人教版（2023）必修1課件- 5.4 光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第2課時(shí)）(共25張PPT)

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第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化

（第2課時(shí)）

第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

學(xué)習(xí)目標(biāo)

概念2細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實(shí)現(xiàn)增殖

2.2細(xì)胞的功能絕大多數(shù)基于化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)發(fā)生在細(xì)胞的特定區(qū)域

2.2.3說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能

課程標(biāo)準(zhǔn)

1.通過對(duì)探索光合作用原理相關(guān)實(shí)驗(yàn)的資料分析，構(gòu)建光合作用的概念模型。

2.通過構(gòu)建光合作用模型，從物質(zhì)與能量觀的角度，闡明光合作用過程中物質(zhì)變化與能量變化的過程，說明光合作用的原理。

3.通過對(duì)光反應(yīng)與暗反應(yīng)過程的比較歸納，理清光反應(yīng)與暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系，說明光合作用的意義。

光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程。

光能

CO2

+H2O

（CH2O）

+O2

葉綠體

葉綠體如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？

又是如何將化學(xué)能儲(chǔ)存在糖類等有機(jī)物中的？

光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？

一、光合作用概念

場(chǎng)所

產(chǎn)物

動(dòng)力

原料

--對(duì)光合作用過程的早期推測(cè)

1、19世紀(jì)末

2、1928年甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖

甲醛對(duì)植物有毒

H-COH(甲醛CH2O)

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

3、1937年，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。

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

--光反應(yīng)研究

希爾反應(yīng)：離體的葉綠體在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)。

離體的葉綠體懸浮液

鐵鹽

（或其他氧化劑）

O2

4、1937年，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。

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

--光反應(yīng)研究

問題：葉綠體內(nèi)參與光合作用的氧化劑是什么？

NADP++2H++2e-NADPH+H+

酶

問題：希爾實(shí)驗(yàn)中的材料、處理措施及結(jié)果？

問題：H2O分解產(chǎn)生O2的同時(shí)還生成了什么物質(zhì)（氫元素去哪兒了）？

H2O→O2＋2H+＋2e

離體的葉綠體懸浮液

鐵鹽

（或其他氧化劑）

O2

（結(jié)合P103旁欄相關(guān)信息）

思考：（教材P103）

1、希爾反應(yīng)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？

2、希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

--光反應(yīng)研究

1、不能說明。希爾反應(yīng)僅說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。

2、能，因?yàn)閼腋∫褐袥]有CO2，糖類合成時(shí)需要CO2中的碳元素。

實(shí)驗(yàn)思路：材料：

處理：

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

--光反應(yīng)研究

5、魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)

光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O，不來自CO2。

結(jié)論：

18O2

O2

用同位素標(biāo)記來研究物質(zhì)的去路。

小球藻

用18O分別標(biāo)記CO2和H2O，給予光照。

自變量和因變量分別是什么？

6、1954年阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)

光照下，葉綠體可合成ATP。

結(jié)論：

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

--光反應(yīng)研究

A組：光照+葉綠體提取液+ADP+Pi：

葉綠體中可以生產(chǎn)ATP

B組：黑暗+葉綠體提取液+ADP+Pi：

葉綠體中不生產(chǎn)ATP

H2O

光照

葉綠體

O2

+NADPH

+能量

ADP

+Pi

ATP

思考：（教材P103）

嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。

條件：

場(chǎng)所：

3.物質(zhì)變化：

4.能量變化：

光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能

三、光合作用的原理

光反應(yīng)階段

H2O→O2＋2H+＋2e

光

ADP＋Pi＋能量→ATP

酶

NADP＋＋H+＋2e→NADPH

酶

H2ONADPH+O2

光能

光、色素、酶等

類囊體薄膜

光合作用過程

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)

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)

劃分依據(jù):反應(yīng)過程是否需要光能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

①給小球藻通C14O2光下培養(yǎng)

②殺死細(xì)胞，終止光合作用

③提取溶液中的物質(zhì)，用紙層析法使這些物質(zhì)分離

④對(duì)濾紙進(jìn)行放射性顯影，確定濾紙上具有放射性的位置

④剪下這部分濾紙，溶解，提取放射性物質(zhì)并進(jìn)行化學(xué)鑒定

二、探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

--暗反應(yīng)研究（卡爾文實(shí)驗(yàn)）

CO2C3C6

C5

先出現(xiàn)14C3，最后出現(xiàn)14C5、14C6

三碳化合物

其他中間產(chǎn)物

5秒后

60秒后

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)（提供酶、原料等）

物質(zhì)變化

能量變化

CO2的固定：

C3的還原：

CO2＋C5→2C3

酶

ATP和NADPH中的活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖确€(wěn)定化合物中的化學(xué)能

