【高中生物】光合作用原理和应用课件-2023-2024学年高一上学期生物人教版（2019）必修1.pptx

第5章 第4节人教版 生物(高中必修一)光合作用与能量转化光合作用与能量转化二光合作用的原理和应用温故知新外膜内膜基质基粒温故知新类囊体类囊体色素酶 在在在在叶叶叶叶绿绿绿绿体体体体内内内内部部部部类类类类囊囊囊囊体体体体的的的的膜膜膜膜表表表表面面面面上上上上，分分分分布布布布着着着着许许许许多多多多吸吸吸吸收收收收光光光光能能能能的的的的色色色色素素素素分分分分子子子子，在在在在类类类类囊囊囊囊体体体体薄薄薄薄膜膜膜膜上上上上和和和和叶叶叶叶绿绿绿绿体体体体基基基基质质质质中中中中，还还还还有有有有许许许许多多多多进行光合作用所必需的进行光合作用所必需的进行光合作用所必需的进行光合作用所必需的酶酶酶酶。叶绿体是绿色植物进行叶绿体是绿色植物进行光合作用光合作用的细胞器。的细胞器。本节聚焦l光合作用是怎样进行的？l光合作用过程中物质变化和能量转化有什么关系？l光合作用的原理在生产中有哪些应用？一、光合作用原理1.光合作用概念叶绿体光能二氧化碳和水储存着能量的有机物氧气 绿色植物通过绿色植物通过 ，利用，利用 ，将，将 转转化成化成 ，并且释放出，并且释放出 的过程。的过程。CO2 +H2O （CH2O)+O2 光能光能叶绿体叶绿体(糖类糖类)光合作用释放的O2，是来自原料中的H2O还是CO2？资料资料1：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的分子的C和和O被分开，被分开，O2被释放，被释放，C与与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。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。用转化成糖。2.探索光合作用原理的部分实验资料资料2：1937年，年，希尔希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中氧化剂（悬浮液中有有H2O，没有没有CO2），），在光照下可以释放氧气在光照下可以释放氧气。结论：水的光解产生氧气。结论：水的光解产生氧气。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。不能；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。1.希尔实验能说明植物光合作用产生的氧气中氧元素全部都来自水？2.希尔的实验能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应吗？能；悬浮液有H2O，没有合成糖的原料CO2 请同学完成资料请同学完成资料1和和2的阅读，并回答下列问题：的阅读，并回答下列问题：那怎样才能证明那怎样才能证明O2 全部来自水的光解呢？2.探索光合作用原理的部分实验资料资料3：1941年，年，美国科学家美国科学家鲁宾和卡门鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光用同位素示踪的方法，研究了光合作用中合作用中氧气氧气的来源。的来源。光照射下的光照射下的小球藻悬液小球藻悬液CO2H2O C18O2H218O18O2O2第一组第一组第二组第二组2.探索光合作用原理的部分实验 实验方法：同位素示踪法(不是放射性同位素示踪，15N、18O没有放射性)实验变量：自变量是 ，因变量是 。其他变量 。C18O2、H218O释放出的O2是否含有18O 实验结论：光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水请同学完成资料3的阅读，并回答下列问题：1.鲁宾和卡门用了什么科学方法？2.实验中的自变量和因变量都是什么？其他变量应该怎么处理？3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？相同且适宜2.探索光合作用原理的部分实验资料资料4：1954年，美国年，美国阿尔农阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照光照时发现，当向反应体系中供给时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有等物质时，体系中就会有ATP出现。出现。1957年，他发现这一过程总是年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随与水的光解相伴随。H2O O2 +2H+能量光照叶绿体ADP+Pi ATP请同学们尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。2.探索光合作用原理的部分实验以上表明，以上表明，1.1.水的光解过程中会产生氧气，同时有水的光解过程中会产生氧气，同时有ATPATP生成生成2.2.光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水3.3.氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应因此根据是否需要光能，光合作用过程可以分为光反应和暗反应（也称碳反应）。（P103页）2.探索光合作用原理的部分实验请同学们阅读课本103页光反应阶段相关叙述，回答以下问题：1.光反应的场所在哪里？2.光反应中有哪些物质变化？3.该过程能量发生了怎样的变化？3.光合作用的过程叶绿体类囊体薄膜上的色素(一)光反应阶段ADP+PiATP2H2OO2光能吸收酶光解H+NADPHNADP+光反应类囊体薄膜水的光解：2H2O O2 +4H+4e-光能ATP的合成：ADPPi 能量（光能）ATP酶光能转变为活跃的化学能贮存在ATP、NADPH中。(1)场所：(2)物质变化(3)能量变化：NADPH的形成：NADP+H+2e-NADPH酶3.光合作用的过程请同学们阅读课本请同学们阅读课本104页暗反应阶段相关叙述，回答以下问题：页暗反应阶段相关叙述，回答以下问题：1.卡尔文的实验用的什么方法？2.实验的自变量和因变量是什么？3.暗反应的场所在哪里？4.暗反应中有哪些物质变化？