5.4.2光合作用的原理和應(yīng)用-2課件【知識(shí)精研+拓展延伸】高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

5.4.2光合作用與能量轉(zhuǎn)化二、光合作用的原理和應(yīng)用O2CH2OH2OCO2太陽能類囊體葉綠體基質(zhì)復(fù)習(xí)葉綠體結(jié)構(gòu)外膜內(nèi)膜基粒類囊體色素分布：酶分布：基質(zhì)類囊體薄膜上類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)

綠色植物通過

，利用

，把

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的

，并且釋放

的過程。葉綠體光能二氧化碳和水有機(jī)物氧氣(2)光合作用的實(shí)質(zhì)：合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體原料：二氧化碳水產(chǎn)物：有機(jī)物(糖類)氧氣場(chǎng)所：葉綠體條件：光能多種酶光合色素(1)光合作用的原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所、條件是什么？光合作用1.概念：2.反應(yīng)式：注：（CH2O）表示糖類，

光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。一、光合作用的原理問題（1）葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中的化學(xué)能？（2）光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳？CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體

分析科學(xué)家做過的實(shí)驗(yàn)：探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)資料1：19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被

分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。初步判斷：氧來自二氧化碳的可能性較小，較可能來源于水。一、光合作用的原理資料2：1937年，英國科學(xué)家希爾。希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。

不能。該實(shí)驗(yàn)沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接

觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。討論1.

希爾的實(shí)驗(yàn)說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)

生的氧氣中的氧元素全部都來自水？O2H+離體的葉綠體懸浮液思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底來自H2O還是CO2？如何設(shè)計(jì)實(shí)

驗(yàn)進(jìn)行探究？同位素示蹤法

能夠說明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料CO2，因此，該實(shí)驗(yàn)說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段。討論2.

希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？資料3：1941年，美國科學(xué)家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標(biāo)記成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)：第一組給同種植物提供H218O和CO2，第二組給植物提供H2O和C18O2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是18O2,第二組釋放的都是O2。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2討論3.分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論？對(duì)比實(shí)驗(yàn)相互對(duì)照資料4：美國科學(xué)家阿爾農(nóng)（D.Arnon)1954年1957年以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)說明：在光照時(shí)，葉綠體中生成了ATP。這一過程總是與水的光解相聯(lián)系。1.光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水；2.水的光解還伴隨ATP的產(chǎn)生；3.氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能光反應(yīng)（光合作用第一階段）暗反應(yīng)（光合作用第二階段）又稱碳反應(yīng)思考：光反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？暗反應(yīng)在白天可以進(jìn)行嗎？夜間呢？有光才能反應(yīng)有光、無光都能反應(yīng)一.光合作用的原理1.光合作用過程①條件：光、光合色素、酶②場(chǎng)所：③物質(zhì)變化：水的光解：ATP的合成：葉綠體類囊體薄膜上光能⑤能量轉(zhuǎn)變：NADPH、ATP中活躍的化學(xué)能④產(chǎn)物：O2、NADPH、ATPH2OH++O2+電子（e-）光ADP＋Pi+光能ATP酶（1）光反應(yīng)階段一.光合作用的原理1.光合作用過程N(yùn)ADPH的合成：NADP++H++電子（e-）→NADPH酶還原劑H2O酶水的光解光能1.光反應(yīng)類囊體薄膜上的色素酶酶O2H

+,e-NADPHNADP+ATPADP+PiATP的合成卡爾文同位素標(biāo)記法1946年開始，美國的卡爾文等用14CO2研究了CO2轉(zhuǎn)化為糖的途徑：向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2,給予光照，讓小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向。（1）光照時(shí)間為幾分之一秒時(shí)發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中；（2）在5秒鐘光照后，卡爾文等檢測(cè)到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)；（3）30秒后檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)到了多種帶14C標(biāo)記的化合物。20世紀(jì)40年代【提問】你能否建立CO2、C3、C5和C6的轉(zhuǎn)化關(guān)系？探究活動(dòng)：暗反應(yīng)中有機(jī)物的合成途徑14CO214C314C514C6（六碳糖）CO2、C3、C5和C6的轉(zhuǎn)化關(guān)系CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體C3①條件：有光無光都可，需要多種酶②場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)③物質(zhì)變化：CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：NADPH、ATP中活躍的化學(xué)能⑤能量變化：糖類等有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能④產(chǎn)物：（CH2O）、ADP、Pi、NADP+（2）暗反應(yīng)階段（卡爾文循環(huán)）一.光合作用的原理1.光合作用過程2C3(CH2O)+C5ATPNADPHNADP+ADP+Pi酶糖類2C3C5NADPHATPADP+Pi(CH2O)多種酶催化酶CO2還原酶NADP+固定卡爾文循環(huán)2.暗反應(yīng)O2NADPHATPNADP+ADP+PiC52C3光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、ADP和Pi類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)ATP、ADP分別從哪里轉(zhuǎn)移到哪里？ATP從類囊體薄膜轉(zhuǎn)移葉綠體基質(zhì)，ADP從葉綠體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到類囊體薄膜

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段（卡爾文循環(huán)）場(chǎng)所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項(xiàng)目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶有光無光都可，多種酶光能→ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

色素、酶2H2O

O2+4H+光ADP+Pi+能量ATP酶酶NADP++H+

NADPH酶CO2＋C52C32C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段的區(qū)別和聯(lián)系元素的轉(zhuǎn)移途徑：氧元素：碳元素：H2OO2CO2C3（CH2O）能量的轉(zhuǎn)移途徑：光能ATP和NADPH中

的化學(xué)能糖類等有機(jī)物中

的化學(xué)能活躍穩(wěn)定色素分子可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH議一議1、請(qǐng)分析植物突然停止光照后，短時(shí)間內(nèi)其體內(nèi)的NADPH和ATP,C3化合物和

C5化合物的含量如何變化？停止光照光反應(yīng)停止NADPH

↓

ATP↓C3還原受阻;CO2固定繼續(xù)C3

↑

C5↓條件C3C5NADPH和ATP(CH2O)光照不變停止CO2供應(yīng)

減少增加減少增加色素分子可見光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH2、請(qǐng)分析光下的植物突然停止CO2的供應(yīng)后，短時(shí)間內(nèi)其體內(nèi)的NADPH

和ATP，C3化合物和C5化合物的含量如何變化？C3還原受阻條件光照減弱

光照增強(qiáng)

CO2濃度減少

CO2濃度增加C3C5ATPNADPH增加減少減少增加減少增加增加減少減少增加增加減少減少增加增加減少總結(jié)：光照強(qiáng)度與CO2濃度改變引起的C3、C5、ATP、NADPH含量變化總結(jié)規(guī)律：ATP和NADPH、C5變化相同C3和C5變化相反

能夠利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物的合成作用。例如：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等少數(shù)種類的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O2