光合作用与能量转化（第2课时光合作用原理）（课件）高一生物（人教版2019必修1）

第4节光合作用和能量转化二、光合作用的原理第5章细胞的能量的供应和利用课标要求核心素养说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。1.生命观念：建立生命的物质能量观。2．科学思维：建构光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。123456CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体1.光合作用的概念:指绿色植物通过

，利用

，把

转化成储存

着的

，并且释放出

的过程。叶绿体是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？叶绿体光能二氧化碳和水有机物氧气能量光合作用的原理思考6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能叶绿体【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。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。C6H12O6葡萄糖CH2O甲醛（CH2O）碳水化合物CO2二氧化碳2.光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理二、建构概念————光反应光合作用的原理实验1:希尔反应像这样，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。1.什么是希尔反应？阅读教材“思考•讨论”第1、2段，回答下列问题：2.基于以上材料，尝试补充完整希尔实验表达式什么？O2H+H2O光照、离体叶绿体铁盐（或其他氧化剂）二、建构概念————光反应光合作用的原理阅读教材“思考•讨论”第1、2段，回答下列问题：3.希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？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。4.希尔的实验是否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应？能够说明，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2的碳元素实验1:希尔反应延伸思考希尔实验中的氧化剂起到什么作用？结合水分解产生的2H+和2e-叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？NADP+，

NADP++H++2eNADPH酶根据希尔实验的表达式，回答下列问题。O2H+H2O光照、离体叶绿体铁盐（或其他氧化剂）实验思路：用同位素标记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。光合作用的原理光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。结果：A为O2，B为18O2；结论：对比实验实验2:鲁宾和卡门的实验阅读教材“思考•讨论”第3段，回答下列问题：二、建构概念————光反应实验2:鲁宾和卡门的实验阅读教材“思考•讨论”第3段，回答下列问题：光合作用释放的氧气来自于水。同位素标记法，可追踪物质的运行和变化规律，弄清楚化学反应的详细过程自变量是标记的物质，除同位素氧原子的标记位置不同外，应保持相同;1.鲁宾和卡门用了什么科学方法？此方法有什么好处？2.实验中自变量是什么？其他变量应该如何处理？3.分析鲁宾和卡门的实验，你能得出什么结论？二、建构概念————光反应光合作用的原理光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。实验3:阿尔农的发现阅读教材“思考•讨论”第4段，回答下列问题：2H2OO2+4NADPH+能量ADP+PiATP光能叶绿体尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？结论：二、建构概念————光反应光合作用的原理叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一光能叶绿体中的色素水高能电子ATPNADPH光能ee电子传递光、色素、酶叶绿体内的类囊体薄膜上水的光解：H2O1/2O2+2e+2H+光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶1.场所：2.条件：3.物质变化4.能量变化光能转变为NADPH、ATP活跃的化学能NADP++H++2e

NADPH光反应阶段NADPH的合成:酶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。光合作用的原理三、建构概念————暗反应光合作用的原理暗反应阶段：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。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。CO2是如何转变成糖类的呢?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。CO2→C3

→

C6C5结果：先出现14C3，最后出现14C5、14C6结论：5秒后60秒后三、建构概念————暗反应光合作用的原理实验4:卡尔文实验（一）三碳化合物多种产物：C3、C5、C6等实验现象：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。CO2（CH2O）结论：C3与C5之间是相互循环的。实验4:卡尔文实验（二）C52C3还原的C3ATPNADPHADPNADP＋多种酶三、建构概念————暗反应光合作用的原理CO2叶绿体基质多种酶叶绿体的基质中(提供酶、原料等)1.场所：NADPH、ATP、酶2.条件：①CO2的固定：CO2＋C52C3酶②C3的还原：ATP活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2C3(CH2O)酶＋C53.物质变化4.能量变化：NADPH2C3C5CO2的固定(CH2O)C3的还原NADPHATP核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）三磷酸甘油酸三、建构概念————暗反应光合作用的原理光合作用的原理四、构建光合作用过程的模型ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2光合作用的原理四、构建光合作用过程的模型光反应还原O2H2ONADPHATPADP+PiNADP+C3C5暗反应固定多种酶参加催化水在光下的分解类囊体膜上的色素光能①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2CO2（CH2O）光合作用的原理四、构建光合作用过程的模型【问题1】总结光合作用过程中的能量的转移途径？ATP和NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能光能【问题2】分析光反应和暗反应之间的联系？光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。【合作探究】联系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、酶酶、ATP、NADPH叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的还原ATP、NADPH中活跃化学能光能ATP、NADPH中活跃化学能有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi思考·讨论光反应和暗反应的区别与联系【问题4】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？光合作用产生的ATP只用于暗反应C3

的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动；细胞质基质、线粒体、叶绿体；【问题3】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜

叶绿体基质；ADP和NADP+：从叶绿体基质

类囊体薄膜。【问题6】CO2浓度不变，突然降低光照强度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？【问题7】光照强度不变，突然降低CO2浓度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？ATP和NADPH减少，C3

增加，C5减少，有机物减少C3

减少，C5

增加，ATP和NADPH增加，有机物减少【问题5】请分析H2O中H元素、CO2中C元素的转移途径？H：3H2ONADP3H

（C3H2O）

C：14CO2

14C3

（14CH2O）

【环境因素骤变对物质变化的模型分析】物质含量时间强光照C3NADPH、ATP,

C5,(CH2O)合成量弱光照CO2浓度不变：光照强度改变物质含量时间CO2缺乏C3,(CH2O)C5,

NADPH,

ATPCO2充足光照强度不变：CO2浓度改变【环境因素骤变对物质变化的模型分析】概念光合作用的原理的探索光反应暗反应反应式希尔鲁宾和卡门阿尔农卡尔文水的光解NADPH合成

ATP合成CO2的固定C3的还原CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体本节小结光合作用的过程光合作用概念检测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。()×√×概念检测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→叶绿素→ADP