5.4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能量转化，以“叶子概念车”情境导入引发思考，通过希尔、鲁宾-卡门、卡尔文等经典实验史展开，结合任务式学习引导学生构建光反应与暗反应阶段模型，形成从现象到本质的知识脉络。 其亮点在于情境导入激发兴趣，实验探究培养科学思维，如分析鲁宾-卡门实验中同位素标记设计，任务驱动促进探究实践，配套视频辅助理解光反应过程，强化物质与能量观。学生提升探究与知识应用能力，教师可直接利用结构化资源实施探究式教学。

SHENG WU XUE 光合作用的原理 第五章 光合作用和能量转化 情 境 上海科技馆的新能源汽车“叶子概念车”汽车上面形状如同一片绿叶，犹如流动的植物，可以利用阳光进行光合作用制造能量驱动汽车前进。 “叶子概念车”的工作原理模拟叶子的什么功能？它的动力从何而来? 本节聚焦 光合作用的过程和基本原理？ 掌握光合作用过程中物质变化与能量转化？ 光合作用模型构建？ 对比光反应和暗反应阶段的联系？ 【探索新知1】 一、光合作用的概念和反应式 概念：指绿色植物通过________，利用 ，把______________转化成储存着能量的 ，并且释放出_______的过程。   反应式： 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 场所 条件 原料 产物 产物 CO2*+H2O* (CH2O)+O2* 叶绿体 光能 思考：光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是 二氧化碳呢？ 有机物 光能 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务①】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： 19世纪末 CO2 O2 C + H2O 甲醛 （CH2O） 糖类 ？ 1928年 CO2 + H2O → O2 + H-CHO（甲醛）→ （CH2O） 毒害 ✘ 判断：你认为“甲醛说”合理吗？说出你的依据。 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务①】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： 1937年 希尔（R.Hill）--- 英国植物学家 ➊ 绿叶 ➋ 离体叶绿体悬液 [悬浮液中有H2O，无CO2] 研磨过滤 加入铁盐 或其他氧化剂 有气泡（O2）产生 希尔反应：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。 1.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？ 2.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， 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务①】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： （1）实验中应该标记什么元素？ （2）同一试管中能否同时标记CO2和水？ （3）两组实验中自变量如何设置？ 1941年 鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）--- 美国科学家 H2O C18O2 O2 18 O2 H2 18O CO2 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务①】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： （4）分析实验可得出什么结论？ （5）O2可释放后，H2O中剩下的H可能会变成什么物质？ 光合作用释放的氧全部来自水，不来源于CO2 1941年 鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）--- 美国科学家 2H2O 4H++O2+4e- 4H+ +4e- +4NADP+ → 4NADPH 电子传递 氧化型辅酶II 还原型辅酶II 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务①】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： 1954年 阿尔农（D.Arnon）--- 美国科学家 在光照下，向离体的叶绿体悬液中加入ADP、Pi等物质，会产生ATP。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解（希尔反应）相伴随。 H2O O2 光照 叶绿体 ADP+Pi+能量 ATP 上述三个实验共同表明了什么？ 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。　 ①条件： 光、 光合色素、 酶 ②场所： ③物质变化： 水的光解： ATP的合成： 叶绿体类囊体薄膜上 光能 ⑤能量转变： NADPH、ATP中活跃的化学能 ④产物： O2、NADPH、ATP 2H2O 4H++O2+电子（4e-） 光 ADP＋Pi +光能 ATP 酶 NADPH的合成： NADP++4H++电子（4e-）→ NADPH 酶 1 光反应阶段 10 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务②】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： ：光被类囊体薄膜捕获后将水分解成O2和H+, 形成ATP和NADPH 光反应阶段 于是光能转化为ATP和NADPH 中的化学能 CO2 (CH2O) CO2被利用，经过一系列反应生成糖类的过程 场所：叶绿体基质 暗反应阶段： 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务②】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： 1.请用符号和箭头表示碳的转移途径。 （1）光照5S后，检测到放射性的三碳化合物（C3），五碳化合物（C5）和糖类（CH2O） （2）光照0.5S后，检测到90%放射性出现在一种三碳化合物(C3)中 （3）随着实验进行，C3和C5的含量很快达到饱和并维持稳定，但含有放射性的糖类却不断增加。 （4）当停止CO2供应时，短时间内C3含量急剧下降，C5含量急剧升高。 20世纪40年代 卡尔文（M.Calvin）--- 美国科学家 3-磷酸甘油酸 核酮糖-1, 5-二磷酸（RuBP） 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务②】 探索光合作用原理的部分实验，分析实验结果： 0 （14CH2O） 14CO2 214C3 C5 0 20世纪40年代 卡尔文（M.Calvin）--- 美国科学家 用小球藻做实验：放射性14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，最终探明了二氧化碳中碳的去向，称为卡尔文循环。 ✽ 光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植物各处。 2C3 C5 NADPH ADP + Pi （CH2O） ATP 酶 CO2 还原 固定 卡尔文循环 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： ATP ADP+Pi 叶绿体的基质中 2C3 (CH2O)+C5 酶 NADPH 、ATP、酶 场所： 条件： 物质变化 能量变化: NADP+ NADPH 2 暗反应阶段 酶 NADP+ ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 14 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务③】 结合课本和视频，总结光合作用的过程： B A C E F NADPH ATP 光合色素 D G H C5 C3 ADP+Pi NADP+ O2 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ H+、e- 2.以下字母代表什么含义？（对应课本P106图） 释放能量 1.NADPH和ATP的移动途径是什么？ NADP+和ADP的移动途径呢？ 2.光反应产生的ATP和NADPH的作用？ 从类囊体薄膜转移到叶绿体基质; 从叶绿体基质转移到类囊体薄膜。 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务④】 结合课本图，拓展思考问题： ATP：只用于暗反应和叶绿体内的生命活动，不用于其他生命活动。 