5.4光合作用与能量转化第3课时【知识精研+能力提升】高一上学期生物人教版必修1

第4节光合作用与能量转化（第三课时）任课教师：陈思熹深山和拥挤的地铁，你更喜欢待在哪里？为什么呢？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。一光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2叶绿体叶绿体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呢？代表糖类6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体阅读课本102页思考·讨论，了解探究光合作用原理的部分实验。二、探究光合作用原理的部分实验19世纪末氧气

甲醛→糖1928年

甲醛不能通过光合作用转化成糖

甲醛对植物有毒CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)二、探究光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验实验1：1937年希尔实验材料：处理：在离体叶绿体的悬浮液（悬浮液中有H2O，没有CO2）中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下进行结果：在光照条件下，叶绿体有O2释放。（细胞器水平上）叶绿体中H2O光解产生氧气。推测：离体叶绿体（有H2O，无CO2）Fe3+Fe2+探索光合作用原理的部分实验问题1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？NADP++2H++2e-NADPH+H+结合H2O分解产生的2H+和2e-问题2：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？酶讨论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氧元素全部都来自水吗？不能说明，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移仅说明离体的叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。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？能够说明，希尔反应是在离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有水，没有合成糖类的必须原料--二氧化碳

，因此，水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示希尔反应是相对独立的反应阶段二、探究光合作用原理的部分实验探索光合作用原理的部分实验实验2：鲁宾和卡门实验实验思路：用放射性同位素标记法来研究物质的去路材料：小球藻处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。探索光合作用原理的部分实验实验2：鲁宾和卡门实验光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。结果：A为O2，B为18O2；结论：

O2O2

O218O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

O2O2

O2O2处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。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。一光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2叶绿体光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？代表糖类探索光合作用原理的部分实验材料：实验3：1954年阿尔农实验1处理：加入ADP、Pi，给予光照结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气在叶绿体中，有光存在的情况下，叶绿体内同时进行两个反应“水的光解”“ATP的合成”结论：离体叶绿体探索光合作用原理的部分实验在叶绿体中，有光存在的情况下，叶绿体内同时进行两个反应“水的光解”“ATP的合成”结论：光照水氧气ADP+PiATP探索光合作用原理的部分实验讨论3．分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？讨论4．尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于二氧化碳。H2O光照叶绿体O2+NADPH+能量ADP+PiATP叶绿体完成了将光能转化为ATP中活跃的化学能光反应阶段H2O类囊体薄膜酶Pi

＋ADPATPH+NADP++NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ色素O2①光反应光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上1.水的光解：H2OO2+2H++2e-光3.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能)

ATP光能→ATP与NADPH中的化学能场所：条件：能量变化：2.NADPH的合成：

酶酶H++NADP++2e-NADPH物质变化ATP只用于暗反应①光反应NADPH还原性辅酶Ⅱ，还原剂，参与暗反应，同时也储存部分能量供暗反应利用小结探究光合作用原理的部分实验总结年代科学家结论十九世纪末/甲醛→糖甲醛对植物有毒1928年/甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年希尔水的光解产生氧气1941年鲁宾和卡门利用同位素示踪法确定，光合作用氧气来自于水1954年阿尔农光照下叶绿体合成ATP1957年阿尔农这一过程总是与水的光解相伴小结1光合作用的原理暗反应阶段

实验4：阿尔农实验2材料：离体叶绿体处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件结果：供给ATP、NADPH离体叶绿体中才有糖类生成结论：黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。光反应阶段提供

1光合作用的原理实验5：卡尔文实验1实验目的：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。暗反应阶段

探究CO2转化为糖的路线1光合作用的原理实验5：卡尔文实验1实验结果暗反应阶段

（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照60秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物（五碳化合物（C5）、六碳糖(C6)以及三碳化合物（C3）等）（2）光照时间为5秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中

请尝试写出碳元素（C）的转移途径1光合作用的原理实验5：卡尔文实验1实验结果暗反应阶段

CO2转化成有机物过程中，C的转移途径：（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照60秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物（五碳化合物（C5）、六碳糖(C6)以及三碳化合物（C3）等）（2）光照时间为5秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中

1光合作用的原理暗反应阶段

卡尔文实验2：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。卡尔文循环请补充下列途径：卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径C3是指三碳化合物---3-磷酸甘油酸C5是指五碳化合物---核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）②暗反应/碳反应ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O)糖类CO2固定还原酶NADPH酶暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的。在这一阶段,CO2被利用，经过一系列的反应后生成糖类。暗反应阶段:光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。②暗反应/碳反应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①光反应（光合作用第一阶段）②暗反应（光合作用第二阶段）又称

碳反应划分依据:反应过程是否需要光能三、光合作用的过程1.CO2的固定：CO2＋C52C3酶2.C3的还原：ATP

ADP+Pi叶绿体的基质中ATP与NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)+C5酶有光无光都可，NADPH、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化：NADP+NADPH卡尔文循环②暗反应/碳反应小结卡尔文循环1光合作用的原理光合作用过程类囊体H2OO2CO2卡尔文循环（CH2O）叶绿体2C3C5ATPNADPHNADP+ADP+Pi类囊体薄膜叶绿体基质外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？暗反应光反应NADPHATP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C5含量NADPH和ATP的含量(CH2O)的合成量减少增加减少减少增加减少增加增加减少增加增加减少增加减少减少增加来源去路法分析物质含量的变化快速分析：CO2直接促进C3，光照直接促进NADPH和ATP，C5也跟随。2、物质含量变化C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反理解1光合作用的原理光反应暗反应所需条件进行场所物质变化能量转化光反应和暗反应的区别与联系必须有光有光无光都均可类囊体薄膜叶绿体基质水光解为O2和H＋ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH的化学能转化为有机物中稳定的化学能小结1光合作用的原理光反应和暗反应的区别与联系物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应的C3的还原，暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。能量联系：光反应将光能转化为活跃的化学能（光反应为暗反应提供了活跃的化学能）暗反应将活跃的化学能再转化为有机物中稳定的化学能。小结①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源③维持了大气成分的基本稳定四、光合作用的意义

光通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转理解3.根据光合作用的基本过程填充下图。NADPHADP+PiNADP+C3C5O2类囊体膜上的色素光反应（类囊体薄膜）暗反应（叶绿体基质）ATP①图中A是______,B是_______,它来自于______的光解。②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用于_______________。③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______④图中G________,F是__________,J是_____________⑤图中的H表示_______，I表示________，H为I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水NADPH基质用作还原剂并提供能量，还原C3ATP光能光反应NADPH和ATP色素C5化合物C3化合物糖类（淀粉和蔗糖）暗反应同位素标记元素的转移途径H：3H2ONADP3H(C

3H2O)C：14CO214C3(14CH2O)O：光反应暗反应CO2的固定C3的还原H218O18O2光反应C18O2CO2的固定C3的还原C3(CH218O)进阶考点光合作用与呼吸作用光合作用呼吸作用场所条件物质变化能量变化实质叶绿体光能→化学能细胞质基质及线粒体酶光、色素、酶无机物→有机物