光合作用的原理和应用+高一上学期生物人教版必修1

第五章细胞的能量供应和利用第4讲光合作用与能量转换光合作用原理及运用（第1课时）光合作用原理的基本过程考点一探索光合作用原理的部分实验目录CONTENTS考点二科技改变世界，世界因你而精彩！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。

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光合作用的定义及反应式1.定义2.反应式注：（CH2O）表示糖类。光合作用产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植物各处。任务1：阅读资料1-3，小组合作完成问题1-6（3min）。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。资料2：1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)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O2。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。资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)用同位素示踪的方法，进行了对比实验，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素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：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。问题1：资料1说明了什么?问题2：希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？问题3：希尔实验说明光合作用产生的O2中的氧元素可以来自哪种物质？为什么?问题4：希尔实验能不能说明O2中的氧元素不来自CO2？为什么?问题5：同一试管中能否同时标记H2O和CO2?问题6：分析鲁宾和卡门实验，你能得出什么结论？那氧气究竟是如何产生的？O2中的氧元素可能不来自

。问题1：该资料说明了什么?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。CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)CO2问题4：希尔实验能不能说明O2中的氧元素不来自CO2？为什么?不能，因为该实验没有CO2。如果想证明是否来自CO2

，需加入CO2

，看氧元素是否转移。你有没有什么方法可以区分H2O和CO2中的氧元素？H2O，因为悬浮液中有H2O，没有CO2。问题3：希尔实验说明O2中的氧元素可以来自哪种物质？为什么?资料2：1937年，英国植物学家希尔（R.Hill)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O2。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。问题2：希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？说明不是同一个化学反应，因为该反应体系中没有CO2，就无法形成糖；但有O2的生成。O2中的氧元素来源于H2O，而不来源于CO2。问题6：分析鲁宾和卡门实验，你能得出什么结论？资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)用同位素示踪的方法，进行了对比实验，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素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：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。氧气是在光的作用下产生的，那利用光能的场所在哪里，光能除了能使水发生分解，还有什么作用？不能，因为同时标记无法区分O2中的氧元素到底来自于H2O，还是CO2。问题5：同一试管中能否同时标记H2O和CO2?任务2：阅读资料4-5，小组合作完成问题7-8（2min）。资料4：研究者为探究水光解发生的场所和条件，进行了下述实验操作。从植物叶片中分离出叶绿体，破坏叶绿体膜，离心得到类囊体和叶绿体基质两部分。分别向试管提供水，一组给予光照，一组不给予光照。结果表明四只试管中只有1号有气泡产生，收集后可使点燃的卫生香复燃。从4只试管取样分别加入特定的氢离子受体（如2,6-D，一种氧化剂，蓝色染料，能被还原性物质还原成无色)，发现1号褪色。资料5：1954年，美国科学家阿尔农发现，在有光照且无CO2

的条件下，向叶绿体悬浮液中提供ADP、Pi和NADP+(氧化型辅酶II）时，会有ATP和NADPH（还原型辅酶II）产生(H2O分解为O2和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子，电子中储存的能量，可用于NADP+

与H+

结合形成NADPH，能量也可用于ATP的形成)；1957年，阿尔农发现这一过程总是与水的光解相伴随。问题7：根据资料4的实验，你能得出什么结论？问题8：请你尝试用示意图来表示以上过程。问题7：根据资料4的实验，你能得出什么结论？水光解的场所：

。水光解的条件：

。物质变化：水的光解产生

和

。水的光解应该产生O2和H+，但实验结果显示产生了还原性物质，H+与还原性物质有什么关系？资料4：研究者为探究水光解发生的场所和条件，进行了以下实验操作。从植物叶片中分离出叶绿体，破坏叶绿体膜，离心得到类囊体和叶绿体基质两部分。分别向试管提供水，一组给予光照，一组不给予光照。结果表明四只试管中只有1号有气泡产生，收集后可使点燃的卫生香复燃。从4只试管取样分别加入特定的氢离子受体（一种氧化剂，能被还原性物质还原成无色)，发现1号褪色。类囊体光能O2还原性物质问题8：请你尝试用反应式来表示以上过程。资料5：1954年，美国科学家阿尔农发现，在有光照且无CO2的条件下，向叶绿体悬浮液中提供ADP、Pi和NADP+(氧化型辅酶II）时，会有ATP和NADPH（还原型辅酶II）产生(H2O分解为O2和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子，电子中储存的能量，可用于NADP+

与H+

结合形成NADPH，能量也可用于ATP的形成)；1957年，阿尔农发现以上过程总是与H2O的光解相伴随。2H2O→

＋

＋4e-（储存能量）光能NADP++

＋2e-

→

.酶ADP＋Pi＋能量→

。

酶光合作用的产物有糖类，糖类中储存着稳定的化学能，那这些能量与ATP、NADPH中活跃的化学能有关吗？水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：任务3：阅读资料6-8，小组合作完成问题9-14（4min）。资料6：美国科学家卡尔文用含放射性的14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，示踪C的转移路径。结果如下表所示。资料7：卡尔文和他的同事实验时，发现形成的C3化合物有些含有一个14C原子，有些则不含14C原子；同时发现C3和C5的含量很快就饱和并达到稳定，而放射性的糖的含量却在不断的增加（

