5.4+光合作用与能量转化（第二课时）【知识精研+培优拓展】高一生物 课件人教版2019必修1

第五章细胞的能量供应和利用光合作用与能量转化第五章第4节二

光合作用的原理和应用光合作用的原理目录NO.1丨捕获光能的色素NO.2丨叶绿体的结构适于进行光合作用NO.3丨光合作用的原理NO.4丨光合作用原理的应用Principleofphotosynthesiscatalogue

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。光合作用photosynthesis叶绿体光能二氧化碳水氧气有机物场所条件反应物生成物反应简式微信公众号：中学生物科学，欢迎关注！Reactionformula◉

叶绿体是如何将光能转化为化学能？◉

又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？◉

光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体科学探究探索光合作用原理的部分实验19世纪末CO2O2C+H2O甲醛（CH2O）1928年

甲醛不能通过光合作用转化成糖对植物有毒探索光合作用原理的部分实验1937年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验1937年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体【思考】请推测一下，O2从何而来？提示：水在光下分解，产生O2材料处理结果有O2释放探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体材料处理结果有O2释放叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应。希尔反应应反尔希1928年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体材料处理结果有O2释放提示:水的光解是一种氧化还原反应，水光解后产生O2、H+和电子，铁盐（Fe3+）即氧化剂是电子受体，得电子后化合价降低。【思考】希尔实验中加入氧化剂的作用是什么？NADP+和NADPH

NADP+(氧化型辅酶Ⅱ)接受电子与H+结合形成NADPH（还原型辅酶Ⅱ）1928年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体材料处理结果有O2释放【思考】尝试用一个简单的反应式描述希尔反应？2H2O+2NADP+O2+2NADPH+2H+

光能1928年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体材料处理结果有O2释放【思考】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？提示：希尔反应是将离体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。1928年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体材料处理结果有O2释放【思考】希尔实验没有向离体叶绿体提供光合作用的另一原料——CO2，但叶绿体在光下分解H2O释放出了O2，这说明了什么？提示：光合作用释放O2与CO2无直接关系。1928年

英国植物学家希尔探索光合作用原理的部分实验+氧化剂离体叶绿体加氧化剂，不通入CO2；给予光照叶绿体材料处理结果有O2释放【思考】是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？提示：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。1928年

英国植物学家希尔1941年

美国科学家鲁宾和卡门探索光合作用原理的部分实验1941年

美国科学家鲁宾和卡门甲组乙组探索光合作用原理的部分实验同位素标记法18OH218OC18O2C18O2H2OO2H218O

CO218O2【思考】分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？提示：光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。1954年美国科学家阿尔农探索光合作用原理的部分实验【思考】尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。探索光合作用原理的部分实验1954年美国科学家阿尔农1954年，美国科学家阿尔农发现，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。参考：合理即可例如ADP+PiATP2H2O+2NADP+O2+2NADPH+2H++能量

光能光合作用原理光合作用的过程十分复杂。。。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。光合作用原理光反应光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。阅读教材P103最后一段●

光反应在哪进行？●

光反应发生了哪些物质变化？●

光反应发生了哪些能量变化？类囊体色素光能H2O水的光解O2NADPHADP＋PiATPH+NADP+光反应酶条件：光、色素、酶产物：O2、ATP、NADPH场所：类囊体薄膜光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。反应物：H2OADPPiNADP+光合作用原理类囊体色素光能H2O水的光解O2NADPHADP＋PiATPH+NADP+光反应酶光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。物质变化能量变化水的光解ATP的合成NADPH的合成光能ATP、NADPH中活跃的化学能光合作用原理光反应光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。ATP类囊体腔叶绿体基质光合作用原理暗反应光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。CO2就如何转变为糖类的?CO2C3

（CH2O）同位素标记法20世纪40年代美国科学家卡尔文1、向小球藻类培养液中加入14CO22、连续60s取样，将藻类细胞置于热酒精中3、分离溶解物中的分子4、进行放射性显影，以确定放射性的部位光合作用原理暗反应光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。阅读教材P104最后一段●

暗反应在哪进行？●

暗反应发生了哪些物质变化？●

暗反应发生了哪些能量变化？光合作用原理暗反应光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。1molCO2固

定还

原CH2ONADPHATP1molC52molC3还原剂供能ADP+PiNADP+条件：多种酶产物：CH2OC5

ADPPi

NADP+场所：叶绿体基质供能反应物：CO2C5NADPHATP光合作用原理暗反应光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。1molCO2固

定还

原NADPHATP1molC52molC3还原剂供能ADP+PiNADP+供能物质变化能量变化CO2的固定ATP的水解C3的还原活跃的化学能稳定的化学能NADPH的分解CH2O光合作用原理暗反应光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。C5：核酮糖―1,5―二磷酸

（RuBP）C3：3―磷酸甘油酸

（PGA）

光合作用直接产物：3―磷酸甘油醛

（G3P）

3-磷酸甘油醛可以在叶绿体中合成淀粉，也能运出叶绿体在细胞质基质中合成蔗糖。卡尔文循环光合作用原理反应阶段光反应暗反应反应部位反应条件物质变化能量变化产物联系类囊体的薄膜上叶绿体基质叶绿体色素、酶、光能多种酶水的光解ATP的合成

