2024届浙科版（2019）高中生物选考一轮复习（必修1）专题光合作用发现史 课件

这是一份2024届浙科版（2019）高中生物选考一轮复习（必修1）专题光合作用发现史 课件，共25页。PPT课件主要包含了光合作用过程分析，类囊体薄膜，叶绿体基质，水的光解，ATP的合成，NADPH的合成，CO2的固定，三碳酸还原，RuBP的再生，色素酶水等内容，欢迎下载使用。
浙江省高考试题中有关光合作用过程的试题及其隐性资源
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
多种酶、 CO2、NADPH、ATP
鲁宾和卡门实验（第86页）
氧来自分解的CO2还是来自水的分解？鲁宾和卡门对这个问题作了进一步的研究。在实验中他们利用了同位素。 鲁宾和卡门制备了含有少量同位素18O的碳酸氢盐和水，并用以供给照射的小球藻培养物。实验分3组进行的，实验对象是小球藻。在光照条件下，每一组给小球藻提供的水和碳酸氢盐（用以供给CO2）中含有不同比率的18O，在其他条件相同的情况下，他们分析了每一组释放的氧气中18O的比率，发现它与水中18O的比率相称，而与碳酸氢盐中18O的不同。
例 1941 年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自于水，设计了如图 A 的装置，试管中加入不同 18O 放射性比例的水和碳酸氢钠溶液，供小球藻光合作用，最终测试氧气中 18O 的百分比, 得到了图 B 所示的三个试验 结果。下列叙述正确的是       A.该实验的自变量为 18O 标记的反应物类型 B.该装置加 NaHCO3 溶液的目的是保持溶液 pH 的稳定 C.实验中阀门1需要打开用于收集试管中产生的气体，阀门 2 要保持关闭 D.科学家根据水与含 18O 的氧气百分比可推测出“氧气来自于水”
结论：释放O2中18O的比率与水中18O的比率相称，而与NaHCO3中18O不同
质子穿越类囊体膜进入类囊体；在类囊体和基质间形成质子梯度；质子通过由ATP合成酶构成的特殊通道回到基质中；ATP生成。
需要的条件：质子梯度，ADP+Pi
例 （2016.4）叶绿体中的色素，蛋白质等在某种膜上的分布及部分反应的示意图如下，请回答：（1）该膜是 膜，其上含有色素和催化光反应的 。光反应中，色素吸收的光能转变为ATP等物质中的 。（2）光反应的产物除图中所示的物质外，还有电子和 。ATP为碳反应提供了能量和 。
例 在黑暗条件下，将分离得到的类囊体放在pH4的缓冲液中，使类囊体内外的pH相等，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH8的的缓冲溶液中，结果检测到有ATP的生成。根据实验分析，下列叙述正确的是（ ）A.实验中溶液的H+均来自于水的裂解B.黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生ATPC.光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体的腔内的H+浓度较高D.若使类囊体的脂双层对H+的通透性增大，ATP生成量不变
解析：本实验是黑暗条件下完成的，实验中溶液的H+不仅仅来自于光下时水的裂解，也有来自于缓冲液中，A错误；黑暗条件下，植物叶肉细胞中的叶绿体不能产生ATP，B错误；光照条件下，植物细胞叶绿体中类囊体的腔内发生水的光解产生H+，使类囊体腔内的H+浓度较高，C正确；根据实验的结果，H+的浓度差和ATP的产生有关，若使类囊体的脂双层对H+的通透性增大，ATP生成量会发生改变，D错误。
1937年，英国科学家希尔从菠菜叶片中将含有的叶绿体分离出来，发现：叶绿体在光下不能使二氧化碳同化成有机物。但可使一些外加的人工电子受体（如高铁盐）还原并同时释放出氧气，称之为希尔反应：
证明了叶绿体是光合作用的细胞器，而且证明了光合作用所释放的氧来自于水
使光合作用的研究水平从细胞水平一下进入到细胞器水平。
根据希尔的实验，你能做出什么样的推论呢？
光合作用产生的氧气不是从二氧化碳上释放出来的。
例 希尔反应活力测定的基本原理：将叶绿体加入DCIP（二氯酚靛酚）溶液并照光，水在光照下被分解，产生氧气等，而溶液中的DCIP被还原并发生颜色变化，这些变化可用仪器进行测定。（1）希尔反应模拟了叶绿体光合作用中__________阶段的部分变化。氧化剂DCIP既可利用于颜色反应，还可作为__________。希尔反应活力可通过测定DCIP溶液的颜色变化得到，也可通过测定 得到。
通过比较生化研究，范尼尔发现光合硫细菌与绿色植物一样，也进行光合作用。只是绿色植物的供氢体是水，而光合硫细菌的供氢体是硫化氢或其他还原性有机物。C.B.范尼尔的工作改变了长期以来认为光合作用一定要放氧的看法，扩大了光合作用的概念。
20世纪30年代，范尼尔比较了不同生物的光合作用过程，发现它们有共同特点，如： 绿色植物 CO2+2H2O→（CH2O）+O2+H2O 紫硫细菌 CO2+2H2S→（CH2O）+2S+H2O 氢细菌 CO2+2H2 →（CH2O）+H2O
CO2+2H2A→（CH2O）+2A+H2O
因此他提出了光合作用的通式为
核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶（Rubisc）的生理作用和特性
Rubisc是叶绿体基质中催化CO2与RuBP结合生成2分子3-磷酸甘油酸，进而发生一系列反应，将ATP中的化学能转化到葡萄糖中。 Rubisc也可以催化核酮糖-1,5-二磷酸与氧气的氧化反应，使RuBP进入光呼吸途径。
例 光呼吸是叶绿体中与光合作用可同时发生的一个过程，它吸收O2的环节与卡尔文循环中CO2的固定过程一样，都需要在Rubis（是一种酶）的催化下进行。光呼吸和卡尔文循环的部分过程如图1所示，图2表示CO2浓度变化对不同条件下光合速率的影响曲线。请回答：（1）据图1分析，Rubisc 起作用的具体场所是 ，在该酶的催化下，1分子 RuBP和O2结合生成1分子三碳酸和1分子①，则①为 碳化合物，它进入线粒体后，可参与需氧呼吸的 循环，被氧化为 CO2。而三碳酸则被还原成三碳糖，其中NADPH为该还原过程提供 。（2）据图1分析，两种气体分子与Rubisc的结合存在 关系，若在某适宜O2浓度条件下，植物光合速率随CO2浓度的变化如图2中曲线甲所示，则处于高O2浓 度条件下的光合速率变化应以图2中的曲线 表示。
能量和氢（H+和电子）
研究问题：CO2如何转化为糖类？材料：小球藻 研究方法：同位素标记法实验过程：在一个简单的装置中放入进行光合作用的小球藻，通入普通的二氧化碳。然后按照预先设定的时间长度（从1秒到数分钟）向装置内注入14C标记的二氧化碳。在每个时间长度结束时，把悬浮液滴入4倍体积的乙醇中，杀死小球藻，使酶反应终止，同时开始提取产物运用色谱分析法进行分析。根据被14CO2标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。
光照30S后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。在5S的光照后，检测到含放射性的五碳化合物和六碳糖。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物中。
2.在光照下C3和C5的浓度很快达到饱合并保持稳定。
1.光照时间缩短为几分之一秒时，只分析出了一种单一的化合物，它占全部放射性的90%。经测定是一种三碳的有机物。这样就证明了光合作用中由二氧化碳转化的第一个产物是什么？
三碳化合物，即3－磷酸甘油酸（PGA），说明PGA是光合作用的最初产物。
起先猜测CO2是与某一个二碳的片断结合生成三碳的PGA，然而情况并非如此。
（2）把灯关掉后，C3的浓度急速升高，同时C5的浓度急速降低。说明什么也参与了C3的合成？
光反应产物ATP和[H]用于碳反应
（1）如果在光下突然中断二氧化碳的供应，则C5的量就积聚起来，C3消失了。说明什么是合成C3的原料之一？
例 为研究光合作用中碳的同化与去向，用               的CO2供给小球藻，每隔一定时间取样，并将样品立即加入到煮沸的甲醇中。甲醇用以杀死小球藻并          标记化合物。浓缩后再点样进行双向纸层析，使标记化合物                  。根据标记化合物出现的时间，最先检测到的是三碳化合物。猜测此三碳化合物是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当          后，发现RuBP的含量快速升高，由此推知固定CO2的物质不是二碳分子。
1954年，美国科学家阿尔农也用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，体系中就会有ATP和NADPH产生。
A组：光照+叶绿体提取液+ADP+Pi，结果叶绿体中可以生成ATPB组：无光+叶绿体提取液+ADP+Pi，结果叶绿体中没有生成ATP
1954年美国科学家阿农()等在给叶绿体照光时发现，当向体系中供给无机磷、ADP和NADP+时，体系中就会有ATP和NADPH产生。同时发现，只要供给了ATP和NADPH，即使在黑暗中，叶绿体也可将CO2转变为糖。由于ATP和NADPH是光能转化的产物，具有在黑暗中同化CO2为有机物的能力，所以被称为“同化力”。可见，光反应的实质在于产生“同化力”去推动暗反应的进行，而暗反应的实质在于利用“同化力”将无机碳(CO2)转化为有机碳(CH2O)。暗反应不直接需要光。可在暗中进行。因此，光合作用的总过程可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应的作用是利用光能合成ATP和NADPH+H+，而暗反应则是利用ATP和NADPH来同化CO2，即固定CO2，并还原为糖。
例 科学家从植物细胞中提取得到叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用过程。下列条件下不能产生三碳糖的是（　　）（备注：“+”表示有，“-”表示“无”）
瓦尔堡实验（ P100）
一定量的光间歇照射的效率比连续照射的效率要高。
以后的实验证明: 光反应速率比碳反应速率快得多。
光合作用分光反应、碳反应。
1919年，德国生化学家瓦尔堡用藻类进行闪光实验。在光、能量相同的前提下，一组用连续的光照，另一组用人工“间歇光”(极短时间十分之几秒)光暗交替照射，来测定光合作用效率。
例 （上海卷）对某植株作如下处理：甲持续光照10分钟；乙光照5秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行20分钟。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植株所制造的有机物总量是（ ）A．甲多于乙B．甲少于乙C．甲和乙相等D．无法确定
例 为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：A组：先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%。C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%。D组（对照组）：光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。回答下列问题：（1）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量 （填“高于”、“等于”或“低于”）D组植物合成有机物的量，依据是 ；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要 ，这些反应发生的部位是叶绿体的 。（2）A、B、C三组处理相比，随着 的增加，使光下产生的 能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%
1. 的在叶绿体内，作为合成 而被利用；
二、三碳糖的去向和利用
1/6： 。
5/6：用于 。
淀粉、蛋白质和脂质的原料
2. 是运至叶绿体外，并且转变成 ，供植物体所有细胞利用。