【同步備課】高一生物必修1優(yōu)質(zhì)課件：5.4 光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第2課時(shí) 光合作用的原理和應(yīng)用）-人教版

光合作用的原理和應(yīng)用人教版/必修1分子與細(xì)胞/第5章/第4節(jié)第二課時(shí)通過(guò)分析科學(xué)史實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明光合作用的場(chǎng)所、條件及過(guò)程。學(xué)習(xí)目標(biāo)情境導(dǎo)入科技的公關(guān)離不開(kāi)基礎(chǔ)科學(xué)的研究，光合作用的過(guò)程是如何發(fā)現(xiàn)的呢？情境導(dǎo)入1.視頻中提到的我國(guó)科學(xué)家構(gòu)建出的從二氧化碳到淀粉的合成途徑只有多少步化學(xué)反應(yīng)？自然光合作用合成淀粉需要多少步生化反應(yīng)？2.人工合成淀粉體系實(shí)現(xiàn)了什么能量之間的轉(zhuǎn)換？提示：請(qǐng)認(rèn)真看視頻，答案就在視頻中。復(fù)習(xí)回顧1.回顧初中所學(xué)的光合作用的知識(shí)，說(shuō)說(shuō)你對(duì)光合作用的理解。2.書(shū)寫(xiě)光合作用的反應(yīng)式3.一起來(lái)回顧光合作用的發(fā)現(xiàn)史。建構(gòu)概念O2的來(lái)源？材料1：19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開(kāi)，O2被釋放，C和H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖。有幾種可能?問(wèn)題：基于以上材料，你對(duì)O2來(lái)源的可能性有怎樣的初步判斷？提示：可能來(lái)自于水，根據(jù)上述材料分析可知，如果是來(lái)自二氧化碳，最終生成甲醛，對(duì)植物自身有害。建構(gòu)概念材料2：1937年，英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（如Fe3+，懸浮液中有H2O，沒(méi)有CO2），在光照下可以釋放出O2。問(wèn)題：基于以上材料，嘗試補(bǔ)充完整希爾實(shí)驗(yàn)表達(dá)式。H2O光照葉綠體Fe3+得電子Fe2+像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)作希爾反應(yīng)。建構(gòu)概念問(wèn)題1：反應(yīng)式的產(chǎn)物之一是O2，另一產(chǎn)物如何確定？H2O光照葉綠體Fe3+得電子Fe2+O2問(wèn)題2：希爾實(shí)驗(yàn)可以證明氧氣來(lái)自水，能否確定氧氣全部來(lái)自水？問(wèn)題3：若要證明氧氣全部來(lái)自水或二氧化碳，可采用什么方法？請(qǐng)說(shuō)出基本思路?，F(xiàn)在請(qǐng)看課本魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。H2O中H去哪了？回顧科學(xué)史魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)思路：用放射性同位素標(biāo)記來(lái)研究物質(zhì)的去路材料：小球藻處理：用18O分別標(biāo)記CO2和H2O，給予光照。結(jié)果：A為O2，B為18O2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了什么？建構(gòu)概念材料3：1954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)CO2條件下，給葉綠體光照時(shí)，向反應(yīng)體系供給ADP、Pi、和NADP+，體系中就會(huì)有ATP和NADPH產(chǎn)生（NADP+、H+、和電子結(jié)合形成NADPH，NADPH屬于還原性物質(zhì)）。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨?？偨Y(jié)：光反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化原理時(shí)間光反應(yīng)小結(jié)葉綠體中的色素吸收的光能，有兩方面的用途，部分將水分解成O2和H+，O2釋放出去，而H+與NADP+結(jié)合，形成NADPH，NADPH作為還原劑，參與暗反應(yīng)；另一部分在酶的催化作用下，促使ADP和Pi結(jié)合形成ATP，從而將光能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)存在ATP中的化學(xué)能。概念總結(jié)1.光反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化2.場(chǎng)所：葉綠體的類(lèi)囊體薄膜3.條件：光照、光合色素、酶建構(gòu)概念材料4：光合作用的產(chǎn)物除了O2，還有糖類(lèi)等有機(jī)物。20世紀(jì)40年代，美國(guó)科學(xué)家卡爾文等用小球藻作實(shí)驗(yàn)材料，利用同位素示蹤法追蹤了CO2中C的轉(zhuǎn)移路徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果1：照光30s,14C分布于多種化合物中，有C3、C5、C6等化合物。問(wèn)題：如何能確定CO2中的C先轉(zhuǎn)移到C3、C5、C6中的哪種化合物中呢？提示：縮短檢測(cè)時(shí)間，檢測(cè)放射性出現(xiàn)的物質(zhì)。建構(gòu)概念實(shí)驗(yàn)結(jié)果2：當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5s時(shí)，14C同時(shí)出現(xiàn)在C5和C6中?？s短到幾分之一秒時(shí)，幾乎所有的14C都集中在一種C3化合物上。問(wèn)題1：請(qǐng)據(jù)此大致描述CO2中的C的轉(zhuǎn)移路徑。問(wèn)題2：推測(cè)CO2與什么物質(zhì)結(jié)合形成C3？問(wèn)題3：卡爾文等經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有檢測(cè)到C2,通過(guò)改變CO2的量進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)預(yù)期，如果增加CO2的量，對(duì)C3和C5的影響是怎樣的？減少CO2的量，C3和C5又會(huì)有什么變化？CO2→C3→C5+C6C5C3增加，C5減少C3減少，C5增加實(shí)驗(yàn)求證卡爾文實(shí)驗(yàn)結(jié)果（增加或減少CO2量對(duì)C3/C5化合物的影響）建構(gòu)概念材料5：阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)，同時(shí)ATP和NADPH含量急劇下降。思考：卡爾文搞清了C的轉(zhuǎn)移途徑，即有機(jī)物的形成過(guò)程，與前面的研究水的光解產(chǎn)生O2的過(guò)程是否存在一定的聯(lián)系?再看材料3：1954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)CO2條件下，給葉綠體光照時(shí)，向反應(yīng)體系供給ADP、Pi、和NADP+，體系中就會(huì)有ATP和NADPH產(chǎn)生（NADP+、H+、和電子結(jié)合形成NADPH，NADPH屬于還原性物質(zhì)）。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。材料3和5，說(shuō)明了什么？說(shuō)明水在光下分解產(chǎn)生了ATP和NADPH，葉綠體利用ATP和NADPH將CO2轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)暗反應(yīng)小結(jié)綜上分析，嘗試畫(huà)出暗反應(yīng)圖解。在暗反應(yīng)階段，通過(guò)氣孔從外界吸收進(jìn)來(lái)的CO2，首先與葉綠體內(nèi)的C3結(jié)合，很快形成兩個(gè)C3（三碳化合物）分子。在有關(guān)酶的催化下，C3接受ATP和NADPH釋放的能量并被NADPH還原。其中一部分C3經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)形成糖類(lèi)，另一部分C2則又重新形成C3，這一暗反應(yīng)過(guò)程也稱(chēng)為卡爾文循環(huán)。概念總結(jié)1.暗反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化物質(zhì)變化：CO2的固定、C3的還原、ATP和NADPH的分解能量變化：ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?lèi)中歐穩(wěn)

