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1、必修一 分子与细胞新叶伸向和煦的阳光，蚱蜢觊觎绿叶的芬芳。它们为生存而获取能量，能量在细胞里流转激荡！光合作用与能量转化光合作用与能量转化光合作用与能量转化光合作用与能量转化第二课时第二课时第二课时第二课时 光合作用的原理光合作用的原理光合作用的原理光合作用的原理第第5 5章章 第第4 4节节目录目录 一、新课导入 二、任务探究 三、课堂练习 类囊体色素酶在叶绿体内部类囊体的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。叶绿体是绿色植物进行光合作用的细胞器。温故知新新课导入新课导入绿色植物通过 ，利用 ，将 转化成 ，并且释放出 的过程。
2、1.概念：叶绿体光能二氧化碳和水储存着能量的有机物氧气2.反应式：注：（CH2O）表示糖类，光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖。CO2 +H2O （CH2O)+O2光能叶绿体 一、光合作用1.叶绿体是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？2.光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳呢？【任务一】阅读课本102页第一段第二段，完成以下填空题。【任务二】1.阅读课本102页思考与讨论“探究光合作用原理的部分实验”，说出四个实验的实验结论，并完成103页本部分的讨论题。资料1：19世纪末，科学界普遍认为，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
3、缩合成糖。CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)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。初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。二、光合作用的原理资料2：1937年，英国科学家希尔。希尔发现，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H2O，没有CO2），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希尔反应。O2H+离体的叶绿体悬浮液【任务二】1.阅读课本102页思考与讨论“探究光合作用原理的部分实验”，说出四个实验的实验结论，并完成103页本部分的讨论题。二、光合作用的原理光合作用生成
4、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？【任务二】1.阅读课本102页思考与讨论“探究光合作用原理的部分实验”，说出四个实验的实验结论，并完成103页本部分的讨论题。资料3：1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben)和卡门（M.Kamen)。用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记成H218O和C18O2。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供H2O和C18O2，第二组给同种植物提供H218O和CO2。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18O2。CO2H218O光照射下的小球藻悬液C18O2H
5、2O18O2O2对比实验相互对照 二、光合作用的原理资料4：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，当向反应体系供给ADP、Pi时，会有ATP产生。同样方法处理四只试管，只有1号有ATP产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。ATP的合成场所：类囊体；合成条件：需光（酶）。实验结论：【任务二】1.阅读课本102页思考与讨论“探究光合作用原理的部分实验”，说出四个实验的实验结论，并完成103页本部分的讨论题。二、光合作用的原理不能。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。1.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
6、部都来自水？2.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？能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。【任务二】1.阅读课本102页思考与讨论“探究光合作用原理的部分实验”，说出四个实验的实验结论，并完成103页本部分的讨论题。二、光合作用的原理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。3.分析鲁宾和卡门做的实验得出什么结论？4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。H2O O2 +H+能量光照叶绿体ADP
7、+Pi ATP【任务二】1.阅读课本102页思考与讨论“探究光合作用原理的部分实验”，说出四个实验的实验结论，并完成103页本部分的讨论题。二、光合作用的原理光合作用的过程光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应）两个阶段。二、光合作用的原理1.光反应阶段ATPADP+Pi酶酶O2NADP+H+H2O光解光解光反应阶段类囊体薄膜NADPH注：水分解为氧和H H+的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP+
8、与H H+结合形成NADPH。【任务二】2.阅读课本103页第二段和第三段，尝试叙述光合作用的光反应过程。二、光合作用的原理（3）物质变化:（4）能量转化:（2）条 件：（1）场 所：水的光解：ATP的合成：NADPH的合成：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1.光反应阶段ADP+Pi+能量 ATP酶NADP+H+2e-NADPHH2O O2+H+光【任务二】3.结合课本，说出光反应阶段的场所、条件、物质变化、能量转化。二、光合作用的原理资料5：20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：情境1：向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检
