5.4.2光合作用的原理和应用课件、学案-2024-2025学年高一上学期生物人教版必修1

5.4 课时2 光合作用的原理 情境导入 SZ-LWH SZ-LWH 创设情境 光合作用原理与人工合成淀粉原理比较 光合 作用 人工合成淀粉 能量变化：光能 电能 化学能 CO2+H 有机C1 C3中间体 C6中间体 淀粉分子 物质变化： 能量变化： SZ-LWH 【资料1】卡尔文实验1：实验中将14CO2通入盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻。用甲醇将化合物提取出来，再通过纸层析法分离光合产物，根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。在5秒钟的光照后，同时检测到了含有放射性的C5和C6。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90％的放射性出现在一种C3中。 思考：据此分析14C的移动路径，CO2被吸收后，先后生成哪些物质，为什么？ 合作探究一 SZ-LWH 【资料2】卡尔文及其同事通过改变实验条件发现，C5化合物呈现规律性变化：如果突然中断CO2供应时，C3急剧减少而C5量增加；当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。 思考：推测最开始与CO2反应的物质是什么？ 合作探究一 SZ-LWH 尝试根据资料1和2构建CO2转化为糖类过程？（用文字和箭头呈现） 合作探究一 小组合作探究一 SZ-LWH 【资料3】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。 合作探究二 （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来自水？ （1）希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 思考 能。因为悬浮液中没有糖类合成的原料CO2， 意味着希尔反应是相对独立的反应阶段。 不能说明。实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。 SZ-LWH 【资料4】　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用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： 合作探究二 小资料：1929年，科学家通过光谱 发现16O的同位素18O，它是16O的 稳定同位素，不具有放射性，且自然 界中的O元素均含有0.2%的18O。 SZ-LWH 合作探究二 鲁宾和卡门的实验 思考：光合产物氧气中的氧与哪一种原料中的氧的标记 情况类似？ 光合产物氧气中的氧元素全部来自于原料中的水。 结论： SZ-LWH 【资料5】1954年，美国科学家阿尔农将叶绿体置于无CO2的溶液中。给以光照，加入ADP、Pi(磷酸)和NADP+(氧化型辅酶Ⅱ)，生成了O2、ATP和NADPH。 【资料6】1954年，阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，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。 【资料7】（课本P103页相关信息）：水分解为氧和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子(e-)。电子(e-)经传递，可用于NADP+与H+结合形成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。 合作探究二 思考:根据资料7和8，从物质和能量观的角度，写出有光时发生的3个反应式。 SZ-LWH 合作探究二 思考:类囊体合成ATP的直接动力是什么？ 【资料8】化学渗透假说：1961年，英国生物化学家米切尔提出光照引起水的裂解，释放的H+留在类囊体腔中。类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，产生H+浓度差和电位差。当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，驱动ADP和Pi合成ATP。 SZ-LWH 合作探究二 小组合作探究二 尝试构建水的光解过程。（用文字和箭头呈现） SZ-LWH 【资料9】阿尔农实验 思考：暗反应是否需要光照？暗反应与光反应的关系？ 合作探究三 注：离体叶绿体（将叶绿体在水溶液中胀破，离心后取上清液） SZ-LWH 合作探究三 思考:根据资料分析ATP和NADPH具体参与暗反应哪个过程？ 【资料10】当突然停止光照，短时间内C3的含量上升，C5的含量下降。黑暗下，只要给叶绿体提供ATP和NADPH就能将CO2转化为糖类，同时NADP+和ADP和Pi(磷酸)的含量增加。 SZ-LWH 尝试构建光反应和暗反应之间的联系模式图。（用文字和箭头呈现） 合作探究三 小组合作探究三 SZ-LWH 有机物中稳定的化学能 SZ-LWH SZ-LWH Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS $$ 5.4 光合作用与能量转化 第2课时 ——光合作用的原理和应用 【学习目标】 1.通过探究光合作用原理的相关实验的资料分析等活动，能运用物质与能量观、结构和功能观，阐明光反应和暗反应的过程，形成光合作用概念，并以图示的形式表达出来。(生命观念、科学思维) 2.通过阅读科学史，能提出假说和实验设想，分析结果并得出结论，掌握科学探究的基本思路和方法；通过小组合作学习、构建模型，培养合作交流能力、建模能力。(生命观念、科学思维) 3.通过归纳概括，厘清光会作用中光反应和暗反应的区别和联系，说明光合作用的意义，在此过程中，认识到光合作用的重要性，进一步树立环保意识；体会到我国科学家的伟大贡献，感受科学研究的价值，激发为祖国伟大复兴而努力学习的豪情。(社会责任) 【温故知新】 1、光合作用的概念：绿色植物通过____________，利用________，将________________和_______转化成储存着能量的________，并且释放出________的过程。 2、光合作用的化学反应式：_______________________________________________________ 【学习过程】 【合作探究一】 【资料1】卡尔文实验1：实验中将14CO2通入盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻。用甲醇将化合物提取出来，再通过纸层析法分离光合产物，根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。在5秒钟的光照后，同时检测到了含有放射性的C5和C6。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90％的放射性出现在一种C3中。 （注：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）） 思考：据此分析14C的移动路径，CO2被吸收后，先后生成哪些物质，为什么？ 【资料2】卡尔文及其同事通过改变实验条件发现，C5化合物呈现规律性变化：如果突然中断CO2供应时，C3急剧减少而C5量增加；当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C的浓度急速降低。 思考：推测最开始与CO2反应的物质是什么？ 小组合作探究一：尝试根据资料构建CO2转化为糖类过程？（用文字和箭头呈现） 【合作探究二】 【资料3】 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接收电子的氧化剂（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。 思考：（1）希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ （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来自水？ 【资料4】1941 年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)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 C1802。然后，进行了两组实验:第一组给植物提供 H2O 和 C18 O2，第二组给同种植物提供 H218O 和 CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2，第二组释放的都是18O2。 思考：鲁宾和卡门实验的结论是什么？ 【资料5】阿尔农将叶绿体置于无CO2的溶液中。给以光照，加入ADP、Pi(磷酸)和NADP+(氧化型辅酶Ⅱ)，生成了O2、ATP和NADPH。 【资料6】1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，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。 【资料7】水分解为氧和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子(e-)。电子(e-)经传递，可用于NADP+与H+结合形成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。 思考:根据资料6和7，从物质和能量观的角度，写出其中涉及的3个反应式。 【资料8】化学渗透假说：1961年，英国生物化学家米切尔提出光照引起水的裂解，释放的H+留在类囊体腔中。类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，产生H+浓度差和电位差。当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，驱动ADP和Pi合成ATP。 思考：类囊体合成ATP的直接动力是什么？ 小组合作探究二尝试构建水的光解过程。（用文字和箭头呈现） 【资料9】阿尔农实验2： 注：离体叶绿体（将叶绿体在水溶液中胀破，离心后取上清液） 思考：暗反应是否需要光照？暗反应与光反应的关系？ 【资料11】当突然停止光照，短时间内C3的含量上升，C5的含量下降。黑暗下，只要给叶绿体提供ATP和NADPH就能将CO2转化为糖类，同时NADP+和ADP和Pi(磷酸)的含量增加。 思考: 根据资料分析ATP和NADPH具体参与暗反应哪个过程？ 小组合作探究三： 构建水的光解和糖类的合成之间的联系（用文字和箭头呈现） 【模型建构】 根据结构与功能观、物质和能量观的角度构建光合作用的过程模型。 【补充资料】贾格道夫实验：1963年，科学家贾格道夫在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。 【作业】 “二氧化碳人工合成淀粉”入选2021年度中国生命科学十大进展，中科院研究人员受到了自然光合作用的启发，在太阳能分解水的技术上，开发出了高效的化学催化剂，再利用“光能→电能→化学能”的能量转变方式，将二氧化碳固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物(C1)。在这个步骤中，光能的能量转化效率超过10%，远超自然光合作用的能量利用效率(2%)。完整的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)如图所示： 1． 图示模拟的是光合作用的什么过程？人工合成淀粉过程和自然光合作用下关于二氧化碳的固定是否相同，为什么？ 2．图中显示CO2还原需要人工提供的能量来自 。植物叶肉细胞中碳的还原所需要能量由 提供。 3．在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程中糖类的积累量等于植物吗？为什么？ 4．从生态环境的角度阐述人工合成淀粉的意义。 - 4 - 学科网（北京）股份有限公司 $$