5.4 光合作用与能量转化 -光合作用的原理 教学课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

第五章 第四节 光合作用的原理 第一课时 一起来看看什么是光合作用吧！ 回顾：叶绿体的结构 在叶绿体内部类囊体膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。 光合作用的原理 （1）概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。 （2）总反应式： 注：（CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖 【思考】产生氧气和产生有机物的是一个反应吗？ 【资料一】 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 C O2 +H2O O C H H 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。 初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 探索光合作用的实验 （光反应） 【资料二】 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。 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。 探索光合作用的实验 （光反应） 为使离体的叶绿体保持活性，对悬浮液的要求是？ 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？ 希尔反应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？ 等渗溶液 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。 探索光合作用的实验 （光反应） 【资料三】 1941年，鲁宾和卡门——同位素示踪法 探索光合作用的实验 （光反应） ①实验方法： ②实验变量：自变量是____________________，因变量是___________________________。 ③实验结论： ④对比实验 or 对照试验 同位素示踪 C18O2、H218O 释放出的O2是否含有18O 光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水 对比试验 因变量检测指标？ 释放出O2的质量 【资料四】 1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验，在有光照和无CO2的条件下，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，会有ATP、NADPH和O2产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 探索光合作用的实验 （光反应） A组：光照+叶绿+ADP+Pi+NADP+； B组：黑暗+叶绿+ADP+Pi+NADP+； 叶绿体中产生ATP、O2和NADPH 叶绿体中不产生ATP、O2和NADPH H2O 光照 叶绿体 O2+NADPH（H+）+能量 ADP+Pi ATP 回顾一下 氧化型辅酶Ⅱ：NADP+ 还原型辅酶Ⅱ：NADPH 氧化型辅酶Ⅰ：NAD+ 还原型辅酶Ⅰ：NADH 【资料四】 1954年，阿尔农在做离体叶绿体实验时，发现即使在黑暗条件下，只要供给ATP和[H]，叶绿体也能将CO2转化成糖类 探索光合作用的实验 （光反应） 上述实验表明：光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，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 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2和ATP、[H] 有糖类生成 2 黑暗 提供CO2不提供ATP、[H] 无糖类生成 3 光照 提供CO2不提供ATP、[H] 有糖类生成 1958年，科学家发现光反应发生在基粒 【资料五】 贾格道夫的质子梯度实验 探索光合作用的实验 （光反应） 探索光合作用的实验 （光反应） ①自变量是： ②因变量是： ③实验结论： 类囊体之外的缓冲液pH——H+浓度梯度 有无ATP 光合作用合成ATP的能量与类囊体两侧的H+浓度梯度有关 总结：光合作用的光反应阶段 H2O 光照 叶绿体 O2+NADPH（H+）+能量 ADP+Pi ATP 反应产所： 物质变化： 能量变化： 类囊体薄膜 光能转变为活跃的化学能贮存在ATP、NADPH中。 探索光合作用的实验 （暗反应） 光合作用分为光反应和暗反应两步 【资料一】 【资料二】 卡尔文实验用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性。 （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。 探索光合作用的实验 （暗反应） ①实验方法： ②实验变量：自变量____________；因变量___________________ ③实验结果： ④实验结论： 放射性同位素示踪法 时间 14C标记的化合物 14CO2 → 14C3 → (14CH2O) → 14C5 光合产物中有机物的碳来自CO2 【资料二】 卡尔文又经过实验发现，如果在光照下突然中断 CO2 的供应， C3 的量急剧减少，而 C5 的量增加。突然停止光照，C3浓度急速升高，而 C5 的浓度急速降低。 探索光合作用的实验 （暗反应） 1. CO2是与什么物质发生反应生成C3? 2. 光反应产生 ATP 和 NADPH 参与暗反应的哪个反应过程？ C5 C3生成C5的过程 总结：光合作用的暗反应阶段 场所： 物 质 变 化 能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 CO2的固定： C5+CO2 → 2C3 C5的再生： 被还原的C3 → C5 注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP C3的还原： C3 被还原的C3 → 糖 NADPH NADP+ ATP ADP+Pi 叶绿体基质 能力提升 【思考】ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？ ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜 条件 C3 C5 NADPH和ATP （CH2O） 停止光照 CO2供应不变 光照不变 停止CO2供应 增加 减少 增加 减少 增加 减少 减少 减少 1．莱茵衣藻的无氧发酵独立发生在细胞质基质、线粒体和叶绿体中。研究表明，在弱光及黑暗条件下莱茵衣藻会逐渐积累H+，导致叶绿体类囊体腔酸化，进而抑制光合作用，且类囊体腔的酸化程度与无氧发酵产生的弱酸积累量呈正相关，而无氧发酵不产生弱酸的突变体则不会发生类囊体腔酸化现象。下列说法正确的是（　　） A．莱茵衣藻细胞中产生NADH的场所是细胞质基质和线粒体 B．黑暗条件下莱茵衣藻细胞质基质内的pH低于类囊体腔 C．有氧呼吸产生的CO2会加剧类囊体腔酸化 D．类囊体腔酸化可能导致光反应生成的NADPH和ATP减少 课堂练习 D 2．下列有关光合作用和细胞呼吸的叙述中，错误的是（　　） A．光合作用过程中[H]在类囊体薄膜上产生，有氧呼吸过程中[H]在细胞质基质和线粒 体基质产生 B．光合作用光反应阶段的产物可为有氧呼吸第三阶段提供原料 C．铁钉扎脚形成较深的伤口，应保持通气，以满足伤口处细胞的有氧呼吸 D．给作物施用有机肥，能促进微生物细胞呼吸，为植物提供CO2和无机盐 课堂练习 C 3．如图表示光合作用过程，①②代表结构，a、b、c代表物质，下列叙述正确的是 （　　） A．H2O分解时产生的电子可用于形成还原型辅酶Ⅰ B．CO2以协助扩散的方式通过叶绿体的双层膜 C．放射性14C出现的先后顺序为14CO2→a→b→c D．若光照强度适当增强，短时间内b含量将下降 课堂练习 D 4．如图是绿色植物叶肉细胞中光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述正确的是（　　） A．图中a过程发生在叶绿体内膜上，释放的A代表O2 B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加 C．图中b、c均属于暗反应阶段，在无光条件下才能进行 D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原 课堂练习 D 5．磷酸丙糖（TP）是卡尔文循环最先产生的糖。叶绿体膜上的磷酸丙糖转运体（TPT）能将TP运出叶绿体的同时，将无机磷酸（Pi）运入叶绿体。当细胞质基质中Pi浓度高时，TP通过TPT运出叶绿体，合成蔗糖；反之，TP就滞留在叶绿体中，合成淀粉暂时储存。下列说法正确的是（　　） A．催化TP合成蔗糖的酶主要存在叶绿体基质中 B．大田种植甘蔗时，可适当施加磷肥提高甘蔗蔗糖含量 C．叶肉细胞的光合产物主要是以淀粉形式运出细胞的 D．若突然停止光照，短时间内C5含量将升高，TP含量将降低 课堂练习 B 6．如图表示甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，相关叙述正确的是（　　） A．过程①中类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 B．过程②产生（CH2O）的同时，还会产生C5 C．过程③释放的能量大部分储存在ATP中 D．过程④一般与放能反应相联系 课堂练习 B 7．叶片光合产物的产生、输出和转化是植物生命活动的重要组成部分，相关过程如图。下列叙述错误的是（　　） A．TP有3个去向，用于合成蔗糖、淀粉和C5 B．若细胞质基质中Pi浓度很低，给予正常光照和饱和CO2，则淀粉的合成会减少 C．若磷酸丙糖转运器活性受抑制，会 导致光合速率下降 D．在小麦灌浆期增施磷肥，有利于小 麦的生长和提高产量 课堂练习 B 8．如图为光合作用过程示意图，其中A表示结构，①②③④表示有关物质。下列说法错误的是（　　） A．②③的产生发生在叶绿体基质中 B．CO2的固定是CO2与④在酶催化下结合的过程 C．（CH2O）中稳定的化学能来自ATP和NADPH D．A结构中光合色素吸收的光能全部转换成ATP中的化学能 课堂练习 D $$