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4节

光合作用与能量转化

一

捕获光能的色素和结构绝大多数生物能量的最终来源是光能，捕获光能的物质是色素。白化苗很快会死亡，原因是什么？白化苗不含光合色素，不能进行光合作用制造有机物，待种子中储存的养分耗尽，就会死亡。哪些细胞器中有色素？液泡、叶绿体，液泡中是花青素，水溶性的，叶绿体中是光合色素，不溶于水，溶于有机溶剂。绿叶中色素的提取和分离实验原理：1.提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取绿叶中的色素。2.分离原理：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢。方法步骤——纸层析法：1.提取绿叶中的色素SiO2：CaCO3:无水乙醇：有助于研磨充分防止研磨中色素被破坏溶解色素，分次、少量加入方法步骤——纸层析法：2.制备滤纸条3.画滤液细线4.分离色素

5.观察与记录要剪去两角：防止色素在滤纸条边缘扩散太快，使分离出的色素带平齐。用铅笔画线，细而齐、重复画线：待滤液干后，再重画一两次。

滤液细线不能触及层析液色素带离滤液细线的距离及色素带的宽度分别代表什么？色素带离滤液细线的距离代表色素在层析液中的溶解度（扩散速度）。色素带的宽度代表色素的含量分析四种光合色素的含量大小比较：叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素分析四种光合色素在层析液中的溶解度（扩散速度）胡萝卜素>叶黄素>叶绿素a>叶绿素b如果用圆形滤纸替代滤纸条做层析实验，结果如何？胡萝卜素叶黄素叶绿素a叶绿素b④是正常的色素带，尝试分析其他3种色素带的原因：没有加碳酸钙或者用的不是绿叶等没有加无水乙醇或滤液细线触及了层析液或忘记画滤液细线等。没有加二氧化硅等课堂探究：1、绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析：（1）收集到的滤液颜色过浅，原因可能有哪些？①绿叶放太久，色素少；②未加二氧化硅或碳酸钙（研磨不充分；色素被破坏）③加的无水乙醇过多，导致提取液浓度太低，正确方法是分次、少量加入。④未用尼龙布过滤，用滤纸过滤，色素吸附于滤纸。（2）滤纸条上色素带重叠，原因可能有哪些？滤液细线画得太粗，画的不齐，使色素扩散不一致。滤纸未经过干燥处理。（3）滤纸条上看不到色素带，原因可能有哪些？滤液细线触及层析液，色素全部溶解在层析液中。忘记画滤液细线。没有加无水乙醇。色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,对绿光等其他光也有吸收，只是吸收较少。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，对绿光等其他光也有吸收，不吸收红光。

注意：光合作用利用的光都是可见光，不能利用红外光、紫外光等不可见光。类胡萝卜素溶液三棱镜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。思考：植物工厂里为什么很少用发绿光的光源？光合色素几乎不吸收绿光，无法用于光合作用中制造有机物。功能：吸收、传递和转化光能叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现绿色。

色素的吸收光谱在工厂补充光源，应该选择什么颜色的光源？

蓝紫光或红光若是温室或大棚外面的薄膜呢？

无色或白色二、叶绿体的结构适于进行光合作用1、叶绿体的结构思考：（1）光学显微镜下能看到叶绿体吗？能看到叶绿体内部结构吗？（2）观察叶绿体的亚显微结构，分析：①光合色素分布在哪个部位？②叶绿体增大膜面积的方式是什么？为什么要增大膜面积？类囊体堆叠形成基粒，可分布更多的光合色素、光合酶。③植物细胞都有叶绿体吗？光合作用一定需要叶绿体吗？能进行光合作用的细胞才有叶绿体。光合作用不一定需要叶绿体，比如蓝细菌。2、如何证明叶绿体的功能？资料11881年，德国科学家恩格尔曼的实验：黑暗、无氧极细光束（1）为什么选择需氧细菌、水绵做实验材料？（2）实验现象是什么？说明什么？需氧性细菌向被极细光照射部位的叶绿体集中。被极细光照射的叶绿体释放出氧气。（3）为什么要将装片放在没有空气的黑暗环境中？排除O2、光照对实验结果的影响（4）该实验有对照吗？全

光

用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。叶绿体的色素主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用放出氧气。实验二现象：结论：2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？提示：实验材料选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下实验再一次验证了实验结果，等等。遮光条件下的豆芽曝光条件下的豆芽这个小实验说明了什么？叶绿素的合成需要光照干旱、高温、寒冷，叶绿素易破坏影响色素合成的因素：温度、光照、水分、矿质元素（比如Mg2+：影响叶绿素）等。二、光合作用的原理1.概念：2.方程式光合作用是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光能叶绿体（CH2O)+O2糖类O2中的氧来自CO2还是H2O呢？场所条件原料

