5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)課件高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

第4節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)

葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)及光合作用原理第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用歡迎來到高效生物課堂情景導(dǎo)入——人工合成淀粉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。11步約60步情景導(dǎo)入——人工合成淀粉科技的公關(guān)離不開基礎(chǔ)科學(xué)的研究，光合作用的過程是如何發(fā)現(xiàn)的呢？復(fù)習(xí)回顧1.回顧初中所學(xué)的光合作用的知識(shí)，說說你對(duì)光合作用的理解。2.書寫光合作用的反應(yīng)式3.一起來回顧光合作用的發(fā)現(xiàn)史。光合作用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(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體過程O2的來源？有幾種可能?O2的來源？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，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，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。有幾種可能?問題：基于以上材料，你對(duì)O2來源的可能性有怎樣的初步判斷？提示：可能來自于水，根據(jù)上述材料分析可知，如果是來自二氧化碳，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，沒有CO2），在光照下可以釋放出O2。問題：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)稱作希爾反應(yīng)。建構(gòu)概念離體葉綠體的懸浮液氧化劑(懸浮液中有H2O,沒有CO2)O2問題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問題2：希爾實(shí)驗(yàn)可以證明氧氣來自水，能否確定氧氣全部來自水？問題3：若要證明氧氣全部來自水或二氧化碳，可采用什么方法？請(qǐng)說出基本思路?，F(xiàn)在請(qǐng)看課本魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。建構(gòu)概念魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)思路：用同位素標(biāo)記法來研究物質(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)果說明了什么？建構(gòu)概念H2O中H去哪了？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)這一過程總是與水的光解相伴隨。嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系?？偨Y(jié)：光反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化建構(gòu)概念NADP++H++e-

NADPH酶H2OO2+NADPH

光照葉綠體ADP+Pi

ATP

能量+H2OO2+H++e-

光色素葉綠體類囊體薄膜結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一色素復(fù)合體膜蛋白膜蛋白ATP合成酶色素復(fù)合體建構(gòu)概念光反應(yīng)

類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收分解H+NADPH酶（氧化型輔酶Ⅱ）（還原型輔酶Ⅱ）條件：光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+場(chǎng)所：類囊體薄膜主要產(chǎn)物：O2、ATP、NADPH課中學(xué)習(xí)——光反應(yīng)小結(jié)還原劑、供能物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的分解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素NADPH的合成：光能能量轉(zhuǎn)變ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量

ATP酶NADP++H++e-

NADPH酶課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理光反應(yīng)

材料4：光合作用的產(chǎn)物除了O2，還有糖類等有機(jī)物。實(shí)驗(yàn)：卡爾文實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)思路：同位素標(biāo)記14CO2，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程材料：小球藻處理：光照、提供14CO2；不同時(shí)間殺死小球藻，再紙層析分離，最后鑒定放射性物質(zhì)。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。問題1：請(qǐng)據(jù)此大致描述CO2中的C的轉(zhuǎn)移路徑。問題2：推測(cè)CO2與什么物質(zhì)結(jié)合形成C3？問題3：卡爾文等經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，并沒有檢測(cè)到C2,通過改變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？C2？建構(gòu)概念3個(gè)CO2生成的C3？CO2C3

C6C5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）實(shí)驗(yàn)求證問題2：推測(cè)CO2與什么物質(zhì)結(jié)合形成C3？C2？C5！3個(gè)CO2生成的C3？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，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)物的形成過程，與前面的研究水的光解產(chǎn)生O2的過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)這一過程總是與水的光解相伴隨。材料3和5，說明了什么？說明水在光下分解產(chǎn)生了ATP和NADPH，葉綠體利用ATP和NADPH將CO2轉(zhuǎn)化為糖類建構(gòu)概念A(yù)DP+PiATPNADP+能量C52C3酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：有光無(wú)光都可以，酶、CO2、ATP、NADPH場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)中產(chǎn)物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+暗反應(yīng)

綜上分析，嘗試畫出暗反應(yīng)圖解。暗反應(yīng)小結(jié)物質(zhì)轉(zhuǎn)化CO2的固定：C3的還原：2C3

(CH2O)+C5酶NADPHATPADP+PiNADP+ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)變有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2＋C5

2C3酶暗反應(yīng)

暗反應(yīng)小結(jié)物質(zhì)轉(zhuǎn)化CO2的固定：C3的還原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP、NADPH中活躍的化學(xué)能能量轉(zhuǎn)變有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能CO2＋C5

2C3酶暗反應(yīng)

暗反應(yīng)小結(jié)葉綠體中的色素可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)暗反應(yīng)NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能酶類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理1.NADPH和ATP的移動(dòng)途徑是什么？從類囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。2.NADP+和ADP的移動(dòng)途徑呢？從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜。3.NADPH的作用？①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理快問快答：4.請(qǐng)同學(xué)們?cè)诜磻?yīng)式上標(biāo)出C、H、O三種元素的去路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課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物兩階段相同點(diǎn)光合作用實(shí)質(zhì)光反應(yīng)暗反應(yīng)類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)葉綠體色素、酶、光能酶光能→活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5都包括物質(zhì)變化和能量變化把無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來ATPADP+Pi+能量酶課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理H2OO2+H++e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADP++H++e-

NADPH酶2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPHCO2＋C5

2C3酶化能合成作用：能夠利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。

例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量課中學(xué)習(xí)——任務(wù)4：化能合成作用課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理【課堂評(píng)價(jià)】1.將一株質(zhì)量為20g的黃瓜幼苗栽種在光照等適宜的環(huán)境中，一段時(shí)間后植株達(dá)到40g，其增加的質(zhì)量來自()A．水、礦質(zhì)元素和空氣 B．光、礦質(zhì)元素和水C．水、礦質(zhì)元素和土壤 D．光、礦質(zhì)元素和空氣2．在科學(xué)家對(duì)光合作用的探索歷程中，下列哪一項(xiàng)敘述不準(zhǔn)確()A．恩格爾曼以水綿為實(shí)驗(yàn)材料，證明光合作用是發(fā)生在葉綠體的受光部位B．希爾發(fā)現(xiàn)離體葉綠體在適當(dāng)條件下，可以發(fā)生水的光解并產(chǎn)生氧氣C．魯賓和卡門利用同位素示蹤的方法，證明光合作用中釋放的氧氣來自二氧化碳D．阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)光合作用中葉綠體合成ATP總是與水的光解相伴隨AC課中學(xué)習(xí)——任務(wù)3：光合作用的原理【課堂評(píng)價(jià)】3．某科學(xué)家用含14C的二氧化碳來追蹤光合作用中碳原子轉(zhuǎn)移途徑，能正確表示碳原子轉(zhuǎn)移途徑的是()A．CO2→葉綠素→ADPB．CO2→C3→葡萄糖C．CO2→酒精→葡萄糖D．CO2→葉綠素→ATP4．光合作用過程包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)，下圖表示光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系，據(jù)圖判斷下列敘述不正確的是()A．光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPHB．停止光照，葉綠體中AT