5.4.2光合作用的原理课件(共27张PPT) 2024-2025学年高一生物学人教版（2019）必修1

(共27张PPT)
5.4 课时2 光合作用的原理
水
二氧化碳
有机物
氧气
光合作用的概念
（2）光合作用反应式：
CO2 + H2O
光能
叶绿体
（CH2O) + O2
（1）光合作用的概念：
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存着能量的有机物，并且释放出O2的过程。
注：（CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。
O2中的O来自CO2还是H2O？
糖类( CH2O)是怎样合成的？
1.光合作用的概念及反应式
一、光合作用的原理
思考
探究光合作用原理的部分实验
思考 讨论
资料1：19世纪末，科学家普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
资料2：1928年，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。
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
推测：O2中的O来自 。
H2O
资料3：1937年，希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐Fe3+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。
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。
Q1：希尔的实验能否说明O2中的O全部来自于水？
不能，没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。
H2O O2 ＋ H+
光能
叶绿体
Q2:希尔的实验能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
能说明，悬浮液中有H2O，没有合成的糖的另外一种必需原料CO2，
水的光解与糖的合成不是同一个化学反应。
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
资料4： 1941年 （美）鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
实验结论:
光照射下的小球藻悬浮液
对比实验
1954年，美国科学家阿尔农(D. Arnon)发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。
1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
资料5：阿尔农实验
光照
ATP
水
光解
ADP+Pi ATP
叶绿体
H2O
NADPH
+ O2
光能
+能量
划分依据：反应过程是否需要光能
二、光合作用的过程
叶绿体基质
暗反应场所
类囊体薄膜
光反应场所
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
酶
1.光反应阶段
物质转化
水的光解:
ATP的合成:
H2O O2+H++2e-
光
色素
ADP+Pi+能量 ATP+H2O
酶
NADPH的合成:
NADP++H++2e- NADPH
酶
光能
能量转变:
ATP和NADPH中活跃的化学能
主要产物:
O2、ATP、NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
①实验思路：同位素标记14CO2，研究碳的转移途径。
②材料：小球藻。
③处理：光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。
④结果：先出现14C3，最后出现14C5和14C6。
⑤结论(请用符号和箭头表示)：________________。
资料6：卡尔文实验1
光合产物中有机物的碳来自CO2
根据资料分析，暗反应过程中是怎样CO2是怎样变成糖类的？
①实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
②结论：_______________________。
C3与C5之间是相互循环的
资料6：卡尔文实验2
2.暗反应（碳反应）阶段
物质变化
CO2的固定：
C3的还原：
CO2＋C5 2C3
酶
2C3 (CH2O)+C5
酶
ATP、NADPH
能量转变
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
ADP+Pi
ATP
NADP+
能量
C5
2C3
多种酶
(CH2O)糖类
CO2
固定
还原
酶
NADPH
酶
能量
产物：
（CH2O）、ADP 、Pi、NADP+
①物质关系：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NADP+、ADP和Pi等原料。
②能量关系：光反应阶段产生的ATP和NADPH中活跃的化学能转化为暗反应阶段中储存在糖类中的稳定化学能。
思考：光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
色素
ADP+Pi
ATP
H2O
O2
酶
吸收
光解
能
光能
光反应
H+
C5
2C3
多种酶
固定
还 原
暗反应
(CH2O)
CO2
酶
NADPH
NADP+
酶
酶
能
3.光反应与暗反应的比较
反应阶段
反应部位
反应条件
物质变化
能量变化
产 物
联 系 光合作用实质 光反应
暗反应
类囊体薄膜上
叶绿体基质
必须有光、光合色素、酶
有光或无光均可，多种酶
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能
NADPH、ATP、O2
ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5、NADP+
光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+
把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来
2
4
4
2
学后反馈：
1.光反应的场所是：__________________
2.暗反应的场所是：______________
3.光反应中的能量变化：_____________________________
4.暗反应中的能量变化：_____________________________
5.NADPH的中文名称是________________。
6.暗反应还被称为：___________、___________。
7.暗反应可被分为：___________、____________，两个阶段。
8.光反应为暗反应提供了_______________________。
9.暗反应为光反应提供了_______________________。
类囊体薄膜（基粒，有色素和酶）
叶绿体基质（有酶）
光能→ATP NADPH中活跃化学能
ATP NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能
还原型辅酶Ⅱ
碳反应
卡尔文循环
CO2的固定
C3的还原
NADPH和ATP
ADP和Pi、NADP+
①C的转移：
②H的转移：
③O的转移：
核心归纳：光合作用过程中元素的转移途径
思考
叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
核心归纳：来源—去路法分析物质含量的变化
光反应 .
CO2的固定 .
C3的还原 .
ATP和NADPH 。
C3 。
C5 。
光变弱
有机物
.
减弱
↓
暂不变
↑
减弱
↓
减少
核心归纳：来源—去路法分析物质含量的变化
CO2的固定 。
C3的还原 。
ATP和NADPH 。
C3 。
C5 。
CO2供应减少
有机物
.
C3的还原 。
光反应 。
减弱
暂不变
↓
↑
随后减弱
暂不变
↑
减少
核心归纳：来源—去路法分析物质含量的变化
1.地球表面上的绿色植物每年大约制造了4400亿吨有机物！
2.地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.11×1018KJ，这个数字相当于24万个三峡电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生产、日常生活和食物营养上所需能量的100倍！
光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。因此，有人称光合作用是地球上最重要的化学反应。
3、地球上每秒钟要消耗1万吨氧气， 以这样的速度计算，如果没有绿色植物，大气中的氧气 在 2000年左右就会耗尽。
4. 光合作用的意义
根据以下资料分析，光合作用的意义。
4.光合作用的意义
①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和动物的食物来源.
②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动的能量来源.
③维持生物圈碳氧平衡
三、化能合成作用
营养类型
光能自养
6CO2+12H2O
C6H12O6+6O2+6H2O
光能
叶绿体
（光合作用）
化能自养
（化能合成作用）
自养型
异养型
寄生、腐生、捕食
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。
例如绿色植物，蓝细菌等
2NH3 + 3O2
硝化细菌
2HNO2 + 2H2O + 能量
2HNO2 + O2
硝化细菌
2HNO3 + 能量
CO2 + H2O
酶
（CH2O ）+ O2
示例：硝化细菌
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
1．希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述，不正确的是(　　)
A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上
C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
B
2．如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是(　　)
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
B
A代表 .B代表 .
C代表 .D代表 .
E代表 .F代表 .
G代表 .
O2
NADP+
ATP
ADP和Pi
C3
C5
(CH2O)