5.4 光合作用的原理课件-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与应用，通过人工合成淀粉案例导入，系统梳理光反应（希尔反应、阿尔农反应等）和暗反应（卡尔文循环）的物质变化与能量转化，构建从实验探究到过程模型的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，通过鲁宾和卡门同位素实验分析、角色扮演构建光合作用模型等活动，强化物质与能量观。采用表格对比（光暗反应区别）、元素去向追踪等总结方法，帮助学生深化理解，教师可借助结构化资源提升教学效率。

本节聚焦 第4节 光合作用与能量转化 ——二 光合作用的原理和应用 第5章 细胞的能量供应和利用 1、光合作用是怎样进行的? 2、光合作用过程中物质变化与能量转化有什么关系? 3、光合作用原理在生产中有哪些应用? 1.上课，同学们好，请坐 2.今天我们带着两个问题，1光合作用是怎样进行的？2在光合作用的过程中物质变化与能量转化有怎样的关系，来学习光合的原理。 1 人工合成淀粉 1.我们先来观看一则人工合成淀粉的新闻。 2 一、光合作用的原理 光能 叶绿体 CO2 + H2O 1、概念：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳 和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 （一）光合作用 2、反应式： 3、本 质： 光能转变成淀粉中储存的化学能 人工合成淀粉 天津工业生物所的科学家们想到光能——电能——化学能的能量转变方式。 首先，光伏发电，将光能转变为电能，通过光伏电水解产生氢气，然后通过催化剂利用氢气将二氧化碳，还原生成甲醇，将电能转化为甲醇中储存的化学能，这个过程的能量转化效率超过10%，远超光合作用的能量利用效率。自然界中并不存在甲醇合成淀粉的生命过程。 通过挖掘和改造了来自动物、植物、微生物等31个不同物种的62个生物酶催化剂，最终优中选优，使用十个酶逐步将甲醇转化为淀粉。 （CH2O)+ O2 （二）探索光合作用原理的部分实验——光反应阶段 1、19世纪末 甲醛 糖 CO2 O2 C （CH2O） + H2O 2、1928年 甲醛对植物有毒，且甲醛不能通过光合作用转化成糖。 1、通过视频及我们初中的知识，我们知道了：光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。 2、从能量角度看，光合作用的本质是将太阳光能转化为淀粉中储存的化学能。 3、而天津工业生物所的科学家们基于植物光合作用的原理，经过不断地探索，最终人工合成了淀粉。科学家们通过学以致用以及勇于创新的精神，为农业的发展打开了新方向，也希望同学能站在巨人的肩膀上，创造出更多的“中国制造”去改变世界。 4、接下来，我们循着科学的科学的脚步，揭开植物光合作用的神秘面纱。 5、19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，C02分子的C和O被分开，氧气被释放，C与水结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。 6、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。 7、释放的氧气来自水还是二氧化碳，二氧化碳又如何一步步转化成糖类，其中光具体又有什么用途？ 3 （二）探索光合作用原理的部分实验——光反应阶段 3、希尔反应：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CO2）, 在光照下可以释放出氧气。像这样，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。 相关信息：水分解为氧和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子e-。电子经传递，可用于NADP +与H +结合形成NADPH。 5、阿尔农反应：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957 年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 H2O O2+H+ 光 类囊体 NADP++H++2e- NADPH 酶 类囊体 ADP+Pi+能量 ATP 酶 类囊体 物质变化1：__________ _______________________________ 物质变化2：__________ _______________________________ 物质变化3：__________ _______________________________ 水的光解 合成[H] 合成ATP 任务一：2min 1、请同学认真阅读教材整合资料清单中的希尔反应，阿尔农反应及相关信息3则资料； 2、写出3个化学反应式表示资料中相关物质的变化； 3、尝试利用资料关键字词，给3个反应式取适合的名称。 4 （二）探索光合作用原理的部分实验——光反应阶段 3、希尔反应：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CO2）, 在光照下可以释放出氧气。像这样，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。 相关信息：水分解为氧和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子e-。电子经传递，可用于NADP +与H +结合形成NADPH。 5、阿尔农反应：1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957 年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 H2O O2+H+ 光 类囊体 NADP++H++2e- NADPH 酶 类囊体 ADP+Pi+能量 ATP 酶 类囊体 物质变化1：__________ _______________________________ 物质变化2：__________ _______________________________ 物质变化3：__________ _______________________________ 水的光解 合成[H] 合成ATP P103讨论: 1.希尔的实验说明光合作用产生氧气来自? 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.尝试用示意图来表ATP的合成与希尔反应的关系。 答：水 答：能说明。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。 思考：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？ 能量转化1： 光能 NADPH、 ATP中活跃的化学能 5 请同学观察实验装置，两组实验中不同的处理是？ 相同的处理有哪些？1min （二）探索光合作用原理的部分实验——光反应阶段 4、鲁宾和卡门：用________________研究光合作用中氧气的来源 同位素示踪法 等量且适宜的小球藻 相同且适宜的光照强度 不同的处理： 第1组通入C18O2和H2O 第2组通入CO2和H218O 相同的处理： 因变量： 自变量 无关变量 释放氧气的类型 结果： 第1组 第2组 C18O2 H218O O2 18O2 光合作用产生的O2来自于H2O，不来自CO2。 实验思路 实验装置 结论： 6 实际上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要_________，这些化学反应可以概括地分为_______和_________（现在也称为碳反应）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______才能进行，这个阶段叫作__________阶段，光反应阶段是在_________的薄膜上进行的。 光能 光反应 暗反应 有光 光反应 类囊体 （二）探索光合作用原理的部分实验——光反应阶段 任务二：2min 1、请同学认真阅读教材整合资料清单中的卡尔文实验及相关资料； 2、写出2个化学反应式表示资料和相关信息中物质的变化； 3、尝试利用资料关键字词，给2个反应式取适合的名称。 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。 7 资料1：绿叶通过气孔从外界吸收的CO2在特定酶的作用下， 与C5 (一种五碳化合物)结合，这个过程称作CO2的固定。 一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子。 资料2：在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶作用下经一系列的反应转化为糖类； 另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与CO2的固定。这样，暗反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。 物质变化2：__________ _______________________________ 物质变化1：__________ _______________________________ 6、卡尔文实验：20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻(一 种单细胞的绿藻)做了这样的一个实验：用经过14C标记的 14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了 14CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的。 2 C3 CO2+ C5 酶1 CO2的固定 C3 酶3 NADPHATP C3的还原 酶4 C5 酶2 （ CH2O ） （二）探索光合作用原理的部分实验——暗反应阶段 能量转化2： 光能 [H] 、 ATP中活跃的化学能 糖类中稳定的化学能 8 实际上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。根据是否需要_________，这些化学反应可以概括地分为_______和_________（现在也称为碳反应）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 ______才能进行，这个阶段叫作__________阶段，光反应 阶段是在_________的薄膜上进行的。 