5.4 光合作用与能量转化 （第1课时）课件 2025—2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学课件聚焦光合作用的原理，系统呈现光反应与暗反应阶段的场所、条件、物质及能量变化，通过尼尔比较实验、希尔反应、鲁宾和卡门同位素标记实验、卡尔文循环等科学史探究，构建“问题提出—实验验证—结论总结”的学习支架，帮助学生衔接光合作用概念与过程机理。 其亮点在于以科学史为主线串联核心实验，渗透物质与能量观（生命观念），通过实验分析、模型构建（如元素转移路径、条件改变时物质含量变化模型）培养科学思维与探究实践能力。学生在亲历科学发现过程中深化对光合作用本质的理解，教师可借助结构化资料提升教学效率，落实核心素养培育。

第4节 光合作用与能量转化 二、光合作用的原理（第1课时） 第5章 细胞的能量供应和利用 一、光合作用的原理 概念：指绿色植物通过 ，利用光能，把 转化成储存着能量的有机物，并且释放出 的过程。   反应式： 。 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 CO2+H2O (CH2O)+O2 叶绿体 光能 光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O2 叶绿体 光能 探索光合作用中氧气的产生 一、光合作用的原理 【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（HCHO)，然后甲醛分子缩合成糖。 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。 一、光合作用的原理 【资料2】1931年，微生物学家尼尔（C.B.Van Niel）将细菌光合作用与绿色植物的光合作用加以比较，发现 CO2 + H2O （CH2O） O2 + 思考：①尼尔的发现是否支持“甲醛说”？ ②比较二者反应式，你认为O2的氧元素可能来源于哪种原料？ 植物： CO2 + 2H2S （CH2O） 2S + 硫细菌： 尼尔认为：二者有着共同的本质。 探索光合作用中氧气的产生 O2 H+ H2O 光照叶绿体 Fe3+ 得电子 Fe2+ 一、光合作用的原理 【资料3】1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。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。 探索光合作用中氧气的产生 根据资料，尝试补充完整希尔的实验表达式。 1.希尔实验能否说明水的光解与糖的合成不是一个化学反应？ 2.希尔实验说明水的光解产生氧气，能否确定氧气中的氧元素全部来自水？ 3.若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？ 不能，实验没有排除其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。 采用同位素标记法，可用18O分别标记H2O和CO2中的氧元素进行实验。 能说明 一、光合作用的原理 探索光合作用中氧气的产生 一、光合作用的原理 【资料4】1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验： 甲组 乙组 18O H218O C18O2 C18O2 H2O O2 H218O CO2 18O2 1.甲组和乙组实验形成一组什么实验？2.本实验可得出什么结论？ 对比实验 光合作用释放的氧全部来自水，不来源于CO2 探索光合作用中氧气的产生 一、光合作用的原理 【资料5】1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 1.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 H2 O O2 ＋NADPH ＋能量 光能 叶绿体 ADP ＋ Pi ＋ ATP 结论： 光照条件下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。 探索光合作用中氧气的产生 光合作用的光反应阶段 场所： 条件： 物质变化 能量变化 光、色素、酶、水等 叶绿体类囊体薄膜 ①水的光解： ②ATP的合成： ③NADPH的合成： H2O 光 色素 O2 + H+ + e- ADP + Pi + 能量 酶 ATP + H2O 酶 NADP+ + H+ + e- NADPH ATP、NADPH中活跃的化学能 光能 叶绿体中的色素 可见光 吸收 H2O O2 光解 NADP+ NADPH 酶 ADP＋Pi ATP 酶 H+ 一、光合作用的原理 阿尔农实验2： 离体叶绿体实验过程及结果 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) 结论：CO2转化成(CH2O)过程不需要光照，需要光反应提供NADPH和ATP 。 一、光合作用的原理 探索光合作用中有机物的产生 一、光合作用的原理 探索光合作用中有机物的产生 【资料1】美国的卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物（C3）中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的碳循环途径。 1.请用符号和箭头表示碳的转移途径。 14CO2 →14C3 ↗14C6 ↘14C5 2.如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，请说出可能的实验思路。 不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。 叶绿体 基质 有光无光都进行(但要有光反应产物ATP和NADPH)、CO2、C5、酶等 叶绿体基质 ①CO2固定： ②C3的还原： ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 CO2＋C5 酶 2C3 2C3 酶 ATP、NADPH (CH2O)+C5 C5 2C3 NADPH ATP （CH2O） CO2 固定 卡尔文循环 还 原 光合作用的暗反应阶段 一、光合作用的原理 场所： 条件： 物质变化 能量变化 C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸， C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 一、光合作用的原理 探究光反应与暗反应的关系 C5 2C3 （CH2O） CO2 固定 叶绿体基质 卡尔文循环 还 原 叶绿体中的色素 可见光 吸收 H2O O2 光解 NADP+ NADPH 酶 ADP＋Pi ATP 酶 H+ 类囊体薄膜 光反应 暗反应 ①光反应为暗反应提供ATP和NADPH； ②暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi； ③光反应停止后，暗反应很快也会停止。 阶段 光反应阶段 暗反应阶段 条件 产所 物质变化 能量变化 联系 光、色素、酶 不需光、酶、NADPH、ATP 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质中 ①水的光解； ②ATP、NADPH的生成 ①CO2的固定； ②C3的还原 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 ①光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP； ②暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+ 。 ATP、NADPH中活跃化学能→有机物中稳定的化学能 一、光合作用的原理 探究光反应与暗反应的关系 1.制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。 2.转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。 3.为有氧呼吸的生物提供氧气；维持大气中O2和CO2的平衡，从而缓解温室效应。 光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 4.形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。 5.对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气） 一、光合作用的原理 光合作用的意义 一、光合作用的原理 光合作用中元素的转移 NADPH 1.3H的转移 2.14C的转移 3.18O的转移 3H2O (C3H2O ) 光反应 暗反应 （14CH2O） 14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 （CH218O） 18O2 H218O 光反应 C18O2 C3 CO2的固定 C3的还原 叶绿体中的色素 一、光合作用的原理 光合作用中元素的转移 1.若有机物为(CH2O) 2.若有机物为C6H12O6 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+ 6O2+6H2O 条件 停止光照 CO2供应不变 突然光照CO2供应不变 光照不变 停止CO2供应 光照不变 增加CO2供应 C3 C5 ATP NADPH (CH2O) 结合光合作用过程图解，分析条件改变时，C3、C5、ATP、NADPH、(CH2O)含量变化。 减少 增加 减少 减少 减少 增加 减少 增加 增加 减少 减少 减少 增加 减少 减少 增加 增加 增加 增加 增加 拓展 环境改变时光合作用中相关物质的含量变化 1.过程分析法 叶绿体中的色素 拓展 环境改变时光合作用中相关物质的含量变化 2.“模型法” C3起始值高于C5（约是其2倍） ①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 拓展 化能合成作用 能够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的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌 3.进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 4.光合作用和化能合成作用的异同 同：把二氧化碳和水合成有机物 异：利用的能量不同（光能、化学能） 自养生物 光合作用的光系统及电子传递链 拓展 $