5.4.2 光合作用的原理和应用 课件 2024—2025学年高一上学期生物人教版必修1

【自主预习】答案 1．叶绿体　光能　　 2．CO2＋H2O (CH2O)＋O2 3．O2　毒害　水的光解 氧气　同位素示踪 水　ATP 水的光解 4．(1)①有光　类囊体薄膜　②a.氧和H＋　b．ATP ③ATP和NADPH　 (2)①有无光　叶绿体基质 ②a. 2C3　C5 ③有机物中稳定的化学能　 (3)NADPH和ATP　 ADP和Pi、NADP＋ 叶绿体 光能 高中必修 1 分子与细胞 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用的原理 高中必修 1 分子与细胞 2023年11月1日发行的《科技创新》邮票中，其中一枚为人工合成淀粉。 这是2021年度中国科学十大进展之一。中国科学家在国际上首次不依赖光合作用实现了二氧化碳到淀粉的人工合成，对未来的农业生产、生物制造产业的具有重要影响。 情境导入 SZ-LWH 排版 【学习目标】 1.能运用物质与能量观对光合作用科学史进行分析，阐明光反应和暗反应的过程，形成光合作用概念，并能以图示的形式表达，并养成分类与比较的科学思维方式。 2.通过阅读科学史，分析科学家遇到的问题，能提出假说和实验设想，分析结果并得出结论，掌握科学探究的基本思路和方法；通过小组合作学习、构建光合作用的模型，培养合作交流能力、建模能力。 3.能认识到光合作用的重要性，树立爱护植物的环保意识。 SZ-LWH （生命观念、科学探究） （生命观念、科学思维） （生命观念、科学思维） 光合作用的概念及反应式 绿色植物通过 ，利用 ，将 转 化成 ，并且释放出 的过程。 概念： 叶绿体 光能 二氧化碳和水 储存着能量的有机物 氧气 提示：光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖，都是糖类，因此可以使用（CH2O）表示光合作用的产生的有机物。 反应式： CO2 + H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 SZ-LWH 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 活动（一）资料分析 阅读教材P102-103《探索光合作用原理的部分实验》，完成学案讨论题。 SZ-LWH 活动 格式一致 资料1(P102)：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。 C6H12O6 葡萄糖 CH2O 甲醛 （CH2O） 碳水化合物 CO2 二氧化碳 不能通过光合作用实现 分析 简洁 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 SZ-LWH 资料2 希尔实验：给离体叶绿体悬浮液加入铁盐（Fe3+)，不通入CO2； 给予光照后，Fe3+被还原为Fe2+，同时叶绿体释放出氧气。 尝试写出水光解的反应式 氧化剂：结合H2O分解产生的H+和e H2O O2＋H+＋e- 光能 叶绿体 科学家通过实验发现细胞中叶绿体内进行光合作用的氧化剂是NADP+（氧化型辅酶II），可以结合H2O分解产生的H+和e-,形成NADPH（还原型辅酶II） NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 希尔实验中的氧化剂起到什么作用？ 叶绿体 H2O NADPH + O2 光能 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 SZ-LWH 资料2 希尔实验：给离体叶绿体悬浮液加入铁盐（Fe3+)，不通入CO2； 给予光照后，Fe3+被还原为Fe2+，同时叶绿体释放出氧气。 H2O和CO2分开研究 希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定O2全部来自H2O？为什么？ 没有排除叶绿体中其他物质的干扰 不能说明 思考：能否有更加好的方法研究O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？ 同位素示踪法 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 SZ-LWH 资料3　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用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： 对比实验 分析鲁宾和卡门做的实验，能得出什么结论？ 结论：氧气中的氧全部来源于H2O，而并不来源于CO2。 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 SZ-LWH 资料4：1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，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。 