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展开，系统涵盖概念、叶绿体结构、光合色素提取分离实验、光反应与碳反应过程及影响因素，通过“大棚照明选光”等问题导入，构建从基础概念到实验操作再到原理应用的学习支架。 其亮点在于结合纸层析法实验的试剂作用、步骤解析及例题分析，培养科学思维，融入鲁宾和卡门等科学史实验，强化探究实践，联系温室生产等实际情境，深化生命观念与社会责任，助力学生理解知识逻辑，提升教师教学效率。

光合作用将光能转化为化学能 代谢类型 自养型 异养型 光合作用 化能合成作用 需氧呼吸 厌氧呼吸 主要包括绿色植物和藻类等真核生物。（蓝藻等原核生物场所？） 硝化细菌等 兼性厌氧呼吸 如果你来安装蔬菜大棚的照明系统，你会选用哪种颜色的光？ 光合作用在叶绿体中进行 1 ①叶绿体的形态(光镜下) 一般呈扁平的椭球形或球形。 ②叶绿体的结构(电镜下) 基粒 叶绿体基质 类囊体 外膜 内膜 (含有光合色素) 一、实验原理 1.提取原理：_________溶于有机溶剂 2.分离原理：不同色素在_______中的溶解度不同，溶解度____的色素随着_______在滤纸条上扩散的快，反之则慢。 光合色素 层析液 层析液 成分 作用 提取液 层析液 溶解色素 95%乙醇(无水乙醇)、丙酮等 乙醚或石油醚等 分离色素 色素？叶绿素？叶绿体中色素？ 光合色素的提取和分离——纸层析法 高 √ 纸层析法：是用纸作为载体的一种色谱法,其应用的原理是相似相溶原理,是通过分散系在同一介质中分散速度不同来分析的。 （一）提取色素 1.研磨 材料:新鲜的成熟绿色叶片,烘干 药品 二、操作过程 新鲜绿色的成熟叶片中富含色素，提高含量，实验现象明显；烘干减少水分，提高滤液色素含量 二氧化硅: 95%乙醇: 碳酸钙: 为了研磨充分 保护叶绿素分子不被破坏 溶解色素 6 2.过滤：用单层尼龙布过滤，获取绿色滤液 滤纸吸附色素 7 1.制备滤纸条 铅笔线 画铅笔细线 滤液细线 画滤液细线 要求：细、直、深 （二）分离色素 2.点样 滤液细线要细直，分离出的色素带平整；滤液细线要深（干后重复画2-3次），增加色素含量，分离出的色素带清晰 剪去两角，防止层析液在边缘处扩散较快；用铅笔不用中性笔画，防止中性笔自带颜色干扰实验结果； 8 3.分离色素 要求：滤液细线要高于层析液面，防止色素直接溶解于层析液中 三、实验结果 色素种类 颜色 含量 溶解度 扩散速率 吸收光颜色 作用 类胡萝卜素 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素 叶绿素a 叶绿素b 只有少数特殊状态下的叶绿素a才可以转化光能 滤液细线 1.图的名称？ 2.横坐标？ 3.纵坐标？ 4.曲线的峰值所在波长范围？ 5.光合色素吸收光的范围？ 400 500 600 700 波长/nm 叶 绿 素a 叶 绿 素 b 类胡萝卜素 吸光率% 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 阅读教材：P102 光合色素的吸收光谱 波长 吸光率 光合色素吸收的可见光 叶绿素都是含镁的有机分子； 黄色、橙色和红色的色素合称为类胡萝卜素，它们是由碳氢链组成的分子 A.该实验结果表明，叶绿素b在层析液中溶解度最低 B.用无水乙醇作溶剂，提取的叶绿体色素中无胡萝卜素 C.研磨叶片时，加入CaCO3的目的是使研磨充分 D.加入无水乙醇越多，叶绿体色素提取液的绿色越深 例1：关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是（ ） A 例2：某人做叶绿体中色素分离实验时，使用的是圆形滤纸，装置如下图。实验结束时在圆形滤纸上形成四个同心色素圆环，则最内圈所呈颜色为( ) A．橙黄色 B．黄色 C．蓝绿色 D．黄绿色 D 甲 乙 丙 丁 丙酮 － ＋ ＋ ＋ 水 ＋ － － － CaCO3 ＋ ＋ － ＋ SiO2 ＋ ＋ ＋ － 在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，甲、乙、丙、丁四位同学使用相关试剂的情况如表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为 A.①②③④ B．②④①③ C．④②③① D．③②①④ B 课前检测 1．色素的提取原理：用 可提取叶绿体中色素。 2．色素的分离原理：色素在 中溶解度不同，溶解度 的色素分子随层析液在滤纸条上的扩散得快，因而可用层析液将不同的色素分离。 3．研磨时要加少许二氧化硅，目的是为了 ；加少许碳酸钙的目的是为了防止 受到破坏。 95%乙醇 层析液 高 研磨充分 叶绿素 什么是光合作用？ 光合作用是指利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 总反应式： 6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O 光能 叶绿体 光合作用过程 光反应 碳反应 划分依据:反应过程是否需要光能 光反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 碳反应在白天可以进行吗？夜间呢？ 有光才能反应 有光、无光都能反应 1.光反应 18 【资料1】 鲁宾和卡门的实验 探究1：光合作用产生的氧气中的来自于H2O还是CO2？ 该实验的结论是什么？ 【资料2】1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中，悬浮液中有H2O无CO2 ，加入铁盐（含Fe3+),给予光照，结果发现有O2 产生，Fe3+被还原成Fe2+。 水裂解的产物是什么？ 【资料3】：美国科学家阿尔农在无CO2条件下，给离体的叶绿体照光时发现，当向反应体系中添加了ADP、Pi和NADP+，会有ATP和NADPH产生，他发现这一过程总是与水的裂解相伴随。 请写出生成ATP和NADPH的反应式。 H2O 酶 Pi ＋ADP ATP 类囊体膜 水的光解： 2H2O O2+4H++4e- 光能，色素 ATP的合成： ADP＋Pi ＋能量（电能） ATP 酶 光反应阶段 场所： 物质变化： 能量变化： 光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能 H+、e- 色素 类囊体 NADP+ NADPH NADP+的还原： NADP++H++2e- NADPH 酶 【资料4】：美国科学家阿尔农继续用离体叶绿体做实验，在黑暗条件下，供给二氧化碳、ATP和NADPH，发现叶绿体能将二氧化碳转变为三碳糖，ATP和NADPH含量急剧下降。这个过程因为不需要光，以前被称为暗反应，后改为碳反应。 可以用什么方法来研究碳反应过程中是如何转化为三碳糖的？ 2.碳反应 24 【资料5】：美国科学家卡尔文利用同位素标记法进行了探究实验，卡尔文将标记了14C的CO2通入到盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一段时间取样，将小球藻中被标记的化合物提取出来。实验发现：光照后检测产物，发现有多种带14C标记的化合物（三碳酸、三碳糖等）；若将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90%的放射性出现在三碳酸中。 说明在碳反应过程中，首先转化成什么物质？可能是由几份CO2参与反应形成一份三碳酸？ 实验证明，事实并非如此。当卡尔文对这种三碳化合物分子结构进行分析时发现，只有一个C有放射性，而另外两个C没有。那么这两个碳只能来自小球藻细胞本身。那小球藻细胞中是不是存在二碳化合物呢？卡尔文及其同事通过改变实验条件来搜寻二碳化合物，但却始终没有找到。 然后在研究中却发现有一种五碳化合物呈现规律性变化： 当停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低 CO2与什么物质发生反应生成C3 ？ 请同学们思考：若碳反应只有这两步反应，碳反应能否长时间顺利进行？ 碳反应 2 卡尔文循环从1个五碳糖开始。 ①在酶的催化作用下，1个CO2分子与五碳糖结合，形成1个六碳分子。 ②这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。 ③然后，每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的能量，被还原形成三碳糖。 ④三碳糖再生五碳糖。 H2O 酶 Pi ＋ADP ATP H+、e- 色素 类囊体 NADP+ NADPH CO2 五碳糖 C5 CO2的固定 三碳酸2C3 C3的还原 叶绿体基质 多种酶 三碳糖 卡尔文循环 碳反应阶段 C5再生 光反应与碳反应的区别和联系是什么？ 条件 场所 物质变化 能量变化 光、色素、酶 酶 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质中 水的光解； ATP的生成；NADPH的合成 CO2的固定； 三碳酸还原、五碳糖再生 ATP、NADPH 中活跃化学能 光能 ATP、NADPH中活跃化学能 有机物中 稳定化学能 光反应是碳反应的基础，为碳反应提供NADPH和ATP， 碳反应为光反应提供NADP+和ADP、Pi 。 联系 光反应阶段 碳反应阶段 过程 光反应 碳反应 条件 必须在 下 场所 叶绿体 . 物质转化 水的光解： ATP的形成： NADP＋的还原： CO2的固定： C3的还原： C5的再生： 能量转化 关系 ①光反应为碳反应提供NADPH和ATP；碳反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi；②没有光反应，碳反应无法进行；没有碳反应，有机物无法合成 2H2O光4H＋＋O2＋4e－ 3CO2＋3 C5 (RuBP) 酶 6C3 6C3ATP 酶 NADPH6三碳糖 光 有光、无光都可以 类囊体薄膜 叶绿体基质 NADP＋＋2e－＋H＋酶NADPH ADP＋Pi＋能量 酶 ATP 光能→活跃化学能，并储存在ATP、NADPH中 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 5三碳糖 酶 3C5 再生 3 3 6 5 1 2.三碳酸的还原 1.CO2的固定 3.再生五碳糖 Q2：若合成1个离开卡尔文循环的三碳糖，需要循环几轮？ Q3：离开卡尔文循环后的三碳糖主要去向是什么？ 叶肉细胞 叶绿体基质 细胞溶胶 其他植物细胞利用，如果实、根茎 Q4：当三碳糖运出叶绿体受阻时碳反应速率如何变化？ 有几个CO2参与反应就循环几轮。 光合产物积累抑制光合作用进行 Q1：卡尔文循环产生的三碳糖主要去向是什么？ 再生RuBP 合成蔗糖 3轮 小麦最后长出的一片叶子叫旗叶，旗叶对小麦籽粒的形成非常重要，小麦籽粒成熟过程中积累的糖类约50%来自旗叶。去掉一部分正在发育的籽粒，旗叶中有机物含量_____，一段时间后旗叶的光合速率______，推测其原因是______________________。 增加 下降 由于去掉一部分籽粒后，旗叶光合产物的运出降低，进而在叶片中积累，光合产物积累抑制光合作用进行。 6三碳酸 5三碳糖 3C5 ADP+Pi NADP+ NADPH 三碳糖 蛋白质 淀粉 蔗糖 溶胶 脂质 O2 停止供应CO2，光反应、碳反应速率变化？ 光照时，ATP、NADP+在叶绿体内移动方向？ 三.光反应和碳反应间关系 条件改变 三碳酸含量 三碳糖含量 RuBP含量 ATP/NADPH含量 光照强度 CO2浓度 条件改变 三碳酸合成速率 三碳糖合成速率 RuBP合成速率 ATP/NADPH合成速率 光照强度 CO2浓度 NADPH ATP 2C3 1C5 三碳糖 多种酶 参加催化 1CO2 C3还 原 C5的再生 外界条件改变，光合作用物质含量变化以及光合速率变化 含量变化分析方法：瞬时分析法 6CO2+12H2O 1C6H12O6+6H2O+6O2 光能 光合酶、光合色素 影响光合速率的因素？ 内因： 外因： 光合酶量、光合色素量 光照强度、CO2浓度、温度、水等 光合速率受环境因素的影响 光合速率：单位叶面积在单位时间内进行多少光合作用，比如释放多少氧气、消耗多少二氧化碳 丙酮酸 线粒体为叶绿体主要提供了 。 线粒体利用的O2来源？ 叶绿体为线粒体主要提供了 。 叶绿体利用的C O2来源？ CO2 O2和 葡萄糖等有机物 O2释放到外界 从外界吸收CO2 有机物积累 一、光对光合作用的影响 1.光照强度 光合作用强度 C D 光照强度 在一定范围内，随着光照强度的增强，光合作用强度增强； 达到一定值后，光照强度增加，光合作用强度保持不变。 光饱和点 ①规律描述？ ②C点限制因素？ 外因：CO2浓度、温度等 内因：酶的数量、色素的含量等 光合速率达到最大时的最小光照强度 ② AD段限制光合速率的因素？DE呢？ 光补偿点 呼吸速率 光饱和点 总光合速率 净光合速率 最大的光合速率 最少利用的光能 ①A、B、C、D各点的生物学含义？ 光合作用合成的有机物（产生O2/吸收CO2）正好补偿了呼吸作用消耗的有机物（产生CO2/吸收O2）的光照强度 E 其它条件不变，降低CO2浓度（不影响细胞呼吸），则B、C、D怎么移动？ B右移、C左移、D左下 2.光质（光的波长） 黄光 红光 绿光 CO2补偿点 呼吸速率 CO2饱和点 CO2浓度 CO2 吸收量 CO2 释放量 A B C D 二、 CO2对光合作用的影响 在农业生产中可通过合理密植、大棚通风和增施农家肥等措施增加CO2浓度，提高光合速率。 生产应用： 大气CO2浓度约0.035%，当增加至1%以内时，光合速率不断增加。 三、 温度对光合作用的影响 温度 光合速率 a b c 生产应用： 温室中白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物积累。 Mg： N： P： 根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光合速率。 四、 必需矿质元素对光合作用的影响 ②应用： ①原理： 叶绿素 叶绿素、酶、ATP、NADPH等 ATP、NADPH等 五、 水对光合作用的影响 水是光合作用的原料； 水是光合产物运输的介质； 水是细胞内良好的溶剂； 水为细胞内的化学反应提供液体环境。 ②应用： 合理灌溉 ①原理： 思考：以下各点的意义及原因 A点： B点： C点： D点： E点： F点： 1．绿色植物24 h内CO2的吸收(释放)量 A B C D E F G 24小时 CO2吸收量 CO2释放量 呼吸减弱-----气温降低。 光合开始，白天开始。 光合与呼吸强度相等，有机物开始积累。 光合减弱-----气孔关闭。 光合与呼吸强度相等，有机物积累最多。 光合停止，白天结束。 ①积累有机物时间段： ②制造有机物时间段： ③消耗有机物时间段： ④一昼夜有机物的积累量： 2．绿色植物24 h内有机物的“制造”、“消耗”与积累 A B C D E F G 24小时 P M N CO2吸收量 CO2释放量 ？ ？ ？ SP－SM－SN(SP、SM、SN分别表示P、M、N的面积) ？ O 消耗有机物 制造有机物 积累有机物 3.一昼夜CO2含量的变化曲线 若N点低于M点，有机物积累； 若N点高于M点，有机物减少； 若N点等于M点，有机物不变。 C点是CO2含量最高点， 光合速率等于呼吸速率。 E点是CO2含量最低点， 光合速率等于呼吸速率。 4.一昼夜O2含量的变化曲线 若N点低于M点，有机物减少； 若N点高于M点，有机物积累； 若N点等于M点，有机物不变。 E点是O2含量最高点， 光合速率等于呼吸速率。 C点是O2含量最低点， 光合速率等于呼吸速率。 甲图表示某植物在冬天24h内CO2吸收量变化曲线，乙图表示某植物在夏天24h内CO2吸收量变化曲线。乙图中AB段原因________，C点代表____， EF段原因是________；有机物含量最多的点___，含量最少的点____，CE段光合速率主要限制因素________，GH与甲图DE段的主要限制因素_________。乙图中F点与E点比，三碳酸含量_____（高或低），若温度相同，D点光照强度_____ H点。图甲中当该植物光合速率处于C点时，此时该植物叶肉细胞光合作用产生的O2有哪些去向？________。 温度降低， 呼吸速率减慢 光合作用 起点 气孔关闭， CO2吸收量下降 H D 光照强度 光照强度 低 低 注意：分析各曲线段变化原因 该细胞线粒体以及排出细胞外 Lavf57.58.101 $