光合作用和能量转化（第二课时光合作用的原理）高一生物【知识建构+精准突破】课件（人教版2019必修1）

第4节 光合作用和能量转化 第二课时 光合作用的原理课标要求课标要求核心素养核心素养说明植物细胞的叶绿体从太阳光中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，转化水转变为糖与氧气的过程中，转化并储存为糖分子中的化学能。并储存为糖分子中的化学能。1.生命观念：生命观念：建立生命的物质能量观。建立生命的物质能量观。2科学思维：科学思维：建构光反应和暗反应建构光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。培养科学建模的能力。123456CO2+H2O （CH2O）+O2光能光能叶绿体叶绿体1.1.光合作用的概念光合作用的概念:指绿色植物通过指绿色植物通过 ，利用，利用 ，把把 转化成储存转化成储存 着的着的 ，并且释放出并且释放出 的过程。的过程。叶绿体是如何将光能转化为化学能？叶绿体是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？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光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？叶绿体光能二氧化碳和和水有机物氧气能量光合作用的原理【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分分子的子的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，然后甲醛分结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。子缩合成糖。1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且年，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。甲醛不能通过光合作用转化成糖。C6H12O6葡萄糖葡萄糖CH2O甲醛甲醛（CH2O）碳水化合物碳水化合物CO2二氧化碳二氧化碳2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理光合作用的原理2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:实验实验2 2：希尔实验：希尔实验实验思路：施加单一变量进行研究实验思路：施加单一变量进行研究材料：离体叶绿体材料：离体叶绿体处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入处理：给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入COCO2 2；给予光照；给予光照结果：叶绿体有结果：叶绿体有O O2 2释放。释放。叶绿体中叶绿体中H H2 2O O光解产生氧气。光解产生氧气。推测推测：问题问题1 1：希尔实验中的氧化剂起到什么作用？NADP+2H+2e-NADPH+H+结合H2O分解产生的2H+和2e-问题问题2 2：叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？酶酶问题问题5 5：希尔的实验说明希尔的实验说明水的光解产生氧气水的光解产生氧气，是否说明植物光合作，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？用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？没有排除叶绿体中其他物质的干扰没有排除叶绿体中其他物质的干扰;不能说明不能说明问题问题3 3：希尔的实验中希尔的实验中FeFe3+3+被还原成被还原成FeFe2+2+，说明了什么，说明了什么？产生了具有产生了具有还原还原性的物质性的物质;还原型的辅酶还原型的辅酶II(NADPH)2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理问题问题4 4：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？反应？该实验中不存在合成糖类的原料该实验中不存在合成糖类的原料-CO-CO2 2，说明，说明水的光解是一个相对独立的反应阶段水的光解是一个相对独立的反应阶段；可以说明可以说明【资料【资料3 3】鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验实验思路：用同位素标记来研究物质的去路实验思路：用同位素标记来研究物质的去路材料：小球藻材料：小球藻处理：用处理：用1818O O分别标记分别标记COCO2 2和和H H2 2O O，给予光照。，给予光照。2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。结果：A为O2，B为18O2；结论：【资料【资料4 4】阿尔农实验阿尔农实验1 1材料：离体叶绿体材料：离体叶绿体处理：加入处理：加入ADPADP、PiPi，给予光照，给予光照 结果：叶绿体生成结果：叶绿体生成ATPATP，且同时水光解产生氧气；，且同时水光解产生氧气；光照下，水光解同时光照下，水光解同时ADPADP和和PiPi合成合成ATPATP。结论：结论：2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理问题问题1:尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。的合成与希尔反应的关系。提示：叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一光合作用的原理2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:问题问题1:尝试用示意图来表示尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。的合成与希尔反应的关系。