光合作用與能量轉(zhuǎn)化課件-高一上學(xué)期生物人教版必修1

第2課時(shí)光合作用的原理學(xué)有目標(biāo)——課標(biāo)要求必明記在平時(shí)——核心語(yǔ)句必背1.描述光合作用是怎樣進(jìn)行的2.通過(guò)對(duì)光合作用光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的思考和討論，說(shuō)明光合作用過(guò)程，并從物質(zhì)與能量觀視角，闡明光合作用原理，認(rèn)同人類對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)過(guò)程是逐步的、不斷發(fā)展的1.光合作用的反應(yīng)式為：2.光反應(yīng)的場(chǎng)所是類囊體薄膜，產(chǎn)物是O2、NADPH和ATP3.暗(碳)反應(yīng)的場(chǎng)所是葉綠體基質(zhì)，產(chǎn)物是糖類等物質(zhì)4.光合作用的能量轉(zhuǎn)換為：光能―→ATP、NADPH中的化學(xué)能―→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能【主干知識(shí)梳理】一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1．光合作用的概念(1)場(chǎng)所：綠色植物的_______。(2)能量來(lái)源：_____。(3)反應(yīng)物：__________。(4)產(chǎn)物：_________等有機(jī)物。葉綠體光能CO2和H2OO2、糖類2．探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有水，沒(méi)有二氧化碳)，在光照下可以釋放出_____光合作用釋放的O2來(lái)自__；氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成_____(填“是”或“不是”)同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)水不是氧氣續(xù)表魯賓和卡門HO＋CO2―→植物―→____H2O＋C18O2―→植物―→___光合作用釋放的O2中的氧元素來(lái)自___阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成_____，且這一過(guò)程總是與_________相伴隨水的光解可合成____18O2O2水ATP水的光解ATP二、光合作用的過(guò)程1．反應(yīng)式：_____________________________2．過(guò)程[據(jù)圖填空]①________，②____，③________，④___，⑤_______。NADPH2C3ADP＋Pi(CH2O)O23．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)場(chǎng)所___________________________條件需光_________物質(zhì)變化H2OH＋＋___＋能量；NADP＋＋H＋＋量―→________；ADP＋Pi＋能量____CO2＋_______；2C3

