光合作用的过程

苏教必修1第4章第2节

- 1 - 【光合作用的过程】导学案

班级 姓名

一、知识准备

项 目 内 容

叶绿体主要结构

叶绿体主要成分

光合作用反应式

二、探究光合作用的过程

探究活动之一

【实验一】科学家从植物叶片中分离出叶绿体，然后打破叶绿体膜，离心得到基粒（绿色）和基质（淡黄色）两部分。①向两部分提供水，并给予光照，结果：基粒部分产生氧气，而基质部分没有氧气产生。②向两部分提供二氧化碳，并给予反应所需的各种条件，结果：基粒部分没有糖类等有机物，而基质部分产生了糖类等有机物。

【讨论并交流】

①基粒和基质中各发生了什么变化？

②从基粒和基质中发生的变化，你认为光合作用是一步完成的还是分阶段进行的？

探究活动之二

【讨论并交流】

①请你回顾：化学上电解水是如何进行的？反应速度如何？需要消耗什么能量？

②由上述实验一，请你推测氧气是如何产生的？除了氧气还应该有什么物质产生？

③水在植物细胞外并不能被光自然分解，而在基粒上却很容易分解，你认为是与基粒中什么物质最有关系？

【实验二】1954年美国科学家阿龙，用叶绿体的基粒加上ADP和Pi，光照后得到了ATP。

④从实验二可以看出，在基粒上除了发生水的光解，还应该有ATP生成。生成该物质消耗的能量来源是什么？在基粒上是怎样固定该能量的呢？

⑤总结光反应：

场 所

条 件

物质变化

能量变化 苏教必修1第4章第2节

- 2 - ⑥请你就基粒上发生的物质变化和能量变化，大胆地想象未来人类如何利用这一原理更好地开发新能源？

探究活动之三

【实验三】美国科学家卡尔文以小球藻为实验材料，在通入普通CO2使光合作用达到平衡状态，改为通入放射性14CO2，然后将小球藻迅速杀死。①光照几分之一秒后杀死，发现了放射性几乎全部出现在一种C3化合物中。②光照5秒后杀死，在小球藻中发现了含放射性C3 、C5化合物。③光照30秒后杀死，在小球藻中发现了含放射性葡萄糖等C6化合物。

光合作用的原理和过程

光合作用是生物体中最为重要和基础的代谢过程之一，它通过光能转化为化学能，将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。本文将详细介绍光合作用的原理和过程，以及其中的关键步骤。

一、光合作用的原理

光合作用是由叶绿素等色素参与的复杂生化过程。其原理主要可归纳为两个方面：光能的吸收和转化。

1. 光能的吸收：

光合作用过程中，生物体内的叶绿素与光子之间产生相互作用。叶绿素是植物中最重要的色素之一，其分子结构使其具有特定的能级。当光能的波长与叶绿素的吸收波长相符时，激发叶绿素分子中的电子跃迁至高能级。这一过程中，光能被吸收并转化为激发态的电子能量。

2. 光能的转化：

激发态的叶绿素分子经过一系列复杂的电子传递过程，将激发态的电子能量转化为能够储存和利用的化学能。这一过程主要发生在植物细胞内的线粒体和叶绿体中，涉及多个酶和辅因子的参与。最终，光合作用将光能转化为ATP（三磷酸腺苷）和NADPH（辅酶NADP的还原型）等高能化合物。

二、光合作用的过程

光合作用的过程可以分为两个阶段：光能反应和固定CO2反应。 1. 光能反应：

光能反应发生在植物叶绿体的光合作用单位——光合体中。在这一过程中，光能被吸收并转化为化学能，主要产生ATP和NADPH。具体步骤如下：

（1）光系统Ⅱ：激发的电子从光系统Ⅱ中释放出来，并通过一系列蛋白质和辅助色素的传递，产生高能态的电子。

（2）光系统Ⅰ：高能态电子从光系统Ⅱ到达光系统Ⅰ，进一步激发，并结合辅酶NADP+还原为NADPH。

（3）光解水作用：在光系统Ⅱ中，激发的电子从水分子中剥离氧原子形成氧气，水解产生的氢离子与NADP+结合生成NADPH。

2. 固定CO2反应：

固定CO2反应主要发生在植物叶绿体中的基质中，也称为Calvin循环。在这一过程中，ATP和NADPH提供的化学能用于将二氧化碳转化为有机化合物。具体步骤如下：

（1）碳同化：二氧化碳进入叶绿体基质，与RuBP（磷酸核糖底物）反应，形成稳定的化合物。这个化合物最终转化为葡萄糖和其他有机物。

光合作用各阶段反应式

光合作用是植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物质的过程。它是地球上最重要的能量转化过程之一，也是维持生态平衡的重要环节。光合作用可以分为光反应和暗反应两个阶段，下面将分别介绍它们的反应式和作用。

