5.4 课时2 光合作用的原理课件-2026-2027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 水 有机物 CO2 O2 1.阐明光合作用的过程和基本原理。 2.归纳、概括光反应与暗反应的区别与联系。 学习目标 2 叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器 酶 色素 CHLOROPLAST 叶绿体 叶绿体内部类囊体的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。 类囊体腔 类囊体膜 类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。 知识回顾 光合作用 1.概念 2.反应式 CO2 + H2O （CH2O) + O2 光能 叶绿体 （CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，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。 叶绿体如何将光能转换成化学能的呢？ 注 绿色植物通过______，利用____，将___________转化成________________，并且释放出_____的过程。 叶绿体 光能 二氧化碳和水 储存着能量的有机物 氧气 水 有机物 CO2 O2 19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，____被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有_____作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937 年希尔（英国） 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 (希尔反应) 1941年鲁宾、卡门（美国） 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源 1954年阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成_____，这一过程总是与_________相伴随 20世纪40年代卡尔文（美国） 用14C标记 ，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向 毒害 O2 可以释放出氧气 ATP 水的光解 活动一：阅读课本P102思考讨论、104第二段，完成下表，并思考课本103讨论题 14CO2 一、探索光合作用原理的实验 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 光合作用原理的部分探索历程 应该注意到光合作用反应式中所有的反应物和产物都含有氧，而上面反应式并没有指出释放的O2是来自CO2还是H2O。 很多年来，人们一直以为光能将CO2分解成O2和C，C与H2O结合成（CH2O） 6 1937年 希尔反应 结果：叶绿体有O2释放 推测：叶绿体中水的光解产生了氧气。 离体的叶绿体悬浮液（有H2O，没有CO2） 铁盐 （或其他氧化剂） O2 1.希尔的实验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？ 不能，没有排除叶绿体中其他物质干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 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？ 能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 结合水分解产生的电子 知识讲解 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 1941年 鲁宾和卡门实验 结论：光合作用产生的O2来自于 。 同位素标记法 ③指标：检测相对分子质量判断：O2（32）、18O2（36） 二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。 ②不能通过检测放射性判断。18O2是无放射性的同位素 ①对比实验： 两组都是实验组。 水　 注意： 知识讲解 1954年 阿尔农实验 1957年 叶绿体合成ATP的过程，总是与水的光解相伴随。 光照下，叶绿体可合成ATP。 发现： H2O O2 + NADPH+ 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP 即在光下叶绿体内同时进行两个反应。 光照 ATP 水 光解 结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。 知识讲解 19世纪末 1928年 1937年 1954年 1941年 甲醛 → 糖 甲醛对植物有毒，不能通过光合作用转化成糖 希尔反应 水的光解产生氧气 鲁宾和卡门 同位素标记法光合作用氧气来自于水 阿尔农 光照下叶绿体合成ATP该过程总是与水的光解相伴 知识讲解 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。 光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。 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 有光才能反应 有光、无光都能反应 二、光合作用的过程 光反应阶段 暗反应阶段 条件 场所 物质变化 能量变化 光、色素、酶、水等 多种酶、NADPH、ATP、CO2等 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质中 水的光解；ATP、NADPH的生成 CO2的固定； C3的还原 ATP、NADPH中活跃的化学能 光能 ATP、NADPH 中活跃化学能 有机物中稳 定的化学能 活动二：阅读课本P103～104光反应阶段和暗反应阶段相关内容，完成下列表格（自主探究5分钟，小组合作3分钟） 知识讲解 1.