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

第4节 光合作用与能量转化 第2课时 光合作用的原理 第5章　细胞的能量供应和利用 1、叶绿体的形态 一般呈扁平的椭球形或球形。 2、叶绿体的结构 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 (光镜下) (电镜下) 3.【思考·讨论】探究叶绿体的功能(P100) 恩格尔曼的实验一 恩格尔曼的实验二 阅读资料1，思考讨论：2min 1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有何巧妙之处？ 3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红 光和蓝紫光区域，为什么？ 需氧细菌集中分布在叶绿体被光束照射到的部位 需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位 恩格尔曼的实验实验一 叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气 2.恩格尔曼在选材、实验设计上有何巧妙之处？ 设计： 选材： 水绵： 好氧细菌： 无空气的黑暗环境： 讨论： 1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么？ 极细的光束： 暴露阳光下： 叶绿体螺旋带状，易观察 可确定氧气产生部位 排除O2和光的干扰 叶绿体上有光与无光对照 局部有光与完全曝光对照 恩格尔曼的实验二 讨论： 3.为何细菌集中在红光和蓝紫光区域？ 光合色素主要吸收红光和蓝紫光；在此波长照射下，叶绿体会释放氧气多 4.综上所述，你认为叶绿体有何功能？ 捕获光能、进行光合作用 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧型细菌聚集在红光和蓝紫光区域。 叶绿体适应于光合作用的结构基础： 1.叶绿体内众多的基粒和类囊体，增大叶绿体内的膜表面积； 极大地扩展了受光的面积 2.类囊体薄膜上分布了吸收光能的4种色素 3.类囊体薄膜和叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶 P101最后一段 光合作用的场所只能是叶绿体吗？ 三、叶绿体的结构适于进行光合作用 蓝细菌、光合细菌等没有叶绿体也能进行光合作用。 光合作用： 绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的 ，并释放出 的过程。 叶绿体 CO2和H2O O2 有机物 这个反应是如何进行的？ 最开始对光合作用过程的研究，科学家是对氧气的来源很关注的 19世纪末 7 自主阅读课本P102思考 .讨论，完成资料后的4个讨论： 1、希尔的实验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？为什么？ 2、希尔的实验能否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？为什么？ 3、分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？ 4、尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系 探究光合作用原理的部分实验 最开始对光合作用过程的研究，科学家是对氧气的来源很关注的 19世纪末 四、探索光合作用原理的部分实验 甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒 (甲醛CH2O) 初步判断： 氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 19世纪末 1928年 这个反应是如何进行的？ 最开始对光合作用过程的研究，科学家是对氧气的来源很关注的 19世纪末 四、探索光合作用原理的部分实验 1937年 希尔反应 结果：叶绿体有O2释放 推测：叶绿体中水的光解产生了氧气。 离体的叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 （或其他氧化剂） O2 希尔的实验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，反应体系中还可能存在其他氧元素供体。 希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 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 四、探索光合作用原理的部分实验 1941年 鲁宾和卡门实验 结论：光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。 小球藻悬浊液 CO2 H2O C18O2 H218O 18O2 O2 甲组 乙组 同位素标记法 指标：检测相对分子质量判断：O2（32）、18O2（36） 注意：不能通过检测放射性判断：18O2是无放射性的同位素 四、探索光合作用原理的部分实验 1954年阿尔农实验 1957年 叶绿体合成ATP的过程，总是与水的光解相伴随。 光照下，叶绿体可合成ATP。 发现： H2O O2 + NADPH+ 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP 五、光合作用的过程 根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。 暗反应 光反应 ATP NADPH 光能 类囊体上的光合色素 O2 H2O 水的光解 H+、e ADP+Pi NADP+ CO2 2C3 C5 (CH2O) 多种酶 参加催化 还 原 固 定 酶 酶 供氢 供能 供能 结合图5—15，自主阅读P103-104，并思考3min 1.