5.4.2 光合作用的原理和应用 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与应用，通过“旧知回顾”复习光合作用定义及反应式，以“氧气来源”等问题衔接希尔实验、鲁宾和卡门实验等探索历程，搭建从基础概念到深层原理的学习支架。 其亮点在于以实验探究为主线，渗透科学思维（同位素标记法、控制变量分析）和探究实践（构建碳转移途径），结合表格对比光反应与暗反应，问题链驱动条件改变对物质含量的影响分析，体现物质与能量观。助力学生深化理解，教师可高效开展结构化教学。

Principle and Application PHOTOSYNTHESIS 光合作用的 原理和应用 学习目标 1.通过对探索光合作用原理相关实验的资料分析，阐明光合作用的过程和基本原理。 2.通过表格归纳、概括，说明光反应和暗反应的区别与联系。 光合作用旧知回顾 光合作用 指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。 CO2 + H2O （CH2O)+O2 光能 叶绿体 反应式 光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？ 叶绿体是如何将光能转化为化学能？ 又是如何将化学能储存在糖类等有机物中的？ 其中(CH2O)表示糖类 3 探索光合作用原理的部分实验：P102 1 1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？ 2.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？ 阅读思考讨论第1-2段，思考下列问题： 不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验并没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接观察到氧元素的转移。 能够说明。希尔反应是将离体的叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有水，没有合成糖的另一种必须原料二氧化碳，因此，可以说明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。 4 1.鲁宾和卡门用了什么科学方法？此方法的好处？ 2.实验中的自变量是什么？其他变量如何处理？ 3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？（课本中问题3） 光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水，而并不是源于二氧化碳。 阅读思考讨论第3段，思考下列问题： 同位素标记法，可追踪物质的运行和变化规律，弄清化学反应的详细过程。 同位素氧原子的标记位置不同 其他变量应保持相同且适宜 光照射下的 小球藻悬液 CO2 H2O C18O2 H218O 18O2 O2 5 19世纪末 甲醛→糖 1928年 甲醛对植物有毒 不能通过光合作用转化成糖 1937年 希尔反应 水的光解产生氧气 1941年 鲁宾和卡门 同位素标记法光合作用氧气来自于水 1954年 阿尔农 光照下叶绿体合成ATP 该过程总是与水的光解相伴 探索光合作用原理的部分实验历程 6 4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 阅读思考讨论第4段，思考下列问题： 2H2O O2 + 4H+ + 能量 光能 叶绿体 ADP+Pi ATP 7 上述实验表明， 光合作用释放的氧气中的氧元素来自水；氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。　 总结 光合作用 根据是否需要光能， 将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。 光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫光反应阶段。 场所：类囊体的薄膜上 暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有光无光都能进行，这个阶段叫暗反应阶段。 场所：叶绿体基质中 9 光合作用--光反应阶段 光反应 阅读课本P103，尝试写出光反应过程中物质和能量的变化。 物质转化 水的光解： ATP的合成： 2H2O O2+4H+4e- 光 色素 NADPH的合成： 光能 能量转变 ATP、NADPH中活跃的化学能 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 NADP+ + H+ +2e- NADPH 酶 10 光合作用--光反应阶段总结 类囊体薄膜上 的色素分子 可见光 ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 吸收 光解 H+ NADPH 酶 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 条件： 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+ 场所： 类囊体薄膜上 主要产物： O2、ATP、NADPH 11 知识拓展：光反应示意图 思考：CO2是如何变为有机物的？如果你想知道CO2中碳是如何变为有机物中碳，碳原子在这个过程经历了哪些变化，有什么方法吗? 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一秒时发现，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。 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。 