光合作用的原理和应用第2课时-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

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第4节光合作用与能量转化（第二课时）

1第5章

细胞的能量供应与利用“空气变馒头”喝西北风管饱要成真啦！

自然界中的植物通过光合作用合成淀粉等有机物，其过程非常繁琐，具体是怎样的呢？1.概念：指绿色植物通过

，利用光能，把

转化成储存着能量的有机物，并且释放出

的过程。叶绿体

二氧化碳和水

氧气

2.反应式：光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖，都是糖类。（一）光合作用一、光合作用的原理CO2+H2O（CH2O）+O2

光

能叶绿体(CH2O)表示糖类将无机物合成有机物，光能转换为有机物中稳定的化学能。3.实质合成有机物，储存能量。

光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？

我们先来分析科学家做过的一些实验。很多年来，人们一直以为：甲醛→糖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类。初步判断：氧来自二氧化碳的可能性较小，较可能来源于水。19世纪末1928年（二）探索光合作用原理的部分实验

P102CO2O2C+H2O甲醛多个缩合糖类实验1结果：叶绿体中水的光解产生了O21937年希尔反应实验2研磨过滤叶绿体悬浮液有H2O无CO24Fe3+（或其他氧化剂）+2H2O

4H++O2+4Fe2+

光能叶绿体铁盐/其他氧化剂结合水分解产生的电子化学反应式希尔反应：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（二）探索光合作用原理的部分实验

P102等渗溶液1937年希尔反应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。因为叶绿体悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段2.希尔的实验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O元素的转移。3.若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？采用同位素标记法实验2（二）探索光合作用原理的部分实验

P102C1.(2024·广东佛山质检)二十世纪，科学家希尔曾做过如图实验，有关实验的分析错误的是(

)P94A.装置b中气泡内的气体是氧气B.实验表明光合作用的场所是叶绿体C.c中无气泡产生是因为缺乏二氧化碳D.实验表明光照是光合作用的必要条件光照1941年鲁宾和卡门实验结论：光合作用产生的O2全部来自于H2O，不来自

CO2。(3)、1941年，鲁宾和卡门：光照射下的小球藻悬液CO2H2O

C18O2H218O18O2O2同位素标记法对比实验，互相对照实验3（二）探索光合作用原理的部分实验

P1021954年

阿尔农

在光照下，叶绿体可合成ATP发现这一过程总是与水的光解相伴随1957年

H2O

O2+2H++2e-

光照叶绿体ADP+Pi

ATP+能量+NADPH尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系实验4（二）探索光合作用原理的部分实验

P102结论：光照下，水光解的同时，ADP和Pi合成ATP。思考：CO2是如何转变为糖类的呢？20世纪40年代,美国科学家卡尔文：光照射下的小球藻悬液14CO2H2OO2（14CH2O）放射性同位素标记法CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的C的途径称为卡尔文循环。

碳的同位素

C标记CO2(

CH2O)14CO214CO214

C14

314

C

5实验5（二）探索光合作用原理的部分实验

P104杀死细胞，使细胞停止代谢，以便检测生成的含14C标记的化合物种类。20世纪40年代,美国科学家卡尔文：放射性同位素标记法实验5现象1：

向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)思考1：该实验现象可说明什么？CO2中的C会转移到C3、C5和C6中思考2：如何确定CO2中的C先转移到C3、C5和C6中的哪个化合物呢？缩短反应时间20世纪40年代,美国科学家卡尔文：放射性同位素标记法实验5现象2：

反应进行到5秒光照时，卡尔文等检测到同时含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)

思考3：结合上述现象大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径现象3：

缩短光照时间到几分之一秒时，90%以上的放射性14C集中在一种三碳化合物（C3）CO2C3(CH2O)C520世纪40年代,美国科学家卡尔文：放射性同位素标记法实验5请据此大致描述CO2转化成有机物过程中，C的转移途径。14CO2

→

14C3

→（14CH2O）→14C5

杀死细胞，使细胞停止代谢，以便检测生成的含14C标记的化合物种类。20世纪40年代,美国科学家卡尔文：放射性同位素标记法实验5（二）探索光合作用原理的部分实验

P104光反应阶段和暗反应阶段P103-104

光反应阶段：必须有光才能进行场所：叶绿体类囊体薄膜上暗反应阶段：（碳反应/卡尔文循环）有没有光都可以进行场所：叶绿体基质中二、光合作用的过程根据

，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。是否需要光能光反应暗反应条件：场所：光、色素、酶叶绿体类囊体薄膜物质变化：能量

变化：①光反应阶段水的光解：ATP的合成：光能

ATP、NADPH中活跃的化学能NADPH的合成：类囊体上的光合色素可见光ADP+Pi酶ATPO2H+、e-水在光下分解H2ONADP+NADPH2H2OO2+4H++4e-

光色素NADP++H++2e-NADPH酶ADP+Pi+能量（光能）ATP酶ATP主要用于暗反应,也参与叶绿体中生物大分子核酸、蛋白质的合成。NADP+：氧化型辅酶ⅡNADPH：还原型辅酶Ⅱ①作还原剂；②提供能量拓展①电子供体：

,电子受体是

。②ATP合酶作用：

。H2O

NADP＋转运质子并催化ATP合成光系统Ⅱ进行水的光解光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生合成ATP的能量，来自于

。质子浓度梯度/质子电化学梯度②暗反应阶段（不直接依赖光）CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原：条件：场所：叶绿体基质2C3

酶[H]、ATP、酶NADPH、ATP（CH2O）+C5物质变化：能量变化：ATP、NADPH中活跃的化学能有机物中稳定的化学能NADP+酶NADPHADP+Pi酶ATP能量能量还原多种酶(CH2O)CO2

固定2C3C5合成一分子葡萄糖，需几次卡尔文循环？(CH2O)表示糖类为光反应ATP合成提供原料为光反应NADPH合成提供原料又参与CO2固定细胞呼吸消耗储藏器官储存、建造植物体②暗反应阶段（不直接依赖光）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。二、光合作用的过程

笔记：暗反应不直接需要光，但如果没有光，光反应停止后，暗反应很快也停止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1.NADPH和ATP的移动途径是什么？2.NADP+和ADP的移动途径呢？3.NADPH的作用？从类囊体薄膜到叶绿体基质从叶绿体基质到类囊体薄膜①在C3的还原中作还原剂；②为C3的还原提供能量光反应阶段（叶绿体类囊体薄膜）必须有光才能进行暗反应阶段（叶绿体基质）不直接依赖光进行ADP+PiNADP+CO22C3C5（CH2O）多种酶参加催化固定还原ATPNADPH光能叶绿体中的色素O2水的光解H2O光合作用总过程：①水的光解②NADPH、ATP的合成①CO2的固定②C3的还原能量转换：笔记光能→ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能①光反应为暗反应提供

，暗反应为光反应提供

。②没有光反应，则暗反应

，没有暗反应，光反应

。项目光反应暗反应区别场所条件和原料物质变化能量转化联系①水的光解、②NADPH、ATP的合成①CO2的固定、②C3的还原类囊体薄膜上叶绿体基质光能→ATP和NADPH中活跃的化学能活跃的化学能→有机物中稳定的化学能NADPH和ATPNADP+、ADP+Pi无法进行也不能进行光、色素、酶有光无光都可，多种酶③光反应和暗反应的比较并不是所有过程都需要酶的催化，色素吸收光能不需要酶的催化。NADPHH2O(CH2O)

