光与光合作用(二) 光合作用的原理和应用

教 学 目 标 1.光合作用的发现以及探究历史 2.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系（高频考点）

一、光合作用的概念和探究历程：

1、概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 光合作用的实质： 合成有机物，储存能量

2、光合作用的探究历程

讨 论 请以小组为单位讨论回答教学案关于光合作用探究历程的相关问题。 自学提示： 1、了解各实验的科研背景。 2、总结各实验得出了什么结论？以及当时各实验的不足？

观点：植物体由“土壤汁”构成，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。 问题：植物生长所需的物质来自何处？ 亚里士多德(Aristotle) 观点：植物体由“土壤汁”构成，即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。

一、1648年海尔蒙特栽培柳树实验 结论：植物增重主要来自水分

问题讨论与质疑： （1）你认为他的结论正确吗？ （2）你认为海尔蒙特的实验设计存在什么问题？

二、1771年普利斯特利的实验 结论：绿色植物可以更新空气

重复普利斯特利的实验有时成功，有时失败，可能的原因是什么？

实验过程： 实验不足：

三、1779年荷兰的科学家英格豪斯 结论：只有在阳光照射下，植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。 甲 乙

问题讨论： （1）他在实验中控制的单一变量是什么？ （2） 英格豪斯知道植物更新了空气中的什么成分吗？为什么？ 1785年，由于发现了空气的组成成分，人们才明确绿叶在光下吸收了CO2，释放了O2。 （3）在这一过程中，光能哪里去了？ 1845年，德国科学家梅耶，根据能量转化和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化成化学能储存起来。

光能转化为化学能储存在什么物质中？

四、1864年德国的植物学家萨克斯采用碘液检测淀粉的方法进行实验 萨克斯，J.von Sachs (1832～1897)

2.叶部分遮光 1.暗处理 4.滴加碘液 3.光照

问题讨论： ①为什么要把绿叶在暗处放置一昼夜？ ②叶片部分遮光，部分曝光，目的是什么？ ③这个实验得出什么结论？ 结论：植物在光下产生了淀粉

实验过程 实验优点

光合作用在哪里进行？

五、1880年，恩格尔曼的实验：100页 没有氧气的有光环境 没有氧气的黑暗环境 极细的光束 实验证明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。

六、美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） 问题讨论： 1、需要标记什么元素？ 2、如何作出假设？ 3、怎样设计分组对照实验？ 提出问题：光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？ 问题讨论： 1、需要标记什么元素？ 2、如何作出假设？ 3、怎样设计分组对照实验？ 4、预测实验结果有几种情况？ 5、得出什么结论？

? ? CO2 C18O2 绿色植物 H2O H218O （如小球 藻） 第一组 第二组 预测1：若第一组为O2，第二组为18O2，则全部来自H2O 预测2：若第一组为18O2 ，第二组为O2 ，则全部来自CO2 预测3：若两组既有18O2、也有O2，则来自两者。

18O2 C18O2 O2 CO2 H2O H218O 第一组 第二组 结论：光合作用释放的氧气全部来自水

实验过程 实验分析 光合作用产生的有机物又是怎样合成的？

美国卡尔文 用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中C的途径，这一途径称为卡尔文循环。

科学家 结论 年代 1664 水分是植物建造自身的原料 1771 植物可以更新空气 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气 1779 海尔蒙特 水分是植物建造自身的原料 1771 普利斯特利 植物可以更新空气 1779 英格豪斯 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气 1845 R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来 1864 萨克斯 绿色叶片光合作用产生淀粉 1880 恩格尔曼 氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。 1939 鲁宾 卡门 光合作用释放的氧来自水。 20世纪40代 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2

二、光合作用的过程

光反应 暗反应 划分依据:反应过程是否需要光能 光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 有光才能反应 有光、无光都能反应

光反应阶段 类囊体膜 酶 H2O [H] ATP Pi ＋ADP 场所： 叶绿体内的类囊体薄膜上 光、色素、酶 条件： 进入叶绿体基质，参与暗反应 [H] 光反应阶段 ATP Pi ＋ADP 供暗反应使用 场所： 叶绿体内的类囊体薄膜上 光、色素、酶 条件： （还原剂） H2O [H] + O2 光能 水的光解： 物质变化 ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 酶 ATP的合成： 能量变化 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中

类囊体膜 酶 CO2 H2O [H] ATP Pi ＋ADP 三碳化合物 2C3 五碳化合物 C5 卡尔文循环 C3的还原 叶绿体基质 多种酶 CO2的固定 CO2 五碳化合物 C5 卡尔文循环 糖类

暗反应阶段 CO2 场所： 叶绿体的基质中 条件： [H] 、ATP、酶 CO2＋C5 2C3 CO2的固定： 物质变化 2C3 (CH2O)+ C5 ＋H2O 酶 糖类 C3的还原： ADP+Pi ATP [H] 、 ATP中活跃的化学能转变为糖类等 有机物中稳定的化学能 能量变化 三碳化合物 2C3 ATP 叶绿体基质 多种酶 CO2的固定 CO2 [H] 五碳化合物 C5 糖类

CO2+H2O （CH2O)+O2 比较光反应、暗反应 光能 叶绿体 联系 光反应阶段 暗反应阶段 条件 光、色素、酶 （不需光）酶、[H]、ATP 场所 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质中 水的光解； ATP的生成 CO2的固定； C3的还原 物质变化 ATP中活 跃化学能 ATP中活 跃化学能 有机物中稳 定化学能 光能 能量变化 光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。 CO2+H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体

光合作用总过程： 光反应 暗反应 2H2O O2 2C3 4[H] CO2 多种酶 C5 ATP 酶 ADP+Pi (CH2O) 可见光 光解 酶 固定 4[H] CO2 可见光 吸收 色素分子 还原 多种酶 C5 ATP 酶 能 ADP+Pi (CH2O) 光反应 暗反应

+ 总结： 水的光解： H2O →2 [H] + 1/2O2 Pi ADP 光反应 ATP的合成 ： ATP 光能 ATP 酶 ADP CO2的固定： CO2 + C5 → 2C3 酶 暗反应 CO2的还原： 2C3 + [H] (CH2O) + C5 酶 ATP

产物和原料的对应关系： C H O 能量的转移途径： 碳的转移途径： CO2 （CH2O） H2O CO2 O2 H2O ATP中活跃的化学能 (CH2O)中稳定的化学能 光能 碳的转移途径： CO2 C3 （CH2O）

下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题： H2O B A C D E+Pi F G CO2 J H I 水 ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 ②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于____________________ 。 ③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______ ④图中G________,F是__________,J是_____________ ⑤图中的H表示_______， H为I提供__________ 色素 Ｏ2 [H] 基质 用作还原剂，还原C3 色素吸收的光能 ATP C3化合物 糖类 C5化合物 光反应 [H]和ATP

谢谢指导