5.4光合作用与能量转化课件-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“光合作用与能量转化”，涵盖捕获光能的色素、光合作用原理、影响因素及应用等核心内容。以“植物工厂”情境导入，结合光照、CO₂等影响因素及增产措施，引导学生从生活实际切入，通过实验、结构分析、过程模型构建形成“实验-原理-应用”的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与探究实践，以实验为核心展开教学。如详细分解“绿叶中色素提取分离”实验步骤，通过坐标图分析色素分布，结合恩格尔曼实验、鲁宾卡门同位素标记法培养科学思维。联系植物工厂增产措施体现生命观念，学生通过动手实验提升探究能力，教师可利用系统案例优化教学。

第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化 第五届花生 问题探讨P90 “植物工厂” 影响因素：光照、温度、湿度、CO2浓度和营养液成分等条件。 增产措施：增大昼夜温差、无色透明薄膜、补充蓝紫光和红光等。 第五届花生 黄化苗 白化苗 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 2.绿叶中的色素： 3.叶绿体的结构和功能： 4.恩格尔曼实验： 菠菜 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 （1）目的： （2）原理： （3）材料用具： （4）步骤： （5）结果： （6）结论： 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 （2）原理： ①提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂________中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。 ②分离原理：绿叶中的色素____一种，且都能溶解在______中；色素在层析液中的______不同。溶解度越高随层析液在滤纸上扩散得____，反之则慢。 越快 无水乙醇 不只 层析液 溶解度 纸层析法 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 （3）材料用具： 新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）；干燥的定性滤纸、试管、棉塞、试管架、研钵、玻璃漏斗、尼龙布、毛细吸管、剪刀、药匙、量筒(10mL)、天平等；无水乙醇、层析液、二氧化硅和碳酸钙。 第五届花生 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 (4)步骤： 提取色素——制备滤纸条——画滤液细线——分离色素 ①新鲜 剪去主叶脉 ②二氧化硅 碳酸钙 ③无水乙醇 ④单层尼龙布 塞严 溶解在无水乙醇中的色素 迅速、充分 第五届花生 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 （4）步骤： 提取色素——制备滤纸条——画滤液细线——分离色素 ⑤干燥的定性滤纸 ⑥剪去两角 ⑦细、直、齐 ⑧干后再画1～2次 ⑨层析液不能没及滤液细线 ⑩无水乙醇易挥发：研磨要快，滤液要用棉塞塞住，层析时加盖且应在通风良好的条件下进行，结束后尽快用肥皂将手洗干净。 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 （5）结果： 资料分析：色素溶解度由高到低分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b；含量由多到少分别是叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素则： 思考：滤纸条的色素带有几条？其宽窄分别如何？ 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） （5）结果： （6）结论： 培养皿盖 层析液 干燥定性滤纸 滤液细线 叶绿素b（黄绿色） 叶绿素a（蓝绿色） 胡萝卜素(橙黄色) 叶黄素（黄色） 低(__) 高(__) 慢 快 胡黄ab向前走，橙黄蓝黄颜色留 绿叶中色素有4种、含量不同、 吸收不同波长（颜色）的光。 类胡萝卜素 叶绿素 3/4 1/4 蓝紫光 红光 蓝紫光 第五届花生 第五届花生 叶绿素b 叶绿素a 叶黄素 胡萝卜素 思考：将滤纸条换成圆形滤纸的结果？如何用坐标图表示结果？ 色素相对含量 O 与滤液的距离（溶解度） 思考原因：四个柱子高度均降低；前两个柱子高度降低； 未出现四个柱子。 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 2.绿叶中的色素： （1）种类： （2）功能： （3）光谱： （4）吸收光谱： 吸收、传递、转化光能。 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 2.