物产

2.探索光合作用原理的部分实验

19世纪末，科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。1928年，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。不能通过光合作用实现希尔反应1.材料：2.条件：3.现象：4.结论：离体叶绿体给离体叶绿体悬浮液加入氧化剂，不通入CO2，给予光照。叶绿体有O2释放思考：（1）希尔反应能说明O2中的氧来自H2O吗？（2）希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？

能，因为悬浮液中没有合成糖的另一种必需原料CO2

根据是否需要光能，将光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。

离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气

不能说明，希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。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。1.该实验采用了什么实验方法？2.哪一组是实验组？

都是实验组，为对比试验3.实验现象是？A释放氧气都是O2，B释放的氧气都是18O2。二者相对分子质量比为8：94.可以得出什么结论？光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2鲁宾和卡门实验同位素示踪技术AB1.材料：2.处理：3.现象：4.结论：

上述四个实验说明什么？

光合作用释放的氧气中的氧元素来自水；

氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。

根据是否需要光能，将光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。阿尔农实验加入ADP、Pi，给予光照。叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。在光照下，水光解过程伴随着ATP的合成反应。离体的叶绿体卡尔文实验：材料：小球藻方法：同位素标记法：14CO2实验过程：

科学家卡尔文等用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪放射性14C的去向。向反应体系中通入一定量14CO2，发现：光照0.5秒后，检测到90%的放射性稳定地出现在一种三碳化合物（C3）；光照5秒左右后，检测到有放射性的五碳化合物（C5）和糖类（C6）；光照30秒后，检测到多种含14C的有机物。结论：光合产物中有机物的碳来自CO2。划分依据:反应过程是否需要光能光反应（光合作用第一阶段）暗反应（光合作用第二阶段）又称碳反应光合作用过程活动一、看课本P103，分析关于光反应的过程1、光反应阶段的场所？2、光反应的进行需要哪些条件？3、光反应过程的物质变化？4、光反应过程的能量变化？光反应阶段类囊体薄膜可见光ADP+PiATPH2OO2NADP+（氧化型辅酶Ⅱ酶吸收H+NADPH（还原型辅酶Ⅱ）酶条件：光、色素、多种酶场所：类囊体薄膜物质转化：水的光解：ATP的合成：H2OO2+H++2e-

光色素光能能量转化：ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+能量ATP酶NADPH的合成：NADP++H++2e-

NADPH酶光解活动二、看课本P104，分析关于暗反应的过程1、暗反应阶段的场所？2、暗反应发生的条件？3、暗反应过程的物质变化？4、暗反应过程的能量变化？

暗反应阶段,又叫碳反应条件：场所：叶绿体基质有光无光都可以，多种酶等有机物中稳定的化学能CO2的固定：C3的还原：2C3

(CH2O)+C5酶ATP、NADPHCO2＋C5

2C3酶物质转化：ATP、NADPH中活跃的化学能能量转化：一部分是淀粉，一部分是蔗糖来自哪里？能量能量还原C5：核酮糖-1

,5-二磷酸，即RuBPC3：3-磷酸甘油酸活动三、构建光合作用过程的完整模型光能→ATP和NADPH中的活跃的化学能→有机物中的稳定化学能思考：1、光反应和暗反应的联系是什么？夜晚能否独立进行暗反应？光反应给暗反应提供NADPH和ATP，暗反应给光反应提供ADP和PI、NADP+。活动三、构建光合作用过程的完整模型光能→ATP和NADPH中的活跃的化学能→有机物中的稳定化学能思考：2、NADPH和ATP的移动途径是什么？NADP+和ADP的移动途径呢？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的还原提供能量活动三、构建光合作用过程的完整模型光能→ATP和NADPH中的活跃的化学能→有机物中的稳定化学能思考：3、叶肉细胞产生ATP的场所有哪些？光合作用和细胞呼吸产生的ATP在用途上有什么不同？细胞呼吸产生的ATP可用于除暗反应外的其他生命活动，而光反应产生的ATP主要应用于暗反应。细胞质基质、线粒体、叶绿体反应阶段反应场所反应条件物质变化能量变化产物联系实质光反应暗反应类囊体薄膜上叶绿体基质必须有光、光合色素、酶有光或无光均可，多种酶光能→ATP和NADPH中活跃的化学能ATP和NADPH中活跃的化学能→稳定的化学能NADPH、ATP、O2ADP、Pi、（CH2O）、C5光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+把无机物转变成有机物，把光能转变成化学能贮存起来光反应和暗反应的比较光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转活动四、分析光合作用中元素的转移①H的转移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的转移：CO2→C3→（CH2O）+C5③O的转移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2条件骤变对光合作用中各物质的影响夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内C3和C5含量会发如何变化？CO2供应不足，导致暗反应CO2的固定减少，C5消耗减少，C3的生成减少，但光反应正常，ATP和NADPH正常生成，C3的还原消耗正常，C5的生成正常，所以C5增多，C3减少。条件骤变对光合作用中各物质的影响若是光照强度突然降低，短时间内C3和C5含量又会发如何变化？CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱光照增强减少增加减少减少增加减少增加增加分析：C3、C5二者含量的变化有什么规律？ATP、NADPH呢？C3、C5含量的变化一般是相反的，ATP、NADPH含量的变化一般是相同的。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+3O22HNO2+2H2O+能量硝化细菌2HNO2+O22HNO3+能量硝化细菌6CO2+6H2O2C6H12O6+6O2能量