NADPH的合成CO2的固定C3的还原ATP的水解

NADPH的分解光能→活跃的化学能活跃的化学能→稳定的化学能O2ATPNADPH（CH2O）C5

ADPPi

NADP+光反应为暗反应提供ATP和NADPH暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料光合作用原理归纳总结光反应阶段暗反应阶段ATPNADPHADP+PiNADP+2C3C5O2根据光合作用的基本过程填充下图类囊体膜上的色素多种酶参与催化光合作用原理归纳总结光合作用原理的应用目录NO.1丨捕获光能的色素NO.2丨叶绿体的结构适于进行光合作用NO.3丨光合作用的原理NO.4丨光合作用原理的应用Applicationoftheprincipleofphotosynthesiscatalogue

指植物在单位时间内，通过光合作用制造糖类的数量，直接关系农作物的产量，研究影响光合作用强度的环境因素很有现实意义。光合作用强度Photosyntheticintensity单位时间内光合作用固定CO2的量制造或产生有机物（糖类）量产生O2的量表示方法探究环境因素对光合作用强度的影响光照强度对光合作用强度的影响问题一：如何控制光照强度？不同功率的台灯或相同功率台灯离实验装置的距离光照强度对光合作用强度的影响问题二：如何检测光合作用的强度？

利用真空渗水法排除叶片细胞间隙中的气体，使其沉入水中。在光合作用的过程中植物吸收CO2并排除O2，产生O2的多少与光合作用的强度密切相关，O2溶解度很小，积累在细胞间隙从而使下沉的叶片上浮。因此可依据一定时间内叶片上浮的数量，来比较光合作用的强弱探究环境因素对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响②排气将圆形小叶片置于注射器内，用手指堵住注射器前段的小孔并缓幔拉动活塞，让小圆片内的气体逸出。步骤重复3次①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响③分组准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水，向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片②排气将圆形小叶片置于注射器内，用手指堵住注射器前段的小孔并缓幔拉动活塞，让小圆片内的气体逸出。步骤重复3次①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响④控制自变量将3只烧杯分别置于强、中、弱光下②排气将圆形小叶片置于注射器内，用手指堵住注射器前段的小孔并缓幔拉动活塞，让小圆片内的气体逸出。步骤重复3次①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）③分组准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水，向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响②排气将圆形小叶片置于注射器内，用手指堵住注射器前段的小孔并缓幔拉动活塞，让小圆片内的气体逸出。步骤重复3次①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）⑤检测因变量观察并记录叶圆片浮起所用的时间④控制自变量将3只烧杯分别置于强、中、弱光下③分组准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水，向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响②排气将圆形小叶片置于注射器内，用手指堵住注射器前段的小孔并缓幔拉动活塞，让小圆片内的气体逸出。步骤重复3次①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）⑤检测因变量观察并记录叶圆片浮起所用的时间④控制自变量将3只烧杯分别置于强、中、弱光下③分组准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水，向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片小圆形叶片加富含CO2的清水光照强度叶片浮起数量甲10片20mL强多乙10片20mL中中丙10片20mL弱少实验结果光照强度对光合作用强度的影响探究环境因素对光合作用强度的影响②排气将圆形小叶片置于注射器内，用手指堵住注射器前段的小孔并缓幔拉动活塞，让小圆片内的气体逸出。步骤重复3次①打孔用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片（避开大叶脉）⑤检测因变量观察并记录叶圆片浮起所用的时间④控制自变量将3只烧杯分别置于强、中、弱光下③分组准备3只小烧杯，装有富含CO2的清水，向3只小烧杯中各放入10片圆形小叶片光照强度光合作用强度A探究环境因素对光合作用强度的影响除了光照强度外，还有哪些环境因素会影响光合作用强度？在一定范围内，随光照强度增强而增强光照强度红光和蓝紫光对光合作用的强度影响最大光的波长在一定范围内，随CO2浓度增大而增强气孔开闭会影响CO2的供应，进而影响光合作用二氧化碳作为光合作用的原料之一水分供应还会影响气孔开闭

水

影响酶的活性

温度影响叶绿体的形成和结构

营养和病虫害探究环境因素对光合作用强度的影响如何探究CO2浓度对光合作用的影响数量相同的叶圆片置于烧杯底部等距离（10cm）置于40W的光源下1蒸馏水22%NaHCO3溶液310%NaHCO3溶液如何探究温度对光合作用的影响1低温蒸馏水2常温蒸馏水3高温蒸馏水水浴控制温度数量相同的叶圆片置于烧杯底部等距离（10cm）置于40W的光源下

自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫做化能合成作用。化能合成作用Chemosynthesis例如：硝化细菌NH3+O2HNO2+能量HNO2+O2HNO3+能量CO2+H2O(CH2O)+O2尝试分析光照强度减弱或CO2浓度下降后，叶绿体内的C5、C3、NADPH和ATP的含量变化？光反应阶段暗反应阶段ATPNADPHADP+PiNADP+2C3C5O2类囊体膜上的色素多种酶参与催化光↓ATP↓

ADP↑NADPH↓C3↑C5↓CO2↓

C3↓C5↑

ATP↑

ADP↓NADPH↑光合作用与呼吸作用的关系：O2CO2CO2O2CO2O2O2O2CO2CO2光合＜呼吸光合＝呼吸光合＞呼吸呼吸速率：单位时间内一定量的组织CO2的释放量或O2的吸收量。