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与能量转化，涵盖色素提取分离实验、叶绿体结构功能及光合作用原理。以植物工厂情境导入，通过问题链衔接色素、结构到光合作用过程，搭建实验探究、科学史分析等学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，结合鲁宾和卡门同位素示踪实验等科学史培养科学思维，通过叶绿体结构与功能分析渗透生命观念。设置异常实验分析、条件骤变物质变化表格等，提升学生探究实践能力，也为教师提供结构化教学资源，助力高效教学。

5.4光合作用与能量转化 2026/1/9 ？ 问题探讨 你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。 1、靠人工光源生产蔬菜有什么好处？ 2、为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？ 用人工光源可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。 二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。 一、捕获光能的色素和结构 思考：白化苗能进行光合作用吗？为什么？ 不能。因为叶片细胞中缺少色素，无法进行光合作用制造有机养料，待种子贮存的养分耗尽就会死亡。 正常玉米能形成叶绿素，进行光合作用制造有机养料 绿叶中的色素可能与光能的捕获有关。 实验探究： 绿叶中色素的提取与分离 阅读教材P98“探究·实践”，思考以下问题： （1）提取、分离叶绿素的原理分别是什么？ （2）提取叶绿素时应选用什么样的材料？ （3）色素提取、分离时所用试剂及作用？ （一）提取色素实验 实验：绿叶中色素的 提取 和 分离 原理： 绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中色素 （二）分离色素实验 原理： 色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子随层析液在滤纸条上扩散得快；反之，则慢，因而可用层析液将不同的色素分离。 （纸层析法） (也可用95%乙醇+无水碳酸钠来代替) 层析液(20分60-90℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合，92号汽油也可代用。) 取材 研磨 过滤 收集滤液 漏斗基部放一块 ，将研磨液迅速倒入玻璃漏斗中进行过滤 加少许 ，再加入5-10mL ，迅速、充分地研磨 称取5g ,剪去主叶脉，剪碎,放入研钵中放入研钵中 新鲜绿叶 二氧化硅和碳酸钙 无水乙醇 单层尼龙布 试管收集滤液，及时用棉塞将试管口塞严，防止 ; 乙醇挥发和色素氧化 使滤液中色素含量高 （一）提取色素实验 实验：绿叶中色素的 提取 和 分离 1：色素提取时所用试剂及作用？ 2：研磨时应注意什么？原因是什么？ 研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。 3：过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 4：某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ 思考 二氧化硅 碳酸钙 无水乙醇 使研磨更充分 防止色素(叶绿素)被破坏 溶解色素 1）未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来； 2）称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小； 3）未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。 4)研磨不充分或研磨速度太慢，乙醇挥发，色素未能充分提取出来 大本104 滤液细线 层析液 （盖住，因层析液易挥发，有一定毒性） 层析液不能浸没滤液细线,防止色素溶解在层析液中 用 的定性滤纸制备滤纸条,剪去 ，在距离剪角一端 处用铅笔画一条细的横线。 毛细吸管吸取少量滤液 将适量的 倒入试管中 沿铅笔线画出一条细线（细、直、齐） 待滤液干后，再画一两次 将滤纸条轻轻插入 中 用棉塞塞紧试管口 两角 1cm 制备滤 纸条 画滤液 细线 分离色素 干燥 层析液 层析液 实验：绿叶中色素的 提取 和 分离 无水乙醇 层析液 （一）分离色素实验 叶绿素 类胡萝卜素 （含量约3/4） （含量约1/4） （蓝绿色） （黄绿色） （橙黄色） （黄色） 绿叶中色素的种类 （三）实验结果及分析： 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b ★正常结果及分析： 滤纸条上有几条色素带？分别是那些色素？ 色素的溶解度如何确定？ 色素的含量如何确定？ 扩散速度越快，则溶解度越大 色素带的宽度越宽，则含量越多 胡萝卜素（橙黄色） 叶绿素a (蓝绿色) 叶绿素b（黄绿色） 叶 黄 素（黄 色） 叶绿素 类胡萝卜素 3/4 1/4 从分离的色素得出： 1.含量最少的色素是 ；含量最多的色素是 。 2.溶解度最高，扩散速度最快的色素是 ；溶解度最低，扩散速度最慢的色素是 。 3.相邻两条色素带之间的距离最远的是 ，最近的是 胡萝卜素 叶绿素a 胡萝卜素 叶绿素b 实验结果及分析： 问题1: 除了用滤纸条分离色素外，还可以有其他的方法吗？ 胡萝卜素和叶黄素 叶绿素a和叶绿素b 1、制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？ 使层析液同步到达滤液细线，防止色素带不整齐 2、色素分离时，为何要注意层析液不能没及滤液细线？ 防止色素溶解于层析液中，不能分离。 画得细齐直：防止色素带重叠而影响分离效果。 待干后重复1~2次：增加滤纸上色素的量，使分离出的色素带清晰。 3、画滤液细线为什么要求细、齐、直，且待干后重复1~2次？ 请同学们思考、讨论以下问题 思考：请分离得到的色素带异常情况的原因。 ①滤纸条色素带重叠： ②滤纸条看不见色素带： 滤液细线不能达到细直齐的要求，造成色素带扩散不一致 滤液细线触碰到层析液中，色素完全溶解。 ③只出现胡萝卜素、叶黄素的色素带： 未加碳酸钙 大本104 这4种色素对光的吸收有什么差别？ 绿叶中的色素主要吸收红光和蓝紫光。 绿叶色素提取液 问题： 阳光(白光)在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。 