9、测产物，检测到了多种带14C标记的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)（小球藻是一种单细胞的绿藻）缩短反应时间如何确定二氧化碳中的C先转移到C3、C5和C6中的哪个化合物呢？二、光合作用的原理【任务三】4.阅读资料5和资料6，完成相关问题。资料5：卡尔文等用小球藻做了这样的实验：情境2：反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的C5化合物和C6化合物。缩短工作时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种C3化合物上。1.大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。C3(CH2O)C52.CO2与什么物质结合形成C3?CO2实验发现，在光照条件
10、下，突然降低CO2的浓度，C3和C5含量有如右图变化：结论：CO2与C5结合形成C3化合物。C5C3 二、光合作用的原理【任务三】4.阅读资料5和资料6，完成相关问题。光合作用吸收的二氧化碳与C5结合形成C3，C3经过一系列变化，转化为糖类的同时又形成C5。这些C5又参与C3的形成。这样，C5到C3再到C5的循环，可以源源不断进行下去。所以暗反应也称为卡尔文循环（碳循环）。小结 这一阶段光合作用的相关化学反应，有光无光都能进行，所以这个阶段叫做暗反应阶段。二、光合作用的原理【任务三】4.阅读资料5和资料6，完成相关问题。资料6：阿尔农发现，在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能
11、将CO2转化为糖类，同时ATP和NADPH含量急剧下降。1.卡尔文循环呈现有机物的形成过程，与前面水的光解产生氧气过程是否存在一定联系？2.ATP和NADPH参与生成C5和C6的过程。那光能是经过怎样的转化储存到糖类中的？H2O O2 +H+能量光照叶绿体ADP+Pi ATPNADP+H+e NADPH 光能首先被光合色素吸收，转化成ATP、NADPH中的化学能，再转移到糖类等有机物中。水的光解为卡尔文循环提供了ATP和NADPH。二、光合作用的原理【任务三】4.阅读资料5和资料6，完成相关问题。ATPADP+Pi酶酶O2NADP+H+H2O光解光解光反应阶段类囊体薄膜NADPH暗反应阶段2C
12、3CO2（CH2O）多种酶参加反应固定叶绿体基质还原C52.暗反应阶段 二、光合作用的原理【任务三】4.阅读课本104页第一段、第二段和第三段，尝试完善光合作用的示意图。（3）物质变化:（4）能量转化:（2）条 件：（1）场 所：叶绿体基质多种酶、CO2CO2的固定：CO2+C5 2C3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2.暗反应阶段注：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）。ATP和NADPH的水解【任务三】5.结合课本，说出暗反应阶段的场所、条件、物质变化、能量转化。二、光合作用的原
13、理 光反应阶段暗反应阶段（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基质光、色素、酶有光无光都可，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。H2O O2+H+光NADP+H+2e-NADPHADP+Pi+能量 ATP酶CO2+C5 2C3酶2C3 C5+(CH2O)酶 ATP、NADPH【任务三】6.结合课本和学习到的光合作用知识，对比光反应和暗反应，完成下表条件光照减弱光照增强CO2浓度减少CO2浓度增加C3C5ATPNADPH增加
14、减少减少增加减少增加增加减少减少增加增加减少减少增加增加减少【任务三】7.结合课本和学习到的光合作用知识，完成下表 二、光合作用的原理2.请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，短时间内其体内的H 和ATP，C3化合物和 C5化合物的含量如何变化？1.请分析植物突然停止光照后，短时间内其体内的H和ATP,C3化合物和 C5化合物的含量如何变化？停止光照光反应停止H ATPC3 还原受阻；CO2固定继续C3 C5 CO2 CO2固定停止；C3还原继续进行C3 C5 二、光合作用的原理思考讨论思考讨论课堂练习1.(2023山东省模拟题)大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行
15、光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度（CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数）表示。下列说法错误的是（）A.植物细胞壁越厚，叶肉导度越大B.增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制C.缺水条件下，叶肉限制可能会增大D.叶肉导度越大，光合速率越小课堂练习【解析】【分析】光合作用的过程：光反应阶段(场所是叶绿体的类囊体薄膜)：水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成；暗反应阶段(场所是叶绿体的基质)：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物。【详解】A、细胞壁是
16、全透的，其厚度应不影响二氧化碳从气孔到叶绿体的扩散，A错误；B、增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，可以降低叶肉限制，B正确；C、缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；D、叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。故选AD。课堂练习2.(2023河北省月考试卷)下面是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图,相关叙述正确的是()A.细胞处于黑暗环境中,该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率B.细胞没有与外界发生O2和CO2的交换,可断定此时光合速率等于呼吸速率C.细胞处在较强光照条件下,叶肉细胞光合作用所固定的CO2量为N1D.分析细胞可得出,此时的光照强度较弱且光合速率小于呼吸速率课堂练习