影响光合作用强度的因素及应用光合作用强度

CO2+H2O（CH2O）+O2光能叶绿体(色素、酶）①Mg、N等矿质元素；②酶的活性受温度等影响。光照强度、光质、光照时间；气体反应物①作为反应物和反应的媒介；②水分→气孔关闭→CO2供应一般用植物在单位时间内单位面积通过光合作用制造糖类的量（即光合作用速率）来衡量。内因：光（强度、光质）CO2浓度温度水分矿质元素遗传因素（阴生阳生）叶龄、酶的活性、色素的量等叶面积指数一、影响光合作用强度的因素外因：探究环境因素(光照强度)对光合作用的影响

实验目的：探究光照强度对光合作用强度的影响实验步骤1、取材：取生长旺盛的绿叶，用打孔器打出小圆片30片。2、排气：将小圆形叶片置于注射器内，抽拉出小圆形叶片内的气体，思考：这样做的目的是什么？重复几次，处理过的小叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。3、沉水：将气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。5、光照:分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。思考:如何设置不同的光照强度？探究环境因素（光照强度）对光合作用的影响

4、分组：取3只小烧杯(培养皿)，分别倒入20mL富含CO2的清水。6、观察记录：同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。

思考：这个指标代表什么？代表小圆形叶片光合作用释放的O2量，即光合作用强度。探究环境因素对光合作用的影响

实验结论：实验结果：在一定光照强度范围内，随光照强度升高，光合作用速率逐渐增强。在相同时间内，A中上浮叶圆片最多，其次是B，C中最少。影响光合作用强度的因素外部因素-光照强度①光照强度(1)原理：光照强度通过影响植物的

反应阶段，制约________________的生成，进而制约暗反应阶段。(2)思考：刚才的实验，小圆叶片释放出的O2量是否是光合作用真正产生的O2量？光ATP、NADPH区分概念：真（总）光合速率、净光合速率、呼吸速率净光合速率(1)表示方法：（单位时间单位面积的变化量）光合速率的测定(光合作用强度)：检测指标呼吸速率净光合速率（测量值）真正(总)光合速率CO2O2有机物释放量(黑暗)吸收量利用量、固定量、消耗量吸收量(黑暗)释放量产生量消耗量(黑暗)积累量制造量、产生量真正的光合作用速率=净光合作用速率+呼吸作用速率。

（表观光合速率）活动一、以光照强度为横坐标，以CO2的吸收量（净光合速率）作为纵坐标，尝试构建坐标图代表二者的关系？影响光合作用强度的因素A点：AB段：B点：BC段：D点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，C02释放量代表此时的呼吸强度。随光照强度增强，光合作用逐渐增强，但呼吸作用强度依然大于光合作用强度。C02的释放量因一部分用于光合作用而逐渐减少。光补偿点,此时细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用速率=细胞呼吸速率。

随光照强度不断增强，光合作用不断增强，光合作用强度大于呼吸作用强度。

光饱和点,光照强度达到一定值时，光合作用不再增强。限制C点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量、活性等，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。

外部因素-光照强度思考：光照强度至少大于哪个点，植物才能生长？B点呼吸作用_____光合作用不与外界进行气体交换

B点以后呼吸作用_____光合作用从外界吸收CO2，向外界释放O2

等于小于光合作用曲线分析项目生理过程气体交换生理状态模型A点只进行

作用从外界吸收O2，向外界排出CO2

AB段呼吸作用_光合作用从外界吸收O2，向外界排出CO2

呼吸大于影响光合作用强度的因素应用通过轮作或套作，延长光合作用时间。轮作：在同一块田地上，按预定的种植计划，轮换种植不同的作物。玉米，轮作花生套作：在同一块田地上，在前季作物的生育后期，在其株行间播种或移栽后季作物的种植方式玉米套种花生改变条件后，光合作用与“关键点”移动(1)A点：代表呼吸速率，若其他条件不变，细胞呼吸增强，A点____移；（2）B点与C点的变化：（呼吸速率不变）④D点：代表最大光合速率，若增大CO2浓度等某些因素使光合速率增大时，D点向______移动。⑤若图中曲线代表阳生植物，请在图上画出阴生植物的曲线？下光合作用强度改变B点(补偿点)C点(饱和点)增强适当增大CO2浓度或光照强度

