5.4光合作用与能量（3）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，涵盖元素转移路径、环境因素对光合物质含量的影响、光照强度探究实验、光合速率测定及化能合成作用等核心知识，通过元素追踪导入，衔接光反应与暗反应，搭建从基础原理到实际应用的学习支架。 其亮点在于运用“来源-去路”法、模型口诀等科学思维方法分析物质变化，结合叶圆片上浮实验培养探究实践能力，渗透物质与能量观。例如通过14C转移路径明确暗反应过程，实验设计详细规范，助力学生深化理解，也为教师提供系统教学资源，提升教学效率。

5.4 光合作用与能量转化 第3课时 第5章 细胞的能量供应和利用 光合作用中元素的转移 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 必修1 P104“相关信息”： C3是指三碳化合物—— 3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)。 2 III随后减弱 I暂时不变 II减弱 III暂时不变 Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原 光变弱 I变弱 NADPH↓，ATP↓ III变弱 II暂时不变 C3消耗↓，合成暂时不变 C3↑ C5合成↓，消耗暂时不变 C5↓ CO2供应减少 C3合成↓，消耗暂时不变 C3↓ C5消耗↓，合成暂时不变 C5↑ NADPH↑ ATP↑ 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 1.“来源－去路”法 P103 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 。 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 C5、NADPH、ATP C3 C5、NADPH、ATP C3 C3 C5、NADPH、ATP 口诀：5光、3碳正相关， 3与其他都相反 4 2.总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下， 间隔处理有机物的积累量多。 随着光照和黑暗的交替进行，光照和黑暗间隔处理组在光下产生的NADPH和ATP能够及时的利用和再生，从而促进了暗反应的进行。 1.光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量 的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间， 有机物还能继续合成。 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析 5 探究环境因素对光合作用强度的影响 探究光照强度对光合作用的影响 实验目的 实验材料 实验原理 探究光照强度对光合作用强度的影响 圆形的生长旺盛的绿色小叶片 （1）叶片含有空气，上浮 叶片下沉 O2充满细胞间隙，叶片上浮 抽气 光合作用 产生O2 （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。 6 自变量： 光照强度 因变量： 光合作用强度 相同时间小圆形叶片浮起的数量或浮起相同数量叶片所用时间长短 不同瓦数的灯或 相同瓦数台灯离实验装置的距离不同 控制方法 检测方法 无关变量： 叶片大小、数量、温度、CO2浓度，光照时间等 （相同且适宜） 实验设计 材料用具 打孔器、注射器、5W LED台灯、米尺、烧杯、绿叶 冷光源，排除温度干扰 探究环境因素对光合作用强度的影响 进行实验 （1）打孔：取生长旺盛的绿叶，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。 8 （2）排气：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。 探究环境因素对光合作用强度的影响 探究环境因素对光合作用强度的影响 （3）沉水：将处理过圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用，小圆形叶片全部沉到水底。 防止光照干扰实验结果 （4）分组：取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水。 （吹气或用1%~2%的NaHCO3溶液） 探究环境因素对光合作用强度的影响 （5）光照：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，避免光照时实验装置中温度的变化对实验结果造成干扰。 盛水玻璃柱： 探究环境因素对光合作用强度的影响 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 在一定光照强度范围内，光合作用强度随着光照强度的增加而增强 得出结论 实验结果：光照越强，单位时间内圆形小叶片浮起的数量越 多 探究环境因素对光合作用强度的影响 （2）打孔时要避开 ，因为其中没有叶绿体，会延长圆形 小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 注意事项 （3）为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入 溶液中。 光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，释放氧气，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 大的叶脉 NaHCO3 维持装置中CO2浓度的稳定，为光合作用提供CO2 （1）叶片上浮的原因 NaHCO3缓冲液的作用 ➺本实验中的数值并不代表真正的光合速率， 而是净光合速率 14 探究环境因素对光合作用强度的影响 实验拓展 控制温度、光照强度相同， 在各烧杯中加入不同浓度的NaHCO3溶液，可以用于探究CO2浓度对光合速率的影响。 NaHCO3溶液浓度太高，使叶片渗透失水，不利于光合作用。 15 可用单位时间内固定CO2的量或产生O2的量来表示。 是光合作用反应强弱的指标。一般用植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量来衡量，直接关系农作物的产量。 植物在进行光合作用的同时，还进行呼吸作用。 实际测量到的光合作用指标是净光合作用速率 光合作用产生的O2=呼吸作用消耗的O2+释放到空气中的O2 光合作用强度（即光合速率）。 6CO2 + 12H2O 光能 叶绿体 C6H12O6+ 6O2+6H2O 课本P105思考题？ 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） 总光合作用 = 净光合作用 + 呼吸作用 有机物的制造量 CO2的固定量 O2的产生量 有机物积累量 CO2的吸收量 O2的释放量 有机物的消耗量 CO2的释放量 O2的吸收量 光合作用强度 17 测定方法： ①先将植物置于黑暗中，测量呼吸速率 。 ②在有光条件下，测定净光合速率。 ③计算：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 O2 释放 量 0 O2 吸 收 量 光照强度 光补偿点 光饱和点 · · · A B C 呼吸速率 净光合速率 总光合速率 光合作用强度 光质 光照强度 光照时间 光照面积 酶 色素 温度 矿质元素 CO2 + H2O 光能 叶绿体 （CH2O）+ O2 气孔开闭情况、环境中CO2浓度 水分 光 酶的种类、数量 色素的种类和含量 植物自身因素 （遗传特性、叶龄） 光照强度（光反应） CO2浓度 矿质元素（N、Mg） 水分 内因 外因 影响 因素 温度（酶） 四、影响光合作用的因素 主要因素（外因：“三度”）： 光照强度、CO2浓度、温度 光合作用强度最大，C点之前限制光合作用因素是光照强度 光合作用强度＞呼吸作用强度。 光补偿点(光合作用=呼吸作用) 光合作用强度＜呼吸作用强度。 光照强度为0，只进行呼吸作用。 光合作用强度达到与呼吸作用强度相等时，所对应的光照强度 总光合速率=呼吸速率+净光合速率 （1）原理：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。 （2）分析 OA段表示呼吸作用强度 A点： AB段： B点： BC段： C点： 光饱和点,光合作用强度达到最大时，所对应的光照强度 D D点： 净光合作用 限制因素：CO2浓度、温度、酶含量等 （1）光照强度 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 光补偿点 光饱和点 D （1）光照强度 A:只进行呼吸作用 B：光合作用=呼吸作用 细胞呼吸释放的CO2 全部用于光合作用 BC：光合作用>呼吸作用 AB：光合作用<呼吸作用 注意区分：单个细胞和整个植株的区别 21 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C 呼吸速率 光补偿点 光饱和点 净光合 总光合 D 呼吸 思考1:植物体在B点时，那么它的叶肉细胞的光合作用强度 呼吸作用强度。（大于、等于、小于） 总结：当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸 大于 （1）光照强度 22 光照强度 0 CO2吸收 CO2释放 A B C D E S2 S1 S3 思考2：在图甲中，呼吸作用消耗有机物的量可表示为　 　　， 净光合作用量可表示为 ， 光合作用产生有机物的量可表示为　 　 。(用S1、S2、S3和数学符号表示)  S1+S2 S3+S2 S3-S1 （1）光照强度 23 （1）光照强度——应用 A B 0 阳生植物 阴生植物 C CO2吸收速率 CO2释放速率 阴生植物的光补偿点和光饱和点都小于阳生植物。 讨论：若该曲线表示的是阳生植物的光合速率， 阴生植物的曲线该如何画？生产上有哪些应用？ 光照强度 阴生植物：在较弱的光照条件下能够生长良好的植物叫阴生植物。 应用：合理密植，间作套种，合理利用光 阳生植物和阴生植物的光合作用比较 阳生植物：在强光环境中生长发育健壮，在阴蔽或弱光条件下生长发育不良的植物。 间作(几种作物同时期播种)、套种(几种作物不同时期播种) 24 ①当净光合速率＞0时， ②当净光合速率＝0时， ③当净光合速率＜0时， 方法总结 1.光合速率与植物生长 2.光合作用强度测定对象 ①先将植物置于黑暗中，测量呼吸速率 。 ②在有光条件下，测定净光合速率。 ③计算：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 （2）测定对象：叶绿体 测得的就是总光合作用。 （1）测定对象：植株、叶片、细胞 植物因积累有机物而生长。 植物不能生长。 植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。 25 （2）CO2浓度 CO2补偿点 光合作用速率=细胞呼吸速率 CO2饱和点 E点后限制因素为光照强度和温度、酶的数量和活性等 进行光合作用所需CO2的最低浓度 只进行细胞呼吸 CO2浓度 A B1 CO2吸收 C CO2释放 D E AB： B1点： C点： D点： B 原理：影响暗反应阶段， 制约C3的形成 分析 CO2补偿点 光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度。 表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 CO2饱和点(CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度的增加而增加) 应用 ①大田生产时“正其行，通其风”。 ②在农业生产上增施有机肥。 ③温室栽培农作物可以投放干冰或与鸡舍等相连。 （2）CO2浓度 A点： A′点： B和B′点： 土壤微生物通过呼吸作用分解有机肥中的有机物，产生CO2可供植物利用。 1：温度通过影响 影响光合作用。 曲线分析: 酶的活性 2:影响 开闭 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。 3.植物“午休”现象（气孔关闭） 4.连续阴雨天：白天和晚上均降温 最适温度下植物光合作用最大 温度过高时植物气孔关闭或酶活性降低 气孔 （3）温度 （4）水 应用：合理浇灌、预防干旱 ①水是光合作用的原料 ②水是体内各种化学反应的介质 图1表明在农业生产中，可根据 作物的需水规律，合理灌溉。 图2曲线中间E处光合作用强度 暂时降低，是因为温度高， 蒸腾作用过强，气孔关闭， 影响了 的供应。 CO2 ③缺水→气孔关闭→限制CO2进入叶片→光合作用受影响 1.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）10～12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： 光照不断减弱，光合作用强度不断减弱。 光照不断增强，光合作用强度不断增强。 温度很高，蒸腾作用很强，气孔关闭， CO2供应减少，光合作用强度明显减弱。 习题巩固 30 1.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： （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。 习题巩固 可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。 31 （5）矿质元素 光合速率 矿质元素含量 N：酶、NADP+、ATP的重要组分 P：NADP+、ATP的重要组分 K：促进光合产物向贮藏器官运输 Mg：叶绿素的重要组分 应用：合理施肥 ①在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可______光合作用速率， 但当超过一定浓度后，植物光合作用速率 。 提高 下降 ②土壤中矿质元素溶液浓度过高，植物光合作用速率下降的原因可能是: 。 溶液浓度过高，导致植物吸水困难甚至失水 红光>蓝紫光>白光 >绿光 虽然四种光合色素都能吸收蓝紫光，但它是短波，没有红光容易吸收。 让相同强度的日光照射 ①大棚薄膜颜色（能让同色光透过） 白色透明>红色>蓝紫色>绿色 ②用相同强度光源照射（灯泡） （6）光质 P点时，限制光合速率的因素应主要为 所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。 横坐标 Q点时， 所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所代表的因子 横坐标 多因子变量对光合速率的影响 在一定范围内，随幼叶的不断生长，叶面积不断增大，叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增加，光合作用强度不断增加。 应用：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。 内因1：叶龄 35 单位土地面积上，植物的总叶面积 内因2：叶面积指数— 不再增加 合理密植 36 细胞呼吸增强，A点 ；反之，A点 。 1.A点:代表呼吸速率 下移 上移 2.B点与C点的变化 自变量 B点(补偿点) C点(饱和点) 适当增大光照强度(或CO2浓度) 适当减小光照强度(或CO2浓度) 左移 左移 右移 右移 3.D点 代表最大光合速率，若增大光照强度（或增大CO2浓度）使光合速率增大时，D点向 移动；反之，移动方向相反。 右上方 光合作用曲线中关键点的移动 D、H点：光合速率=呼吸速率 D、H点以下：光合速率<呼吸速率 D、H点以上：光合速率>呼吸速率 小结 AC： B点： C点： CD段： 黑暗，仅有细胞呼吸，无光合作用 光合作用开始点 光合速率逐渐增大，但<呼吸速率 凌晨温度最低，细胞呼吸最弱 BC： 温度回升，呼吸作用增强 D点： DE： F点： 光合速率=呼吸速率 随着光强和温度的提高，光合速率逐渐增大,此时光合速率>呼吸速率 光合午休：气温过高，蒸腾作用旺盛，部分气孔关闭，导致CO2供应不足。 H点： I点： HI段： 光合速率=呼吸速率，有机物积累最多 光合速率<呼吸速率 光合作用消失点 GI： 随着光强和温度的降低光合作用逐渐减弱 自然环境中一昼夜植物光合作用曲线 拓展1： 一昼夜有机物积累量＝SⅡ－(SⅠ＋SⅢ)。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ AB段： BC段：温度降低， 减弱 CD段：光合作用 细胞呼吸 D点：光合作用 细胞呼吸 DH段：光合作用 细胞呼吸 其中FG段出现“光合午休”现象 H点：光合作用 细胞呼吸 HI段：光合作用 细胞呼吸 直至光合作用完全停止 呼吸 < = > 只进行 。 = < 呼吸作用 密闭环境一昼夜CO2含量的变化 拓展2： I点：CO2浓度大小跟A点相比减小，减少的CO2转化成有机物积累在植物体内。 说明有有机物的积累,植物能正常生长。 密闭环境一昼夜CO2含量的变化 拓展2： 一昼夜积累有机物：比较I点时CO2浓度是否比A点时低 1.测定光合速率与呼吸速率 (1)测定装置 光照，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的释放量代表净光合速率。 黑暗下，液滴移动的距离表示单位时间内氧气的吸收量代表细胞呼吸速率。 或CO2缓冲液，维持容器中CO2的浓度 气体体积变化法 1 测定光合速率和呼吸速率的方法 （2）测定方法： a.将甲装置置于光照下一定时间，记录红色液滴向右移动的相对距离（m）计作净光合速率。 b.将乙装置置于黑暗中一定时间，记录红色液滴向左移动的相对距离（n）计作呼吸速率。 对照实验：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照试验，即使用死亡的绿色植物分别进行上述实验，若液滴移动，则需要对实验结果进行校正。 气体体积变化法 1 c.真正光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 = m + n 3.没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。 1.“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋有氧呼吸量(强度)。 2.有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量，白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量，二者之和为总光合作用量。 黑白瓶法 2 测定光合速率和呼吸速率的方法 又叫半叶称重法，即检测单位时间、单位叶面积干物质产生总量，常用于大田农作物的光合速率测定。在测定时，叶片一半遮光，一半曝光，分别测定两半叶的干物质重量，进而计算叶片的真正光合速率、呼吸速率和净光合速率。 半叶法 3 净光合量+呼吸消耗量 MA=原叶重-呼吸消耗量 MB=原叶重+净光合量 MB-MA= 测定光合速率和呼吸速率的方法 化能合成作用 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的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌 45 项目 光合作用 化能合成作用 区别 能量来源 代表生物 绿色植物 相同点 光能 化学能 硝化细菌 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物 教材隐性知识：①源于P104“相关信息”： 光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。 淀粉 筛管 光合作用与化能合成作用 46 光合作用产生的葡萄糖和氧气可作为呼吸作用的原料；呼吸作用产生的CO2和H2O可作为光合作用的原料。 光合作用：6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O2 光能 叶绿体 有氧呼吸：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+能量 酶 O2 CO2 联系： $