光合作用--暗反应阶段总结 暗反应 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 能量 条件： 有没有光都可以，需多种酶、CO2、ATP、NADPH 场所： 叶绿体基质中 产物： （CH2O）、ADP 、Pi、NADP+ 思考：暗反应进行的场所及所需的条件、产物? 15 光合作用--暗反应阶段 暗反应 物质转化 CO2的固定： C3的还原： 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH ATP、NADPH中活跃的化学能 能量转变 有机物中稳定的化学能 CO2＋C5 2C3 酶 暗反应过程中物质和能量的变化： 16 光合作用--暗反应阶段 知识拓展：暗反应(碳反应)示意图 淀粉在叶绿体基质中合成 蔗糖在细胞质基质中合成 卡尔文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。 光合作用--总结 反应阶段 反应部位 反应条件 物质变化 能量变化 产 物 两阶段相同点 光合作用实质 光反应 暗反应 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质 叶绿体色素、酶、光能 酶 2H2O 4H+ +O2+4e 酶 ADP+Pi+能量 ATP 酶 CO2被固定C3被还原形成糖类等有机物 光能→活跃的化学能 活跃的化学能→稳定的化学能 NADPH、ATP、O2 ADP、Pi 、（CH2O ） 、C5 都包括物质变化和能量变化 把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来 ATP ADP+Pi+能量 酶 NADPH的合成 NADPH的分解 18 ①H的转移： H2O → NADPH → (CH2O ) ②C的转移： CO2 → C3 →（CH2O） ③O的转移： CO2 → C3 →（CH2O） H2O → O2 6CO2+12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+6H2O+6O2 光合作用中元素的转移 知识拓展 思考:植物突然改变光照,短时间内ATP,NADPH,C3,C5 和(CH2O)的变化？ 光照 减弱 光反应减弱 NADPH、 ATP↓ C3 还原受阻 CO2固定不变 C3消耗减少,合成不变 C5合成减少,消耗不变 C3↑ C5↓ 光照 增强 光反应增强 NADPH、ATP↑ C3 还原加快 CO2固定不变 C3消耗增加,合成不变 C5合成增加,消耗不变 C3↓ C5↑ 讨论：光合作用--物质变化 思考：白天突然减少CO2供应,短时间内ATP、NADPH、C3和C5的含量变化？ CO2 减少 暗反应减弱 CO2固定减弱 C3 还原不变 C5消耗减少，合成不变 C3合成减少，消耗不变 C3↓ C5↑ C3 还原减弱 光反应不变 ATP、NADPH消耗减少，合成不变 ATP、NADPH↑ 条件 C3 C5 NADPH ATP (CH2O) 合成量 光照减弱，CO2不变 光照增强，CO2不变 光照不变，CO2减少 光照不变，CO2增加 增加 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 减少 增加 减少 增加 增加 减少 减少 增加 5.当外界条件改变时，短时间内各种物质含量的变化： 减少 增加 增加 减少 C5、NADPH、ATP变化一致 C3与C5/NADPH/ATP变化相反 对光合作用有利合成增加， 反之减少 知识拓展 “模型法”表示C3、C5、NADPH和ATP的含量变化 补充：同化作用类型 自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身组成物质，并储存能量的一类生物。 异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存能量的一类生物 例如：人、动物、真菌、大多数细菌 例如：植物、蓝细菌（光合作用） 硝化细菌（化能合成作用） 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 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3+能量 硝化细菌 CO2+H2O （CH2O)+ O2 能量、酶 硝化细菌 25 达标测评 如图表示某植物的一个叶肉细胞及其相关生理过程示意图，下列说法中不正确的是（ ） A．图中的叶肉细胞呼吸释放的CO2量大于光合作用固定的CO2量 B．M中NADPH的运动方向是从叶绿体的类囊体到叶绿体的基质 C．M、N都能产生ATP D．真核细胞中都含有M、N，原核细胞中都不含M、N D 课后习题 练习与应用（P106） 一、概念检测 1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。 (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( ) (2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。( ) (3)影响光反应的因素不会影响暗反应。( ) √ × × 2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是（ ） A.CO2→叶绿素→ADP B.CO2→叶绿体→ATP C.CO2→乙醇→糖类 D.CO2→三碳化合物→糖类 D 3.根据光合作用的基本过程填充下图。 O2 2C3 CO2 C5 NADPH ATP ADP+Pi NADP+ 二、拓展应用 1.下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题。 (1)7-10时的光合作用强度不断增强的原因是: 因为在一定温度和二氧化碳供应充足的条件下,光合作用的强度是随着光照加强而增强的。 (2)10-12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是: 因为此时温度很高，蒸腾作用很强，为减少水分蒸发，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。 (3)14-17时的光合作用强度不断下降的原因是： 因为此时光照强度不断减弱。 (4)从图中可以看出，限制光合作用的因素有： 光照强度、温度 (5)依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。 根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 $