定的化學(xué)能2.場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)3.條件：CO2、ATP、NADPH、酶建構(gòu)概念光反應(yīng)和暗反應(yīng)在物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化方面存在什么聯(lián)系？光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+。能量聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了活躍的化學(xué)能，暗反應(yīng)將活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)所需條件必須有光有光或無(wú)光均可進(jìn)行場(chǎng)所類(lèi)囊體膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)變化水光解為O2和H+；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解能量轉(zhuǎn)化光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能化能自養(yǎng)生物：利用環(huán)境中某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)釋放的能量將CO2和H2O（無(wú)機(jī)物）合成糖類(lèi)（有機(jī)物。例如：硝化細(xì)菌。硝化細(xì)菌能夠利用體外環(huán)境中的NH3氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)制造有機(jī)物。2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O能量酶化能合成作用課堂練習(xí)1.如圖為高等綠色植物光合作用過(guò)程圖解，以下說(shuō)法正確的是（

）A．A是光合色素，分布在葉綠體內(nèi)膜和類(lèi)囊體薄膜上B．E是ADP，在葉綠體類(lèi)囊體薄膜上產(chǎn)生C．G是三碳化合物，F(xiàn)是五碳化合物D．光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程均有酶的參與D2.用同位素標(biāo)記法研究光合作用和有氧呼吸過(guò)程中氧原子的來(lái)龍去脈，下列錯(cuò)誤結(jié)論是（