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(25张PPT)

(共25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
第4节 光合作用原理和应用
通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论,说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理。
01
设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。
02
课程标准
核心素养
分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。(科学思维)
01
根据实验目的,设计实验探究光合作用的影响因素，会分析相关的实验装置。(科学探究)
02
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能， 把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
光合作用
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
叶绿体如何将光能转化为化学能？
又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的，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。
光合作用的原理？
1
光合作用的原理
1、探索光合作用原理的部分实验
19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放、C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
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光合作用的原理
1937年，英国植物学家希尔（R.Hill）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），在光照下可以释放出氧气。
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光合作用的原理
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。
1941年，美国科学家鲁宾(S.Ruben) 和卡门（M.Kamen)用同位素示踪的方法，研究光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素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：
第二组
H218O
CO2
H2O
C18O2
第一组
18O2
O2
小球藻
(一种单细胞的绿藻)
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光合作用的原理
1954年，美国科学家美国科学家阿尔农(D.Arnon) 发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
1．希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
2．希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
3．分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
否
否
光合作用释放的氧气来自于水的光解
讨论：
1
光合作用的原理
1954年，美国科学家美国科学家阿尔农(D.Arnon) 发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
4．尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
讨论：
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光合作用的原理
H2 O O2 ＋NADPH ＋能量
光能
叶绿体
ADP ＋ Pi ＋ ATP
2、光合作用的过程
CO2＋H2 O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应)两个阶段。
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光合作用的原理
叶绿体中的色素
ADP+Pi
酶
ATP
光反应
（在类囊体的薄膜上进行）
光能
H2O
O2
水在光下分解
H+
NADP+
酶
NADPH
1
光合作用的原理
（1）光反应：
（1）光反应：
①条件：
光、酶、色素
②场所：
类囊体的薄膜上
③过程：
a.物质变化：
2H2O O2+4 H+ + e-
光
色素
ADP+Pi + 能量 ATP
酶
b.能量变化：
光能
NADPH、ATP中活跃化学能
水的光解：
NADPH的合成：
ATP的形成：
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光合作用的原理
NADH+ + H+ + e- NADPH
酶
还原
多种酶参加催化
（CH2O）
ADP+Pi
酶
ATP
供能
2C3
C5
固定
CO2
暗反应
（在叶绿体的基质中进行）
供能
供氢
NADP+
酶
NADPH
1
（2）暗反应：
光合作用的原理
①条件：
多种酶、NADPH、ATP
②场所：
叶绿体基质
③过程：
a.物质变化：
b.能量变化：
有机物中稳定的化学能
NADPH、 ATP中活跃化学能
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3 的还原：
2C3 (CH2O)+C5
酶
NADPH、
ATP
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（2）暗反应：
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）。
光合作用的原理
叶绿体中的色素
还原
多种酶参加催化
（CH2O）
ADP+Pi
酶
ATP
供能
2C3
C5
固定
CO2
光反应
（在类囊体的薄膜上进行）
暗反应
（在叶绿体的基质中进行）
光能
供能
供氢
光合作用的过程示意图
H2O
O2
水在光下分解
H+
NADP+
酶
NADPH
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光合作用的原理
光反应和暗反应对比
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
多种酶
类囊体薄膜
叶绿体基质中
水的光解
NADPH的合成
ATP的合成
CO2的固定
C3的还原
光能
有机物中稳定化学能
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi
联系
ATP和NADPH中活跃的化学能
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1
光合作用的原理
光合作用过程中原子转移途径
光合作用过程中物质含量的变化
1
条件 NADPH和ATP C3 C5 模型分析
光照强度由强到弱，CO2供应不变 减少 增加 减少
光照强度由弱到强，CO2供应不变 增加 减少 增加
光合作用的原理
光合作用过程中物质含量的变化
1
条件 NADPH和ATP C3 C5 模型分析
光照不变，CO2量由充足到不足 增加 减少 增加
光照不变，CO2量由不足到充足 减少 增加 减少
光合作用的原理
项目 光合作用 细胞呼吸
区 别 场所
条件
物质 变化
能量 变化
ATP 用途
联系 稳定的化学能 活跃的化学能、
热能，释放能量
光合作用与细胞呼吸对比
叶绿体
细胞质基质、线粒体
需光
不需光
合成有机物
分解有机物
光能 稳定的化学能，储存能量
光合作用为细胞呼吸提供有机物和O2；细胞呼吸为光合作用提供CO2和水
用于叶绿体内的暗反应
用于各种生理活动
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光合作用的原理
2
课堂总结
光合作用的原理
光合作用
概念
反应式
光合作用原理
探索历程
过程
光反应：类囊体薄膜
暗反应：叶绿体基质
物质含量变化
光合作用与呼吸作用对比
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
能量变化
物质变化
1.科学家用14C标记CO2来追踪光合作用中的碳原子的转移途径，其转移途径是(　　)
A.CO2→叶绿素→ADP
B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→乳酸→糖类
D.CO2→C3→糖类
5
D
课堂练习
2. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是(　　)
A.红光，ATP下降
B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降
D.绿光，C5上升
C
5
课堂练习
(CH2O)
CO2
H2O
光能
水在光下分解
光反应阶段
暗反应阶段
固 定
还 原
多种酶
参加催化
O2
ADP+Pi
ATP
NADP+
NADPH
C5
2C3
3. 根据光合作用的基本过程填充下图：
课堂练习