光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第2課時光合作用原理）（課件）高一生物（人教版2019必修1）

第4節(jié)光合作用和能量轉(zhuǎn)化二、光合作用的原理第5章細(xì)胞的能量的供應(yīng)和利用課標(biāo)要求核心素養(yǎng)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)化并儲存為糖分子中的化學(xué)能。1.生命觀念：建立生命的物質(zhì)能量觀。2．科學(xué)思維：建構(gòu)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程模型，理解二者之間的關(guān)系，培養(yǎng)科學(xué)建模的能力。123456CO2+H2O（CH2O）+O2光能葉綠體1.光合作用的概念:指綠色植物通過

，利用

，把

轉(zhuǎn)化成儲存

著的

，并且釋放出

的過程。葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？又是如何將化學(xué)能儲存在糖類等有機(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？葉綠體光能二氧化碳和水有機(jī)物氧氣能量光合作用的原理思考6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2光能葉綠體【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。1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。C6H12O6葡萄糖CH2O甲醛（CH2O）碳水化合物CO2二氧化碳2.光合作用原理的部分探究歷程:光合作用的原理二、建構(gòu)概念————光反應(yīng)光合作用的原理實(shí)驗(yàn)1:希爾反應(yīng)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)。1.什么是希爾反應(yīng)？閱讀教材“思考?討論”第1、2段，回答下列問題：2.基于以上材料，嘗試補(bǔ)充完整希爾實(shí)驗(yàn)表達(dá)式什么？O2H+H2O光照、離體葉綠體鐵鹽（或其他氧化劑）二、建構(gòu)概念————光反應(yīng)光合作用的原理閱讀教材“思考?討論”第1、2段，回答下列問題：3.希爾實(shí)驗(yàn)說明水的光解產(chǎn)生氧氣，能否確定氧氣中的氧元素全部來自水？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。4.希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解和糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)？能夠說明，因?yàn)閼腋∫褐袥]有CO2，糖類合成時需要CO2的碳元素實(shí)驗(yàn)1:希爾反應(yīng)延伸思考希爾實(shí)驗(yàn)中的氧化劑起到什么作用？結(jié)合水分解產(chǎn)生的2H+和2e-葉綠體內(nèi)參與光合作用的氧化劑是什么？NADP+，

NADP++H++2eNADPH酶根據(jù)希爾實(shí)驗(yàn)的表達(dá)式，回答下列問題。O2H+H2O光照、離體葉綠體鐵鹽（或其他氧化劑）實(shí)驗(yàn)思路：用同位素標(biāo)記來研究物質(zhì)的去路材料：小球藻處理：用18O分別標(biāo)記CO2和H2O，給予光照。光合作用的原理光合作用產(chǎn)生的O2來自于H2O，不來自CO2。結(jié)果：A為O2，B為18O2；結(jié)論：對比實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2:魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)閱讀教材“思考?討論”第3段，回答下列問題：二、建構(gòu)概念————光反應(yīng)實(shí)驗(yàn)2:魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)閱讀教材“思考?討論”第3段，回答下列問題：光合作用釋放的氧氣來自于水。同位素標(biāo)記法，可追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律，弄清楚化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程自變量是標(biāo)記的物質(zhì)，除同位素氧原子的標(biāo)記位置不同外，應(yīng)保持相同;1.魯賓和卡門用了什么科學(xué)方法？此方法有什么好處？2.實(shí)驗(yàn)中自變量是什么？其他變量應(yīng)該如何處理？3.分析魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？二、建構(gòu)概念————光反應(yīng)光合作用的原理光照下，水光解同時ADP和Pi合成ATP。實(shí)驗(yàn)3:阿爾農(nóng)的發(fā)現(xiàn)閱讀教材“思考?討論”第4段，回答下列問題：2H2OO2+4NADPH+能量ADP+PiATP光能葉綠體嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系？結(jié)論：二、建構(gòu)概念————光反應(yīng)光合作用的原理葉綠體類囊體薄膜結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一光能葉綠體中的色素水高能電子ATPNADPH光能ee電子傳遞光、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上水的光解：H2O1/2O2+2e+2H+光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP酶1.場所：2.條件：3.物質(zhì)變化4.能量變化光能轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADPH、ATP活躍的化學(xué)能NADP++H++2e

NADPH光反應(yīng)階段NADPH的合成:酶光合作用第一個階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個階段叫作光反應(yīng)階段。光反應(yīng)階段是在類囊體的薄膜上進(jìn)行的。光合作用的原理三、建構(gòu)概念————暗反應(yīng)光合作用的原理暗反應(yīng)階段：光合作用第二個階段中的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進(jìn)行，這個階段叫作暗反應(yīng)階段。暗反應(yīng)階段的化學(xué)反應(yīng)是在葉綠體的基質(zhì)中進(jìn)行的。在這一階段，CO2被利用，經(jīng)過一系列的反應(yīng)后生成糖類。CO2是如何轉(zhuǎn)變成糖類的呢?實(shí)驗(yàn)思路：同位素標(biāo)記14CO2，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程材料：小球藻處理：光照、提供14CO2；不同時間殺死小球藻，再紙層析分離，最后鑒定放射性物質(zhì)。CO2→C3

→

C6C5結(jié)果：先出現(xiàn)14C3，最后出現(xiàn)14C5、14C6結(jié)論：5秒后60秒后三、建構(gòu)概念————暗反應(yīng)光合作用的原理實(shí)驗(yàn)4:卡爾文實(shí)驗(yàn)（一）三碳化合物多種產(chǎn)物：C3、C5、C6等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如果光照下突然中斷CO2供應(yīng)，C3急劇減少而C5量增加；突然停止光照，C3濃度急速升高而C5的濃度急速降低。CO2（CH2O）結(jié)論：C3與C5之間是相互循環(huán)的。實(shí)驗(yàn)4:卡爾文實(shí)驗(yàn)（二）C52C3還原的C3ATPNADPHADPNADP＋多種酶三、建構(gòu)概念————暗反應(yīng)光合作用的原理CO2葉綠體基質(zhì)多種酶葉綠體的基質(zhì)中(提供酶、原料等)1.場所：NADPH、ATP、酶2.條件：①CO2的固定：CO2＋C52C3酶②C3的還原：ATP活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)酶＋C53.物質(zhì)變化4.能量變化：NADPH2C3C5CO2的固定(CH2O)C3的還原NADPHATP核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）三磷酸甘油酸三、建構(gòu)概念————暗反應(yīng)光合作用的原理光合作用的原理四、構(gòu)建光合作用過程的模型ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2光合作用的原理四、構(gòu)建光合作用過程的模型光反應(yīng)還原O2H2ONADPHATPADP+PiNADP+C3C5暗反應(yīng)固定多種酶參加催化水在光下的分解類囊體膜上的色素光能①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2CO2（CH2O）光合作用的原理四、構(gòu)建光合作用過程的模型【問題1】總結(jié)光合作用過程中的能量的轉(zhuǎn)移途徑？ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能光能【問題2】分析光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間的聯(lián)系？光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP、NADPH,暗反應(yīng)為光反應(yīng)ADP、NADP+；二者相互依存，相互制約；沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)不能進(jìn)行；沒有暗反應(yīng)，光反應(yīng)也不能長時間進(jìn)行?！竞献魈骄俊柯?lián)系光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場所物質(zhì)變化能量變化光、色素、酶酶、ATP、NADPH葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的還原ATP、NADPH中活躍化學(xué)能光能ATP、NADPH中活躍化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定化學(xué)能光反應(yīng)是暗反應(yīng)的基礎(chǔ)，為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+和ADP、Pi思考·討論光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系【問題4】葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場所有哪些？光合作用和細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP在用途上有什么不同？光合作用產(chǎn)生的ATP只用于暗反應(yīng)C3

的還原，細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的ATP用于其他各項(xiàng)生命活動；細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體；【問題3】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物質(zhì)在葉綠體中移動的方向？ATP和NADPH：從葉綠體的類囊體薄膜

葉綠體基質(zhì)；ADP和NADP+：從葉綠體基質(zhì)

類囊體薄膜?！締栴}6】CO2濃度不變，突然降低光照強(qiáng)度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有機(jī)物含量的變化？【問題7】光照強(qiáng)度不變，突然降低CO2濃度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有機(jī)物含量的變化？ATP和NADPH減少，C3

增加，C5減少，有機(jī)物減少C3

減少，C5

增加，ATP和NADPH增加，有機(jī)物減少【問題5】請分析H2O中H元素、CO2中C元素的轉(zhuǎn)移途徑？H：3H2ONADP3H

（C3H2O）

C：14CO2

14C3

（14CH2O）

【環(huán)境因素驟變對物質(zhì)變化的模型分析】物質(zhì)含量時間強(qiáng)光照C3NADPH、ATP,

C5,(CH2O)合成量弱光照CO2濃度不變：光照強(qiáng)度改變物質(zhì)含量時間CO2缺乏C3,(CH2O)C5,

NADPH,

ATPCO2充足光照強(qiáng)度不變：CO2濃度改變【環(huán)境因素驟變對物質(zhì)變化的模型分析】概念光合作用的原理的探索光反應(yīng)暗反應(yīng)反應(yīng)式希爾魯賓和卡門阿爾農(nóng)卡爾文水的光解NADPH合成

ATP合成CO2的固定C3的還原CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體本節(jié)小結(jié)光合作用的過程光合作用概念檢測1.依據(jù)光合作用的基本原理，判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)光合作用釋放的氧氣中的氧元素來自水。()(2)光反應(yīng)只能在光照條件下進(jìn)行，暗反應(yīng)只能在黑暗條件下進(jìn)行。()(3)影響光反應(yīng)的因素不會影響暗反應(yīng)。()×√×概念檢測2.如果用含有14C的CO2來追蹤光合作用中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，則是（）A.CO2→葉綠素→ADP