1、第4节 光合作用与能量转化 第2课时 光合作用的原理 第5章 细胞的能量供应和利用 课标内容要求核心素养对接 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水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。1科学思维分析与综合：认识光合作用发现的历程；分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。2生命观念物质和能量观：说出光合作用过程中物质和能量的变化。必备知识聚焦概念 NO.1一、光合作用概念和反应式 1概念：绿色植物通过，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出的过程。2反应式：。氧气CO2H2O光能叶绿体(CH2O)O2叶绿体二、
2、光合作用探究历程 119 世纪末，科学界普遍观点：C 与 H2O 结合成。21928 年：甲醛不能通过光合作用转化成。31937 年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生。41941 年，鲁宾和卡门：研究了光合作用中的来源(氧气来源于 H2O)。甲醛糖氧气氧气51954 年，美国阿尔农：在光照下，叶绿体可合成；1957年：这一过程总是与水的光解相伴随。ATP 三、光合作用原理 1填写图中序号所代表的物质或结构；。O2NADPADPPiC52图示过程是光反应阶段(1)场所：上。(2)条件：等。(3)叶绿体中光合色素吸收的光能的作用 将水分解为，氧直接以形式释放出去，与NADP结合形成
3、 。在有关酶的作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成，这样光能就转变为储存在。类囊体薄膜光、色素和酶氧和H氧分子HNADPH(还原型辅酶)ATPATP中的活跃的化学能(4)NADPH 的作用 作为活跃的，参与暗反应阶段反应。供暗反应阶段利用。3图示过程是暗反应阶段(1)场所：。(2)条件：。还原剂储存部分能量叶绿体基质中酶、NADPH、ATP(3)具体过程 CO2 的固定，即绿叶通过吸收的 CO2，在特定酶的作用下，与结合，形成分子。在有关酶的催化作用下，接受释放的能量，并且被还原。气孔C5(一种五碳化合物)C3C3ATP和NADPHNADPH一些的 C3，在酶的作用下经过一系列变化反应转化
4、为糖类；另一些接受能量并被还原的 C3，经过一系列变化，又形成 C5，继续参与 CO2 的固定。接受能量并被还原判断对错(正确的打“”，错误的打“”)1光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。()2光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。()3光合作用制造的有机物中的氧来自水。()4光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。()提示：1 2 暗反应需要光反应提供的 NADPH 和 ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。3 光合作用制造的有机物中的氧来自 CO2。4 关键能力突破重难 NO.2核心点一 核心点二 光合作用的探究历程年份、科学家实验过程或依
5、据实验结论 19 世纪末在光合作用中，CO2 分子的 C和 O 被分开，O2 被释放，C与 H2O 结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928 年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 1937 年希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放氧气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 1941 年鲁宾和卡门C18O2H2O植物O2H182 OCO2植物18O2光合作用产生的 O2 全部来自水 1954 年、1957年阿尔农光照下，叶绿体可合成 ATP，并总是与水的光解相伴随 20 世纪 40 年代经过 14C 标记的 CO2，供小
6、球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C 的去向探明了 CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径(1)鲁宾和卡门设计实验的对照方法：相互对照。(2)鲁宾和卡门实验的自变量为被标记的 C18O2 和 H182 O，因变量是产生 O2 的情况。1下面表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关实验比较不正确的是()AY2 的质量大于 Y3 的质量 B中小球藻的质量大于中小球藻的质量 C中水的质量大于中水的质量 D试管的质量大于试管的质量 C Y1 和 Y3 是 O2，Y2 和 Y4 是 18O2，因此 Y2 的质量大于 Y3 的
7、质量；中小球藻中含有(CH182 O)的有机物，而中小球藻含有(CH2O)的有机物，故中小球藻的质量大于中小球藻的质量；和中的水都为 H182 O，且含量相同，因此质量相等；在试管和中原有质量相等的情况下，中释放的是 18O2，而中释放的是 O2，故剩余质量大于。同位素标记法的理解与应用(1)理解含义 用同位素标记化合物，让它们一起运动、迁移，再用探测仪器进行追踪，可以明确化学反应的详细过程。(2)方法应用 用来研究细胞内的元素或化合物的来源、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。(3)应用分析 标记某元素，追踪其转移途径。如用 18O 标记 H182 O，光合作
8、用只产生 18O2；再用 18O 标记 C18O2，光合作用只产生 O2，证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自 H2O，而不是来自 CO2。标记特征元素，探究化合物的作用。如 T2 噬菌体侵染细菌的实验中，用 32P 标记噬菌体的 DNA，大肠杆菌内发现放射性物质；35S 标记蛋白质，大肠杆菌内未发现放射性物质；证明了 DNA 是噬菌体的遗传物质。标记特征化合物，探究详细生理过程，研究生物学原理。如用 3H 标记亮氨酸，探究分泌蛋白的分泌过程；用 15N标记 DNA，证明了 DNA 复制的特点是半保留复制。光合作用原理1光反应与暗反应的比较(1)区别 项目光反应(准备阶段)暗反应(完成阶段
9、)场所叶绿体的类囊体薄膜上叶绿体的基质中 条件光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5 物质变化水的光解：2H2O光能 HO2H2eNADP酶NADPHATP 的形成：ADPPi能量酶ATPCO2C5酶2C3CO2 固定：C3 的还原：2C3NADPH、ATP酶(CH2O)C5能量变化光能转变成 ATP 中活跃的化学能和 NADPH 中的能量ATP 中活跃的化学能和NADPH 中的能量转变成贮存在(CH2O)中的稳定的化学能 实质光能转化为化学能，并释放O2同化 CO2，合成有机物(2)联系 光反应为暗反应提供两种重要物质：NADPH 和 ATP，NAD
10、PH既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：ADP、Pi 以及 NADP。暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。2光合作用过程中的物质变化(1)光合作用过程中 C、O 元素转移途径 (2)光合作用总反应式与 C、H、O 元素的去向 3光照和 CO2 浓度变化对光合作用物质含量变化的影响 当外界条件改变时，光合作用中 C3、C5、H、ATP 含量的变化可以采用如图分析：(1)理论依据：各物质的含量取决于其生成速率和消耗速率。(2)实例分析：光照强弱CO2供应不变光反应减弱NADPH减少ATP减少O
11、2产生量减少暗反应 C3还原减弱CO2固定仍正常进行C3含量上升C5含量下降(CH2O)合成量减少 光照不变，减少CO2供应暗反应CO2固定减弱C3还原仍正常进行 C3含量下降C5含量上升NADPH相对增加ATP相对增加O2产生量不变（CH2O）合成量相对减少(1)以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，且是在条件改变后的短时间内发生的。(2)在以上各物质的含量变化中：C3 和 C5 含量的变化是相反的，即 C3 增加，则 C5 减少；NADPH 和 ATP 的含量变化是一致的，都增加或都减少。1若给植物提供 H182 O，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。提
12、示：H182 O 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。2光合作用中的还原剂和细胞呼吸中的还原剂是否相同？完成下表：光合作用过程中还原剂细胞呼吸过程中还原剂 本质还原型辅酶(NADPH)还原型辅酶(NADH)来源_阶段无氧呼吸第_阶段；有氧呼吸第_、_阶段 去向_有氧呼吸第_阶段 提示：光反应 一 一 二 三碳化合物的还原 三 2如图为光合作用示意图。下列说法不正确的是()A表示 O2，表示还原型辅酶(NADPH)，表示 CO2 B暗反应中，CO2 首先与 C5 结合生成 C3，然后被还原为(CH2O)C黑暗条件下，光反应停止，暗反应
13、将持续不断地进行下去 D增加光照强度或降低二氧化碳浓度，C3 的含量都将减少 C 据图分析，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生 NADPH 与氧气，表示 O2，表示还原型辅酶(NADPH)；光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质，CO2 被 C5 固定形成 C3，表示 CO2，A 正确。暗反应中，CO2 首先与 C5 结合生成 C3，然后被还原为(CH2O)，B 正确。黑暗条件下，光反应停止，NADPH 和ATP 不再产生，暗反应将逐渐停止，C 错误。增加光照强度，短时间内 C3 的生成速率不变，而光反应产生的 ATP、NADPH 增多，C3被 NADPH、ATP 还原为(CH2O
14、)速率加快，因此 C3 的含量减少；降低二氧化碳浓度，CO2 的固定减弱，生成的 C3 减少，短时间内 C3的还原速率基本不变，所以 C3 的含量将减少，D 正确。光合作用中条件改变引起的物质变化规律(1)判断规律：改变某一条件，有利于光合作用则有机物含量增加，不利于光合作用则有机物含量下降。(2)变化趋势：C3 和 C5 含量的变化是相反的，即 C3 增加，C5 减少。NADPH 和 ATP 的含量变化是一致的，都增加或都减少。应用创新提升素养 NO.3 在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中，叶绿体固定 CO2 的最初产物是含 4 个碳的草酰乙酸，然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放 C