一、光反应阶段

光反应阶段是光合作用的第一步，也是光合作用的能量捕获过程。光反应主要在植物叶绿体的基质中进行，包括光能的吸收、电子传递、ATP和NADPH的合成等过程。其反应式如下：

1. 光能吸收和光能转化：

2H2O + 2NADP+ + 3ADP + 3Pi + 光能 → O2 + 2NADPH + 3ATP

在这个反应式中，光能被叶绿体中的叶绿素吸收，激发了叶绿素分子中的电子，使其跃迁到激发态。这些激发态的电子经过一系列的电子传递过程，最终被用来还原NADP+，生成NADPH。同时，光反应还产生了氧气和ATP。

二、暗反应阶段

暗反应阶段是光合作用的第二步，也称为卡尔文循环。暗反应主要发生在叶绿体基质中的液泡中，其反应式如下：

CO2 + 3ATP + 2NADPH + H+ → (CH2O) + 2NADP+ + 3ADP + 3Pi

在这个反应式中，二氧化碳在酶的催化下与ATP和NADPH反应，最终生成有机物质（CH2O，一般为葡萄糖）。这个过程需要消耗能量，产生的NADP+和ADP再经过光反应阶段的再生再次参与光合作用。

光合作用是地球上生命存在的基础，它通过光能转化为化学能，为生物提供了养分和能量。光反应阶段的产物ATP和NADPH为暗反应阶段提供了能量和还原力，而暗反应阶段则利用这些能量和还原力将二氧化碳转化为有机物质。整个光合作用过程不仅能够维持植物的生存，还能够净化空气，释放氧气，调节气候等。

总结起来，光合作用的两个阶段反应式如下：

光反应：

2H2O + 2NADP+ + 3ADP + 3Pi + 光能 → O2 + 2NADPH + 3ATP

暗反应：

光合作用暗反应过程

光合作用通常是指绿色植物(包括藻类)吸收光能，把二氧化碳(CO2)和水(H2O)合成富能有机物，同时释放氧的过程。

1、光反应

场所:基粒的类囊体薄膜上。

条件:光、色素、酶、水、adp、pi。

adp+pi+能量→atp。

能量转变:光能转化成atp中活跃的化学能。

2、暗反应

场所:叶绿体基质中。

条件:酶，[h]，atp,co2,c5。

能量转化:atp中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能。

光反应与暗反应的联系:光反应为暗反应提供更多[h]，和能量，暗反应为光反应提供更多制备atp的原料。

6co2+6h2o（ 光照、酶、 叶绿体）→c6h12o6（ch2o）+6o2。

光合作用速率外部因素

一、光照

1、光强度对光合作用的影响

光强度-光合速率曲线

黑暗条件下，叶片不展开光合作用，只有呼吸作用释放出来。随着光强度的减少，无机速率也可以适当提升；当到达某一特定光强度时，叶片的无机速率等同于呼吸速率，即为二氧化碳吸收量等同于二氧化碳释放出来量。当少于一定的反射率，无机速率的减少就可以转慢。当达至某一反射率时，无机速率不再减少，即光饱和点。

光照不足会成为光合作用的限制因素，光能过剩也会对光合作用产生不利影响。当光合机构接受的光能否超过所能利用的量时，会引起光合速率降低的`现象。

2、光质对光合作用的影响 太阳辐射中，只有可见光部分才能被光合作用利用，光合作用的作用光谱与叶绿体色素的吸收光谱大体吻合。

二、二氧化碳

1、二氧化碳-光合速率曲线

二氧化碳就是光合作用的原料，对无机速率影响非常大。二氧化碳-无机速率曲线与反射率曲线相近。

2、二氧化碳的供给

二氧化碳主要就是通过气孔步入叶片，强化通风或设法施肥量二氧化碳能够明显提升作物的无机速率，对碳三植物尤为显著。