5.4.2 光合作用的原理和应用-【生动课堂】2023-2024学年高一上学期生物优质课件（人教版2019必修1）

第4节 光合作用与能量转换 (二)光合作用的原理和应用 第5章细胞的能量供应和利用 四、光合作用的原理 (1) 概念: (2) 过程: 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 CO2 + H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 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？ ? 2 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。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 (CH2O) 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。 得出初步结论：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 1.光合作用的探究历程 四、光合作用的原理 资料2：1937年，英国科学家希尔发现，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氧气。 O2 H+ 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。 讨论1：希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？为什么？ 不能。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。 讨论2：希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 1.光合作用的探究历程 四、光合作用的原理 希尔的实验中没有直接观察到氧元素的转移，那么，如何观察元素的转移？我们有没有学过什么科学方法可以做到这一点呢？ 同位素示踪法（即同位素标记法） 现在我们要研究的是氧原子在光合作用过程中的转移过程，应该用什么同位素来标记什么物质？如何设置对照？ 一组用18O标记二氧化碳，水不做标记； 另一组用 18O 标记水，二氧化碳不做标记。 1.光合作用的探究历程 四、光合作用的原理 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，研究了光合作用中氧气的来源。 对比实验 相互对照 结论：光合作用释放的氧气中的O全部来源于水。 18O2 O2 1.光合作用的探究历程 四、光合作用的原理 资料4：美国科学家阿尔农（D.Arnon)在1954年发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年发现，这一过程总是与水的光解相伴随。 综合以上几个实验，可以得出以下结论： 1.光合作用释放的氧气中的氧元素来自水； 2.氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的； 3.叶绿体中ATP的合成总是伴随着水的光解。 由于该过程需要光能，必须有光才能进行，故被称为“光反应阶段”。该过程在类囊体的薄膜上进行。 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系 1.光合作用的探究历程 四、光合作用的原理 光、色素、酶 叶绿体内的类囊体薄膜上 水的光解： H2O O2 +H+ 光能 ATP的合成： ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 酶 光能 ATP和NADPH中活跃的化学能 场所： 条件： 物质变化 能量变化 NADPH的合成：H++NADP+ +2e NADPH 四、光合作用的原理 酶 NADPH:还原性辅酶II（光合）；NADH:还原性辅酶I（呼吸） 通过以上几个实验，光合作用过程中氧元素的转移已经被探究清楚了，那么碳元素的转移呢？ 1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了CO2转化为糖的途径：向反应体系中充入一定量的14CO2,给予光照，让小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。 （1）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中； （2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)； （3）30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。 卡尔文 四、光合作用的原理 场所： 条件： 叶绿体基质 酶、NADPH 、ATP、二氧化碳 物质变化 CO2的固定： C3的还原： C5的再生： 被还原的C3→ C5 C5 + CO2 → 2 C3 能量变化 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 NADPH NADP+ ATP ADP+Pi 被还原的C3 C3