削弱适当减小CO2浓度或光照强度

土壤缺Mg2＋

左移右移右移左移右移左移右上阴生植物的光的补偿点和饱和点都要小于阳生植物，可间种。影响光合作用强度的因素外部因素-CO2浓度暗C3原理：CO2影响

反应阶段，制约

的形成。真光合速率0CO2浓度ABA点：AB段：B点：进行光合作用所需CO2的最低浓度在一定范围内，随C02浓度的提高，植物的光合速率加快。CO2超过该浓度，光合速率达到最大，不再提高。是CO2补偿点吗？CO2饱和点B点之后的影响因素是什么？是除了CO2之外的其他因素，比如光照强度等，或者色素、酶的数量等内因。活动二、以CO2浓度为横坐标，以CO2的吸收量（净光合速率）作为纵坐标，尝试构建坐标图代表二者的关系？影响光合作用强度的因素外部因素-CO2

图中A点表示CO2补偿点，A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。应用：1、“正其行，通其风”，合理密植使农田通风良好。2、增施农家肥：原因是有机物在微生物的分解下产生了大量的CO2和无机盐，同时释放了热量。活动三、以温度为横坐标，以CO2的吸收量（净光合速率）作为纵坐标，尝试构建坐标图代表二者的关系？原理：温度通过影响________

影响光合作用。酶的活性影响光合作用强度的因素外部因素-温度—应用

白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。1、温室栽培：2、防止“午休”现象农作物增产措施温度是影响气孔开闭的因素之一影响光合作用强度的因素：水分和矿质元素分析水分影响光合作用强度的原理：①水是光合作用的原料，②作为良好溶剂，③水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。应用：根据作物需水规律合理灌溉。高考题：干旱条件下，植物光合速率下降，原因是？干旱条件下缺水，植物气孔部分关闭，CO2的吸收减少，暗反应速率下降。影响光合作用强度的因素外部因素-矿质元素原理：矿质元素通过影响与光合作用有关化合物的合成，直接或间接影响光合作用。如Mg2+可影响叶绿素的合成从而影响光反应。在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因_____________________________________从而导致光合作用速率降。应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量施肥，可以提高作物的光合作用，提高农作物产量。土壤溶液浓度过高使植物吸水困难，课堂探究第2题：多因子对光合速率的影响光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用分析甲图：P点之前，限制光合速率的因素是__________。PQ之间，影响光合速率的因素是__________________，Q点之后，限制光合速率的因素是__________。光照强度光照强度、温度温度内因：光（强度、光质）CO2浓度温度水分矿质元素遗传因素（阴生阳生）叶龄、酶的活性、色素的量等叶面积指数影响光合作用强度的因素外因：知识点四、自然和密闭环境中一昼夜植物光合作用曲线分析1.自然环境中一昼夜植物光合作用曲线(1)开始进行光合作用的点____，结束光合作用的点______。(2)a点：______降低，影响酶的活性，细胞呼吸减弱，CO2释放减少。(3)光合速率与呼吸速率相等的点_____；积累有机物的区段____，有机物积累量最大的点______。制造有机物的区段_____(4)de段下降的原因___________________fh段下降的原因是_____________。温度bmc、hhchbm温度过高，导致气孔部分关闭，CO2吸收量减少。(5)如何表示一昼夜该植物有机物的积累量？光照强度下降。(2)密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线AB段：CD段：D点：DH段：H点：HI段：思考：经过一昼夜，植物有机物含量是增加了还是减少了？分析原因？光合作用强度大于细胞呼吸强度。FG段相比EF段，影响因素？GH段相比EF段?无光照，植物只进行细胞呼吸。BC段：温度降低，细胞呼吸减弱(曲线斜率下降)。4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度小于细胞呼吸强度。光合作用强度等于细胞呼吸强度。（小室内CO2浓度最高点）随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度等于细胞呼吸强度。（小室内CO2浓度最低点，且有机物积累最多的点）光照继续减弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度，直至光合作用完全停止。一昼夜后，I点低于A点，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，有机物得以积累。知识点五、光合速率与呼吸速率的模型分析与实验测定1、能直接测得植物的总光合速率吗？请说明原因？2、如何测定净光合速率？3、如何测呼吸速率？（有氧呼吸速率)

较强光照下，装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液或NaHCO3溶液，目的是维