5.4 光合作用与能量转化（第2课时）课件-(共22张PPT1份视频)2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

(共22张PPT)
光合作用与能量转化（第2课时）
第4节
第5章 细胞的能量供应和利用
新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。
他们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！
>>>2019人教版高中生物学必修1课件
光合作用概述
光合作用
概念：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
化学反应式：
光能
叶绿体
CO2 + H2O （CH2O）+ O2
①场所：叶绿体 ②动力：光能 ③原料：CO2和H2O
④产物：有机物（主要是糖类）和O2
实质：合成有机物，储存能量。
光合作用的原理
叶绿体如何将光能转化为化学能？
如何将化学能储存在糖类等有机物中？
光合作用释放的氧气是来自原料中的H2O还是CO2？
思考·讨论
思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验
科学家发现，甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
19世纪末
CO2
O2
C + H2O
甲醛
（CH2O）
糖类
1928年
CO2 + H2O → O2 + H-CHO（甲醛）→ （CH2O）

？
毒害
思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验
希尔反应：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。
1937年
绿叶
加入铁盐
或其他氧化剂
研磨过滤
遮光
离体叶绿体悬液
[悬浮液中有H2O，无CO2]
离体叶绿体悬液
[悬浮液中有H2O，无CO2]
无气泡产生
有气泡（O2）产生
希尔（R.Hill）--- 英国植物学家
1、希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？
思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验
2、希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
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。
希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验
讨论：分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
1941年
鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）--- 美国科学家
思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验
讨论：尝试用示意图来表示 ATP的合成 与 希尔反应 的关系。
1954年
阿尔农（D.Arnon）--- 美国科学家
在光照下，向离体的叶绿体悬液中加入ADP、Pi等物质，会产生ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解（希尔反应）相伴随。
H2O O2 + NADPH + 能量
光照
叶绿体
ADP + Pi → ATP
思考·讨论：探索光合作用原理的部分实验
20世纪40年代
卡尔文（M.Calvin）--- 美国科学家
用小球藻做实验：放射性14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，最终探明了二氧化碳中碳的去向，称为卡尔文循环。
0
（14CH2O）
14CO2
214C3
C5
0
光合作用的原理
光合作用中 氧气的产生 和 糖类的合成 不是同一个化学反应
光合作用过程根据是否需要光能，概括地分为2个阶段：
（1）光反应 阶段；（2）暗反应（碳反应）阶段
光合作用的原理
光合作用过程的示意视频
光合作用的原理
光反应阶段
4H+ +4e-
电子传递
ATP
①顺电化学质子梯度移动
②ATP合成酶
+4NADP+ → 4NADPH
还原型辅酶II
氧化型辅酶II
2H2O → O2+4H++4e-
光解
水的光解：
2H2O → O2+4NADPH
光能
ATP的合成：
ADP+Pi+光能 → ATP
酶
场所：叶绿体的类囊体薄膜上
条件：光、色素、酶、水
能量转化：光能 转化为活跃的 化学能 储存在ATP和NADPH中。
水分解为氧和H+的同时，叶绿体夺去2个电子。电子经传递，可用于NADP+和H+结合形成NADPH。
光合作用的原理
暗反应阶段
CO2的固定：
CO2 + C5 → 2C3
酶
C3的还原：
2C3(+ATP+NADPH) → (CH2O)+C5
酶
场所：叶绿体的基质中
条件：多种酶、ATP、NADPH
能量转化：ATP、NADPH中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
0
14CO2
C5
能量
+
H
ATP
ADP+Pi
酶
NADPH
NADP+
酶
（14CH2O）
0
酶
214C3
卡尔文循环
C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指核酮糖-1, 5-二磷酸（RuBP）。
光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植物各处。
光合作用的原理
趁热打铁
图中阶段Ⅰ是 光反应 阶段，在叶绿体 类囊体薄膜 上进行；阶段Ⅱ是 暗反应 阶段，在叶绿体 基质 中进行。
A是H2O，B是O2，C是[H]，D是ATP，E是CO2，F是C3，G是（CH2O）。
光合作用的原理
思考·讨论
光合作用原料中各元素的去向
6CO2＋12H2O C6H12O6＋6H2O＋6O2
光能
叶绿体
C元素：CO2中的C全部转移到糖类物质中
O元素：CO2中的O有一部分转移到糖类物质中，另一部分转移到产物H2O中。原料H2O中的O全部转移到O2中。
H元素：原料H2O中的H有一部分转移到糖类物质中，另一部分转移到产物H2O中。
研究方法：同位素标记法
光合作用的原理
思考·讨论
光反应和暗反应的区别与联系
光反应 暗反应
所需条件 必须有光，水、色素和酶 有光或无光均可，CO2、多种酶
进行场所 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中
物质变化 ① 水光解为O2和H+ ② ATP和NADPH的合成 ① CO2的固定
② C3的还原
③ ATP和NADPH的分解
能量转化 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
联系 ① 物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP+。 ② 能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
光合作用的原理
思考·讨论
外界条件突然改变，NADPH、C5、ATP等物质的变化规律
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)合成量
光照强度由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少 减少
光照强度由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加 增加
CO2量由充足到不足，光照不变 减少 增加 增加 减少
CO2量由不足到充足，光照不变 增加 减少 减少 增加
利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量（化学能）来制造有机物的合成作用。
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
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2
能量
化能合成作用
化能合成作用
自养与异养生物
例如：人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
以光或化学能为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物）。
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
自养生物
异养生物
硝化细菌
铁细菌
硫细菌
A. 结果：物质A和物质B都是氧气
B. 结果：物质A和物质B均无放射性
C. 结论：物质A和物质B的分子量之比为9∶8
D. 结论：光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水
小试牛刀
1、用同位素18O分别标记二氧化碳和水，做了如图所示实验，就实验结果、结论的描述不正确的是（ ）
C
2、下列有关光合作用的叙述，错误的是（ ）
C
A. 光反应的发生依赖叶绿体中的色素
B. 暗反应的发生场所是叶绿体基质
C. 暗反应中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→（14CH2O）
D. 光合作用中能量转换是光能→ATP和NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能
3、适宜环境下进行光合作用时，如果突然停止光照，短暂时间内叶绿体中五碳化合物与NADPH相对含量的变化是（ ）
A. 五碳化合物增多，NADPH减少 B. 五碳化合物增多，NADPH增多C. 五碳化合物减少，NADPH减少 D. 五碳化合物减少，NADPH增多
C
小试牛刀
第5章 第4节
下节课继续学习
光合作用与能量转化（第3课时）