5.4光合作用的原理（第2课时）课件-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

光合作用的原理 The principle of photosynthesis 目录 CONTENTS 01 光合作用原理的部分实验 Principles of photosynthesis experiments 02 光合作用的原理 The principle of photosynthesis 03 光合作用的其他相关知识 Other related knowledge of photosynthesis 04 习题检测 Exercise check 光合作用原理的部分实验 Principles of photosynthesis part experiment “空气变馒头” 一、探索光合作用原理的实验 光合作用的概念及反应式 1 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 1.概念 二氧化碳和水 有机物 氧气 2.反应式 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2 叶绿体 光能 光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖，都是糖类，可使用（CH2O）表示糖类。 3.实质 合成有机物，储存能量。 (呼吸作用实质：分解有机物，释放能量) 光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？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？ 将无机物合成有机物，光能转换为有机物中稳定的化学能。 我们先来分析科学家做过的一些实验。 光合作用原理的部分探索历程 2 一、探索光合作用原理的实验 CO2 O2 C + H2O 甲醛 多个缩合 糖类 很多年来，人们一直以为： 甲醛→糖 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类。 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 光合作用原理的部分探索历程 2 一、探索光合作用原理的实验 1937年 希尔反应 + 氧化剂 离体叶绿体 加氧化剂，不通入CO2；给予光照 叶绿体 材料 处理 结果 有O2释放 希尔反应 4Fe3+ （或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 叶绿体中H2O光解产生氧气 推测： 光合作用原理的部分探索历程 2 一、探索光合作用原理的实验 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？ 不能，没有排除叶绿体中其他物质干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 2.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。 2 一、探索光合作用原理的实验 1941年 鲁宾和卡门实验 甲组 乙组 18O H218O C18O2 C18O2 H2O O2 H218O CO2 18O2 光合作用原理的部分探索历程 2 同位素标记法 光合作用释放的氧全部来自水，而并不来源于CO2。 结论： 光合作用原理的部分探索历程 2 一、探索光合作用原理的实验 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。即在光下叶绿体内同时进行两个反应。 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 光照 ATP 水 光解 结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 光合作用原理的部分探索历程 2 一、探索光合作用原理的实验 1964年 卡尔文实验 1964年以后，美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 放射性同位素标记法。 光合作用原理的部分探索历程 2 一、探索光合作用原理的实验 结论：光合产物中有机物的碳来自CO2 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。P103　 19世纪末 甲醛→糖 1928年 甲醛对植物有毒，不能通过光合作用转化成糖 1937年 希尔反应 水的光解产生氧气 1941年 鲁宾和卡门:同位素标记法光合作用氧气来自于水 1954年 阿尔农:光照下叶绿体合成ATP该过程总是与水的光解相伴。 一、探索光合作用原理的实验 光合作用的过程 The process of photosynthesis 光合作用过程 一、光合作用的过程 光合作用过程 一、光合作用的过程 1.根据是否需要光能，光合作用分为 和 两个阶段。 ①光反应阶段 才能进行， 在 进行； ②暗反应阶段 ， 在 进行。 光反应 暗反应 类囊体的薄膜上 叶绿体的基质中 必须有光 不直接依赖光 光合作用的过程（视频） 光反应阶段 1 一、光合作用的过程 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ (1)条件： 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+ (2)场所： 叶绿体类囊体薄膜上 (3)主要产物： O2、ATP、NADPH 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ (4)过程： ①水的光解： ②ATP的形成： (5)能量转化： 光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能 光反应阶段 1 ③NADPH的形成： NADP+ + H+ +2 e- NADPH 酶 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 2H2O O2+ 4H++4 e- 光 色素 暗反应阶段 1 一、光合作用的过程 光合作用第二阶段的化学反应， 都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在 中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列反应后生成糖类。 思考：CO2是如何转变为糖类的呢？ 有没有光 叶绿体基质 美国科学家卡尔文用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。 一、光合作用的过程 卡尔文实验 请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。 14CO2 → 14C3 →（14CH2O） 方法：（放射性）同位素标记法 杀死细胞，使细胞停止代谢，以便检测生成的含14C标记的化合物种类。 