5.4 光合作用与能量转化第2课时课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化(第2课时) 课程标准 概念2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖 2.2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区 域 2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转 变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能 学习目标 1.通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，构建光合作用的概念模型。 2.通过构建光合作用模型，从物质与能量观的角度，阐明光合作用过程中物质变化与 能量变化的过程，说明光合作用的原理。 3.通过对光反应与暗反应过程的比较归纳，理清光反应与暗反应的区别与联系，说明 光合作用的意义。 一、光合作用概念 场所 动力 原料 光合作用是指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。 产物 光能 叶绿体 叶绿体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? 光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢? (CH₂O) +O₂ +H,O L 二、探索光合作用原理的部分实验 --对光合作用过程的早期推测 1 、19世纪末 CO₂ H₂O 十绿体 (CH₂O)+O₂ H-COH ( 申 醛CH₂O) 2 、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖 甲醛对植物有毒 十 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 3、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氧气。 希尔反应： 离体的叶绿体在适当的条件下 发生水的光解、产生氧气的化学反应。 铁盐 (或其他 氧化剂) O₂ 离体的叶绿 体悬浮液 二、探索光合作用原理的部分实验--光反应研究 4、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氧气。 问题：希尔实验中的材料、处理措施及结果? 问 题 ：H₂O 分解产生O₂ 的同时还生成了什么物 质 ( 氢 元 素 去 哪 儿 了 ) ?(结合P103旁栏相关信息) O₂ 离体的叶绿 体悬浮液 问题：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么? NADP++2H++2e 酶 NADPH+H+ 铁盐 (或其他 氧化剂) 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 思考： (教材P103) 1、 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? 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? 1、不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水 的光解，产生氧气。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。 2、能，因为悬浮液中没有CO₂, 糖类合成时需要CO₂ 中的碳元素。 二、探索光合作用原理的部分实验--光反应研究 5、鲁宾和卡门实验 实验思路：用同位素标记来研究物质的去路。 材料：小球藻 处理：用180分别标记CO₂ 和H₂O, 给予光照。 C¹⁸O₂— O₂ CO₂— 180₂ 光照射下的 小球藻悬液 H₂O H₂⁸o 结论：光合作用产生的O₂ 来自于H₂O, 不来自CO₂。 自变量 和因变 量分别 是什么? 二、探索光合作用原理的部分实验 --光反应研究 6、1954年阿尔农实验 A组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi: 叶绿体中可以生产ATP B组：黑暗+叶绿体提取液+ADP+Pi: 叶绿体中不生产ATP 结 论 ： 光照下，叶绿体可合成ATP。 思考： (教材P103) 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 叶 绿 体 H₂O O₂ +NADPH +能 量 ADP +Pi ATP 光反应阶段 1.条件：光、色素、酶等 2.场所：类囊体薄膜 3. 物质变化 · 光能 H₂O NADPH+O₂ 4. 能量变化： 光能转变为ATP和NADPH中活跃的化 学 能 ADP+Pi 十 能量 ATP H₂0 02 光反应 三、光合作用的原理 NADP+ ATP ADP+Pi NADPH 光合作用过程 划分依据：反应过程是否需要光能 光反应 (光合作用第一阶段) 暗反应 (光合作用第二阶段) 又称碳反应 光反应在白天可以进行吗?夜间呢? 有光才能反应 暗反应在白天可以进行吗?夜间呢? 有光、无光都能反应 ③提取溶液中的物质，用纸层析法 使这些物质分离 ④对滤纸进行放射性显影，确定滤 纸上具有放射性的位置 ④剪下这部分滤纸，溶解，提取放 射性物质并进行化学鉴定 二、探索光合作用原理的部分实验--暗反应研究 ( 卡尔文实验) 实验结果 ¹4CO₂ ①给小球藻通C¹4O₂ 光下培养 ②杀死细胞，终止光合作用 三碳化合物 5秒后 实验结论 其他中 间产物 60秒后 先出现¹⁴C₃, 最后出现14C₅ 、14C₆ 1. 场所：叶绿体基质(提供酶、原料等) 2. 物质变化 CO₂ 的 固 定 ： CO₂+C₅ 酶 2C₃ C₃ 的 还 原 ： 酶 2C₃+ATP+NADPH 3. 能量变化 →C₅ ●ATP 和NADPH 中的活跃化学能转 变为糖类等稳定化合物中的化学能 CO₂ 多种酶 2C₃ K NADPH 还原 NADP+ 的C₃ (CH₂O) 暗反应/碳反应/卡尔文循环 ATP 三、光合作用的原理 暗反应阶段 糖类等 C₅ ADP O₂ 水在光下的分解 C₃ CO₂ 类囊体膜 上的色素 C₅ NADP+ (CH₂O) 暗反应阶段 请完成：P104 思考与讨论 P106 相练习与应用第三题 光合作用原理 多种酶 参加催化 光反应阶段 NADPH ATP 光 能 ADP+Pi H₂O 光合作用的过程 H₂O 可见光 吸[ 收 2C₃ 固定 多种酶 C₅ →(CH₂O) 光解 叶绿体中的 色素分子 NADPH 酶 NAD P+ ATP 酶 能 还 原 光反应 暗反应 (在类囊体的薄膜上进行)(在叶绿体的基质中进行) CO₂+H₂O O ₂ 光能 叶绿体 → (CH₂O)+O₂ ADP+ Pi CO₂ 光反应 暗反应 实 质 所需条件 光、色素、酶、水、 ADP、Pi、NADP+ ATP、NADPH、CO₂、 C⁵、多种酶等 (有光无 进行场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 光均可) 物质变化 水光解为O₂和H+;ATP 和 N A D P H 的 合 成 CO₂ 的固定；C₃ 的还原；ATP和 N A D P H 的 分 解 能量转化 光能转化为ATP和 N A D P H 中 的 化 学 能 ATP和NADPH中的化学能转 化为有机物中稳定的化学能 联系 物质变化上 的联系 光合作用实质： 把无机物转变成有机物，把光能转变成 化学能贮存起来 能量转化上 的联系 光反应和暗反应的比较 区别 O2 光解 H+ NADPH - NADP+ ATP 酶 ADP+Pi 光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系，缺一不可 光反应 暗反应 光合作用总过程： 多种酶 (CH₂O) 可见光 色素分子 还 原 CO₂ H₂O 固定 -2C₃ 吸收 C₅ H,O 水在光下的分解 C₃ ATP 多种酶 参加催化 C₅ NADP+ 光反应阶段 暗反应阶段 CO₂浓度不变 光反应 [H] ATP (CH₂O) 光照减弱 ↓ ↓ ↓ 光照增强 1 若光照强度减弱，短时间内，叶绿体内的C₅ 、C₃[H] 和ATP 的含量如何变化? 类囊体膜 上的色素 (CH₂O) ADP+Pi 光能 NADPH CO₂ O₂ O₂ 水在光下的分解 NADPH ATP 多种酶 参加催化 C₅ (CH₂O) 暗反应阶段 光照不变 暗反应 C₃ C₅ (CH₂O) CO₂浓度减少 ↑ CO₂浓度增加 ↑ 个 个 若CO₂ 浓度下降，短时间内，叶绿体内的C₅ 、C₃、 [H] 和ATP的含量如何变化? 类囊体膜 上的色素 ADP+Pi NADP+ 光反应阶段 光能 固 定 H,O CO₂ C₃ 硝 2NH₃+30₂ 2HNO₂+2H₂0 十 能量 华 2 HNO₂+0₂ ——2HNO,+能 量 菌 + H (HO)+ C2 T2 四、化能合成作用 自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分 解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌 光 能 自 养 生 物(绿色植物、蓝细菌) 自养生物 化能自养生物 五、新陈代谢类型 异 养 生 物(人、动物、真菌、大部分细菌) 光能自养型 光合作用如：绿色植物 化能自养型 化能合成作用如：硝化细菌 有氧呼吸 如：绝大多数动植物微生物 无氧呼吸 如：乳酸菌、破伤风杆菌 同化作用 异化作用 自养型 异养型 需氧型 厌氧型 兼性厌氧型 有氧呼吸和无氧呼吸 如：酵母菌 酵母菌的新陈代谢类型是 异养兼性厌氧型 五、新陈代谢类型 新陈代谢 当堂检测 1.在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然 改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变 化的物质，组合正确的是( C ) A. 红 光 ，ATP下降 B.红光，未被还原的C₃ 上升 C. 绿 光 ，NADPH 下降 D. 绿 光 ，C₅ 上升 CO, 光 ①图中A 是色 素，B 是 O₂ ,它来自于水 的分解。 ②图中C是[ H ] , 它被传递到叶绿体的基质 部位，用于用作还原剂。,还原C₃ ③图中D是 A T P, 在叶绿体中合成D 所需的能量来自 光 能。 当堂检测 2.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题： ⑤图中的H表示光反应，I表示暗反应 ，H 为I提供[H]和ATP。 ④图中G C₅化合物，F是C₃化合物 ,J是 糖 类 O $$