2022-2023学年高一上学期生物人教版必修15.4.2光合作用的原理和应用课件(24张PPT)

(共24张PPT)
第5章　细胞的能量供应和利用
第2课时
光合作用的原理
1
1
说明光合作用以及对它的认识过程(重点)。
2
从物质和能量观视角，阐明光合作用的原理(难点)。
知识回顾：叶绿体的结构示意图
1
2
3
4
5
1.说出图中5个部分的名称。
2.吸收光能的色素分布在 上；
光合作用所必需的酶分布在 中。
类囊体薄膜
类囊体薄膜和叶绿体基质
光合作用的概念
绿色植物通过________，利用______，将________________转化成储存着能量的_________，并且释放出________的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
过渡：光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
我们先来分析科学家做过的一些实验。
光合作用
像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。
活动1
建构概念-光反应
资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(如Fe3＋，悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
活动1
建构概念-光反应
资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(如Fe3＋，悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)基于以上材料，尝试补充完整希尔实验表达式。
O2
H+
H2O
光照叶绿体
Fe3+
得电子
Fe2+
活动1
建构概念-光反应
资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(如Fe3＋，悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(2)希尔实验可以证明氧气来自水，能否确定氧气全部来自水？
(3)若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？
不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
活动1
建构概念-光反应
资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
对比实验
结论：光合作用产生的 O2 来自于 H2O，不来自 CO2。
延伸思考
O2
H+
H2O
光照叶绿体
Fe3+
得电子
Fe2+
1.希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
结合水分解产生的2H+和2e-
2.叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
NADP+ ， NADP++2H++2e- NADPH+H+
酶
根据希尔实验的表达式，回答下列问题。
活动1
建构概念-光反应
资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
结论：光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
ATP合成酶
总结：叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一
1.1 光反应小结
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
资料4　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。
（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测
产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的
五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。
（3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
三碳化合物
多种产物
1秒内
30秒后
请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。
CO2 → C3 → C6
C5
活动2
建构概念-暗反应
根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。
C3与C5之间是相互循环的
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
C5
C3
资料5　卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断 CO2 供应，C3急剧减少而 C5增加。
活动2
建构概念-暗反应
资料6　1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果：
思考：卡尔文搞清了C的转移途径，即有机物的形成过程，这与前面学习的水的光解产生O2的过程是否存在一定的联系呢
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。
光
NADPH
ATP
活动2
建构概念-暗反应
1.2 暗反应小结
CO2
C5
五碳化合物
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADPH
(CH2O)
C3的还原
叶绿体的基质中
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3 的还原：
ATP
ADP+Pi
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
物质变化
能量变化：
NADP+
NADPH
构建模型
光合作用原理
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
活动3
构建光合作用过程的模型
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所
反应速度
与光的关系 必须在 下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体基质
较快
较缓慢
光
活动4
比较光反应阶段和暗反应阶段
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 物质变化
能量变化
光能→ATP、NADPH中的化学能
ATP、NADPH中的化学能→糖类中的化学能
活动4
比较光反应阶段和暗反应阶段
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供 ；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供 和NADP＋； ②没有光反应，暗反应缺乏NADPH和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。 活动4
比较光反应阶段和暗反应阶段
NADPH和ATP
ADP、Pi
NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度不变，光照减弱
光照不变，CO2浓度下降
减少
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
活动5
分析条件骤变对光合作用中各物质的影响
1.1937年，植物学家希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是
A.绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b
B.希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜
C.铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂
D.在无色上清液中加入CO2不能合成C3
√
解析　绿色沉淀部分(主要是叶绿素a和叶绿素b)含量最多的色素是叶绿素a，A错误；
叶绿体破碎离心获得无色上清液，其中含有五碳糖(RuBP)，因此在无色上清液中加入CO2能合成C3，D错误。
2.如图为叶绿体中光合作用过程示意图，其中A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列说法错误的是
A.图中A的存在可以增加叶绿体内的膜面积
B.与光合作用有关的酶主要分布在A、C、D上
C.光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动
D.若突然停止光照，短时间内④的含量会增加
√
光合作用
概念
光合作用的过程
光合作用的原理的探索
光反应
暗反应
反应式
希尔
鲁宾和卡门
阿尔农
卡尔文
水的光解
NADPH 和 ATP 的形成
CO2 的固定
C3 的还原
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体