光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第2課時(shí)）高二生物教學(xué)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(xì)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(chǔ)存著能量的

，并且釋放出

的過程。

(2)反應(yīng)式：

。

葉綠體

二氧化碳和水

氧氣

場(chǎng)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(yīng)式有機(jī)物1、葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在糖類中的化學(xué)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(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。

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(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)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(shí)驗(yàn)CO2H2O資料3：1937年，英國(guó)科學(xué)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(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。O2H+離體的葉綠體懸浮液

能夠說明。希爾反應(yīng)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(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段。討論1.希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？思考：如何追蹤O的轉(zhuǎn)移？用什么方法？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究？同位素標(biāo)記法p51用16O的同位素18O

不能。該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yīng):CO2H218OC18O2H2O18O2O2討論3：分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)光照射下的小球藻懸浮液資料4：1941年美國(guó)魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）延伸思考2：該實(shí)驗(yàn)有對(duì)照組嗎？滿足對(duì)照原則嗎？無單獨(dú)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照（對(duì)比實(shí)驗(yàn)）延伸思考1：如何檢測(cè)試管中釋放的是18O2還是O2？通過檢測(cè)相對(duì)分子質(zhì)量判斷：O2（32）、18O2（36）注意：不能通過檢測(cè)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(shí)驗(yàn)資料4：1941年美國(guó)魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)（同位素標(biāo)記法）CO2H218OC18O2H2O18O2O2光照射下的小球藻懸浮液嘗試?yán)迷邮睾愣珊脱趸€原等化學(xué)知識(shí)，寫出該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)

資料5：1954年，美國(guó)阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)：向反應(yīng)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(yīng)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(xué)能場(chǎng)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(biāo)記法思考1：該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可說明什么？CO2中的C會(huì)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(gè)化合物呢？縮短反應(yīng)時(shí)間現(xiàn)象1：

向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2，光照30秒后檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)到了多種帶14C標(biāo)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2：縮短光照時(shí)間到幾分之一秒時(shí)，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(jī)物過程中C的轉(zhuǎn)移途徑現(xiàn)象3：反應(yīng)進(jìn)行到5秒光照時(shí)，卡爾文等檢測(cè)到同時(shí)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(yīng)，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(rèn)為碳反應(yīng)存在一個(gè)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(yīng)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(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化:NADP+NADPH2暗反應(yīng)階段酶NADP+ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2課本p1061.NADPH和ATP的移動(dòng)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(qǐng)分析光下的植物突然降低光照后/減少CO2，短時(shí)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(yīng)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(yīng)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(yīng)不變ATP、NADPH消耗減少，合成不變ATP、DNAPH↑

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場(chǎng)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(xué)能光能活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能聯(lián)系3光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較光反應(yīng)NADPH、ATP暗反應(yīng)ADP、Pi、NADP+

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

ATP、NADPH中活躍化學(xué)能光能糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能ATP中活躍化學(xué)能和熱能合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量分解有機(jī)物，釋放能量光合作用為呼吸作用提供物質(zhì)（有機(jī)物、O2）呼吸作用為光合作用提供原料（CO2）阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)2：離體葉綠體實(shí)驗(yàn)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(yīng)提供_________和______。

光NADPHATP“能進(jìn)行光合作用的動(dòng)物”——葉羊原因：正常情況下，1molCO2和1molC5結(jié)合形成2molC3，因此當(dāng)暗反應(yīng)速率達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，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(shí)間內(nèi)各物質(zhì)相對(duì)含量的變化，而非長(zhǎng)時(shí)間。保持條件不變經(jīng)一段時(shí)間重新到達(dá)平衡后，仍為C3

含量高于C5為什么？劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能光反應(yīng)（光合作用第一階段）暗反應(yīng)（光合作用第二階段），又稱碳反應(yīng)思考：光反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)1.光合作用過程反應(yīng)階段反應(yīng)部位反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化產(chǎn)物光反應(yīng)暗反應(yīng)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(xué)能ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→穩(wěn)定的化學(xué)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(yīng)，短時(shí)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(yīng)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(yīng)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(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌。

2NH3+3O2

2HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O2

2HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量討論：進(jìn)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(jī)物來維持自身的生命活動(dòng)。自養(yǎng)生物：以無機(jī)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(jī)物轉(zhuǎn)化成有機(jī)物，并儲(chǔ)存能量

能量來源不同光合作用：化能合成作用：光能無機(jī)物氧化時(shí)釋放的化學(xué)能光能自養(yǎng)生物：綠色植物、藍(lán)藻、光合細(xì)菌等化能自養(yǎng)生物：硝化細(xì)菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌自養(yǎng)生物異養(yǎng)生物：人、動(dòng)物、真菌及大多數(shù)的細(xì)菌同化作用異化作用需氧型：人、動(dòng)物、醋酸菌等厭氧型：破傷風(fēng)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(shí)間到幾分之一秒時(shí)，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(jī)物過程中C的轉(zhuǎn)移途徑現(xiàn)象3：反應(yīng)進(jìn)行到5秒光照時(shí)，卡爾文等檢測(cè)到同時(shí)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(yīng)，C3急劇減少而C5量增加；思考：卡爾文認(rèn)為碳反應(yīng)存在一個(gè)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(yīng)生成C3？資料6阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)變化?條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)停止光照CO2供應(yīng)不變光照不變停止CO2供應(yīng)

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(chǎng)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(xué)能④產(chǎn)物：O2、NADPH、ATPH2OH++O2+電子（e-）光ADP＋Pi+光能ATP酶（1）光反應(yīng)階段1.光合作用過程N(yùn)ADPH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(chǎng)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