绿叶中色素： （3）光谱： （4）吸收光谱： 三菱镜 光带 阳光 阳光由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三菱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带。 ①方法：分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。 （被吸收的光区变暗） 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 2.绿叶中色素： （4）吸收光谱： ①方法： ②结果及结论： ③吸收光谱： 蓝紫光、红光 蓝紫光 注：①一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。 ②叶子呈现绿色：对绿光吸收少，叶绿素含量多。 第五届花生 ①水对红、橙光的吸收多于蓝、绿光； 红光、蓝紫光 蓝紫光、绿光 （到达深层的是短波长的光）。 第五届花生 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 1.实验：绿叶中色素的提取和分离 2.绿叶中的色素： 3.叶绿体的结构和功能： （1）分布： （2）结构： （3）功能： 叶肉细胞（根尖/表皮细胞无） 第五届花生 3.叶绿体的结构和功能： （2）结构：①光学显微镜：扁平的______或____。 ②电子显微镜：____膜，内部有许多____，基粒与基粒之间充满了____。 ③基粒由一个个______的__________________堆叠而成。 ④吸收光能的4种色素和光反应有关的酶就分布在__________； 暗反应有关的酶分布在___________。 ⑤叶绿体内的基粒和类囊体极大地扩展了________。 椭球形 球形 双层 基粒 基质 圆饼状 囊状结构（类囊体） 类囊体薄膜 受光面积 叶绿体基质 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 4.恩格尔曼实验： （1）材料及设计分析： ①水绵： ②需氧细菌： ③没有空气、黑暗： ④极细的光束与曝光： （2）现象及结论： 叶绿体呈螺旋带状，便于观察。 可确定释放氧气多的部位。 排除氧气和光的干扰。 对照实验；再一次验证。 叶绿体吸收光能释放氧气。 第五届花生 一、捕获光能的色素：（P97—101） 4.恩格尔曼实验： （1）材料及设计分析： （2）现象及结论： 水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光。 综上： 叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 第五届花生 二、光合作用的原理：（P102—104） 1.概念：指绿色植物通过______，利用____，把___和___转化成储存着能量的______，并且释放___的过程。 （1）反应式： （2）实质： 2.实验分析： 3.光合作用的过程： 叶绿体 光能 有机物 O2 CO2 H2O 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 合成有机物，储存能量。 第五届花生 时间 科学家 实验现象/结论 19世纪末 1928年 1937年 希尔 1941年 鲁宾、卡门 1954年 阿尔农 阅读课本P102-103的相关实验，完成表格。 第五届花生 1.概念： 2.实验分析： （1）19世纪末： （2）1928年： （3）1937年（希尔）： （4）1941年（鲁宾、卡门）： （5）1954年（阿尔农）： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 CO2 O2 C + H2O 甲醛 （CH2O） 糖类 ✘ 毒害 二、光合作用的原理：（P102—104） 第五届花生 2.实验分析：（3）1937年（希尔）： ➊ 绿叶 加入铁盐 或其他氧化剂 研磨 过滤 遮光 ➌ 离体叶绿体悬液 [悬浮液中有H2O，无CO2] [悬浮液中有H2O，无CO2] ➋ 离体叶绿体悬液 无气泡产生 有气泡(O2)产生 结论：离体叶绿体在适当条件下可发生水的光解、产生氧气。 （希尔反应） 第五届花生 质疑促进科学发展：希尔反应 1.是否支持细胞是生命活动的基本单位？P8（1T） 2.是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？ 3.光合作用产生的氧气中的氧元素全都来自水？ 第五届花生 1.概念： 2.实验分析： （1）19世纪末： （2）1928年： （3）1937年（希尔）： （4）1941年（鲁宾、卡门）： （5）1954年（阿尔农）： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 CO2 O2 C + H2O 甲醛 （CH2O） 糖类 ✘ 毒害 二、光合作用的原理：（P102—104） 第五届花生 2.