光能 光反应 暗反应 有光 光反应 类囊体 （二）探索光合作用原理的部分实验——暗反应阶段 暗反应阶段光合作用第二个阶段中的化学反应，__________都能进行，这个阶段叫作_________阶段，暗反应阶段的化学反应是在_______________中进行的。 有没有光 暗反应 叶绿体的基质 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。 9 （三）光合作用过程模型的构建 活动一：角色扮演，同桌为1组，A同学讲解员，B同学评价员 1、 A同学讲解光合作用的光反阶段和暗反应阶段，讲解内容涉及 1）两个阶段的物质变化 2）两个阶段的能量转化 3）两个阶段的场所、反应需要的条件； 2、 B同学及时对A同学讲解的光合作用过程进行评价； 活动二：拖动左右两边的相关物质等，共同补充完成光合作用过程模型的构建。 可见光 H2O 吸收 光解 多种酶 (CH2O)糖类 CO2 酶 酶 酶 （场所： ） （场所： ） 光反应 暗反应 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ADP+Pi ATP O2 NADP+ 酶 固定 H+ NADPH 类囊体薄膜 类囊体薄膜上 的色素分子 叶绿体基质 2C3 ? C5 还原 能量 能量 还原 ? 这两位同学非常全面的给我们讲解了，光合作用的原理，即在叶绿体的类囊体上进行光反应，水在光下分解产生什么？对是氧气★，利用类囊体上色素吸收光能将ADP和★磷酸生成ATP★，同时，NADP+★和氢离子和电子生成NADPH★。暗反应发生在叶绿体的基质中。CO2和C5反应生成C3★为CO2的固定。C3接受光反应产生的ATP和NADPH，被还原成C5★或糖类。大家是不是都填对了？光合作用的原理我们就学习到这里。 10 （四）光合作用过程模型的运用——总结1、总结2、总结3、总结4 思考：结合光合作用过程图，独立思考分析，并将写出下列四小题的答案。 1.光反应、暗反应正常进行需的条件分别有？ 2.暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？ 3.若用放射性同位素标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的 转化途径。 4.夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中 C3和C5会发生怎样的变化？ 11 （四）光合作用过程模型的运用——总结1：光反应和暗反应的区别 项目 光反应 暗反应 物质变化 能量变化 条件 场所 1.水的光解： 2.合成ATP ： 1. CO2的固定： 2. C3 的还原： ATP、NADPH中活跃的化学能 糖类中稳定的化学能 光能 有没有光都可以，多种酶 光合色素、光、酶 类囊体薄膜 叶绿体基质 H2O O2+[H] 光或酶 ADP+Pi+能量 ATP 酶 CO2＋C5 2C3 酶 2C3 糖类+C5 酶、ATP NADPH 12 （四）光合作用过程模型的运用—总结2：光、暗反应物质和能量的联系 思考：结合光合作用过程图，独立思考分析，并将写出下列四小题的答案。 2.暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？ 提示　不能， 因为在黑暗条件下不能进行光反应， 暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。 13 （四）光合作用过程模型的运用—总结2：光、暗反应物质和能量的联系 项目 光反应 暗反应 物质 联系 相关物质移动途径 能量 联系 合成的ATP和NADPH 供应暗反应C3的还原 暗反应为光反应提供了 ADP、Pi和NADP+ 为暗反应提供了 活跃的化学能 将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。 类囊体薄膜 叶绿体基质 NADPH、ATP NADP+和ADP、Pi 14 （四）光合作用过程模型的运用—总结3：光合作用各种元素的去向 思考：结合光合作用过程图，独立思考分析，并将写出下列四小题的答案。 3.若用放射性同位素标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的 转化途径。 提示　14CO2―→14C3―→(14CH2O) 15 （四）光合作用过程模型的运用—总结3：光合作用各种元素的去向 总结3: H2O、CO2中各种元素的转化途径: H2O H： O： H2O NADPH (CH2O)糖类 H2O O2 CO2 C O： CO2 CO2 C3 C3 (CH2O)糖类 (CH2O)糖类 光能 叶绿体 H2O + CO2 （CH2O)+ O2 （四）光合作用过程模型的运用—总结4：外界环境改变，相关物质的变化 思考：结合光合作用过程图，独立思考分析，并将写出下列四小题的答案。 4.夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中 C3和C5会发生怎样的变化？ 17 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 光照不变 暗反应 C3 C5 NADPH ATP (CH2O) CO2浓度减少 1.合成减少 2.消耗不变 3.积累减少 4.合成不变 5.消耗减少 6.积累增多 减少 积累减少 （四）光合作用过程模型的运用—总结4：外界环境改变，相关物质的变化 分析思路 做题技巧 这一节我们讲了光合作用的原理，我们用光合作用原理的模式图来小结一下，看同学们能不能正确的填出来。首先，在叶绿体的类囊体上进行光反应，水在光下分解产生什么？对是氧气★，利用类囊体上色素吸收光能将ADP和★磷酸生成ATP★，同时，NADP+★和氢离子和电子生成NADPH★。暗反应发生在叶绿体的基质中。CO2和C5反应生成C3★为CO2的固定。C3接受光反应产生的ATP和NADPH，被还原成C5★或糖类。大家是不是都填对了？光合作用的原理我们就学习到这里。 18 分析思路 做题技巧 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 光照不变 暗反应 C3 C5 NADPH ATP (CH2O) CO2浓度减少 （四）光合作用过程模型的运用—总结4：外界环境改变，相关物质的变化 积累减少 积累增多 减少 光照不变 1.合成不变 2.消耗减少 3.积累增多 积累减少 1.先分析变化的因素影响的阶段；该阶段相关物质减少 2.C5、NADPH、ATP变化相同，三者与C3的变化相反 这一节我们讲了光合作用的原理，我们用光合作用原理的模式图来小结一下，看同学们能不能正确的填出来。首先，在叶绿体的类囊体上进行光反应，水在光下分解产生什么？对是氧气★，利用类囊体上色素吸收光能将ADP和★磷酸生成ATP★，同时，NADP+★和氢离子和电子生成NADPH★。暗反应发生在叶绿体的基质中。CO2和C5反应生成C3★为CO2的固定。C3接受光反应产生的ATP和NADPH，被还原成C5★或糖类。大家是不是都填对了？光合作用的原理我们就学习到这里。 19 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 光照不变 暗反应 C3 C5 NADPH ATP (CH2O) CO2浓度减少 CO2浓度增加 （四）光合作用过程模型的运用—总结4：外界环境改变，相关物质的变化 1.先分析变化的因素影响的阶段；该阶段相关物质减少 2.C5、NADPH、ATP变化相同，三者与C3的变化相反 1.合成增多 2.消耗不变 3.积累增多 4.合成不变 5.消耗增多 6.积累减少 增多 积累增多 这一节我们讲了光合作用的原理，我们用光合作用原理的模式图来小结一下，看同学们能不能正确的填出来。首先，在叶绿体的类囊体上进行光反应，水在光下分解产生什么？对是氧气★，利用类囊体上色素吸收光能将ADP和★磷酸生成ATP★，同时，NADP+★和氢离子和电子生成NADPH★。暗反应发生在叶绿体的基质中。CO2和C5反应生成C3★为CO2的固定。C3接受光反应产生的ATP和NADPH，被还原成C5★或糖类。大家是不是都填对了？光合作用的原理我们就学习到这里。 20 CO2浓度不变 光反应 NADPH ATP C3 C5 (CH2O) 光照减弱 光照增强 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 （四）光合作用过程模型的运用—总结4：外界环境改变，相关物质的变化 1.先分析变化的因素影响的阶段；该阶段相关物质减少 2.C5、NADPH、ATP变化相同，三者与C3的变化相反 这一节我们讲了光合作用的原理，我们用光合作用原理的模式图来小结一下，看同学们能不能正确的填出来。首先，在叶绿体的类囊体上进行光反应，水在光下分解产生什么？对是氧气★，利用类囊体上色素吸收光能将ADP和★磷酸生成ATP★，同时，NADP+★和氢离子和电子生成NADPH★。暗反应发生在叶绿体的基质中。CO2和C5反应生成C3★为CO2的固定。C3接受光反应产生的ATP和NADPH，被还原成C5★或糖类。大家是不是都填对了？光合作用的原理我们就学习到这里。 21 ATP NADPH ADP+Pi NADP+ C3 C5 O2 （四）光合作用过程模型的运用—总结4：外界环境改变，相关物质的变化 1.先分析变化的因素影响的阶段；该阶段相关物质减少 2.C5、NADPH、ATP变化相同，三者与C3的变化相反 检测：在适宜光照、CO2浓度和温度等条件下，植物释 放O2的量是均匀不变的，若此时只停止CO2的供应，光反应产生的O2___________(不变、逐渐减少或逐渐增多 逐渐减少 这一节我们讲了光合作用的原理，我们用光合作用原理的模式图来小结一下，看同学们能不能正确的填出来。首先，在叶绿体的类囊体上进行光反应，水在光下分解产生什么？对是氧气★，利用类囊体上色素吸收光能将ADP和★磷酸生成ATP★，同时，NADP+★和氢离子和电子生成NADPH★。暗反应发生在叶绿体的基质中。CO2和C5反应生成C3★为CO2的固定。C3接受光反应产生的ATP和NADPH，被还原成C5★或糖类。大家是不是都填对了？光合作用的原理我们就学习到这里。 22 注意1： 相关信息 （ P93页） NADH与NADPH的比较 NADH 是呼吸作用产生的还原型辅酶Ⅰ ，简写[H] NADPH是光合作用产生的还原型辅酶Ⅱ，简写[H] 注意2：相关信息 （ P104页） 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株各处。 注意2：相关信息（ P104页） C3是三碳化合物，即3-磷酸甘油酸； C5是五碳化合物，即核酮糖-1，5-二磷酸（______）； RuBP 23 $