5.4 光合作用与能量转换（第2课时）课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

细胞的能量供应和利用 5.4 光合作用与能量转化 （二）光合作用的原理 光合作用原理的探索 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。 探索光合作用原理的部分实验 思考·讨论 CO2 C O2 分开 H2O 甲醛：CH2O 结合 光合作用是如何进行的？氧气是如何产生的？ 光合作用原理的探索 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氧气。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。 探索光合作用原理的部分实验 思考·讨论 讨论1.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。希尔反应是叶绿体离体状况下完成的，悬浮液中有H2O,没有合成糖的另一种必须原料——CO2，因此，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。 说明：_____________________________________________ O2的产生可以与 CO2的固定分开 光合作用原理的探索 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氧气。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。 探索光合作用原理的部分实验 思考·讨论 讨论2.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 如何证明光合作用产生的氧气中氧元素的来源？ 光合作用原理的探索 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。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。 探索光合作用原理的部分实验 思考·讨论 CO2 H218O 光照射下的 小球藻悬液 C18O2 H2O 18O2 O2 光合作用原理的探索 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。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。 探索光合作用原理的部分实验 思考·讨论 讨论3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？ 光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。 光合作用原理的探索 1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 探索光合作用原理的部分实验 思考·讨论 讨论4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 光照 水 氧气 ADP+Pi ATP 光合作用原理的探索 1. 叶绿体中的电子受体的发现 H2O O2 NADPH + H+ 2 2 + 光照 2 + NADP+ 叶绿体 水是电子供体，NADP+是最终的电子受体 20世纪50年代中期，科学家发现叶绿体中具有天然的电子受体 NADP+，在光照下NADP+得到电子和H+，生成NADPH。 探索光合作用原理补充实验 光合作用原理的探索 1966年，美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15 s后，再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中，此时类囊体膜内侧pH为4，外侧pH为8，随后类囊体膜两侧这一 pH 梯度逐渐减小，同时还伴随有 ATP 的生成。 pH=4 pH=7 pH=4 pH=4 pH=8 pH=8 pH=7 pH=8 pH=4 黑暗 15s 移至新 缓冲液中 2. 叶绿体产生ATP的机制 光合作用原理的探索 1966年，美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15 s后，再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中，此时类囊体膜内侧pH为4，外侧pH为8，随后类囊体