5.4 光合作用与能量转化（2）课件-2026-2027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及应用，从能量转变过程切入，衔接细胞能量供应，通过光反应与暗反应阶段划分、经典实验解析构建知识支架，为环境因素影响分析及化能合成作用学习奠定基础。 其亮点在于以生命观念中的物质与能量观为核心，结合鲁宾-卡门同位素示踪实验等培养科学思维，通过叶片上浮实验落实探究实践。采用“来源-去路”法和模型法分析物质含量变化，帮助学生深化理解，教师可直接用于教学提升效率。

光合作用与能量转化 (2) 光合作用的原理和应用 第5章 细胞的能量供应和利用 人教版高中生物必修1 孟德尔学长 光合作用与能量转化 (2) 光合作用的原理和应用 能量转变需经过哪些生理过程？ 光能 糖类等有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能 直接用于各种生命活动 ① ② ③ 光合作用 呼吸作用 ATP水解 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，是生物圈得以维持运转的基础。 因此，有人称光合作用是“地球上最重要的生物化学反应” 光合作用的原理 及相关实验 1 一、光合作用 1.光合作用的概念： 指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 二氧化碳和水 有机物 氧气 2.过程： CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 产物为葡萄糖时 6CO2 +12H2O C6H12O6 + 6H2O+6O2 光能 叶绿体 (CH2O)表示糖类 二、探索光合作用原理的部分实验 科学家总结出光合作用的反应式。 CO2 + H2O （CH2O）+O2 光能 叶绿体 CO2 O2 C + H2O 甲醛 多个缩合 糖类 很多年来，人们一直以为： 甲醛 → 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类。 1.19世纪末 1937年，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。 2.希尔反应 只有H2O没有CO2 离体的叶绿体悬浮液 O2 只有H2O没有CO2 离体的叶绿体悬浮液 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为希尔反应 4Fe3+ （或其他氧化剂）+ 2H2O 4Fe2+ + 4H+ + O2 光能 叶绿体 （1）希尔反应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？ 不能。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。 （2）希尔的实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能。因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 思考·讨论 8 3.鲁宾、卡门实验 （1）实验假设： （2）实验方法： 氧气中的氧元素全部来自H20 同位素示踪 （3）实验思路及结果： 同位素18O分别标记H2O和CO2, 变成H218O和C18O2。 讨论（3）实验结论： 光合作用释放的O2中的O元素全部来自于H2O A B C18O2 CO2 H2O H218O 光照下的 球藻悬液 O2 18O2 材料4：1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验： 在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 结论：在光照时，叶绿体中生成了ATP。 尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系？ 4. 阿尔农实验 ADP＋Pi ATP 酶 H2O O2 + NADPH+ 能量 光照 叶绿体 讨论（4）： 实际上，光合作用十分复杂，根据_____________，这些化学反应可以概括地分为_________和_________两个阶段； （暗反应现在也称 ________） 是否需要光能 光反应 暗反应 碳反应 三、光合作用的过程 1.光反应阶段: 光合作用第一阶段的化学反应，必须有光才能进行。 1.场 所： 2.条 件： 水的光解： 2H2O O2 + 4H+ 光能 色素 ATP的合成： 3.物质变化： 4.能量变化： 光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能 ADP＋Pi ATP 酶 光能 NADPH的合成： H++NADP + NADPH 酶 类囊体薄膜 （色素、酶） ADP+Pi ATP H2O O2 NADP+ 酶 光能 光解 H+ NADPH 酶 （只能用于暗反应阶段） 类囊体薄膜 光照、光合色素、酶 CO2是如何转变为糖类的呢？ 卡尔文等用小球藻做试验研究： 用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环（暗反应阶段） 在1961年获得 诺贝尔化学奖 同位素标记法 CO2 C3 (CH2O) C5 2.暗反应阶段: 光合作用第二阶段的化学反应，不直接依赖光。 ADP+Pi ATP NADP+ 能量 C5 2C3 叶绿体基质 多种酶 (CH2O) CO2 固定 还原 酶 NADPH 酶 1.