5.4.2 光合作用的原理课件-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用的原理（第二课时） 人教版 生物学 必修1 SZ-LWH 1.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。（重点） 2.说明光合作用以及对它的认识过程。（难点） 1.生命观念：通过对光合作用过程的认识，建立起生物学的物质观和能量观。 2.科学思维：建构光合作用的光反应和暗反应的过程模型，理解二者之间的关系，培养科学建模的能力。 3.社会责任：通过了解人工淀粉合成过程，认同生物科学发展对社会发展的重要意义。（首课思政育人点） 学习目标 素养要求 课标要求 说明植物细胞的叶绿体从太阳中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖和氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 目标引领 SZ-LWH 自然界中的光合作用到底如何进行? 全球首创！中国科学家“凭空”制造淀粉！！ 首课思政育人 问题激疑 SZ-LWH 概念：指绿色植物通过________，利用光能，把______________转化成储存着能量的有机物，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 产物 原料 CO2+H2O* (CH2O)+O2* 叶绿体 光能 光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？ 我们先来分析科学家做过的一些实验。 产物 一、光合作用的概念和反应式 自主探究 SZ-LWH 二、光合作用的原理 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，O2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毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 CO2 O2 释放 C+ H2O 糖(CH2O) 多个缩合 甲醛 【初步判断】氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。 自主探究 SZ-LWH 资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。 铁盐等氧化剂 O2 只有H2O 没有CO2 离体的叶绿体悬浮液 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称作希尔反应。 4Fe3+ + 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 （HILL REACTION） 自主探究 SZ-LWH 讨论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？ 实验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转移。 讨论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？ 不能。 能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验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。 光合作用生成的O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？如何设计实验进行探究？ 延迟符 SZ-LWH 讨论3： ①实验形成一组什么实验？ ②本实验可得出什么结论？ 资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验： 对比实验 光合作用产生的 O2 来自于 H2O，不来自 CO2。 自主探究 SZ-LWH 资料3：1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 讨论4：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 ATP的合成场所 类囊体 H2O 光能 叶绿体 O2 + H+ + 能量 合成条件 需光（酶） ADP + Pi ATP 讨论5：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。　 延迟符 SZ-LWH 光合作用过程的示意图 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（现在也称为碳反应)两个阶段。 延迟符 SZ-LWH 尝试叙述光合作用的光反应过程 1.光反应阶段 类囊体薄膜上的色素分子 可见光 H2O O2 H+ 光解 ADP+Pi ATP 酶 酶 NADPH NADP+ 光反应阶段图解 相关信息 水分解为氧和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP+与H+结合形成NADPH。 NADP+ NADPH 氧化型辅酶Ⅱ 还原型辅酶Ⅱ 延迟符 SZ-LWH 光反应阶段 光、色素、酶 叶绿体内的类囊体薄膜上 水的光解： H2O O2 +H+ 光能 ATP的合成： ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP 酶 光能转变为活跃的化学能 场所： 条件： 物质变化 能量变化 NADPH的合成： H++NADP+ NADPH 类囊体薄膜上的色素分子 可见光 H2O O2 H+ 光解 ADP+Pi ATP 酶 酶 NADPH NADP+ 光反应阶段图解 自主探究 SZ-LWH 2.暗反应阶段 完善光合作用的示意图 暗反应阶段图解 NADPH NADP+ 酶 酶 ATP ADP+Pi C5 2C3 (CH2O) 糖类 CO2 CO2的固定 C3的还原 多种酶 延迟符 SZ-LWH 暗反应阶段 叶绿体的基质中 场所： NADPH 、ATP、酶 条件： CO2 的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3 的还原： ATP ADP+Pi 活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能 2C3 (CH2O) 酶 糖类 物质变化 能量变化： NADP+ NADPH 暗反应阶段图解 NADPH NADP+ 酶 酶 ATP ADP+Pi C5 2C3 (CH2O) 糖类 CO2 CO2的固定 C3的还原 多种酶 自主探究 SZ-LWH 尝试构建光合作用过程模型 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 合作解疑 SZ-LWH 光反应与暗反应的区别与联系 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应场所 反应条件 物质变化 能量变化 联系 ①光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 。 ②没有光反应，则暗反应 ，没有暗反应，光反应 。 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体基质中 需要光、色素、与光反应有关的酶 需要与暗反应有关的酶 光能转化为ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能 光 ADP + Pi + 能量 → ATP 水的光解 H2O → H+ + O2 合成NADPH NADP+ + H+ + e → NADPH 合成ATP 酶 CO2的固定 CO2 + C5 → 2C3 酶 C3的还原 C3 （CH2O） 酶 ATP、NADPH NADPH和ATP NADP+、ADP+Pi 无法进行 也不能进行 合作解疑 SZ-LWH 分析光反应和暗反应的关系,形成系统观 16 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度不变，光照减弱 光照不变，CO2浓度下降 减少 增加 减少 减少 增加 增加 减少 减少 ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？ ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜 正常进行光合作用的植物， 突然停止光照后，C3、C5、 [H] 、ATP含量如何变化？ 若突然停止CO2的供应呢？ 精讲点拨 SZ-LWH 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 硝化细菌 2HNO2+O2 2HNO3 + 能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 3.进行化能合成作用的生物属于自养还是异养生物？ 2.过程: 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 以无机物转变成为自身的组成物质。 （能够进行光合作用或者化能合成作用的生物） 自养生物： 异养生物： 4.光合作用和化能合成作用的异同 1.概念: 同：把二氧化碳和水合成有机物 异：利用的能量不同（光能、化学能） 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。 硝化细菌 硫细菌 铁细菌等少数种类的细菌 三、化能合成作用 延迟符 SZ-LWH 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 知识建构 SZ-LWH 1．检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查(　　) A．光合作用产生的水量    B．CO2的消耗量  C．植物体的叶绿素含量    D．植物体葡萄糖的氧化量 2.某科学家用含14C的二氧化碳来追踪光合作用中碳原子转移途径，能正确表示碳原子转移途径的是(　　) A．CO2→叶绿素→ADP    B．CO2→C3→葡萄糖   C．CO2→酒精→葡萄糖   D．CO2→叶绿素→ATP √ √ 巩固训练 SZ-LWH 3.光合作用过程的正确顺序是 ①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能 ④水的光解 ⑤三碳化合物被还原 A.④③②⑤① B.④②③⑤① C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤ 4.在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是 A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3上升 C.绿光，NADPH下降 D.绿光，C5上升 √ √ 巩固训练 SZ-LWH 下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：     (1)光合作用依据是否需要光，分为______________________两个阶段。 (2)图中D是___________，在叶绿体中合成D所需的能量来自___________。 (3)在“探究环境因素对光合作用的影响”活动中，正常光照下，用含有0.1％CO2的溶液培养小球藻一段时间。当用绿光照射该溶液，短期内小球藻细胞中C3的含量会__________(填“增加”“不变”或“减少”)。为C3还原提供能量的物质有哪些？______________________。 (4)在“光合色素的提取与分离”活动中，提取新鲜菠菜叶片的色素并进行分离后，滤纸条自上而下两条带中的色素合称为___________。分析叶绿素a的吸收光谱可知，其主要吸收可见光中的________________光。 巩固训练 SZ-LWH ATP合成酶 叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图 拓展延伸 SZ-LWH 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。 23 Lavf58.20.100 $