光合作用与能量转化（第2课时）高二生物教学精优课件（人教版2019选择性必修1）

第4节

光合作用与能量转化贺老师第3章细胞的基本结构(1)概念：指绿色植物通过

，利用光能，把

转化成储存着能量的

，并且释放出

的过程。

(2)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1光合作用的概念及反应式有机物1、叶绿体如何将光能转化为储存在糖类中的化学能（能量转化情况）？2、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？糖类资料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)初步判断：氧来自

的可能性较小，较可能来源于

。资料2：1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用

甲醛不能通过光合作用转化成糖2探索光合作用原理的部分实验CO2H2O资料3：1937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。O2H+离体的叶绿体悬浮液

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，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。讨论1.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？思考：如何追踪O的转移？用什么方法？如何设计实验进行探究？同位素标记法p51用16O的同位素18O

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2.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？希尔反应:CO2H218OC18O2H2O18O2O2讨论3：分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？光合作用释放的O2中的氧元素全部来源于H2O，而并不来源于CO22探索光合作用原理的部分实验光照射下的小球藻悬浮液资料4：1941年美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）延伸思考2：该实验有对照组吗？满足对照原则吗？无单独对照组实验组相互对照（对比实验）延伸思考1：如何检测试管中释放的是18O2还是O2？通过检测相对分子质量判断：O2（32）、18O2（36）注意：不能通过检测放射性判断：18O2是无放射性的同位素2探索光合作用原理的部分实验资料4：1941年美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）CO2H218OC18O2H2O18O2O2光照射下的小球藻悬浮液尝试利用原子守恒定律和氧化还原等化学知识，写出该实验涉及到的物质变化ADP＋Pi＋能量→ATPNADP＋＋H+＋2e-→NADPHH2O→½O2

＋2H+＋

光2探索光合作用原理的部分实验

资料5：1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：向反应体系中加入ADP、Pi和NADP+等物质，发现有ATP、NADPH生成。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。2e-1光反应阶段H2O类囊体膜酶Pi＋ADPATP光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2OO2+H++e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能

ATP、NADPH中活跃的化学能场所：条件：物质变化能量变化H+NADPH的合成：H++NADP++2e-

NADPHNADP++NADPH氧化型辅酶Ⅱ还原型辅酶Ⅱ色素CO2是如何转变为糖类（CH2O）的呢？（放射性）同位素标记法思考1：该实验现象可说明什么？CO2中的C会转移到C3、C5和C6中思考2：如何确定CO2中的C先转移到C3、C5和C6中的哪个化合物呢？缩短反应时间现象1：

向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即糖类)资料6卡尔文实验现象2：缩短光照时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种三碳化合物（C3）思考：结合上述现象大致描述CO2转化成有机物过程中C的转移途径现象3：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即糖类)CO2C3(CH2O)C5现象4：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。思考：卡尔文认为碳反应存在一个物质循环过程，哪种物质在循环利用？CO2与什么物质反应生成C3？ATPNADPH2C3C5NADPHADP+Pi（CH2O）ATP酶CO2还原固定卡尔文循环CO2的固定：CO2＋C5

2C3酶C3的还原：ATP

ADP+Pi叶绿体的基质中2C3

(CH2O)+C5酶NADPH、ATP、酶场所：条件：物质变化能量变化:NADP+NADPH2暗反应阶段酶NADP+ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2课本p1061.NADPH和ATP的移动途径是什么？类囊体薄膜→叶绿体基质①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量2.NADPH的作用？思考5：请分析光下的植物突然降低光照后/减少CO2，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？为什么？光照减弱光反应减弱ATP、DNAPH↓C3还原受阻CO2固定不变C3消耗减少，合成不变C5合成减少，消耗不变C3↑C5↓CO2减少暗反应减弱CO2固定减弱C3还原不变C3合成减少，消耗不变C5消耗减少，合成不变C3↓C5↑C3还原减弱光反应不变ATP、NADPH消耗减少，合成不变ATP、DNAPH↑

光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶不需光、酶、NADPH、ATP叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的还原活跃化学能光能活跃化学能有机物中稳定化学能联系3光反应与暗反应的比较光反应NADPH、ATP暗反应ADP、Pi、NADP+

光合作用有氧呼吸场所条件物质变化能量变化实质联系C6H12O6等有机物稳定的化学能比较光合作用、呼吸作用光、色素、酶、H2O和CO2叶绿体细胞质基质、线粒体O2、酶、H2O、C6H12O6无机物转变成有机物有机物氧化分解成无机物

ATP、NADPH中活跃化学能光能糖类等有机物中稳定化学能ATP中活跃化学能和热能合成有机物，储存能量分解有机物，释放能量光合作用为呼吸作用提供物质（有机物、O2）呼吸作用为光合作用提供原料（CO2）阿尔农实验2：离体叶绿体实验过程及结果组别条件过程现象1黑暗提供CO2，NADPH、ATP产生(CH2O)2黑暗提供CO2，不提供NADPH、ATP不产生(CH2O)3光照提供CO2，不提供NADPH、ATP产生(CH2O)（3）结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______。

光NADPHATP“能进行光合作用的动物”——叶羊原因：正常情况下，1molCO2和1molC5结合形成2molC3，因此当暗反应速率达到稳定时，C3的分子数是C5的2倍【误区警示】

以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。保持条件不变经一段时间重新到达平衡后，仍为C3

含量高于C5为什么？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1.光合作用过程反应阶段反应部位反应条件物质变化能量变化产物光反应暗反应类囊体薄膜上叶绿体基质必须有光、光合色素、酶有光或无光均可，多种酶光能→ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、NADP+、C5、（CH2O）产物去向NADPH：为C3还原提供还原剂和能量ATP：为C3还原提供能量O2：直接从叶绿体释放ADP、Pi：NADP+：C5：（CH2O）：又参与CO2固定思考6：假如白天突然减少CO2的供应，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量

如何变化？CO2减少暗反应减弱CO2固定减弱C3还原不变C3合成减少，消耗不变C5消耗减少，合成不变C3↓C5↑C3还原减弱光反应不变ATP、NADPH消耗减少，合成不变ATP、DNAPH↑

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+O2

2HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量讨论：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。光合作用和化能合成作用的异同处：相同处：不同处：

都是将无机物转化成有机物，并储存能量

能量来源不同光合作用：化能合成作用：光能无机物氧化时释放的化学能光能自养生物：绿色植物、蓝藻、光合细菌等化能自养生物：硝化细菌、铁细菌、硫细菌自养生物异养生物：人、动物、真菌及大多数的细菌同化作用异化作用需氧型：人、动物、醋酸菌等厌氧型：破伤风芽孢杆菌、乳酸菌、蛔虫等兼性厌氧型：酵母菌代谢类型以下备用现象2：缩短光照时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种三碳化合物（C3）思考：结合上述现象大致描述CO2转化成有机物过程中C的转移途径现象3：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即糖类)CO2C3(CH2O)C5现象4：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5量增加；思考：卡尔文认为碳反应存在一个物质循环过程，哪种物质在循环利用？CO2与什么物质反应生成C3？资料6阿尔农实验二材料：离体叶绿体处理：①黑暗条件，只加入CO2，无糖类生成，

②加入ATP、NADPH、CO2结果：①中离体叶绿体中无糖类生成，②中离体叶绿体中有糖类生成结论：讨论：1.叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化?条件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供应不变光照不变停止CO2供应

增加减少增加减少减少减少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+NADPHt浓度012－－C5C3t浓度012－－C3C5①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1.光合作用过程NADPH的合成：NADP++H++电子（e-）→NADPH酶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AT