【課件】光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件2022-2023學年高一上學期生物人教版必修1

第五章：細胞的能量供應和利用

第四節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時:光合作用的原理學習目標1.說出葉綠體中色素的種類和作用2.說出葉綠體色素的提取和分離的原理及方法3.說明葉綠體的結(jié)構與功能相適應4.說出光合作用的光反應和暗反應的過程（藍綠色）葉綠素a（黃綠色）葉綠素b（橙黃色）胡蘿卜素葉黃素（黃色）葉綠素（約占3/4，主要吸收紅光和藍紫光）類胡蘿卜素（約占1/4，主要吸收藍紫光）綠葉中的色素葉綠體雙層膜基質(zhì)中有許多由囊狀結(jié)構堆疊而成的基粒光合色素分布在類囊體薄膜上，光合作用的酶分布在類囊體薄膜和基質(zhì)葉綠體是捕獲光能、進行光合作用的場所。結(jié)構功能溫故知新：綠葉中的色素思考：葉綠體中的光合色素捕獲光能將通過什么方式轉(zhuǎn)化為什么物質(zhì)呢？顯微鏡下的葉綠體自主學習1：閱讀課本P102，總結(jié)光合作用的概念及方程式？光合作用概念：指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體過程（總方程）：表示糖類總結(jié)：光合作用的原料、產(chǎn)物、場所、條件是什么？原料：二氧化碳水產(chǎn)物：有機物(糖類)氧氣場所：葉綠體條件：光能多種酶人們是如何發(fā)現(xiàn)光合作用過程的呢？一.光合作用的原理1.19世紀末

甲醛→糖

“甲醛說”2.1928年

甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖,甲醛對植物有毒。探究光合作用原理的部分實驗思考.討論一.光合作用的原理

19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。不能通過光合作用實現(xiàn)3.1937年，英國植物學家希爾希爾反應：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O2結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣；水的光解與糖的合成不是同一個化學反應；暗示著光合作用應該是分階段進行的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)生的氧氣中氧元素全部都來自水？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。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？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聯(lián)，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。【問題探討】實驗思路：用放射性同位素標記來研究物質(zhì)的去路材料：小球藻。處理：用18O分別標記CO2和H2O，給予光照。光合作用釋放O2的O到底是來自H2O，還是CO2，還是二者都有？4.1941年

美國

魯賓和卡門（同位素示蹤法）光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O，不來自CO2。結(jié)果：A為O2，B為18O2；結(jié)論：提醒：魯賓和卡門：相互對照，自變量是標記物質(zhì)，因變量是O2的同位素情況5.1954年，阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成ATP這一過程總是與水的光解相伴隨1957年，阿爾農(nóng)H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系：ADP+PiATP

1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環(huán)。資料：卡爾文實驗光合產(chǎn)物中有機物的碳來自CO2。結(jié)論：小球藻1946年卡爾文實驗小球藻小球藻注入14CO2，一段時間后殺死小球藻終止反應,分析產(chǎn)物.

14CO2幾分之一秒時5秒時14C314C514C3（14CH2O）14CO214C314C5(14CH2O)同時出現(xiàn)技術：同位素標記法暗反應階段1.光合作用分為哪幾個階段？分類依據(jù)是什么？2.每個階段反應的條件、場所、物質(zhì)變化、能量變化如何？自主學習：請自主閱讀課本P103-104頁，完成以下問題。光反應階段暗反應階段區(qū)別反應條件反應場所物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系一.光合作用的原理

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。光合作用過程的示意圖暗反應NADPHATP光反應H2OO2(CH2O)CO2ADP+PiNADP+光合作用的過程——光反應階段類囊體薄膜的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶（氧化型輔酶Ⅱ）（還原型輔酶Ⅱ）條件：光、色素、多種酶場所：類囊體薄膜物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解：ATP的合成：H2OO2+H+光色素光能能量轉(zhuǎn)化:ATP、NADPH中活躍的化學能ADP+Pi+能量

ATP+H2O酶

NADPH的合成：NADP++H+

NADPH酶ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：場所：葉綠體基質(zhì)中有光無光都可以，多種酶等

CO2的固定：C3的還原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有機物中穩(wěn)定的化學能CO2＋C5

2C3酶物質(zhì)轉(zhuǎn)化ATP、NADPH中活躍的化學能能量轉(zhuǎn)化：

光合作用的過程——暗反應階段光合作用的全過程葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應暗反應NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能酶類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)可見光1.NADPH和ATP的移動途徑是什么？2.NADP+和ADP的移動途徑呢？3.NADPH的作用？4.光反應和暗反應的聯(lián)系？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量①光反應階段為暗反應階段提供ATP和NADPH②暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+葉綠體中的色素還原多種酶參加催化（CH2O）ADP+Pi酶ATP供能2C3C5固定CO2

光反應階段類囊體的薄膜上暗反應階段葉綠體基質(zhì)中光能供能供氫光合作用的過程H2OO2水在光下分解H+NADP+酶NADPH光能→ATP和NADPH中的化學能→

有機物中的穩(wěn)定化學能考點：場所、色素和酶的分布、元素轉(zhuǎn)移、能量變化、C3、C5、NADPH和ATP的增減小組討論，問題探究：光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2光反應和暗反應區(qū)別和聯(lián)系

光反應階段暗反應階段（碳反應）場所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶有光無光都可，多種酶光能→ATP、NADPH中活躍的化學能ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能光反應為暗反應提供ATP和NADPH暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

色素、酶水的光解：2H2O

O2+4H+光ATP的合成：ADP+Pi+能量ATP酶酶NADPH的合成：NADP++H+

NADPH酶CO2的固定：CO2＋C52C3C3的還原：2C3

(CH2O)+C5

酶ATP、NADPH——能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細菌CO2+H2O（CH2O）+O2能量

酶二.化能合成作用自養(yǎng)型：能夠直接把從外界環(huán)境攝取的無機物轉(zhuǎn)變成為自身組成物質(zhì)，并儲存能量一類生物同化作用類型異養(yǎng)型：不能直接利用無機物制成有機物，只能把從外界攝取的現(xiàn)成的有機物轉(zhuǎn)變成自身的組成物質(zhì)，并儲存能量的一類生物例如：人、動物、真菌、大多數(shù)細菌光能自養(yǎng)型：化能自養(yǎng)型：自養(yǎng)型如：植物、藍藻、光合細菌硝化細菌、硫細菌、鐵細菌1.如圖為光合作用過程示意圖，下列相關敘述正確的是()（多選）A.結(jié)構A中發(fā)生能量轉(zhuǎn)化的場所是類囊體薄膜B.結(jié)構B中發(fā)生的是暗反應過程，會消耗ATPC.結(jié)構B中C5轉(zhuǎn)化成C3過程中消耗ATP中的化學能D.如果突然增加CO2供應，短時間內(nèi)C5的含量將會增加√√解析圖中結(jié)構A是基粒，在類囊體薄膜上可發(fā)生光能轉(zhuǎn)化為活躍化學能的過程，A正確；結(jié)構B是葉綠體基質(zhì)，C5轉(zhuǎn)化成C3的過程為CO2的固定過程，不消耗ATP，ATP只用于C3的還原，C錯誤；如果突然增加CO2供應，則有利于CO2的固定過程，消耗的C5增多，而C3還原形成C5等的過程基本不受影響，所以短時間內(nèi)C5的含量將會減少，D錯誤。課堂小練2.光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。如圖