5.4.2 光合作用的原理和应用（第1课时） 导学案 2025—2026学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学导学案聚焦光合作用的原理和应用，通过梳理希尔实验、鲁宾-卡门实验等经典科学史，联系叶绿体结构知识，为光反应、暗反应阶段学习及后续环境因素探究搭建支架，采用实验分析、资料阅读等形式引导学生构建知识体系。 导学案以科学史实验为线索，引导学生基于证据构建光合作用过程（科学思维），通过碳转移途径分析、物质含量变化模型构建等培养探究实践能力，物质与能量观贯穿始终（生命观念），习题设计注重情境分析与模型应用，助力学生深化理解。

5.4.2 光合作用的原理和应用 学案 一、明确目标 1.通过对光合作用光反应和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程；从物质与能量视角，阐明光合作用原理，认同人们对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。 2.设计实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。 3.关注光合作用原理农业生产上的应用。 2、 自学质疑+合作研学+激情展示 【任务一、探索光合作用原理的部分实验】 1．光合作用的概念 绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。化学反应式： 。 2．光合作用的实质：无机物→有机物；光能→有机物中的化学能 3．探索光合作用原理的部分实验 时间/发现者 内容 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， 被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有 作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937年 希尔（英国） 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 。 【思考】希尔实验能否确定 O2全部来自H2O？ 1941年 鲁宾、卡门 （美国） 用 的方法，研究了光合作用中氧气的来源， ①H218O＋CO2→植物→ ； ②H2O＋C18O2→植物→ 。 光合作用释放的氧全部来自 。 （设计 实验） 注意：18O不具有放射性，不能通过检测放射性追踪氧元素的去路。 1954、1957年 阿尔农（美国） 在光照下，叶绿体可合成 ，这一过程总是与 相伴随。 用示意图表示ATP的合成与希尔反应的关系： 【任务二、光合作用的原理】 （一）光合作用的过程 1．光反应阶段 场所 条件 必须在 下进行 物质 变化 ①水的光解：H2O分解为 和 ；变化式 ②NADPH（ ）的合成： ③ATP的合成： 能量变化 → 和 中活跃的化学能 2．暗反应阶段 资料1：20世纪40年代，美国科学家卡尔文(M. Calvin)用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪放射性C的去路。向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。将光照时间逐渐缩短至几分之秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。在5秒钟的光照后，卡尔文等同时检测到了含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。 思考：你能否建立CO2、C3、C5和C6的转化关系？依据上述资料，请同学写出碳的转移途径。 资料2：卡尔文及其同事经过实验发现：①在光照下C3、C5的浓度很快达到饱和并保持相对稳定。②通过改变实验条件，发现C5化合物呈规律性变化：在光照下突然中断CO2供应，C5就积累起来，C3的浓度急速降低；突然停止光照时，C3的浓度急速升高，同时C5的浓度急速降低。卡尔文用9年时间揭示自然界最基本的生命过程,获得1961年诺贝尔化学奖。 思考：依据以上资料分析: ①CO2的受体是什么物质? ②光反应产生的NADPH和ATP用于暗反应哪一步? 请同学修正完善前面写出的碳转移途径，构建暗反应过程。 结合资料分析和课本知识，填写下述表格： 场所 条件 不需要色素和光，需要多种酶参与。 物质 变化 ①CO2的固定： ②C3的还原： ③ATP的水解；NADPH的分解。 能量变化 ATP和NADPH中 的化学能→ 等有机物中 的化学能 提醒：光合作用的产物有一部分是 ，还有一部分是 ， 可以进入筛管，再通过 运输到植株各处。 3．光反应与暗反应的联系 【思考】没有光暗反应能持续进行吗？ 光反应为暗反应提供 和 ； 暗反应为光反应提供 和 ； 两个反应阶段相辅相成，相互制约，密切联系。 NADPH在C3 还原过程中的作用：既提供 ，又作 。 ATP的移动方向？ ；ADP的移动方向？ 。 能进行光合作用的生物一定含有叶绿体吗？试举例说明 。 能产生ATP的细胞结构有哪些？① 、② 、③ 。 4．化能合成作用 （1）概念：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。 （2）实例：硝化细菌——同化作用类型： 生物 （绿色植物—— 型） ①能量来源：将 释放的能量（化学能）； ②反应物： ； ③产物： 。 【练学】植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行（　　） 【研学1】光合作用过程分析 1．总反应式 ①产物为（CH2O）： 【标注氧元素的 ②产物为C6H12O6： 来源和去路】 【思考】给某植物提供C18O2，一段时间后周围空气中的O2能否检测到18O？ 2．光合作用过程中三个重要的转移途径 ①H2O中O原子的转移途径是？ ②CO2中C原子的转移途径是？ ③能量转移途径是？ → 和 中活跃的化学能→ 等有机物中 的化学能 3．环境改变时光合作用各物质含量短时间内的变化分析（突然改变某条件，其他条件不变） 改变条件 NADPH和ATP的含量 C3含量 C5含量 （CH2O）合成量 模型分析（以时间为横坐标物质的量为纵坐标作图） 光照强度减弱 光照强度增强 CO2供应减少 CO2供应增加 注意：植物体内C3的含量高于C5，坐标系中出现两条曲线时，初始值大的即上方的曲线是C3，在改变条件时，二者的变化相反；NADPH和ATP的变化是一致的。 4．两种重要膜结构的辨析： 生理过程 膜结构名称 【练学】判断常考语句，澄清易混易错 （1）植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应（　　） （2）光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜（　　） （3）光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量（　　） 3、 总结提升 1 学科网（北京）股份有限公司 $