光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第2課時）高二生物教學精優(yōu)課件（人教版2019選擇性必修1）

第4節(jié)

光合作用與能量轉(zhuǎn)化賀老師第3章細胞的基本結(jié)構(gòu)(1)概念：指綠色植物通過

，利用光能，把

轉(zhuǎn)化成儲存著能量的

，并且釋放出

的過程。

(2)反應式：

。

葉綠體

二氧化碳和水

氧氣

場所條件產(chǎn)物原料CO2+H2O(CH2O)+O2葉綠體光能1光合作用的概念及反應式有機物1、葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為儲存在糖類中的化學能（能量轉(zhuǎn)化情況）？2、光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？糖類資料1：19世紀末，科學界普遍認為，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。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)初步判斷：氧來自

的可能性較小，較可能來源于

。資料2：1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用

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CO2H2O資料3：1937年，英國科學家希爾。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），在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學反應稱作希爾反應。O2H+離體的葉綠體懸浮液

能夠說明。希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料CO2，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。討論1.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？思考：如何追蹤O的轉(zhuǎn)移？用什么方法？如何設(shè)計實驗進行探究？同位素標記法p51用16O的同位素18O

不能。該實驗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。討論2.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)

生的氧氣中的氧元素全部都來自水？希爾反應:CO2H218OC18O2H2O18O2O2討論3：分析魯賓和卡門做的實驗得出什么結(jié)論？光合作用釋放的O2中的氧元素全部來源于H2O，而并不來源于CO22探索光合作用原理的部分實驗光照射下的小球藻懸浮液資料4：1941年美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）延伸思考2：該實驗有對照組嗎？滿足對照原則嗎？無單獨對照組實驗組相互對照（對比實驗）延伸思考1：如何檢測試管中釋放的是18O2還是O2？通過檢測相對分子質(zhì)量判斷：O2（32）、18O2（36）注意：不能通過檢測放射性判斷：18O2是無放射性的同位素2探索光合作用原理的部分實驗資料4：1941年美國魯賓和卡門實驗（同位素標記法）CO2H218OC18O2H2O18O2O2光照射下的小球藻懸浮液嘗試利用原子守恒定律和氧化還原等化學知識，寫出該實驗涉及到的物質(zhì)變化ADP＋Pi＋能量→ATPNADP＋＋H+＋2e-→NADPHH2O→?O2

＋2H+＋

光2探索光合作用原理的部分實驗

資料5：1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實驗：向反應體系中加入ADP、Pi和NADP+等物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)有ATP、NADPH生成。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。2e-1光反應階段H2O類囊體膜酶Pi＋ADPATP光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：H2OO2+H++e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶光能

ATP、NADPH中活躍的化學能場所：條件：物質(zhì)變化能量變化H+NADPH的合成：H++NADP++2e-

NADPHNADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素CO2是如何轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷悾–H2O）的呢？（放射性）同位素標記法思考1：該實驗現(xiàn)象可說明什么？CO2中的C會轉(zhuǎn)移到C3、C5和C6中思考2：如何確定CO2中的C先轉(zhuǎn)移到C3、C5和C6中的哪個化合物呢？縮短反應時間現(xiàn)象1：

向反應體系中充入一定量的14CO2，光照30秒后檢測產(chǎn)物，檢測到了多種帶14C標記的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即糖類)資料6卡爾文實驗現(xiàn)象2：縮短光照時間到幾分之一秒時，90%以上的放射性14C集中在一種三碳化合物（C3）思考：結(jié)合上述現(xiàn)象大致描述CO2轉(zhuǎn)化成有機物過程中C的轉(zhuǎn)移途徑現(xiàn)象3：反應進行到5秒光照時，卡爾文等檢測到同時含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即糖類)CO2C3(CH2O)C5現(xiàn)象4：如果光照下突然中斷CO2供應，C3急劇減少而C5量增加；

突然停止光照，C3濃度急速升高而C5的濃度急速降低。思考：卡爾文認為碳反應存在一個物質(zhì)循環(huán)過程，哪種物質(zhì)在循環(huán)利用？CO2與什么物質(zhì)反應生成C3？ATPNADPH2C3C5NADPHADP+Pi（CH2O）ATP酶CO2還原固定卡爾文循環(huán)CO2的固定：CO2＋C5

2C3酶C3的還原：ATP

ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中2C3

(CH2O)+C5酶NADPH、ATP、酶場所：條件：物質(zhì)變化能量變化:NADP+NADPH2暗反應階段酶NADP+ATP和NADPH中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2課本p1061.NADPH和ATP的移動途徑是什么？類囊體薄膜→葉綠體基質(zhì)①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量2.NADPH的作用？思考5：請分析光下的植物突然降低光照后/減少CO2，短時間內(nèi)其體內(nèi)的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何變化？為什么？光照減弱光反應減弱ATP、DNAPH↓C3還原受阻CO2固定不變C3消耗減少，合成不變C5合成減少，消耗不變C3↑C5↓CO2減少暗反應減弱CO2固定減弱C3還原不變C3合成減少，消耗不變C5消耗減少，合成不變C3↓C5↑C3還原減弱光反應不變ATP、NADPH消耗減少，合成不變ATP、DNAPH↑

光反應階段暗反應階段條件場所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶不需光、酶、NADPH、ATP葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的還原活躍化學能光能活躍化學能有機物中穩(wěn)定化學能聯(lián)系3光反應與暗反應的比較光反應NADPH、ATP暗反應ADP、Pi、NADP+

光合作用有氧呼吸場所條件物質(zhì)變化能量變化實質(zhì)聯(lián)系C6H12O6等有機物穩(wěn)定的化學能比較光合作用、呼吸作用光、色素、酶、H2O和CO2葉綠體細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體O2、酶、H2O、C6H12O6無機物轉(zhuǎn)變成有機物有機物氧化分解成無機物

ATP、NADPH中活躍化學能光能糖類等有機物中穩(wěn)定化學能ATP中活躍化學能和熱能合成有機物，儲存能量分解有機物，釋放能量光合作用為呼吸作用提供物質(zhì)（有機物、O2）呼吸作用為光合作用提供原料（CO2）阿爾農(nóng)實驗2：離體葉綠體實驗過程及結(jié)果組別條件過程現(xiàn)象1黑暗提供CO2，NADPH、ATP產(chǎn)生(CH2O)2黑暗提供CO2，不提供NADPH、ATP不產(chǎn)生(CH2O)3光照提供CO2，不提供NADPH、ATP產(chǎn)生(CH2O)（3）結(jié)論：CO2轉(zhuǎn)化成(CH2O)需要_____反應提供_________和______。

光NADPHATP“能進行光合作用的動物”——葉羊原因：正常情況下，1molCO2和1molC5結(jié)合形成2molC3，因此當暗反應速率達到穩(wěn)定時，C3的分子數(shù)是C5的2倍【誤區(qū)警示】

以上分析只表示條件改變后短時間內(nèi)各物質(zhì)相對含量的變化，而非長時間。保持條件不變經(jīng)一段時間重新到達平衡后，仍為C3

含量高于C5為什么？劃分依據(jù):反應過程是否需要光能光反應（光合作用第一階段）暗反應（光合作用第二階段），又稱碳反應思考：光反應在白天可以進行嗎？夜間呢？暗反應在白天可以進行嗎？夜間呢？有光才能反應有光、無光都能反應1.光合作用過程反應階段反應部位反應條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物光反應暗反應類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)必須有光、光合色素、酶有光或無光均可，多種酶光能→ATP和NADPH中活躍的化學能ATP和NADPH中活躍的化學能→穩(wěn)定的化學能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、NADP+、C5、（CH2O）產(chǎn)物去向NADPH：為C3還原提供還原劑和能量ATP：為C3還原提供能量O2：直接從葉綠體釋放ADP、Pi：NADP+：C5：（CH2O）：又參與CO2固定思考6：假如白天突然減少CO2的供應，短時間內(nèi)其體內(nèi)的ATP、NADPH、C3和C5的含量

如何變化？CO2減少暗反應減弱CO2固定減弱C3還原不變C3合成減少，消耗不變C5消耗減少，合成不變C3↓C5↑C3還原減弱光反應不變ATP、NADPH消耗減少，合成不變ATP、DNAPH↑

能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用。例如：硝化細菌、硫細菌、鐵細菌等少數(shù)種類的細菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化細菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化細菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量討論：進行化能合成作用的生物屬于自養(yǎng)還是異養(yǎng)生物？異養(yǎng)生物：只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。自養(yǎng)生物：以無機物轉(zhuǎn)變成為自身的組成物質(zhì)。光合作用和化能合成作用的異同處：相同處：不同處：

都是將無機物轉(zhuǎn)化成有機物，并儲存能量

能量來源不同光合作用：化能合成作用：光能無機物氧化時釋放的化學能光能自養(yǎng)生物：綠色植物、藍藻、光合細菌等化能自養(yǎng)生物：硝化細菌、鐵細菌、硫細菌自養(yǎng)生物異養(yǎng)生物：人、動物、真菌及大多數(shù)的細菌同化作用異化作用需氧型：人、動物、醋酸菌等厭氧型：破傷風芽孢桿菌、乳酸菌、蛔蟲等兼性厭氧型：酵母菌代謝類型以下備用現(xiàn)象2：縮短光照時間到幾分之一秒時，90%以上的放射性14C集中在一種三碳化合物（C3）思考：結(jié)合上述現(xiàn)象大致描述CO2轉(zhuǎn)化成有機物過程中C的轉(zhuǎn)移途徑現(xiàn)象3：反應進行到5秒光照時，卡爾文等檢測到同時含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6，即糖類)CO2C3(CH2O)C5現(xiàn)象4：如果光照下突然中斷CO2供應，C3急劇減少而C5量增加；思考：卡爾文認為碳反應存在一個物質(zhì)循環(huán)過程，哪種物質(zhì)在循環(huán)利用？CO2與什么物質(zhì)反應生成C3？資料6阿爾農(nóng)實驗二材料：離體葉綠體處理：①黑暗條件，只加入CO2，無糖類生成，

②加入ATP、NADPH、CO2結(jié)果：①中離體葉綠體中無糖類生成，②中離體葉綠體中有糖類生成結(jié)論：討論：1.葉綠體處不同條件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的動態(tài)變化?條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應不變光照不變停止CO2供應

增加減少增加減少減少減少減少增加色素分子可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPHt濃度012－－C5C3t濃度012－－C3C5①條件：光、光合色素、酶②場所：③物質(zhì)變化：水的光解：ATP的合成：葉綠體類囊體薄膜上光能⑤能量轉(zhuǎn)變：NADPH、ATP中活躍的化學能④產(chǎn)物：O2、NADPH、ATPH2OH++O2+電子（e-）光ADP＋Pi+光能ATP酶（1）光反應階段1.光合作用過程NADPH的合成：NADP++H++電子（e-）→NADPH酶ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶能量條件：場所：葉綠體基質(zhì)中有光無光都可以，多種酶等CO2的固定：C3的還原：2C3

(CH2O)+C5酶AT