【资料【资料4 4】阿尔农实验阿尔农实验2 2材料：离体叶绿体材料：离体叶绿体处理：供给处理：供给ATPATP、NADPHNADPH和和COCO2 2，黑暗条件，黑暗条件结果：离体叶绿体中有糖类生成结果：离体叶绿体中有糖类生成结论：结论：黑暗条件下，黑暗条件下，COCO2 2合成糖类需要合成糖类需要ATPATP和和NADPHNADPH。2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理【资料【资料5 5】卡尔文实验卡尔文实验1 1实验思路：同位素标记实验思路：同位素标记1414COCO2 2，研究物质转化过程，研究物质转化过程材料：小球藻材料：小球藻处理：光照、提供处理：光照、提供1414COCO2 2；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，；不同时间杀死小球藻，再纸层析分离，最后鉴定放射性物质。最后鉴定放射性物质。光合作用的原理2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:COCO2 2C C3 3 C C6 6C C5 5结果：先出现结果：先出现1414C C3 3，最后出现，最后出现1414C C5 5、1414C C6 6结论：5秒后60秒后C5还原的C3【资料【资料5 5】卡尔文实验卡尔文实验2 2：实验现象：如果光照下突然中断实验现象：如果光照下突然中断COCO2 2供应，供应，C C3 3急剧减少而急剧减少而C C5 5量增加；量增加；突然停止光照，突然停止光照，C C3 3浓度急速升高浓度急速升高而而C C5 5的浓度急速降低。的浓度急速降低。CO2（CH2O）结论：结论：C C3 3与与C C5 5之间是相互循环的。之间是相互循环的。多种酶2C3光合作用的原理2.2.光合作用原理的部分探究历程光合作用原理的部分探究历程:光合作用的原理 3.3.光光合合作作用用的的过过程程ATPNADPHADP+PiNADP+C3C5O2光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程光反应阶段物质变化:能量转化:条 件：场 所：水的光解：H2O O2+H+光ATP的合成：ADP+Pi+能量 ATP酶NADPH的合成：NADP+H+2e-NADPH光能ATP和NADPH中的活跃化学能叶绿体的类囊体薄膜光、色素、酶光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程暗反应阶段物质变化:能量转化:条 件：场 所：叶绿体基质多种酶、CO2ATP和NADPH的分解CO2的固定：CO2+C52C3 酶C3的还原：2C3 C5+(CH2O)酶 ATP、NADPHATP和NADPH中的活跃化学能有机物中稳定的化学能光合作用的原理3.3.光合作用的过程光合作用的过程【问题1】总结光合作用过程中的能量的转移途径？ATP和NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能光能 【问题2】分析光反应和暗反应之间的联系？光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供ATPATP、NADPHNADPH,暗反应为光反应暗反应为光反应ADPADP、NADPNADP+；二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应二者相互依存，相互制约；没有光反应，暗反应不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。不能进行；没有暗反应，光反应也不能长时间进行。【合作探究】联系光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化光、色素、酶酶、ATP、NADPH叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质中水的光解；ATP的合成CO2的固定；C3的还原ATP、NADPH中活跃化学能光能ATP、NADPH中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NADP+和ADP、Pi思考讨论光反应和暗反应的区别与联系【问题4】叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？光合作用光合作用产生的产生的ATP只用于暗反应只用于暗反应C3 的还原，的还原，细细胞呼吸胞呼吸产生的产生的ATP用于其他各项生命活动用于其他各项生命活动；细胞质基质、线粒体、叶绿体；细胞质基质、线粒体、叶绿体；【问题3】分析ATP、NADPH、ADP、NADP+等物质在叶绿体中移动的方向？ATPATP和和NADPHNADPH：从叶绿体的：从叶绿体的类囊体薄膜类囊体薄膜 叶绿体基质叶绿体基质；ADPADP和和NADPNADP+：从：从叶绿体基质叶绿体基质 类囊体薄膜类囊体薄膜。【问题【问题6 6】COCO2 2浓度不变，突然降低浓度不变，突然降低光照强度，分析光照强度，分析C C3 3、C C5 5、ATPATP和和NADPHNADPH、有机物含量的变化？有机物含量的变化？【问题【问题7 7】光照强度不变，突然降低】光照强度不变，突然降低COCO2 2浓度，分析浓度，分析C C3 3、C C5 5、ATPATP和和NADPHNADPH、有机物含量的变化？有机物含量的变化？ATP和NADPH减少，C3 增加，C5减少，有机物减少C3 减少，C5 增加，ATP和NADPH增加，有机物减少【问题【问题5 5】请分析】请分析H H2 2O O中中H H元素、元素、COCO2 2中中C C元素的转移途径？元素的转移途径？H：3H2O NADP3H （C3H2O）C：14CO2 14 C3 （14CH2O）【环境因素骤变对物质变化的模型分析【环境因素骤变对物质变化的模型分析】物物质质含含量量时间时间强光照强光照C3NADPH、ATP,C5,(CH2O)合成量合成量弱光照弱光照CO2浓度不变：浓度不变：光照强度改变光照强度改变物物质质含含量量时间时间CO2缺乏缺乏C3,(CH2O)C5,NADPH,ATPCO2充足充足光照强度不变：光照强度不变：CO2浓度改变浓度改变【环境因素骤变对物质变化的模型分析【环境因素骤变对物质变化的模型分析】