5.4光合作用與能量轉化第3課時【知識精研+能力提升】高一上學期生物人教版必修1

第4節(jié)光合作用與能量轉化（第三課時）任課教師：陳思熹深山和擁擠的地鐵，你更喜歡待在哪里？為什么呢？光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。一光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2葉綠體葉綠體如何將光能轉化為化學能？又是如何將化學能儲存在糖類等有機物中的？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？代表糖類6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體閱讀課本102頁思考·討論，了解探究光合作用原理的部分實驗。二、探究光合作用原理的部分實驗19世紀末氧氣

甲醛→糖1928年

甲醛不能通過光合作用轉化成糖

甲醛對植物有毒CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)二、探究光合作用原理的部分實驗探索光合作用原理的部分實驗實驗1：1937年希爾實驗材料：處理：在離體葉綠體的懸浮液（懸浮液中有H2O，沒有CO2）中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下進行結果：在光照條件下，葉綠體有O2釋放。（細胞器水平上）葉綠體中H2O光解產生氧氣。推測：離體葉綠體（有H2O，無CO2）Fe3+Fe2+探索光合作用原理的部分實驗問題1：希爾實驗中的氧化劑起到什么作用？NADP++2H++2e-NADPH+H+結合H2O分解產生的2H+和2e-問題2：葉綠體內參與光合作用的氧化劑是什么？酶討論1：希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中氧元素全部都來自水嗎？不能說明，該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也沒有直接觀察到氧元素的轉移僅說明離體的葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產生氧氣。討論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，希爾反應是在離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有水，沒有合成糖類的必須原料--二氧化碳

，因此，水的光解并非必須與糖的合成相關聯(lián)，暗示希爾反應是相對獨立的反應階段二、探究光合作用原理的部分實驗探索光合作用原理的部分實驗實驗2：魯賓和卡門實驗實驗思路：用放射性同位素標記法來研究物質的去路材料：小球藻處理：用18O分別標記CO2和H2O，給予光照。探索光合作用原理的部分實驗實驗2：魯賓和卡門實驗光合作用產生的O2來自于H2O，不來自CO2。結果：A為O2，B為18O2；結論：

O2O2

O218O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

O2O2

O2O2處理：用18O分別標記CO2和H2O，給予光照。光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。一光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2葉綠體光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？代表糖類探索光合作用原理的部分實驗材料：實驗3：1954年阿爾農實驗1處理：加入ADP、Pi，給予光照結果：葉綠體生成ATP，且同時水光解產生氧氣在葉綠體中，有光存在的情況下，葉綠體內同時進行兩個反應“水的光解”“ATP的合成”結論：離體葉綠體探索光合作用原理的部分實驗在葉綠體中，有光存在的情況下，葉綠體內同時進行兩個反應“水的光解”“ATP的合成”結論：光照水氧氣ADP+PiATP探索光合作用原理的部分實驗討論3．分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結論？討論4．嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系。光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于二氧化碳。H2O光照葉綠體O2+NADPH+能量ADP+PiATP葉綠體完成了將光能轉化為ATP中活躍的化學能光反應階段H2O類囊體薄膜酶Pi

＋ADPATPH+NADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素O2①光反應光反應階段：光合作用第一個階段的化學反應，必須有光才能進行，這個階段叫作光反應階段。光反應階段是在類囊體的薄膜上進行的。光、色素、酶葉綠體內的類囊體薄膜上1.水的光解：H2OO2+2H++2e-光3.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能)

ATP光能→ATP與NADPH中的化學能場所：條件：能量變化：2.NADPH的合成：

酶酶H++NADP++2e-NADPH物質變化ATP只用于暗反應①光反應NADPH還原性輔酶Ⅱ，還原劑，參與暗反應，同時也儲存部分能量供暗反應利用小結探究光合作用原理的部分實驗總結年代科學家結論十九世紀末/甲醛→糖甲醛對植物有毒1928年/甲醛不能通過光合作用轉化成糖1937年希爾水的光解產生氧氣1941年魯賓和卡門利用同位素示蹤法確定，光合作用氧氣來自于水1954年阿爾農光照下葉綠體合成ATP1957年阿爾農這一過程總是與水的光解相伴小結1光合作用的原理暗反應階段

實驗4：阿爾農實驗2材料：離體葉綠體處理：供給ATP、NADPH和CO2，黑暗條件結果：供給ATP、NADPH離體葉綠體中才有糖類生成結論：黑暗條件下，CO2合成糖類需要ATP和NADPH。光反應階段提供

1光合作用的原理實驗5：卡爾文實驗1實驗目的：實驗思路：同位素標記14CO2，研究物質轉化過程材料：小球藻處理：光照、提供14CO2；不同時間殺死小球藻，再紙層析分離，最后鑒定放射性物質。暗反應階段

