资源简介

(共30张PPT)
第
五
章
第4节:光合作用与能量转换
(第3课时)
年代 科学家 结论
1648 海尔蒙特 建造植物体的原料主要是水分
1771 普利斯特利 植物可以更新空气
1779 英格豪斯 只有在光照下、只有绿叶才可以更新空气（放出O2，吸收CO2）
1845 R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864 萨克斯 绿叶在光下制造了淀粉
1880 恩格尔曼 叶绿体是光合作用的场所，叶绿体在光下可以释放氧气
回顾总结光合作用发现的探索历程
思考：光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？你能否用一个化学反应式表示出来？
绿色植物通过________，利用______，将________________转化成储存着能量的_________，并且释放出________的过程。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
基于以上对光合作用的认识，你认为还有哪些问题有待进一步探究？
光合作用
CO2+H2O
光能
叶绿体
（CH2O）+O2
思考
光合作用释放的O2是来自H2O还是来自CO2？
资料一：19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2中的C和O被分开，O2被释放，C和H2O结合成甲醛（CH2O）,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用转化成糖。
光合作用原理的进一步探索
资料二：20世纪初，布莱克曼的实验：布莱克曼测量了不同的光强、二氧化碳浓度在光合作用中所产生的不同效应。他发现在光照强度较低的情况下，增加光照量，能加速光合作用；而提高二氧化碳浓度则没有这个效果。在高光强下，提高二氧化碳浓度，可以使光合作用加速。
根据布莱克曼的实验现象，可以推断，光合作用由两阶段构成。初始阶段与____________有关；后续阶段与____________有关。
光照强度
二氧化碳浓度
基于以上材料，尝试补充完整希尔实验的表达式？
希尔反应说明氧气的释放与 无关。
光合作用原理的进一步探索
O2
H+
H2O
光照、离体叶绿体
铁盐（或其他氧化剂）
资料三：1937年，英国植物学家希尔的实验：希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入高铁盐或者其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放氧气，同时氧化剂被还原（如发现Fe3+还原成Fe2+）。像这样，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。
CO2
希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？
不能，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。
希尔的实验是否说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应？
能够说明，因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2的碳元素
光合作用原理的进一步探索
资料三：1937年，英国植物学家希尔的实验：希尔发现在离体叶绿体的悬浮液中加入高铁盐或者其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放氧气，同时氧化剂被还原（如发现Fe3+还原成Fe2+）。像这样，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。
希尔实验中的氧化剂起到什么作用？
结合水分解产生的2H+和2e-
叶绿体内参与光合作用的氧化剂是什么？
NADP+ ， NADP++H++2e- NADPH
酶
希尔后来还证实，水光解释放的H+和e-被NADP+捕获，形成了NADPH，即还原型辅酶Ⅱ。结合希尔实验的表达式，回答下列问题。
O2
H+
H2O
光照、离体叶绿体
铁盐（或其他氧化剂）
光合作用原理的进一步探索
资料四：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）的实验：鲁宾和卡门利用同位素标记法进行了探究。他们用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2。然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2，；第二组向同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，他们分析了两组实验释放的氧气。结果表明，第一组释放的氧气全部是O2；第二组释放的氧气全部是18O2。
对比实验
光合作用原理的进一步探索
光合作用释放的氧气来自于水。
同位素标记法，可追踪物质的运行和变化规律，弄清楚化学反应的详细过程
自变量是标记的物质
保持相同且适宜
鲁宾和卡门用了什么科学方法？此方法有什么好处？
实验中自变量是什么？其他变量应该如何处理？
分析鲁宾和卡门的实验，你能得出什么结论？
光合作用原理的进一步探索
光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。CO2转变为糖类的过程需要消耗______________________。
资料五：1954-1957年，美国科学家阿尔农的实验：
阿尔农及其同事在希尔实验的基础上进一步发现，在无CO2的条件下，叶绿体不仅生成了NADPH，还可以积累ATP。若随后导入CO2，则ATP和NADPH均不能积累，用于CO2合成糖类有机分子。
2H2O+4NADP+ O2+4NADPH+能量
ADP+Pi ATP
光能
叶绿体
尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？
结论：
光合作用原理的进一步探索
ATP和NADPH
总结：叶绿体类囊体薄膜结构与功能的统一
光能
叶绿体中的色素
水
电子受体
ATP
NADPH
光能
e-
e-
电子传递
色素复合体PSⅡ
膜蛋白（电子传递驱动的质子泵）
膜蛋白
色素复合体PSⅠ
ATP
合成酶
电子传递体Q
电子传递体PC
电子传递体Fd
叶绿素分子
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O 1/2O2 +2e-+2H+
光能
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
光能转变为活跃的化学能
NADP+ +H++2e- NADPH
光反应阶段
1
NADPH的合成:
酶
光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。
暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的。在这一阶段，CO2被利用，经过一系列的反应后生成糖类。
思考
CO2是如何转变成糖类的呢
暗反应阶段
2
光合作用原理的进一步探索
资料六：20世纪40年代，美国科学家卡尔文的实验：
用小球藻（一种单细胞的绿藻）做实验：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，在照光后的不同时间，将培养的小球藻浸入热的酒精中（热酒精处理有三种功效：杀死细胞、终止酶的作用、提取溶解的分子）。然后将提取物用纸层析法分离，用放射自显影技术鉴定其成分。
实验过程:
2.连续60s取样，将藻类细胞置于热酒精中
3.分离溶解物中的分子
三碳
化合物
多种产物：
C3、C5、C6等
5秒内
60秒后
请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。
CO2 → C3 → C6
C5
1.向藻类细胞光合作用的原料中加入14CO2
4.进行放射性显影，以确定放射性的部位
时间顺序依次出现的放射性物质代表了暗反应过程中各种产物依次出现的顺序
实验结果：
光合作用原理的进一步探索
资料七：卡尔文及其同事通过改变实验条件，发现C3化合物呈规律性变化：当停止CO2供应时，C3的浓度快速降低，C5的浓度快速升高；停止光照时，C3的浓度快速升高，C5的浓度快速降低。
讨论：
（1）当停止CO2供应时，发现C5的浓度快速升高。
推测：________参与了CO2转变成C3的过程。
（2）停止光照时，C3的浓度快速升高，C5的浓度
快速降低，分析可能是C3转变成C5的过程减慢。
推测：光反应的产物ATP和[H]用于______转变成______________的过程。
C5
C3
C5和糖类
光合作用原理的进一步探索
结论：
C3与C5之间是相互循环的。
C5
2C3
还原的C3
CO2
（CH2O）
多种酶
CO2
叶绿体基质
多种酶
叶绿体的基质中(提供酶、原料等)
场所：
NADPH 、ATP、酶
条件：
①CO2 的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
②C3 的还原：
ATP
活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
＋ C5
物质变化
能量变化：
NADPH
2C3
C5
CO2的固定
(CH2O)
C3的还原
NADPH
ATP
暗反应阶段
2
核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）
三磷酸甘油酸
光反应
还 原
光合作用过程的模型
O2
H2O
NADPH
ATP
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
暗反应
固 定
多种酶参加催化
类囊体膜上的色素
光能
①H的转移：
H2O → NADPH → (CH2O )
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
H2O →O2
CO2
（CH2O）
水在光下分解
6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2
光能
叶绿体
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所
需要条件
反应速度
与光的关系
能量变化
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体基质
较快
较缓慢
必须有光
比较光反应阶段和暗反应阶段
光、光合色素、酶
多种酶
ATP中活跃的化学能、NADPH的能量
光能
ATP中活跃的化学能、NADPH的能量
有机物中稳定的化学能
光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有什么区别？
有光无光均可
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 物质变化
H2O 2H＋＋1/2O2＋2e
比较光反应阶段和暗反应阶段
①水的光解:
②NADPH的合成:
③ATP的合成:
光
色素
NADP++H++2e NADPH
①CO2的固定:
②C3的还原:
③ATP的水解:
④NADPH的分解：
CO2＋C5 2C3
2C3 C5＋(CH2O)
ATP ADP＋Pi＋能量
NADPH NADP＋＋H＋＋2e
ADP＋Pi＋能量 ATP
酶
酶
酶
酶
ATP、NADPH
酶
酶
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
联系
比较光反应阶段和暗反应阶段
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
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+。
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
②能量联系：
分析条件骤变对光合作用中各物质的影响
外界条件改变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O）
CO2不变 光照减弱
光照增强
光照不变 CO2减少
CO2增加
增加
减少
减少
减少
增加
减少
增加
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
增加
减少
C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。
请结合光合作用过程模型，完成表格（减少、增加）
H2O
O2
【H】
(1)光照由强到弱，CO2供应不变：
①减弱②③④正常进行
[H]减少、ATP减少
②③减弱④正常进行
C3含量上升、C5含量下降、CH2O合成量减少
即：光照由强→弱时：[H]↓ ATP↓ C3↑ C5↓ (CH2O)↓
分析条件骤变对光合作用中各物质的影响
H2O
O2
【H】
(2)光照不变，CO2供应减少
④减弱①②③正常进行
C3含量下降、
C5含量上升
②③减弱
①正常进行
[H]增加、ATP增加、
CH2O合成量减少
即：停止(减少)CO2供应时：C3↓ C5↑ [H]↑ ATP↑ (CH2O)↓
分析条件骤变对光合作用中各物质的影响
概念
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合成
ATP合成
CO2 的固定
C3 的还原
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
本节小结
光合作用的过程
光合作用
概念检测
1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( )
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( )
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( )
×
√
×
概念检测
2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ）
A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP
C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类
D
3.如图为叶绿体中光合作用过程示意图，其中A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列说法错误的是（ ）
A.图中A的存在可以增加叶绿体内的膜面积
B.与光合作用有关的酶主要分布在A、C、D上
C.光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动
D.若突然停止光照，短时间内④的含量会增加
概念检测
B
谢
谢
观
赏

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