2022版新教材高中生物5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化（二）1課件新人教版必修1

1、二光合作用的原理和應(yīng)用第1課時光合作用的原理一、光合作用概念和反響式一、光合作用概念和反響式1.1.概念概念: :綠色植物通過綠色植物通過_,_,利用光能利用光能, ,將二氧化碳將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物, ,并且釋放出并且釋放出_的的過程。過程。2.2.反響式反響式:_:_。葉綠體葉綠體氧氣氧氣COCO2 2+H+H2 2O (CHO (CH2 2O)+OO)+O2 2二、光合作用探究歷程二、光合作用探究歷程世紀(jì)末世紀(jì)末, ,科學(xué)界普遍觀點科學(xué)界普遍觀點:C:C與與H H2 2O O結(jié)合成結(jié)合成_。年年: :甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成甲醛不能通過光合作

2、用轉(zhuǎn)化成_。年年, ,英國希爾英國希爾: :離體葉綠體在適當(dāng)條件下可產(chǎn)生離體葉綠體在適當(dāng)條件下可產(chǎn)生_。甲醛甲醛氧氣氧氣糖糖年年, ,魯賓和卡門魯賓和卡門: :研究了光合作用中研究了光合作用中_的來源的來源( (氧氣來源于氧氣來源于H H2 2O)O)。年年, ,美國阿爾農(nóng)美國阿爾農(nóng): :光照下光照下, ,葉綠體可合成葉綠體可合成_;_;19571957年年: :這一過程總是與水的光解相伴隨。這一過程總是與水的光解相伴隨。氧氣氧氣ATPATP三、光合作用的過程三、光合作用的過程1.1.寫出圖中序號代表的物質(zhì)或過程寫出圖中序號代表的物質(zhì)或過程: :_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _NAD

3、PHNADPHATPATPCOCO2 2(CH(CH2 2O)O)光反響光反響暗反暗反應(yīng)應(yīng)2.2.光反響階段光反響階段: :(1)(1)場所場所: :葉綠體的葉綠體的_。(2)(2)條件條件:_:_、_和有關(guān)的和有關(guān)的_。(3)(3)物質(zhì)變化物質(zhì)變化: :水的光解水的光解:H2O _+_:H2O _+_ATPATP的合成的合成:ADP+Pi+:ADP+Pi+能量能量 _ _。(4)(4)能量變化能量變化: :將將_轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姷霓D(zhuǎn)變?yōu)榛顫姷腳。類囊體薄膜類囊體薄膜光光色素色素酶酶12O O2 22NADPH2NADPHATPATP光能光能化學(xué)能化學(xué)能3.3.暗反響階段暗反響階段: :(1)(1)

4、場所場所: :葉綠體內(nèi)的葉綠體內(nèi)的_中。中。(2)(2)條件條件:_:_的催化。的催化。(3)(3)物質(zhì)變化物質(zhì)變化: :CO2CO2的固定的固定:CO2+C5 2C3:CO2+C5 2C3C3C3的復(fù)原的復(fù)原:C3 (CH2O):C3 (CH2O)C3 C5C3 C5葉綠體基質(zhì)葉綠體基質(zhì)酶酶(4)(4)能量變化能量變化:_:_中活潑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物中中活潑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C物中_。ATPATP穩(wěn)穩(wěn)定的化學(xué)能定的化學(xué)能【激疑】【激疑】(1)(1)在無光條件下在無光條件下, ,暗反響能否長期進展暗反響能否長期進展? ?提示提示: :在無光條件下在無光條件下, ,光反響不能進展光反響不能進展,

5、 ,光反響的產(chǎn)物光反響的產(chǎn)物ATPATP和和NADPHNADPH減少減少, ,不能滿足暗反響的需求不能滿足暗反響的需求, ,暗反響將停暗反響將停頓進展。頓進展。 (2)(2)假設(shè)暗反響停頓假設(shè)暗反響停頓, ,光反響能否持續(xù)進展光反響能否持續(xù)進展? ?提示提示: :暗反響停頓暗反響停頓, ,光反響產(chǎn)生的光反響產(chǎn)生的ATPATP和和NADPHNADPH積累過多積累過多, ,抑制光反響的進展。抑制光反響的進展。知識點一光合作用的探究歷程知識點一光合作用的探究歷程1.1.希爾實驗希爾實驗: :(1)(1)實驗過程實驗過程: :離體葉綠體的懸浮液中參加鐵鹽或其他離體葉綠體的懸浮液中參加鐵鹽或其他氧化劑氧

