4.2光合作用的原理和应用 ppt课件-2023新人教版（2019）《高中生物》必修第一册.pptx

1、光合作用和原理和过程Part 2光合作用绿色植物通过绿色植物通过 ，利用，利用 ，将，将 转化成转化成 ，并且释放出，并且释放出 的过程。的过程。1.概念：概念：叶绿体叶绿体光能光能二氧化碳和水二氧化碳和水储存着能量的有机物储存着能量的有机物氧气氧气CO2 +H2O （CH2O)+O2光能叶绿体2.反应式：反应式：光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？二氧化碳？叶绿体是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？叶绿体是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？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，CO

2、2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，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。而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。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1探索光合作用的原理的部分实验O O2 2初步判断：初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。探索光合作用-光反应阶段 资料资料2：1937年，英国植物学家希尔（年，英国植物学家希尔（R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁

3、盐或发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有其他氧化剂（悬浮液中有H2O,没有没有CO2),在光照下可以释放出氧气。在光照下可以释放出氧气。溶液颜色由黄色变为浅绿溶液颜色由黄色变为浅绿色。色。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反应。1讨论1：为使离体的叶绿体保持活性，对悬浮液的要求是？光照、铁盐 H2O O2 离体的叶绿体只有H2O没有CO2离体的叶绿体悬浮液O O2 2 等渗溶液等渗溶液、pH探索光合作用的原理的部分实验探索光合作用-光反应阶段 1937年，英国植

4、物学家希尔发现：在离体叶绿体的悬浮液（含H2O，不含CO2）中加入铁盐（Fe3+）或其他氧化剂，在光照下可释放出O2，溶液颜色由黄色变为浅绿色。1.1.该实验该实验 （能（能/不能）说明植物光合作用产生的不能）说明植物光合作用产生的O O2 2中的中的O O全部都来自水。全部都来自水。2.2.悬浮液由黄色变为浅绿色，说明叶绿体在光照条件下生成了悬浮液由黄色变为浅绿色，说明叶绿体在光照条件下生成了 ，把，把FeFe3+3+（黄色）（黄色）还原成的还原成的FeFe2+2+（浅绿色）。（浅绿色）。3.3.希尔的实验希尔的实验 （能（能/不能）说明水的光解和糖的合成不是不能）说明水的光解和糖的合成不是

5、同一个化学反应。同一个化学反应。资料2 未加入CO2，未直接追踪到O元素的来源。不能不能还原剂（还原剂（NADPH)NADPH)能能悬浮液中有H2O，没有合成糖的必需原料CO2 资料资料2：1937年，英国植物学家希尔（年，英国植物学家希尔（R.Hill)发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有其他氧化剂（悬浮液中有H2O,没有没有CO2),在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适在光照下可以释放出氧气。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反应。

6、讨论3：希尔的实验说明水的光解产生氧气，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？不能不能。该。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有没有直接直接观察到氧元素的转移观察到氧元素的转移。1讨论4：光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实验进行探究？（直接）探索光合作用的原理的部分实验同位素标记法同位素标记法未加入CO2，未直接追踪到O元素的来源。探索光合作用-光反应阶段 资料资料3：1941年，美国科学家鲁宾（年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（和卡门（M.Kamen)用用同位素示踪同位素示踪的方法，的方

7、法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素的同位素18O分别标记分别标记H2O和和CO2,使它们分别变成使它们分别变成H218O和和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和和C18O2，第二组给同种植物，第二组给同种植物提供提供H218O和和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是第二组释放的都是18O2。CO2H218O光照射下的光照射下的小球藻悬液小球藻悬液C18O2H2O18O2O21探索光合作用的原理的

8、部分实验探索光合作用-光反应阶段 资料资料3：1941年，美国科学家鲁宾（年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（和卡门（M.Kamen)用用同位素示踪同位素示踪的方法，的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素的同位素18O分别标记分别标记H2O和和CO2,使它们分别变成使它们分别变成H218O和和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和和C18O2，第二组给同种植物，第二组给同种植物提供提供H218O和和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是。在其他条件都相同的情况

9、下，第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是第二组释放的都是18O2。1光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2讨论5：分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？相互对照实验？探索光合作用的原理的部分实验假设：给小球藻提供的H2O中，中，80%为为H216O，20%为为H218O，则理论上收集到的，则理论上收集到的18O2：O2=？探索光合作用-光反应阶段场所：类囊体场所：类囊体(有色素有色素)条件：必须有光条件：必须有光物质变化：水的光解产生氧气和物质变化：水的光解产生氧气和H+H+1讨论6：从该实验，你能得出什么结论？资

10、料资料4：研究者为探究上述过程发生的场所和条件，进行了下述实验操作。结果表明四只：研究者为探究上述过程发生的场所和条件，进行了下述实验操作。结果表明四只试管中只有试管中只有1号有气泡产生，收集后可使点燃的卫生香复燃。从号有气泡产生，收集后可使点燃的卫生香复燃。从4只试管取样分别加入特定的只试管取样分别加入特定的氢氢离子受体离子受体（如（如 2,6-D，一种氧化剂，蓝色染料，能被还原性物质还原成无色，一种氧化剂，蓝色染料，能被还原性物质还原成无色)，发现，发现1号褪色。号褪色。探索光合作用的原理的部分实验探索光合作用-光反应阶段 资料资料5：1954年，美国科学家阿尔农发现，当年，美国科学家阿尔

11、农发现，当供给供给Pi、ADP时，会有时，会有ATP产生。同样方法处产生。同样方法处理四只试管，只有理四只试管，只有1号有号有ATP产生。产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。1讨论6.从该实验，你能得出什么结论？ATP的合成场所：类囊体的合成场所：类囊体合成条件：需光（酶）合成条件：需光（酶）探索光合作用的原理的部分实验探索光合作用-光反应阶段 资料资料6：二十世纪：二十世纪60年代，年代，米切尔米切尔提出假说：光合作用过程中提出假说：光合作用过程中ATP的合成直接驱动力来自于的合成直接驱动力来自于H+浓度梯度。浓度梯度。为探究为探究A

12、TP形成的原动力，形成的原动力，贾格道夫贾格道夫等科学家在等科学家在黑暗中黑暗中进行了如下实验：在暗进行了如下实验：在暗处把叶绿体的处把叶绿体的基粒基粒放在放在pH=4的弱酸性溶液中平衡，让基粒膜腔的的弱酸性溶液中平衡，让基粒膜腔的pH成为成为4，然后加进，然后加进pH=8且且含有含有ADP和和Pi的缓冲溶液，结果生成的缓冲溶液，结果生成ATP。讨论7：叶绿体基粒加入PH=4的缓冲液中的目的是？使基粒的PH成为4 讨论8：叶绿体基粒转移到PH=8的溶液中，并加入ADP和P i的缓冲液，产生ATP的原因是？在不照光，没有电子传递的情况下，只需基粒膜内外有H+梯度就能驱动ATP合成探索光合作用-光

13、反应阶段讨论9：在叶绿体内，类囊体膜通过的 方式才能创造其两侧的H+浓度差？光反应阶段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【小组合作】尝试构建光合作用的光反应过程示意图1光合作用的原理ATPADP+Pi酶酶O2NADP+H+H2O光解光解反应阶段类囊体薄膜类囊体薄膜NADPH【资料】19541954年，阿尔农等发现在黑暗黑暗条件下，只要提供了ATPATP和和NADPH,NADPH,叶绿体就能将CO2转

14、变为糖。【结论结论】：CO2转化为糖不需要_，需要_。光照ATP和NADPH 资料资料7：20世纪世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实年代，美国科学家卡尔文等用小球藻（一种单细胞的绿藻）做了这样的实验：用经过验：用经过14C标记的标记的14CO2 ，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终证明的去向，最终证明了了CO2是如何转化为有机物中的碳的是如何转化为有机物中的碳的。探索光合作用-暗反应阶段讨论7.卡尔文实验的结论是什么？14CO2小球藻小球藻有机物的有机物的14C结论：光合产物中有机物的碳来自CO21

15、探索光合作用的原理的部分实验1 资料资料8：20世纪世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：用经过年代，美国科学家卡尔文等用小球藻做了这样的实验：用经过14C标记的标记的14CO2供供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向。的去向。（1）向反应体系中通入一定量）向反应体系中通入一定量14CO2，光照，光照30S后检测到多种含后检测到多种含14C的有机物，将光照时间缩短至几分的有机物，将光照时间缩短至几分之一秒，之一秒，90%的放射性稳定地出现在一种的放射性稳定地出现在一种三碳化合物三碳化合物(简称简称C3），），5S左右光照后，又检测到

16、了含有放射左右光照后，又检测到了含有放射性的性的五碳化合物五碳化合物（简称（简称C5）和）和六碳糖。六碳糖。（2）实验发现，在光照条件下，突然降低）实验发现，在光照条件下，突然降低CO2的浓度，的浓度，C3和和C5含量有如含量有如右图右图变化：变化：C5C3讨论8：请尝试分析写出CO2、C3和C5的关系式。探索光合作用的原理的部分实验探索光合作用-暗反应阶段完善光合作用的示意图。1光合作用的原理2C3CO2（CH2O）多种酶参加反应固定固定暗反应阶段叶绿体基质叶绿体基质还原还原C52、暗反应阶段、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CO

17、2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对位练习对位练习光照时间0分离出的放射性化合物无 C 光反应阶段光反应阶段暗反应阶段（卡尔文循环）暗反应阶段（卡尔文循环）场所条件物质变化能量变化联系叶绿体类囊体薄膜上叶绿体类囊体薄膜上叶绿体基质叶绿体基质光、色素、酶光、色素、酶有光无光都可，多种酶有光无光都可，多种酶光能光能ATPATP、NADPHNADPH中中活跃活跃的的化学能化学能ATPATP、NADPHNADPH中中活跃活跃的化学能的化学能有机物有机物中中稳定稳定的化学能的化学能光反应为暗反应提供光反应为暗反应提供ATPATP和和NADPHNADPH暗反应为光反应提供暗反应为光反应提供ADPADP、PiPi、NADPNADP+等原料等原料 色素、酶色素、酶2H2O O2+4H+光光ADP+Pi+能量能量 ATP酶酶酶酶NADP+H+NADPH酶酶CO2C5 2C32C3 (CH2O)+C5酶酶ATP、NADPH总结新陈代谢营养类型光能自养6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O光能叶绿体（光合作用）化能自养（化能合成作用）NH3HNO2+能量能量HNO3+能量能量CO2+H2O（CH2O）能量能量硝硝化化细细菌菌自养型异养型寄生、腐生、捕食3化能合成作用