2022-2023学年-人教版-必修一-光合作用的原理课件-(67张)

光合作用的原理第2课时学习目标1.说明光合作用以及对它的认识过程。2.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。1.光合作用的概念叶绿体教材梳理光能2.光合作用的反应式化学反应式：____________________________。3.探索光合作用原理的部分实验时间/发现者内容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，____被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖1928年科学家发现甲醛对植物有_____作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖O2毒害1937年希尔(英国)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_______________1941年鲁宾、卡门(美国)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自_____1954、1957年阿尔农(美国)在光照下，叶绿体可合成_______，这一过程总是与_________相伴随可以释放出氧气水ATP水的光解4.光合作用过程(1)光反应阶段①条件：_____。②场所：___________。③物质变化a.将H2O分解为_______，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。b.使ADP和Pi反应形成______。④能量变化：将光能转化为储存在______________中的化学能。有光类囊体薄膜氧和H＋ATPATP和NADPH(2)暗反应阶段①条件：_________都能进行。②场所：___________。③过程(卡尔文循环)a.CO2的固定：C5＋CO2____。b.C3的还原：2C3

(CH2O)＋C5。④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为____________________。有没有光叶绿体基质2C3有机物中稳定的化学能(3)光反应与暗反应之间的联系光反应为暗反应提供_______________，暗反应为光反应提供__________________。NADPH和ATPADP和Pi、NADP＋(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应(

)(2)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(

)(3)光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(

)(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量(

)(5)14CO2中C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)(

)×判断正误×√××一、光合作用原理的探索实验分析1.光合作用的反应式如下，O2是来自H2O还是来自CO2，请据实验结果进行分析。CO2＋H2O

(CH2O)＋O2(1)实验一：鲁宾和卡门实验①实验思路：用___________法来研究物质的去路。②材料：小球藻。核心探讨同位素示踪③处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。④结果：A为O2，B为18O2。⑤结论：_____________________________________。光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2(2)实验二：希尔实验①实验思路：施加单一变量进行研究。②材料：离体叶绿体。③处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2，给予光照。④结果：叶绿体有O2释放。⑤推测：_________________________。叶绿体中H2O光解产生氧气⑥延伸思考a.希尔反应中在离体叶绿体悬浮液中加入了氧化剂，这样做的目的是什么呢？提示结合H2O分解产生的2H＋和2e－。b.氧化剂起了什么作用呢？(用化学反应式表示)提示NADP＋＋2H＋＋2e－

NADPH＋H＋。2.光合作用中能量的转化实验三：阿尔农实验1(1)材料：离体叶绿体。(2)处理：加入ADP、Pi，给予光照。(3)结果：叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。(4)结论：____________________________________。光照下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP3.产物糖类的生成(1)实验四：阿尔农实验2①材料：离体叶绿体。②处理：供给ATP、NADPH和CO2，黑暗条件。③结果：离体叶绿体中有糖类生成。④结论：_________________________________________。黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH(2)实验五：卡尔文实验1①实验思路：同位素标记14CO2，研究碳的转移途径。②材料：小球藻。③处理：光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。④结果：先出现14C3，最后出现14C5和14C6。⑤结论(请用符号和箭头表示)：________________。4.探索C5和C3的关系(1)实验六：卡尔文实验2(2)实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。(3)结论：_______________________。C3与C5之间是相互循环的二、光合作用过程分析列表比较光合作用的两个阶段。比较项目光反应阶段暗反应阶段区别反应场所____________________________________反应速度____________与光的关系必须在_____下进行不需要叶绿素和光，需要多种酶叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体的基质中较快较缓慢光区别物质变化①水的光解H2O

