5.4.2光合作用的原理和应用课件高一上学期生物人教版必修1

2023年11月1日发行的《科技创新》邮票中，其中一枚为人工合成淀粉。

这是2021年度中国科学十大进展之一。中国科学家在国际上首次不依赖光合作用实现了二氧化碳到淀粉的人工合成，对未来的农业生产、生物制造产业的具有重要影响。第4节光合作用与能量转换(二)光合作用的原理和应用第5章细胞的能量供应和利用1.光合作用的概念及反应式绿色植物通过，利用，将转化成，并且释放出的过程。概念：叶绿体光能二氧化碳和水储存着能量的有机物氧气提示：光合作用产物一部分是淀粉，一部分是蔗糖，都是糖类，因此可以使用（CH2O）表示光合作用的产生的有机物。

反应式：CO2+H2O（CH2O)+O2光能叶绿体

四、光合作用的原理资料1(P102)：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。C6H12O6葡萄糖CH2O甲醛（CH2O）碳水化合物CO2二氧化碳

不能通过光合作用实现分析简洁合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应资料2：希尔实验：1937年，英国科学家希尔发现，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。O2H+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称作希尔反应讨论1：希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？为什么？不能。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。合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应资料2：希尔实验：1937年，英国科学家希尔发现，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。O2H+讨论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。合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应思考：能否有更加好的方法研究O2中的氧元素到底来自H2O还是CO2？资料3

1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：分析鲁宾和卡门做的实验，能得出什么结论？结论：氧气中的氧全部来源于H2O，而并不来源于CO2。合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应对比实验相互对照资料4：1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。ADP+PiATP叶绿体H2ONADPH+O2光能+能量合作探究

任务一：探索光合作用原理--光反应条件：场所：物质变化：水的光解：ATP的合成：H2O

O2＋H+＋e-

光能叶绿体光能能量变化:ATP、NADPH中活跃的化学能ADP+Pi+能量

ATP酶NADPH的合成：光、色素、多种酶类囊体薄膜NADP++H++e-NADPH酶色素分子可见光ADP+PiATP酶吸收光反应H++NADP+NADPH酶H2OO2光解2.光反应NADPH:还原性辅酶II（光合）；NADH:还原性辅酶I（呼吸）四、光合作用的原理叶绿体类囊体薄膜结构与功能相适应2.光反应四、光合作用的原理资料1，阿尔农实验2：1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验发现，在黑暗条件下，若给叶绿体提供CO2、ATP和NADPH，有糖类生成，同时ATP、NADPH和CO2含量急剧下降。若只提供CO2，不提供ATP和NADPH，则无糖类生成。结论：叶绿体中的ATP和NADPH能将CO2转化成糖类问题：该实验能够得出什么结论？合作探究

任务二：探索光合作用原理--暗反应资料2，卡尔文实验：实验中将14CO2通入盛有小球藻的玻璃器皿中，给予充足的光照，每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻。用甲醇将化合物提取出来，再通过纸层析法分离光合产物，根据被14C标记的化合物出现时间的先后，推测生化过程。光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。在5秒钟的光照后，同时检测到了含有放射性的C5和C6。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90％的放射性出现在一种C3中。CO2

C5(核酮糖-1,5-二磷酸)

C3（3-磷酸甘油酸）C6(糖类)问题：据此分析14C的移动路径，可以得出什么结论？合作探究

任务二：探索光合作用原理--暗反应资料3，卡尔文实验2：卡尔文及其同事通过改变实验条件发现，C5化合物呈现规律性变化：如果光照下突然中断CO2供应时，C3急剧减少而C5量增加；当恢复CO2供应时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。结论：CO2与C5结合形成C3化合物，C3又可以转化形成C5，两者之间是相互循环的。思考：CO2与什么物质结合形成C3?CO2

C5

C3C6C5问题：据此可以分析C3、C5之间关系，进而得出什么结论？合作探究

任务二：探索光合作用原理--暗反应CO2的固定C3的还原条件：场所：叶绿体基质物质变化:CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的还原ATP、NADPH中活跃的化学能2C3(CH2O)+C5ATPADP+Pi能量变化：有机物中稳定的化学能酶NADPHNADP+NADPH多种酶ADP+PiATPC52C3CO2固定（CH2O）还原暗反应NADP+注意：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指RuBP酶、NADPH、ATP、CO23.暗反应四、光合作用的原理韧皮部（筛管）植株各处3.暗反应四、光合作用的原理光反应产生的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。合作探究

任务三：建构光合作用的过程模型NADPH和ATP的移动途径NADP+和ADP的移动途径从类囊体薄膜到叶绿体基质从叶绿体基质到类囊体薄膜

光反应阶段暗反应阶段条件场所物质变化能量变化

联系光、色素、酶不需光、酶、NADPH、ATP叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质中水的光解；ATP、NADPH的生成CO2的固定；C3的还原光能→ATP和NADPH活跃化学能活跃化学能→有机物中稳定化学能光反应是暗反应的基础，为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+

。4.光反应与暗反应的比较四、光合作用的原理光合作用的表达式：元素转移：

O元素：H2O→O2C元素：CO2→C3→(CH2O)和C5意义：①把无机物合成为有机物，生物界中有机物的来源；②将光能转换成化学能，为生命世界的生命活动提供了能量来源；③维持大气中氧气和二氧化碳的平衡④对生物的进化具有重要作用四、光合作用的原理01叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光CO2浓度不变NADPH、ATP

C3C5

（CH2O）光照减弱减少增加减少减少光照增强增加减少增加增加5.条件骤变对光合作用中各物质的影响四、光合作用的原理01叶绿体中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多种酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定还原NADP+NADPH酶可见光光照不变NADPH、ATPC3C5

（CH2O）CO2浓度减少增加减少增加减少CO2浓度增加减少增加减少增加5.条件骤变对光合作用中各物质的影响四、光合作用的原理C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。五、化能合成作用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+6H2OC6H12O6+6O2能量光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）化能自养生物（硝化细菌、铁细菌等）

异养生物：只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。如人、动物、真菌及大多数的细菌。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.卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5C.鲁宾和卡门用同位素示踪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2.下列叙述不正确的是()A.有氧呼吸过程中产生的[H]与氧气结合生成水分子，释放大量的能量B.线粒体的内膜和基质中都能生成[H]C.光合作用光反应阶段产生NADPH是在叶绿体的类囊体薄膜上完成的D.光合作用光反应产生的NADPH参与了暗反应中C3的还原B习题检测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B3.如图为叶绿体中光合作用过程示意图，其中A、B、C、D表示叶绿体的结构，①②③④⑤表示有关物质。下列说法错误的是（）A.图中A的存在可以增加叶绿体内的膜面积B.与光合作用有关的酶主要分布在A、C、D上C.光合作用过程中ADP和Pi从B向A处移动D.若突然停止光照，短时间内④的含量会增加B习题检测CO2浓度水分光光质光照强度光照时间光照面积酶色素温度矿质元素气孔开闭情况光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。影响因素六、影响光合作用强度的因素及其应用产生O2的量利用CO2的量思考：能否测量出光合作用强度？线粒体叶绿体O2释放O2（可测）叶肉细胞CO2吸收CO2吸收O2（可测）释放CO2（可测）（可测）植物在单位时间内吸收CO2的量或者释放O2的量或者积累有机物的量称为净光合作用强度。总光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度六、影响光合作用强度的因素及其应用真正光合速率=净光合速率+呼吸速率项目表示方法净光合速率（表观光合速率）

真正光合速率

（总光合速率）呼吸速率（黑暗中测量）O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量①对象：叶绿体：直接总光合。②对象：植株、叶片、细胞：见下表光照下CO2的吸收量黑暗中CO2的释放量曲线c：净光合速率曲线d：呼吸速率E点：净光合速率等于呼吸速率；总光合速率是净光合速率的2倍。曲线a、b的差值：净光合作用强度光合作用强度=呼吸作用强度D点：净光合作用强度为0【典型曲线分析---拓展应用】补充光合速率的测定

方法一测氧气释放速率(液滴移动法)甲装置液滴移动的距离表示单位时间内氧气的释放量，即净光合速率乙装置液滴移动的距离表示单位时间内氧气的吸收量，即呼吸速率NaHCO3溶液(或CO2缓冲液)的作用：为植物光合作用提供CO2，维持装置中CO2的稳定。六、影响光合作用强度的因素及其应用测定方法：

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。

c.真正光合速率=净光合速率+呼吸速率=m+n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。例.某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在室温25℃下进行了一系列的实验，下列对实验过程中装置条件及结果的叙述错误的是(

)A.若X溶液为CO2缓冲液并给予光照，

液滴移动距离可表示净光合作用强度大小B.若要测真光合强度，需另加设一装置遮光

处理，X溶液为NaOH溶液C.若X溶液为清水并给予光照，光合作用大于细胞呼吸时，液滴右移D.若X溶液为清水并遮光处理，消耗的底物为脂肪时，液滴左移C“黑白瓶”中有关光合作用与细胞呼吸的计算方法“黑白瓶”问题是一类通过净光合作用强度和有氧呼吸强度推算总光合作用强度的试题，其中“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，可分为有初始值与没有初始值两种情况，规律如下：规律1：有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。方法二、“密闭装置法”测定光合速率与呼吸速率

测定装置(也叫“黑白瓶法”）规律2：没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量与黑瓶中测得的现有量之差即总光合作用量。在适宜光照下照射6h后，在A（黑瓶）、B（白瓶）的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度M，M＝MB－MA，单位是mg/(dm2·h)，M表示B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量。方法二、“密闭装置法”测定光合速率与呼吸速率

测定装置(也叫“黑白瓶法”）实验原理

叶片含有空气上浮抽气叶片下沉叶片上浮光合作用产生O2O2充满细胞间隙自变量光照强弱因变量光合作用强度用单位时间叶圆片上浮的数量或所有叶圆片上浮所需要的时间控制方法：检测方法：①实验叶片：同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：无关变量等量,相同浓度数量时间相同瓦数的台灯离实验材料的距离或不同瓦数的灯【探究·实践】探究环境因素对光合作用的影响方法步骤0.6cm的打孔器打孔打出圆形小叶片30片黑暗保存叶片叶片置于注射器内抽出叶片的气体叶片均分为3组【探究·实践】探究环境因素对光合作用的影响方法步骤1.取3只小烧杯，分别倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液），向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片；2.分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照。强光中等光弱光注：LED灯作为光源（冷光源，排除温度干扰），分别用不同光照强度（调节光源与烧杯的距离）去照射叶片。叶片均分为3组浓度过高，会导致叶肉细胞失水过多，影响细胞代谢，光合速率下降【探究·实践】探究环境因素对光合作用的影响方法步骤3.观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。（或上浮相同数量的小圆形叶片各实验装置所用时间。）实验结果实验结论在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。【探究·实践】探究环境因素对光合作用的影响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。吸收光的热量，避免温度的变化对实验结果造成干扰盛水玻璃柱作用：CO2浓度【探究·实践】探究环境因素对光合作用的影响六、影响光合作用强度的因素及其应用内因1：叶龄

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六、影响光合作用强度的因素及其应用内因2：叶面积指数物质量叶面积指数单位土地面积上，植物的总叶面积

在一定的范围内，随叶面积不断增大，光合作用强度不断增加，超过一定范围后，光合作用强度不再增加。当叶面积增加到一定限度后，呼吸作用加强，净光合产量反而下降。总光合量净光合量ABC呼吸量适当修苗，合理施肥、浇水，避免枝叶徒长，封行过早。温室栽培植物时，可通过合理密植来增加光合作用面积六、影响光合作用强度的因素及其应用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<呼吸作用六、影响光合作用强度的因素及其应用外因：①光照强度光照强度0CO2吸收CO2释放ABC呼吸速率光补偿点光饱和点净光合总光合B：光合作用=呼吸作用D：光合速率开始达到最大时外界的光照强度（限制因素：CO2浓度、温度等）DAB：光合作用<呼吸作用BC：光合作用>呼吸作用呼吸A：只进行呼吸作用C点之前限制光合作用的因素是光照强度应用：1.间作(几种作物同时期播种)套种(几种作物不同时期播种)2.合理密植,增加光合作用面积

3.温室大棚,使用无色透明玻璃六、影响光合作用强度的因素及其应用外因：①光照强度光照强度0CO2吸收CO2释放ABC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：

叶绿体吸收CO2的速率是总光合速率，叶肉细胞和植物体吸收CO2的速率是净光合速率。当植物体的V光合=V呼吸时，则叶肉细胞V光合>V呼吸。大于六、影响光合作用强度的因素及其应用外因：①光照强度①当净光合速率＞0时，植物因积累有机物而生长。②当净光合速率＝0时，植物不能生长。③当净光合速率＜0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。（1）当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率；（2）当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。光合速率与植物生长六、影响光合作用强度的因素及其应用A’B’光照强度OC’ABC阴生植物阳生植物CO2吸收量CO2释放量阳生植物：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。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。阳生植物的光补偿点和光饱和点都比阴生植物大六、影响光合作用强度的因素及其应用①光照强度CO2浓度AB吸收速率CO2C释放速率CO2DA点：对应的CO2浓度为能进行光合作用的最低CO2浓度。CO2补偿点光合作用速率＝呼吸作用速率对应的D点为CO2饱和点C点之后光合速率的限制因素：主要为光照强度和温度。B点：C点：应用：1.多施有机肥或农家肥；2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；3.大田中还要注意通风透气。六、影响光合作用强度的因素及其应用外因：②CO2浓度（1）A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点

移；反之，A点

移。上下（2）B点与C点的变化：

B点(补偿点)C点(饱和点)适当增大CO2浓度(光照强度)适当减小CO2浓度(光照强度)土壤缺Mg2＋阴生植物左移右移右移左移右移左移注意：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应

移，反之

移。（3）D点：代表最大光合速率，当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。与阳生植物相比，阴生植物的D点向

移动。右左右上方左下方左移左移光合作用、细胞呼吸曲线中关键点的移动例：已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃，如图表示30℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是（）A.下移、右移、上移

B.下移、左移、下移C.上移、左移、上移

D.上移、右移、上移C原理1：温度通过影响

影响光合作用。曲线分析:酶的活性六、影响光合作用强度的因素及其应用原理2:影响气孔开闭应用：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4.连续阴雨天：白天和晚上均降温外因：③温度④矿质元素：六、影响光合作用强度的因素及其应用⑤水:N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分P：NADP+和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1.光合作用的原料2.体内各种化学反应的介质3.直接影响气孔的开闭,间接影响CO2进入应用：合理施肥应用：预防干旱合理灌溉外因：矿质元素和水光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用P点及P点之前：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子

的不断加强，光合速率不断

。Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要

为各曲线所表示的因子。提高六、影响光合作用强度的因素及其应用问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。六、影响光合作用强度的因素及其应用光照强度、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用内因：外因：基因决定酶种类数量不同水分—应用：合理灌溉矿质元素—应用：合理施肥温度—影响酶的活性应用：适时播种、昼夜温差大“午休”CO2浓度—升高CO2的浓度：通风、混养、使用农家肥、加干冰…

光照光质（光的颜色）

光照时间：（应用：延长光照时间：一年两/三熟）光合面积（叶面指数）（应用：合理密植、间苗、剪枝；适当升高光强度，间作套种（提高光能的利用率）不同植物光合作用不同；不同部位（叶）光合作用不同；不同叶龄的叶光合作用不同。（应用：大棚种植用红光或蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）六、影响光合作用强度的因素及其应用小结自然环境中一昼夜植物光合作用曲线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DH点：光合速率=呼吸速率DH点以下：光合速率<呼吸速率DH点以上：光合速率>呼吸速率七、自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析从图中可以看出，限制光合作用的因素有

。温度过高，蒸腾作用加强，气孔大量关闭，CO2供应不足，光合速率下降，出现“午休”现象。时间光合作用强度BC段：光照强度不断减弱。AB段：光照强度不断增大。DE段：【拓展应用P106】光照强度、CO2浓度、水等提出提高光合作用强度的合理措施

。增加光照强度、合理密植、合理灌溉七、自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析1.AD段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是____________________；2.DH段玻璃罩内CO2浓度下降的原因是____________________；3.HI段玻璃罩内CO2浓度增加的原因是_____________________；4.光合速率等于呼吸速率的点是_______；5.经过一昼夜的时间，该植物是否生长？____。判断的依据是_______________________________________________________________________

。光合速率＜呼吸速率光合速率＜呼吸速率光合速率＞呼吸速率DH是I和A点相比，玻璃罩内CO2浓度减少，减少的CO2转化成有机物积累

在植物体内密闭环境一昼夜CO2含量的变化七、自然环境及密闭容器中植物光合作用曲线及分析