实验分析： （3）希尔： （4）鲁宾、卡门： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 水的光解可产生O2，与糖的合成不是同一个化学反应。 同位素标记法：O2中的O全部自H2O，而不是CO2。 第五届花生 2.实验分析： （3）希尔： （4）鲁宾、卡门：： （5）阿尔农： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 水的光解可产生O2，与糖的合成不是同一个化学反应。 同位素标记法：O2中的O全部自H2O，而不是CO2。 资料分析：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。这一过程总是与水的光解相伴随。 在光照时，叶绿体中同时生成了ATP、氧气。 第五届花生 2.实验分析： （3）希尔： （4）鲁宾、卡门：： （5）阿尔农： （6）卡尔文循环： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 水的光解可产生O2，与糖的合成不是同一个化学反应。 同位素标记法：O2中的O全部自H2O，而不是CO2。 在光照时，叶绿体中同时生成了ATP、氧气。 0 （14CH2O） 14CO2 214C3 C5 0 综上：1.水的光解过程中会产生氧气，同时有ATP生成。 2.光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水。 3.氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应。 第五届花生 3.光合作用的过程： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 思考： 场所、条件、物质与能量变化。 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（碳反应）两个阶段。 第五届花生 （1）条件 （2）场所 （3）物质变化 （4）能量变化 ① ② ③ 第五届花生 叶绿体 光合色素 光反应阶段 ADP+Pi ATP H2O O2 光能 吸收 酶 光解 H+ NADPH NADP+ 光反应 类囊体薄膜 水的光解： ATP的合成： 光能 ATP、NADPH中活跃的化学能。 NADPH的合成： (1)场所： (3)物质变化 (4)能量变化： (2)条件： 2H2O O2 + 4H+ + 4e- 光 NADP+ + H+ + 2e- NADPH 酶 ADP + Pi + 能量 ATP 酶 光、光合色素、酶、H2o 第五届花生 （1）条件 （2）场所 （4）物质变化 （5）能量变化 ① ② （3）CO2去向 ① 0 （14CH2O） 14CO2 214C3 C5 0 不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。 第五届花生 叶绿体 光合色素 暗反应阶段 ADP+Pi ATP H2O O2 光能 吸收 酶 光解 H+ NADPH NADP+ 光反应 C5五碳化合物 2C3三碳化合物 (CH2O)糖类 固定 CO2 能 暗反应 还原 多种酶 叶绿体基质 CO2的固定： CO2 + C5 2C3 酶 C3的还原： NADPH、ATP中活跃的化学能 糖类等有机物中稳定的化学能 NADPH 、ATP 酶 2C3 C5 + (CH2O) 卡尔文循环 (1)场所： (3)物质变化 (4)能量变化： (2)条件： CO2、ATP、NADPH、酶 能 第五届花生 光合作用过程模型构建——《教材》P106 O2 ATP ADP、Pi NADPH NADP+ C3 C5 光和色素 第五届花生 NADPH、ATP NADP+、ADP、Pi ①长时间无光暗反应不能进行，缺少光反应提供的NADPH、ATP。 ②若突然停止光照或CO2，其他条件不变的情况下C3、C5、NADPH、ATP、(CH2O)的量如何变化？ t 浓度 0 1 2 － － C3 C5 第五届花生 三、自养生物=光能自养+化能自养（P106） 1.光能自养： 2.化能自养：自然界中少数种类的细菌（eg：硝化细菌）能够利用体外环境中的某些______氧化时所释放的____来制造______。 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 有机物 无机物 能量 硝化细菌 铁细菌 硫细菌 第五届花生 第五届花生 四、光合作用原理的应用：（P105） 1.光合作用强度： （1）概念：__________通过光合作用制造____的数量。 （2）表示方法： （3）影响因素： ①内因： ②外因： 2.实验——探究光照强弱对光照强度的影响： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 单位时间内 糖类 O2的产生量/CO2的消耗量 CO2浓度、H2O；光照：强度、时间、光质；温度。 酶、色素的含量。 第五届花生 CO2浓度 水分 光 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 气孔开闭情况 影响 因素 第五届花生 1.