1、课时2 光反应与碳反应的基本过程一、光反应将光能转化为化学能,并产生氧气1.场所叶绿体类囊体膜(光合膜)中。2.物质变化(1)水光解:光能将水裂解为H+、e-和O2。(2)NADPH与ATP的合成:H+、e-将NADP+还原为NADPH,并产生ATP,O2被释放到叶绿体(或细胞)外。3.能量变化光能转变为ATP和NADPH中的化学能。光反应为碳反应提供的还原剂是什么物质?提供能量的是什么物质?提示:NADPH;ATP与NADPH。二、碳反应将二氧化碳还原成糖1.场所叶绿体基质。2.物质变化(1)CO2固定:1个CO2分子和五碳糖结合形成1个六碳分子2个三碳酸分子。(2)三碳酸还原:三碳酸分子接
2、受来自NADPH和ATP的能量被NADPH还原成三碳糖(CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖)。(3)再生五碳糖:三碳糖形成后,卡尔文循环中的许多反应,都是为了再生五碳糖,以保证此循环不断进行。3.能量变化ATP和NADPH中的化学能转变为三碳糖中稳定的化学能,该物质在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料被利用,但大部分运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物所有细胞利用。1.卡尔文循环中三碳酸的还原反应需要光反应提供什么物质?提示:ATP和NADPH。2.分析蔗糖合成或输出受阻,会引起卡尔文循环减速的原因。提示:蔗糖合成或输出受阻,三碳糖大量积累于叶绿体基质中,导致光反应中NADPH和
3、ATP的合成受阻,进而造成卡尔文循环减速。自主学习检测教材基础熟记于心1.NADPH是氢的载体,储存有化学能。()2.光合作用产生的氧气来自水和二氧化碳。()提示:光合作用产生的氧气来自水。3.NADPH和ATP在光反应中产生,在碳反应中消耗。()4.水裂解产生H+、电子,其中H+将NADP+还原为NADPH。()提示:水裂解产生H+、电子(e-)和氧气,其中H+和e-将NADP+还原为NADPH。5.卡尔文循环中,ATP在叶绿体基质中将三碳酸还原为三碳糖。()提示:三碳酸还原过程中,ATP提供能量,还原剂为NADPH。6.碳反应不需要光,一定要在黑暗条件下才能进行。()提示:碳反应需要光反应
4、提供ATP和NADPH,发生条件可以是在光照下,也可以不在光照下。7.植物光合作用中,NADP+和ADP由叶绿体基质运输到类囊体膜重新形成NADPH和ATP。()8.在植物细胞内,三碳糖作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料,在细胞外作为合成蔗糖的原料。()提示:蔗糖合成场所为叶绿体外,即细胞溶胶。任务一理解光反应原理,明确光反应过程任务突破光反应的误区分析(1)明确光反应的场所:真核生物中,光反应的场所为类囊体膜光合膜,原核生物中光反应的场所为光合膜。(2)明确NADPH和ATP的生成原理:生成NADPH的反应物为H+、e-及NADP+;生成ATP的反应物为ADP、Pi,同时需要ATP合成酶催化。
5、(3)明确光反应的能量转化形式:光反应为吸能反应,能量来源为光能,经过光反应,能量由光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。(4)明确光反应的生理过程与酶催化的关系:光合色素吸收光能不需要酶的催化,其他反应过程均需要酶的催化。迁移应用典例1如图所示为绿色植物的某种膜结构以及在其上面发生的生理过程。下列有关叙述正确的是(D)A.该结构为叶绿体内膜B.该结构可完成光合作用全过程C.水的光解只需要光合色素不需要酶D.该过程将光能转化成ATP和NADPH中的化学能解析:该结构为叶绿体类囊体膜;该结构只能完成光合作用的光反应过程;水的光解既需要色素也需要酶;该过程为光反应过程,能将光能转化成ATP和
6、NADPH中的化学能。任务二碳反应的原理及过程任务突破辨析碳反应的误区(1)确定C原子的转移路径:通过同位素示踪法可追踪碳原子的转移路径,即14CO2中的C依次进入三碳酸三碳糖有机物。(2)辨析碳反应过程中与三碳糖有关的“大多数”和“少数”。卡尔文循环中,3分子CO2进入卡尔文循环推动生成6分子三碳糖,其中“大多数”(5分子)三碳糖仍然留在卡尔文循环中用于五碳糖的再生,“少数”(1分子)三碳糖离开卡尔文循环用于有机物的生成。离开卡尔文循环的三碳糖,“大多数”运至叶绿体外合成蔗糖供植物细胞利用,“少数”留在叶绿体内作为淀粉、脂质和蛋白质的合成原料。迁移应用典例2 绿色植物光合作用卡尔文循环过程如
7、图所示。下列叙述正确的是(B)A.五碳糖转变成三碳酸的过程发生在类囊体膜上B.三碳酸转变成三碳糖的过程需要NADPH提供氢和ATP提供能量C.三碳糖运至叶绿体外合成淀粉,并运输到植物体各个部位D.三碳糖转化成五碳糖的过程发生在类囊体膜上解析:五碳糖转变成三碳酸的过程发生在叶绿体基质中;三碳酸的还原由光反应中生成的NADPH提供氢,ATP提供能量,产物是三碳糖;三碳糖运至叶绿体外合成蔗糖,并运输到植物体各个部位;三碳糖转化成五碳糖的过程发生在叶绿体基质中。任务三分析光反应与碳反应的关系任务突破1 列表比较光反应与碳反应的区别与联系项目光反应碳反应场所叶绿体类囊体膜叶绿体基质条件光合色素、光、酶、
8、水酶、ATP、NADPH、CO2时间短促较缓慢物质变化水在光下裂解为H+、O2和电子(e-);H+和e-将NADP+还原为NADPH;吸收光能产生ATP,O2被释放到叶绿体(或细胞)外CO2的固定:CO2+五碳糖2个三碳酸;三碳酸分子的还原:三碳酸+NADPH+ATP三碳糖分子+NADP+ADP+Pi;五碳糖的再生:三碳糖分子五碳糖能量变化光能ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能联系光反应为碳反应提供NADPH和ATP;碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+,二者紧密联系,缺一不可迁移应用典例3-1光合作用包括光反应与碳反应,光反应又包括多个
9、反应。如图为光合作用的光反应示意图,请据图回答下列相关问题。(1)由图可知PS和PS位于,具有的功能。(2)从物质的变化角度分析,光反应为碳反应提供和;从能量变化的角度分析,光反应的能量变化是。(3)光反应涉及电子(e-)的一系列变化,电子(e-)的最初供体为。(4)从图中ATP的产生机制可以判断H+浓度膜内(填“大于”“等于”或“小于”)膜外。解析:(1)题图中的色素PS和PS位于类囊体膜上,具有吸收、转化光能和传递电子的功能。(2)光合作用的光反应阶段可以为碳反应提供ATP和NADPH;光反应过程中的能量变化是光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能。(3)题图中电子(e-)的最初供体为
10、水。(4)题图中H+在类囊体腔中的浓度大于膜外的浓度,H+通过离子通道运出类囊体后驱动ADP和Pi合成ATP。答案:(1)类囊体膜上吸收、转化光能和传递电子(2)ATPNADPH光能转化为ATP、NADPH中活跃的化学能(3)H2O(4)大于典例3-2阳光穿过上层植物的空隙形成光斑,它会随太阳的运动而移动。如图为红薯叶在光斑照射前后吸收CO2和释放O2的情况。下列分析错误的是(A)A.图中A点光反应速率小于碳反应B.BC段,植物的光反应与碳反应趋于相等C.光斑移开后,光合作用仍会进行一段时间D.CD段变化主要是因为光斑移开,植物缺乏光照解析:题图中A点氧气的释放速率高于二氧化碳的吸收速率,说明
11、此时光反应速率大于碳反应;BC段,氧气的释放速率等于二氧化碳的吸收速率,说明此阶段植物的光反应与碳反应趋于相等;光斑移开一段时间后仍有二氧化碳的吸收,说明光合作用仍进行一段时间;CD段变化主要是因为光斑移开,植物缺乏光照,导致光反应不能进行。任务突破2 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化。如图中表示光反应,表示CO2的固定,表示三碳酸的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化。(2)“模型法”表示三碳酸和五碳糖的含量变化。提醒:平衡状态下三碳酸的起始值高于五碳糖,约是其2倍。迁移应用典例3-3 下列关于光合作用中改变反
12、应条件而引起的变化,正确的是(C)A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值减小B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小C.突然将黄光改变为白光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大D.突然将白光改变为黄光,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值增大解析:突然中断CO2供应,使碳反应中二氧化碳固定减少,而三碳酸还原仍在进行,导致三碳酸减少,五碳糖增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值增大;突然中断CO2供应使三碳酸减少,因此三碳酸还原利用的ATP减少,导致ATP积累增多,而ADP含量减少,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大;突然将黄光改变为白光会导致光反应吸收的光能增加,光反应产生的ATP和NADPH增加,而ADP相对含量减少,因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大;突然将白光改变为黄光,会导致光反应产生的ATP和NADPH减少,这将抑制碳反应中三碳酸的还原,导致五碳糖减少,三碳酸增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值减小。