6、化劑( (懸浮液中有懸浮液中有H2O,H2O,沒有沒有CO2),CO2),在光照下可以釋放在光照下可以釋放出氧氣。出氧氣。(2)(2)實驗結(jié)論實驗結(jié)論: :在適當(dāng)條件下葉綠體產(chǎn)生氧氣。在適當(dāng)條件下葉綠體產(chǎn)生氧氣。2.2.魯賓和卡門實驗魯賓和卡門實驗: :相互對照相互對照( (條件一樣的兩組材料條件一樣的兩組材料, ,分別標(biāo)記不同的物質(zhì)分別標(biāo)記不同的物質(zhì): :一組為一組為 , ,另一組為另一組為C18O2)C18O2)。3.3.阿爾農(nóng)實驗阿爾農(nóng)實驗: :光照下葉綠體合成光照下葉綠體合成ATP,ATP,這一過程與水的光解相伴隨。這一過程與水的光解相伴隨。182H O【思考思考討論討論】希爾實驗說明

7、水光解可以產(chǎn)生氧氣希爾實驗說明水光解可以產(chǎn)生氧氣, ,是否說明植物光合是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧全部來自水作用產(chǎn)生的氧氣中的氧全部來自水? ?為什么為什么?(?(科學(xué)思維科學(xué)思維) )提示提示: :不能。葉綠體內(nèi)還有其他含有氧元素的物質(zhì)不能。葉綠體內(nèi)還有其他含有氧元素的物質(zhì), ,不不能確定氧元素全部來自水。能確定氧元素全部來自水。 【素養(yǎng)案例】【素養(yǎng)案例】美國科學(xué)家魯賓美國科學(xué)家魯賓(S.Ruben)(S.Ruben)和卡門和卡門(M.kamen)(M.kamen)用用18O18O分別分別標(biāo)記標(biāo)記H2OH2O和和CO2CO2中的氧中的氧, ,進展光合作用實驗。該實驗證明進展光合作用實

8、驗。該實驗證明了了( () )A.A.光合作用制造了有機物光合作用制造了有機物B.B.光合作用需要利用根系吸收的水分光合作用需要利用根系吸收的水分C.C.光合作用生成的氧來自水光合作用生成的氧來自水D.D.光合作用吸收的二氧化碳來自大氣光合作用吸收的二氧化碳來自大氣【解析】選【解析】選C C。美國科學(xué)家魯賓和卡門用。美國科學(xué)家魯賓和卡門用18O18O分別標(biāo)記分別標(biāo)記H2OH2O和和CO2CO2中的氧中的氧, ,進展光合作用實驗。實驗過程中進展光合作用實驗。實驗過程中, ,發(fā)發(fā)現(xiàn)如果用現(xiàn)如果用18O18O標(biāo)記標(biāo)記H2O,H2O,光合作用釋放的氧氣中含有光合作用釋放的氧氣中含有18O;18O;用用

9、18O18O標(biāo)記標(biāo)記CO2,CO2,光合作用釋放的氧氣中沒有光合作用釋放的氧氣中沒有18O18O?？茖W(xué)?？茖W(xué)家通過相互對照實驗家通過相互對照實驗, ,證明了光合作用生成的證明了光合作用生成的O2O2中的氧中的氧來自來自H2OH2O?！舅仞B(yǎng)【素養(yǎng)遷移】遷移】下面表示較強光照且溫度一樣以及水和小球藻的質(zhì)量下面表示較強光照且溫度一樣以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下相等的條件下, ,小球藻進展光合作用的實驗示意圖。一小球藻進展光合作用的實驗示意圖。一段時間后段時間后, ,以下相關(guān)實驗比較不正確的選項是以下相關(guān)實驗比較不正確的選項是( () )世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號 2 2的質(zhì)量大于的質(zhì)量大于Y

