2024-2025学年高一生物必修第一册（人教版）课件 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 第2课时 光合作用的原理

第2课时光合作用的原理学有目标——课标要求必明1.描述光合作用是怎样进行的。2.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，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。【主干知识梳理】一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验1．光合作用的概念(1)场所：绿色植物的________。(2)能量来源：_____。(3)反应物：__________。(4)产物：____、_____等有机物。叶绿体光能CO2和H2OO2糖类2．探索光合作用原理的部分实验科学家实验过程及现象实验结论希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出______光合作用释放的O2来自____；氧气的产生和糖类的合成_____

(填“是”或“不是”)同一个化学反应氧气水不是鲁宾和卡门HO＋CO2―→植物―→_____H2O＋C18O2―→植物―→____光合作用释放的O2中的氧元素来自____阿尔农在光照下，叶绿体可合成______，且这一过程总是与__________相伴随水的光解可合成_____18O2O2水ATP水的光解ATP续表二、光合作用的过程1．反应式__________________________________。2．过程(据图填空)①_________，②_____，③_________，④____，⑤_______。NADPH2C3ADP＋PiO2(CH2O)3．光反应与暗反应的比较类囊体的薄膜上叶绿体基质中不需要光O2NADPHATPC52C3(CH2O)ATP(CH2O)【教材微点发掘】1．阅读教材第102页“思考·讨论”，结合利用小球藻进行光合作用实验的示意图，可求出图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少。提示：图中A、B物质是O2，均来自反应物中的H2O。A、B分别为O2、18O2，二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。2．下图表示光能转换为电能的示意图(教材第103页“相关信息”)，A代表处于特殊状态下的叶绿素a，B代表具有吸收和传递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物质。请回答相关问题：(1)叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是______________，二是提供能量_____________________________________________________。(2)水分解为______的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成________。答案：(1)将水分解为氧和H＋促使ADP和Pi反应形成ATP

(2)氧和H＋

NADPH教材问题提示一、思考·讨论(一)探索光合作用原理的部分实验1．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干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。2．能够说明。希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，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。3．光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。4．合理即可。例如：(二)光反应和暗反应的区别与联系1．本问题可以用列表的形式解决：名称光反应暗反应所需条件必须有光不直接依赖光（有光或无光均可）进行场所类囊体薄膜叶绿体基质物质变化水光解为O2和H＋；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的还原；ATP和NADPH的分解能量转化光能转化为ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能2.①物质联系：光反应生成的ATP和NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP＋。②能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。二、旁栏思考用这种方法观测到的O2的产生量，实际是光合作用的O2释放量，与植物光合作用实际产生的O2量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用对O2的消耗。新知探究(一)探索光合作用原理的实验【探究·深化】人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进过程，请阅读教材的内容，讨论并交流下列问题：实验一：1937年，希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。该实验说明：________________________________________________。答案：叶绿体在有氢受体的水溶液中光照可产生O2实验二：1954年，阿尔农等用离体的叶绿体做实验。在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和氢受体时，体系中就会有ATP和NADPH产生。在黑暗条件下，只要供给了ATP和NADPH，叶绿体就能将CO2转变为糖。该实验说明：__________________________________________。答案：叶绿体照光条件下，反应体系中有ADP/Pi和氢受体存在时可产生ATP和NADPH。在黑暗条件下，有ATP和NADPH时，叶绿体可将CO2转变为糖实验三：20世纪40年代，卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5s时，14C出现在一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。(1)上述实验中卡尔文等是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了____________等技术方法。实验结果说明CO2中C的转移路径是__________(请用“→”表示)。(2)卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高；停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。由此可见C3和C5之间的关系是____________(请用箭头表示)。答案：(1)同位素示踪法CO2→C3→C6(2)【典题·例析】[典例]卡尔文等用14CO2供小球藻光合作用，探明CO2中的碳转化成有机物碳的途径，下列叙述错误的是(

)A．用同位素标记的化合物，化学性质不会改变B．该实验的自变量是时间C．长时间给小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5D．用C18O2供小球藻光合作用，也可达到实验目的[答案]

D[解析]

同位素标记的化合物，化学性质不会改变，A正确；该实验的自变量是时间，B正确；长时间给小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5，C正确；用C18O2供小球藻光合作用，只能探明CO2中的氧转化成有机物氧的途径，D错误。【应用·体验】1．光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程，众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是(

)A．希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应B．鲁宾和卡门根据实验结果推测出CO2中C的转移途径C．鲁宾和卡门用同位素标记的方法发现了光合作用中氧气来自水D．阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现该过程总与水的光解相伴随答案：B