三、光合作用的原理

暗反應(yīng)階段

C5

2C3

還原的C3

CO2

（CH2O）

多種酶

暗反應(yīng)/碳反應(yīng)/卡爾文循環(huán)

2C3＋ATP＋NADPH

C5

糖類等

酶

光合作用原理

ATP

NADPH

ADP+Pi

NADP+

C3

C5

O2

請(qǐng)完成：P104思考與討論

P106相練習(xí)與應(yīng)用第三題

葉綠體中的

色素分子

可見光

C5

2C3

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

多種酶

酶

(CH2O)

CO2

吸收

光解

能

固定

還原

酶

光反應(yīng)

暗反應(yīng)

光合作用的過程

（在類囊體的薄膜上進(jìn)行）

（在葉綠體的基質(zhì)中進(jìn)行）

光能

CO2+H2O

葉綠體

（CH2O）+O2

NADP+

NADPH

光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較

光反應(yīng)暗反應(yīng)

區(qū)別所需條件

進(jìn)行場(chǎng)所

物質(zhì)變化

能量轉(zhuǎn)化

聯(lián)系物質(zhì)變化上的聯(lián)系能量轉(zhuǎn)化上的聯(lián)系光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+

ATP、NADPH、CO2、

C5、多種酶等

類囊體薄膜

葉綠體基質(zhì)

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

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

光能→ATP和NADPH中的化學(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)提供了ADP、Pi、NADP+

實(shí)質(zhì)

（有光無光均可）

光合作用實(shí)質(zhì)：

把無機(jī)物轉(zhuǎn)變成有機(jī)物，把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能貯存起來

色素分子

可見光

C5

2C3

ADP+Pi

ATP

H2O

O2

H+

多種酶

酶

(CH2O)

CO2

吸收

光解

固定

還原

光反應(yīng)

暗反應(yīng)

光合作用總過程：

NADP+

NADPH

光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個(gè)整體，二者緊密聯(lián)系，缺一不可

CO2濃度不變光反應(yīng)[H]ATPC3C5（CH2O）

光照減弱

光照增強(qiáng)

若光照強(qiáng)度減弱，短時(shí)間內(nèi)，葉綠體內(nèi)的C5、C3、[H]和ATP的含量如何變化？

光照不變暗反應(yīng)C3C5（CH2O）

CO2濃度減少

CO2濃度增加

若CO2濃度下降，短時(shí)間內(nèi)，葉綠體內(nèi)的C5、C3、[H]和ATP的含量如何變化？

自然界中的某些細(xì)菌，能夠利用環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化分解時(shí)所釋放的能量來制造有機(jī)物，這種合成作用稱化能合成作用

四、化能合成作用

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+3O2

2HNO2+2H2O+能量

2HNO2+O2

2HNO3+能量

CO2+H2O

（CH2O）+O2

硝化細(xì)菌

以硝化細(xì)菌為例

異養(yǎng)生物(人、動(dòng)物、真菌、大部分細(xì)菌)

自養(yǎng)生物

光能自養(yǎng)生物(綠色植物、藍(lán)細(xì)菌)

化能自養(yǎng)生物

五、新陳代謝類型

新陳代謝

同化作用

異化作用

自養(yǎng)型

異養(yǎng)型

光能自養(yǎng)型

化能自養(yǎng)型

需氧型

厭氧型

兼性厭氧型

光合作用如：綠色植物

化能合成作用如：硝化細(xì)菌

有氧呼吸如：絕大多數(shù)動(dòng)植物微生物

無氧呼吸如：乳酸菌、破傷風(fēng)桿菌

有氧呼吸和無氧呼吸如：酵母菌

酵母菌的新陳代謝類型是______________

異養(yǎng)兼性厭氧型

五、新陳代謝類型

當(dāng)堂檢測(cè)

1.在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后，突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是（）

A.紅光，ATP下降

B.紅光，未被還原的C3上升

C.綠光，NADPH下降

D.綠光，C5上升

C

當(dāng)堂檢測(cè)

2.下圖是光合作用過程圖解，請(qǐng)分析后回答下列問題：

①圖中A是______,B是_______,它來自于______的分解。

②圖中C是____，它被傳遞到葉綠體的_____部位，用于_________。

③圖中D是____，在葉綠體中合