2023-2024学年高一生物人教版必修第一册课件 5.4.2 光合作用的原理(共24张PPT)

(共24张PPT)
5.4.2 光合作用的原理
第5章　细胞的能量供应和利用
“叶子概念车”的工作原理模拟叶子的什么功能？它的动力从何而来
上海科技馆的新能源汽车“叶子概念车”,汽车上面形状如同一片绿叶，犹如流动的植物，可以利用阳光进行光合作用制造能量驱动汽车前进，与自然共同呼吸、和谐相处。
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1
光合作用的概念及反应式
概念：指绿色植物通过________，利用光能，把______________转化成储存着能量的有机物，并且释放出_______的过程。
反应式：
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
场所
条件
产物
原料
CO2+H2O* (CH2O)+O2*
叶绿体
光能
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。
产物
资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。
2
光合作用原理的探索实验
探讨一　光合作用中O2产生的探索
资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。
(1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。
O2
H+
H2O
光照叶绿体
Fe3+
得电子
Fe2+
资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。
(2)希尔实验可以证明O2来自H2O ，能否确定O2全部来自H2O ？
不能，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。
资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。
(3)若要证明O2全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？
可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用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：
对比实验
结论：光合作用产生的 O2 来自于 H2O，不来自 CO2。
资料3：1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。
(6)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
H2 O O2 ＋NADPH ＋能量
光能
叶绿体
ADP ＋ Pi ＋ ATP
(5)根据资料3中实验，你可以得出什么结论？
探讨二　光合作用中能量的转化
阿尔农实验1：
ATP合成酶
拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图
阿尔农实验2：
结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。
光
NADPH
ATP
1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果：
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
资料4　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。
①向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
②在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。
③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
探讨三　光合作用中有机物产生
（1）请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。
1.研究碳的转移途径
资料4　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。
①向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
②在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。
③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，请说出可能的实验思路。
不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。
探讨三　光合作用中有机物产生
（2）根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。
C3与C5之间是相互循环的
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
C5
C3
资料5　卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断 CO2 供应，C3急剧减少而 C5增加。
2.探索C5和C3的关系
探讨三　光合作用中有机物产生
1.(2023·广东肇庆高一期末)1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。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。下列相关分析错误的是
A.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
B.在此过程中，H2O分解产生O2的同时，还生成了NADPH
C.光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的
D.光合作用整个过程都直接需要光照
√
光合作用过程的示意图
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。
1
光反应
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化
H+
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
色素
2
暗反应
CO2
C5
五碳化合物
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADPH
(CH2O)
C3的还原
叶绿体的基质中
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3 的还原：
ATP
ADP+Pi
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
物质变化
能量变化：
NADP+
NADPH
尝试构建光合作用过程模型
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
光反应阶段 暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
联系
光、色素、酶
不需光、酶、NADPH、ATP
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP、NADPH的生成
CO2的固定； C3的还原
活跃化学能
光能
活跃化学能
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ADP和Pi、NADP+ 。
3
光反应与暗反应的比较
NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2浓度不变，光照减弱
光照不变，CO2浓度下降
减少
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
t
浓度
0
1
2
－
－
C5
C3
t
浓度
0
1
2
－
－
C3
C5
ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？
ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜
2.(2023·黑龙江哈尔滨高一期末)如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是
A.类囊体薄膜上有吸收光能的4种色素
B.物质②中可储存活跃的化学能，物质③为NADPH
C.在光照供应充足时，突然停止供应物质④，C5的含量将迅速下降
D.在整个光合作用过程中，植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能
√
3.光合作用过程的正确顺序是
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤① C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
4.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
√
√
光合作用
概念
光合作用的过程
光合作用的原理的探索
光反应
暗反应
反应式
希尔
鲁宾和卡门
阿尔农
卡尔文
水的光解
NADPH 和 ATP 的形成
CO2 的固定
C3 的还原
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体