解析：希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，A正确；卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径，B错误；鲁宾和卡门运用同位素标记法标记O元素进行对比实验，发现了光合作用中氧气来自水，C正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP，并且叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，D正确。2．如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。实验进行一段时间后，下列相关叙述错误的是(

)A．Y2的质量大于Y3的质量B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量C．②中水的质量大于④中水的质量D．试管①的质量大于试管②的质量答案：C

新知探究(二)光合作用的过程【探究·深化】[情境质疑]光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：(1)暗反应不直接依赖光，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。(2)若用18O标记H2O中的O，则能在光合作用的哪些物质中检测到18O?提示：18O可在释放的O2中检测到。(3)若用14C标记CO2中的C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。(4)夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？提示：C3下降，C5上升。[重难点拨]1．明确光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。2．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化。(2)物质含量变化：条件C3C5NADPH([H])和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不变，CO2由不足到充足增加减少减少续表[特别提醒]

①以上各物质的变化是相对含量的变化，不是合成速率，而且是在条件改变后的短时间内发生的。②在以上各物质的含量变化中：C3和C5含量的变化是相反的，即C3增加，则C5减少；NADPH和ATP的含量变化是一致的，即都增加，或都减少。【典题·例析】[典例1]

光合作用是叶绿体吸收、转化光能的过程，如图为光合作用过程的示意图。下列叙述错误的是(

)A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去D．增加光照强度或降低CO2浓度，短时间内C3的含量都将减少[答案]

C[解析]据图分析，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生H＋与O2，①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反应阶段，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正确；暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)，B正确；黑暗条件下，光反应停止，NADPH和ATP不再产生，暗反应将逐渐停止，C错误；增加光照强度，短时间内C3的生成速率不变，而光反应产生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP还原为(CH2O)速率加快，因此C3的含量减少；降低CO2浓度，CO2的固定减弱，生成的C3减少，短时间内C3的还原速率基本不变，所以C3的含量将减少，D正确。[典例2]正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(

)A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降[答案]

B[解析]

黑暗处理后，光反应停止，O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。方法规律光合作用过程中相关物质的变化规律【应用·体验】1．下图为叶绿体中某生理过程示意图，有关叙述错误的是(

)A．该过程所利用的光一般都是可见光B．叶绿体内膜被破坏后，O2将不能产生C．该过程形成的ATP主要用于暗反应D．Pi在ADP和ATP的转化过程中起重要作用答案：B解析：光反应阶段所利用的光一般都是可见光，A正确；光反应阶段在类囊体薄膜上进行，因此叶绿体内膜被破坏后，O2仍继续产生，B错误；光反应阶段形成的ATP用于暗反应中C3的还原，C正确；ATP水解生成ADP和Pi，Pi和ADP结合生成ATP，D正确。2.如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析，正确的是(

)A．突然停止光照 B．突然增加CO2浓度C．降低环境温度 D．增加光照强度答案：D

解析：增加光照强度，光反应产生的NADPH和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确。科学思维——归纳概括光合作用与细胞呼吸的关系光合作用与呼吸作用关系模型分析(2)能量联系：【素养评价】1．下图是某植物叶肉细胞光合作用与有氧呼吸过程中的物质变化图解，其中①～④表示过程。下列相关叙述错误的是(

)A．过程①③④都能合成ATP B．过程①②③④总是同时进行C．过程①③都在生物膜上进行

D．过程④产生的[H]还来自水答案：B解析：据图可知，过程①～④依次是光合作用的光反应阶段、光合作用的暗反应阶段、有氧呼吸的第三阶段以及有氧呼吸的第一、二阶段，其中①③④都能合成ATP，A正确；过程①②③④不一定同时进行，如晚上仅进行③④(有氧呼吸)而不进行①②(光合作用)，B错误；过程①是光合作用的光反应阶段，场所是类囊体薄膜，过程③是有氧呼吸的第三阶段，场所是线粒体内膜，C正确；过程④是有氧呼吸的第一、二阶段，产生的[H]除了来自葡萄糖之外，还来自水，D正确。2．下图为高等绿色植物光合作用和细胞呼吸之间关系的示意图，其中①～⑥代表不同物质。回答下列问题：(1)为研究该植物绿叶中色素的种类，需将提取到的色素在滤纸上分离，色素分离依据的原理是_____________________________________________。(2)③代表的物质是________，其产生的场所是________。植物通过光反应把太阳能转变为活跃的化学能储存在__________________(填物质名称)中，通过暗反应把活跃的化学能转变为稳定的化学能储存于________(填序)中。(3)请用