_______＋C5能量變化光能―→_____和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH中的化學(xué)能→_______中的化學(xué)能類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)中不需要光NADPHATPC52C3(CH2O)ATP(CH2O)【教材微點(diǎn)發(fā)掘】1．閱讀教材第102頁(yè)的《思考·討論》，結(jié)合利用小球藻進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)的示意圖，可得出圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量之比是多少？提示：圖中A、B物質(zhì)是O2，均來(lái)自反應(yīng)物中的H2O。A、B分別為O2、18O2，二者的相對(duì)分子質(zhì)量之比為32∶36＝8∶9。2．下圖表示光能轉(zhuǎn)換為電能的示意圖(教材第103頁(yè)《相關(guān)信息》)，A代表處于特殊狀態(tài)下的葉綠素a，B代表具有吸收和傳遞光能作用的色素，C和D代表傳遞電子的物質(zhì)。請(qǐng)回答相關(guān)問(wèn)題：(1)葉綠體中光合色素吸收的光能，有兩個(gè)用途：一是_________________，二是提供能量_________________________。(2)水分解為_(kāi)_______的同時(shí)，被葉綠體奪去兩個(gè)電子。電子經(jīng)傳遞，可用于NADP＋與H＋結(jié)合形成________。將水分解為氧和H＋促使ADP和Pi反應(yīng)形成ATP氧和H＋NADPH教材問(wèn)題提示(一)《思考·討論》之探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)(教材第102、103頁(yè))1．不能說(shuō)明。希爾反應(yīng)僅說(shuō)明了離體葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有排除葉綠體中其他物質(zhì)干擾，也并沒(méi)有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。2．能夠說(shuō)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(méi)有合成糖的另一種必需原料——CO2，因此，該實(shí)驗(yàn)說(shuō)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。3．光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來(lái)源于水，而并不來(lái)源于CO2。4．合理即可。例如：(二)《思考·討論》之光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系(教材第104頁(yè))1．本問(wèn)題可以用列表的形式解決名稱光反應(yīng)暗反應(yīng)所需條件必須有光有光或無(wú)光均可進(jìn)行場(chǎng)所類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)變化水光解為O2和H＋；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解能量轉(zhuǎn)化光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2．①物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)生成的ATP和NADPH供暗反應(yīng)C3的還原，而暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi和NADP＋。②能量聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了活躍的化學(xué)能，暗反應(yīng)將活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。(三)旁欄思考(教材第105頁(yè))用這種方法觀測(cè)到的O2的產(chǎn)生量，實(shí)際是光合作用的O2釋放量，與植物光合作用實(shí)際產(chǎn)生的O2量不同，沒(méi)有考慮到植物自身呼吸作用對(duì)O2的消耗。新知探究(一)探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)【探究·深化】人們對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)是一個(gè)漫長(zhǎng)的漸進(jìn)過(guò)程，請(qǐng)閱讀教材的內(nèi)容，討論并交流下列問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)一：1937年，英國(guó)劍橋大學(xué)的希爾用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。他將離體的葉綠體加到具有氫受體的水溶液中，在無(wú)CO2的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體中有O2放出。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：_________________________________________________________。答案：葉綠體在有氫受體的水溶液中光照可產(chǎn)生O2實(shí)驗(yàn)二：1954年，美國(guó)阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和氫受體時(shí)，體系中就會(huì)有ATP和NADPH產(chǎn)生。在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰Ｔ搶?shí)驗(yàn)說(shuō)明：_________________________________________________________________________________________________________________________。答案：葉綠體照光條件下，反應(yīng)體系中有ADP/Pi和氫受體存在時(shí)可產(chǎn)生ATP和NADPH。在黑暗條件下，有ATP和NADPH時(shí)，葉綠體可將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘菍?shí)驗(yàn)三：20世紀(jì)40年代，卡爾文及其同事因在光合作用方面的研究成果，獲得了1961年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?？栁膶⑿∏蛟逖b在一個(gè)密閉容器中，通過(guò)一個(gè)通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個(gè)開(kāi)關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過(guò)控制電源開(kāi)關(guān)可控制光照的有無(wú)。他向密閉容器中通入14CO2，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種六碳糖(C6)中，將反應(yīng)時(shí)間縮短到0.5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中。(1)上述實(shí)驗(yàn)中卡爾文等是通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間來(lái)探究CO2中碳原子轉(zhuǎn)移路徑的，采用了____________等技術(shù)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明CO2中C的轉(zhuǎn)移路徑是__________(請(qǐng)用“→”表示)。(2)卡爾文及其同事們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在有光照和CO2供應(yīng)的條件下，C3和C5的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。但是，當(dāng)改變其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，二者的濃度迅速出現(xiàn)了規(guī)律性的變化：停止CO2供應(yīng)時(shí)，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高；停止光照時(shí)，C3的濃度急速升高，C5的濃度急速降低。由此可見(jiàn)C3和C5之間的關(guān)系是____________(請(qǐng)用箭頭表示)。答案：(1)同位素示蹤法CO2→C3→C6(2)[解析]從反應(yīng)式可看出，反應(yīng)后溶液酸性增強(qiáng)，pH降低，每生成1molO2會(huì)轉(zhuǎn)移4mol電子，但葉綠素并沒(méi)有改變，同時(shí)可知光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)源于水。故選C。[答案]

C【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．光反應(yīng)在葉綠體類囊體上進(jìn)行。在適宜條件下，向類囊體懸液中加入氧化還原指示劑DCIP，照光后DCIP由藍(lán)色逐漸變?yōu)闊o(wú)色。該反應(yīng)過(guò)程中

