5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第3課時(shí)【知識(shí)精研+能力提升】高一上學(xué)期生物人教版必修1

第4節(jié)光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第三課時(shí)）任課教師：陳思熹深山和擁擠的地鐵，你更喜歡待在哪里？為什么呢？光合作用是指綠色植物通過(guò)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(guò)程。一光合作用的原理光能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(lái)自原料中的水還是二氧化碳呢？代表糖類6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能葉綠體閱讀課本102頁(yè)思考·討論，了解探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)。二、探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)19世紀(jì)末氧氣

甲醛→糖1928年

甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖

甲醛對(duì)植物有毒CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)二、探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1：1937年希爾實(shí)驗(yàn)材料：處理：在離體葉綠體的懸浮液（懸浮液中有H2O，沒(méi)有CO2）中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下進(jìn)行結(jié)果：在光照條件下，葉綠體有O2釋放。（細(xì)胞器水平上）葉綠體中H2O光解產(chǎn)生氧氣。推測(cè)：離體葉綠體（有H2O，無(wú)CO2）Fe3+Fe2+探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)問(wèn)題1：希爾實(shí)驗(yàn)中的氧化劑起到什么作用？NADP++2H++2e-NADPH+H+結(jié)合H2O分解產(chǎn)生的2H+和2e-問(wèn)題2：葉綠體內(nèi)參與光合作用的氧化劑是什么？酶討論1：希爾的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說(shuō)明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中氧元素全部都來(lái)自水嗎？不能說(shuō)明，該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也沒(méi)有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移僅說(shuō)明離體的葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。討論2：希爾的實(shí)驗(yàn)是否說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？能夠說(shuō)明，希爾反應(yīng)是在離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有水，沒(méi)有合成糖類的必須原料--二氧化碳

，因此，水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示希爾反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段二、探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2：魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)思路：用放射性同位素標(biāo)記法來(lái)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。探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2：魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)光合作用產(chǎn)生的O2來(lái)自于H2O，不來(lái)自CO2。結(jié)果：A為O2，B為18O2；結(jié)論：

O2O2

O218O2

18O2

18O2

18O2

18O2

18O2

O2O2

O2O2處理：用18O分別標(biāo)記CO2和H2O，給予光照。光合作用是指綠色植物通過(guò)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(guò)程。一光合作用的原理光能CO2+H2O（CH2O）+O2葉綠體光合作用釋放的氧氣，是來(lái)自原料中的水還是二氧化碳呢？代表糖類探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)3：1954年阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)1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)生氧氣在葉綠體中，有光存在的情況下，葉綠體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)反應(yīng)“水的光解”“ATP的合成”結(jié)論：離體葉綠體探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)在葉綠體中，有光存在的情況下，葉綠體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)反應(yīng)“水的光解”“ATP的合成”結(jié)論：光照水氧氣ADP+PiATP探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)討論3．分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)，你能得出什么結(jié)論？討論4．嘗試用示意圖來(lái)表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。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)源于二氧化碳。H2O光照葉綠體O2+NADPH+能量ADP+PiATP葉綠體完成了將光能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)能光反應(yīng)階段H2O類囊體薄膜酶Pi

＋ADPATPH+NADP++NADPH氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ色素O2①光反應(yīng)光反應(yīng)階段：光合作用第一個(gè)階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個(gè)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、色素、酶葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上1.水的光解：H2OO2+2H++2e-光3.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能)

ATP光能→ATP與NADPH中的化學(xué)能場(chǎng)所：條件：能量變化：2.NADPH的合成：

酶酶H++NADP++2e-NADPH物質(zhì)變化ATP只用于暗反應(yīng)①光反應(yīng)NADPH還原性輔酶Ⅱ，還原劑，參與暗反應(yīng)，同時(shí)也儲(chǔ)存部分能量供暗反應(yīng)利用小結(jié)探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)總結(jié)年代科學(xué)家結(jié)論十九世紀(jì)末/甲醛→糖甲醛對(duì)植物有毒1928年/甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖1937年希爾水的光解產(chǎn)生氧氣1941年魯賓和卡門利用同位素示蹤法確定，光合作用氧氣來(lái)自于水1954年阿爾農(nóng)光照下葉綠體合成ATP1957年阿爾農(nóng)這一過(guò)程總是與水的光解相伴小結(jié)1光合作用的原理暗反應(yīng)階段

實(shí)驗(yàn)4：阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)2材料：離體葉綠體處理：供給ATP、NADPH和CO2，黑暗條件結(jié)果：供給ATP、NADPH離體葉綠體中才有糖類生成結(jié)論：黑暗條件下，CO2合成糖類需要ATP和NADPH。光反應(yīng)階段提供

1光合作用的原理實(shí)驗(yàn)5：卡爾文實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)思路：同位素標(biāo)記14CO2，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程材料：小球藻處理：光照、提供14CO2；不同時(shí)間殺死小球藻，再紙層析分離，最后鑒定放射性物質(zhì)。暗反應(yīng)階段

探究CO2轉(zhuǎn)化為糖的路線1光合作用的原理實(shí)驗(yàn)5：卡爾文實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)結(jié)果暗反應(yīng)階段

（1）向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2,光照60秒后檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)到了多種帶14C標(biāo)記的化合物（五碳化合物（C5）、六碳糖(C6)以及三碳化合物（C3）等）（2）光照時(shí)間為5秒時(shí)發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中

請(qǐng)嘗試寫出碳元素（C）的轉(zhuǎn)移途徑1光合作用的原理實(shí)驗(yàn)5：卡爾文實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)結(jié)果暗反應(yīng)階段

CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物過(guò)程中，C的轉(zhuǎn)移途徑：（1）向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2,光照60秒后檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)到了多種帶14C標(biāo)記的化合物（五碳化合物（C5）、六碳糖(C6)以及三碳化合物（C3）等）（2）光照時(shí)間為5秒時(shí)發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中

1光合作用的原理暗反應(yīng)階段

卡爾文實(shí)驗(yàn)2：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。結(jié)論：C3與C5之間是相互循環(huán)的?？栁难h(huán)請(qǐng)補(bǔ)充下列途徑：卡爾文循環(huán)：CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑C3是指三碳化合物---3-磷酸甘油酸C5是指五碳化合物---核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）②暗反應(yīng)/碳反應(yīng)ADP+PiATPNADP+能量C52C3多種酶(CH2O)糖類CO2固定還原酶NADPH酶暗反應(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(guò)一系列的反應(yīng)后生成糖類。暗反應(yīng)階段:光合作用第二個(gè)階段中的化學(xué)反應(yīng)，有沒(méi)有光都能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作暗反應(yīng)階段。②暗反應(yīng)/碳反應(yīng)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(wú)光都能反應(yīng)①光反應(yīng)（光合作用第一階段）②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(guò)程是否需要光能三、光合作用的過(guò)程1.CO2的固定：CO2＋C52C3酶2.C3的還原：ATP

ADP+Pi葉綠體的基質(zhì)中ATP與NADPH中的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2C3(CH2O)+C5酶有光無(wú)光都可，NADPH、ATP、酶場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化：NADP+NADPH卡爾文循環(huán)②暗反應(yīng)/碳反應(yīng)小結(jié)卡爾文循環(huán)1光合作用的原理光合作用過(guò)程類囊體H2OO2CO2卡爾文循環(huán)（CH2O）葉綠體2C3C5ATPNADPHNADP+ADP+Pi類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)外界條件突然改變，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何變化？暗反應(yīng)光反應(yīng)NADPHATP條件光照由強(qiáng)到弱，CO2供應(yīng)不變光照由弱到強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變CO2供應(yīng)由充足到不足，光照不變CO2供應(yīng)由不足到充足，光照不變C3含量C5含量NADPH和ATP的含量(CH2O)的合成量減少增加減少減少增加減少增加增加減少增加增加減少增加減少減少增加來(lái)源去路法分析物質(zhì)含量的變化快速分析：CO2直接促進(jìn)C3，光照直接促進(jìn)NADPH和ATP，C5也跟隨。2、物質(zhì)含量變化C5、NADPH、ATP變化一致，C3、C5相反理解1光合作用的原理光反應(yīng)暗反應(yīng)所需條件進(jìn)行場(chǎng)所物質(zhì)變化能量轉(zhuǎn)化光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系必須有光有光無(wú)光都均可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的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能小結(jié)1光合作用的原理光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)生成的ATP和NADPH供暗反應(yīng)的C3的還原，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi和NADP+。能量聯(lián)系：光反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能（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)能再轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。小結(jié)①把無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物，不僅是自身的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),而且是人和動(dòng)物的食物來(lái)源②將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，貯存在有機(jī)物中，提供了生命活動(dòng)的能量來(lái)源③維持了大氣成分的基本穩(wěn)定四、光合作用的意義

光通過(guò)驅(qū)動(dòng)光合作用而驅(qū)動(dòng)生命世界的運(yùn)轉(zhuǎn)理解3.根據(jù)光合作用的基本過(guò)程填充下圖。NADPHADP+PiNADP+C3C5O2類囊體膜上的色素光反應(yīng)（類囊體薄膜）暗反應(yīng)（葉綠體基質(zhì)）ATP①圖中A是______,B是_______,它來(lái)自于______的光解。②圖中C是_______，它被傳遞到葉綠體的______部位，用于_______________。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來(lái)自______④圖中G________,F是__________,J是_____________⑤圖中的H表示_______，I表示________，H為I提供__________光H2OBACDE+PiFGCO2JHIＯ2水NADPH基質(zhì)用作還原劑并提供能量，還原C3ATP光能光反應(yīng)NADPH和ATP色素C5化合物C3化合物糖類（淀粉和蔗糖）暗反應(yīng)同位素標(biāo)記元素的轉(zhuǎn)移途徑H：3H2ONADP3H(C

3H2O)C：14CO214C3(14CH2O)O：光反應(yīng)暗反應(yīng)CO2的固定C3的還原H218O18O2光反應(yīng)C18O2CO2的固定C3的還原C3(CH218O)進(jìn)階考點(diǎn)光合作用與呼吸作用光合作用呼吸作用場(chǎng)所條件物質(zhì)變化能量變化實(shí)質(zhì)葉綠體光能→化學(xué)能細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)及線粒體酶光、色素、酶無(wú)機(jī)物→有機(jī)物