3.5光合作用将光能转化为化学能课件-2025-2026学年高一上学期生物浙科版必修1

该高中生物学课件围绕光合作用的原理、场所、色素、过程及影响因素展开，以植物工厂情境问题导入，通过实验验证（如叶绿体功能实验、色素提取分离）、科学史梳理（希尔、鲁宾卡门等实验）及对比分析（光反应与碳反应表格），构建从基础概念到综合应用的知识脉络，提供实验步骤、例题解析等学习支架。 其亮点在于融合科学史与探究实践，突出科学思维与生命观念。如通过绿叶色素提取实验培养动手能力，结合卡尔文循环分析物质转化体现物质与能量观，条件骤变讨论提升逻辑推理。学生可在探究中深化理解，教师能借助丰富案例与习题高效教学，助力核心素养培育。

第五节 光合作用将光能转化为化学能 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。 【讨论】 靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 问题探讨 光合作用的定义 　　是绿色植物或蓝细菌，以二氧化碳和水为原料，利用光能合成糖类等有机物并释放出氧气的过程。 发生范围： 物质变化： 能量变化： 知识 归纳 反应式： 6CO2＋12H2O　　　　 C6H12O6＋6O2 ＋6H2O 光能 叶绿体 绿色植物（主要）+蓝细菌 二氧化碳＋水→有机物＋氧气 光能→有机物中的化学能 发生场所： 叶绿体（或光合膜） 光合作用与呼吸作用 6CO2+12H2O C6H12O6 +6O2+ 6H2O 光 叶绿体 还原 氧化 细胞呼吸： 光合作用： C6H12O6 +6O2+ 6H2O 6CO2+ 12H2O 酶 氧化 还原 光合作用和需氧呼吸是否互为逆反应？ 不是，场所不同，条件不同 光合作用的场所 光合作用的场所 第一个实验 该实验的结论是什么？ 光照条件下，氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所 光合作用的场所只能是叶绿体吗？ 光合作用的场所 ——叶绿体 堆叠 叶绿体的形态和结构 外膜 内膜 类囊体 基粒 基质 叶绿体的结构模式图 叶绿体的电镜照片 形态： 一般呈扁平的椭球形或球形 结构： (色素分布在类囊体膜上) 捕获光能的色素 绿叶中色素的提取和分离 实验原理 色素提取的原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。 材料用具 方法步骤 目的要求 1．进行绿叶中色素的提取和分离。 2．探究绿叶中含有几种色素。 见下页 实验材料：新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶） 实验器材：干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒（10mL），天平等。 实验药品：无水乙醇，层析液，二氧化硅和碳酸钙。 色素的提取 称取5g烘干的菠菜叶 剪碎，放入研钵中。 向研钵中放入少许二氧化硅和碳酸钙 SiO2 :使研磨充分 CaCO3 :防止叶绿素被破坏 绿叶中色素的提取和分离 实验原理 色素提取的原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。 色素分离的原理：绿叶中的各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。 材料用具 方法步骤 目的要求 1．进行绿叶中色素的提取和分离。 2．探究绿叶中含有几种色素。 见下页 实验材料：新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶） 实验器材：干燥的定性滤纸，试管，棉塞，试管架，研钵，玻璃漏斗，尼龙布，毛细吸管，剪刀，药匙，量筒（10mL），天平等。 实验药品：无水乙醇，层析液，二氧化硅和碳酸钙。 绿叶中色素的提取和分离 实验结果 颜色 色素 溶解度 扩散速度 宽度 含量 橙色 胡萝卜素 最高 最快 最窄 最少 黄色 叶黄素 较高 较快 较窄 较少 蓝绿色 叶绿素a 较低 较慢 最宽 最多 黄绿色 叶绿素b 最低 最慢 较宽 较多 叶绿体中色素的种类 绿叶中的色素 叶绿素 (含量约占3/4) 类胡萝卜素 (含量约占1/4) 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 胡萝卜素（橙色） 叶黄素（黄色） 光合色素的功能 第二个实验 该实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域，为什么？ 吸收、传递和转化光能 思考与讨论 (2)秋天的叶子为什么会由绿变黄呢？ (1)为什么高等植物的叶片一般呈现绿色？说出你的理由。 因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来，所以高等植物的叶片一般呈现绿色。 深秋气候变冷，太阳的光照量大大减少，叶绿素的合成速度变慢或停止，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素含量增加，导致叶片变黄。 