光合作用与能量转化2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

【第五单元学习目标】概念2细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖

2.2细胞的功能大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域2.2.1说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶活性受到环境因素（如pH和温度等）的影响2.2.2解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质2.2.3说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转化为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能2.2.4说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量5.4光合作用与能量转化高中生物学

第4.1节捕获光能的色素和结构(第1课时)目标010203进行绿叶中色素的提取和分离。简述绿叶中色素的种类及功能。教学目标运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。

你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？

可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。

同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行

调节，以使蔬菜产量达到最大。植物工厂问题探讨讨论：

你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依赖LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。1.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？植物工厂问题探讨讨论：

影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件也有外界条件，二氧化碳浓度，营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。植物通过什么物质捕获并转化光能呢？

在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界，则是万物生长靠太阳。白化苗由于不能形成叶绿素，无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。一、捕获光能的色素和结构正常玉米植株（绿色）叶片中含绿色的色素白化玉米植株（白色）叶片不含绿色的色素这说明光合作用需要色素去捕获光能。（一）捕获光能的色素请自主阅读课本P98，完成以下问题。1.色素提取和分离的原理和方法是什么？2.研磨过程中加入无水乙醇、SiO2、CaCO3的作用是什么？3.将滤液收集到试管中后，为什么要用棉塞将试管口塞严？4.滤纸条一端为什么要剪去两角？5.画滤液细线时为什么要细直匀？干燥后为什么要重复画1-2次？6.为什么不能让滤液细线触及层析液？探究·实践绿叶中色素的提取和分离提取色素绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。分离色素1、实验原理原理：方法：用无水乙醇提取色素。原理：方法：绿叶中不同的色素在层析液中的溶解度不同。溶解

度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。纸层析法(让绿叶中的色素随着层析液在滤纸上扩散而分开)探究·实践绿叶中色素的提取和分离色素含量高3、实验材料：2、目的要求:①进行绿叶中色素的提取和分离

②探究绿叶中含有几种色素新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶）剪碎加药品研磨过滤无水乙醇：溶解色素二氧化硅：有助于研磨得充分碳酸钙：防止研磨中色素被破坏防止溶剂挥发，使更多色素溶解在无水乙醇中迅速、充分：单层尼龙布：（不用滤纸）试管口用棉塞塞严：①提取绿叶中的色素防止无水乙醇挥发防止色素吸附在滤纸上，导致滤液中色素含量降低。4、方法步骤：探究·实践绿叶中色素的提取和分离1cm

将干燥的定性滤纸剪成宽度略小于试管直径、长度略小于试管长度的滤纸条，再将滤纸条一端剪去两角，并在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线；防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快而使形成的色素带不整齐②制备滤纸条剪去两角的原因？探究·实践绿叶中色素的提取和分离4、方法步骤：要求（1）滤液细线要细、直、齐。

（2）干燥后重复1—2次

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线（也可将滤液倒入培养皿，再用盖玻片蘸取滤液，在横线处按压出均匀的细线）。待滤液干后，再重画一到两次；防止色素带重叠而影响分离效果增加色素量，使分离出的色素带清晰滤液细线画滤液细线③画滤液细线探究·实践绿叶中色素的提取和分离4、方法步骤：

要求：1、层析液不能没及滤液细线：插滤纸条层析液培养皿2、试管口用棉塞塞紧（培养皿加盖）：防止色素溶解于层析液中而不能在滤纸上扩散防止层析液挥发，因其易挥发且有毒④分离绿叶中的色素石油醚、丙酮和苯的混合液探究·实践绿叶中色素的提取和分离4、方法步骤：

⑤观察与记录色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度最少较少最多较多最高较高较低最低最快较快较慢最慢胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b黄色蓝绿色黄绿色橙黄色探究·实践绿叶中色素的提取和分离4、方法步骤：胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b色素含量扩散速度实验结果的其他表示方法探究·实践绿叶中色素的提取和分离滤液

叶绿体中色素的提取与分离实验的误差分析叶绿素类胡萝卜素（3/4）（1/4）叶绿素a（蓝绿色）叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）绿叶中的色素一、捕获光能的色素和结构（一）捕获光能的色素1、绿叶中色素的种类光谱：阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱；自然光通过三棱镜自然光经过色素提取液后通过三棱镜现象：光屏出现明显的色光带现象：某些颜色的光由于被色素吸收而导致色光带变暗。（一）捕获光能的色素2、色素的吸收光谱一、捕获光能的色素和结构光是一种电磁波。可见光的波长是400-760nm。不同波长的光，颜色不同。波长小于400nm的光是紫外光，波长大于760nm的光是红外光。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。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。结论：一般情况下，光合作用吸收的光是可见光。叶绿素主要吸收

蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。一、捕获光能的色素和结构（一）捕获光能的色素2、色素的吸收光谱1.春天和夏天植物的叶为什么呈绿色？

叶绿体中叶绿素的含量多，且色素对绿光吸收量最少，绿光被反射出来，所以呈绿色。3.大棚种植蔬菜时，选择什么颜色的塑料薄膜最好？无色透明2、秋季为什么变黄了？

秋季，叶片的叶绿素分子在低温下被破坏，而类胡萝卜素较稳定，所以显出类胡萝卜素的颜色。

植物工厂中利用的人工光源主要是红色、蓝色和白色的光源，为什么不用发绿光的光源？因为绿光不能被光合色素吸收。

请自主阅读课本P100-101页，完成以下问题。1.这些色素存在于细胞中什么部位呢？2.为什么叶绿体结构适于进行光合作用？3.叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？一、捕获光能的色素和结构（二）叶绿体的结构适于进行光合作用①在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。②在类囊体膜上和叶绿体基质中，还有许多进行光合作用所必需的酶。色素酶1.光合作用的场所：叶绿体类囊体的薄膜上2.光合色素的分布：3.叶绿体结构适于进行光合作用（二）叶绿体的结构适于进行光合作用类囊体

叶绿体除吸收光能外，还有什么功能呢？一、捕获光能的色素和结构水绵需氧细菌极细光束照射完全曝光无空气、黑暗

需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中需氧细菌分布在叶绿体所有受光的部位恩格尔曼的实验（一）1、恩格尔曼此实验的结论是什么？恩格尔曼的实验示意图黑暗条件下极细光束照射完全曝光氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。思考·讨论叶绿体的功能讨论设计：

选材：水绵：

需氧细菌：无空气的黑暗环境：极细光束照射：2、恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？排除了氧气和光的干扰。叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。可确定释放氧气多的部位。再一次验证了实验结果。

叶绿体上分为光照多和光照少的部位，相当于对比实验。临时装片暴露在光下：恩格尔曼的实验（一）思考·讨论叶绿体的功能

用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。

这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。3、大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？4、综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？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。恩格尔曼的实验（二）思考·讨论叶绿体的功能.

【课后】拓展应用1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方维持在稳定的状态。.

2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。与传统生产方式相同，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。【课后】拓展应用

第4.2节光合作用与能量转化(第2课时)目标010203通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程。从物质与能量观视角，阐明光合作用原理。教学目标认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。（蓝绿色）叶绿素a（黄绿色）叶绿素b（橙黄色）胡萝卜素叶黄素（黄色）

叶绿素（约占3/4，主要吸

收红光和蓝紫光）类胡萝卜素（约占1/4，主要吸收蓝紫光）绿叶中的色素叶绿体双层膜基质中有许多由类囊体堆叠而成的基粒光合色素分布在类囊体薄膜上，光合作用的酶分布在类囊体薄膜和基质叶绿体是捕获光能、进行光合作用的场所。结构功能温故知新：绿叶中的色素那么什么是光合作用，光合作用又是如何进行的呢？

指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将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。CO2+H2O（CH2O)+O2

光能叶绿体光合作用概念：光合作用原料：产物：场所：条件：

（1）光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？（2）你能用一个化学反应式表示出来吗?糖类二氧化碳水有机物氧气叶绿体光能

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。一、探索光合作用原理的部分实验希尔反应4Fe3+

（或其他氧化剂）+2H2O4Fe2++4H++O2

光能叶绿体（1）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。（2）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。

希尔进一步研究证实，植物光合作用的光反应是氧分子的产生，而不是二氧化碳的还原，氧的产生是由于叶绿体以草酸铁作受氢体所致，其机理与完整细胞光合放氧过程相一致。鲁宾和卡门--同位素标记方法

相互对照，自变量为标记物质(H218O与C18O2)，因变量为O2的相对分子质量不同。（对比实验的方法）鲁宾和卡门的实验说明：光合作用释放的氧来自于水。二、探索光合作用原理的部分实验阿尔农发现：

1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，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。H2OO2+2H+

+能量光照叶绿体ADP+Pi

ATPATP的合成与希尔反应的关系一、探索光合作用原理的部分实验水的光解：ATP的合成：2H2OO2+4H++4e-

光色素ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-NADPH酶光能②条件：①场所：③物质转化：⑤能量转化:④产物：ATP、NADPH中活跃的化学能

才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。类囊体上的光合色素光能ADP+Pi酶ATPO2H+、e-水在光下分解H2ONADP+NADPH二、光合作用的过程

光反应阶段

必须有光叶绿体类囊体薄膜光、色素、多种酶O2、NADPH、ATP1NADP+：氧化型辅酶ⅡNADPH：还原型辅酶Ⅱ①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气和H＋和自由电子(e－)，

光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。②ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。NADPHADP+Pi(CH2O)ATP多种酶参加催化酶CO2还原固定供能叶绿体基质CO2的固定：C3的还原：CO2

+C52C3酶NADP+①场所：②条件：③物质变化：④能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPH酶、NADPH、ATP卡尔文循环供氢酶二、光合作用的过程

暗反应阶段

2C5核酮糖-1,5-二磷酸RuBP2C33-磷酸-甘油酸叶绿体中的色素可见光C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原光反应暗反应NADP+NADPH酶二、光合作用的过程能量变化：

光能→ATP和NADPH中活跃化学能物质联系：

①光反应阶段为暗反应阶段提供

，

②暗反应阶段为光反应阶段提供

原料。ATP和NADPHADP、Pi和NADP+

思考:暗反应能在无光的环境中长期进行吗？不能，因光反应无法进行，缺乏光反应提供的ATP和NADPH。NADPH1.3H的转移2.14C的转移3.18O的转移：3H2O(C3H2O)光反应暗反应（14CH2O）+14C514CO2

CO2的固定14C3

C3的还原（CH218O）18O2

H218O光反应C18O2

C3CO2的固定C3的还原二、光合作用的过程

光合作用中元素的转移

3光照不变C3C5

（CH2O）NADPH、ATPCO2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二、光合作用的过程（原理）CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5（CH2O）光照强度减弱光照强度增强减少减少增加二、光合作用的过程（原理）减少增加减少增强增加【联系】光合作用和有氧呼吸的能量联系光能ATP、NADPH中活跃的化学能（CH2O）中稳定的化学能NADH中活跃的化学能热能散失光反应电能暗反应有氧呼吸Ⅰ、ⅡATP中活跃的化学能细胞中各项生命活动机械能、化学能、光能、电能等各种形式的能有氧呼吸Ⅲ1.光合作用的意义①把无机物合成有机物，不仅是自身的营养物质,而且是人和

动物的食物来源.②将光能转换成化学能，贮存在有机物中，提供了生命活动

的能量来源.③维持了大气成分的基本稳定三、光合作用的原理的应用2.影响光合作用的因素CO2的浓度CO2＋H2O

（CH2O）＋O

2光能叶绿体H2O光：光照强度、光质、光照时间矿质元素（N、Mg是合成叶绿素的原料）外因：内因：酶的数量、活性色素的含量叶龄不同温度线粒体叶绿体O2释放O2（可以测得）叶肉细胞CO2吸收CO2（可以测得）光合作用测量指标描述：真正光合作用强度-呼吸作用强度=表观光合作用强度总光合作用强度-呼吸作用强度=净光合作用强度光合作用制造的有机物的量-呼吸作用消耗的有机物的量=有机物积累量固定或消耗CO2量-黑暗条件下CO2的释放量=CO2吸收量产生O2的量-O2的吸收量=O2的释放量CO2吸收量CO2释放量光照强度OAB净光合速率呼吸速率总光合速率A:光合作用为0，只进行呼吸作用C光合作用强度达到最大值净：15总：20mg/dm2h①光照强度D①光照强度CO2吸收量CO2释放量光照强度OABCA点：只进行细胞呼吸，CO2释放量表明此时的呼吸强度。B点：光补偿点，即光合作用强度=细胞呼吸强度。C点：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，C点之后限制因素是CO2、温度等AB段：光合<呼吸BC段：光合>呼吸D点：光饱和点，增加光照强度光合作用强度不再增加。D光饱和点A:光合作用为0，只进行呼吸作用光补偿点①光照强度CO2吸收量CO2释放量光照强度OABCD应用：a、间作套种b、通过轮作，延长光合作用时间c、通过合理密植，增加光合作用面积d、温室大棚，使用无色透明玻璃e、防止营养生长过强，导致叶面互相遮挡，呼吸强于光合，影响生殖生长光饱和点A:光合作用为0，只进行呼吸作用光补偿点阴生植物的曲线怎么画？②CO2浓度a、多施有机肥b、温室栽培植物时还可使用CO2发生器等c、大田中还要注意通风透气CO2补偿点CO2饱和点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）CO2饱和点（表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和ATP的重要组分、C3、C5Mg：叶绿素的重要组分K：促进光合产物向贮藏器官运输应用：合理施肥水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，另外水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。应用：合理浇灌③水和矿质元素④温度

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，光合速率会减弱。应用：a.适时播种b.温室中,白天适当提高温度,晚上适当降温c.植物“午休”现象10203040T/°C光合速率ABC最适温度夏季“午休”现象影响光合作用强度的因素植物自身因素：环境因素对光合作用的影响①光照②温度③CO2浓度④水分探究环境因素对光合作用强度的影响因变量：光合作用强度观测指标：用单位时间叶圆片上浮的数量自变量：光照强度、CO2浓度、温度等L