5.4光合作用与能量转化(第二课时)课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

本高中生物学课件围绕光合作用原理，以任务驱动（任务一至六）引导学生探究氧气来源、电子受体及光/暗反应的物质与能量转化。通过希尔反应、鲁宾-卡门同位素实验、卡尔文循环等经典科学史实验为学习支架，逐步构建“水的光解→ATP/NADPH生成→CO₂固定与还原”的知识脉络。 亮点在于以科学史实验为主线，融合生命观念（物质与能量转化）、科学思维（同位素示踪等证据推理）与探究实践（任务式问题链，如碳转移途径分析）。通过还原实验过程（如鲁宾-卡门对比实验）培养证据意识，助力学生主动建构知识，教师可借助结构化实验案例提升探究式教学效率。

光合作用与能量转化 第2课时　 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。 二、光合作用的原理 CO2+H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 1.光合作用的定义 2.探索光合作用原理的部分实验 （1）19世纪末 （2）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类。 任务一 O2是来自H2O还是来自CO2？ 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。 活动1 什么是希尔反应？ 阅读教材“思考•讨论”第1、2段，回答下列问题： 基于以上材料，尝试补充完整希尔实验表达式。能否说明植物光合作用产生的O2中的氧全部都来自水？ O2 H+ H2O 光照、离体叶绿体 铁盐（或其他氧化剂） （3）1937年，英国植物学家希尔(R.Hill) 不能，仅说明了离体叶绿体发生水的光解，产生氧气。 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。 4 活动2 阅读教材“思考•讨论”第3段，分析O2中O的来源： 1941年，美国科学家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。 对比实验 光合作用释放的氧气来自于水。 （4）1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen) H2O O2 H+ 根据化学氧化还原反应，水中的氧元素失电子化合价升高被氧化成氧气，那失去去的电子给了氧化剂（铁盐），那细胞中接受电子的是什么物质呢？ 5 任务二 探究细胞内接收电子的物质 叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？ NADP+ ， NADP++H++2e- NADPH 酶 20世纪50年代初，科学家们发现了叶绿体中的天然氧化剂NADP+（氧化型辅酶Ⅱ），在参与水光解时得到H+生成NADPH（还原型辅酶Ⅱ）。 H2O O2 H+ NADP+ NADPH 6 任务三 光反应中能量转化的探究 1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可利用ADP和Pi合成ATP。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴。 ATP ADP+Pi 能量 能量 酶 酶 ATP的合成与分解过程 （5）1954年，美国科学阿尔农(D.Arnom) H2O O2 H+ NADP+ NADPH ADP+Pi ATP 因为这个阶段必需在有光的条件下才能进行，这个阶段称为光反应阶段。 7 任务四 建构概念——光反应 色素和酶 H2O NADP+ ADP+Pi ATP NADPH O2 光能 ATP和NADPH中的化学能 条件： 场所： 物质变化： 能量变化： 8 任务五 探究反应物中的CO2，与生成物中糖类之间的关系。 在希尔反应基础上，阿尔农又发现：在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并有糖类(CH2O)产生。 H2O、NADP+、ADP、Pi、 （无CO2） O2、NADPH、ATP 光照 黑暗 CO2 CH2O 思考：实验说明 ATP和NADPH被用于什么过程？ 9 1961年获诺贝尔化学奖 同位素标记法 14CO2 （6）卡尔文实验（一） 小球藻 10 实验过程: 2.不同反应时间下取样，将藻类细胞置于热酒精中杀死 3.分离溶解物中的分子 1.向藻类细胞光合作用的原料中加入14CO2 4.进行放射性显影，以确定放射性的部位 丙氨酸 甘氨酸 丝氨酸 蔗糖 磷酸丙糖 磷酸糖 苹果酸 柠檬酸 二磷酸糖 Glu Asp PEPA PGA UDPG 30s光照检测到了多种带14C标记的化合物 11 【资料3】1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。(1)向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。 活动：根据资料，尝试建立CO2，C3，C5，和C6（CH2O）的转化关系，写出碳的转移途径？ (2)在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性三碳化合物( C3 )、五碳化合物( C5 )和( C6，CH2O )。 (3)光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物( C3 )中。 12 ATP、NADPH 参与上述哪个过程呢？ 13 （6）卡尔文实验（二） 100 200 300 400 500 600 700 10000 20000 光 暗 关闭光照CO2供应不变 Time in seconds C3 物质的瞬时变化 停止供应ATP、NADPH C5 ATP、NADPH 参与上述哪个过程呢？ 14 验证碳转移的途径 光照不变，降低环境中CO2的含量，预测C3和C5瞬时含量的变化 -100 0 100 200 20 Time，seconds at 6℃ C3 C5 300 1%CO2 0.003%CO2 10 15 ATP NADPH ADP+Pi NADP＋ CO2 （CH2O） C3 C5 固定 还原 再生 多种酶 任务六 建构概念——暗反应 因为这个阶段没有光的条件下也能进行，这个阶段称为暗反应阶段。 条件： 场所： 物质变化： 能量变化： 16 任务七 总结光反应和暗反应的区别与联系 色素和酶 H2O NADP+ ADP+Pi ATP NADPH O2 CO2＋H2O　　　　(CH2O)＋O2 光能 叶绿体 还 原 C3 C5 固 定 多种酶催化 CO2 （CH2O） 再 生 光反应 暗反应 17 光反应阶段与暗反应阶段的比较 项目 光反应阶段 暗反应阶段 区 别 场所 条件 物质变化 能量转化 联系 类囊体薄膜 叶绿体基质 光、色素、酶 多种酶、NADPH、ATP 物质联系：光反应为暗反应提供了ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+。 能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。 水的光解 ATP和NADPH的合成 CO2的固定：CO2+C5 → 2C3 C3的还原： 2C3 →C5+(CH2O) ATP和NADPH的分解 光能→活跃的化学能 （ATP和NADPH） 活跃的化学能→稳定的化学能 （ATP和NADPH ） （糖类） 光照减弱 NADPH、ATP减少 暗反应减弱 光反应减弱 CO2减少 NADP+、ADP减少 光反应减弱 暗反应减弱 光反应与暗反应紧密联系，共同增减！ C3 C5 NADPH,ATP (CH2O) 减弱光照 CO2不变 增强光照 CO2不变 光照不变 CO2减少 光照不变 CO2增加 增加 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 减少 增加 增加 减少 增加 减少 减少 增加 C3、C5、ATP、NADPH、（CH2O）含量变化规律 C5 2C3 ATP NADPH （CH2O） CO2 20 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。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 CO2+H2O (CH2O)+O2 能量 酶 硝化细菌 化能合成作用 代谢类型 同化作用 异化作用 自养 异养 光能自养 (光合作用) 化能自养 需氧型 厌氧型 (化能合成作用) …… 谢谢聆听 Thanks for watching 23 $