5.该过程能量发生了怎样的变化？3.光合作用的过程 暗反应阶段：CO2如何转化为糖类？如何转化为糖类？卡尔文实验（P104）第二段 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性。14CO214C3(14CH2O)和14C5 反应时间30秒5秒1秒带14C标记的化合物很多种14C3、14C5、14C690%14C3放射性同位素示踪法实验变量：自变量是 ，因变量是 。时间14C标记的化合物实验方法：暗反应阶段：CO2如何转化为糖类？如何转化为糖类？探明了CO2中的碳转化为有机物中的碳的途径。不断缩短光照时间后杀死小球藻不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析同时提取产物并分析,直到最终提取直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物物中只有一种放射性代谢产物,该物该物质即为质即为CO2转化成的第一个产物。转化成的第一个产物。3.光合作用的过程请同学们阅读课本请同学们阅读课本104页暗反应阶段相关叙述，回答以下问题：页暗反应阶段相关叙述，回答以下问题：1.卡尔文的实验用的什么方法？2.实验的自变量和因变量是什么？3.暗反应的场所在哪里？4.暗反应中有哪些物质变化？5.该过程能量发生了怎样的变化？3.光合作用的过程 暗反应阶段：CO2如何转化为糖类？如何转化为糖类？叶绿体类囊体薄膜上的色素(二)暗反应阶段ADP+PiATP2H2OO2光能吸收酶光解H+NADPHNADP+光反应C5五碳化合物2C3三碳化合物(CH2O)糖类固定CO2能暗反应还原多种酶(1)场所：(2)物质变化(3)能量变化：叶绿体的基质中CO2的固定：CO2C5 2C3酶C3的还原：NADPH、ATP酶NADPH和ATP中活跃的化学能转变为稳定的化学能储存在糖类中。2C3 C5+(CH2O)糖类卡尔文循环3.光合作用的过程请同学总结并填写导学案上的光合作用过程ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O23.光合作用的过程（三）光反应和暗反应区别和联系请同学们整体梳理第103-104页光合作用的过程，完成下列任务：1.列表比较光反应和暗反应阶段的场所、条件、发生物质变化和能量转化之间的区别。2.两者存在怎样的联系？（三）光反应和暗反应区别和联系3.光合作用的过程(三)光反应与暗反应的关系（三）光反应和暗反应区别和联系 光反应阶段光反应阶段暗反应阶段（碳反应）暗反应阶段（碳反应）场所条件物质变化能量变化联系项目项目叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质光、色素、酶有光无光都可以，多种酶光能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光反应为暗反应提供ATP和NADPH暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料光反应与暗反应紧密联系，能量转化与物质变化密不可分。（P104页）过程过程 色素、酶2H2O O2+4H+4e-光ADP+Pi+能量 ATP酶酶NADP+H+2e-NADPH酶CO2C5 2C32C3 (CH2O)+C5酶ATP、NADPH1.NADPH的作用？a.在C3的还原中作还原剂b.为C3的还原提供能量2.暗反应有光无光都能进行，暗反应能长时间在黑暗条件下进行吗？不能，在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH、ATP请同学继续思考以下问题：3.光合作用的过程C C的转移：的转移：CO2 C3（CH2O）O O的转移：的转移：H2O O2 CO2+H2O光能叶绿体（CH2O）+O2能。H218O参与有氧呼吸第二阶段,可形成C18O2,C18O2参与光合作用,可形成含有18O的有机物。思考：若给植物提供 H218O,一段时间后能否在植物体内的有机物中发现18O?试说明原因。光合作用的公式C53.光合作用的过程（四）光合作用的实质（四）光合作用的实质把无机物转变为有机物。把光能转变为化学能并储存在有机物中。合成有机物，储存能量。细胞呼吸实质：物质变化：能量变化：光合作用的实质：分解有机物，释放能量。3.光合作用的过程环境条件改变各物质含量变化二时间时间物物质质的的量量光照增强光照增强C3NADPH、ATP、C5、（CH2O）合成量）合成量C3C5(C3消耗加快，合成暂时不变消耗加快，合成暂时不变)(C5合成加快，消耗暂时不变合成加快，消耗暂时不变)环境条件改变各物质含量变化二环境条件改变各物质含量变化二时间物质的量光照减弱C3NADPH、ATP、C5、（CH2O）合成量C3C5(C3消耗减慢，合成暂时不变)(C5合成减少，消耗暂时不变)时间时间物物质质的的量量CO2突突然增多然增多C3、（CH2O）合成量）合成量NADPH、ATP、C5C3C5(C3合成增多，消耗暂时不变合成增多，消耗暂时不变)(C5消耗加快，合成暂时不变消耗加快，合成暂时不变)环境条件改变各物质含量变化二时间时间物物质质的的量量CO2突突然减少然减少C3、（CH2O）合成量）合成量NADPH、ATP、C5C3C5(C3合成减少，消耗暂时不变合成减少，消耗暂时不变)(C5消耗减慢，合成暂时不变消耗减慢，合成暂时不变)环境条件改变各物质含量变化二环境条件改变各物质含量变化二条件C3C5NADPH、ATP(CH2O)合成量CO2不变不变光照光照增强增强减少减少增加增加增加增加增加增加光照光照减弱减弱增加增加减少减少减少减少减少减少光照强度光照强度不变不变CO2浓度浓度增大增大增加增加减少减少减少增加增加CO2浓度浓度减小减小减少减少增加增加增加增加减少减少本节知识网络某些某些细菌细菌能够利用能够利用体外环境体外环境中的中的某些无机物氧化时所释放某些无机物氧化时所释放的能量的能量来制造来制造有机物有机物的合成作用的合成作用例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量能量硝化细菌硝化细菌CO2+H2O （CH2O）+O2 能量能量知识补充 化能合成作用2HNO2+O2 2HNO3+能量能量硝化细菌硝化细菌