5.4光合作用和能量转化（二光合作用的原理和应用）导学案-2025-2026学年高一生物上学期人教版必修1
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摘要：
该高中生物学导学案聚焦光合作用的原理及应用，通过希尔实验、鲁宾和卡门实验等经典实验导入，引导学生从实验分析到光反应、暗反应阶段的概念建构，再到过程模型构建及影响因素应用，形成完整知识脉络，提供实验问题链、概念填空等学习支架。
以实验探究和模型构建为核心，融入科学思维（基于实验证据推理O₂来源、碳转移途径）和生命观念（物质与能量转化），通过元素转移分析、多因子影响曲线图等设计，提升探究实践能力，习题联系生产实际，帮助学生深化理解并学以致用。
内容正文：
5.4光合作用和能量转化（二光合作用的原理和应用)
光合作用的概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
光合作用的反应式：
【任务一】建构概念——光反应
一、探索光合作用原理的部分实验
1.希尔实验
(1)根据课本资料2，尝试补充完整希尔的实验表达式。
(2)希尔实验可以证明O2来自H2O ，能否确定O2全部来自H2O？
不能，没有排除叶绿体中其他物质干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。
(3)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。希尔反应是叶绿体离体状况下完成的，因此，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。
2.鲁宾和卡门的实验
（1）图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少?
图中A、B物质是氧气,均来自反应物中的H2O。A、B物质分别为O2、18O2,二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。
（2）鲁宾和卡门用了什么科学方法？此方法有什么好处？
同位素标记法，可追踪物质的运行和变化规律，弄清楚化学反应的详细过程
（3）实验中自变量是什么？其他变量应该如何处理？
自变量是标记的物质，除同位素氧原子的标记位置不同外，应保持相同;
（4）分析鲁宾和卡门的实验，你能得出什么结论？
光合作用释放的氧气来自于水，不来自CO2
3.阿尔农的发现（实验1）
(1)根据课本资料4中实验得出什么结论？
光照下，水光解同时ADP和Pi合成ATP。
(2)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？
二、光合作用光反应阶段
1.根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为：光反应和暗反应（也叫碳反应）。
2.光合作用的光反应阶段
产所：类囊体薄膜(基粒)
条件：光、色素、酶、水等
物质变化：
能量变化：
产物：O2、ATP、NADPH中活跃的化学能
【任务二】建构概念——暗反应
1.卡尔文实验
思考：阅读教材104页第三段请用符号和箭头表示碳的转移途径，预测卡尔文实验结果。
碳的转移途径：
预测结果：14C先出现14C3，最后出现14C5、14C6
2.光合作用的暗反应阶段
产所：叶绿体基质
条件：有光无光都进行(但要有光反应产物ATP和NADPH)、CO2、C5、酶等
物质变化：
能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
【任务三】尝试构建光合作用过程模型
思考1：总结光合作用过程中的能量的转移途径：
光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 →有机物中稳定的化学能
思考2：分析光反应和暗反应之间的联系？
光反应为暗反应提供ATP、NADPH,
暗反应为光反应ADP、NADP+；二者相互依存，相互制约；
没有光反应，暗反应不能进行；
没有暗反应，光反应也不能长时间进行。
思考3：光合作用过程ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？NADPH、NADP+分别从哪里转移到哪里？
ATP、NADPH：从类囊体薄膜→叶绿体基质
ADP、NADP+：从叶绿体基质→类囊体薄膜
思考4：写出光合作用过程中以下元素的转移去向？
①H的转移：H2O → NADPH → (CH2O )
②C的转移：CO2 → C3 →（CH2O）
③O的转移：CO2 → C3 →（CH2O） H2O →O2
思考5：叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
细胞质基质、线粒体、叶绿体；光合作用产生的ATP一般只用于暗反应C3 的还原，细胞呼吸产生的ATP用于其他各项生命活动。
化能合成作用：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。
【任务四】光合作用原理的应用
一、光照强度
1.光照强度对光合作用的强度的影响（模型分析）
(1)以下代表的生物学意义分别是什么?
A：只进行呼吸作用
AB:光合作用强度<呼吸作用强度
B:光合作用强度=呼吸作用强度
BC:光合作用强度>呼吸作用强度
D : 光合速率开始达到最大时外界的光照强度
(2)OA段的含义是什么?其大小主要受哪种环境因素的影响?
0A段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响
(3) AC和CE段的限制因素分别是什么？
AC段限制因素：光照强度.CE限制因素：CO2浓度、温度等）
(4)若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃,这是在25℃测得的曲线,若温度升至30℃,曲线中A点、B点将如何变化?A点下移,B点右移
(5)若图为阳阴生植曲线图，请补充阴生植物曲线图？
(6)通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如甲图所示，图乙曲线中A点、 AB 段(不包括A、B两点)、B点、BC段(不包括B、C两点)在图甲中存在的过程有哪些(用图甲字母表示)?
A点：e，AB：c、d、e、f，B点：c、d，BC：a、b、c、d
(7)净光合速率是在光照条件下测量得出的，可以用CO2的吸收量、O2的释放量、有机物的积累量来表示。若曲线图中，A点对应的CO2释放量为-2，C点对应的CO2吸收量为5，则C点时，真正的(总)光合速率是7。
2.应用:①适当提高光照强度；②延长光合作用时间；③合理密植；④增加光合作用面积；⑤间作套种；⑥温室大棚使用无色透明玻璃；⑦补光----红光和蓝紫光。
二、CO2浓度对光合作用强度的影响
A点：对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。
B点：CO2补偿点光合作用速率＝呼吸作用速率
C点：对应的D点为CO2饱和点
C点之后光合速率的限制因素：主要为光照强度和温度。
应用：①多施有机肥或农家肥；②温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；③大田中还要注意通风透气“正其行,通其风”。
三、温度对光合作用强度的影响
原理1：温度通过影响酶的活性影响光合作用
AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率逐渐增大。
B点：最适温度下植物光合速率最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃。
BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率逐渐减小至几乎为零。
原理2：温度影响气孔的开闭：夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。
AB段：光合作用强度随光照强度逐渐增大而不断增强。
BC段：气温升高，导致气孔大量关闭，进入叶片组织的CO2减少，光合作用暗反应收到限制。
CD段：气温逐渐降低，气孔逐渐大量打开，进入叶片组织的CO2增多，光合作用强度增大。
DE段：光照强度逐渐减弱，光合作用强度减小。
应用：①适时播种；②温室栽培植物时：晴天增加昼夜温差，连续阴雨天白天和晚上均降温。
4、 矿质元素对光合作用强度的影响
N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分
P：NADPH和ATP的重要组分
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
P～Q的形成原因：矿质元素过多、土壤溶液浓度过高，植物渗透失水萎蔫。
应用：合理施肥
五、水分对光合作用的强度的影响
原理分析：①水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用。②缺水又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
应用：合理灌溉
六、叶龄和叶面积对光合作用强度的影响
应用：
①合理密植(增加光合作用面积)；
②适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；
③修剪以增加有效光合作用面积；
④适当摘除老叶。
七、多因子对光合作用强度的影响
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
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5.4光合作用和能量转化（二光合作用的原理和应用)
光合作用的概念：
光合作用的反应式：
【任务一】建构概念——光反应
一、探索光合作用原理的部分实验
1.希尔实验
(1)根据课本资料2，尝试补充完整希尔的实验表达式。
(2)希尔实验可以证明O2来自H2O ，能否确定O2全部来自H2O？
(3)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？
2.鲁宾和卡门的实验
（1）图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少?
（2）鲁宾和卡门用了什么科学方法？此方法有什么好处？
（3）实验中自变量是什么？其他变量应该如何处理？
（4）分析鲁宾和卡门的实验，你能得出什么结论？
3.阿尔农的发现（实验1）
(1)根据课本资料4中实验得出什么结论？
(2)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？
二、光合作用光反应阶段
1.根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为： 。
2.光合作用的光反应阶段
产所：
条件：
物质变化：
能量变化：
产物：
【任务二】建构概念——暗反应
1.卡尔文实验
思考：阅读教材104页第三段请用符号和箭头表示碳的转移途径，预测卡尔文实验结果。
2.光合作用的暗反应阶段
产所：
条件：
物质变化：
能量变化：
产物：
【任务三】尝试构建光合作用过程模型
思考1：总结光合作用过程中的能量的转移途径
思考2：分析光反应和暗反应之间的联系？
思考3：光合作用过程ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？NADPH、NADP+分别从哪里转移到哪里？
思考4：写出光合作用过程中以下元素的转移去向？
①H的转移：
②C的转移：
③O的转移：
思考5：叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？
化能合成作用：
【任务四】光合作用原理的应用
一、光照强度
1.光照强度对光合作用的强度的影响（模型分析）
(1)以下代表的生物学意义分别是什么?
A：
AB:
B:
BC:
D :
(2)OA段的含义是什么?其大小主要受哪种环境因素的影响?
(3)AC和CE段的限制因素分别是什么？
(4)若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃,这是在25℃测得的曲线,若温度升至30℃,曲线中A点、B点将如何变化?
(5)若图为阳阴生植曲线图，请补充阴生植物曲线图？
(6)通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如甲图所示，图乙曲线中A点、 AB 段(不包括A、B两点)、B点、BC段(不包括B、C两点)在图甲中存在的过程有哪些(用图甲字母表示)?
(7)净光合速率是在光照条件下测量得出的，可以用CO2的吸收量、O2的释放量、有机物的积累量来表示。若曲线图中，A点对应的CO2释放量为-2，C点对应的CO2吸收量为5，则C点时，真正的(总)光合速率是 。
2.应用:
二、CO2浓度对光合作用强度的影响
A点：
B点：
C点：
应用：
三、温度对光合作用强度的影响
原理1：温度通过影响 影响光合作用
AB段：
B点：
BC段：
应用：
原理2：温度影响气孔的开闭：夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。
AB段
BC段：
CD段：
DE段：
应用：
四、矿质元素对光合作用强度的影响
N：
P：
K：
Mg：
P～Q的形成原因：
应用：
五、水分对光合作用的强度的影响
原理分析：
应用：
六、叶龄和叶面积对光合作用强度的影响
应用：
七、多因子对光合作用强度的影响
应用：
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