【课件】光合作用的原理和应用+课件+2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

第2课时

光合作用与能量转化【学习目标】

1．通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，掌握光合作用的过程和基本原理2、通过归纳、概括，理清光反应与暗反应的区别与联系，说明光合作用的意义3．理解化能合成作用。【导】1、如右图是在

显微镜观察到的叶绿体亚显微结构模式图，说出下图中1到5的结构分别是什么？2、自然界中到处都有CO2、水和阳光，绿色植物通过

（生理过程）将它们合成有机物。电子1：叶绿体外膜2：叶绿体内膜3：类囊体4：基粒5：叶绿体基质光合作用一、光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。场所发生范围能量来源原料产物产物能量去向发生范围：绿色植物（主要）物质变化：二氧化碳＋水→有机物＋氧气能量变化：光能→有机物中的化学能知识归纳反应式：CO2＋H2O

(CH2O)＋O2光能叶绿体思考：能进行光合作用的生物一定含有叶绿体吗？探索光合作用原理的部分实验1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。结论：水的光解产生氧气。1、希尔反应二、光合作用的探究历程（2）希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？（3）希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。能够说明。希尔反应是将叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需的原料——CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。探索光合作用原理的部分实验1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它们分别变成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。2、美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）结论：光合作用产生的O2来自于H2O。实验分析：设置了

实验，自变量是

，因变量是

。

对比标记物质O2有没有18O探索光合作用原理的部分实验1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。3、阿尔农实验光照水氧气ADP+PiATP尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系？4、卡尔文的发现（速读课本课本104页第二段）（1）实验方法？

（2）实验材料？（3）实验过程？实验探明了？思考：研究人鼠细胞融合时采用的方法是？总结：应用同位素标记法进行的实验有：①分泌蛋白的合成与运输②鲁宾和卡门研究光合作用中氧气的来源③卡尔文研究CO2如何转化为糖类的。同位素标记法荧光标记法小球藻根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应，两个阶段。光合作用过程的示意图三、光合作用的过程类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解光反应过程H+NADPH酶1、光反应阶段条件：光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+场所：类囊体薄膜上物质转化水的光解：ATP的合成：H2O1/2O2+2H++2e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++e-NADPH酶能量转变：光能ATP、NADPH中活跃的化学能主要产物：O2、ATP、NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ注：希尔反应中的铁盐或其他氧化剂相当于氧化剂，相当于光反应中的NADP+ATP、NADPH2C3(CH2O)+C5酶CO2＋C52C3酶ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶暗反应过程NADPH酶能量2、暗反应（碳反应）阶段（卡尔文循环）条件：有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH物质转化CO2的固定：C3的还原：能量转变：ATP、NADPH中活跃的化学能糖类中稳定的化学能产物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+说明：

C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸；

C5是五碳化合物，即核酮糖-1,5-二磷酸；场所：叶绿体基质中类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶光反应暗反应

光合作用的过程H+NADPH酶酶能量场所：类囊体薄膜场所：叶绿体基质NADPH和ATP的移动途径是？从类囊体薄膜到叶绿体基质NADP+和ADP、Pi的呢？从叶绿体基质到类囊体薄膜NADPH的作用？①活泼的还原剂；②储存部分能量供暗反应阶段利用

光反应阶段暗反应阶段场所条件物质变化能量变化联系过程项目叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质光、色素、酶多种酶光能→ATP、NADPH中活跃的化学能ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能光反应为暗反应提供ATP和NADPH暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料3、光反应和暗反应比较H2OO2H+NADP+NADPHADP+PiATPCO22C3C5(CH2O）光反应暗反应相关信息：葡萄糖、淀粉在叶绿体基质中合成；蔗糖在细胞质基质中合成蔗糖筛管植物各处葡萄糖淀粉思考：Pi、ADP在叶绿体中移动方向：

。

在有关酶的作用下，C3接受

的能量，并被

还原，经过一系列的反应转化为糖类或C5。

④I为K提供

。2、根据同位素示踪法填出光合作用中C、H、O的转移途径(1)H:3H2O_______________________________________________________。(2)C:14CO2____________________________________________________。(3)O：H218O______

______，C18O2______

____。叶绿体基质到类囊体薄膜ATP、NADPHNADPHADPPi和NADP+

3H+

NADP3H(C3H2O)

14C3

(14CH2O)+C5

18O2

C3

(CH218O)+C5

3.光照和CO2浓度变化对细胞内C3、C5、NADPH、ATP及（CH2O）含量的影响分析方法：

①需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。②需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。环境改变时光合作用各物质含量的变化分析叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

光照减弱减少增加减少光合作用的原理物质的量时间强光照C3C5,

[H],

ATP

弱光照CO2供应量不变：光照强→弱环境改变时光合作用各物质含量的变化分析叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光光照不变NADPH、ATPC3C5

CO2浓度减少增加减少增加物质的量时间缺乏C3,

(CH2O)C5,

[H],

ATPCO2充足光照强度不变：CO2充足→缺乏CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

光照减弱减少增加减少光照增强增加减少增加光照不变NADPH、ATPC3C5

CO2浓度减少增加减少增加CO2浓度增加减少增加减少4.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)一直光照条件下，会造成[H]、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下，[H]、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。例2.若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲________乙。＜四、化能合成作用利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2OC6H12O6+6O2能量化能合成作用光合作用化能合成作用本质都能将CO2和H2O等无机物合成有机物区别能量光能氧化无机物放出的代表生物绿色植物硝化细菌等微生