1.叶绿素主要吸收： 2.类胡萝卜素主要吸收： 3.色素对______吸收最少 蓝紫光 绿光 蓝紫光、红光 注意：叶绿素具有传递、吸收和转化光能作用。 类胡萝卜素具有传递和吸收光能的作用。 光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。 请各小组思考、讨论以下问题，并分享答案： 1.叶片呈现绿色的原因是什么？ 叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。 2.温室或大棚种蔬菜时，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成，所以用无色的大棚塑料薄膜，植物可以获得更多的光能。 3.阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 4.为什么许多植物到了秋天叶子就变黄了？红叶是怎么回事呢？ 到了秋天，气温降低，叶绿素易分解，消失得很快，而胡萝素和叶黄素则比较稳定，所以叶子呈现黄色。 秋天时，叶绿素降解，同时枫叶液泡内的花青素在酸性环境下变红，使叶片显现出红色。 1．某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是(　　) A．① B．②④ C．①②③ D．①②③④ √ 大本104 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 17 3．(2023·江苏卷)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验的叙述，合理的是(　　) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 √ 大本104 这些色素存在于细胞的什么部位？ 问题式预习 任务型课堂 课后素养评价 18 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 叶片中的叶肉细胞 绿叶 叶肉细胞 亚显微结构模式图 叶绿体亚显微 结构模式图 基粒 (由类囊体堆叠而成) 外膜 内膜 基质 色素 与光合作用有关的酶 与光合作用有关的酶 叶绿体除了吸收光能外，还有什么功能？ 叶绿体内有众多的基粒和类囊体有何意义？ 极大地扩展了受光面积 分布： 叶绿体主要分布在绿色植物的叶肉细胞 形态： 一般呈扁平的椭球形或球形 资料1 恩格尔曼实验1 水绵结构 1、水绵 真核多细胞生物。特点：有细而长的螺旋带状叶绿体，分布在细胞中。 实验材料： 2、需氧细菌 需氧生物，在无空气环境下给予氧气，有趋氧性。 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 黑暗，没有空气，用极细的光束照射 完全暴光 照光与不照光处形成自身对照 需氧细菌只分布在叶绿体被光照射的部位 需氧细菌分布在叶绿体所有受光部位 完全曝光与黑暗形成自身对照 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 极细光束照射 完全光照 自变量： 因变量： 叶绿体是否光照 好氧细菌的分布 氧气是 释放的。 叶绿体是绿色植物进行 的场所。 叶绿体 光合作用 结论： 恩格尔曼的第二个实验示意图 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝光区域，为什么？ 资料1 恩格尔曼实验2 水绵的叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，用于光合作用，释放氧气。 叶绿体的功能 恩格尔曼实验：直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 之后研究发现：类囊体膜上和叶绿体基质中含有多种光合作用所必需的酶 叶绿体的功能：叶绿体能吸收光能，也是绿色植物进行光合作用的场所。 思考：1、恩格尔曼第一个实验在选材、实验设计上有什么巧妙之处？ 水绵的叶绿体大且呈螺旋式带状，便于观察。 需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 用极细的光速照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验。 临时装片完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 2、叶绿体的结构为什么适于进行光合作用？ 在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子，在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。 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 1.概念 注意：（CH2O）表示糖类，书写时一定要有括号。 判断： （1）绿色植物所有细胞都可以光合作用（ ） （2）只有绿色植物可以进行光合作用( ) 二、光合作用的原理和应用 小组根据实验内容思考讨论下列问题： 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都来自水？ 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？ 3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？ 2.探究 光合作用原理 的部分实验（102页） 2.探索光合作用原理的部分实验 ① 19世纪末 ② 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类。 二、光合作用的原理和应用 探究光合作用原理的部分实验 1928年 1937年 19世纪末 科学界普遍认为光合作用中C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 科学家发现甲醛不能通过光合作用转化成糖。 英国植物学家希尔(R.Hill)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氧气。 问题： 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都来自水？ 