必修一5.4.2-光合作用与能量转换课件

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,光合作用与能量转化（二）,光合作用与能量转化（二）,1,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO,2,和H,2,O转化成储存能量的有机物，并释放出O,2,的过程。,一、光合作用的定义：,CO,2,+H,2,O,叶绿体,光能,(CH,2,O)+O,2,光合作用的总反应式：,思考：,1、光合作用释放的氧气来自水还是二氧化碳？,2、叶绿体如何将光能转化为化学能？,3、叶绿体又是如何将化学能储存在糖类等有机物中？,6CO,2,+12H,2,O C,6,H,12,O,6,+6H,2,O+6O,2,光能,叶绿体,绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量,19,世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，,CO,2,分子的,C,和,O,被分开，,O,2,被释放，,C,与,H,2,O,结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。,CO,2,O,2,C,CH,2,O,甲醛,H,2,O,缩合,（,CH,2,O,）,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。,二、探索光合作用原理的部分实验,19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO,1937,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其他氧化剂（悬浮液中有,H,2,O,没有,CO,2,),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,。,4Fe,3+,2H,2,O 4Fe,2+,4H,+,O,2,光,叶绿体,氧化剂或受氢体,二、探索光合作用原理的部分实验,1937年，英国植物学家希尔（R.Hill,讨论,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部都来自水？,不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。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。,希尔反应：离体的叶绿体在适当的条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应。,讨论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,讨论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,。,结论：水的光解产生氧气。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。,讨论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,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,16,O,的同位素,18,O,分别标记,H,2,O,和,CO,2,使它们分别变成,H,2,18,O,和,C,18,O,2,。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供,H,2,O,和,C,18,O,2,，第二组给同种植物提供,H,2,18,O,和,CO,2,。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是,O,2,第二组释放的都是,18,O,2,。,CO,2,H,2,18,O,光照射下的,小球藻悬液,C,18,O,2,H,2,O,18,O,2,O,2,二、探索光合作用原理的部分实验,1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben),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,16,O,的同位素,18,O,分别标记,H,2,O,和,CO,2,使它们分别变成,H,2,18,O,和,C,18,O,2,。然后，进行了两组实验：第一组给植物提供,H,2,O,和,C,18,O,2,，第二组给同种植物提供,H,2,18,O,和,CO,2,。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气都是,O,2,第二组释放的都是,18,O,2,。,讨论,3.,分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？,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CO,2,。,二、探索光合作用原理的部分实验,1941年，美国科学家鲁宾（S.Ruben),1954,年，美国科学家阿尔农（,D.Arnon),发现，在无,CO,2,条件下，给叶绿体光照时，向反应体系中供给,ADP,、,Pi,、,N,ADP,+,时，体系中就会有,ATP,和,NADPH,的产生。,1957,年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。,（水分解为,O,2,和,H,+,同时叶绿体被夺去两个电子，用于,NADP,+,与,H,+,结合形成,NADPH,）。,(N,ADP,+,+H,+,+2e,-,NADPH,）,讨论,4.,尝试用示意图来表示,ATP,的合成与希尔反应的关系：,H,2,O,O,2,+NADPH+,能量,光照,叶绿体,ADP+Pi,酶,ATP,二、探索光合作用原理的部分实验,1954年，美国科学家阿尔农（D.Arnon)发现，在无CO,20,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）做了这样的实验：用经过,14,C,标记的,14,CO,2,，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性,14,C,的去向，,称为,卡尔文循环,。,实验结果,1,：照光,30s,，,14,C,分布在,C,3,、,C,4,、,C,5,、,C,6,等多种化合物中。,思考：,如何确定,CO,2,中的,C,首先转移到,C,3,、,C,4,、,C,5,、,C,6,那种化合物中呢？,实验结果,2,：,时间缩短到几分之一秒时，,14,C,只集中在,C,3,中。,实验结果,3,：,实验表明，在酶的作用下，,CO,2,与植物本身存在,C,5,形成,C,3,，同时,C,3,可还原成,C,5,和（,CH,2,O,），该过程称作卡尔文循环。,CO,2,+C,5,酶,2C,3,2C,3,C,5,+(CH,2,O),酶,二、探索光合作用原理的部分实验,20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻（一种单,卡尔文循环：,CO,2,中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径,C,3,是指,三碳化合物,-3-,磷酸甘油酸,C,5,是指,五碳化合物,-,核酮糖,-1,，,5-,二磷酸（,RuBP,）,卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径C,1954,年，美国科学家阿尔农发现，在黑暗条件下，只要供给,ATP,和,NADPH,，叶绿体就能将,CO,2,转化为糖类，同时,ATP,和,NADPH,含量下降，,ADP,、,Pi,、,DADP,+,含量上升。,思考：,ATP,和,NADPH,参与生成,C,5,、,C,6,的过程，思考光合作用过程中光能是经过怎样的转化储存到糖类中？,2C,3,C,5,+(CH,2,O),酶,ATP,、,NADPH,CO,2,C,5,2C,3,酶,二、探索光合作用原理的部分实验,1954年，美国科学家阿尔农发现，在黑暗条件下，只要,三、光合作用过程,思考：光反应在白天可以进行吗？夜间呢？,暗反应在白天可以进行吗？夜间呢？,有光才能进行,有光、无光都能进行,光反应阶段（光合作用第一阶段）,暗反应阶段（光合作用第二阶段）,上述实验表明，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。根据,是否需要光能,，光合作用过程可以概括地分为,光反应,和,暗反应,两个阶段。,三、光合作用过程思考：光反应在白天可以进行吗？夜间呢？有光才,类囊体薄膜上,的色素,分子,可见光,ADP+Pi,ATP,H,2,O,O,2,NADP,+,酶,吸收,光解,光反应,H,+,NADPH,酶,光合作用第,一,个阶段的化学反应，,_,才能进行，这个阶段叫做光反应阶段，是在,_,上进行的；,条件：,光、色素、酶,、水,、,ADP,、,Pi,、,NADP,+,场所：,物质转化,水的光解：,ATP的合成：,类囊体薄膜上,H,2,O 1/2,O,2,+2H,+,+2e,-,光,色素,ADP+Pi+,能量,ATP,酶,光能,能量转变：,ATP、NADPH中活跃的化学能,NADPH的合成：,NADP,+,+H,+,+2e,-,NADPH,酶,（一）光反应阶段,必须有光,类囊体薄膜,类囊体薄膜上可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸,ADP+Pi,ATP,NADP,+,能,量,C,5,2C,3,多种,酶,(CH,2,O,),糖类,CO,2,固定,还原,酶,暗反应,NADPH,酶,能,量,暗反应也称作,_.,卡尔文循环,条件：,有没有光都可以，需多种酶、,CO,2,、,ATP,、,NADPH,场所：,叶绿体基质中,物质转化,CO,2,的固定：,CO,2,C,5,2C,3,酶,C3的还原：,ATP、NADPH中活跃的化学能,2C,3,(CH,2,O)+C,5,酶,ATP,、,NADPH,能量转变：,糖类中稳定的化学能,（二）暗反应阶段,光合作用第二个阶段的化学反应，,_,都能进行，这个阶段叫做暗反应阶段，是在,_,中进行的；,有没有光,叶绿体基质,ADP+PiATPNADP+能量C52C3多种酶(CH2O),类囊体薄膜上,的色素,分子,可见光,ADP+Pi,ATP,H,2,O,O,2,NADP,+,酶,吸收,光解,能,量,C,5,2C,3,多种,酶,(CH,2,O,),糖类,CO,2,固定,还原,酶,光反应,暗反应,光合作用的过程,H,+,NADPH,酶,酶,能,量,光合作用光反应产生的,ATP,只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需,ATP,只能来自细胞呼吸,类囊体薄膜上可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+酶吸,1,、,NADPH,和,ATP,的移动途径是什么？