15、O2(简称 C4 途径)，再进行卡尔文循环(C3 途径)。C4途径起到 CO2 泵的作用，提高了 C4 植物利用 CO2 的能力。如图所示：通过材料和图例的分析知，C4 途径和 C3 途径的关系，由此可形成科学思维的学科素养。(1)甘蔗、玉米等植物中 CO2固定形成的产物是什么？(科学思维)提示：CO2 首先进入叶肉细胞的叶绿体中，经固定形成初步产物：含 4 个碳的草酰乙酸，CO2 通过 C4 途径后进入 C3 途径，固定形成三碳化合物。(2)在炎热的夏季，C4 植物有哪些优势？(科学思维)提示：利用 CO2 的能力强，光合作用速率高。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 背 诵 1光
16、合作用的反应式：CO2H2O光能叶绿体(CH2O)O2。2光反应的场所是类囊体薄膜，产物是 O2、NADPH 和 ATP。3暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。4光合作用中的物质转变：(1)14CO214C3(14CH2O)；(2)H182 O18O2。5光合作用的能量转变：光能ATP 和 NADPH 中活跃的化学能有机物中稳定的化学能。课堂检测巩固素能 NO.41 2 3 4 5 1(2020泰安一中高一期末)美国科学家鲁宾和卡门用 18O 分别标记 H2O 和 CO2 中的氧，证明了光合作用()A制造了有机物 B利用了根系吸收的水分 C释放的氧气全部来自 H2O D释放的氧气全部来
17、自 CO2 1 2 3 4 5 C 美国科学家鲁宾和卡门通过同位素18O 分别标记 H2O 和CO2，发现只有标记 H2O 的一组产生了 18O2，两组对照说明光合作用释放的氧气全部来自水。1 2 3 4 5 2下列关于光合作用的叙述，错误的是()A鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水 B一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光 C在暗反应阶段，C3 可被H还原为 C5 和糖类 D温度的变化不会影响光合作用的光反应阶段 1 2 3 4 5 D 光合作用的光反应阶段需要酶的参与，温度会通过影响酶的活性，从而影响光合作用的光反应阶段。1 2 3 4 5 3科学家用 14C 标记二
18、氧化碳，发现碳原子在植物体内的转移途径是()A二氧化碳叶绿素葡萄糖 B二氧化碳ATP葡萄糖 C二氧化碳五碳化合物葡萄糖、三碳化合物 D二氧化碳三碳化合物葡萄糖、五碳化合物 1 2 3 4 5 D 二氧化碳用于光合作用的暗反应，首先二氧化碳和五碳化合物结合，一分子 CO2 被固定后，形成两分子的三碳化合物，然后三碳化合物在光反应提供的 ATP 和 NADPH 的作用下一部分还原成糖类等有机物，另一部分重新转变成五碳化合物。综上所述，D 符合题意，A、B、C 不符合题意。1 2 3 4 5 4(2019全国卷)将一株质量为 20 g 的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到 40 g
19、，其增加的质量来自()A水、矿质元素和空气B光、矿质元素和水 C水、矿质元素和土壤D光、矿质元素和空气 1 2 3 4 5 A 水是占细胞鲜重最多的化合物，矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础，植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素使植株质量增加；另外，植物在光照条件下可进行光合作用，通过吸收空气中的 CO2合成有机物使植株质量增加。故 A 符合题意。1 2 3 4 5 5改变全球气候变暖的主要措施是减少 CO2 等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的 CO2 等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答下列问题：1 2 3 4 5(1)光合作用过程可以分为两个阶段：表示
20、_阶段，表示_阶段。(2)图中表示 CO2 固定过程的序号是_。(3)写出图中所示物质，B：_；C:_。(4)阶段为阶段提供_和_。(5)经过和阶段，A 最终转化成储存在_(用图中字母表示)中的化学能。1 2 3 4 5 解析(1)根据光合作用对光照的需求情况，可以将光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。(2)图中表示二氧化碳固定过程的是。(3)图中 B 是水分子光解后释放的氧气，C 是光反应生成的ATP。(4)光反应阶段可以为暗反应阶段提供 NADPH 和 ATP。(5)图中光合作用经过光反应阶段和暗反应阶段，光能 A 最终转化为储存在有机物 F 中的稳定的化学能。1 2 3 4 5 答案(1)光反应 暗反应(2)(3)O2 ATP(4)NADPH ATP(5)F 点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