离体叶绿体 铁盐(或其他氧化剂) H2O 2H+ + O2 光照 希尔反应 水的光解 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？ 能，因为悬浮液中只有水，没有合成糖的另一种必需原料——CO2， 不能，该反应只能说明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。但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。 探究光合作用原理的部分实验 1928年 1937年 19世纪末 科学界普遍认为光合作用中C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 科学家发现甲醛不能通过光合作用转化成糖。 英国植物学家希尔(R.Hill)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氧气。 1941年 鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究光合作用中氧气的来源 实验：鲁宾和卡门实验 实验思路：用同位素示踪的方法来标记研究物质的去路 材料：小球藻 处理：用18O分别标记CO2和H2O，给予光照。 光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。 结论： 30 探究光合作用原理的部分实验 1928年 1937年 19世纪末 科学界普遍认为光合作用中C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 科学家发现甲醛不能通过光合作用转化成糖。 英国植物学家希尔(R.Hill)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氧气。 1941年 鲁宾和卡门用同位素示踪法，研究光合作用中氧气的来源。 20世纪 50年代 阿尔农发现，在光照下的叶绿体能合成ATP，后来发现这一过程总是与水的光解相伴随。 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。　 3、光合作用的原理 光反应 暗反应 光合作用的第一阶段，必须有光才能进行。 光合作用的第二阶段，有没有光都可以进行。 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两个阶段 请自主阅读课本P102-104页，完成以下问题。 每个阶段反应的条件、场所、物质变化、能量变化如何？ 水的光解 H2O O2 可见光 NADPH NADP+ ATP ADP+Pi 光反应阶段 （叶绿体类囊体薄膜） 一.条件 ： 二.物质变化： 三.能量转变： 1.水的光解： H2O O2+2H+ + 2e- NADP++H+ +2e- NADPH 光能 2.ATP的合成： ADP＋Pi +光能 ATP 酶 光、色素、酶 酶 类囊体薄膜 （含有色素） H+ 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能 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。 0 （14CH2O） 14CO2 214C3 C5 0 14C的转移途径是什么？ 14CO2―→14C3―→(14CH2O)＋14C5。 34 水的光解 H2O O2 NADPH NADP+ ATP ADP+Pi 多种酶 CO2 C3 C5 固定 原 （CH2O） 还 光反应阶段 （叶绿体类囊体薄膜） 暗反应阶段 （叶绿体基质） 一.条件 ： 二.物质变化： 三.能量转变： 有光无光都可，需多种酶 CO2的固定： C3的还原： CO2＋C5 2C3 酶 暗反应 类囊体薄膜 （含有色素） 可见光 ATP、NADPH中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能 2C3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH 能量 能量 O2 H+ NADPH NADP+ ADP+Pi ATP C3 C5 光合作用的原理填一填 物质联系 光反应 暗反应 提供NADPH、ATP 提供ADP、Pi和NADP+ （课本P106图） 36 O2 H+ NADPH NADP+ ADP+Pi ATP C3 C5 （课本P106图） 1.NADPH和ATP的移动途径是？ 从类囊体薄膜到叶绿体基质； 2.NADP+和ADP、Pi的呢？ 从叶绿体基质到类囊体薄膜； 3.NADPH的作用？ 活泼的还原剂；储存部分能量供暗反应阶段利用； 37 光合作用中元素的去向 ①H的转移： 3H2O → NADP3H→ (C3H2O ) ②C的转移： ③O的转移： C18O2 → C3 →（CH218O） H218O → 18O2 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 过程 光反应 暗反应 场所 条件 酶、 、 多种酶 产物 NADPH、O2、ATP (CH2O) 能量 变化 光能转化为 中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→ 中稳定的化学能 联系 ① ②暗反应为光反应提供 。 类囊体薄膜上 叶绿体基质 光 光合色素 ATP和NADPH 光反应为暗反应供 。 ATP和NADPH ADP、Pi、NADP＋ 有机物 4.比较光反应与暗反应 1、停止光照后，暗反应能否长期进行？ 2、如果暗反应受到抑制，光反应会不会受影响？ 思考： 没有光反应，暗反应无法进行； 没有暗反应，有机物无法生成 ATP和 NADPH的合成会受到影响 5、条件骤变时物质含量的变化（大本109页） CO2浓度不变 光反应 NADPH ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 H2O CO2 NADPH O2 酶 多种酶 ADP+ Pi ATP C5 2C3 （CH2O） H2O 水的光解 形成ATP CO2的固定 C3的还原 积累、增加 消耗、减少 光照不变 暗反应 C3 C5 [H] ATP (CH2O) CO2浓度减少 CO2浓度增加 H2O CO2 NADPH O2 酶 多种酶 ADP+ Pi ATP C5 2C3 （CH2O） H2O 水的光解 形成ATP CO2的固定 C3的还原 积累、增加 消耗、减少 条件骤变时物质含量的变化（大本109页） NADPH、ATP和C5同增同减 C3和C5相反 $