5.4.2光合作用的原理和应用-2课件【知识精研+拓展延伸】高一上学期生物人教版（2019）必修1

5.4.2光合作用与能量转化二、光合作用的原理和应用O2CH2OH2OCO2太阳能类囊体叶绿体基质复习叶绿体结构外膜内膜基粒类囊体色素分布：酶分布：基质类囊体薄膜上类囊体薄膜和叶绿体基质

绿色植物通过

，利用

，把

转化成储存着能量的

，并且释放

的过程。叶绿体光能二氧化碳和水有机物氧气(2)光合作用的实质：合成有机物，储存能量CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体原料：二氧化碳水产物：有机物(糖类)氧气场所：叶绿体条件：光能多种酶光合色素(1)光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？光合作用1.概念：2.反应式：注：（CH2O）表示糖类，

光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。一、光合作用的原理问题（1）叶绿体如何将光能转化为有机物中的化学能？（2）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

分析科学家做过的实验：探索光合作用原理的部分实验

探索光合作用原理的部分实验资料1：19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。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)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。初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。一、光合作用的原理资料2：1937年，英国科学家希尔。希尔发现，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。

不能。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。讨论1.

希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？O2H+离体的叶绿体悬浮液思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实

验进行探究？同位素示踪法

能够说明。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。讨论2.

希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？资料3：1941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分别标记成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给同种植物提供H218O和CO2，第二组给植物提供H2O和C18O2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是18O2,第二组释放的都是O2。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H2O18O2O2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讨论3.分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？对比实验相互对照资料4：美国科学家阿尔农（D.Arnon)1954年1957年以上几个实验说明：在光照时，叶绿体中生成了ATP。这一过程总是与水的光解相联系。1.光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水；2.水的光解还伴随ATP的产生；3.氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。划分依据:反应过程是否需要光能光反应（光合作用第一阶段）暗反应（光合作用第二阶段）又称碳反应思考：光反应在白天可以进行吗？夜间呢？暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才能反应有光、无光都能反应一.光合作用的原理1.光合作用过程①条件：光、光合色素、酶②场所：③物质变化：水的光解：ATP的合成：叶绿体类囊体薄膜上光能⑤能量转变：NADPH、ATP中活跃的化学能④产物：O2、NADPH、ATPH2OH++O2+电子（e-）光ADP＋Pi+光能ATP酶（1）光反应阶段一.光合作用的原理1.光合作用过程NADPH的合成：NADP++H++电子（e-）→NADPH酶还原剂H2O酶水的光解光能1.光反应类囊体薄膜上的色素酶酶O2H

+,e-NADPHNADP+ATPADP+PiATP的合成卡尔文同位素标记法1946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，让小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。（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)；（3）30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。20世纪40年代【提问】你能否建立CO2、C3、C5和C6的转化关系？探究活动：暗反应中有机物的合成途径14CO214C314C514C6（六碳糖）CO2、C3、C5和C6的转化关系CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体C3①条件：有光无光都可，需要多种酶②场所：叶绿体基质③物质变化：CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：NADPH、ATP中活跃的化学能⑤能量变化：糖类等有机物中稳定的化学能④产物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+（2）暗反应阶段（卡尔文循环）一.光合作用的原理1.光合作用过程2C3(CH2O)+C5ATPNADPHNADP+ADP+Pi酶糖类2C3C5NADPHATPADP+Pi(CH2O)多种酶催化酶CO2还原酶NADP+固定卡尔文循环2.暗反应O2NADPHATPNADP+ADP+PiC52C3光反应与暗反应的联系：光反应为暗反应提供NADPH和ATP暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi类囊体薄膜叶绿体基质ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜

光反应阶段暗反应阶段（卡尔文循环）场所条件物质变化能量变化联系项目叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质光、色素、酶有光无光都可，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+等原料过程

色素、酶2H2O

O2+4H+光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H+

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH光反应阶段与暗反应阶段的区别和联系元素的转移途径：氧元素：碳元素：H2OO2CO2C3（CH2O）能量的转移途径：光能ATP和NADPH中

的化学能糖类等有机物中

的化学能活跃稳定色素分子可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH议一议1、请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的NADPH和ATP,C3化合物和

C5化合物的含量如何变化？停止光照光反应停止NADPH

↓

ATP↓C3还原受阻;CO2固定继续C3

↑

C5↓条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)光照不变停止CO2供应

减少增加减少增加色素分子可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH2、请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，短时间内其体内的NADPH

和ATP，C3化合物和C5化合物的含量如何变化？C3还原受阻条件光照减弱

光照增强

CO2浓度减少

CO2浓度增加C3C5ATPNADPH增加减少减少增加减少增加增加减少减少增加增加减少减少增加增加减少总结：光照强度与CO2浓度改变引起的C3、C5、ATP、NADPH含量变化总结规律：ATP和NADPH、C5变化相同C3和C5变化相反

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+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O2