5.4.2光合作用的原理和应用第1课时课件-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原理，系统阐述光反应与暗反应的物质变化、能量转换及总过程，通过核心追问“氧气来源”导入，结合希尔反应、鲁宾和卡门同位素实验等科学史，搭建从现象到本质的学习支架，衔接前后知识脉络。 其亮点在于以科学探究为主线，通过同位素示踪法（鲁宾和卡门实验）培养科学思维，卡尔文循环推导过程强化探究实践，对比表格呈现光暗反应联系渗透生命观念。学生能提升逻辑推理与解决问题能力，教师可借助丰富实验案例优化教学效率。

第4节，光合作用与能量转化 ——光合作用的原理和应用 第一课时 讲演人： 1 2 1 3 教学目标 光合作用的原理 总结与练习 CONTENT 目录 PPT模板 http:///moban/ 2 1 教学目标 模板来自于：第一PPT https:/// 3 教学目标 2. 通过分析光反应与暗反应的联系，提升识图分析、逻辑推理能力；能够运用光合作用原理，解释增产措施的原理，培养理论联系实际、解决生产问题的能力。 3. 体会科学家探究光合作用的科学历程，认同严谨求实的科学精神；关注光合作用在农业增产中的价值，树立学以致用、合理利用生物学规律改善生产的意识。 1. 阐明光合作用光反应、暗反应两个阶段的物质变化与能量转换，概括光合作用总过程，说出光合作用原理在农业生产上的应用。 4 2 光合作用的原理 5 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 （CH2O)+ O2 🤔 核心追问：反应式中释放的氧气(O₂)，氧原子究竟来自反应物中的水(H₂O)，还是二氧化碳(CO₂)？科学家是如何通过精巧的实验揭开这一谜底的？ 6 光合作用的原理 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。 （二）探索光合作用原理的部分实验 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。 7 光合作用的原理 H2O O2+H+ 光 类囊体 NADP++H++2e- NADPH 酶 类囊体 物质变化1： 物质变化2： 水的光解 合成[H] 希尔反应 结合实验现象，推导并补充希尔反应的物质变化核心表达式： O₂↑ H⁺ H₂O 光 + 叶绿体 Fe³⁺ 获得电子 Fe²⁺ 8 光合作用的原理 思考：希尔实验能证明氧气来自水，但能确定氧气全部来自水吗？ 答案是不能。该实验仅证明了水可产生氧气，但无法排除叶绿体中其他含氧化合物贡献氧元素的可能，也未直接追踪到氧原子的转移路径，因此无法确定氧的唯一来源。 探究：要精准证明氧气的氧是全部来自水还是二氧化碳，该用什么方法？ 方法：同位素示踪法。利用放射性同位素¹⁸O分别标记H₂O和CO₂，像给原子贴“追踪标签”，通过检测¹⁸O最终出现在O₂还是有机物中，即可精准确定氧的来源。 9 光合作用的原理 核心验证 思考：实验中产生的O₂与¹⁸O₂，相对分子质量之比是多少？ O₂的相对分子质量为32，¹⁸O₂的相对分子质量为36，二者之比为32:36 = 8:9。这一数值差异成为判定氧气来源的“分子指纹”。 实验结论：光合作用释放的氧气，其氧元素全部来自于水(H₂O)，而非二氧化碳。 1941年，鲁宾和卡门用同位素示踪法探究O₂来源 10 光合作用的原理 ADP+Pi+能量 ATP 酶 类囊体 物质变化3： 合成ATP 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。 阿尔农 希尔反应 鲁宾和卡门 O2中的氧原子可能不来自于CO2 11 光合作用的原理 光合作用的光反应阶段 场 所 条 件 物质变化 能量变化 光、色素、酶、水等 类囊体薄膜 水的光解： ATP的合成： NADPH的合成： H2O 光 色素 1/2O2 + 2H+ +2e- ADP + Pi + 能量 酶 ATP + H2O 酶 NADP+ + H+ +2e- NADPH ATP、NADPH中活跃的化学能 光能 产 物 O2、ATP、NADPH中活跃的化学能 叶绿体中的色素 可见光 吸收 H2O O2 光解 NADP+ NADPH 酶 ADP＋Pi ATP 酶 H+ 12 光合作用的原理 光合作用原理的探索——探究光合作用有机物的产生 【资料5】美国科学家卡尔文用含放射性的14C 标记的14CO2供小球藻进行光合作用，示踪 C 的转移路径。结果如下表所示： 请用符号和箭头表示碳的转移途径。 卡尔文的实验思路： 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。 14CO2 →14C3 ↗14C6 ↘14C5 光照时间 显现的稳定产物 光照0.3 s后 含14C 标记的C3（三碳化合物，3-磷酸甘油酸） 光照5 s后 含14C 标记的C3、C5（五碳化合物，核酮糖-1，5-二磷酸）和C6H12O6（葡萄糖） 13 光合作用的原理 不是，因为C3中有些含有一个14C原子，有些则不含14C原子。C5 1、C3中碳是否都来自于CO2，为什么？还可能来自哪种物质？ 卡尔文和他的同事实验时，发现形成的C3化合物有些含有一个14C原子，有些则不含14C原子；同时发现C3和C5的含量很快就饱和并达到稳定，而放射性的糖的含量却在不断的增加（ 注：植物光合作用中C5不能直接转化为C6H12O6），其中 C3和C5主要存在于叶绿体基质中。 叶绿体基质 2、以上实验结果暗示CO2生成C6H12O6等有机物的场所在哪里？ 14 光合作用的原理 请尝试用示意图来表示光合作用产生有机物的过程。 CO2 CH2O C3 CO2的固定 CO2＋C5 酶 2C3 C3的还原 2C3 酶 (CH2O)+C5 14CO2 →14C3 ↗14C6 ↘14C5 【资料】 C3中的碳原子一部分来自C5 以上阶段与光反应过程有怎样的联系？ 15 光合作用的原理 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2，NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。 光 NADPH ATP 分析阿尔农做的实验，你能得出什么结论？ 【资料7】美国科学家阿尔农进行了相关实验，实验过程和结果如表所示： 探究光反应与暗反应的关系 16 光合作用的原理 叶绿体 基质 光合作用的暗反应阶段 场 所 条 件 物质变化 能量变化 有光无光都进行(但要有光反应产物ATP和NADPH)、CO2、C5、酶等 叶绿体基质 CO2固定： C3的还原： ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 CO2＋C5 酶 2C3 2C3 酶 ATP、NADPH (CH2O)+C5 C5 2C3 NADPH ATP （CH2O） CO2 固定 卡尔文循环 还 原 17 光合作用的原理 光反应阶段 暗反应阶段 条件 光、色素、酶 不需光、多种酶、NADPH、ATP 场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 物质变化 水的光解产生[H]和O₂； ADP+Pi+能量→ATP CO₂固定；C₃的还原(生成糖类) 能量变化 光能 活跃化学能(ATP) 活跃化学能 有机物中 稳定化学能 联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP（能量与还原剂）；暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP⁺，二者相互依存，是一个不可分割的整体。 18 光合作用的原理 C5 2C3 （CH2O） CO2 固定 叶绿体基质 卡尔文循环 还 原 叶绿体中的色素 可见光 吸收 H2O O2 光解 NADP+ NADPH 酶 ADP＋Pi ATP 酶 H+ 类囊体薄膜 光反应 暗反应 光反应与暗反应的关系： ①光反应为暗反应提供ATP和NADPH； ②暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi； ③没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。 19 3 总结与练习 20 总结与练习 光合作用 概念 光合作用的过程 光合作用的原理的探索 光反应阶段 暗反应阶段 希尔 鲁宾和卡门 阿尔农 卡尔文 水的光解 NADPH 和 ATP 的合成 CO2 的固定 C3 的还原 CO2+H2O (CH2O)+O2 光能 叶绿体 反应式 21 总结与练习 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 D 22 谢谢 讲演人： 23 $