第11讲 光合作用的原理——2026届高中生物学 一轮复习课件

课前默写 6.24 1、实验：绿叶中色素的提取与分离中，提取液是 。分离方法是 。 2、分离结果有几条色素带？由上至下分列是什么颜色？代表哪种色素？ 3、4种光合色素主要吸收哪种光？ 1 第11讲 光合作用的原理 贺老师 大概念二 细胞的生存需要能量和营养物质 2 (1)概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。   (2)总反应式： 。 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 场 所 条 件 产 物 原 料 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 1 光合作用的概念及反应式 有机物 1、叶绿体如何将光能转化为储存在糖类中的化学能（能量转化情况）？ 2、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 糖类 1、叶绿体如何将光能转化为化学能？2、光合作用如何将化学能储存在糖类等有机物中的？3、光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 我们先来分析一下科学家做过的一些实验 3 资料1：19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 O2 C + H2O 甲醛 (CH2O) 初步判断： 氧来自 的可能性较小，较可能来源于 。 资料2：1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用 甲醛不能通过光合作用转化成糖 2 探索光合作用原理的部分实验 CO2 H2O 4 资料3：1937年，英国科学家希尔。 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。 像这样，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。 O2 H+ 离体的叶绿体 悬浮液 能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 讨论1. 希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 出去二氧化碳，水能生成氧气吗 5 思考：如何追踪O的转移？用什么方法？如何设计实验进行探究？ 同位素标记法 p51 用16O的同位素18O 不能。该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。 讨论2. 希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？ 希尔反应: 6 CO2 H218O C18O2 H2O 18O2 O2 讨论3：分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？ 光合作用释放的O2中的氧元素全部来源于H2O，而并不来源于CO2 2 探索光合作用原理的部分实验 光照射下的小球藻悬浮液 资料4：1941年 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） 7 延伸思考2：该实验有对照组吗？满足对照原则吗？ 无单独对照组 实验组相互对照（对比实验） 延伸思考1：如何检测试管中释放的是18O2还是O2？ 通过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 2 探索光合作用原理的部分实验 资料4：1941年 美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法） CO2 H218O C18O2 H2O 18O2 O2 光照射下的小球藻悬浮液 8 尝试利用原子守恒定律和氧化还原等化学知识，写出该实验涉及到的物质变化 ADP＋Pi＋能量→ATP NADP＋＋H+＋2e-→NADPH H2O→½O2 ＋2H+＋ 光 2 探索光合作用原理的部分实验 资料5： 1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：向反应体系中加入ADP、Pi和NADP+等物质，发现有ATP、NADPH生成。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 2e- 反应体系内无H+，与NADP+反应 继续探索，在有光照、无CO2的条件下，向反应体系中加入ADP、Pi和NADP+等物质，发现有ATP、NADPH和O2生成。期待有H+的出现，然而惊奇的是，只发现ATP和NADPH（还原型辅酶Ⅱ）的痕迹。 9 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 3.条件： 光、色素、酶等 4.场所： 类囊体薄膜上 5.主要产物： O2、ATP、NADPH 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。 1.物质变化： 2.能量变化： 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能 3 光反应阶段 光反应的三个反应如何进行呢 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。 10 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。 方法：同位素标记法、放射性自显影技术。 结论：光合产物中有机物的碳来自CO2 2 探索光合作用原理的部分实验 思考：CO2如何参与光合作用？ ——碳反应或暗反应 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 ，而是分阶段进行的。p103 不是同一个化学反应 11 2C3 C5 NADPH ADP + Pi （CH2O） ATP 酶 CO2 还原 固定 卡尔文循环 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： ATP ADP+Pi 叶绿体的基质中 2C3 (CH2O)+C5 酶 NADPH 、ATP、酶 场所： 条件： 物质变化 能量变化: NADP+ NADPH 2 暗反应阶段 酶 NADP+ ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 必修1 P104“相关信息”： C3是指三碳化合物： 3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 12 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 课本p106 1.NADPH和ATP的移动路径是什么？ 类囊体薄膜→叶绿体基质 ①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量 2.NADPH的作用？ 13 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） 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 元素的转移途径： 14 思考：请分析光下的植物突然降低光照后/减少CO2 ，短时间内其体内的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何变化？为什么？ 光照 减弱 光反应减弱 ATP、DNAPH↓ C3 还原受阻 CO2固定不变 C3消耗减少，合成不变 C5合成减少，消耗不变 C3↑ C5↓ CO2 减少 暗反应减弱 CO2固定减弱 C3 还原不变 C3合成减少，消耗不变 C5消耗减少，合成不变 C3↓ C5↑ C3 还原减弱 光反应不变 ATP、NADPH消耗减少，合成不变 ATP、DNAPH↑ 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 ①过程分析：“来源－去路”法 15 2.曲线分析 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 。 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 16 拓展：光合作用中光系统及电子传递链 大本p91 (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的产生。 (2)类囊体薄膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立： ①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体基质侧泵入类囊体腔侧；②光系统Ⅱ在类囊体腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)； ③在叶绿体基质侧H＋和NADP＋形成NADPH的过程消耗H＋。通过以上途径建立了质子浓度(电化学)梯度。 (3)类囊体薄膜对质子(H＋)是高度不通透的，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度流出的能量来合成ATP。 光合磷酸化 光系统：色素+蛋白质复合物 17 根据以上情境素材中的信息，光合作用过程中水的光解发生在____________，其上发生的反应产物有____________。叶绿素a接受光的照射后被激发，释放高势能的电子，电子的最终供体是________，水的光解造成膜内外质子势能差，而高势能的电子沿电子传递链传递时又促进H＋的转运，进一步加大了质子势能差，导致质子势能差加大的另一个原因是_________________________________ ___________________________________________________________________________， NADPH在暗反应中的作用是_________________________________________ ___________________________________________________________________。 类囊体腔内 O2、H＋和e－ 水 氧化型辅酶Ⅱ与H＋、e－结合形成还原型辅酶Ⅱ时消耗叶绿体基质中的H＋ 既能为暗反应提供能量，又能为暗反应提供还原剂 18 反应阶段 光反应 暗反应 反应部位 反应条件 物质变化 原料 产物 能量变化 联系 实质 类囊体薄膜 叶绿体基质 光、色素、酶 酶 CO2的固定: C3的还原: 光能→ATP 、NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 H2O、 ADP 、Pi 、NADP+ ADP 、 Pi 、 NADP+ 、（CH2O ） 合成有机物，贮存能量 O2、 ATP 、NADPH CO2、 ATP 、NADPH 水的光解： ATP的合成： NADPH的合成： H2O H+ + O2 光能 叶绿体 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADP+ + H+ NADPH 酶 NADPH ATP、酶 2C3 （CH2O）+C5 ②光反应停止后，暗反应很快也会停止。 光反应与暗反应的比较 ①光反应为暗反应提供 ；暗反应为光反应提供 ； NADPH、ATP NADP+、ADP、Pi C5 + CO2 → 2C3 酶 吸收、传递、转化光能 光反应与暗反应相互影响相互制约，两者都不能长期独立进行。 19 20 $$