浙科版（2019）生物必修一 第三章第五节课时2 光反应与碳反应的基本过程课件(共36张PPT)

(共36张PPT)
课时2　光反应与碳反应的基本过程
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1
一、光反应将光能转化为化学能,并产生氧气
H+、O2和电子
场所 膜(光合膜)
物质 变化 (1)水光解:光能将水裂解为 ;
(2)NADPH与ATP的合成: 将NADP+还原为NADPH,并产生ATP,O2被释放到细胞外
能量 变化 光合色素吸收光能,将光能转化为
中的化学能
H+、e-
ATP和NADPH
类囊体
光反应为碳反应提供的还原剂是什么物质 提供能量的是什么物质
提示:NADPH;ATP与NADPH。
二、碳反应将二氧化碳还原成糖
场所 叶绿体基质
物质 变化 (1)CO2固定:在酶的催化作用下,1个CO2分子与五碳糖结合,形成1个六碳分子;六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。
(2)三碳酸的还原:
①每个三碳酸分子接受来自NADPH和ATP的能量,被NADPH还原形成三碳糖;
② 的再生。
(3)在叶绿体内,三碳糖作为原料用于 的合成。大部分三碳糖运至叶绿体外,并且转变成 ,供植物体所有细胞利用
能量 变化 中的能量转变为有机物中的化学能
五碳糖
淀粉、蛋白质和脂质
蔗糖
NADPH和ATP
1.卡尔文循环中三碳酸的还原反应需要光反应提供什么物质
提示:ATP和NADPH。
2.分析蔗糖合成或输出受阻,会引起卡尔文循环减速的原因。
提示:蔗糖合成或输出受阻,三碳糖大量积累于叶绿体基质中,导致光反应中NADPH和ATP的合成受阻,进而造成卡尔文循环 减速。
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1.水在光下裂解为氢和O2,水中的氢(H+)在光下将NADP+还原为NADPH。(　 　)
提示:水在光下裂解为H+、O2和电子,H+和e-将NADP+还原为NADPH。
2.光合作用的碳循环虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。(　 　)
提示:光合作用的卡尔文循环虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。
×
×
3.1个二氧化碳与1个五碳糖结合,形成2个三碳酸,然后2个三碳酸被还原成2个三碳糖。(　 　)
4.卡尔文循环中,ATP在叶绿体基质中将三碳酸还原为三碳糖。
(　 　)
提示:三碳酸还原过程中,ATP和NADPH提供能量,还原剂为NADPH。
5.碳反应不需要光,必须在黑暗条件下才能进行。(　 　)
提示:碳反应需要光反应提供ATP和NADPH,发生条件可以是在光照下,也可以不在光照下。
√
×
×
6.光强度突然下降后,短时间内叶绿体内ATP/ADP的值下降,O2的产生停止。(　 　)
提示:光强度突然下降后,短时间内叶绿体内ATP/ADP的值下降,但O2的产生不会停止。
7.某正常进行光合作用的绿色植物,突然间停止光照的瞬间,细胞内五碳糖的含量减少。(　 　)
×
√
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2
任务一　理解光反应原理,明确光反应过程
[任务突破]
光反应的误区分析
(1)明确光反应的场所:真核生物中,光反应的场所为类囊体膜——光合膜,原核生物中光反应的场所为光合膜。
(2)明确NADPH和ATP的生成原理:①生成NADPH的反应物为H+、e-及NADP+;②生成ATP的反应物为ADP、Pi,同时需要ATP合成酶催化。
(3)明确光反应的能量转化形式:光反应为吸能反应,能量来源为光能,经过光反应,能量由光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。
(4)明确光反应的生理过程与酶催化的关系:光合色素吸收光能不需要酶的催化,其他反应过程均需要酶的催化。
[典例1](2022·宁波高一期末)如图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程,其中运输H+的转运蛋白有两种类型,从而实现H+在膜两侧间的穿梭。下列叙述错误的是(　 　)
A.光合色素吸收的光能将水分解为氧、H+和电子
B.H+由类囊体腔进入叶绿体基质的方式是易化扩散
C.NADPH是活泼的还原剂,同时也储存一部分能量
D.叶绿体基质的pH低于类囊体腔内的pH
√
[迁移应用]
解析:在光反应阶段中光合色素吸收的光能将水分解为氧、H+和电子;由图可知,类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质,因此H+由类囊体腔进入叶绿体基质的方式是易化扩散;NADPH是活泼的还原剂,同时也储存一部分能量,用于碳反应中三碳酸的还原;类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质,所以叶绿体基质的pH高于类囊体腔内的pH。
任务二　碳反应的原理及过程
[任务突破]
辨析碳反应的误区
(1)确定C原子的转移路径:通过同位素示踪法可追踪碳原子的转移路径,即14CO2中的C依次进入三碳酸→三碳糖→有机物。
(2)辨析碳反应过程中与三碳糖有关的“大多数”和“少数”。
①卡尔文循环中,3分子CO2进入卡尔文循环推动生成6分子三碳糖,其中“大多数”(5分子)三碳糖仍然留在卡尔文循环中用于五碳糖的再生,“少数”(1分子)三碳糖离开卡尔文循环用于有机物的生成。
②离开卡尔文循环的三碳糖,“大多数”运至叶绿体外合成蔗糖供植物细胞利用,“少数”留在叶绿体内作为淀粉、脂质和蛋白质的合成原料。
[迁移应用]
[典例2] (2022·金华十校高一期末)用14C标记的CO2追踪光合作用过程中碳原子的转移路径,发现其转移路径是CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖。下列叙述错误的是(　 　)
A.CO2→三碳酸的过程需要五碳糖的参与
B.三碳酸→三碳糖的过程需要ATP和NADPH供能
C.三碳糖→蔗糖的过程在细胞溶胶中发生
D.CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖的过程称为卡尔文循环
√
解析:CO2→三碳酸的过程为CO2的固定,需要五碳糖的参与;三碳酸→三碳糖的过程需要光反应提供的ATP和NADPH供能;三碳糖合成蔗糖的过程在细胞溶胶中发生;二氧化碳被还原为糖的过程称为卡尔文循环,包括CO2→三碳酸→三碳糖路径,蔗糖的合成不属于卡尔文循环。
任务三　分析光反应与碳反应的关系
[任务突破1]
列表比较光反应与碳反应的区别与联系
项目 光反应 碳反应
场所 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质
条件 光合色素、光、酶、水 酶、ATP、NADPH、CO2
时间 短促 较缓慢
物质 变化 ①水在光下裂解为H+、O2和电子(e-); ②H+和e-将NADP+还原为NADPH; ③吸收光能产生ATP, O2被释放到叶绿体(或细胞)外 ①CO2的固定:CO2+五碳糖→
2个三碳酸;
②三碳酸分子的还原:三碳酸+NADPH+ATP→三碳糖分子+NADP++ADP+Pi;
③五碳糖的再生:三碳糖分子→五碳糖
能量 变化 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系 光反应为碳反应提供NADPH和ATP;碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+,二者紧密联系,缺一不可
[迁移应用]
[典例3-1](2022·绍兴适应性考试)在离体条件下,亲水性Fecy或亲脂性DCIP可作为电子受体替代NADP+,氧化态DCIP为蓝紫色,接受氢的还原态DCIP为无色,研究人员将离体双层膜局部受损的叶绿体悬浮液均分到三支试管中,并抽去空气进行如下实验:
组别 材料 加入物质 条件 实验现象
A组 双层膜局 部受损的 叶绿体 DCIP 溶液 适宜温 度和光 照等 条件 产生了一定量O2且DCIP溶液变为无色
B组 Fecy 溶液 产生了一定量O2
C组 NADP+ 溶液 NADPH减少
请回答下列问题。
(1)在叶绿体的　　　 　 上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为　　　 .　和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,碳反应速率减慢,则光反应中电子传递速率会　　　　(填“加快”或“减慢”)。
类囊体膜
NADPH
减慢
解析:(1)光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜(类囊体膜)上进行,光反应具体反应步骤:①水的光解,水在光下分解成氧气、H+和电子;②NADPH和ATP的生成,ADP与Pi接受光能变成ATP,H+和e-将NADP+还原为NADPH,此过程将光能变为NADPH和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,碳反应速率减慢,ATP和NADPH积累,即光反应产物积累,光反应减慢,即光反应中电子传递速率会减慢。
(2)若改用双层膜结构完整的叶绿体进行实验,A、B两组产生的O2量都将减少,推测　　 组产生的O2量减少更多,理由是　　　　　　　 　　.
　　　　　。
B
亲水性Fecy比亲脂性DCIP更难通过完整的叶绿
体双层膜
解析:(2)在离体条件下,亲水性Fecy或亲脂性DCIP可作为电子受体替代NADP+,光反应中水能分解成O2、H+和e-,H+和e-与NADP+反应生成NADPH,若改用双层膜结构完整的叶绿体进行实验,B组中亲水性Fecy比A组中亲脂性DCIP更难通过完整的叶绿体双层膜,电子受体减少更多,H+和e-积累,水分解减慢,产生的氧气更少。
(3)A组实验能证明O2来源于H2O而不是CO2,理由是①DCIP溶液由蓝紫色变无色证明　 　　　　;②抽去试管中的空气,排除了　　　　　　　的可能。
产生了氢
O2来源于CO2
解析:(3)据题意可知,氧化态DCIP为蓝紫色,接受氢的还原态DCIP为无色,DCIP溶液由蓝紫色变无色证明产生了氢。空气中含有二氧化碳,抽去试管中的空气,这样A组实验中只有水,排除了O2来源于CO2的可能。
(4)研究人员欲通过检测NADPH的含量变化来证明其参与了碳反应,设置了C组实验,则C组应增加的实验条件是
　　　　　　　 　。
通入CO2并黑暗处理
解析:(4)若想通过检测NADPH的含量变化来证明其参与了碳反应,则需要创造碳反应的条件,二氧化碳是碳反应的原料,同时为了避免光反应持续产生NADPH,因此在C组实验的基础上需要通入CO2并黑暗处理,然后再检测NADPH含量的变化。
[任务突破2]
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化。
如图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示三碳酸的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化。
(2)“模型法”表示三碳酸和五碳糖的含量变化。
提醒:平衡状态下三碳酸的起始值高于五碳糖,约是其2倍。
[迁移应用]
[典例3-2] 下列关于光合作用中改变反应条件而引起的变化,正确的是(　 　)
A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值
减小
B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
C.突然将黄光改变为白光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值
增大
D.突然将白光改变为黄光,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值增大
√
解析:突然中断CO2供应,使碳反应中二氧化碳固定减少,而三碳酸还原仍在进行,导致三碳酸减少,五碳糖增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值增大;突然中断CO2供应使三碳酸减少,因此三碳酸还原利用的ATP减少,导致ATP积累增多,而ADP含量减少,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大;突然将黄光改变为白光,会导致光反应吸收的光能增加,光反应产生的ATP和NADPH增加,而ADP相对含量减少,因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大;突然将白光改变为黄光,会导致光反应产生的ATP和NADPH减少,这将抑制碳反应中三碳酸的还原,导致五碳糖减少,三碳酸增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值减小。