光合作用的原理和应用 第二课时 教学课件【知识精讲+备课精研】 高一生物 （人教版2019必修1）

细胞的能量供应和利用第5章第4节光合作用与能量转化

——光合作用的原理和应用本节聚焦光合作用是怎样进行的？光合作用过程中物质变化与能量变化有什么关系？光合作用原理在生产中有哪些应用？光合作用的原理和应用CO2+H2O（CH2O）O2+光能叶绿体叶绿体光能指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。实质：合成有机物，储存能量思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料119世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。CO2O2释放C+H2O甲醛多个缩合糖(CH2O)思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料2讨论2：希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。氧气产生和糖类合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。讨论1：希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？不能说明，反应体系中可以还存在其他氧元素供体，该实验没有排除叶绿体滤液中其它物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。希尔反应2+叶绿体思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料3鲁宾和卡门实验C18O2

CO2H2OH218O光照下的球藻悬液ABO218O21941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。讨论3：分析鲁宾和卡门做的实验，可以得出什么结论？光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2思考·讨论探究光合作用原理的部分实验资料4阿尔农实验

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。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。讨论4：尝试用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系？ADP＋Pi＋能量→ATPNADP＋＋H+＋2e→NADPHH2O→1/2O2＋2H+＋2e光NADP+：氧化型辅酶ⅡNADPH：还原型辅酶Ⅱ资料5卡尔文实验思考·讨论探究光合作用原理的部分实验用14C标记的CO2供小球藻实验，追踪检测其放射性。探明CO2中的C的转移途径。1961年12月10日获第61届诺贝尔化学奖CO2C3(CH2O)C51946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照①光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。②在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).③30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。放射性同位素标记法实验思路：同位素标记14CO2，研究物质转化过程材料：小球藻处理：光照、提供14CO2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。思考·讨论探究光合作用原理的部分实验

CO2C3

C6C5结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6结论：三碳化合物其他中间产物5秒后60秒后资料5卡尔文实验实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。结论：C3与C5之间是相互循环的。C52C3还原的C3CO2（CH2O）多种酶光合作用的原理

光能叶绿体CO2+H2O*（CH2O）+O2*1.光合作用的反应式：2.光合作用过程（1）光合作用分为哪几个阶段？分类依据是什么？（2）每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？光合作用光能光反应阶段：类囊体的薄膜暗反应阶段：叶绿体基质阅读P103-104和识图5-14光合作用过程示意图并填表光合作用过程的示意图光反应阶段暗反应阶段区别反应场所反应条件物质变化能量变化联系光合作用的原理一光反应阶段类囊体薄膜可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶条件：光、色素、多种酶场所：类囊体薄膜物质转化水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++e-

光色素光能能量转化:ATP、NADPH中的化学能ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++e-

NADPH酶光合作用的原理ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶能量条件：场所：叶绿体基质中有光无光都可以，多种酶等CO2的固定：C3的还原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH有机物中的化学能CO2＋C5

2C3酶物质转化ATP、NADPH中的化学能能量转化：光合作用的原理二暗反应阶段相关信息：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C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：3-磷酸甘油酸叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应阶段暗反应阶段NADP+NADPH光能→ATP、NADPH中的化学能→有机物中的化学能酶类囊体薄膜叶绿体基质可见光1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质。从叶绿体基质到类囊体薄膜。①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量①若有机物为(CH2O)：②（计算用）若有机物为C6H12O6：光合作用的原理思考•讨论光反应与暗反应的区别与联系

光反应阶段暗反应阶段区别反应场所反应条件物质变化能量变化叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体基质中需要光、色素、与光反应有关的酶需要与暗反应有关的酶光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能①水的光解：H2OH++O2②合成NADPH：NADP++H++e→NADPH③合成ATP：ADP+Pi+能量ATP光酶①CO2的固定：CO2+C52C3酶②C3还原：C3（CH2O）酶ATP、NADPH③C5的再生：C3C5酶ATP、NADPH区别：联系光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供NADPH和ATP；暗反应是光反应的继续；暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi，以及NADP+；光反应NADPH、ATP暗反应ADP、Pi、NADP+叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2,也参与叶绿体中生物大分子的合成。核酸、蛋白质2016年江苏高考第32题第3小题下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图（NADPH指【H】）,请回答下列问题：①②④（4）乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括（填序号）。①C3的还原②内外物质的运输③H2O裂解释放O2④酶的合成如2：2018年江苏高考第29题第4小题思考•讨论光反应与暗反应的区别与联系

条件骤变对光合作用中各物质（短时间内）的影响CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱减少增加减少减少光照增强增加减少增加增加光合作用的原理光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少增加减少增加减少CO2浓度增加减少增加减少增加光合作用的原理条件光照由强到弱，CO2供应不变光照由弱到强，CO2供应不变CO2供应由充足到不足，光照不变CO2供应由不足到充足，光照不变C3含量增加减少减少增加C5含量减少增加增加减少[H]和ATP的含量减少增加增加减少化能合成作用

能够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+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O