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)A．需要ATP提供能量

B．DCIP被氧化C．不需要光合色素參與 D．會(huì)產(chǎn)生氧氣解析：光合作用中的光反應(yīng)發(fā)生在類囊體薄膜上，光合色素吸收光能，一方面使水光解，釋放出氧氣和形成H＋，另一方面在有關(guān)酶的催化作用下，促使ADP與Pi發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成ATP。結(jié)合題干信息，加入氧化還原指示劑DCIP后，DCIP會(huì)被NADPH還原為無(wú)色。故選D。答案：D

2．如圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是

(

)A．Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B．④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量C．②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量D．試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量解析：分析題圖可知，Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的質(zhì)量大于Y3，A正確；④中小球藻含有()，而①中小球藻含有(CH2O)，故④中小球藻質(zhì)量大于①中的小球藻質(zhì)量，B正確；④和②中的水都為HO，且含量相同，因此質(zhì)量相等，C錯(cuò)誤；在試管①和②原有質(zhì)量相等的情況下，②中釋放出的是18O2，而①中釋放出的是O2，故剩余質(zhì)量①大于②，D正確。答案：C新知探究(二)光合作用的過(guò)程【探究·深化】[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]光合作用是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，包括一系列的化學(xué)反應(yīng)。如圖是光合作用的圖解，結(jié)合該圖和教材內(nèi)容分析：(1)暗反應(yīng)有光無(wú)光都能進(jìn)行，那么暗反應(yīng)能較長(zhǎng)時(shí)間在黑暗條件下進(jìn)行嗎？提示：不能。因?yàn)樵诤诎禇l件下不能進(jìn)行光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺少光反應(yīng)提供的NADPH和ATP。(2)若用放射性同位素分別標(biāo)記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質(zhì)中檢測(cè)到放射性？提示：放射性的O可在釋放的O2中檢測(cè)到。(3)若標(biāo)記CO2中的14C，請(qǐng)寫(xiě)出光合作用過(guò)程中14C的轉(zhuǎn)化途徑。提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。(4)夏季中午，氣孔關(guān)閉后，會(huì)導(dǎo)致CO2供應(yīng)不足，短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C3和C5會(huì)發(fā)生怎樣的變化？提示：C3下降，C5上升。[重難點(diǎn)撥]

1．明確光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP＋、ADP和Pi。(2)沒(méi)有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，沒(méi)有暗反應(yīng)，有機(jī)物無(wú)法合成2．環(huán)境條件改變時(shí)光合作用中相關(guān)物質(zhì)的含量變化(1)分析方法：需從物質(zhì)的生成和消耗兩個(gè)方面綜合分析。示例：CO2供應(yīng)正常，光照停止時(shí)C3的含量變化(2)物質(zhì)含量變化條件C3C5NADPH([H])和ATP模型分析光照由弱，CO2供應(yīng)不變?cè)黾訙p少減少或沒(méi)有光照由強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變減少增加增加續(xù)表[特別提醒]

①以上各物質(zhì)的變化是相對(duì)含量的變化，不是合成速率，而且是在條件改變后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。②在以上各物質(zhì)的含量變化中：C3和C5含量的變化是相反的，即C3增加，則C5減少；NADPH和ATP的含量變化是一致的，即都增加，或都減少。光照不變CO2由充足到不足減少增加增加光照不變CO2由不足到充足增加減少減少【典題·例析】[典例1]

(2021年1月新高考8省聯(lián)考·重慶卷)綠色植物的光合作用過(guò)程，可用如下化學(xué)反應(yīng)式來(lái)表示：下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是

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)A．在此過(guò)程中，CO2中的C被還原，H2O中的O被氧化B．光能的吸收發(fā)生在類囊體膜上，光能的直接轉(zhuǎn)化發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中C．產(chǎn)物(CH2O)是地球上有機(jī)物的主要來(lái)源D．釋放出的O2有利于地球上好氧生物多樣性的提高[解析]

在光合作用過(guò)程中，CO2中的C被NADPH還原，H2O中的O被氧化，A正確；光能的吸收和轉(zhuǎn)化均發(fā)生在類囊體膜上，B錯(cuò)誤；綠色植物通過(guò)光合作用制造的有機(jī)物是地球上有機(jī)物的主要來(lái)源，C正確；好氧生物的生存需要O2，光合作用釋放出的O2有利于地球上好氧生物多樣性的提高，D正確。[答案]

