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

该高中生物学课件聚焦光合作用原理，系统阐述其概念、反应式及光反应与暗反应阶段的物质能量变化，通过梳理19世纪末至1964年尼尔、鲁宾和卡门等关键实验，构建从旧观点到科学结论的认知支架，衔接前后知识。 其亮点是以经典实验为脉络（如鲁宾和卡门同位素标记法、卡尔文循环），培养科学思维与探究实践；对比光反应与暗反应的物质能量转化，渗透生命观念；用表格、流程图总结过程，助学生建模。学生能深化理解科学方法，教师可高效开展教学。

第4节 光合作用与能量转化 （第2课时）光合作用的原理 1.通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，能够阐明光合作用的过程，认识到光合作用过程中的物质与能量变化。 （生命观念，科学探究） 2. 通过对光反应与暗反应过程的比较归纳，及对光合作用过程的总结，领悟科学探究方法，体会人类对光合作用的认识是逐步的、不断发展的； （科学思维、社会责任） 学习目标 一、 光合作用的概念及反应式 绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存着能量的 ，并且释放 的过程。 叶绿体 光能 二氧化碳和水 有机物 氧气 1.概念 2.反应式 CO2+H2O (CH2O)+O2 光能 叶绿体 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+ 6H2O + 6O2 (1)光合作用的实质： 合成有机物，储存能量 (2)光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？ 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。 二、 探究光合作用原理的部分实验 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 1931年，微生物学家尼尔（C.B.Van Niel）将细菌光合作用与绿色植物的光合作用加以比较 1931年 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 希尔反应 离体的叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 （或其他氧化剂） O2 2 结合水分解产生的电子 希尔反应： （1）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。 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。。 （2）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？ O2全部来自于H2O吗？ 1941年 鲁宾和卡门实验 同位素标记法 相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（同位素标记方法）（对比实验的方法） 实验结论：氧气中的氧元素全部来自于H2O； 1954年 阿尔农实验 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： 结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 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。 1.离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中，经光照可产生氧气。 (　　) 2.鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法。 （ ） 3.叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。 (　　) 4.光合作用一定在叶绿体中进行。 （　　） √ × × × 放射性同位素3H、14C、35S、32P 巩固 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。　 三、 光合作用的过程 根据 ，这些化学反应可以概括地分为 和 （现在也称为碳反应)两个阶段。 是否需要光能 光反应 暗反应 光合作用过程的示意图 光反应 暗反应 暗反应 光反应 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2 + 4H+ + 4e- 光 色素 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADPH的合成： NADP+ + H+ + 2e- NADPH 酶 光能 ②条件： ①场所： ③物质转化： ⑤能量转化: ④产物： ATP、NADPH中活跃的化学能 光合作用第一阶段的化学反应， 才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。 类囊体上的光合色素 光能 ADP + Pi 酶 ATP O2 H+、e- 水在光下分解 H2O NADP+ NADPH 光反应阶段 必须有光 叶绿体类囊体薄膜 光、色素、多种酶 O2、NADPH、ATP 1 。 ATP主要用于暗反应,也参与叶绿体中生物大分子核酸、蛋白质的合成。 NADP+：氧化型辅酶Ⅱ NADPH：还原型辅酶Ⅱ 当可见光照射到绿色植物时，类囊体薄膜上的四种光合色素就会吸收光能，吸收的光能有两方面用途：一是将水分解生成氧气和H+，我们称之为水的光解；水分解生成的氧气直接从叶绿体释放出去，供生物体细胞呼吸利用，具体是参与有氧呼吸的第三阶段，而另一部分光能则用ATP的合成，储存到ATP远离腺苷的特殊化学键中。 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 卡尔文循环(同位素标记法) 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。 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)。 光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 暗反应阶段 2 叶绿体基质 CO2的固定： C3的还原： CO2 + C5 2C3 酶 ②条件： ③物质变化： 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH ATP→ ADP+Pi 酶、NADPH、ATP ①场所： ④能量变化： ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 NADPH→NADP+ 11 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 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 →有机物中稳定的化学能 酶 光反应为暗反应提供NADPH和ATP， 暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。 思考:暗反应能在无光的环境中长期进行吗？ 12 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 光反应和暗反应的比较 3 并不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。 小试牛刀：填填空 H 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 4 16 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 光合作用中元素的转移 5 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 6 在以上各物质的含量变化中，C3和C5含量的变化是相反的，若C3含量增加，则C5含量减少；[H]、ATP和C5的含量变化是一致的，都增加，或都减少。 C3（三碳化合物） C5（五碳化合物） 光照强→弱，CO2供应不变 光照弱→强，CO2供应不变 光照不变，减少CO2供应 光照不变，增加CO2供应 升高 下降 下降 下降 下降 升高 升高 升高 模型法 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 四、 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？ 2. 过程: 4.光合作用和化能合成作用的异同 1.概念: 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） 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 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌 课堂小结 Lavf59.6.100 $