光反应阶段 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 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 叶绿体类囊体薄膜 光、色素、多种酶 O2、NADPH、ATP ①在C3的还原中作还原剂； ②为C3的还原提供能量 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 知识讲解 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。 2.暗反应阶段： 光合作用第二阶段的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在 叶绿体基质中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列反应后生成糖类。 思考：CO2是如何转变为糖类的呢？ 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。 知识讲解 14 卡尔文实验 请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。 14CO2 → 14C3 →（14CH2O） → 14C5 方法：（放射性）同位素标记法 杀死细胞，使细胞停止代谢，以便检测生成的含14C标记的化合物种类。 知识讲解 15 NADPH ADP + Pi (CH2O) ATP 多种酶 参加催化 酶 CO2 还原 固定 供能 叶绿体基质 CO2的固定： C3的还原： CO2 + C5 2C3 酶 NADP+ 2.暗反应（碳反应） ①场所： ②条件： ③物质变化： ④能量变化： ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH ATP→ ADP+Pi NADPH→NADP+ 酶、NADPH、ATP 卡尔文循环 供氢 酶 C5 核酮糖-1,5-二磷酸 RuBP 2C3 3-磷酸-甘油酸 知识讲解 16 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 酶 能量变化： 光能→ATP和NADPH中活跃化学能 物质联系： ①光反应阶段为暗反应阶段提供 ， ②暗反应阶段为光反应阶段提供 原料。 ATP 和 NADPH ADP、Pi和NADP+ 思考:暗反应能在无光的环境中长期进行吗？ 不能，因光反应无法进行，缺乏光反应提供的ATP 和 NADPH。 知识讲解 17 1.NADPH和ATP的移动方向是怎样的？ 2.NADP+和ADP的移动方向呢？ 3.NADPH的作用有哪些？ 思考：根据图解思考回答以下问题。 从类囊体薄膜到叶绿体基质 从叶绿体基质到类囊体薄膜 ①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量 + NADP+ NADPH 色素分子 O2 可见光 吸收 光解 H+ ADP+Pi ATP 酶 能 光反应 C5 多种酶 2C3 (CH2O) CO2 固定 能 还原 能 暗反应 H2O 能 知识讲解 光反应与暗反应的区别与联系 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应场所 反应条件 物质变化 能量变化 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体基质中 需要光、色素、与光反应有关的酶 需要与暗反应有关的酶 光能转化为ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能 光 ADP + Pi + 能量 → ATP 水的光解 H2O → H+ + O2 合成NADPH NADP+ + H+ + e → NADPH 合成ATP 酶 CO2的固定 CO2 + C5 → 2C3 酶 C3的还原 C3 （CH2O） 酶 ATP、NADPH 知识讲解 光反应与暗反应的区别与联系 联系 1 光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供NADPH和ATP 2 暗反应是光反应的继续；暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi，以及NADP+ 光反应和暗反应紧密联系，能量转换与物质变化密不可分 光反应 暗反应 NADPH、ATP ADP、Pi、NADP+ 知识讲解 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）+14C5 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 活动三：根据光合作用图解，请写出光合作用总反应式并标出C、H、O的去向。 知识讲解 项目 光照由弱变强、CO2供应不变 光照由强变弱、CO2供应不变 光照不变、CO2由少变多 光照不变、CO2由多变少 C3 C5 NADPH 和ATP ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ 根据图中物质的来源和去路分析表格内各物质的相对含量在短时间的含量变化： 思维拓展 光照与CO2浓度变化引起的物质变化 知识讲解 化能合成作用 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 硝化细菌 2HNO3 + 能量 6CO2 + 6H2O 能量 2C6H12O6 + 6O2 知识讲解 新陈代谢类型 同化类型 自养型 异养型 光能自养 化能自养 （光合作用） 寄生、腐生、捕食 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 光能 叶绿体 硝化细菌 NH3 HNO2 + 能量 HNO3 + 能量 CO2+H2O 能量 （CH2O） 化能合成作用 知识讲解 ATP NADPH NADP+ ADP+Pi O2 C5 2C3 课堂小结 1.如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图。图中A物质和B物质的相对分子质量的比是(　　) A.1∶2 B.8∶9 C.2∶1 D.9∶8 解析 光合作用中生成的氧气中的氧全部来自参与反应的水，所以A为O2、B为18O2，则A物质和B物质的相对分子质量的比是8∶9。故选B。 B 2.下图为某植物光合作用的示意图，下列相关叙述正确的是（ ） A.阶段②中稳定的化学能转变成活跃的化学能 B.若中断CO2的供应则阶段①产生的b增多,d减少 C.阶段①中c为NADH,作为还原剂参与阶段②中f的还原 D.为该植物提供14CO2 ,则14C的转移途径为h→f→有机物 D $