5.4光合作用与能量转化（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 和 能 量 转 化 一、光合作用 1.概念： 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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.反应式： CO2 + H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 注：（CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖. 二、探索光合作用原理的部分实验 公元前3世纪，亚里士多德提出，植物生长在土壤中，土壤是构成植物体的原材料。 假说：构成植物体的原料是土壤 植物增加的重量 = 土壤减少的重量 二、探索光合作用原理的部分实验 早在1637年，我国明代科学家宋应星在《论气》一文中，已经注意到空气和植物的关系，提出“人所食物皆为气所化，故复于气耳”。可惜因受当时思想和科学技术水平的限制，未能用实验来证明这一精辟的论断。 二、探索光合作用原理的部分实验 1648年荷兰科学家海尔蒙特栽培的柳树实验 结论：柳树生长所需要的物质只来自于水，而不是土壤 没有考虑到空气对光合作用的影响。 二、探索光合作用原理的部分实验 在1727年，英国植物学家斯蒂芬•黑尔斯才提出植物生长时主要以空气为营养的观点。可惜因受当时科学技术水平的限制，未能用实验来证明这一精辟的论断。 二、探索光合作用原理的部分实验 1771年，英国普利斯特利实验 结论：植物可以更新空气 有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊。 由于当时化学水平的限制，人们尚不了解植物吸收和释放的究竟是什么气体。 二、探索光合作用原理的部分实验 1779年，荷兰的英格豪斯 结论：叶片和绿色枝条只有在光照下，才能更新空气的成分。 二、探索光合作用原理的部分实验 1782年，科学家塞尼比尔做实验证明光合CO2的必要性。 绿叶 + 凉开水 无气泡 绿叶 + 凉开水 + CO2 有气泡 光 光 二、探索光合作用原理的部分实验 到1785年，法国科学家拉瓦锡发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。 二、探索光合作用原理的部分实验 1804年，瑞士学者索苏尔研究了植物光合作用过程中吸收的二氧化碳与放出的氧之间的数量关系，结果发现植物制造的有机物和释放出的氧的总量，远远超过它们所吸收的二氧化碳的量。 由于实验中只使用植物、空气和水，别无他物，因此，他断定植物在进行光合作用合成有机物时不仅需要二氧化碳，水也必然是光合作用的原料。 索苏尔实验告诉我们，定量分析法在科学研究中的重要性。 二、探索光合作用原理的部分实验 1845年，德国的梅耶（R.Mayer） 光能 化学能 储存在什么物质中？ 二、探索光合作用原理的部分实验 1864年,萨克斯的实验 结论:绿色叶片在光的作用下产生了淀粉 二、探索光合作用原理的部分实验 1881年，恩格尔曼实验 结论：叶绿体是光合作用的场所，其主要利用红光和蓝紫光进行光合作用释放氧气。 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。 资料一 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。 二、探索光合作用原理的部分实验 CO2 O2 C + H2O 甲醛 (CH2O) 二、探索光合作用原理的部分实验 1931年，微生物学家尼尔将细菌光合作用与绿色植物的光合作用加以比较， 提出了以下光合作用的通式∶CO2 +2H2A→（CH2O）+ 2A +H2O， 光合细菌在光下同化CO2而没有O2的释放，O2不是来自二氧化碳而是水。因此他第一次提出光在光合作用中的作用是将水光解。 1937年，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O2。 希尔反应：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。 资料二 1.希尔实验可以说明植物光合作用产生氧气，能否说明产生氧气中的O全部来自水？ 2.希尔的实验能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 不能；实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 可以；实验将叶绿体置于悬浮液中（没有CO2），CO2是合成糖的必需原料。说明，水的光解并与糖的合成不是同一个化学反应。 二、探索光合作用原理的部分实验 二、探索光合作用原理的部分实验 资料三 1941年，鲁宾和卡门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。其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是16O2，第二组释放的都是18O2。 1.请分析鲁宾和卡门的实验，可以得出的实验结论？ 2.计算两组氧气的相对分子质量之比。 光合作用释放的O2中的氧全部来自水 8：9 二、探索光合作用原理的部分实验 资料四 20世纪40年代，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。 实验方法： 放射性同位素示踪（标记）法 光照处理30秒后,检测到带14C的产物是C3、C5和（CH2O）。 【思考】如何确定放射性首先出现在哪种化合物中？ 缩短光照时间，当检测到的化合物只有一种时，该化合物就是第一个产物。 二、探索光合作用原理的部分实验 资料四 20世纪40年代，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。 光照处理30秒后,检测到带14C的产物是C3、C5和（CH2O）。 在5秒钟的光照后,14C出现在C5和（CH2O）中。 将光照时间缩短0.5s时发现,小球藻细胞中含14C的产物只有C3。 写出CO2中C的转移途径： CO2 C3 （CH2O）、C5 二、探索光合作用原理的部分实验 资料四 卡尔文在用小球藻做实验时发现：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5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。 C3与C5之间是 相互循环的。 卡尔文循环 二、探索光合作用原理的部分实验 资料五 1954年，阿尔农发现，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。 三、光合作用的过程 根据反应过程是否需要光照将光合作用划分为两个阶段：光反应和暗反应。 光照、光合色素、与光反应有关的酶 叶绿体的类囊体薄膜 水的光解： H2O 1/2O2 +2e-+2H+ 光能 ATP的合成： ADP＋Pi ＋光能 ATP 酶 ①场所： ②条件： ③物质变化 ④能量变化 光能转化为NADPH、ATP活跃的化学能 NADP+ +H++2e- NADPH 光反应阶段 NADPH的合成: 酶 光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行。 叶绿体中 的色素 光能 H2O 水在光下分解 O2 H+ ADP+Pi 酶 ATP + NADP+ → NADPH 24 暗反应阶段 CO2 C5 固 定 2C3 NADPH 供氢 酶 (CH2O) 糖类 多种酶 参加催化 还原 酶 ATP ADP+Pi NADPH 、ATP、酶、CO2 叶绿体基质 CO2的固定： CO2+C5 2C3 酶 C3的还原： ①场所： ②条件： ③物质变化 ④能量变化 ATP和NADPH中的活跃化学能→有机物中稳定的化学能 2C3 C5+(CH2O) 酶 ATP、NADPH 三、光合作用的过程 光反应阶段 （叶绿体类囊体薄膜） 暗反应阶段 （叶绿体基质） ADP+Pi NADP+ CO2 2C3 C5 （CH2O） 多种酶 参加催化 固定 还原 ATP NADPH 光能 叶绿体 中的色素 O2 水的光解 H2O 反应阶段 光反应 暗反应 反应部位 反应条件 物质变化 产 物 能量变化 联系 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质 叶绿体色素、酶、光能 光能 →NADPH和 ATP 中活跃的化学能 NADPH和 ATP 中活跃的化学能 → 稳定的化学能 O2、NADPH、 ATP ADP、Pi、NADP+、（CH2O ） ATP、NADPH、酶、CO2 光反应与暗反应的区别和联系 水的光解 ATP的合成 NADPH的合成 CO2的固定 C3的还原 光反应为暗反应提供ATP和NADPH；暗反应产生的ADP和Pi、NADP+, 为光反应合成ATP和NADPH提供原料。 思考：条件变化时，各种物质合成量的动态变化。 条件 C3 C5 ATP和NADPH (CH2O)合成量 减弱光照，CO2不变 增强光照，CO2不变 光照不变，减少CO2 光照不变，增加CO2 增加 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 减少 增加 减少 增加 增加 减少 减少 增加 1. 下列物质中属于光反应产物的是(   )  A. 葡萄糖  B. C3  C. ADP   D. ATP 2. 下列叙述错误的是（ ） A. 在叶绿体、线粒体中都能合成ATP  B. 在光反应、暗反应中都能合成ATP  C. 在有氧呼吸、无氧呼吸中都能合成ATP  D. 在动植物细胞中都能合成ATP 3. 下列是光合作用的几个步骤，它们发生反应的先后顺序是（ ） ①CO2的固定 ②释放O2  ③叶绿素吸收光能 ④H2O的分解     ⑤C3被还原  A. ③②④①⑤      B. ④②③⑤①     C. ③④②①⑤      D. ④③②⑤① D B C 小试牛刀 4. 离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2的供应，短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是（    ）  A. C3增多、C5减少  B. C3增多、C5增多  C. C3减少、C5增多  D. C3减少、C5减少 C 小试牛刀 $$