【高中生物】光合作用原理和應(yīng)用課件-2023-2024學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

第5章第4節(jié)人教版生物(高中必修一)光合作用與能量轉(zhuǎn)化二光合作用的原理和應(yīng)用溫故知新外膜內(nèi)膜基質(zhì)基粒溫故知新類囊體色素酶

在葉綠體內(nèi)部類囊體的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體薄膜上和葉綠體基質(zhì)中，還有許多進(jìn)行光合作用所必需的酶。葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器。本節(jié)聚焦光合作用是怎樣進(jìn)行的？光合作用過程中物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化有什么關(guān)系？光合作用的原理在生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用？一、光合作用原理1.光合作用概念葉綠體光能二氧化碳和水儲存著能量的有機物氧氣綠色植物通過

，利用

，將

轉(zhuǎn)化成

，并且釋放出

的過程。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體(糖類)光合作用釋放的O2，是來自原料中的H2O還是CO2？資料1：19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。2.探索光合作用原理的部分實驗資料2：1937年，希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放氧氣。結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。希爾反應(yīng)：離體的葉綠體在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)。不能；沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。1.希爾實驗?zāi)苷f明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中氧元素全部都來自水？2.希爾的實驗?zāi)苷f明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)嗎？能；懸浮液有H2O，沒有合成糖的原料—CO2

請同學(xué)完成資料1和2的閱讀，并回答下列問題：那怎樣才能證明O2

全部來自水的光解呢？2.探索光合作用原理的部分實驗資料3：1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。光照射下的小球藻懸液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2第一組第二組2.探索光合作用原理的部分實驗實驗方法：

同位素示蹤法(不是放射性同位素示蹤，15N、18O沒有放射性)實驗變量：自變量是

，因變量是

。其他變量

。C18O2、H218O釋放出的O2是否含有18O實驗結(jié)論：光合作用釋放的O2中的氧元素全部來自水請同學(xué)完成資料3的閱讀，并回答下列問題：1.魯賓和卡門用了什么科學(xué)方法？2.實驗中的自變量和因變量都是什么？其他變量應(yīng)該怎么處理？3.分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結(jié)論？相同且適宜2.探索光合作用原理的部分實驗資料4：1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實驗：在給葉綠體光照時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi等物質(zhì)時，體系中就會有ATP出現(xiàn)。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。H2OO2+2H+

+能量光照葉綠體ADP+Pi

ATP請同學(xué)們嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。2.探索光合作用原理的部分實驗以上表明，1.水的光解過程中會產(chǎn)生氧氣，同時有ATP生成2.光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水3.氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個反應(yīng)因此根據(jù)是否需要光能，光合作用過程可以分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（也稱碳反應(yīng)）。（P103頁）2.探索光合作用原理的部分實驗請同學(xué)們閱讀課本103頁光反應(yīng)階段相關(guān)敘述，回答以下問題：1.光反應(yīng)的場所在哪里？2.光反應(yīng)中有哪些物質(zhì)變化？

3.該過程能量發(fā)生了怎樣的變化？3.光合作用的過程葉綠體類囊體薄膜上的色素(一)光反應(yīng)階段ADP+PiATP2H2OO2光能吸收酶光解H+NADPHNADP+光反應(yīng)類囊體薄膜水的光解：2H2OO2+4H+

+4e-

光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能貯存在ATP、NADPH中。(1)場所：(2)物質(zhì)變化(3)能量變化：NADPH的形成：NADP+

+H+

+2e-

NADPH酶3.光合作用的過程請同學(xué)們閱讀課本104頁暗反應(yīng)階段相關(guān)敘述，回答以下問題：1.卡爾文的實驗用的什么方法？2.實驗的自變量和因變量是什么？3.暗反應(yīng)的場所在哪里？4.暗反應(yīng)中有哪些物質(zhì)變化？

5.該過程能量發(fā)生了怎樣的變化？3.光合作用的過程

暗反應(yīng)階段：CO2如何轉(zhuǎn)化為糖類？

卡爾文實驗（P104）第二段用14C標(biāo)記的14CO2供小球藻進(jìn)行光合作用，追蹤檢測其放射性。14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5