ADP+Pi ATP 叶绿体 H2O NADPH + O2 光能 +能量 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 SZ-LWH 活动（二）建构概念：光反应阶段 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 叶绿体类囊体薄膜 结构与功能相适应 SZ-LWH 如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。 条件： 场所： 物质变化： 水的光解： ATP的合成： H2O O2＋H+＋e- 光能 叶绿体 光能 能量变化: ATP、NADPH中活跃的化学能 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADPH的合成： 光、色素、多种酶 类囊体薄膜 NADP+ + H+ + e- NADPH 酶 色素分子 可见光 ADP+Pi ATP 酶 吸收 光反应 H++NADP+ NADPH 酶 H2O O2 光解 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 活动（二）建构概念：光反应阶段 SZ-LWH 活动（二）建构概念：光反应阶段 合作探究 任务一：探索光合作用原理--光反应 叶绿体类囊体薄膜 结构与功能相适应 SZ-LWH 如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。 合作探究 任务二：探索光合作用原理--暗反应 活动（三）资料分析 阅读学案上三则资料，完成讨论题。 SZ-LWH 资料1，阿尔农实验2：1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，在黑暗条件下，若给叶绿体提供CO2、ATP和NADPH，有糖类生成，同时ATP、NADPH和CO2含量急剧下降。若只提供CO2，不提供ATP和NADPH，则无糖类生成。 结论：叶绿体中的ATP和NADPH能将CO2转化成糖类 问题：该实验能够得出什么结论？ 合作探究 任务二：探索光合作用原理--暗反应 SZ-LWH 资料2，卡尔文实验1：实验中将14CO2通入盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻。用甲醇将化合物提取出来，再通过纸层析法分离光合产物，根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。在5秒钟的光照后，同时检测到了含有放射性的C5和C6。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90％的放射性出现在一种C3中。 CO2 C5(核酮糖-1,5-二磷酸) C3 （3-磷酸甘油酸） C6(糖类) 问题：据此分析14C的移动路径，可以得出什么结论？ 合作探究 任务二：探索光合作用原理--暗反应 SZ-LWH 资料3，卡尔文实验2： 卡尔文及其同事通过改变实验条件发现，C5化合物呈现规律性变化： 如果光照下突然中断CO2供应时，C3急剧减少而C5量增加； 当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。 结论： CO2与C5结合形成C3化合物，C3又可以转化形成C5，两者之间是相互循环的。 思考：CO2与什么物质结合形成C3? CO2 C5 C3 C6 C5 问题：据此可以分析C3、C5之间关系，进而得出什么结论？ 合作探究 任务二：探索光合作用原理--暗反应 CO2的固定 C3的还原 SZ-LWH 合作探究 任务二：探索光合作用原理--暗反应 条件： 有光无光均可，暗反应有关的酶 场所： 叶绿体基质 物质变化: CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原 ATP、NADPH中活跃的化学能 C3 (CH2O)+C5 ATP ADP+Pi 能量变化： 有机物中稳定的化学能 酶 NADPH NADP+ NADPH 多种酶 ADP+Pi ATP 能 C5 2C3 CO2 固定 （CH2O） 还原 暗反应 活动（四）建构概念：暗反应阶段 NADP+ SZ-LWH 韧皮部 （筛管） 植株 各处 合作探究 任务二：探索光合作用原理--暗反应 SZ-LWH 合作探究 任务三：建构光合作用的过程模型 NADPH和ATP的移动途径 NADP+和ADP的移动途径 从类囊体薄膜到叶绿体基质 从叶绿体基质到类囊体薄膜 SZ-LWH 合作探究 任务三：建构光合作用的过程模型 ①物质关系：光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi等原料。 ②能量关系：光反应阶段产生的ATP和NADPH中活跃的化学能转化为暗反应阶段中储存在糖类中的稳定化学能。 光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？ SZ-LWH 条件骤变对光合作用中各物质（短时间内）的影响 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 减少 增加 减少 减少 光照增强 增加 减少 增加 增加 合作探究 任务三：建构光合作用的过程模型 23 叶绿体 中的色素 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 酶 （类囊体薄膜） （叶绿体基质） 可见光 一个结构基础 两个阶段完成 三种能量转化 四种色素参与 五类物质转化 课堂小结 SZ-LWH $$