B[典例2]正常生長(zhǎng)的綠藻，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是

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)A．O2的產(chǎn)生停止B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降[解析]

黑暗處理后，光反應(yīng)停止，O2的產(chǎn)生停止。ATP和NADPH是光反應(yīng)的產(chǎn)物，同時(shí)也是暗反應(yīng)的原料，黑暗處理后，ATP和NADPH的產(chǎn)生減少，且仍被暗反應(yīng)所消耗，產(chǎn)生的ADP和NADP＋增多。光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，使得暗反應(yīng)產(chǎn)生的C5減少，CO2的固定減慢。故選B。[答案]

B方法規(guī)律光合作用過(guò)程中相關(guān)物質(zhì)的變化規(guī)律【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．如圖為葉綠體的結(jié)構(gòu)與功能示意圖，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是

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)A．結(jié)構(gòu)a中的能量變化是光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP中的化學(xué)能B．供給14CO2，放射性出現(xiàn)的順序?yàn)镃O2→C3→甲C．結(jié)構(gòu)a釋放的O2可進(jìn)入線粒體中D．葉綠體中的色素主要分布于類囊體腔中解析：葉綠體中的色素主要分布于類囊體的薄膜上。故選D。答案：D2．如圖表示在夏季晴朗的白天植物細(xì)胞內(nèi)C3和C5的相對(duì)含量隨一種環(huán)境因素改變的變化情況，下列對(duì)這一環(huán)境因素改變的分析，正確的是

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)A．突然停止光照B．突然增加CO2濃度C．降低環(huán)境溫度D．增加光照強(qiáng)度解析：增加光照強(qiáng)度，光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP增多，被還原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過(guò)程不變，故C3的相對(duì)含量將減少、C5的相對(duì)含量將增加，D正確。答案：D科學(xué)思維——?dú)w納概括光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系

光合作用與呼吸作用關(guān)系模型分析(1)物質(zhì)聯(lián)系(2)能量聯(lián)系【素養(yǎng)評(píng)價(jià)】1．下列關(guān)于光合作用和有氧呼吸過(guò)程的敘述，錯(cuò)誤的是

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)A．光合作用光反應(yīng)階段的產(chǎn)物可為有氧呼吸第三階段提供原料B．有氧呼吸第三階段的產(chǎn)物可為光合作用光反應(yīng)階段提供原料C．二者產(chǎn)生氣體的階段都有水參與D．二者產(chǎn)生氣體的階段都與生物膜有關(guān)解析：光合作用光反應(yīng)階段的產(chǎn)物O2可作為有氧呼吸第三階段的原料，A正確；有氧呼吸第三階段的產(chǎn)物H2O可作為光合作用光反應(yīng)階段的原料，B正確；光合作用光反應(yīng)可將H2O分解產(chǎn)生O2，有氧呼吸第二階段H2O與丙酮酸反應(yīng)生成CO2，C正確；光合作用光反應(yīng)將H2O分解產(chǎn)生O2的場(chǎng)所是類囊體薄膜，有氧呼吸第二階段H2O與丙酮酸反應(yīng)生成CO2的場(chǎng)所是線粒體基質(zhì)，D錯(cuò)誤。答案：D2．(2021·臨沂高一期末)下圖為高等綠色植物光合作用和細(xì)胞呼吸之間關(guān)系的示意圖，其中①～⑥代表不同物質(zhì)?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)為研究該植物綠葉中色素的種類，需將提取到的色素在濾紙上分離，色素分離依據(jù)的原理是______________________________________________________________________________________________________________________。(2)③代表的物質(zhì)是________，其產(chǎn)生的場(chǎng)所是________。植物通過(guò)光反應(yīng)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能儲(chǔ)存在__________________(填物質(zhì)名稱)中，通過(guò)暗反應(yīng)把活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能儲(chǔ)存于________(填寫(xiě)圖中標(biāo)號(hào))