備課素材：三碳化合物與五碳化合物的變化-高一上學(xué)期生物人教版必修1

1、三碳化合物與五碳化合物的變化1948 年美國(guó)的卡爾文用 14C 標(biāo)記的 CO2 追蹤了光合作用過(guò)程中碳元素的行蹤，因揭示了植物光合作用暗反應(yīng)的機(jī)理而獲得了 1961 年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 卡爾文的做法是：在一個(gè)裝置中放入進(jìn)行光合作用的小球藻懸浮液，注入普通的二氧化碳，然后按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間長(zhǎng)度向裝置中持續(xù)注入 14C 的二氧化碳，在每個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度結(jié)束時(shí)，殺死小球藻，使酶反應(yīng)終止，提取產(chǎn)物進(jìn)行分析。 當(dāng)把光照時(shí)間縮短為幾分之一秒時(shí)，含放射性的C3 化合物占全部放射性的 90%，這就證明了 C3 化合物是光合作用中由二氧化碳轉(zhuǎn)化的第一個(gè)產(chǎn)物。在 5秒鐘的光合作用后，含有放射性的有 C3 化合物（以下簡(jiǎn)

2、稱(chēng) C3）、C5 化合物（以下簡(jiǎn)稱(chēng) C5）和糖類(lèi)化合物。繼續(xù)增加光照時(shí)間長(zhǎng)度，發(fā)現(xiàn)在光照下放射性 C3 和放射性 C5 很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定（放射性的糖持續(xù)增加）。 在暗處放射性 C3 的濃度急速升高，同時(shí)放射性C5 的濃度急速降低。在光照下中斷放射性二氧化碳的供應(yīng)，則放射性 C5 積累，放射性 C3 就消失。說(shuō)明 C5 是二氧化碳的受體，C3 是二氧化碳固定后的產(chǎn)物。 （1） 暗反應(yīng)的主要變化可概括 2 個(gè)步驟： CO2 的固定：CO2+C5酶 2C3，暗反應(yīng)每循環(huán)一次，固定一個(gè) CO2。 C3 的還原：C3H、酶、ATP (CH2O)等，C3 被還原,其中一部分經(jīng)變化形成糖等,另一部分變

3、成 C5 使暗反應(yīng)不斷進(jìn)行。（2） 暗反應(yīng)中 C3 與 C5 的變化，如圖 1 所示。分析 C3 與 C5 的同時(shí)，還應(yīng)考慮光反應(yīng)產(chǎn)生的H（NADH）和 ATP，因?yàn)镠（NADH）和 ATP 直接影響暗反應(yīng)中 C3 的還原，具體變化如表 1。光照減弱（CO2 供應(yīng)不變）使光反應(yīng)產(chǎn)生的H和ATP 減少，C3 的還原減弱，于是 C3 增多，C5 減少。光照增強(qiáng)（CO2 供應(yīng)不變）的變化剛好相反。 CO2 減少（光照不變）使 CO2 的固定減弱，于是 C3減少，C5 增多；由于 C3 減少，C3 的還原減弱， H和ATP 的消耗減少，所以H和 ATP 增多。CO2 增多（光照不變）的變化剛好相反。

4、例1、 如圖 2 所示為研究光照強(qiáng)度和 CO2 濃度對(duì)某植物光合作用速率的影響。試分析：從 a 到 b、b 到 a、b 到 d、b 到 c、c 到 b 時(shí) C3 與 C5 的變化？解析：從 b 到 c，光照增強(qiáng)，但光照強(qiáng)度不再是限制光合作用的因素，光合作用速率不變，C3 與 C5 不發(fā)生變化。 從c到b，光照減弱，但光合作用速率不變，C3 與C5 不發(fā)生變化。 例2、如圖 3 表示的是一晝夜北方某作物 CO2吸收量的變化速率，甲是在春季的某一晴天，乙是盛夏的某一晴天。甲、乙中 cd 段時(shí)間葉綠體內(nèi)的 C3 化合物的變化分別是什么？解析：甲中 cd 段是春季后半天光照減弱而使光合作用減弱， H 和 ATP 減少，C