场所： 多种酶、CO2、ATP、NADPH 2.条件： 叶绿体基质中 3.物质转化 CO2的固定： CO2＋C5 2C3 酶 C3的还原： NADPH和ATP中活跃的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能 2C 3 (CH2O)+C5 酶 ATP、NADPH NADPH的分解： NADPH H++NADP + 酶 ATP的分解： ATP ADP＋Pi ＋能量 酶 4.能量变化： 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 孔隆教育 http://mykonglong.taobao.com 14 光反应为暗反应提供________________________, 暗反应为光反应提供_________________________. （相互影响、相互制约，两者都不能长期独立进行） 联系： ATP和NADPH ADP和Pi、NADP+ NADPH 1.3H的转移: 2.14C的转移: 3.18O的转移： 3H2O (C3H2O ) 光反应 暗反应 （14CH2O） 14CO2 CO2的固定 14C3 C3的还原 （CH218O） 18O2 H218O 光反应 C18O2 C3 CO2的固定 C3的还原 14C5 四、元素的转移 1.“来源－去路”法 CO2浓度不变 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） 光照减弱 光照增强 减少 减少 减少 减少 增加 增加 增加 增加 五、环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 17 光照不变 C3 C5 （CH2O） NADPH、ATP CO2浓度减少 CO2浓度增加 增加 增加 增加 增加 减少 减少 减少 减少 18 NADPH、ATP C3 C5 （CH2O） CO2浓度不变 光照减弱 减少 增加 减少 减少 CO2浓度不变 光照增强 增加 减少 增加 增加 光照不变 CO2浓度减少 增加 减少 增加 减少 光照不变 CO2浓度增加 减少 增加 减少 增加 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 2.模型法 ①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP、（CH2O） C3 C5、NADPH、ATP、（CH2O） C3 ③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 ④图4中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。 C5、NADPH、ATP C3、（CH2O） C3、（CH2O） C5、NADPH、ATP 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。 例如：硝化细菌的 化能合成作用 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 六，化能合成作用 自养生物 异养生物 如人、动物、真菌及大多数的细菌。 光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌） 化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌） 以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。 只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 探究环境因素对光合作用强度的影响 3 1.实验原理 （2）根据单位时间小圆形叶片浮起的数量的多少 ， 探究光照强度与光合作用强度的关系。 ①自变量 光照强弱 ②因变量 光合作用强度 叶片含有空气 上浮 抽气 细胞间隙充满了水 叶片下沉 光合作用 产生O2 O2充满细胞间隙，叶片上浮 光照 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 26 2.材料用具 打孔器、注射器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶 3.实验步骤 （1）打孔：用直径为0.6cm的打孔器打出圆形小叶片30片， 打孔时避开大叶脉。 大叶脉部分含有的叶绿体少。该实验中所取的叶片大小和生理状态应该是相同的，打孔时要取叶片的相同部位。 27 （2）将圆形小叶片置于注射器内，注射器内吸入清水，待排出注射 器内残留的空气后，用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉 动活塞，使圆形小叶片内的空气逸出。重复2～3次。处理后的 叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。 （3）将处理过圆形小叶片放入清水中，黑暗保存，小圆形叶片全部沉到水底。 （4）取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。（1%~2%的NaHCO3溶液）提供CO2。 （5）分组实验：分别将10片叶圆片投入3只盛20mLNaHCO3的 小烧杯中并调整5W台灯距离（10、20、30cm）。 吸收光的热量，避免光照对水温产生影响。 中间盛水玻璃柱的作用： 项目　 　 烧杯　 　 小圆形叶片 加富含CO2 的清水 光照强度 叶片浮起数量 1 10片 20 mL 强 多 2 10片 20 mL 中 中 3 10片 20 mL 弱 少 （6）观察并记录结果 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。 4.实验结论 本实验中的数值并不代表真正的光合速率，而是光合作用的净积累值，即光合作用与细胞呼吸的差值。 31 光合作用的原理合应用 2 二、光合作用强度 是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造有机物的量来衡量。（即光合作用速率） 2.表示方法： 原料的消耗量 或 产物的生成量 单位时间内光合作用产生 __________ 的量； 单位时间内光合作用产生__________的量； 单位时间内光合作用消耗（固定）_______的量； 有机物（糖类） O2 CO2 总光合速率 理解区分总光合速率和净光合速率 总光合速率的表示方法 糖类的产生量 O2产生量 CO2消耗（固定）量 净光合速率的表示方法 糖类的积累（储存）量 O2释放量（释放到外界） CO2吸收量（从外界吸收） 例如：不论有无光照时，呼吸作用均会进行。 当无光时，只进行呼吸作用。 当有光时，同时进行呼吸作用和光合作用。而光合作用产生的氧气和糖类能够被呼吸作用消耗利用，同理呼吸作用产生的二氧化碳也能够被光合作用利用。 呼吸作用和光合作用的底物和产物可以在线粒体与叶绿体之间交换循环。 所有最终有机物的增加量是光合作用产生的有机物总量减去呼吸作用消耗的, 才能被植物积累储存。所以将有机物（糖类）的积累量用以表示净光合速率。 O2释放量和CO2吸收量同理。 线粒体 叶绿体 O2 释放O2 （可以测得） 叶肉细胞 CO2 吸收CO2 （可以测得） 总(真)光合速率 = 净光合速率 ＋ 呼吸速率 糖类的产生量 = 糖类的积累量 + 呼吸作用消耗的糖类 O2产生量 = CO2消耗（固定）量 = CO2吸收量 + 呼吸作用释放的CO2 O2释放量 + 呼吸作用消耗的O2 （CH2O） （CH2O） 光合作用强度 35 影响光合作用的因素： 光照强度 【光照时间、光质(光的颜色或光的波长)】 CO2的浓度 温度 水 矿质元素（N、Mg等影响合成叶绿素） 外因： 内因： 酶的种类、数量，色素的含量，叶龄不同 (影响酶的活性) 影响光合作用的因素： 1. 光照强度对光合速率的影响 原理： 注意：当光合速率和呼吸速率综合分析时，只考虑有氧呼吸，且一般情况下默认呼吸速率不变。 光照强度 A B 吸收 CO2 C 0 释放 CO2 光照强度通过影响植物的光反应，制约NADPH和ATP的产生，进而影响暗反应； A点含义： 只进行呼吸作用 此点对应的CO2释放速率表示呼吸速率； O2 CO2 光照强度 A B 吸收 CO2 C 0 释放 CO2 AB段含义： 随光照强度增强，光合作用强度逐渐增强， 此段 呼吸速率＞光合速率 ； 在这段中，细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，其余释放出细胞； 光合作用生成的O2全部用于呼吸作用，其余从外界吸收； O2 CO2 CO2 O2 光照强度 A B 吸收 CO2 C 0 释放 CO2 光合作用速率＝呼吸作用速率； 呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，光合作用产生的O2全部用于呼吸作用； 不与外界发生气体交换。 (光照至少在B以上，植物才能正常生长) B点含义： 净光合速率___0 ＝ CO2 O2 光补偿点 光照强度 A B 吸收 CO2 C 0 释放 CO2 BC段含义： 随光照强度加强，光合作用强度不断加强，此段光合强度＞呼吸强度； 呼吸作用释放的CO2全部用于光合作用，其余从外界吸收； 光合作用生成的O2一部分用于呼吸作用，其余释放出细胞； B点之后均为：光合强度＞呼吸强度 O2 CO2 CO2 O2 光照强度 A B 吸收 CO2 C 0 释放 CO2 光照强度 A B 吸收 CO2 C C点含义： 植物光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。 0 C点制约其上升的因素为CO2浓度，温度。 释放 CO2 光饱和点 CO2 吸收量 CO2 释放量 光照强度 O A C 光补偿点 光饱和点 B 净光合速率 呼吸速率 总（真）光合速率 应用：①合理密植；间作套种 ②阴雨天适当补充光照，及时对大棚除霜消雾。 43 光合速率___呼吸速率 光合速率___呼吸速率 1.光-光照强度 净光合速率___0 净光合速率___0 ＜ ＝ 只有呼吸 ＜ ＝ 光合速率___呼吸速率 ＞ 净光合速率___0 ＞ O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 CO2 O2 A点 CO2 O2 （1）叶片上浮的原因 ➺本实验中的数值并代表的是净光合速率 补充拓展：叶片要浮起要满足 光合作用产生的O2量大于呼吸作用消耗的O2量,释放氧气到叶肉细胞间隙，等间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 即光合速率要大于呼吸速率 O2 CO2 CO2 O2 46 (1)细胞呼吸对应点(A点)的移动： 细胞呼吸增强时， 细胞呼吸减弱时， 环境改变对A、B、C三点的影响 A点： A点下移 A点上移 D (2)光补偿点(B点)的移动 ①条件改变对光合作用有利时，光补偿点应_______移。 ②条件改变对光合作用不利时，光补偿点应______移。 (3)光饱和点(C点)的移动 ①条件改变对光合作用有利时，光饱和点C点应_______移，D点____________________ ②条件改变对光合作用不利时，光饱和点C点应_______移，D点____________________ 左 右 右 左 上移的同时右移 下移的同时左移 D （1）土壤中缺镁时， A点：___________， B点：___________， C点：___________， m点：___________。 基本不动 右移 左移 下移 若已知植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为：25℃和30℃ 如图：在25℃，一定光照强度下，某植物光合作用曲线。在相应条件变化时，相关点如何移动？ 针对训练 m （2）温度升高到30℃时， A点：___________， B点：___________， C点：___________， m点：___________。 下移 右移 左移 下移 若已知植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为：25℃和30℃ 如图：在25℃，一定光照强度下，某植物光合作用曲线。在相应条件变化时，相关点如何移动？ 针对训练 补充：阴生植物和阳生植物 阴生植物 阳生植物 阴生植物呼吸作用较弱，对光的利用能力也不强。 阳生植物是指在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽和弱光条件下生长发育不良的植物称阳性植物。 阴生植物是指在弱光条件下比强光条件下生长良好的植物。 在较低光照下，阴生植物的光合作用强度大于阳生植物，可能是阴生植物的基粒较大，类囊体较多，色素较多，有利于吸收光能； 阴生植物叶绿素b含量含量相对较高，叶绿素a相对含量低 51 B点： CO2饱和点; 达到最大光合速率的最小CO2浓度； A点： CO2补偿点;（表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度）； A′点：进行光合作用所需CO2的最低浓度， （CO2太少是无法被固定的，因此积累到一定量，才会启动光合作用） 2.CO2浓度对光合速率的影响 B′点=B点 应用:1.多施有机肥或农家肥 (微生物分解产生CO2) 2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等 3.大田中还要注意通风透气 3. 温度对光合速率的影响 最适温度下植物光合作用最大，植物体内的酶最适温度在40~50℃之间。 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低，光合速率会减弱。 应用： 1.适时播种 2.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温 (增大昼夜温差) 3.植物“午休”现象；温度过高，气孔关闭，导致CO2 吸收量减少 （中午温度过高，植物为减少水分由于蒸腾作用的流失，会关闭部分气孔，导致CO2 吸收量减少） 在一定范围内，随着自由水含量的增加，细胞代谢开始加快，光合速率也随之加快。 4. 水含量对光合速率的影响 （1）原理： 水是光合作用的原料，缺水可直接影响光合作用。 水直接影响气孔的开闭，间接影响CO2进入 （缺水会导致气孔关闭，限制的CO2吸收，间接影响光合作用） 55 MN 和 PQ： NA 和 EP： A/E点： AB ： BC： CD ： DE： 一天中积累有机物最多的点： 只进行细胞呼吸 温度降低，气孔张开，吸收的CO2增加 光合速率＜呼吸速率 光补偿点，光合速率=呼吸速率 光照增强，光合速率明显加快 E点 光照减弱，光合速率明显变慢 开放环境中CO2浓度与时间关系的模型： 温度升高，气孔关闭，吸收的CO2减少 密闭容器内CO2浓度与时间关系的模型： 趋势分析： ①AB段：玻璃罩内CO2浓度上升，细胞呼吸速率大于光合作用强度或者只进行细胞呼吸。 ②BC段：玻璃罩内CO2浓度下降，光合作用强度大于细胞呼吸速率。 ③CD段：玻璃罩内CO2浓度上升，细胞呼吸速率大于光合作用强度或者只进行细胞呼吸。 ④B、C点光合作用强度等于细胞呼吸速率。 一天中积累有机物最多的点： C点 下图表示的是密闭容器内_______浓度与时间关系的模型： 一天中有机物积累最多的点是：_____点 e点 O2 练习与应用 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。 ( ) ✘ ✓ ✘ 练习与应用 60 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 练习与应用 61 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+ 练习与应用 62 3、下图是夏季晴朗的白天，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： （1）7～10时的光合作用强度不断增强原因： （2）12时左右的光合作用强度明显减弱原因： （3）14～17时的光合作用强度不断减弱原因： 光照强度不断减弱 光照强度不断增强。 温度过高，为减少水分蒸发，气孔部分关闭，CO2的吸收量减少，光合作用强度减弱。 练习与应用 63 (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。 适当增大光照强度和CO2浓度、适当控制温度。 练习与应用 64 THANKS Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $