,叶绿体,线粒体（主要场所）,光、色素、酶,氧气、
19、酶,无机物 有机物,活细胞,光能转变为化学能储存在有机物中,将有机物中的能量释放出来，一部分转移到ATP中,光合作用的产物为细胞呼吸提供了物质基础有机物和氧气；细胞呼吸产生的二氧化碳可被光合作用所利用,分解有机物,叶绿体,细胞质基质、线粒体,光、色素、酶,酶,水的光解 CO2的固定合成ATP C3的还原,一、二、三阶段反应式,CO2、H2O,C6H12O6、O2、H2O,（CH2O）、O2、H2O,光能化学能,CO2、H2O,化学能ATP中化学能 热能散失,合成有机物、储存能量,分解有机物、释放能量,光合作用为呼吸作用提供O2、有机物；呼吸作用为光合作用提供CO2,自主探究一：光合作用与呼吸作
20、用比较,光能转换为生命动力的过程,光能,光反应,ATP中活跃的化学能,有机物中稳定的化学能,各项生命活动,ATP中活跃的化学能,利用,细胞呼吸,光合作用,暗反应,直接的能量来源：,ATP,最终的能量来源：,太阳的光能,1、自养生物与异养生物的根本区别是（）A.能否利用光能 B.能否将有机物转变成自身物质 C.能否利用化学能 D.能否将简单的无机物转化成有机物,2、给含氨（NH3)较多的土壤中耕松土，有利于提高土壤肥力，原因是（）A.改善土壤通气，根细胞呼吸加强B.可增加土壤中N2的含量C.改善土壤通气，硝化细菌繁殖快，有利于土壤中硝酸盐的增加D.可促进氨的扩散,3、将置于阳光下的盆栽植物移至黑
21、暗处，则细胞内三碳化合物与葡萄糖的生成量的变化是（）A C3增加，葡萄糖减少BC3与葡萄糖都减少C C3与葡萄糖都增加DC3突然减少，葡萄糖突然增加,4、在光合作用中，不需要酶参与的过程是（）A.CO2的固定 B.叶绿素吸收光能 C.三碳化合物的还原 D.ATP的形成,7.某科学家用含碳的同位素14C的二氧化碳追踪光合作用中碳原子在下列分子中的转移,最可能的途径是 A.二氧化碳叶绿素ADP B.二氧化碳叶绿素ATP C.二氧化碳三碳化合物葡萄糖 D.二氧化碳酒精葡萄糖,C,8、（04全国）离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短时间内叶绿体中C3化合物与C5化
22、合物相对含量的变化是（）A、C3化合物增加、C5化合物减少 B、C3化合物增加、C5化合物减少 C、C3化合物减少、C5化合物增加 D、C3化合物减少、C5化合物减少,C,9、在光合作用实验中，如果所用的水中有0.20%的水分子含有18O，CO2中有0.68%的CO2分子含有18O，那么，植物进行光合作释放的O2中，含18O的比例为（）A、0.20%B、0.44%C、0.64%D、0.88%,A,右图是一个研究光合作用过程的实验，实验前溶液中加入ADP，Pi，叶绿体等，实验过程中有机物的合成如下图。请分析回答：,AB段：,无CO2，所以没有有机物合成,BC段：,因为AB段提供了充足的H和ATP
23、，暗反应进行，有机物合成率迅速上升。,CD段：,因为无光照，随着H和ATP的不断消耗，暗反应减弱,有机物合成率下降,有机物合成率,时间,光照无CO2,黑暗有CO2,H2O,B,A,C,D,E+Pi,F,G,CO2,J,光,8.下 图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：,图中B是，它来自于的分解。图中C是，它被传递到叶绿体的 部位，用于。图中D是，在叶绿体中合成D所需的能量来自 图中的H表示，H为I提供当 突然停止光照时，F，G。（填增加或减少）,H,I,2,水,H,基质,还原C3,ATP,色素吸收的光能,增加,减少,光反应,H、ATP,不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方,