光合作用强度： 2.实验——探究光照强弱对光照强度的影响： （1）实验原理： （2）材料用具： （3）方法步骤： （4）结果、结论： 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 叶片含有空气上浮 抽气 叶片下沉 叶片上浮 光合作用产生O2 O2充满细胞间隙 数量时间 第五届花生 2.实验——探究光照强弱对光照强度的影响： （2）材料用具： 第五届花生 第五届花生 （3）方法步骤： 打出圆形小叶片30片 黑暗保存叶片 抽出叶片的气体 叶片均分为3组 分别置于强、中、弱光下 观察、记录 思考：排气方法；黑暗；富含CO2；LED灯：冷光源；自变量（温度、CO2浓度、光质）控制方法。 （4）实验结论： 注意：叶片上浮的原因：V(光）＞V(呼），所以测定的是V(净）。V(光)? 叶片上浮时间 光照强度 第五届花生 四、光合作用原理的应用：（P105） 1.光合作用强度： 2.实验——探究光照强弱对光照强度的影响： 3.光合作用和呼吸作用的联系： 呼吸作用： 光合作用： C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量 酶 6CO2 +12H2O+能量 C6H12O6+6H2O+6O2 酶 光能 叶绿体 CO2 + H2O （CH2O）+ O2 第五届花生 3.光合作用和呼吸作用的联系： 呼吸作用： 光合作用： （1）物质联系： ①C：14CO2 ②H：3H2O ③O：18O2 （2）能量联系：光能 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量 酶 6CO2 +12H2O+能量 C6H12O6+6H2O+6O2 酶 （14CH2O） 14C3H4O3 14CO2 NADPH [H] 3H2O （C3H2O） H218O 18O2 ATP中 有机物中 ATP中+热能 第五届花生 3.光合作用和呼吸作用的联系： 呼吸作用： 光合作用： （3）公式： ①呼吸速率=CO2产生量（O2消耗量）=有机物的消耗量 ②光合速率=CO2____量（O2____量）=有机物的____量 ③净光合速率=光合速率-呼吸速率 =CO2量____（O2____量）=有机物的____量 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2 +12H2O+能量 酶 6CO2 +12H2O+能量 C6H12O6+6H2O+6O2 酶 吸收 释放 积累 制造 消耗 产生 光合速率的测定方法：先将装置置于黑暗环境中测定呼吸速率（如O2的消耗量），再置于一定光照强度下测定净光合速率（如O2的释放量），最后将二者相加即为光合速率。 第五届花生 （4）光合速率的测定： ①装置瓶： ②黑白瓶法： ③半叶法： 第五届花生 4.光合作用的影响因素及应用： （1）关照强度： 光补偿点 光饱和点 思考：①若植物要正常生长则光照强度应_____。 ②若适当提高CO2浓度则三角形BCD____。 ③应用： 大于B 变大 适当提高光照强度、时间、阴阳生植物套种、合理密植等。 第五届花生 4.光合作用的影响因素及应用： （1）关照强度： （2）CO2浓度： 应用：适当提高CO2浓度（施用农家肥、干冰，正其行、通其风）。 第五届花生 4.光合作用的影响因素及应用： （1）关照强度： （2）CO2浓度： （3）温度： 大棚种植：增大昼夜温差 第五届花生 思考：一昼夜中CO2变化曲线： （1）自然界： （2）密闭容器中： 第五届花生 思考：多因子的影响： 应用：温度适宜时，适当提高光照强度， CO2浓度。 第五届花生 4.光合作用的影响因素及应用： （1）关照强度： （2）CO2浓度： （3）温度： （4）矿质元素： （5）水： 光合酶（N）、NADP+和ATP（N、P)、叶绿素（Mg）K：促进运输 合理施肥 预防干旱、合理灌溉 第五届花生 4.光合作用的影响因素及应用：内因 （1）叶龄：适当摘除老叶、残叶 农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶保证植物及时换新叶，同时可降低其呼吸作用消耗有机物。 叶绿体（叶绿素） 第五届花生 4.光合作用的影响因素及应用：内因 （1）叶龄：适当摘除老叶、残叶 （2）叶面积指数：合理密植；适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长。 第五届花生 应用总结：增产措施 延长光合时间 增加光合面积 温室中人工光照、提高复种指数（轮作） 合理密植、间作套种 控制光照强度 控制光质 大棚薄膜无色、人工光源红光/蓝紫光 根据阴生/阳生选择适当光源 控制温度 增大昼夜温差（新疆水果为什么甜？） 控制CO2浓度 通风、增施农家肥、使用CO2发生器 控制必需元素供应 适时施肥（含农家肥） 控制水分供应 合理灌溉 第五届花生 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $