人教版（2019）必修1课件: 5.4 光合作用与能量转化（第2课时）(共25张PPT)

(共25张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
（第2课时）
第五章 细胞的能量供应和利用
学习目标
概念2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖
2.2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能
课程标准
1.通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，构建光合作用的概念模型。
2.通过构建光合作用模型，从物质与能量观的角度，阐明光合作用过程中物质变化与能量变化的过程，说明光合作用的原理。
3.通过对光反应与暗反应过程的比较归纳，理清光反应与暗反应的区别与联系，说明光合作用的意义。
　　光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
光能
CO2
+H2O
（CH2O）
+O2
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？
一、光合作用概念
场所
产物
动力
原料
--对光合作用过程的早期推测
1、19世纪末
2、1928年 甲醛不能通过光合作用转化成糖
甲醛对植物有毒
H-COH(甲醛CH2O)
二、探索光合作用原理的部分实验
3、1937年，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），在光照下可以释放出氧气。
二、探索光合作用原理的部分实验
--光反应研究
希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。
离体的叶绿体悬浮液
铁盐
（或其他氧化剂）
O2
4、1937年，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），在光照下可以释放出氧气。
二、探索光合作用原理的部分实验
--光反应研究
问题：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
NADP++2H++2e- NADPH+H+
酶
问题：希尔实验中的材料、处理措施及结果？
问题：H2O分解产生O2的同时还生成了什么物质（氢元素去哪儿了）？
H2O→O2＋2H+＋2e
离体的叶绿体悬浮液
铁盐
（或其他氧化剂）
O2
（结合P103旁栏相关信息）
思考：（教材P103）
1、希尔反应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类的合成不是同一个化学反应？
二、探索光合作用原理的部分实验
--光反应研究
1、不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。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。
2、能，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。
实验思路： 材料：
处理：
二、探索光合作用原理的部分实验
--光反应研究
5、鲁宾和卡门实验


光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。
结论：
18O2
O2
用同位素标记来研究物质的去路。
小球藻
用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。
自变量和因变量分别是什么？
6、1954年阿尔农实验
光照下，叶绿体可合成ATP。
结论：
二、探索光合作用原理的部分实验
--光反应研究
A组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi：
叶绿体中可以生产ATP
B组：黑暗+叶绿体提取液+ADP+Pi：
叶绿体中不生产ATP
H2O
光照
叶绿体
O2
+NADPH
+能量
ADP
+Pi
ATP
思考：（教材P103）
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
条件：
场所：
3. 物质变化：
4. 能量变化：
光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能
三、光合作用的原理
光反应阶段
H2O→O2＋2H+＋2e
光
ADP＋Pi ＋能量 →ATP
酶
NADP＋＋H+＋2e→NADPH
酶
H2O NADPH + O2
光能
光、色素、酶等
类囊体薄膜
光合作用过程
光反应在白天可以进行吗？夜间呢？
暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？
有光才能反应
有光、无光都能反应
光反应（光合作用第一阶段）
暗反应（光合作用第二阶段）又称碳反应
划分依据:反应过程是否需要光能
实验结果
①给小球藻通C14O2光下培养
②杀死细胞，终止光合作用
③提取溶液中的物质，用纸层析法使这些物质分离
④对滤纸进行放射性显影，确定滤纸上具有放射性的位置
④剪下这部分滤纸，溶解，提取放射性物质并进行化学鉴定
二、探索光合作用原理的部分实验
--暗反应研究（卡尔文实验）
CO2 C3 C6
C5
先出现14C3，最后出现14C5、14C6
三碳化合物
其他中间产物
5秒后
60秒后
实验结论
场所：叶绿体基质（提供酶、原料等）
物质变化
能量变化
CO2的固定：
C3的还原：
CO2＋C5→2C3
酶
ATP和NADPH中的活跃化学能转变为糖类等稳定化合物中的化学能
三、光合作用的原理
暗反应阶段
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
暗反应/碳反应/卡尔文循环
2C3 ＋ATP＋NADPH
C5
糖类等
酶
光合作用原理
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
请完成：P104思考与讨论
P106相练习与应用第三题
叶绿体中的
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
光合作用的过程
（在类囊体的薄膜上进行）
（在叶绿体的基质中进行）
光能
CO2+H2O
叶绿体
（CH2O）+O2
NADP+
NADPH
光反应和暗反应的比较
光反应 暗反应
区别 所需条件
进行场所
物质变化
能量转化
联系 物质变化上的联系 能量转化上的联系 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+
ATP、NADPH、CO2、
C5、多种酶等
类囊体薄膜
叶绿体基质
水光解为O2和H+;ATP和NADPH的合成
CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解
光能转化为ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能
光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中稳定的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH;
暗反应为光反应提供了ADP、Pi、NADP+
实质
（有光无光均可）
光合作用实质：
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
色素分子
可见光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
H+
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
固定
还原
光反应
暗反应
光合作用总过程：
NADP+
NADPH
光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系，缺一不可
CO2浓度不变 光反应 [H] ATP C3 C5 （CH2O）
光照减弱
光照增强
若光照强度减弱，短时间内，叶绿体内的C5、C3、[H]和ATP的含量如何变化？
光照不变 暗反应 C3 C5 （CH2O）
CO2浓度减少
CO2浓度增加
若CO2浓度下降，短时间内，叶绿体内的C5、C3、[H]和ATP的含量如何变化？
自然界中的某些细菌，能够利用环境中的某些无机物氧化分解时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用称化能合成作用
四、化能合成作用
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
2NH3 + 3O2
2HNO2 + 2H2O + 能量
2HNO2 + O2
2HNO3 + 能量
CO2 + H2O
（CH2O ）+ O2
硝化细菌
以硝化细菌为例
异养生物(人、动物、真菌、大部分细菌)
自养生物
光能自养生物(绿色植物、蓝细菌)
化能自养生物
五、新陈代谢类型
新陈代谢
同化作用
异化作用
自养型
异养型
光能自养型
化能自养型
需氧型
厌氧型
兼性厌氧型
光合作用 如：绿色植物
化能合成作用 如：硝化细菌
有氧呼吸 如：绝大多数动植物微生物
无氧呼吸 如：乳酸菌、破伤风杆菌
有氧呼吸和无氧呼吸 如：酵母菌
酵母菌的新陈代谢类型是______________
异养兼性厌氧型
五、新陈代谢类型
当堂检测
1.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
当堂检测
2.下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。
②图中C是____，它被传递到叶绿体的_____部位，用于_________ 。
③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______。
④图中G__________,F是____________,J是________。
⑤图中的H表示_______， I表示________，H为I提供__________。
光
H2O
B
A
C
D
E+Pi
F
G
CO2
J
H
I
Ｏ2
水
[H]
基质
用作还原剂，还原C3
ATP
光能
光反应
[H]和ATP
色素
C5化合物
C3化合物
糖类
暗反应