第5章第4节第2课时光合作用原理课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

情 境 国际顶级学术期刊《科学》（Science）：我国科学家成功实现了无需任何植物，直接利用二氧化碳合成淀粉分子的全过程 自然界中的植物通过光合作用合成淀粉等有机物，具体是怎样的呢？ 第2课时 光合作用原理 人教版高中生物 必修1 第4节 光合作用与能量转化 学习目标 (1)探索光合作用原理的部分实验。 (2)光反应和暗反应的过程、场所、条件、物质变化和能量变化。 (3)外界条件突然改变时，物质含量的短期变化。 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。 CO2 H2O 光能 叶绿体 O2 + （CH2O） + （CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。 P104 化学反应式 光合作用的概念 一 ①光合作用释放的氧气，来自原料中的水还是二氧化碳？还是二者兼有？ ②叶绿体如何将光能转化为化学能并储存在糖类等有机物中？ 探索光合作用原理的部分实验 二 【资料1】 19世纪末 甲醛→糖 1928年 甲醛对植物有毒 甲醛不能通过光合作用转化成糖 CO2 O2 C + H2O 甲醛 （CH2O） 【资料2】 1937年，英国植物学家希尔在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬液中有H2O，无CO2），在光照下可以释放氧气。 希尔反应 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？ 能够说明，悬浮液中有H2O，无CO2，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 史料1 科学家 实验过程 实验现象 1937英国植物学家希尔 制备了离体叶绿体悬浮液，通过抽真空处理除去 CO2，保留 H2O，向其中加入铁盐( Fe3+) 并进行光照 Fe3+被还原为 Fe2+，同时离体的叶绿体中释放出氧气。 【资料2】 1937年，英国植物学家希尔在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬液中有H2O，无CO2），在光照下可以释放氧气。 希尔反应 2.希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？ 3.若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？ 不能，实验没有排除其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。 采用同位素标记法，可用18O分别标记H2O和CO2中的氧元素进行实验。 史料1 科学家 实验过程 实验现象 1937英国植物学家希尔 制备了离体叶绿体悬浮液，通过抽真空处理除去 CO2，保留 H2O，向其中加入铁盐( Fe3+) 并进行光照 Fe3+被还原为 Fe2+，同时离体的叶绿体中释放出氧气。 【资料3】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： 甲组 乙组 18O H218O C18O2 C18O2 H2O O2 H218O CO2 18O2 1.甲组和乙组实验形成一组什么实验？2.本实验可得出什么结论？ 对比实验 光合作用释放的氧全部来自水，不来源于CO2 【资料4】1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 H2O O2 光照 叶绿体 ADP+Pi 能量 ATP H2O 水的光解 O2 H+ ADP+Pi 酶 ATP CO2 C5 2C3 固 定 酶 供能 还 原 (CH2O) [糖类] 多种酶 参加催化 光能 NADPH NADP+ 供H 光合色素 供能 类囊体薄膜 光反应 暗反应 叶绿体基质 （碳反应） 光合作用的过程 二 物质变化： 能量变化： 光能 ATP和NADPH的化学能 糖类的化学能 光合作用光反应与暗反应比较 光反应阶段 暗反应阶段（碳反应） 场所 条件 物质变化 能量变化 联系 项目 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿体基质 光 色素 酶 水 ADP Pi NADP+ ATP NADPH 多种酶 CO2 C5 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 光反应为暗反应提供ATP和NADPH 暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料 过程 叶绿体 2H2O O2 + 4H+ 光 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 酶 NADP+ + H+ NADPH 酶 CO2＋C5 2C3 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH [史料] 科学家瓦伯格对小球藻进行闪光实验，每组处理总时长均为 135s，结果见下表。 (2015·全国Ⅰ，29) 小组 光合产物相对含量 A. 先光照 67.5 s，再暗处理 67.5 s 50% B. 先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各 7.5 s 70% C. 先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各 3.75 s 94% D. 持续光照 135 s 100% (1) A,B,C组的单一变量是什么？ 光暗交替频率的频率 思考 [史料] 科学家瓦伯格对小球藻进行闪光实验，每组处理总时长均为 135s，结果见下表。 (2015·全国Ⅰ，29) 小组 光合产物相对含量 A. 先光照 67.5 s，再暗处理 67.5 s 50% B. 先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各 7.5 s 70% C. 先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各 3.75 s 94% D. 持续光照 135 s 100% (2) 相同光照时间内哪组合成有机物产物最多? C组 思考 光暗交替的频率越高，产物越_____ 多 C3 下降的原因： CO2的固定速率变慢， C3的还原速率暂时不变 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 总是和C3、ADP、Pi、NADP+一致，和C5、ATP、NADPH 相反 总是和C3、ADP、Pi、NADP+相反，和C5、ATP、NADPH 一致 CO2 光照 17 条 件 C3 C5 ATP (CH2O)合成量 减少CO2 供应、光照不变 CO2 供应增加，光照不变 减弱光照、CO2 供应不变 增强光照，CO2 供应不变 减少 减少 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 增加 增加 增加 减少 减少 增加 总是和C3、ADP、Pi、NADP+一致，和C5、ATP、NADPH 相反 总是和C3、ADP、Pi、NADP+相反，和C5、ATP、NADPH 一致 CO2 光照 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 18 C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP 各图中，曲线①和②分别可表示C3、C5、ATP、NADPH中的哪些？ 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的合成作用。例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。 化能合成作用（P106） 【思维拓展】 20 1.[24海南 16(1)]光合作用必需的酶分布在叶绿体的___________和___________。 3.[24山东 21(1)]光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有_____________ 4.[24安徽 16(1)]旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受___________释放的能量并被还原。 5.[23重庆 19(1)]类囊体薄膜电子传递的最终产物是______。 2.[24河北 19(1)]暗反应阶段C3还原转化为______和_____。 高考引领 P104 第3段 1.[24海南 16(1)]光合作用必需的酶分布在叶绿体的___________和___________。 类囊体薄膜 叶绿体基质 2.[24河北 19(1)]暗反应阶段C3还原转化为______和_____。 C5 糖类 深挖教材 深挖教材 3.[24山东 21(1)]光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有_____________ 4.[24安徽 16(1)]旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受___________释放的能量并被还原。 ATP、NADPH P104 氧化型辅酶Ⅰ : NAD+ 还原型辅酶Ⅰ : NADH P93 氧化型辅酶Ⅱ: NADP+ 还原型辅酶Ⅱ: NADPH P103 P104 第3段 H H H C C H O C H O H O H H P O OH OH HO O 甘油 核酮糖 甘油酸-3-磷酸 -1，5-二磷酸 RuBP 3-磷酸 酸 深挖教材 3.[24山东 21(1)]光反应在类囊体上进行，生成可供暗反应利用的物质有_____________ 4.[24安徽 16(1)]旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受___________释放的能量并被还原。 ATP、NADPH ATP、NADPH P104 第3段 P104 第3段 P104 深挖教材 5.[23重庆 19(1)]类囊体薄膜电子传递的最终产物是______。 NADPH P103 类囊体薄膜电子传递的最初供体是______。 拓展 水 最终受体 NADP+ 物质变化： 能量变化： 光能 ATP和NADPH的化学能 糖类的化学能 总是和C3一致，和C5、ATP、NADPH 相反 总是和C3相反，和C5、ATP、NADPH 一致 CO2 光照 过程 环境改变时光合作用各物质含量变化 课堂小结 $