注植物光合作用中C5不能直接转化为C6H12O6），其中C3和C5主要存在于叶绿体基质中。资料8：美国科学家阿尔农进行了相关实验，实验过程和结果如表所示。问题9：请根据资料6表格信息写出C原子的转移过程。问题10：C3中碳是否都来自于CO2，为什么？问题11：C3的来源除CO2外还有可能来自哪种物质?问题12：以上实验结果暗示CO2生成C6H12O6等有机物的场所在哪？问题13：请你尝试用示意图来表示以上过程。问题14：分析阿尔农做的实验，你能得出什么结论呢？光照时间显现的稳定产物光照0.3s后含14C标记的C3（三碳化合物，3-磷酸甘油酸）光照5s后含14C标记的C3、C5（五碳化合物，核酮糖-1，5-二磷酸）和C6H12O6（葡萄糖）问题9：请根据资料6表格信息写出C原子的转移过程。CO2→C3→C5和葡萄糖不是，因为C3中有些含有一个14C原子，有些则不含14C原子。问题10：C3中碳是否都来自于CO2，为什么？资料6：美国科学家卡尔文用含放射性的14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，示踪C的转移路径。结果如下表所示：资料7：卡尔文和他的同事实验时，发现形成的C3化合物有些含有一个14C原子，有些则不含14C原子；同时发现C3和C5的含量很快就饱和并达到稳定，而放射性的糖的含量却在不断的增加（

注植物光合作用中C5不能直接转化为C6H12O6），其中C3和C5主要存在于叶绿体基质中。问题11：C3的来源除CO2外还可能来自哪种物质呢？C5叶绿体基质问题12：以上实验结果暗示CO2生成C6H12O6等有机物的场所在哪里？那以上过程跟光反应阶段有何联系？问题13：请你尝试用示意图来表示以上过程。资料6：美国科学家卡尔文用含放射性的14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，示踪C的转移路径。结果如下表所示：资料7：卡尔文和他的同事实验时，发现形成的C3化合物有些含有一个14C原子，有些则不含14C原子；同时发现C3和C5的含量很快就饱和并达到稳定，而放射性的糖的含量却在不断的增加（

注植物光合作用中C5不能直接转化为C6H12O6），其中C3和C5主要存在于叶绿体基质中。光照时间显现的稳定产物光照0.3s后含14C标记的C3（三碳化合物，3-磷酸甘油酸）光照5s后含14C标记的C3、C5（五碳化合物，核酮糖-1，5-二磷酸）和C6H12O6（葡萄糖）CO2的固定C3的还原组别条件过程现象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)CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______。

光NADPHATP问题14：分析阿尔农做的实验，你能得出什么结论？资料8：美国科学家阿尔农进行了相关实验，实验过程和结果如表所示：任务4：结合教材103-104页，基于以上实验结果和已给的图形、箭头和文字，小组合作构建光合作用的概念图；同时写出物质和能量变化过程（2分钟）光能→

、

中活跃的化学能→

中稳定的化学能光合作用概念光合作用的过程光合作用的原理的探索光反应阶段暗反应阶段希尔鲁宾和卡门阿尔农卡尔文水的光解NADPH和ATP的合成CO2的固定C3的还原CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体反应式结合今天所学，思考并写下3条提高人工合成淀粉效率的思路，可从原料利用、能量供给、中间产物循环等角度切入。1.

2021年9月24日国际知名期刊《Science》发表了中国科学家人工合成淀粉的科技论文，在实验条件下，科学家们精心设计了11步化学聚糖主反应，相比植物光合作用60多步生化反应而言大大提高了淀粉合成效率。植物光合作用过程（甲）和人工合成淀粉过程（乙：其中A、B表示物质，C表示反应条件）如图所示，请回答下列问题：(1)人工合成淀粉的反应途径与植物光合作用过程不同。人工合成淀粉时，首先利用太阳能发电，然后利用电能制造

，再用于后续合成反应。植物光合作用利用光合色素吸收太阳能，光反应阶段再将太阳能转变为

。H2ATP和NADPH中活跃的化学能1.

2021年9月24日国际知名期刊《Science》发表了中国科学家人工合成淀粉的科技论文，在实验条件下，科学家们精心设计了11步化学聚糖主反应，相比植物光合作用60多步生化反应而言大大提高了淀粉合成效率。植物光合作用过程（甲）和人工合成淀粉过程（乙：其中A、B表示物质，C表示反应条件）如图所示，请回答下列问题：(2)根据光合作用有关的知识，合理地推测乙中模块4和模块5中物质A、B分别为

、

。对于自然界绿色植物来说，这两个模块可发生在叶肉细胞中的

。C3葡萄糖叶绿体基质1.

2021年9月24日国际知名期刊《Science》发表了中国科学家人工合成淀粉的科技论文，在实验条件下，科学家们精心设计了11步化学聚糖主反应，相比植物光合作用60多步生化反应而言大大提高了淀粉合成效率。植物光合作用过程（甲）和人工合成淀粉过程（