色素的功能 光合色素吸收可见的太阳光，用于光合作用。 叶绿素主要吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 叶绿素 类胡萝卜素 影响叶绿素合成的因素 你觉得可以采取哪些措施来提高植物工厂的生产效率呢？ (3)必需元素：叶绿素中含Mg等必需元素，缺乏Mg将导致叶绿素无法合成，叶片发黄 (2)温度：温度可以影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而 影响叶绿素的合成 (1)光照：是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中 不能合成叶绿素，因而叶片发黄 例1　如图为用分光光度计测定叶片中两类色素吸收不同波长光波的曲线图，请判定A和B分别为何种色素（ ） A.叶绿素、类胡萝卜素 B.类胡萝卜素、叶绿素 C.叶黄素、叶绿素a D.叶绿素a、叶绿素b A 例2 如图是利用新鲜菠菜叶进行“光合色素的提取和分离”活动时得到的结果，出现该实验结果的原因可能是( ) A.用70%乙醇作为提取液 B.研磨时未加SiO2 C.研磨时未加CaCO3 D.分离时层析液液面高于滤液细线 C B A.强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深 B.强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成 C.四种色素在层析液中溶解度大小是I<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ D.色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间 例3 为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( ) 光合作用的原理 19世纪末，科学界普遍认为 1928年，科学家发现 甲醛对植物有毒害作用，也不能通过光合作用转化成糖。 CO2 O2 C + H2O 甲醛 H H O C (CH2O) 糖类 缩合 O2 C 释放 说明水的光解产生氧气。 时间： 1937年 释放出氧气 英国植物学家 希尔（R.Hill） 发现： 结论： 科学家： 英国植物学家希尔（R.Hill） 离体叶绿体 悬浮液(无CO2) 铁盐或其他氧化剂 + 光照 英国植物学家 希尔（R.Hill） 思考： 希尔的实验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？ 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？ 美国科学家 鲁宾(S.Ruben) 时间： 1941年 科学家： 美国科学家鲁宾和卡门 美国科学家 卡门(M.Kamen) 实验： 光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水。 结论： 18O2 光照下的 小球藻悬液 C18O2 O2 H2O CO2 美国科学家 阿尔农(D.Arono) 科学家： 美国科学家阿尔农 时间： 1954年 发现： 在光照下，叶绿体可合成ATP和NADPH。 这一过程总是与水的光解相伴随。 1957年 尝试用示意图来表示ATP和NADPH的合成与希尔反应的关系。 阿尔农(D.I.Arnon)在无CO2下给叶绿体光照时发现,当向反应体系中供给NADP＋时会有NADPH产生。供给ADP、Pi会有ATP产生。 H2O 水的光解 O2 ADP＋Pi ATP 光能 NADPH NADP＋ H+和e－ 类囊体薄膜 光反应（直接需要光） 1.场所： 叶绿体内的类囊体膜上 2.物质变化： 3.能量变化： 光能转变为ATP和NADPH的活跃的化学能 2H2O O2+4H++4e- 光 ADP+Pi+光能 ATP 酶 NADP++2e-+H+ NADPH 酶 水的光解： NADPH的形成： ATP的形成： H2O O2 光反应 NADP+ NADPH ADP+Pi ATP 类囊体 基粒 叶绿体基质 光合作用的过程 H+、e- 1954年阿尔农继续用离体叶绿体做实验，在黑暗条件下,只要供给CO2、ATP和NADPH，叶绿体就能将CO2转变为糖，同时ATP和NADPH含量急剧下降。 实验说明：ATP和NADPH被用于 的过程。 CO2转变为糖 CO2 糖 H2O 水的光解 O2 ADP＋Pi ATP 光能 NADPH NADP＋ H+和e－ 类囊体薄膜 碳反应 美国科学家 卡尔文(M.Calvin) 时间： 20世纪40年代 科学家： 美国科学家卡尔文 用14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测放射性。 实验： 被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中？ 卡尔文将带有14C标记的CO2通入到盛有小球藻的玻璃器皿中,给予充足的光照,每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻，通过纸层析法分离光合产物。 反应时间 带14C标记的化合物 30秒 5秒 ＜1秒 14C3、14C4、14C5、14C6、14C7 14C3、14C5、14C6 90%14C3 被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中？ 怎么确定三碳酸的来源？ 卡尔文起先猜测CO2是与某一个二碳的片断（ CO2的受体）结合生成三碳酸，然后情况并非如此。 当光下突然降低CO2的浓度，作为CO2受体的化合物会积累起来。 在保持光照下突然降低CO2浓度，叶绿体中某种五碳糖（RuBP）积累起来，三碳酸含量急速下降。 结论： 参与了CO2转变成三碳酸的过程； 五碳糖 碳反应（不直接需要光） 1.场所： 叶绿体基质 2.物质变化： 3.能量变化： ATP、NADPH活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能 CO2的固定： C3的还原： 五碳糖的再生： 3CO2＋3五碳糖 （RUBP） 6三碳酸 酶 6三碳酸 6三碳糖 酶 ATP NADPH、 5三碳糖 3五碳糖 酶 三碳糖去路 光合作用中碳反应的产物三碳糖，在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料而被利用，大部分是运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用 植物在稳定环境中，合成一分子蔗糖至少要发生 轮上述循环。 12 三碳糖去路 还原得到的三碳糖 大部分用于RuBP再生 少部分离开卡尔文循环 大部分运至叶绿体外转变为蔗糖 少部分在叶绿体内合成淀粉、脂质、蛋白质 H2O CO2 O2 三碳糖 碳反应 光反应 NADP+ NADPH ADP+Pi ATP 2C3 C5 类囊体 基粒 叶绿体基质 光合作用的过程 H+ 光反应阶段 碳反应阶段 进行 部位 条件 物质 变化 能量变化 联系 2H2O O2+4H++4e- 光 光合色素 NADP++ 2e- +H+ NADPH 酶 ADP+Pi + 能量 ATP 酶 三碳酸还原： 五碳糖再生： 6三碳酸 6三碳糖 ATP、NADPH 酶 类囊体膜(光合膜) 叶绿体基质 光、光合色素和酶 ATP、 NADPH 、多种酶 光能化为ATP、NADPH中活跃的化学能 活跃的化学能变成有机物中稳定的化学能 光反应为碳反应提供NADPH和ATP 碳反应为光反应提供NADP+和ADP和Pi CO2的固定： 3CO2＋3五碳糖 6三碳酸 酶 5三碳糖 3五碳糖 酶 38 条件骤变（来源和去路分析） 1.光下的植物突然减弱光照后，其体内的五碳糖、三碳酸和ATP、NADPH的含量如何变化？ 2.光下的植物突然减少CO2的供应后，其体内的五碳糖、三碳酸和ATP、NADPH的含量如何变化？ CO2的供应不变，Ⅱ产生的三碳酸不变，光照减弱，Ⅰ产生的ATP、NADPH减少，从而使得Ⅲ消耗的三碳酸减少，来源不变，去路减少，三碳酸含量增加 判断下列有关光合作用的叙述对错 1、光反应需要光，不需要酶，碳反应不需要光，需要多种酶 × 2、提取中绿体中色素就可进行光反应 × 3、离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应 4.CO2的固定过程发生在叶绿体中,C6H12O6分解成CO2的过程发生在线粒体中 5.当对植物突然停止光照以后,碳反应也马上停止 × 6.叶绿体类囊体膜上含有光合作用所需的各种酶和色素 × × 7.CO2进入卡尔文循环后形成的第一个糖是三碳糖 8.形成一个葡萄糖分子需要卡尔文循环3次 × 6 √ √ 9、水在光下裂解的产物有O2、NADPH、ATP。 10、H+在光下将NADP+还原为NADPH。 × 12、卡尔文循环从一个CO2开始。 × 13、CO2固定形成三碳糖。 氢（H+、e-）、O2 × × 14、★ATP和NADPH为碳反应全过程提供能量。 × 15、★光反应产生的ATP可用于各项生命活动。 × 16、光合作用的产物只有淀粉在叶绿体中合成，其余都在叶绿体外合成。 × ★三碳酸是______________的产物，三碳糖是 ____________ 的产物。 CO2的固定 三碳酸的还原 光合速率（光合强度） 是指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行多少光合作用。 光合速率 真正（总）光合速率 = 表观（净）光合速率 +呼吸速率 “总光合速率”与 “表观光合速率”之间有什么关系？ CO2 O2 O2 CO2 CO2 O2 O2 CO2 O2 CO2 CO2 O2 黑暗：只有呼吸作用 弱光：总光合速率<呼吸速率 弱光：总光合速率=呼吸速率 光照适宜：总>呼吸速率 这株植物在光下1小时光合作用共制造               克葡萄糖 该叶片在10℃、5000勒克斯的光照条件下，每小时光合作用所产生的氧气量是     mg. 则1小时积累的葡萄糖是       克。 