2020版新教材高中生物54光合作用與能量轉(zhuǎn)化21課件新人教版必修1

二光合作用的原理和應(yīng)用第1課時(shí)光合作用的原理

一、光合作用概念和反應(yīng)式1.概念:綠色植物通過_______,利用光能,將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物,并且釋放出_____的過程。2.反應(yīng)式:_______________________。葉綠體氧氣CO2+H2O(CH2O)+O2二、光合作用探究歷程1.19世紀(jì)末,科學(xué)界普遍觀點(diǎn):C與H2O結(jié)合成_____。2.1928年:甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成___。3.1937年,英國希爾:離體葉綠體在適當(dāng)條件下可產(chǎn)生_____。甲醛氧氣糖4.1941年,魯賓和卡門:研究了光合作用中_____的來源(氧氣來源于H2O)。5.1954年,美國阿爾農(nóng):光照下,葉綠體可合成____;1957年:這一過程總是與水的光解相伴隨。氧氣ATP知識(shí)點(diǎn)一光合作用的探究歷程1.希爾實(shí)驗(yàn):(1)實(shí)驗(yàn)過程:離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O,沒有CO2),在光照下可以釋放出氧氣。(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在適當(dāng)條件下葉綠體產(chǎn)生氧氣。2.魯賓和卡門實(shí)驗(yàn):相互對(duì)照(條件相同的兩組材料,分別標(biāo)記不同的物質(zhì):一組為H218O

,另一組為C18O2)。3.阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn):光照下葉綠體合成ATP,這一過程與水的光解相伴隨?！舅伎肌び懻摗肯枌?shí)驗(yàn)說明水光解可以產(chǎn)生氧氣,是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧全部來自水?為什么?(科學(xué)思維)提示:不能。葉綠體內(nèi)還有其他含有氧元素的物質(zhì),不能確定氧元素全部來自水。

【素養(yǎng)案例】美國科學(xué)家魯賓(S.Ruben)和卡門(M.kamen)用18O分別標(biāo)記H2O和CO2中的氧,進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)證明了(

)A.光合作用制造了有機(jī)物B.光合作用需要利用根系吸收的水分C.光合作用生成的氧來自水D.光合作用吸收的二氧化碳來自大氣【解析】選C。美國科學(xué)家魯賓和卡門用18O分別標(biāo)記H2O和CO2中的氧,進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)如果用18O標(biāo)記H2O,光合作用釋放的氧氣中含有18O;用18O標(biāo)記CO2,光合作用釋放的氧氣中沒有18O。科學(xué)家通過相互對(duì)照實(shí)驗(yàn),證明了光合作用生成的O2中的氧來自H2O?！舅仞B(yǎng)·遷移】下面表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下,小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。一段時(shí)間后,以下相關(guān)實(shí)驗(yàn)比較不正確的是(

)A.Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B.④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量C.②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量D.試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量C二、光合作用的過程1.寫出圖中序號(hào)代表的物質(zhì)或過程:①______②____③___④______⑤_______⑥________NADPHATPCO2(CH2O)光反應(yīng)暗反應(yīng)2.光反應(yīng)階段:(1)場所:葉綠體的___________。(2)條件:___、_____和有關(guān)的___。(3)物質(zhì)變化:①水的光解:H2O____+_______②ATP的合成:ADP+Pi+能量____。(4)能量變化:將_____轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的_______。類囊體薄膜光色素酶O22NADPHATP光能化學(xué)能3.暗反應(yīng)階段:(1)場所:葉綠體內(nèi)的___________中。(2)條件:___的催化。(3)物質(zhì)變化:①CO2的固定:CO2+C52C3②C3的還原:C3(CH2O)C3C5葉綠體基質(zhì)酶(4)能量變化:____中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物中____________。ATP穩(wěn)定的化學(xué)能【激疑】(1)在無光條件下,暗反應(yīng)能否長期進(jìn)行?提示:在無光條件下,光反應(yīng)不能進(jìn)行,光反應(yīng)的產(chǎn)物ATP和NADPH減少,不能滿足暗反應(yīng)的需求,暗反應(yīng)將停止進(jìn)行。

(2)若暗反應(yīng)停止,光反應(yīng)能否持續(xù)進(jìn)行?提示:暗反應(yīng)停止,光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH積累過多,抑制光反應(yīng)的進(jìn)行。知識(shí)點(diǎn)二光合作用的過程1.光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較:(1)區(qū)別:項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)(碳反應(yīng))實(shí)質(zhì)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,并釋放O2同化CO2,合成有機(jī)物需要條件外界條件:光照;內(nèi)部條件:色素、酶不需要光照;內(nèi)部條件:酶反應(yīng)場所葉綠體類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)內(nèi)物質(zhì)變化①水的光解:水分解成NADPH和O2②ATP的合成:在相關(guān)酶的作用下,ADP和Pi形成ATP①CO2的固定:CO2+C52C3②C3的還原:2C3(CH2O)+C5能量變化光能→活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能相應(yīng)產(chǎn)物O2、ATP和NADPH糖類等有機(jī)物(2)聯(lián)系:①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供兩種重要物質(zhì):NADPH和ATP,NADPH既可作還原劑,又可提供能量;暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供三種物質(zhì):ADP、Pi以及NADP+。②暗反應(yīng)有光無光都能進(jìn)行。若光反應(yīng)停止,暗反應(yīng)可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間,但時(shí)間不長,故晚上一般認(rèn)為只進(jìn)行呼吸作用,不進(jìn)行光合作用。2.光合作用過程中的物質(zhì)變化:(1)光合作用過程中C、O元素轉(zhuǎn)移途徑:(2)光合作用總反應(yīng)式與C、H、O元素的去向:3.光照和CO2濃度變化對(duì)細(xì)胞中C3、C5含量的影響:(1)理論依據(jù):細(xì)胞中C3的含量取決于C3的生成速率和C3的消耗速率。C3的生成通過CO2的固定實(shí)現(xiàn),C3的消耗通過C3的還原實(shí)現(xiàn),如圖所示:由C5+CO2→2C3可知,細(xì)胞中C3、C5的含量變化相反。(2)實(shí)例分析:外界條件變化分析結(jié)果光照強(qiáng)→弱光反應(yīng)減弱,NADPH和ATP減少,C3還原減弱,C3消耗減少,C5產(chǎn)生減少C3含量增多,C5含量減少弱→強(qiáng)光反應(yīng)增強(qiáng),NADPH和ATP增多,C3還原增強(qiáng),C3消耗增多,C5產(chǎn)生增多C3含量減少,C5含量增多CO2濃度高→低CO2固定減弱,C3產(chǎn)生減少,C5消耗減少C3含量減少,C5含量增多低→高CO2固定增強(qiáng),C3產(chǎn)生增多,C5消耗增多C3含量增多,C5含量減少【思考·討論】1.若給植物提供,一段時(shí)間后能否在植物體內(nèi)的有機(jī)物中發(fā)現(xiàn)18O?試說明原因。(生命觀念)提示:

參與有氧呼吸第二階段,可形成C18O2,C18O2參與光合作用,可形成含有

18O的有機(jī)物。2.光合作用中的還原劑和細(xì)胞呼吸中的還原劑是否相同,完成下表:(科學(xué)思維)光合作用過程中還原劑細(xì)胞呼吸過程中還原劑本質(zhì)還原型輔酶Ⅱ(NADPH)還原型輔酶Ⅰ(NADH)來源_______階段無氧呼吸第___階段、有氧呼吸第___、___階段去向_________________有氧呼吸第___階段光反應(yīng)一二三碳化合物的還原三一一【素養(yǎng)案例】陽光穿過森林中的空隙形成“光斑”,如圖表示一株生長旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和釋放O2量的變化,據(jù)此正確的分析是(

)A.光斑照射前,光合作用無法進(jìn)行B.光斑照射后,光反應(yīng)和暗反應(yīng)迅速同步增加C.光斑照射后,暗反應(yīng)對(duì)光反應(yīng)有限制作用D.光斑移開后,光反應(yīng)和暗反應(yīng)迅速同步減弱【解析】選C。光斑照射前,有氧氣釋放,說明植物細(xì)胞在進(jìn)行光合作用,A項(xiàng)錯(cuò)誤;光斑照射后,光反應(yīng)迅速增加,而暗反應(yīng)沒有相應(yīng)增加,二者不同步,B項(xiàng)錯(cuò)誤;光斑照射后,一開始光反應(yīng)遠(yuǎn)高于暗反應(yīng),然后光反應(yīng)逐漸減弱,與暗反應(yīng)保持一致,因此可以看出,暗反應(yīng)限制了光反應(yīng)的進(jìn)行,C項(xiàng)正確;光斑移開后,光反應(yīng)迅速減弱,而暗反應(yīng)過一段時(shí)間后才減弱,二者不同步,D項(xiàng)錯(cuò)誤?！舅仞B(yǎng)·探究】——母題追問科學(xué)思維——分析與綜合光斑移開后,C3含量和C3的生成速率會(huì)如何變化?為什么?提示:C3含量增多,C3的生成速率減慢。光斑移開后,光反應(yīng)減弱,NADPH和ATP合成量減少,被還原的C3減少,導(dǎo)致C3含量增多,進(jìn)而反饋抑制C3的生成過程,導(dǎo)致C3的生成速率減慢?！舅仞B(yǎng)·遷移】在其他條件適宜的情況下,在供試植物正常進(jìn)行光合作用時(shí)突然停止光照,并在黑暗中立即開始連續(xù)取樣分析,在短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C3和C5含量的變化是(

)A.C3和C5都迅速減少B.C3和C5都迅速增加C.C3迅速增加,C5迅速減少D.C3迅速減少,C5迅速增加【解析】選C。由題意知,在其他條件適宜的情況下,在供試植物正常進(jìn)行光合作用時(shí)突然停止光照后,光反應(yīng)停止,NADPH和ATP下降,C3的還原減弱直至停止,而CO2的固定則繼續(xù)進(jìn)行,但由于缺少NADPH和ATP,C3不能被還原而積累,使C3迅速增加;C5是植物體細(xì)胞內(nèi)具有一定數(shù)量且能循環(huán)利用的物質(zhì),當(dāng)C3不能被還原再形成C5時(shí),C5將迅速減少。所以,在供試植物正常進(jìn)行光合作用時(shí)突然停止光照,并在黑暗中立即開始連續(xù)取樣分析,此時(shí)葉綠體中C3迅速增加,C5迅速減少?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】在葉綠體中,ATP和ADP的運(yùn)動(dòng)方向是 (

)A.ADP由類囊體薄膜向葉綠體的基質(zhì)運(yùn)動(dòng),ATP則向相反方向運(yùn)動(dòng)B.AT