4.4.1 光反应和碳反应 (共45张PPT3份视频)高中生物 北师大版 必修一
文档属性
| 名称 | 4.4.1 光反应和碳反应 (共45张PPT3份视频)高中生物 北师大版 必修一 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 203.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 北师大版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-05-27 20:59:47 | ||
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(共45张PPT)
必修1 第4章 细胞的代谢
第四节 光合作用
第1课时 光反应和碳反应
索引
INDEX
1. 问题探讨
4. CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
5. 光反应与碳反应的联系、区别
6. 检测评价
3.光能在类囊体膜上转化为活跃的化学能
2. 叶绿体通过光合色素捕获光能
问题探讨
“青青园中葵,朝露待日睎。阳春布德泽,万物生光辉。”这首古诗描述的景象,可以说是对“万物生长靠太阳”最唯美的诠释。没有植物的光合作用就没有草木蔵蕤（wēi ruí）、鸟兽成群的和谐景象,更没有我们人类的生存和发展。
光合作用释放氧气
光能是如何被捕获并储存的？
光合作用的机理是什么？
01
叶绿体通过光合色素捕获光能
叶绿体中色素的提取和分离
目的要求
1. 尝试提取和分离叶绿体中的色素。
2. 列举叶绿体中含有的色素种类。
实验原理
1. 叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中。
2. 色素可溶于有机溶剂，但不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在层析液中的溶解度大，在滤纸条上扩散的快。
（一）色素的提取
叶绿体中色素的提取和分离
称 量
研 磨
过 滤
称取5g绿叶，剪碎，置于研钵中
（一）色素的提取
叶绿体中色素的提取和分离
称 量
研 磨
过 滤
加入SiO2、CaCO3、无水乙醇,将绿叶快速充分研磨成匀浆。
（一）色素的提取
叶绿体中色素的提取和分离
称 量
研 磨
过 滤
过滤色素
收集色素
（二）色素的分离
叶绿体中色素的提取和分离
制备滤纸条
印滤液细线
层析分离色素
剪滤纸条，将一端剪去两角，在这一端离边缘1cm处铅笔画线。
（二）色素的分离
叶绿体中色素的提取和分离
制备滤纸条
印滤液细线
层析分离色素
用盖玻片的边缘蘸取色素滤液,印在滤纸条上的横线处。待滤纸上的印痕干燥后,再印一两次。
将滤纸条剪角的一端轻轻插入层析，注意不要让滤液细线触及层析液。
（二）色素的分离
叶绿体中色素的提取和分离
制备滤纸条
印滤液细线
层析分离色素
（三）实验结果观察
叶绿体中色素的提取和分离
1、色素带的条数
2、色素带的位置
3、色素带的颜色
4、色素带的宽度
注意观察
叶绿体中色素的提取和分离
观看叶绿体中色素的提取和分离视频，回顾实验过程。
思考
叶绿体中色素的种类
类胡萝卜素
(占1/4)
(占3/4)
叶绿体中的色素
胡萝卜素
叶黄素
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
叶绿素a
叶绿素b
滤纸条上的色素带
叶绿素
叶绿体中色素的种类
光谱仪观察色素溶液的结果（左为对照）
1. 叶片中的色素会吸收光能
2. 主要吸收450nm左右的蓝紫光和680nm左右的红橙光
通过“光谱仪观察色素溶液的结果”可得出什么结论：
叶绿体中色素的种类
叶绿体中色素的吸收光谱
1. 叶绿素主要吸收________光和_________光。类胡萝卜素主要吸收_________光。
2. 吸收最少的光是_______光。
根据左图可以看出：
蓝紫
红橙
蓝紫
绿
叶绿体中色素的种类
色素滤液在透射光（左）和反射光（右）下的颜色
1. 色素滤液在透射光下呈现绿色的原因是什么？
2. 色素滤液为什么在反射光下呈现暗红色？
思考：
02
光能在类囊体膜上转化为活跃的化学能
光合作用的场所
资料1：1881年,德国科学家恩格尔曼为了确定光合作用的发生场所,将水绵和好氧细菌置于没有O2的临时装片中。当临时装片整个暴露于光下时,好氧细菌聚集在叶绿体上；当在黑暗环境中，用极细的白光光束照射装片时,好氧细菌会聚集在叶绿体被光照射到的部位。
光合作用的场所
1.1 恩格尔曼在实验中选用水绵作为实验材料的原因是什么？
1.2 好氧细菌的作用是什么？
1.3 该实验说明光合作用发生在细胞内的什么结构中？
光合作用的场所
资料2：1939年,英国科学家希尔将植物细胞破碎,获得离体叶録体。他发现即使不提供CO2,只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量的草酸亚铁等电子受体,离体叶绿体虽然不能合成有机物,也能够放出O2。20世纪50年代中期,科学家发现叶绿体中具有天然的电子受体NADP+,在光照下NADP+得到电子和H+,生成 NADPH。
2. 说明光合作用中O2的生成和有机物的生成是两个相对独立的反应，还是一个完整不可分割的反应？
光合作用的产物
资料3：1941年,为了确定光合作用释放的O2的来源,美国科学家鲁宾和卡门用小球藻做了如下实验。
3.1 资料2和资料3说明光合作用释放的O2来自H2O还是CO2？
3.2 H2O分解后释放的电子和H+的受体是什么物质？
光合作用释放的O2来自H2O。
光合作用的产物
资料4：1966年,美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15s后,再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中,此时类囊体膜内侧pH为4,外侧pH为8。随后类囊体膜两侧这一pH梯度逐渐减小,同时还伴随有ATP的生成。
4.1 说明叶绿体中ATP生成的直接驱动力是什么？
4.2 这与有氧呼吸中线粒体内膜上ATP的生成机制有什么相似之处？
类囊体膜两侧的H+浓度梯度。
光合作用的能量变化
①水的光解
②NADPH的生成
③ATP的生成
光反应的过程
思考：观看光反应过程的视频，想一想色素是怎样利用光能的？
03
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
资料1：1946年,卡尔文给小球藻提供14CO2,然后在不同的时间提取小球藻代谢产物,利用纸层析技术将代谢产物分离,并对有放射性的化合物进行鉴定。卡尔文发现,当把反应时间缩短为几分之一秒时,小球藻中只生成一种有放射性的物质——三碳酸,而随着反应时间延长,生成的放射性物质种类不断增加。如果在光照下突然中断CO2的供应,三碳酸的量急剧减少,而一种五碳化合物的量増加。如果反应过程中突然停止光照,则三碳酸的浓度急速升高,而五碳化合物的浓度急速降低。
时间（分）
化合物量
0.1CO2%
0.003CO2%
C3化合物
C5化合物
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
1. 碳反应中CO2转化成的第一个产物是什么？
2. CO2是与什么物质发生反应生成第一产物的？
资料2：科学家发现光反应生成的ATP和[H]会在碳反应中被消耗。我国科学家曾经尝试在光照不变的条件下用药物提高光反应中ATP的生成效率,发现碳反应中有机物的生成速率也随之大幅提高。
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
2.1 光反应生成的ATP和[H]是在碳反应的哪个环节被消耗的？
2.2 如果ATP和[H]不被消耗，光反应能否持续不断地进行？
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
化合物量
时间（分）
光
暗
C3化合物
C5化合物
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
小球藻光合产物的电泳和放射自显影图谱
C3酸
C3糖
C5
CO2
CO2的固定
三碳化合物的还原
五碳化合物的再生
ATP
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
NADP++H+
NADPH
淀粉或蔗糖
碳反应的过程
CO2的固定
三碳化合物的还原
五碳化合物的再生
碳反应的过程
卡尔文（Melvin Calvin）
卡尔文的贡献
卡尔文，美国著名生化学家，加州大学伯克利分校教授、劳伦斯伯克利国家实验室研究员。 与 Andrew Benson 和 James Bassham ，利用14C同位素标记及检测，历经10年的实验研究，阐明光合作用碳同化途径发现卡尔文循环(Calvin Cycle)。1961年获诺贝尔化学奖。
04
光反应与碳反应的联系
光反应与碳反应的联系
光反应
碳反应
1. 碳反应不需要光照，但依赖于光反应提供的__________________。
2. 碳反应消耗ATP和[H]后生成的_____________又是光反应不可缺少的原料。
光反应和碳反应既有区别，又密切联系，共同构成光合作用。
ATP和NADPH
ADP和NADP+
光反应 暗反应
场所
条件
物质变化
能量变化
光反应与碳反应的比较
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
色素、光、酶
多种酶、ATP和[H]
水的光解
ATP、NADPH的生成
CO2的固定、C3的还原、C5的再生
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
光合作用过程（视频）
填空
1. 为了研究叶绿体中色素的种类和数量，科学家利用层析法分离出了叶绿体中的各种色素，这种方法一直沿用至今。利用纸层析法能够分离各种色素，所依据的原理是（ ）
A. 所有色素分子都是有机物，能溶解在层析液中
B. 不同色素分子在层析液中的溶解度以及与滤纸的亲和力不同
C. 不同色素分子的吸收光谱以及在光反应中的作用不同
D. 不同色素分子在叶绿体中的分布和含量不同
B
检测评价
选择
2. 把新鲜的叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，在光谱中可以看到最强的吸收区在（ ）
A. 绿光部分 B. 黄橙光部分
C. 蓝紫光部分 D. 红光和蓝紫光部分
D
选择
3. 在光照最强的夏季中午，植物叶片气孔关闭，光合速率下降。其主要原因是（ ）
A. 水的分解不足
B. 五碳糖的数量不足
C. 利用光能合成的ATP不足
D. 碳反应产生的三碳糖不足
D
检测评价
选择
4. 用14C标记参加光合作用的二氧化碳，由此可以了解（ ）
A. 碳反应不需要光
B. 光合作用中能量的传递过程
C. 二氧化碳被还原为糖的过程
D. 光反应必须在有光条件下进行
C
填空
5. 1937年，英国植物生理学家希尔首次获得了叶片研磨后的离体叶绿体悬浮液，将此悬浮液（含水，不含CO2）与黄色的高铁（Fe3+）盐混合，照光后发现叶绿体有气泡放出、溶液由黄色变为浅绿色（Fe2+）。在遮光条件下，则没有气泡冒出，溶液颜色也没有变化。
（1）叶绿体放出的气泡成分是_______，该实验表明光合作用的场所是________，_______是光合作用的必要条件。
（2）离体叶绿体悬浮液由黄色变为浅绿色，说明叶绿体在光照条件下生成了__________________，把Fe3+还原为Fe2+。
O2
叶绿体
光
还原剂（[H]）
填空
6. 光合作用由光反应和碳反应两个过程构成，其大致过程如下图所示。请回答：
（1）写出光合作用的总反应式________________________________________。
（2）在供给C18O2极短时间后，除了糖类物质含有 18O以外，从另一种光合产物________中也应当能够检测到18O。
（3）在供给C18O2较长时间后，能够检测出 18O的物质是糖类、________。
水
光
叶绿体
6CO2 ＋12H2O C6H12O6 ＋ 6O2 ＋6H2O
氧气、水
谢谢观看！
必修1 第4章 细胞的代谢
第四节 光合作用
第1课时 光反应和碳反应
索引
INDEX
1. 问题探讨
4. CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
5. 光反应与碳反应的联系、区别
6. 检测评价
3.光能在类囊体膜上转化为活跃的化学能
2. 叶绿体通过光合色素捕获光能
问题探讨
“青青园中葵,朝露待日睎。阳春布德泽,万物生光辉。”这首古诗描述的景象,可以说是对“万物生长靠太阳”最唯美的诠释。没有植物的光合作用就没有草木蔵蕤（wēi ruí）、鸟兽成群的和谐景象,更没有我们人类的生存和发展。
光合作用释放氧气
光能是如何被捕获并储存的？
光合作用的机理是什么？
01
叶绿体通过光合色素捕获光能
叶绿体中色素的提取和分离
目的要求
1. 尝试提取和分离叶绿体中的色素。
2. 列举叶绿体中含有的色素种类。
实验原理
1. 叶绿体中的色素可以溶解在无水乙醇中。
2. 色素可溶于有机溶剂，但不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在层析液中的溶解度大，在滤纸条上扩散的快。
（一）色素的提取
叶绿体中色素的提取和分离
称 量
研 磨
过 滤
称取5g绿叶，剪碎，置于研钵中
（一）色素的提取
叶绿体中色素的提取和分离
称 量
研 磨
过 滤
加入SiO2、CaCO3、无水乙醇,将绿叶快速充分研磨成匀浆。
（一）色素的提取
叶绿体中色素的提取和分离
称 量
研 磨
过 滤
过滤色素
收集色素
（二）色素的分离
叶绿体中色素的提取和分离
制备滤纸条
印滤液细线
层析分离色素
剪滤纸条，将一端剪去两角，在这一端离边缘1cm处铅笔画线。
（二）色素的分离
叶绿体中色素的提取和分离
制备滤纸条
印滤液细线
层析分离色素
用盖玻片的边缘蘸取色素滤液,印在滤纸条上的横线处。待滤纸上的印痕干燥后,再印一两次。
将滤纸条剪角的一端轻轻插入层析，注意不要让滤液细线触及层析液。
（二）色素的分离
叶绿体中色素的提取和分离
制备滤纸条
印滤液细线
层析分离色素
（三）实验结果观察
叶绿体中色素的提取和分离
1、色素带的条数
2、色素带的位置
3、色素带的颜色
4、色素带的宽度
注意观察
叶绿体中色素的提取和分离
观看叶绿体中色素的提取和分离视频，回顾实验过程。
思考
叶绿体中色素的种类
类胡萝卜素
(占1/4)
(占3/4)
叶绿体中的色素
胡萝卜素
叶黄素
橙黄色
黄色
蓝绿色
黄绿色
叶绿素a
叶绿素b
滤纸条上的色素带
叶绿素
叶绿体中色素的种类
光谱仪观察色素溶液的结果（左为对照）
1. 叶片中的色素会吸收光能
2. 主要吸收450nm左右的蓝紫光和680nm左右的红橙光
通过“光谱仪观察色素溶液的结果”可得出什么结论：
叶绿体中色素的种类
叶绿体中色素的吸收光谱
1. 叶绿素主要吸收________光和_________光。类胡萝卜素主要吸收_________光。
2. 吸收最少的光是_______光。
根据左图可以看出：
蓝紫
红橙
蓝紫
绿
叶绿体中色素的种类
色素滤液在透射光（左）和反射光（右）下的颜色
1. 色素滤液在透射光下呈现绿色的原因是什么？
2. 色素滤液为什么在反射光下呈现暗红色？
思考：
02
光能在类囊体膜上转化为活跃的化学能
光合作用的场所
资料1：1881年,德国科学家恩格尔曼为了确定光合作用的发生场所,将水绵和好氧细菌置于没有O2的临时装片中。当临时装片整个暴露于光下时,好氧细菌聚集在叶绿体上；当在黑暗环境中，用极细的白光光束照射装片时,好氧细菌会聚集在叶绿体被光照射到的部位。
光合作用的场所
1.1 恩格尔曼在实验中选用水绵作为实验材料的原因是什么？
1.2 好氧细菌的作用是什么？
1.3 该实验说明光合作用发生在细胞内的什么结构中？
光合作用的场所
资料2：1939年,英国科学家希尔将植物细胞破碎,获得离体叶録体。他发现即使不提供CO2,只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量的草酸亚铁等电子受体,离体叶绿体虽然不能合成有机物,也能够放出O2。20世纪50年代中期,科学家发现叶绿体中具有天然的电子受体NADP+,在光照下NADP+得到电子和H+,生成 NADPH。
2. 说明光合作用中O2的生成和有机物的生成是两个相对独立的反应，还是一个完整不可分割的反应？
光合作用的产物
资料3：1941年,为了确定光合作用释放的O2的来源,美国科学家鲁宾和卡门用小球藻做了如下实验。
3.1 资料2和资料3说明光合作用释放的O2来自H2O还是CO2？
3.2 H2O分解后释放的电子和H+的受体是什么物质？
光合作用释放的O2来自H2O。
光合作用的产物
资料4：1966年,美国科学家雅根多夫在黑暗条件下将叶绿体置于pH为4的缓冲液中15s后,再将叶绿体转移至含有ADP和Pi、pH为8的缓冲液中,此时类囊体膜内侧pH为4,外侧pH为8。随后类囊体膜两侧这一pH梯度逐渐减小,同时还伴随有ATP的生成。
4.1 说明叶绿体中ATP生成的直接驱动力是什么？
4.2 这与有氧呼吸中线粒体内膜上ATP的生成机制有什么相似之处？
类囊体膜两侧的H+浓度梯度。
光合作用的能量变化
①水的光解
②NADPH的生成
③ATP的生成
光反应的过程
思考：观看光反应过程的视频，想一想色素是怎样利用光能的？
03
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
资料1：1946年,卡尔文给小球藻提供14CO2,然后在不同的时间提取小球藻代谢产物,利用纸层析技术将代谢产物分离,并对有放射性的化合物进行鉴定。卡尔文发现,当把反应时间缩短为几分之一秒时,小球藻中只生成一种有放射性的物质——三碳酸,而随着反应时间延长,生成的放射性物质种类不断增加。如果在光照下突然中断CO2的供应,三碳酸的量急剧减少,而一种五碳化合物的量増加。如果反应过程中突然停止光照,则三碳酸的浓度急速升高,而五碳化合物的浓度急速降低。
时间（分）
化合物量
0.1CO2%
0.003CO2%
C3化合物
C5化合物
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
1. 碳反应中CO2转化成的第一个产物是什么？
2. CO2是与什么物质发生反应生成第一产物的？
资料2：科学家发现光反应生成的ATP和[H]会在碳反应中被消耗。我国科学家曾经尝试在光照不变的条件下用药物提高光反应中ATP的生成效率,发现碳反应中有机物的生成速率也随之大幅提高。
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
2.1 光反应生成的ATP和[H]是在碳反应的哪个环节被消耗的？
2.2 如果ATP和[H]不被消耗，光反应能否持续不断地进行？
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
化合物量
时间（分）
光
暗
C3化合物
C5化合物
CO2被还原为糖类等有机物并储存了能量
小球藻光合产物的电泳和放射自显影图谱
C3酸
C3糖
C5
CO2
CO2的固定
三碳化合物的还原
五碳化合物的再生
ATP
ADP+Pi
ATP
ADP+Pi
NADP++H+
NADPH
淀粉或蔗糖
碳反应的过程
CO2的固定
三碳化合物的还原
五碳化合物的再生
碳反应的过程
卡尔文（Melvin Calvin）
卡尔文的贡献
卡尔文，美国著名生化学家，加州大学伯克利分校教授、劳伦斯伯克利国家实验室研究员。 与 Andrew Benson 和 James Bassham ，利用14C同位素标记及检测，历经10年的实验研究，阐明光合作用碳同化途径发现卡尔文循环(Calvin Cycle)。1961年获诺贝尔化学奖。
04
光反应与碳反应的联系
光反应与碳反应的联系
光反应
碳反应
1. 碳反应不需要光照，但依赖于光反应提供的__________________。
2. 碳反应消耗ATP和[H]后生成的_____________又是光反应不可缺少的原料。
光反应和碳反应既有区别，又密切联系，共同构成光合作用。
ATP和NADPH
ADP和NADP+
光反应 暗反应
场所
条件
物质变化
能量变化
光反应与碳反应的比较
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
色素、光、酶
多种酶、ATP和[H]
水的光解
ATP、NADPH的生成
CO2的固定、C3的还原、C5的再生
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
光合作用过程（视频）
填空
1. 为了研究叶绿体中色素的种类和数量，科学家利用层析法分离出了叶绿体中的各种色素，这种方法一直沿用至今。利用纸层析法能够分离各种色素，所依据的原理是（ ）
A. 所有色素分子都是有机物，能溶解在层析液中
B. 不同色素分子在层析液中的溶解度以及与滤纸的亲和力不同
C. 不同色素分子的吸收光谱以及在光反应中的作用不同
D. 不同色素分子在叶绿体中的分布和含量不同
B
检测评价
选择
2. 把新鲜的叶绿素溶液放在光源与分光镜之间，在光谱中可以看到最强的吸收区在（ ）
A. 绿光部分 B. 黄橙光部分
C. 蓝紫光部分 D. 红光和蓝紫光部分
D
选择
3. 在光照最强的夏季中午，植物叶片气孔关闭，光合速率下降。其主要原因是（ ）
A. 水的分解不足
B. 五碳糖的数量不足
C. 利用光能合成的ATP不足
D. 碳反应产生的三碳糖不足
D
检测评价
选择
4. 用14C标记参加光合作用的二氧化碳，由此可以了解（ ）
A. 碳反应不需要光
B. 光合作用中能量的传递过程
C. 二氧化碳被还原为糖的过程
D. 光反应必须在有光条件下进行
C
填空
5. 1937年，英国植物生理学家希尔首次获得了叶片研磨后的离体叶绿体悬浮液，将此悬浮液（含水，不含CO2）与黄色的高铁（Fe3+）盐混合，照光后发现叶绿体有气泡放出、溶液由黄色变为浅绿色（Fe2+）。在遮光条件下，则没有气泡冒出，溶液颜色也没有变化。
（1）叶绿体放出的气泡成分是_______，该实验表明光合作用的场所是________，_______是光合作用的必要条件。
（2）离体叶绿体悬浮液由黄色变为浅绿色，说明叶绿体在光照条件下生成了__________________，把Fe3+还原为Fe2+。
O2
叶绿体
光
还原剂（[H]）
填空
6. 光合作用由光反应和碳反应两个过程构成，其大致过程如下图所示。请回答：
（1）写出光合作用的总反应式________________________________________。
（2）在供给C18O2极短时间后，除了糖类物质含有 18O以外，从另一种光合产物________中也应当能够检测到18O。
（3）在供给C18O2较长时间后，能够检测出 18O的物质是糖类、________。
水
光
叶绿体
6CO2 ＋12H2O C6H12O6 ＋ 6O2 ＋6H2O
氧气、水
谢谢观看！