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 (1)条件： (2)场所： (3)主要产物： 有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH 叶绿体基质中 （CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 暗反应阶段 1 一、光合作用的过程 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 (4)过程： (5)能量转化： ①CO2的固定： ②C3的还原： CO2＋C5 2C3 酶 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 暗反应阶段 1 一、光合作用的过程 光合作用过程 叶绿体 中的色素 可见光 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 酶 能量变化： 光能→ATP和NADPH中活跃化学能 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:暗反应能在无光的环境中长期进行吗？ 不能，因光反应无法进行，缺乏光反应提供的ATP 和 NADPH。 光反应和暗反应的比较 3 项目 光反应 暗反应 区别 场所 条件 和原料 物质 变化 能量 转化 联系 ①光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 。 ②没有光反应，则暗反应 ，没有暗反应，光反应 。 ①水的光解： ①CO2的固定： ②C3的还原： 类囊体薄膜上 叶绿体基质 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能→（CH2O）中稳定的化学能 NADPH和ATP NADP+、ADP+Pi 无法进行 也不能进行 光、色素、酶 有光无光都可，多种酶 酶 光反应 暗反应 习题巩固 1.NADPH和ATP的移动途径是什么？ 从类囊体薄膜到叶绿体基质。 2.NADP+和ADP的移动途径呢？ 从叶绿体基质到类囊体薄膜。 3. NADPH的作用是什么？ ①活泼的还原剂； ②储存部分能量供暗反应阶段利用。 总之，光反应是暗反应所需物质和能量的准备阶段， 暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。 1.制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。 2.转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 3.为有氧呼吸的生物提供氧气； 维持大气中O2和CO2的平衡，从而缓解温室效应。 光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 4.形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 5.对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气） 光合作用的意义 28 光合作用的其他相关知识 Other related knowledge of photosynthesis 一、光合作用的其他知识 光合作用中元素的转移 4 NADPH 1.3H的转移 2.14C的转移 3.18O的转移： 3H2O (C3H2O ) 光反应 暗反应 （14CH2O）+14C5 14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 （CH218O） 18O2 H218O 光反应 C18O2 C3 CO2的固定 C3的还原 一、光合作用的其他知识 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 5 思考：叶绿体处于不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP含量的动态变化 1.CO2供应不变，停止光照 光反应停止→ NADPH和ATP减少→ C3还原减慢→ C3增多，C5减少 2.CO2供应停止，光照不变 CO2固定停止→ C3减少，C5增加→ C3还原减慢→ NADPH和ATP增加 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 5 1.“来源－去路”法 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 光照不变 C3 C5 （CH2O） NADPH、ATP CO2浓度减少 CO2浓度增加 增加 增加 增加 增加 减少 减少 减少 减少 1.“来源－去路”法 2.“模型法”表示C3和C5的含量变化 C3起始值高于C5（约是其2倍） ①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 5 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP 磷酸转运器的活性受抑制：磷酸丙糖不能被运出， ①叶绿体基质内磷酸丙糖浓度增加，抑制暗反应 ②淀粉积累，光合作用减弱 ③从叶绿体外转运进的磷酸减少，抑制光反应； 光合作用产物运输 6 光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。 淀粉 筛管 二 、化能合成作用 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3 + 能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 2. 过程: 1.概念: 化能合成作用 1 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。 硝化细菌 硫细菌 铁细菌等少数种类的细菌 二 、化能合成作用 3.进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 以无机物转变成为自身的组成物质。 （能够进行光合作用或者化能合成作用的生物） 自养生物： 异养生物： 4.光合作用和化能合成作用的异同 同：把二氧化碳和水合成有机物 异：利用的能量不同（光能、化学能） 化能合成作用 1 化能合成作用与光合作用的比较 2 项目 光合作用 化能合成作用 条件 酶 原料 产物 等有机物 能量来源 _____ 生物种类 、硫细菌、铁细菌等 糖类 光能 硝化细菌 CO2和H2O等无机物 某些无机物氧化时释放的能量 光、色素、酶 绿色植物、蓝细菌等 习题检测 Exercise check 课堂练习 1. 下列关于探索光合作用原理的实验的叙述，错误的是（　　） A. 恩格尔曼的水绵实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B. 希尔的实验证明了光合作用产生的氧气中的氧元素来自水 C. 鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的 D. 阿尔农发现在光照下叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随 B 课堂练习 2. 如图为绿色植物光合作用过程示意图（图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。有关叙述不正确的是（　　） A. ②、③将光能转变成了活跃的化学能 B. 其他条件不变，g的量瞬时减少，短时内d、f增加 C. 将H2O物质用18O标记，一段时间后在CO2中可检测到18O D. ④、⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中 B THANKS Lavf58.76.100 $$