光反应暗反应（CH2O）+C5CO2

CO2的固定C3

C3的还原（CH2O）O2

H2O

光反应CO2

C3CO2的固定C3的还原④元素转移1.H的转移：2.C的转移：3.18O的转移：1.CO2供应不变，停止光照光反应停止→NADPH和ATP减少→C3还原减慢→C3增多，C5减少2.CO2供应停止，光照不变CO2固定停止→C3减少，C5增加→C3还原减慢→NADPH和ATP增加（五）环境改变时光合作用各物质含量的变化分析二、光合作用的过程1.“来源－去路”法CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱光照增强减少减少减少减少增加增加增加增加（五）环境改变时光合作用各物质含量的变化分析二、光合作用的过程1.“来源－去路”法光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少CO2浓度增加增加增加增加增加增加减少减少减少（五）环境改变时光合作用各物质含量的变化分析二、光合作用的过程规律：①C3和C5的变化

；②C5、NADPH、ATP的变化

；相反一致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、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C5、NADPH、ATPC3C3C5、NADPH、ATP二、光合作用的过程C3起始值高于C5（约是其2倍）1.制造有机物，为自身及异养生物提供营养物质。2.转化并储存太阳的光能，为生命活动提供能量。3.为有氧呼吸的生物提供氧气；维持大气中O2和CO2的平衡，从而缓解温室效应。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。4.形成臭氧（O3），吸收紫外线，保护地球生物。5.对生物的进化有重要的作用。（为好氧生物的出现提供了氧气）（六）光合作用的意义二、光合作用的过程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。淀粉筛管拓展：光合作用的产物

是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式细胞质基质磷酸丙糖磷酸丙糖在

中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中叶绿体基质磷酸丙糖还可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在

中合成蔗糖细胞质基质硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。1.概念2.实例三、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2NH3+3O22HNO2+2H2O+能量（化学能）硝化细菌硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量（化学能）6CO2+6H2OC6H12O6+6O2能量光合作用化能合成作用相同点不同点(利用的能量不同)把二氧化碳和水合成有机物利用的是光能利用的是化学能3.比较——自养生物类型自养生物(光合作用，化能合成作用）异养生物概念举例绿色植物、蓝藻、硝化细菌、铁细菌、硫细菌等人、动物、真菌

、多数的细菌（乳酸菌、大肠杆菌）等三、化能合成作用以无机物转变成为自身的组成物质。只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。教材P101练习与应用×√D×课堂小结H2O光能叶绿体中的色素水在光下分解O2ADP+PIATP酶供能（CH2O）CO22C3固定C5还原多种酶参加催化光反应暗反应（类囊体薄膜）必须有光才能进行（叶绿体基质）有光无光都可进行光合作用的过程NADPHNADP+酶酶酶×√[辨正误](1)光合作用的光反应和暗反应在叶绿体的不同部位进行。(

)(2)光合作用制造的有机物中的氧来自水。(

)(3)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。(

)×类囊体薄膜

叶绿体基质氧气中的氧来自H2O有机物中的氧来自CO2(4)光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。(

)提示：暗反应需要光反应提供NADPH和ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。×2.(2024·重庆一中检测)对光合作用的研究发现：叶绿体接受光照后，类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象的原因叙述正确的是(

)

A.NADPH分解释放H＋引起 B.大量CO2进入叶绿体基质引起 C.与ATP水解后产生磷酸有关

D.该现象与H2O的光解有关DC3的还原B3.(2024·广东汕头期中)如图为高等植物光合作用过程图解，其中①②③④表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示过程。下列说法错误的是(

)A.过程Ⅱ发生于叶绿体基质中；过程Ⅰ发生于叶绿体类囊体薄膜上B.图示①～④依次为NADH、ATP、CO2、(CH2O)C.弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用D.在水稻开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降①NADPH②ATP③CO2④（CH2O）光反应（类囊体薄膜）暗反应（叶绿体基质）4.(2024·江苏苏州调研)如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是(

)A.由图可知PSⅠ和PSⅡ位于类囊体的薄膜上B.从物质变化的角度分析，光反应为暗