10、Y3 3的質(zhì)量的質(zhì)量B.B.中小球藻的質(zhì)量大于中小球藻的質(zhì)量中小球藻的質(zhì)量大于中小球藻的質(zhì)量C.C.中水的質(zhì)量大于中水的質(zhì)量中水的質(zhì)量大于中水的質(zhì)量D.D.試管的質(zhì)量大于試管的質(zhì)量試管的質(zhì)量大于試管的質(zhì)量【解析解析】選選C C。Y Y1 1和和Y Y3 3是是O O2 2,Y,Y2 2和和Y Y4 4是是1818O O2 2, ,因此因此Y Y2 2的質(zhì)量的質(zhì)量大于大于Y Y3 3的質(zhì)量的質(zhì)量; ;中小球藻中含有中小球藻中含有( )( )的有機物的有機物, ,而而中小球藻含有中小球藻含有(CH(CH2 2O)O)的有機物的有機物, ,故中小球藻的質(zhì)量故中小球藻的質(zhì)量大于中小球藻的質(zhì)量大于中小球

11、藻的質(zhì)量; ;和中的水都為和中的水都為O,O,且含量相且含量相同同, ,因此質(zhì)量相等因此質(zhì)量相等; ;在試管和中原有質(zhì)量相等的情在試管和中原有質(zhì)量相等的情況下況下, ,中釋放的是中釋放的是1818O O2 2, ,而中釋放的是而中釋放的是O O2 2, ,故剩余質(zhì)故剩余質(zhì)量大于。量大于。182CH O知識點二光合作用的過程知識點二光合作用的過程1.1.光反響與暗反響的比較光反響與暗反響的比較: :(1)(1)區(qū)別區(qū)別: :項目項目光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)( (碳反應(yīng)碳反應(yīng)) )實質(zhì)實質(zhì)光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能, ,并釋放并釋放O O2 2同化同化COCO2 2, ,合成有機物合成有機物

12、需要條件需要條件外界條件外界條件: :光照光照; ;內(nèi)部條件內(nèi)部條件: :色素、酶色素、酶不需要光照不需要光照; ;內(nèi)部條件內(nèi)部條件: :酶酶項目項目光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)( (碳反應(yīng)碳反應(yīng)) )反應(yīng)場所反應(yīng)場所葉綠體類囊體葉綠體類囊體的薄膜上的薄膜上葉綠體基質(zhì)內(nèi)葉綠體基質(zhì)內(nèi)物質(zhì)變化物質(zhì)變化水的光解水的光解: :水分解成水分解成NADPHNADPH和和O O2 2ATPATP的合成的合成: :在相關(guān)在相關(guān)酶的作用下酶的作用下,ADP,ADP和和PiPi形成形成ATPATPCOCO2 2的固定的固定:CO:CO2 2+C+C5 5 2C2C3 3C C3 3的還原的還原:2C:2C3 3 (C

13、H(CH2 2O)+CO)+C5 5項目項目光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)( (碳反應(yīng)碳反應(yīng)) )能量變化能量變化 光能光能活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能活躍的化學(xué)能有機有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能物中穩(wěn)定的化學(xué)能相應(yīng)產(chǎn)物相應(yīng)產(chǎn)物 O O2 2、ATPATP和和NADPHNADPH糖類等有機物糖類等有機物(2)(2)聯(lián)系聯(lián)系: :光反響為暗反響提供兩種重要物質(zhì)光反響為暗反響提供兩種重要物質(zhì):NADPH:NADPH和和ATP,ATP,NADPHNADPH既可作復(fù)原劑既可作復(fù)原劑, ,又可提供能量又可提供能量; ;暗反響為光反響提暗反響為光反響提供三種物質(zhì)供三種物質(zhì):ADP:ADP、PiPi以及以及NAD

14、P+NADP+。暗反響有光無光都能進展。假設(shè)光反響停頓暗反響有光無光都能進展。假設(shè)光反響停頓, ,暗反響暗反響可持續(xù)進展一段時間可持續(xù)進展一段時間, ,但時間不長但時間不長, ,故晚上一般認(rèn)為只故晚上一般認(rèn)為只進展呼吸作用進展呼吸作用, ,不進展光合作用。不進展光合作用。2.2.光合作用過程中的物質(zhì)變化光合作用過程中的物質(zhì)變化: :(1)(1)光合作用過程中光合作用過程中C C、O O元素轉(zhuǎn)移途徑元素轉(zhuǎn)移途徑: :(2)(2)光合作用總反響式與光合作用總反響式與C C、H H、O O元素的去向元素的去向: :3.3.光照和光照和CO2CO2濃度變化對細(xì)胞中濃度變化對細(xì)胞中C3C3、C5C5含量