,从类囊体薄膜到叶绿体基质；,2、NADP+和ADP的移动途径呢？,从叶绿体基质到类囊体薄膜；,3、NADPH的作用？,.活泼的还原剂；,.储存部分能量供暗反应阶段利用；,思考与讨论,1、NADPH和ATP的移动途径是什么？从类囊体薄膜到叶绿体,4,、,光合作用中元素的转移,H的转移：,H,2,O,NADPH,(CH,2,O),C的转移：,CO,2,C,3,（CH,2,O）,O的转移：,CO,2,C,3,（CH,2,O）,H,2,O O,2,6CO,2,+12H,2,O,光能,叶绿体,C,6,H,12,O,6,+6H,2,O+6O,2,4、光合作用中元素的转移H的转移：H2O NADPH,18,5,、光照,和,CO,2,浓度变化对植物细胞内,C,3,、,C,5,、,NADPH,、,ATP,和,O,2,及,(CH,2,O),含量的影响,光照,由,强变弱,CO,2,供应不变,光反应减弱,NADPH,减少、ATP,减少、O,2,产生量减少,暗反应,C,3,还原减弱,CO,2,固定仍在正常进行,C,3,含量上升,C,5,含量下降,（,CH,2,O,）,合成,量相对减少,5、光照和CO2浓度变化对植物细胞内C3、C5、NADPH、,光照由弱变强,CO,2,供应不变,光反应增强,NADPH,增多、,ATP,增多、,O,2,产生量增多,暗反应,C,3,还原增强,CO,2,固定仍在正常进行,C,5,含量上升,C,3,含量下降,（,CH,2,O,）,合成,量,相对增多,5,、光照,和,CO,2,浓度变化对植物细胞内,C,3,、,C,5,、,NADPH,、,ATP,和,O,2,及,(CH,2,O),含量的影响,光照由弱变强光反应增强NADPH增多、ATP增多,光照不变,减少,CO,2,供应,CO,2,固定减弱,C,3,还原仍正常进行,暗反应,C,3,含量下降,C,5,含量上升,NADPH,相对,增加、,ATP,相对,增加、,O,2,产生量减少,（,CH,2,O,）,合成,量,相对减少,5,、光照,和,CO,2,浓度变化对植物细胞内,C,3,、,C,5,、,NADPH,、,ATP,和,O,2,及,(CH,2,O),含量的影响,光照不变CO2固定减弱暗反应C3含量下降,光照不变,增加,CO,2,供应,CO,2,固定增强,C,3,还原仍正常进行,暗反应,C,3,含量上升,C,5,含量下降,NADPH,相对减少、,ATP,相对减少、,O,2,产生,量增多,（,CH,2,O,）,合成,量相对增多,5,、光照,和,CO,2,浓度变化对植物细胞内,C,3,、,C,5,、,NADPH,、,ATP,和,O,2,及,(CH,2,O),含量的影响,光照不变CO2固定增强暗反应C3含量上升,(1),以上各物质的变化是相对含量的变化,，且,是在条件改变后的短时间内发生,的。,注意事项：,(2)在以上各物质的含量变化中：C,3,和C,5,含量的变化是相反的，即C,3,增加，则C,5,减少；NADPH和ATP的含量变化是一致的，都增加，或都减少。,(1)以上各物质的变化是相对含量的变化，且是在条件改变后的短,光反应和暗反应的比较,光反应,暗反应,区别,所需条件,进行场所,物质变化,能量转化,联系,物质变化上的联系,能量转化上的联系,必须有光,有光或无光均可,类囊体薄膜,叶绿体基质,水光解为O,2,和H,+,;ATP和NADPH的合成,CO,2,的固定；C,3,的还原；ATP和NADPH的分解,光能转化为ATP和NADPH中的化学能,ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能,光能ATP和NADPH中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了ADP、Pi、NADP+,光反应和暗反应的比较光反应暗反应区别所需条件进行场所物质变化,四、化能合成作用,1,、,异养生物：,只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。,2、,自养生物：,以无机物转变成为自身的组成物质。,光能自养生物：,以光为能源，以CO,2,和H,2,O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如：绿色植物。,化能自养生物：,利用环境中某些无机物氧化时释放的能量将CO,2,和H,2,O（无机物）合成糖类（有机物）。例如：硝化细菌。,四、化能合成作用1、异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维,在自然界中，除了光合作用，还有另外一种制造有机物的方式。少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是却能,利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物,。我们把这种方式称为,化能合成作用,。,例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌,2NH,3,+3O,2,2HNO,2,+2H,2,O+,能量,硝化细菌,2HNO,2,+O,2,2HNO,3,+,能量,硝化细菌,6H,2,O+6CO,2,C,6,H,12,O,6,+6O,2,能量,硝化细菌,硝化细菌,在自然界中，除了光合作用，还有另外一种制造有机物的方,同化作用,异化作用,需氧型,厌氧型,酵母菌,的异化作用属于兼性厌氧型,自养型,异养型,光能自养型,化能自养型,归纳总结,兼性厌氧型,新陈代谢类型,同化作用异化作用需氧型厌氧型酵母菌的异化作用属于兼性厌氧型自,