探究CO2轉化為糖的路線1光合作用的原理實驗5：卡爾文實驗1實驗結果暗反應階段

（1）向反應體系中充入一定量的14CO2,光照60秒后檢測產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物（五碳化合物（C5）、六碳糖(C6)以及三碳化合物（C3）等）（2）光照時間為5秒時發(fā)現，90%的放射性出現在一種三碳化合物（C3）中

請嘗試寫出碳元素（C）的轉移途徑1光合作用的原理實驗5：卡爾文實驗1實驗結果暗反應階段

CO2轉化成有機物過程中，C的轉移途徑：（1）向反應體系中充入一定量的14CO2,光照60秒后檢測產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物（五碳化合物（C5）、六碳糖(C6)以及三碳化合物（C3）等）（2）光照時間為5秒時發(fā)現，90%的放射性出現在一種三碳化合物（C3）中

1光合作用的原理暗反應階段

卡爾文實驗2：實驗現象：如果光照下突然中斷CO2供應，C3急劇減少而C5量增加；突然停止光照，C3濃度急速升高而C5的濃度急速降低。結論：C3與C5之間是相互循環(huán)的?？栁难h(huán)請補充下列途徑：卡爾文循環(huán)：CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑C3是指三碳化合物---3-磷酸甘油酸C5是指五碳化合物---核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）②暗反應/碳反應ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶暗反應階段的化學反應是在葉綠體的基質中進行的。在這一階段,CO2被利用，經過一系列的反應后生成糖類。暗反應階段:光合作用第二個階段中的化學反應，有沒有光都能進行，這個階段叫作暗反應階段。②暗反應/碳反應光反應在白天可以進行嗎？夜間呢？暗反應在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應有光、無光都能反應①光反應（光合作用第一階段）②暗反應（光合作用第二階段）又稱

碳反應劃分依據:反應過程是否需要光能三、光合作用的過程1.CO2的固定：CO2＋C52C3酶2.C3的還原：ATP

ADP+Pi葉綠體的基質中ATP與NADPH中的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能2C3(CH2O)+C5酶有光無光都可，NADPH、ATP、酶場所：條件：物質變化能量變化：NADP+NADPH卡爾文循環(huán)②暗反應/碳反應小結卡爾文循環(huán)1光合作用的原理光合作用過程類囊體H2OO2CO2卡爾文循環(huán)（CH2O）葉綠體2C3C5ATPNADPHNADP+ADP+Pi類囊體薄膜葉綠體基質外界條件突然改變，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何變化？暗反應光反應NADPHATP條件光照由強到弱，CO2供應不變光照由弱到強，CO2供應不變CO2供應由充足到不足，光照不變CO2供應由不足到充足，光照不變C3含量C5含量NADPH和ATP的含量(CH2O)的合成量減少增加減少減少增加減少增加增加減少增加增加減少增加減少減少增加來源去路法分析物質含量的變化快速分析：CO2直接促進C3，光照直接促進NADPH和ATP，C5也跟隨。2、物質含量變化C5、NADPH、ATP變化一致，C3、C5相反理解1光合作用的原理光反應暗反應所需條件進行場所物質變化能量轉化光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系必須有光有光無光都均可類囊體薄膜葉綠體基質水光解為O2和H＋ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解光能轉化為ATP和NADPH中的化學能ATP和NADPH的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能小結1光合作用的原理光反應和暗反應的區(qū)別與聯(lián)系物質聯(lián)系：光反應生成的ATP和NADPH供暗反應的C3的還原，暗反應為光反應提供了ADP、Pi和NADP+。能量聯(lián)系：光反應將光能轉化為活躍的化學能（光反應為暗反應提供了活躍的化學能）暗反應將活躍的化學能再轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能。小結①把無機物合成有機物，不僅是自身的營養(yǎng)物質,而且是人和動物的食物來源②將光能轉換成化學能，貯存在有機物中，提供了生命活動的能量來源③維持了大氣成分的基本穩(wěn)定四、光合作用的意義

光通過驅動光合作用而驅動生命世界的運轉理解3.根據光合作用的基本過程填充下圖。NADPHADP+PiNADP+C3C5O2類囊體膜上的色素光反應（類囊體薄膜）暗反應（葉綠體基質）ATP①圖中A是______,B是_______,它來自于______的光解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于_______________。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，I表示________，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水NADPH基質用作還原劑并提供能量，還原C3ATP光能光反應NADPH和ATP色素C5化合物C3化合物糖類（淀粉和蔗糖）暗反應同位素標記元素的轉移途徑H：3H2ONADP3H(C

3H2O)C：14CO214C3(14CH2O)O：光反應暗反應CO2的固定C3的還原H218O18O2光反應C18O2CO2的固定C3的還原C3(CH218O)進階考點光合作用與呼吸作用光合作用呼吸作用場所條件物質變化能量變化實質葉綠體光能→化學能細胞質基質及線粒體酶光、色素、酶無機物→有機物