反應(yīng)時間30秒5秒＜1秒帶14C標(biāo)記的化合物很多種14C3、14C5、14C690%

14C3放射性同位素示蹤法②實驗變量：自變量是

，因變量是

。時間14C標(biāo)記的化合物①實驗方法

：

暗反應(yīng)階段：CO2如何轉(zhuǎn)化為糖類？探明了CO2中的碳轉(zhuǎn)化為有機物中的碳的途徑。不斷縮短光照時間后殺死小球藻,同時提取產(chǎn)物并分析,直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物,該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物。3.光合作用的過程請同學(xué)們閱讀課本104頁暗反應(yīng)階段相關(guān)敘述，回答以下問題：1.卡爾文的實驗用的什么方法？2.實驗的自變量和因變量是什么？3.暗反應(yīng)的場所在哪里？4.暗反應(yīng)中有哪些物質(zhì)變化？

5.該過程能量發(fā)生了怎樣的變化？3.光合作用的過程

暗反應(yīng)階段：CO2如何轉(zhuǎn)化為糖類？葉綠體類囊體薄膜上的色素(二)暗反應(yīng)階段ADP+PiATP2H2OO2光能吸收酶光解H+NADPHNADP+光反應(yīng)C5五碳化合物2C3三碳化合物(CH2O)糖類固定CO2能暗反應(yīng)還原多種酶(1)場所：(2)物質(zhì)變化(3)能量變化：葉綠體的基質(zhì)中CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：NADPH、ATP酶NADPH和ATP中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能儲存在糖類中。2C3

C5+(CH2O)糖類卡爾文循環(huán)3.光合作用的過程請同學(xué)總結(jié)并填寫導(dǎo)學(xué)案上的光合作用過程ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O23.光合作用的過程（三）光反應(yīng)和暗反應(yīng)區(qū)別和聯(lián)系請同學(xué)們整體梳理第103-104頁光合作用的過程，完成下列任務(wù)：1.列表比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段的場所、條件、發(fā)生物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化之間的區(qū)別。2.兩者存在怎樣的聯(lián)系？（三）光反應(yīng)和暗反應(yīng)區(qū)別和聯(lián)系3.光合作用的過程(三)光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系（三）光反應(yīng)和暗反應(yīng)區(qū)別和聯(lián)系

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段（碳反應(yīng)）場所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶有光無光都可以，多種酶光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料光反應(yīng)與暗反應(yīng)緊密聯(lián)系，能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)變化密不可分。（P104頁）過程

色素、酶2H2O

O2+4H++4e-光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H++2e-

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH1.NADPH的作用？在C3的還原中作還原劑為C3的還原提供能量2.暗反應(yīng)有光無光都能進(jìn)行，暗反應(yīng)能長時間在黑暗條件下進(jìn)行嗎？不能，在黑暗條件下不能進(jìn)行光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺少光反應(yīng)提供的NADPH、ATP請同學(xué)繼續(xù)思考以下問題：3.光合作用的過程①C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）②O的轉(zhuǎn)移：H2O→O2

CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2能。

H218O參與有氧呼吸第二階段,可形成C18O2,

C18O2參與光合作用,可形成含有18O的有機物。思考：若給植物提供H218O,一段時間后能否在植物體內(nèi)的有機物中發(fā)現(xiàn)18O?試說明原因。光合作用的公式C53.光合作用的過程（四）光合作用的實質(zhì)（四）光合作用的實質(zhì)把無機物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物。把光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能并儲存在有機物中。合成有機物，儲存能量。細(xì)胞呼吸實質(zhì)：物質(zhì)變化：能量變化：光合作用的實質(zhì)：分解有機物，釋放能量。3.光合作用的過程環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量變化二時間物質(zhì)的量光照增強C3NADPH、ATP、C5、（CH2O）合成量C3C5(C3消耗加快，合成暫時不變)(C5合成加快，消耗暫時不變)環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量變化二環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量變化二時間物質(zhì)的量光照減弱C3NADPH、ATP、C5、（CH2O）合成量C3C5(C3消耗減慢，合成暫時不變)(C5合成減少，消耗暫時不變)時間物質(zhì)的量CO2突然增多C3、（CH2O）合成量NADPH、ATP、C5C3C5(C3合成增多，消耗暫時不變)(C5消耗加快，合成暫時不變)環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量變化二時間物質(zhì)的量CO2突然減少C3、（CH2O）合成量NADPH、ATP、C5C3C5(C3合成減少，消耗暫時不變)(C5消耗減慢，合成暫時不變)環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量變化二環(huán)境條件改變各物質(zhì)含量變化二條件C3C5NADPH、ATP(CH2O)合成量CO2不變光照增強減少增加增加增加光照減弱增加減少減少減少光照強度不變CO2濃度增大增加減少