第五章 第四节 第二课时 光合作用与能量转化课件（24张ppt）-高一生物人教版（2019）必修一

(共24张PPT)
5.3 光合作用与能量转化
（第二课时）
第五章 细胞的能量供应和利用
新教材人教版·必修1 分子与细胞
生物学
情境导入——人工合成淀粉
中国从二氧化碳人工合成淀粉被国际学术界认为是影响世界的重大颠覆性技术，这一成果2021年9月24日在国际学术期刊《科学》发表。人工合成淀粉过程是对植物光合作用过程的模拟和优化，光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”，所以这项技术对于人类具有非常重要的意义。如解决粮食危机、能源危机……
课程目录
LEARNING GOALS
02 光合作用的原理
03 本节内容总结
04 课后巩固训练
01 探究光合作用原理的部分实验
光合作用
总反应式
01 探究光合作用原理的部分实验
自主探究
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
1. 光合作用的概念:
注意：光合作用的产物是氧气和有机物，有机物一般为葡萄糖，若葡萄糖过量，一般生成蔗糖运输到植物体各处，或者生成淀粉储存起来.(P104)
绿色植物通过 ，利用 ，把 转化成储存 着的 ，并且释放出 的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
能量
场所
条件
原料
物
产
①19世纪末，科学家认为光合作用中，CO2中的C和O分开，氧气释放，
C与H2O结合成甲醛，甲醛转化为糖。但是，该理论很快被推翻，理论依
据是？
1、光反应的探究
思考·讨论
甲醛本身对植物有毒害，且甲醛不能通过光合作用转化为糖。
01 探究光合作用原理的部分实验
②希尔反应
1973年，英国植物学家希尔将叶绿体的悬浮液（悬浮液中有H2O没有
CO2）与铁盐或其他氧化剂混合，在光照下释放出了氧气。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叫做希尔反应。
希尔反应一般可用下式表示：
4 Fe3+ + 2 H2O —→ 4 Fe2+ + O2 + 4 H+ （条件为光照） 或
2 NADP+ + 2 H2O —→ 2 NADPH + O2 + 2 H+ （条件为光照）
拓展延伸
01 探究光合作用原理的部分实验
由希尔反应反应式思考：
①该反应能否说明光合作用产生的氧气全部来自水？
②该反应中，有无二氧化碳的参与和葡萄糖的产生？说明什么？
光合作用反应物是二氧化碳和水，希尔反应只能证明水的光解产生了氧气，但不能说明二氧化碳在反应中未产生氧气。
希尔反应并未合成糖类。即光合作用中，产生氧气的希尔反应和生成有机物的反应是两个相互独立的过程。
01 探究光合作用原理的部分实验
③1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记的方法，研究了光合作用
中氧气的来源。他们用18O（无放射性）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：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二
组给同种植物提供H218O和CO2 .在其他条件都相同的情况下，第一组释放的
氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。
【结论】氧气中的氧元素全部来源于水，不来源于CO2
④1954年，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。
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
光照
水
氧气
ADP+Pi
ATP
01 探究光合作用原理的部分实验
1、光反应
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O H+ + O2
光能
酶
ATP的合成：
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中
场所：
条件：
物质变化
能量变化：
产物：
O2、ATP、 NADPH
NADPH的合成:
还原性辅酶II
ADP＋Pi ＋能量(光能) ATP
酶
酶
NADP+ + H+ NADPH
归纳总结
01 探究光合作用原理的部分实验
模型构建
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
色
素
1、ATP、 NADPH 中储存的能量只供暗反应利用，不供给其他生命活动
2、光反应生成的O2先满足自身呼吸作用消耗，多余的会释放到空气中
01 探究光合作用原理的部分实验
自主探究
2、暗反应的探究
⑤20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做
了这样的实验：用经过14C标记的14CO2 ，供小球藻进行光合作用，然后追
踪放射性14C的去向，最终证明了CO2是如何转化为有机物中的碳的。
图示：
有机物的14C
14CO2
小球藻
卡尔文循环
C5
多种酶
(CH2O)
CO2
固定
C3
01 探究光合作用原理的部分实验
归纳总结
2、暗反应
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
NADPH 、
叶绿体的基质中
ATP中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
糖类等有机物
2C3 (CH2O) + C5 + H2O
酶
糖类
NADPH、ATP（光反应产物）、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
产物：
01 探究光合作用原理的部分实验
模型构建
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
多种酶
(CH2O)
CO2
固定
NADP+
NADPH
1、C3、C5不是单质，而是代表三碳化合物和五碳化合物
2、（CH2O）是糖类（葡萄糖、蔗糖、淀粉等）的总称，优先生成葡萄糖供自身呼吸作用消耗
01 探究光合作用原理的部分实验
总结归纳
02 光合作用的原理
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
光反应
暗反应
NADP+
NADPH
(类囊体薄膜)
(叶绿体基质}
可见光
3.光合作用的过程
色
素
对比学习
项目 光反应 暗反应
场所
条件
物质变化
能量变化
联系
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
需要光照
不需要光
光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能 转化为有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP、NADPH,暗反应为光反应提供ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。
02 光合作用的原理
合作探究
【问题2】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
光合作用产生的ATP只用于暗反应C3 的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动；
细胞质基质、线粒体、叶绿体；
【问题1】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？
ATP和NADPH：从叶绿体的类囊体薄膜 叶绿体基质；
ADP和NADP+：从叶绿体基质 类囊体薄膜。
02 光合作用的原理
自助探究
【问题4】CO2浓度不变，突然降低光照强度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
【问题5】光照强度不变，突然降低CO2浓度，分析C3、C5、ATP和NADPH、有机物含量的变化？
ATP和NADPH减少，C3 增加，C5减少，有机物减少
C3 减少，C5 增加，ATP和NADPH增加，有机物减少
【问题3】请分析H2O中H元素、CO2中C元素的转移途径？
H：3H2O NADP3H （C3H2O ）
C：14CO2 14 C3 （14CH2O ）
02 光合作用的原理
拓展延伸
升高
降低
降低
降低
降低
升高
升高
下降
下降
升高
升高
下降
升高
下降
下降
上升
请根据右图分析，短时间内，某条件改变（其他条件均为最适）光合作用中下列物质浓度的影响：
02 光合作用的原理
03 本节内容总结
04 课后巩固训练
1．下列有关光合作用的叙述，正确的是(　　)
A．光反应不需要酶，暗反应需要酶
B．光反应在光下进行，暗反应在黑暗中进行
C．光反应固定CO2，暗反应还原C3
D．光反应产生ATP，暗反应消耗ATP
　D
解析：光反应和暗反应均需要酶的催化，A错误；光反应必须有光，暗反应有光
无光均可，B错误；二氧化碳的固定和C3的还原均发生在暗反应阶段，C错误；
光反应中，光能转化为ATP中活跃的化学能，暗反应阶段，ATP中活跃的化学能
转化为有机物中稳定的化学能，D正确。
04 课后巩固训练
2.历经一个半世纪，科学家们通过许多实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。在下列几个著名实验中，相关叙述错误的是(　　)
A．希尔的实验证明离体叶绿体在适当条件下可产生O2
B．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的O2量
C．恩格尔曼实验说明了叶绿体是进行光合作用的场所
D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2来自H2O而不是CO2
B
解析：恩格尔曼的实验能够证明O2由叶绿体释放出来，叶绿体是进行光合作用的场所，但不能定量分析光合作用生成的O2量。
04 课后巩固训练
3.下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是(　　)
A．阶段Ⅰ表示暗反应
B．阶段Ⅱ表示光反应
C．物质a表示NADPH
D．物质b表示C3
C
解析：Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应，A、B错误；光反应为暗反应提供ATP和NADPH，所以图中的物质a表示的是NADPH，物质b表示的是ATP，C正确，D错误。
04 课后巩固训练
4.如图表示植物光合作用的一个阶段，下列有关该反应阶段的叙述不正确的是(　　)
A．该反应的场所是叶绿体的类囊体
B．需要多种酶、NADPH、ATP和CO2等的参与
C．CO2的碳原子转移途径是CO2→C3→(CH2O)
D．将ATP和NADPH中的化学能转化为(CH2O)中的化学能
　A
解析：由图可知，该反应为植物光合作用的暗反应阶段，反应的场所是叶绿体基质，A错误。
5.如图是叶绿体局部结构模式图。在相应区域发生的生物学过程不包括
(　　)
04 课后巩固训练
　D
A．①的膜上面发生色素吸收光能的过程
B．①的膜上面发生水的光解(释放O2)
C．在②中CO2转化为C3化合物
D．在②中发生ATP的合成
　
解析：图中①是叶绿体类囊体膜，上面分布着可以吸收光能的光合色素，A正确；①叶绿体类囊体膜是水的光解和ATP产生的场所，B正确；②表示叶绿体基质，可将CO2固定生成C3化合物，C正确；②叶绿体基质是暗反应的场所，需要消耗ATP，D错误。