光反应、暗反应的场所是什么？ 2.进行光反应、暗反应需要什么条件？ 3.光反应、暗反应过程中有什么物质变化? （用方程式的方式表示） 4.光反应、暗反应过程中有什么能量变化？ 5.光反应、暗反应的各种产物有何去向？ 五、光合作用的过程 当可见光照射到绿色植物时，类囊体薄膜上的四种光合色素就会吸收光能，吸收的光能有两方面用途：一是将水分解生成氧气和H+，我们称之为水的光解；水分解生成的氧气直接从叶绿体释放出去，供生物体细胞呼吸利用，具体是参与有氧呼吸的第三阶段，而另一部分光能则用ATP的合成，储存到ATP远离腺苷的高能磷酸键中。 五、光合作用的过程 1、光反应阶段 条件：光、色素、多种酶 场所：叶绿体类囊体薄膜 物质转化： 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2 + 4H+ + 4e- 光 色素 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADPH的合成： NADP+ + H+ + 2e- NADPH 酶 光能 能量转化: 产物：O2、NADPH、ATP ATP、NADPH中活跃的化学能 NADP+：氧化型辅酶Ⅱ NADPH：还原型辅酶Ⅱ 光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。 类囊体上的光合色素 光能 NADP+ NADPH ADP + Pi 酶 ATP O2 水在光下分解 H+、e- H2O 当可见光照射到绿色植物时，类囊体薄膜上的四种光合色素就会吸收光能，吸收的光能有两方面用途：一是将水分解生成氧气和H+，我们称之为水的光解；水分解生成的氧气直接从叶绿体释放出去，供生物体细胞呼吸利用，具体是参与有氧呼吸的第三阶段，而另一部分光能则用ATP的合成，储存到ATP远离腺苷的特殊化学键中。 ADP＋Pi ATP 类囊体腔 16 特殊状态的叶绿素a 水 e 光子 H+浓度差 e 2e＋NADP＋＋H+→NADPH ADP＋Pi→ATP H2O→1/2O2 ＋2H+＋2e 光 知识拓展：光反应具体过程 17 ADP＋Pi→ATP H2O→O2＋2H+＋2e 光 光反应的物质变化： 光反应的能量变化： 光能 电能 H+势能 NADPH 和 ATP中 活跃的化学能 NADP＋＋H+＋2e→NADPH 知识拓展：光反应具体过程 五、光合作用的过程 条件：ATP、NADPH，需要多种酶 场所：叶绿体基质 物质转化： CO2的固定： C3的还原： 能量转化: 产物：（CH2O）、 ADP 、 Pi、C5、NADP+ CO2＋C5 2C3 酶 2C3+NADPH （CH2O）+C5 ATP ADP+Pi 酶 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 ATP水解： 2、暗反应阶段 CO2 固 定 2C3 NADP+ 酶 NADPH 能量 ADP+Pi 酶 ATP 能量 还原 (CH2O) 淀粉、蔗糖 供氢 多种酶 参与催化 C5 光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。 五、光合作用的过程 能量变化：光能→ATP和NADPH中活跃化学能 →糖类等有机物中稳定化学能 物质联系：①光反应阶段为暗反应阶段提供 ， ②暗反应阶段为光反应阶段提供 原料。 ATP 和 NADPH ADP、Pi和NADP+ 思考：1.暗反应能在无光的环境中长期进行吗？ 2.光合作用中元素的转移 ①H的转移：②C的转移：③O的转移： H2O → NADPH→ (CH2O ) CO2 → C3 →（CH2O） CO2 → C3 →（CH2O） H2O → O2 ATP、NADPH：类囊体薄膜→叶绿体基质 拓展一：CO2是如何转变为糖类的呢？ 卡尔文用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性 （放射性）同位素标记法 现象1：向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物，有三碳化合物（C3）和六碳糖(C6) 现象2：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到含有放射性的六碳糖(C6) 现象3：缩短光照时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种三碳化合物（C3） 缩短反应时间 14CO2 → 14C3 →（14CH2O） 我们之前讲是不是还有不需要光的阶段，叫什么阶段暗反应阶段，是由卡尔文研究出来了，那他是怎么研究出来的呢？用的是什么材料，又是小球藻，并且用了什么方法。同，接着又把小球藻杀死。 回忆分泌蛋白的检测方法 条件变化 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O) 光照变强， CO2供应不变 光照不变， CO2供应减少 规律总结：①C3和C5的变化 ； ②NADPH、ATP的变化 ； ③(CH2O)变化：对光合作用不利，(CH2O)合成 ，反之则 。 相反 一致 增多 减少 增多 减少 增多 增多 减少 增多 增多 减少 3.分析光合作用的过程——物质变化规律（短时间） Ⅰ表示光反应， Ⅱ表示CO2的固定， Ⅲ表示C3的还原 拓展二：化能合成作用 能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 CO2+H2O (CH2O)+ O2 能量 思考：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。 硝化细菌 进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，自养型生物不一定能进行光合作用 22 课后作业： $$