15、的影響含量的影響: :(1)(1)理論依據(jù)理論依據(jù): :細(xì)胞中細(xì)胞中C3C3的含量取決于的含量取決于C3C3的生成速率和的生成速率和C3C3的消耗速率。的消耗速率。C3C3的生成通過的生成通過CO2CO2的固定實現(xiàn)的固定實現(xiàn),C3,C3的消的消耗通過耗通過C3C3的復(fù)原實現(xiàn)的復(fù)原實現(xiàn), ,如下圖如下圖: :由由C5+CO22C3C5+CO22C3可知可知, ,細(xì)細(xì)胞中胞中C3C3、C5C5的含量變化相反。的含量變化相反。(2)(2)實例分析實例分析: :外界條件變化外界條件變化分析分析結(jié)果結(jié)果光照光照強強弱弱光反應(yīng)減弱光反應(yīng)減弱,NADPH,NADPH和和ATPATP減少減少,C,C3 3還原

16、減弱還原減弱,C,C3 3消消耗減少耗減少,C,C5 5產(chǎn)生減少產(chǎn)生減少C C3 3含量增多含量增多, ,C C5 5含量減少含量減少弱弱強強光反應(yīng)增強光反應(yīng)增強,NADPH,NADPH和和ATPATP增多增多,C,C3 3還原增強還原增強,C,C3 3消消耗增多耗增多,C,C5 5產(chǎn)生增多產(chǎn)生增多C C3 3含量減少含量減少, ,C C5 5含量增多含量增多外界條件變化外界條件變化分析分析結(jié)果結(jié)果COCO2 2濃度濃度高高低低COCO2 2固定減弱固定減弱,C,C3 3產(chǎn)生產(chǎn)生減少減少,C,C5 5消耗減少消耗減少C C3 3含量減少含量減少, ,C C5 5含量增多含量增多低低高高COCO

17、2 2固定增強固定增強,C,C3 3產(chǎn)生產(chǎn)生增多增多,C,C5 5消耗增多消耗增多C C3 3含量增多含量增多, ,C C5 5含量減少含量減少【思考【思考討論】討論】1.1.假設(shè)給植物提供假設(shè)給植物提供 , ,一段時間后能否在植物體內(nèi)的一段時間后能否在植物體內(nèi)的有機物中發(fā)現(xiàn)有機物中發(fā)現(xiàn)18O?18O?試說明原因。試說明原因。( (生命觀念生命觀念) )提示提示: : 參與有氧呼吸第二階段參與有氧呼吸第二階段, ,可形成可形成C18O2,C18O2C18O2,C18O2參與光合作用參與光合作用, ,可形成含有可形成含有18O18O的有機物。的有機物。182HO182HO2.2.光合作用中的復(fù)原

18、劑和細(xì)胞呼吸中的復(fù)原劑是否一光合作用中的復(fù)原劑和細(xì)胞呼吸中的復(fù)原劑是否一樣樣, ,完成下表完成下表:(:(科學(xué)思維科學(xué)思維) )光合作用過程中還原劑光合作用過程中還原劑細(xì)胞呼吸過程中還原劑細(xì)胞呼吸過程中還原劑本質(zhì)本質(zhì)還原型輔酶還原型輔酶(NADPH)(NADPH)還原型輔酶還原型輔酶(NADH)(NADH)來源來源 _階段階段無氧呼吸第無氧呼吸第_階段、有階段、有氧呼吸第氧呼吸第_、_階段階段去向去向 _有氧呼吸第有氧呼吸第_階段階段光反響光反響一一二二三碳化合物的復(fù)原三碳化合物的復(fù)原三三一一【素養(yǎng)案例】【素養(yǎng)案例】陽光穿過森林中的空隙形成陽光穿過森林中的空隙形成“光斑光斑, ,如圖表示一株生

19、如圖表示一株生長旺盛的植物在長旺盛的植物在“光斑照射前后光合作用吸收光斑照射前后光合作用吸收CO2CO2和和釋放釋放O2O2量的變化量的變化, ,據(jù)此正確的分析是據(jù)此正確的分析是( () )世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號A.A.光斑照射前光斑照射前, ,光合作用無法進展光合作用無法進展B.B.光斑照射后光斑照射后, ,光反響和暗反響迅速同步增加光反響和暗反響迅速同步增加C.C.光斑照射后光斑照射后, ,暗反響對光反響有限制作用暗反響對光反響有限制作用D.D.光斑移開后光斑移開后, ,光反響和暗反響迅速同步減弱光反響和暗反響迅速同步減弱【解題導(dǎo)引解題導(dǎo)引】(1)(1)圖示信息圖示信息: :光斑照射

