5.4光合作用与能量转化(第2课时)课件高一上学期生物人教版（2019）必修1

2023年11月1日发行的《科技创新》邮票中，其中一枚为人工合成淀粉。

这是2021年度中国科学十大进展之一。中国科学家在国际上首次不依赖光合作用实现了二氧化碳到淀粉的人工合成，对未来的农业生产、生物制造产业的具有重要影响。

第5章细胞的能量供应和利用第4节

光合作用与能量转化二

、光合作用的原理和应用第2课时O2CH2OH2OCO2太阳能类囊体叶绿体基质学习目标1.概述光合作用的概念及其探索历程2.说出光合作用过程中的物质变化和能量变化概念：指绿色植物通过

，利用光能，把

转化成储存着能量的有机物，并且释放出

的过程。

反应式：

。

叶绿体

二氧化碳和水

氧气

场所条件产物原料CO2+H2O*(CH2O)+O2*叶绿体光能光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？

我们先来分析科学家做过的一些实验。1.光合作用的概念及反应式一、探索光合作用原理的实验2.探索光合作用原理的部分实验①

19世纪末

甲醛→糖②

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类。资料2：希尔实验：1937年，英国科学家希尔发现，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。O2H+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讨论1：希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？为什么？不能。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。合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应资料2：希尔实验：1937年，英国科学家希尔发现，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。O2H+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。合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应思考：能否有更加好的方法研究O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？资料3

1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用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：分析鲁宾和卡门做的实验，能得出什么结论？结论：氧气中的氧全部来源于H2O，而并不来源于CO2。合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应对比实验相互对照3.阿尔农实验1实验过程:离体叶绿体,加入ADP、Pi,给予光照。发现叶绿体生成ATP,且同时水光解产生氧气。实验结论:光照下,

水光解的同时ADP和Pi合成ATP

⁠。

阿尔农实验2实验过程:离体叶绿体,在黑暗条件下,供给ATP、NADPH和CO2,发现离体叶绿体中有糖类生成。但在没有ATP、NADPH供给的情况下则不能合成糖类。实验结论:黑暗条件下,

CO2合成糖类需要ATP和NADPH

⁠。水光解的同时ADP和Pi合成ATP

CO2合成糖类需要ATP和NADPH

1.离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中，

经光照可产生氧气。

(

)2.鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法。

（）3.叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。 (

)4.光合作用一定在叶绿体中进行。

（

）√×××放射性同位素3H、14C、35S、32P习题巩固上述实验表明：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。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。CO₂

+H₂O光能

叶绿体(CH₂O)+O₂上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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。2

光合作用的过程.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。H₂O

CO₂叶绿体基质(CH₂O)光合作用的原理1三、光合作用的过程根据是否需要光能，将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。光反应

类囊体薄膜上的色素分子可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H+NADPH酶氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ1.条件光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+2.场所类囊体薄膜上3.主要产物O2、ATP、NADPH三、光合作用的过程光反应

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。4.物质转化水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素NADPH的合成：光能5.能量转变ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+能量ATP+H2O酶NADP++H++2e-

NADPH酶三、光合作用的过程2C3C5NADPHADP+Pi(CH2O)ATP多种酶参加催化酶CO2还原固定供能叶绿体基质CO2的固定：C3的还原：CO2

+C52C3酶NADP+2.第2阶段：暗反应（碳反应）场所：条件：物质变化：能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPHATP→ADP+PiNADPH→NADP+有光无光都可，酶卡尔文循环供氢酶过程光反应暗反应场所条件

、

和酶多种酶原料

、NADP+、ADP、PiNADPH、ATP、

；产物

、ADP、Pi、NADP+物质变化①

:

②

:ADP+PiATP①

:CO2+C52C3

②

:2C3(CH2O)+C5

能量转化光能→ATP和NADPH中活跃的化学能→【探索新知2】二、光合作用的原理【任务③】结合课本，完成表格：ATP和NADPH中活跃的化学能(CH2O)中稳定的化学能类囊体薄膜叶绿体基质光色素H2OCO2NADPH、ATP、O2(CH2O)水的光解ATP的合成CO2的固定C3的还原二

光合作用的原理光合作用的表达式：任务七

结合过程及总反应式，小组合作写出产物是葡萄糖的反应式并写出元素走向？光能叶绿体6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2

①H的转移：H2O→[H]→(CH2O)+H2O②C的转移：CO2→C3→(CH2O)③O的转移：CO2→C3→(CH2O)+H2OH2O→O2

二、光合作用的原理1.写出光合作用总反应式，并标明O元素的转移途径。2.若用放射性同位素14C标记CO2，请写出光合作用过程中14C转移途径。3.若为一株绿色植物提供放射性同位素标记的H218O，综合考虑光合作用和呼吸作用，则能在哪些物质中检测到18O？试用反应式表示。

【探究活动一】有氧呼吸第三阶段H218O有氧呼吸第二阶段C18O2(CH218O)暗反应H218O光反应

18O2练一练1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（）(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（）(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（）√××2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（）A.CO2→叶绿体→ADPB.CO2→叶绿体→ATPC.CO2→乙醇→糖类D.CO2→三碳化合物→糖类D

能

量6CO₂+6H₂O

2C₆H₁2O₆+6O₂讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物?异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。

自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。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+3O₂2HNO₂+O₂2HNO₂

+2H₂O+能量2HNO₃+

能量硝化细菌硝化细菌探究

·

实践：探究环境因素对光合作用的影响阅读P105,找出以下关键信息：实验材料：

圆形小叶片注射器的作用

：排出圆形小叶片中的气体控制方法不同瓦数的灯或相同瓦数

台灯离实验装置的距离检测方法相同时间小圆形叶片浮起的数量自变量：光照强弱因变量：光合作用强度/光合作用的原理1环境改变时光合作用各物质含量的变化分析1.“来源－去路”法CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱光照增强减少减少减少减少增加增加增加增加1.“来源－去路”法光照不变C3C5

（CH2O）NADPH、ATPCO2浓度减少CO2浓度增加增加增加增加增加减少减少减少减少2.模型法①图1中曲线甲表示

，曲线乙表示

。②图2中曲线甲表示

，曲线乙表示

。③图3中曲线甲表示

，曲线乙表示

。④图4中曲线甲表示

，曲线乙表示

。C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATP