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

2023年11月1日發(fā)行的《科技創(chuàng)新》郵票中，其中一枚為人工合成淀粉。

這是2021年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展之一。中國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次不依賴光合作用實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工合成，對(duì)未來(lái)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生物制造產(chǎn)業(yè)的具有重要影響。

第5章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第4節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化二

、光合作用的原理和應(yīng)用第2課時(shí)O2CH2OH2OCO2太陽(yáng)能類囊體葉綠體基質(zhì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.概述光合作用的概念及其探索歷程2.說(shuō)出光合作用過(guò)程中的物質(zhì)變化和能量變化概念：指綠色植物通過(guò)

，利用光能，把

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出

的過(guò)程。

反應(yīng)式：

。

葉綠體

二氧化碳和水

氧氣

場(chǎng)所條件產(chǎn)物原料CO2+H2O*(CH2O)+O2*葉綠體光能光合作用釋放的氧氣是來(lái)自原料中的水還是二氧化碳呢？

我們先來(lái)分析科學(xué)家做過(guò)的一些實(shí)驗(yàn)。1.光合作用的概念及反應(yīng)式一、探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)2.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)①

19世紀(jì)末

甲醛→糖②

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)化成糖類。資料2：希爾實(shí)驗(yàn)：1937年，英國(guó)科學(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（懸浮液中有H2O，沒(méi)有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。O2H+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)討論1：希爾的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否能說(shuō)明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來(lái)自水？為什么？不能。沒(méi)有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒(méi)有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。合作探究

任務(wù)一：探索光合作用原理--光反應(yīng)資料2：希爾實(shí)驗(yàn)：1937年，英國(guó)科學(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（懸浮液中有H2O，沒(méi)有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。O2H+討論2：希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？能夠說(shuō)明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒(méi)有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段。合作探究

任務(wù)一：探索光合作用原理--光反應(yīng)思考：能否有更加好的方法研究O2中的氧元素到底來(lái)自H2O還是CO2？資料3

1941年，美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤法研究了光合作用中O2的來(lái)源，他們用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2，然后進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)：分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)，能得出什么結(jié)論？結(jié)論：氧氣中的氧全部來(lái)源于H2O，而并不來(lái)源于CO2。合作探究

任務(wù)一：探索光合作用原理--光反應(yīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)相互對(duì)照3.阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)過(guò)程:離體葉綠體,加入ADP、Pi,給予光照。發(fā)現(xiàn)葉綠體生成ATP,且同時(shí)水光解產(chǎn)生氧氣。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:光照下,

水光解的同時(shí)ADP和Pi合成ATP

?。

阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)過(guò)程:離體葉綠體,在黑暗條件下,供給ATP、NADPH和CO2,發(fā)現(xiàn)離體葉綠體中有糖類生成。但在沒(méi)有ATP、NADPH供給的情況下則不能合成糖類。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:黑暗條件下,

CO2合成糖類需要ATP和NADPH

?。水光解的同時(shí)ADP和Pi合成ATP

CO2合成糖類需要ATP和NADPH

1.離體葉綠體在有鐵鹽或其他氧化劑的水溶液中，

經(jīng)光照可產(chǎn)生氧氣。

(

)2.魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)和卡爾文實(shí)驗(yàn)都采用了放射性同位素標(biāo)記法。

（）3.葉綠體中合成ATP和水光解是獨(dú)立進(jìn)行的。 (

)4.光合作用一定在葉綠體中進(jìn)行。

（

）√×××放射性同位素3H、14C、35S、32P習(xí)題鞏固上述實(shí)驗(yàn)表明：光合作用釋放的氧氣中的氧元素來(lái)自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。光合作用的概念：光合作用是指綠色植物通過(guò)

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(guò)程。CO?

+H?O光能

葉綠體(CH?O)+O?上述實(shí)驗(yàn)表明，光合作用釋放的氧氣中的氧元素來(lái)自水，氧氣的產(chǎn)生和糖類

的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。2

光合作用的過(guò)程.根據(jù)是否需要

光

能

,這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為

光反應(yīng)

和

暗

反

應(yīng)

(現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng))兩個(gè)階段。H?O

CO?葉綠體基質(zhì)(CH?O)光合作用的原理1三、光合作用的過(guò)程根據(jù)是否需要光能，將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）兩個(gè)階段。光反應(yīng)

類囊體薄膜上的色素分子可見(jiàn)光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ1.條件光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+2.場(chǎng)所類囊體薄膜上3.主要產(chǎn)物O2、ATP、NADPH三、光合作用的過(guò)程光反應(yīng)

光合作用第一階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作光反應(yīng)階段。4.物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素NADPH的合成：光能5.能量轉(zhuǎn)變ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ADP+Pi+能量ATP+H2O酶NADP++H++2e-

NADPH酶三、光合作用的過(guò)程2C3C5NADPHADP+Pi(CH2O)ATP多種酶參加催化酶CO2還原固定供能葉綠體基質(zhì)CO2的固定：C3的還原：CO2

+C52C3酶NADP+2.第2階段：暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP→ADP+PiNADPH→NADP+有光無(wú)光都可，酶卡爾文循環(huán)供氫酶過(guò)程光反應(yīng)暗反應(yīng)場(chǎng)所條件

、

和酶多種酶原料

、NADP+、ADP、PiNADPH、ATP、

；產(chǎn)物

、ADP、Pi、NADP+物質(zhì)變化①

:

②

:ADP+PiATP①

:CO2+C52C3

②

:2C3(CH2O)+C5

能量轉(zhuǎn)化光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→【探索新知2】二、光合作用的原理【任務(wù)③】結(jié)合課本，完成表格：ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能(CH2O)中穩(wěn)定的化學(xué)能類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)光色素H2OCO2NADPH、ATP、O2(CH2O)水的光解ATP的合成CO2的固定C3的還原二

光合作用的原理光合作用的表達(dá)式：任務(wù)七

結(jié)合過(guò)程及總反應(yīng)式，小組合作寫出產(chǎn)物是葡萄糖的反應(yīng)式并寫出元素走向？光能葉綠體6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2

①H的轉(zhuǎn)移：H2O→[H]→(CH2O)+H2O②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→(CH2O)③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→(CH2O)+H2OH2O→O2

二、光合作用的原理1.寫出光合作用總反應(yīng)式，并標(biāo)明O元素的轉(zhuǎn)移途徑。2.若用放射性同位素14C標(biāo)記CO2，請(qǐng)寫出光合作用過(guò)程中14C轉(zhuǎn)移途徑。3.若為一株綠色植物提供放射性同位素標(biāo)記的H218O，綜合考慮光合作用和呼吸作用，則能在哪些物質(zhì)中檢測(cè)到18O？試用反應(yīng)式表示。

【探究活動(dòng)一】有氧呼吸第三階段H218O有氧呼吸第二階段C18O2(CH218O)暗反應(yīng)H218O光反應(yīng)

18O2練一練1.依據(jù)光合作用的基本原理，判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)光合作用釋放的氧氣中的氧元素來(lái)自水。（）(2)光反應(yīng)只能在光照條件下進(jìn)行，暗反應(yīng)只能在黑暗條件下進(jìn)行。（）(3)影響光反應(yīng)的因素不會(huì)影響暗反應(yīng)。（）√××2.如果用含有14C的CO2來(lái)追蹤光合作用中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，則是（）A.CO2→葉綠體→ADPB.CO2→葉綠體→ATPC.CO2→乙醇→糖類D.CO2→三碳化合物→糖類D

能

量6CO?+6H?O

2C?H?2O?+6O?討論：進(jìn)行化能合成作用的生物屬于自養(yǎng)還是異養(yǎng)生物?異養(yǎng)生物：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機(jī)物來(lái)維持自身的生命活動(dòng)。

自養(yǎng)生物：以無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)。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(lái)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。2NH?+3O?2HNO?+O?2HNO?

+2H?O+能量2HNO?+

能量硝化細(xì)菌硝化細(xì)菌探究

·

實(shí)踐：探究環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響閱讀P105,找出以下關(guān)鍵信息：實(shí)驗(yàn)材料：

圓形小葉片注射器的作用

：排出圓形小葉片中的氣體控制方法不同瓦數(shù)的燈或相同瓦數(shù)

臺(tái)燈離實(shí)驗(yàn)裝置的距離檢測(cè)方法相同時(shí)間小圓形葉片浮起的數(shù)量自變量：光照強(qiáng)弱因變量：光合作用強(qiáng)度/光合作用的原理1環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化分析1.“來(lái)源－去路”法CO2濃度不變NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照減弱光照增強(qiáng)減少減少減少減少增加增加增加增加1.“來(lái)源－去路”法光照不變C3C5

（CH2O）NADPH、ATPCO2濃度減少CO2濃度增加增加增加增加增加減少減少減少減少2.模型法①圖1中曲線甲表示

，曲線乙表示

。②圖2中曲線甲表示

，曲線乙表示

。③圖3中曲線甲表示

，曲線乙表示

。④圖4中曲線甲表示

，曲線乙表示

。C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATP