5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第二課時(shí)）【知識(shí)精研+能力提升】高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

第五章

細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化(第二課時(shí))（藍(lán)綠色）葉綠素a（黃綠色）葉綠素b（橙黃色）胡蘿卜素葉黃素（黃色）葉綠素（約占3/4，主要吸收紅光和藍(lán)紫光）類胡蘿卜素（約占1/4，主要吸收藍(lán)紫光）綠葉中的色素葉綠體雙層膜基質(zhì)中有許多由囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成的基粒光合色素分布在類囊體薄膜上，光合作用的酶分布在類囊體薄膜和基質(zhì)葉綠體是捕獲光能、進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。結(jié)構(gòu)功能溫故知新：綠葉中的色素問題：葉綠體中的光合色素捕獲光能將通過什么方式轉(zhuǎn)化為什么物質(zhì)呢？CO2+H2O（CH2O)+O2

光能葉綠體一光合作用原理1.光合作用概念：2.過程：指綠色植物通過

，利用

，把

轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存

著的

，并且釋放出

的過程。葉綠體光能二氧化碳和水有機(jī)物氧氣能量合作探究：請(qǐng)自主閱讀課本P102-103頁(yè)，小組合作完成以下問題。葉綠體是如何將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？一光合作用原理探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考.討論【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(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。C6H12O6葡萄糖CH2O甲醛（CH2O）碳水化合物CO2二氧化碳一光合作用原理探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考.討論【資料2】：希爾實(shí)驗(yàn)(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)。)處理：給離體葉綠體懸浮液加入氧化劑，不通入CO2；給予光照。結(jié)果：葉綠體有O2釋放。葉綠體中H2O光解產(chǎn)生氧氣。推測(cè)：4Fe3++2H2O4Fe2++4H++O2

光能離體葉綠體一光合作用原理探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考.討論【資料2】：希爾實(shí)驗(yàn)(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)。)問題1：希爾實(shí)驗(yàn)中的氧化劑起到什么作用？結(jié)合H2O分解產(chǎn)生的H+和2e-

問題2：葉綠體內(nèi)參與光合作用的還原劑是什么？NADP++H++2e-NADPH酶還原型的輔酶II(NADPH)一光合作用原理探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考.討論問題5：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？反應(yīng)體系中可以還存在其他氧元素供體，沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾;不能說明問題4：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)？該實(shí)驗(yàn)中不存在合成糖類的原料-CO2，說明水的光解是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段；可以說明一光合作用原理探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考.討論【資料3】魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)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。光合作用產(chǎn)生的O2來自H2O，不來自CO2。結(jié)果：A為O2，B為18O2；結(jié)論：一光合作用原理探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考.討論【資料4】阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)材料：離體葉綠體處理：加入ADP、Pi，給予光照結(jié)果：葉綠體生成ATP，且同時(shí)水光解產(chǎn)生氧氣；光照下，水光解同時(shí)ADP和Pi合成ATP。結(jié)論：H2OO2+2H+光照葉綠體ADP+Pi

ATP

嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。

+能量一光合作用原理上述實(shí)驗(yàn)表明光合作用不是一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)，是分階段進(jìn)行的。實(shí)際上，光合作用包括一些列化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)是否需要光能，可以概括的分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)(碳反應(yīng))一光合作用原理1.光合作用分為哪幾個(gè)階段？分類依據(jù)是什么？2.每個(gè)階段反應(yīng)的條件、場(chǎng)所、物質(zhì)變化、能量變化如何？合作探究七：請(qǐng)自主閱讀課本P103-104頁(yè)，小組合作完成以下問題。光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段區(qū)別反應(yīng)條件反應(yīng)場(chǎng)所物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系光合作用原理一

光合作用的過程（視頻）一光合作用原理7.光合作用過程：光反應(yīng)階段①條件：②場(chǎng)所：③物質(zhì)轉(zhuǎn)化：④能量轉(zhuǎn)化：類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解H++e-NADPH酶氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+類囊體薄膜水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-

NADPH酶光能

→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能一光合作用原理7.光合作用過程：光反應(yīng)階段知識(shí)拓展：光反應(yīng)示意圖一光合作用原理7.光合作用過程：暗反應(yīng)階段ADP+PiATPNADP+能量C5多種酶(CH2O)糖類CO2還原酶NADPH酶能量①條件：②場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)中有光無光都可以，多種酶等有機(jī)物中的化學(xué)能CO2的固定：C3的還原：2C3(CH2O)+C5酶ATP、NADPHCO2＋C5

2C3酶③物質(zhì)轉(zhuǎn)化：ATP、NADPH中的化學(xué)能④能量轉(zhuǎn)化：C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：3-磷酸甘油酸2C3固定一光合作用原理7.光合作用過程：暗反應(yīng)階段（卡爾文循環(huán)）卡爾文實(shí)驗(yàn)用14C標(biāo)記的CO2供小球藻實(shí)驗(yàn)，追蹤檢測(cè)其放射性。探明CO2中的C的轉(zhuǎn)移途徑。1961年12月10日獲第61屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)放射性同位素標(biāo)記法葡萄糖、淀粉在葉綠體基質(zhì)中合成蔗糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成14C02→14C3→(14CH20)+14C5光合作用原理一類囊體薄膜上的色素分子可見光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸收光解能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶光反應(yīng)暗反應(yīng)H++e-NADPH酶酶能量類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)NADPH的作用？1.作為還原劑；2.儲(chǔ)存部分能量供暗反應(yīng)階段利用。小結(jié)：光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能ATP的作用？只能用于暗反應(yīng)中C3的還原光合作用原理一思考·討論光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系聯(lián)系：光反應(yīng)NADPH、ATP暗反應(yīng)ADP、Pi、NADP+光反應(yīng)與暗反應(yīng)相互影響相互制約，兩者都不能長(zhǎng)期獨(dú)立進(jìn)行。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光合作用原理一聯(lián)系光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段條件場(chǎng)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、NADPH的合成CO2的固定；C3的還原ATP、NADPH中的化學(xué)能光能ATP、NADPH中的化學(xué)能有機(jī)物中的化學(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】葉肉細(xì)胞產(chǎn)生ATP的場(chǎng)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(dòng)；細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體；【問題】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物質(zhì)在葉綠體中移動(dòng)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。CO2+H2O光能葉綠體（CH2O）+O2光合作用原理一光合作用中元素的轉(zhuǎn)移：（1）H的轉(zhuǎn)移：（2）C的轉(zhuǎn)移：（3）O的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)CO2→C3→（CH2O）CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

光合作用原理一合作探究八：正常進(jìn)行光合作用的植物，突然停止光照后，C3、C5、[H]、ATP含量如何變化？若突然停止CO2的供應(yīng)呢？

條件停止光照CO2供應(yīng)不變

突然光照CO2供應(yīng)不變光照不變停止CO2供應(yīng)

光照不變?cè)黾覥O2供應(yīng)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光合作用原理一整個(gè)光合作用過程中的物質(zhì)變化和能量變化分別是什么？物質(zhì)變化：無機(jī)物能量變化：光能轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變光合作用的實(shí)質(zhì)：合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量。(提供了生命活動(dòng)的能量來源)有機(jī)物糖類等有機(jī)物中的化學(xué)能特別說明：光合作用的產(chǎn)物除糖類和氧外，還有氨基酸、脂肪等有機(jī)物代謝類型同化作用異化作用自養(yǎng)異養(yǎng)光能自養(yǎng)(光合作用)化能自養(yǎng)需氧、厭氧、兼性厭氧呼吸

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+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量光合作用原理一化能合成作用：光合作用原理一項(xiàng)目光合作用有氧呼吸發(fā)生范圍含葉綠體植物、光合細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌所有活細(xì)胞物質(zhì)變化無機(jī)物合成_______有機(jī)物被分解成____