总光合速率 总光合速率 表观光合速率 CO2吸收量 单位时间、单位叶面积 真正（总）光合速率 = CO2消耗量 单位时间、单位叶面积 表观（净）光合速率 = 、O2释放量 、有机物积累量 、O2产生量 、有机物合成量 46 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体（色素、酶） C6H12O6+ 6H2O + 6O2 原料 条件 产物 CO2浓度 水 分 光照（强度)、 光质 温 度 Mg 等 矿 质 元 素 外因： 内因： 光合色素含量、酶含量、酶活性等 光照强度、 光质 影响光合速率的环境因素 阅读书本105页“活动” 内容，以小组为单位，设计光合作用实验装置； 并选择其中的一种影响因素，利用实验提供的材料用具，设计单因子对照实验方案，并预测实验结果。 1.NaHCO3溶液为黑藻光合作用提供______。 2.可以通过计算单位时间内黑藻产生的_______来 表示光合速率的大小。 CO2 气泡数 实验方案设计 CO2浓度方案： 光照强度方案： 温度方案： 光质方案： 用不同功率的聚光灯（或灯泡与黒藻的距离）作为实验的自变量，来探究光照强度对光合作用的影响 用不同颜色的玻璃纸遮住灯泡作为实验的自变量，来探究光的颜色（波长）对光合作用的影响 用温水、冰水和热水作为实验自变量，来探究温度对光合作用的影响 用不同浓度的碳酸氢钠溶液作为自变量，来探究CO2浓度对光合作用的影响 (1)光的波长（光质） 1.光 （白 > 红 > 蓝紫 > …… > 绿） 光照强度 CO2 吸收量 CO2 释放量 0 A B C 呼吸速率 表观光合速率 真正光合速率 D A点: B点： D点： 只有呼吸作用 光补偿点 光饱和点 1.如果植物长期处于B点，能否生长？ 2.C点后的限制因素：外因：______________内因：____________、酶的数量和活性。 温度和CO2 色素的含量 (2)光照强度 1.光 光照强度 CO2 吸收量 CO2释放量 O A B C 表观光合速率 真正光合速率 呼吸速率=光合速率 D A B C D CO2↑ 缺Mg 左移 右移 右上 右移 左移 左下 不移 不移 11.绿色植物是主要的能量转换者,因为它 们均含有叶绿体（图甲）这一完成能量转 换的细胞器,图乙是图甲中的色素分离结 果,图丙是在图甲④结构中进行的生化反 应,①~④分别代表图甲中叶绿体的结构。 下列相关叙述错误的是( ) D A.图乙中的色素带2是叶绿素 <m></m> B.图甲中①和③的成分和结构相似 C.光合作用过程中水的消耗发生在②, <m></m> 的消耗发生在④ D.如果突然降低 <m></m> 的浓度,图丙中的 <m></m> 含量短时间内会增加 例1：植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。下图为在一定浓度的CO2和25℃条件下，测定某植物叶片在不同光照条件下的光合速率。下列有关说法不正确的是(　　) A.在A点所示条件下，该植物叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体 B.在一昼夜中，将该植物叶片置于C点光照下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg C.该植物叶片的呼吸速率是5 mg/(100 cm2叶·小时) D.已知该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中B点将右移，C点左下移 A 2. CO2 浓度 A B D CO2吸收量 CO2释放量 CO2 浓度 主要限制因素： 主要限制因素： 外因： 内因： C A点: B点： D点： 只有呼吸作用 CO2补偿点 CO2饱和点 CO2浓度 光照强度、温度 色素、酶含量 3. 温度 ①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ； ②B点表示： ； ③BC段表示： ； 酶的活性 酶 此温度条件下，光合速率最高 超过最适温度，光合速率随温度升高而下降 4.水 直接影响——光合作用的原料，作为原料的水仅占到了植物吸收水的1%~5%。 间接影响——绝大部分的水以蒸腾作用散失掉。当蒸腾作用过强而使水分缺乏时，可以使叶片上的气孔关闭，从而影响CO2的进入，也会影响光合产物的运输、分配，从而降低光合作用。 应对措施： 合理灌溉 【作业本P85T8】甲、乙两图表示在不同季节一昼夜中某作物植株 CO2的吸收量和释放量 的相对值的变化情况(同一图形中呼吸速率不变)。下列有关说法正确的是（ ） A.  甲、乙两图中的 C 点的表观光合速率均为0，但两点的真正光合速率不相等 B. 甲、乙两图中 DE 段光合速率下降的因素相同，均为光照强度下降 C. 甲、乙两图中D 点的表观光合速率均最大, G 点的有机物积累量均最大 D.  可以通过补充CO2，有效缓解乙图中FG段光合速率的下降 A 5.矿质元素 缺少N会影响 的合成，缺少P会影响 的合成，缺少Mg会影响 的合成。 ATP 叶绿素 酶 应用： 适时适量施肥 6.多因子对光合速率的影响 P点：横坐标所示因素 Q点：曲线标注的因素 P、Q 点及PQ段限制光合作用的因素？ PQ段：横坐标所示因素、曲线标注的因素 $