光合作用的原理和應(yīng)用課件

光合作用與能量轉(zhuǎn)化（第1課時(shí)）第4節(jié)第2課時(shí)光合作用的原理目標(biāo)CONTENTS通過(guò)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(guò)程中物質(zhì)變化與能量變化的過(guò)程，說(shuō)明光合作用的原理，形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、物質(zhì)與能量相互依存的觀點(diǎn)。通過(guò)對(duì)光反應(yīng)與暗反應(yīng)過(guò)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(shuō)明光合作用的意義。通過(guò)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。010203綠色植物通過(guò)

，利用

，將

轉(zhuǎn)化成

，并且釋放出

的過(guò)程。1.概念：葉綠體光能二氧化碳和水儲(chǔ)存著能量的有機(jī)物氧氣2.反應(yīng)式：注：（CH2O）表示糖類(lèi)，

光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。(P104)CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體

一、光合作用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(chǔ)存在糖類(lèi)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？

19世紀(jì)末，科學(xué)界認(rèn)為，光合作用中，CO2分子的C和O被分開(kāi)，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(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖。資料一不能通過(guò)光合作用實(shí)現(xiàn)自主閱讀：閱讀課本P102思考.討論，標(biāo)注出每個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵語(yǔ)句。二、探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)資料二：希爾反應(yīng)

1937年，英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體的葉綠體的懸浮液（有H2O沒(méi)有CO2）加入含有鐵鹽或其他氧化劑，給予光照會(huì)釋放出氧氣。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(chēng)作希爾反應(yīng)。1/2O2↑2H+離體的葉綠體懸浮液資料二：希爾反應(yīng)

1937年，英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體的葉綠體的懸浮液（有H2O沒(méi)有CO2）加入含有鐵鹽或其他氧化劑，給予光照會(huì)釋放出氧氣。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(chēng)作希爾反應(yīng)。1、希爾實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說(shuō)明光合作用產(chǎn)生的氧氣

中的氧元素全部來(lái)自水？

2、希爾的實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)不能說(shuō)明，該實(shí)驗(yàn)未排除葉綠體中其它物質(zhì)的干擾，也未直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。能說(shuō)明，懸浮液中無(wú)合成糖的必需原料CO2，說(shuō)明水的光解并非必需與糖的合成相關(guān)聯(lián)。暗示希爾反應(yīng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的階段。資料三、魯賓和卡門(mén)

希爾的實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移，那么，如何觀察元素的轉(zhuǎn)移？我們有沒(méi)有學(xué)過(guò)什么科學(xué)方法可以做到這一點(diǎn)呢？同位素標(biāo)記法現(xiàn)在我們要研究的是氧原子在光合作用過(guò)程中的轉(zhuǎn)移過(guò)程，應(yīng)該用什么同位素來(lái)標(biāo)記什么物質(zhì)？如何設(shè)置對(duì)照？一組用18O標(biāo)記二氧化碳，水不做標(biāo)記；另一組用18O標(biāo)記水，二氧化碳不做標(biāo)記。資料三、魯賓和卡門(mén)魯賓和卡門(mén)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來(lái)源。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2討論3：分析魯賓和卡門(mén)做的實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論？光合作用釋放的O2中的氧元素全部來(lái)源于H2O，而并不來(lái)源于CO2資料三、魯賓和卡門(mén)魯賓和卡門(mén)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來(lái)源。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2延伸思考2：該實(shí)驗(yàn)有對(duì)照組嗎？滿足對(duì)照原則嗎？無(wú)單獨(dú)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組相互對(duì)照（對(duì)比實(shí)驗(yàn)）延伸思考1：如何判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果是釋放的18O2還是O2？通過(guò)檢測(cè)相對(duì)分子質(zhì)量判斷：O2（32）、18O2（36）注意：不能通過(guò)檢測(cè)放射性判斷：18O是無(wú)放射性的同位素資料四、阿爾農(nóng)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。H2O1/2O2

+2H++能量光照葉綠體ADP+PiATP

1954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)(D.Arnon)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。

1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨。光照ATP水光解O219世紀(jì)末甲醛→糖1928年甲醛對(duì)植物有毒不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化成糖1937年希爾反應(yīng)水的光解產(chǎn)生氧氣1941年魯賓和卡門(mén)同位素標(biāo)記法光合作用氧氣來(lái)自于水1954年阿爾農(nóng)光照下葉綠體合成ATP該過(guò)程總與水的光解相伴1上述實(shí)驗(yàn)表明：1.光合作用釋放的氧氣中的氧元素來(lái)自水2.氧氣的產(chǎn)生和糖類(lèi)的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的

總結(jié)

三、光合作用的過(guò)程光合作用過(guò)程復(fù)雜，包括一系列化學(xué)反應(yīng)。依據(jù)是否需要光能分為：光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段光合作用第一個(gè)階段必須有光才能進(jìn)行光合作用第二個(gè)階段，又稱(chēng)“碳反應(yīng)階段”有沒(méi)有光都能進(jìn)行(P104)O2結(jié)合圖5—14，3min閱讀P103光反應(yīng)過(guò)程，在課本找到答案并標(biāo)注：1.光反應(yīng)的場(chǎng)所是什么？2.進(jìn)行光反應(yīng)需要什么條件？3.光反應(yīng)過(guò)程中有什么物質(zhì)變化?（請(qǐng)用方程式的方式表示）4.光反應(yīng)過(guò)程中有什么能量變化？5.完成右圖，并上臺(tái)展示6.光反應(yīng)的各種產(chǎn)物有何去向？光能葉綠體中的色素H2O水在光下分解ADP+PiATPNADP+NADPHH+酶酶三、光合作用的過(guò)程--光反應(yīng)階段光、色素、酶類(lèi)囊體的薄膜上水的光解：H2O1/2O2+2H++2e-光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量（光能）ATP+H2O酶

光能

ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化能量變化NADPH的合成：H++NADP++2e-

NADPH酶NADPH:還原性輔酶II（光合）；NADH:還原性輔酶I（呼吸）三、光合作用的過(guò)程--光反應(yīng)階段光反應(yīng)的各種產(chǎn)物有何去向？:直接以分子形式釋放出葉綠體

參與該細(xì)胞有氧呼吸第三階段

或釋放到外界：為暗反應(yīng)提供活潑的還原劑及部分能量：為暗反應(yīng)提供能量三、光合作用的過(guò)程--光反應(yīng)階段O2光能葉綠體中的色素H2O水在光下分解ADP+PiATPNADP+NADPHH+酶酶O2H+CO2是如何轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?lèi)的呢？卡爾文等用小球藻做試驗(yàn)研究：

用14C標(biāo)記的14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測(cè)其放射性，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，這一途徑稱(chēng)為卡爾文循環(huán)（暗反應(yīng)階段）在1961年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（放射性）同位素標(biāo)記法CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物過(guò)程中，C的轉(zhuǎn)移途徑是：場(chǎng)所：條件：葉綠體基質(zhì)酶、NADPH、ATP、二氧化碳物質(zhì)變化CO2的固定：C3的還原：能量變化ATP、NADPH中活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBPCO2＋C5

2C3酶三、光合作用的過(guò)程--暗反應(yīng)階段ATP

2C3

(CH2O)+C5酶NADPHNADP+ADP+Pi

三、光合作用的過(guò)程--暗反應(yīng)階段暗反應(yīng)的各種產(chǎn)物有何去向？為光反應(yīng)ATP合成提供原料為光反應(yīng)NADPH合成提供原料又參與CO2固定細(xì)胞呼吸消耗儲(chǔ)藏器官儲(chǔ)存、建造植物體1.NADPH和ATP的移動(dòng)途徑是什么？2.NADP+和ADP的移動(dòng)途徑呢？3.NADPH的作用？從類(lèi)囊體薄膜到葉綠體基質(zhì)。從葉綠體基質(zhì)到類(lèi)囊體薄膜。①在C3的還原中作還原劑；②為C3的還原提供能量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→O2

6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2光合作用中元素的轉(zhuǎn)移:思考.討論三、光合作用的過(guò)程背誦并畫(huà)出光合作用過(guò)程圖解葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原NADP+NADPH酶可見(jiàn)光光反應(yīng)暗反應(yīng)類(lèi)囊體薄膜葉綠體基質(zhì)

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

聯(lián)系光、色素、酶不需光、酶、NADPH、ATP葉綠體類(lèi)囊體薄膜葉綠體基質(zhì)中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的還原光能→ATP和NADPH活躍化學(xué)能活躍化學(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ADP和Pi、NADP+

。光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較思考.討論思考.討論請(qǐng)分析光下的植物突然降低光照后，短時(shí)間內(nèi)其體內(nèi)的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何變化？為什么？光照減弱光反應(yīng)減弱ATP、DNAPH↓C3還原受阻CO2固定不變C3消耗減少，合成不變C5合成減少，消耗不變C3↑C5↓光照增強(qiáng)光反應(yīng)增強(qiáng)ATP、DNAPH↑C3還原加快CO2固定不變C3消耗增加，合成不變C5合成增加，消耗不變C3↓

C5↑思考.討論假如白天突然減少CO2的供應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)其體內(nèi)的ATP、NADPH、C3和C5的含量如何變化？CO2減少暗反應(yīng)減弱CO2固定減弱C3還原不變C3合成減少，消耗不變C5消耗減少，合成不變C3↓C5↑C3還原減弱光反應(yīng)不變ATP、NADPH消耗減少，合成不變ATP、DNAPH↑

總結(jié)條件C3C5NADPHATP(CH2O)合成量光照減弱，CO2不變光照增強(qiáng)，CO2不變光照不變，CO2減少光照不變，CO2增加增加減少減少減少減少增加增加增加減少增加減少增加增加減少減少增加當(dāng)外界條件（如光照/CO2）突然發(fā)生變化時(shí)，短時(shí)間內(nèi)各種物質(zhì)含量的變化：減少增加增加減少C5、NADPH、ATP變化一致

C3與C5/NADPH/ATP變化相反對(duì)光合作用有利合成增加反之減少合作探究因?yàn)楣夥磻?yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH、ATP是有限的。[問(wèn)題1]為什么暗反應(yīng)不能較長(zhǎng)時(shí)間地在黑暗條件下進(jìn)行？【問(wèn)題2】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？①細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體；②光反應(yīng)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)；光合作用的表達(dá)式：意義：①把無(wú)機(jī)物合成為有機(jī)物，生物界中有機(jī)物的來(lái)源；②將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，為生命世界的生命活動(dòng)提供了能量來(lái)源；③維持大氣中氧氣和二氧化碳的平衡④對(duì)生物的進(jìn)化具有重要作用在自然界中，除了光合作用以外，還有其他制造有機(jī)物的方式嗎？三、光合作用的過(guò)程利用體外環(huán)境中的某些無(wú)機(jī)物氧化時(shí)所釋放的能量來(lái)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(lèi)的細(xì)菌2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量硝化細(xì)菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化細(xì)菌6CO2+6H2OC6H12O6+6O2放能電子顯微鏡下的一種硝化細(xì)菌（放大5000倍）