2H＋＋

O2＋2e－②NADPH的合成NADP＋＋2H＋＋2e－NADPH＋H＋③ATP的合成ADP＋Pi＋能量

ATP①CO2的固定CO2＋C5

2C3②C3的还原2C3

C5＋(CH2O)③ATP的水解ATPADP＋Pi＋能量④NADPH的分解NADPHNADP＋＋H＋＋2e－区别能量变化___________________________________________________________________________________________联系①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供_____________；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供________和NADP＋；②没有光反应，暗反应缺乏NADPH和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约光能→ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能NADPH和ATPADP、Pi三、光合作用过程分析请结合教材光合作用原理图分析，外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？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____________________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减少增加1.光反应的过程如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。核心归纳2.光合作用过程中元素的转移途径(1)光合作用过程中O元素的转移途径H218O→18O2；C18O2→C3→(CH218O)。(2)光合作用过程中C元素的转移途径14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5。3.来源—去路法分析物质含量的变化(1)右图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原。当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：(2)光合作用过程中相关物质的变化规律4.易错提醒(1)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段有光无光都能进行，但需光反应提供的NADPH和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。(2)光反应阶段为暗反应阶段提供ATP、NADPH，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。而暗反应则为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。(3)光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于暗反应，不用于其他生命活动过程。1.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是A.光合作用释放的O2来自水而不是CO2B.NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上C.希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程D.光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH√典题应用从希尔反应和阿尔农发现，得不到信息：NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上，B错误。2.如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是A.图中a过程发生在类囊体薄膜上B.若光照突然停止，短时间内叶绿体

中F的含量会增加C.c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中D.E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原√F为C5，若光照突然停止，光反应停止，ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，形成的C5减少，CO2量不变，固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中C5的含量会减少，B错误。网络构建课时对点练题组一光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验1.将一株质量为20g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g，其增加的质量来自A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气√123456789101112131415黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；也可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。1234567891011121314152.探索光合作用原理的研究历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是A.恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光B.离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应C.鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自二氧化碳D.卡尔文探明了暗反应阶段CO2中的碳转化为有机物中碳的途径√鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自水，C错误。123456789101112131415题组二光合作用的原理3.在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其A.氧气的释放量 B.ATP的生成量C.二氧化碳的消耗量 D.糖类的合成量√123456789101112131415123456789101112131415光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D错误。4.如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解，下列分析错误的是A.该过程不需要光，发生的场所

为叶绿体基质B.细胞呼吸过程中也产生物质A，

同样具有还原剂的作用C.CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类、C5D.突然降低二氧化碳浓度，短时间内C5的含量迅速上升√123456789101112131415该过程是光合作用的暗反应阶段，不需要光，发生的场所为叶绿体基质，A正确；细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用中产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，B错误；暗反应中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被还原生成(CH2O)和C5，故CO2转移途径是CO2→C3→(CH2O)、C5，C正确；突然降低二氧化碳浓度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不变，所以短时间内C5的含量迅速上升，D正确。1234567891011121314155.光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系，据图判断下列叙述不正确的是A.光反应为暗反应提供ATP和NADPHB.停止光照，叶绿体中ATP和NADPH

含量下降C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质D.植物在暗处可大量合成(CH2O)√123456789101112131415植物在暗处，由于没有光照，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的(CH2O)减少，D错误。6.下列有关光合作用的叙述，正确的是A.光反应和暗反应的进行都需要光B.光反应和暗反应的进行都需要酶的参与C.光反应和暗反应的进行都需要消耗ATPD.光反应和暗反应都是在叶绿体的类囊体薄膜上进行√123456789101112131415光合作用的暗反应不直接需要光，所以在光照和黑暗条件下都能进行，A错误；光反应和暗反应都是生物化学反应，生物化学反应要想能在通常情况下发生，都必须有酶的催化作用才能完成，B正确；光反应生成ATP，暗反应消耗ATP，C错误；光反应是在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应是在叶绿体的基质中进行，D错误。1234567891011121314157.CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是A.CO2供应不足使固定形成的C3减少B.C3还原所消耗的ATP和NADPH减少C.ATP和NADPH减少使光反应分解水减少D.ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少√123456789101112131415根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少。1234567891011121314158.在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是A.红光，ATP减少B.红光，未被还原的C3增多C.绿光，NADPH减少D.绿光，C5增多√1234567891011121314159.如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是A.图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿

体基质B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和

NADPH中活跃的化学能C.甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸

收蓝紫光D.图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子√123456789101112131415图示为叶绿体的类囊体薄膜，A侧为叶绿体基质，A错误；图示过程为光反应，能量变化是光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，B正确；甲表示色素分子，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C正确。12345678910111213141510.如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是123456789101112131415√根据光合作用的反应过程，如果突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，NADPH的消耗量减少；但光反应正常进行，NADPH的产生速率不变，故NADPH的量增多。随着时间延长，由于叶绿体内部因素的限制，NADPH含量达到最大后将不再增加。12345678910111213141511.(2022·江苏省海头高级中学高一期末)在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是A.完成过程①需要叶绿体色素，有无

光照都可进行B.过程②发生在类囊体薄膜上并存在

能量的转换C.NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应D.自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中√123456789101112131415过程①是水在光下分解，需要叶绿体中的色素分子吸收的光能，故此过程必须在光照环境下才能发生，A错误；过程②表示NADPH的形成，发生在类囊体薄膜上，同时此过程把光能转化成的化学能储存在NADPH中，B正确；暗反应过程中，NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应，C错误；过程①②不一定是在叶绿体中进行，如自养生物蓝细菌为原核生物并没有叶绿体，也能发生过程①②，D错误。12345678910111213141512.科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。123456789101112131415实验组别光照时间(s)放射性物质分布12大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物)220多种磷酸化糖类360除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段B.每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质

的分布C.CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等√123456789101112131415CO2进入叶绿体后，首先与C5生成3－磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误。13.大豆与根瘤菌是互利共生的关系，大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢及运输途径如图所示。下列相关叙述错误的是A.在酶催化下直接参与CO2固

定的化学物质是C5B.图示代谢途径中，催化固定

CO2形成C3(PGA)的酶在叶绿

体基质中C.图示根瘤菌可以通过光合作用将N2转化为NH3D.催化TP合成蔗糖的酶在细胞质基质中，且合成蔗糖时消耗的能量主

要来自线粒体√123456789101112131415123456789101112131415光合作用的暗反应过程中，CO2固定是CO2与C5反应生成C3(PGA)，A正确；光合作用的暗反应场所是叶绿体基质，所以图示代谢途径中，催化固定CO2形成C3(PGA)的酶在叶绿体基质中，B正确；图示根瘤菌可以通过固氮酶将N2转化为NH3，C错误；由图示可知，催化TP合成蔗糖的酶在细胞质基质中。合成蔗糖时消耗的能量是ATP，主要来自细胞呼吸，细胞呼吸的主要场所是线粒体，D正确。14.光合作用过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回答问题：(1)叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的______，吸收光能的_________就分布在类囊体的薄膜上。123456789101112131415基粒光合色素叶绿体内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的基粒，其上分布有吸收光能的光合色素。(2)氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系统(含离体叶绿体)中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了_____。上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。123456789101112131415氧气由于氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且，在叶片匀浆—肌红蛋白系统观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了氧气。(3)科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不做处理，测定得到下图所示结果。123456789101112131415①据实验结果可知，实验组虽然___________几乎被完全抑制，但氧气产生量__________________，由此可判断_____________________________。CO2的固定与对照组无显著差异水的光解与CO2固定过程相对独立123456789101112131415从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2固定过程相对独立。②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与__________过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在_______阶段，两者存在一定关联。123456789101112131415水的光解光反应123456789101112131415ATP和氧气的产生(是通过水的光解产生)都是在光反应阶段产生的，从图中看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。15.阅读下列材料，回答问题：材料在美国黄石公园的细菌垫以及澳大利亚的海滩岩等阴暗环境中，存在着一种蓝细菌。最新研究发现，这些细菌的特别之处在于，它们在光合作用过程中可使用“近红外光”，而不仅是我们使用的发生在大多数生物中的“可见红光”。光合系统能将太阳能转换成为化学能，从而为生命提供动力。在已知的所有植物、藻类、蓝细菌中都存在叶绿素a，几乎所有的有氧光合作用中，都需要依赖叶绿素a来收集可见光、再将可见光转化为化学物质和氧气。12345