20、前有氧氣的釋放和二氧化碳的吸收。光斑照射前有氧氣的釋放和二氧化碳的吸收。光斑照射后氧氣的釋放速率和二氧化碳吸收速率增光斑照射后氧氣的釋放速率和二氧化碳吸收速率增加不同步。加不同步。光斑移開后光斑移開后, ,氧氣的釋放速率和二氧化碳吸收速率減氧氣的釋放速率和二氧化碳吸收速率減弱不同步。弱不同步。(2)(2)關(guān)鍵知識關(guān)鍵知識: :光合作用總反響式中光合作用總反響式中, ,氧氣的釋放量和二氧氣的釋放量和二氧化碳吸收量相等。氧化碳吸收量相等。 【解析】選【解析】選C C。光斑照射前。光斑照射前, ,有氧氣釋放有氧氣釋放, ,說明植物細(xì)胞說明植物細(xì)胞在進展光合作用在進展光合作用,A,A項錯誤項錯誤; ;

21、光斑照射后光斑照射后, ,光反響迅速增光反響迅速增加加, ,而暗反響沒有相應(yīng)增加而暗反響沒有相應(yīng)增加, ,二者不同步二者不同步,B,B項錯誤項錯誤; ;光斑光斑照射后照射后, ,一開場光反響遠(yuǎn)高于暗反響一開場光反響遠(yuǎn)高于暗反響, ,然后光反響逐漸然后光反響逐漸減弱減弱, ,與暗反響保持一致與暗反響保持一致, ,因此可以看出因此可以看出, ,暗反響限制了暗反響限制了光反響的進展光反響的進展,C,C項正確項正確; ;光斑移開后光斑移開后, ,光反響迅速減弱光反響迅速減弱, ,而暗反響過一段時間后才減弱而暗反響過一段時間后才減弱, ,二者不同步二者不同步,D,D項錯誤。項錯誤?！舅仞B(yǎng)素養(yǎng)探究探究】母

22、題追問母題追問科學(xué)思維科學(xué)思維分析與綜合分析與綜合光斑移開后光斑移開后,C,C3 3含量和含量和C C3 3的生成速率會如何變化的生成速率會如何變化? ?為什為什么么? ? 提示提示:C3:C3含量增多含量增多,C3,C3的生成速率減慢。光斑移開后的生成速率減慢。光斑移開后, ,光光反響減弱反響減弱,NADPH,NADPH和和ATPATP合成量減少合成量減少, ,被復(fù)原的被復(fù)原的C3C3減少減少, ,導(dǎo)導(dǎo)致致C3C3含量增多含量增多, ,進而反響抑制進而反響抑制C3C3的生成過程的生成過程, ,導(dǎo)致導(dǎo)致C3C3的的生成速率減慢。生成速率減慢?！舅仞B(yǎng)【素養(yǎng)遷移】遷移】在其他條件適宜的情況下在其他

23、條件適宜的情況下, ,在供試植物正常進展光合作在供試植物正常進展光合作用時突然停頓光照用時突然停頓光照, ,并在黑暗中立即開場連續(xù)取樣分析并在黑暗中立即開場連續(xù)取樣分析, ,在短時間內(nèi)葉綠體中在短時間內(nèi)葉綠體中C3C3和和C5C5含量的變化是含量的變化是( () ) 3 3和和C C5 5都迅速減少都迅速減少3 3和和C C5 5都迅速增加都迅速增加3 3迅速增加迅速增加,C,C5 5迅速減少迅速減少3 3迅速減少迅速減少,C,C5 5迅速增加迅速增加【解析】選【解析】選C C。由題意知。由題意知, ,在其他條件適宜的情況下在其他條件適宜的情況下, ,在在供試植物正常進展光合作用時突然停頓光照后供試植物正常進展光合作用時突然停頓光照后, ,光反響光反響停頓停頓,NADPH,NADPH和和ATPATP下降下降,C3,C3的復(fù)原減弱直至停頓的復(fù)原減弱直至停頓, ,而而CO2CO2的固定那么繼續(xù)進展的固定那么繼續(xù)進展, ,但由于缺少但由