NADPH：①在C3的还原中作还原剂； ②为C3的还原提供能量 3.各元素的去向？ 4.若暗反应被阻断，植物能独立进行光反应吗？由此可见光反应和暗反应的关系是？ 不能 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务⑤】 结合课本图，拓展思考问题： ① C 的转移： CO2 → C3 →（CH2O） ② O 的转移： CO2 → C3 →（CH2O） H2O → O2 光反应为暗反应提供_______________； 暗反应为光反应提供_______________。 NADPH和ATP ADP、Pi和NADP+ 5.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是 。 6.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【任务④】 结合课本图，拓展思考问题： 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了H218O， 有氧呼吸第二阶段利用H218O生成C18O2， C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物 光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行 【例1】下列关于探究光合作用原理实验的叙述,错误的是(　　) A.恩格尔曼利用水绵和好氧细菌为材料,证明光合作用的场所是叶绿体 B.希尔证明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解,产生氧气 C.鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2,证明光合作用产生的氧来自水 D.阿尔农发现水的光解过程产生ATP 对点练习 D 【例2】下图为探究光合作用中氧气来源的实验示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比是(　　) A. 1∶2　 B. 2∶1 C. 8∶9 D. 9∶8 C 【例3】(2022·广东普宁)如图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法正确的 是(　　) A.结构A中的能量变化是光能转变为 NADPH和ATP中活跃的化学能 B.供给14CO2,放射性出现的顺序为CO2→C5→甲→C3 C.结构A释放的O2可进入线粒体中,参与有氧呼吸第二阶段的反应 D.如果突然停止CO2的供应,短时间内C3的含量将会增加 A 对点练习 项目 光照由弱变强、CO2供应不变 光照由强变弱、CO2供应不变 光照不变、CO2由少变多 光照不变、CO2由多变少 C3 C5 NADPH 和ATP ↓ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ 根据图中物质的来源和去路分析表格内各物质的相对含量在短时间的含量变化： 光照与CO2浓度变化引起的物质变化 【思维拓展】 过程 光反应 暗反应 场所 条件 、 和酶 多种酶 原料 、NADP+、ADP、Pi NADPH、ATP、 ； 产物 、ADP、Pi、NADP+ 物质 变化 ① : ② :ADP+Pi ATP ① :CO2+C5 2C3 ② :2C3 (CH2O)+C5 能量 转化 光能→ ATP和NADPH中活跃的化学能→ 【探索新知2】 二、光合作用的原理 【课堂小结】 ATP和NADPH中活跃的化学能 (CH2O)中稳定的化学能 类囊体薄膜 叶绿体基质 光 色素 H2O CO2 NADPH、ATP、O2 (CH2O) 水的光解 ATP的合成 CO2的固定 C3的还原 光合作用 概念 光合作用的过程 光合作用的原理的探索 光反应 暗反应 反应式 希尔 鲁宾和卡门 阿尔农 卡尔文 水的光解 NADPH 和 ATP 的形成 CO2 的固定 C3 的还原 CO2+H2O (CH2O)+O2 光能 叶绿体 SZ-LWH 课堂小结 SZ-LWH 教材P101 练习与应用 × √ D × 巩固练习 1．在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是（    ） A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 D 巩固练习 2．下列关于绿色植物的叙述，错误的是（    ） A．植物细胞在白天和黑夜都能进行有氧呼吸 B．植物细胞中ATP的合成都是在膜上进行的 C．遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降 D．植物幼茎的绿色部分能进行光合作用和呼吸作用 B 巩固练习 3．下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是（    ） A．光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能 B．红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a C．光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与 D．红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用 B 巩固练习 4．如图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。在图示结构上（   ） A．生物膜为叶绿体内膜 B．可完成光合作用的全过程 C．发生的能量转换是：光能→电能→化学能 D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动 C 巩固练习 5．下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是 A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生 B．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变 C．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短 D．离体的叶绿体质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应 D 巩固练习 6．类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是（    ） A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B．NADP+与电子（e-）和质子（H+）结合形成NADPH C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D．电子（e-）的有序传递是完成光能转换的重要环节 A 资料 光反应每吸收8mol光子，可贮存590KJ化学能。其中贮存在NADPH中的能量约为220KJ。 悬浮液中没有合成糖的原料CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示希尔反应是一个相对独立的反应阶段.给出光反应暗反应的概念 ATP合成酶 拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图 如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。 33 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 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 讨论：进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 自养生物：以无机物转变成为自身的组成物质。 化能合成作用（P106） 【思维拓展】 34 光合作用和化能合成作用的异同处： 相同处： 不同处： 都是将无机物转化成有机物，并储存能量 能量来源不同 光合作用： 化能合成作用： 光能 无机物氧化时释放的化学能 光能自养生物：绿色植物、蓝藻、光合细菌等 化能自养生物：硝化细菌、铁细菌、硫细菌 自养生物 异养生物：人、动物、真菌及大多数的细菌 同化作用 异化作用 需氧型：人、动物、醋酸菌等 厌氧型：破伤风芽孢杆菌、乳酸菌、蛔虫等 兼性厌氧型：酵母菌 代 谢 类 型 35 Lavf58.20.100 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.7.46 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $