2024-2025學(xué)年高一生物必修第一冊(cè)（人教版）課件 第5章 細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用 第4節(jié) 第2課時(shí) 光合作用的原理

第2課時(shí)光合作用的原理學(xué)有目標(biāo)——課標(biāo)要求必明1.描述光合作用是怎樣進(jìn)行的。2.通過(guò)對(duì)光合作用光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的思考和討論，說(shuō)明光合作用過(guò)程，并從物質(zhì)與能量觀視角，闡明光合作用原理，認(rèn)同人類對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)過(guò)程是逐步的、不斷發(fā)展的。【主干知識(shí)梳理】一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1．光合作用的概念(1)場(chǎng)所：綠色植物的________。(2)能量來(lái)源：_____。(3)反應(yīng)物：__________。(4)產(chǎn)物：____、_____等有機(jī)物。葉綠體光能CO2和H2OO2糖類2．探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有水，沒有二氧化碳)，在光照下可以釋放出______光合作用釋放的O2來(lái)自____；氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成_____

(填“是”或“不是”)同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)氧氣水不是魯賓和卡門HO＋CO2―→植物―→_____H2O＋C18O2―→植物―→____光合作用釋放的O2中的氧元素來(lái)自____阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成______，且這一過(guò)程總是與__________相伴隨水的光解可合成_____18O2O2水ATP水的光解ATP續(xù)表二、光合作用的過(guò)程1．反應(yīng)式__________________________________。2．過(guò)程(據(jù)圖填空)①_________，②_____，③_________，④____，⑤_______。NADPH2C3ADP＋PiO2(CH2O)3．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較類囊體的薄膜上葉綠體基質(zhì)中不需要光O2NADPHATPC52C3(CH2O)ATP(CH2O)【教材微點(diǎn)發(fā)掘】1．閱讀教材第102頁(yè)“思考·討論”，結(jié)合利用小球藻進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)的示意圖，可求出圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量之比是多少。提示：圖中A、B物質(zhì)是O2，均來(lái)自反應(yīng)物中的H2O。A、B分別為O2、18O2，二者的相對(duì)分子質(zhì)量之比為32∶36＝8∶9。2．下圖表示光能轉(zhuǎn)換為電能的示意圖(教材第103頁(yè)“相關(guān)信息”)，A代表處于特殊狀態(tài)下的葉綠素a，B代表具有吸收和傳遞光能作用的色素，C和D代表傳遞電子的物質(zhì)。請(qǐng)回答相關(guān)問題：(1)葉綠體中光合色素吸收的光能，有兩個(gè)用途：一是______________，二是提供能量_____________________________________________________。(2)水分解為______的同時(shí)，被葉綠體奪去兩個(gè)電子。電子經(jīng)傳遞，可用于NADP＋與H＋結(jié)合形成________。答案：(1)將水分解為氧和H＋促使ADP和Pi反應(yīng)形成ATP

(2)氧和H＋

NADPH教材問題提示一、思考·討論(一)探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1．不能說(shuō)明。希爾反應(yīng)僅說(shuō)明了離體葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實(shí)驗(yàn)沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。2．能夠說(shuō)明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料——CO2，因此，該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段。3．光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來(lái)源于水，而并不來(lái)源于CO2。4．合理即可。例如：(二)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系1．本問題可以用列表的形式解決：名稱光反應(yīng)暗反應(yīng)所需條件必須有光不直接依賴光（有光或無(wú)光均可）進(jìn)行場(chǎng)所類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)變化水光解為O2和H＋；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解能量轉(zhuǎn)化光能轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中的化學(xué)能ATP和NADPH中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能2.①物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)生成的ATP和NADPH供暗反應(yīng)C3的還原，而暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi和NADP＋。②能量聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了活躍的化學(xué)能，暗反應(yīng)將活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。二、旁欄思考用這種方法觀測(cè)到的O2的產(chǎn)生量，實(shí)際是光合作用的O2釋放量，與植物光合作用實(shí)際產(chǎn)生的O2量不同，沒有考慮到植物自身呼吸作用對(duì)O2的消耗。新知探究(一)探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)【探究·深化】人們對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)是一個(gè)漫長(zhǎng)的漸進(jìn)過(guò)程，請(qǐng)閱讀教材的內(nèi)容，討論并交流下列問題：實(shí)驗(yàn)一：1937年，希爾用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。他將離體的葉綠體加到具有氫受體的水溶液中，在無(wú)CO2的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體中有O2放出。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：________________________________________________。答案：葉綠體在有氫受體的水溶液中光照可產(chǎn)生O2實(shí)驗(yàn)二：1954年，阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和氫受體時(shí)，體系中就會(huì)有ATP和NADPH產(chǎn)生。在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。該?shí)驗(yàn)說(shuō)明：__________________________________________。答案：葉綠體照光條件下，反應(yīng)體系中有ADP/Pi和氫受體存在時(shí)可產(chǎn)生ATP和NADPH。在黑暗條件下，有ATP和NADPH時(shí)，葉綠體可將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘菍?shí)驗(yàn)三：20世紀(jì)40年代，卡爾文及其同事因在光合作用方面的研究成果，獲得了1961年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?？栁膶⑿∏蛟逖b在一個(gè)密閉容器中，通過(guò)一個(gè)通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個(gè)開關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過(guò)控制電源開關(guān)可控制光照的有無(wú)。他向密閉容器中通入14CO2，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種六碳糖(C6)中，將反應(yīng)時(shí)間縮短到0.5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中。(1)上述實(shí)驗(yàn)中卡爾文等是通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間來(lái)探究CO2中碳原子轉(zhuǎn)移路徑的，采用了____________等技術(shù)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明CO2中C的轉(zhuǎn)移路徑是__________(請(qǐng)用“→”表示)。(2)卡爾文及其同事們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在有光照和CO2供應(yīng)的條件下，C3和C5的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。但是，當(dāng)改變其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)條件后，二者的濃度迅速出現(xiàn)了規(guī)律性的變化：停止CO2供應(yīng)時(shí)，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高；停止光照時(shí)，C3的濃度急速升高，C5的濃度急速降低。由此可見C3和C5之間的關(guān)系是____________(請(qǐng)用箭頭表示)。答案：(1)同位素示蹤法CO2→C3→C6(2)【典題·例析】[典例]卡爾文等用14CO2供小球藻光合作用，探明CO2中的碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物碳的途徑，下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．用同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變B．該實(shí)驗(yàn)的自變量是時(shí)間C．長(zhǎng)時(shí)間給小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5D．用C18O2供小球藻光合作用，也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康腫答案]

D[解析]

同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變，A正確；該實(shí)驗(yàn)的自變量是時(shí)間，B正確；長(zhǎng)時(shí)間給小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5，C正確；用C18O2供小球藻光合作用，只能探明CO2中的氧轉(zhuǎn)化成有機(jī)物氧的途徑，D錯(cuò)誤?！緫?yīng)用·體驗(yàn)】1．光合作用的科學(xué)研究經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索過(guò)程，眾多科學(xué)家作出了重要貢獻(xiàn)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A．希爾反應(yīng)能說(shuō)明植物光合作用中水的光解和糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)B．魯賓和卡門根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)出CO2中C的轉(zhuǎn)移途徑C．魯賓和卡門用同位素標(biāo)記的方法發(fā)現(xiàn)了光合作用中氧氣來(lái)自水D．阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可合成ATP，并發(fā)現(xiàn)該過(guò)程總與水的光解相伴隨答案：B

解析：希爾實(shí)驗(yàn)的懸浮液中只有水，沒有CO2，不能合成糖類，說(shuō)明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，A正確；卡爾文根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測(cè)出CO2中C的轉(zhuǎn)移途徑，B錯(cuò)誤；魯賓和卡門運(yùn)用同位素標(biāo)記法標(biāo)記O元素進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了光合作用中氧氣來(lái)自水，C正確；阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可以合成ATP，并且葉綠體合成ATP的過(guò)程總是與水的光解相伴隨，D正確。2．如圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A．Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B．④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量C．②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量D．試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量答案：C

新知探究(二)光合作用的過(guò)程【探究·深化】[情境質(zhì)疑]光合作用是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，包括一系列的化學(xué)反應(yīng)。如圖是光合作用的圖解，結(jié)合該圖和教材內(nèi)容分析：(1)暗反應(yīng)不直接依賴光，那么暗反應(yīng)能較長(zhǎng)時(shí)間在黑暗條件下進(jìn)行嗎？提示：不能。因?yàn)樵诤诎禇l件下不能進(jìn)行光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺少光反應(yīng)提供的NADPH和ATP。(2)若用18O標(biāo)記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質(zhì)中檢測(cè)到18O?提示：18O可在釋放的O2中檢測(cè)到。(3)若用14C標(biāo)記CO2中的C，請(qǐng)寫出光合作用過(guò)程中14C的轉(zhuǎn)化途徑。提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。(4)夏季中午，氣孔關(guān)閉后，會(huì)導(dǎo)致CO2供應(yīng)不足，短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C3和C5會(huì)發(fā)生怎樣的變化？提示：C3下降，C5上升。[重難點(diǎn)撥]1．明確光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP＋、ADP和Pi。(2)沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無(wú)法合成。2．環(huán)境條件改變時(shí)光合作用中相關(guān)物質(zhì)的含量變化(1)分析方法：需從物質(zhì)的生成和消耗兩個(gè)方面綜合分析。示例：CO2供應(yīng)正常，光照停止時(shí)C3的含量變化。(2)物質(zhì)含量變化：條件C3C5NADPH([H])和ATP模型分析光照由強(qiáng)到弱，CO2供應(yīng)不變?cè)黾訙p少減少或沒有光照由弱到強(qiáng)，CO2供應(yīng)不變減少增加增加光照不變，CO2由充足到不足減少增加增加光照不變，CO2由不足到充足增加減少減少續(xù)表[特別提醒]

①以上各物質(zhì)的變化是相對(duì)含量的變化，不是合成速率，而且是在條件改變后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。②在以上各物質(zhì)的含量變化中：C3和C5含量的變化是相反的，即C3增加，則C5減少；NADPH和ATP的含量變化是一致的，即都增加，或都減少。【典題·例析】[典例1]

光合作用是葉綠體吸收、轉(zhuǎn)化光能的過(guò)程，如圖為光合作用過(guò)程的示意圖。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A．①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2B．暗反應(yīng)中，CO2首先與C5結(jié)合生成C3，然后被還原為(CH2O)C．黑暗條件下，光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)將持續(xù)不斷地進(jìn)行下去D．增加光照強(qiáng)度或降低CO2濃度，短時(shí)間內(nèi)C3的含量都將減少[答案]

C[解析]據(jù)圖分析，類囊體薄膜上的光合色素吸收光能，將水光解，產(chǎn)生H＋與O2，①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反應(yīng)階段，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正確；暗反應(yīng)中，CO2首先與C5結(jié)合生成C3，然后被還原為(CH2O)，B正確；黑暗條件下，光反應(yīng)停止，NADPH和ATP不再產(chǎn)生，暗反應(yīng)將逐漸停止，C錯(cuò)誤；增加光照強(qiáng)度，短時(shí)間內(nèi)C3的生成速率不變，而光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP還原為(CH2O)速率加快，因此C3的含量減少；降低CO2濃度，CO2的固定減弱，生成的C3減少，短時(shí)間內(nèi)C3的還原速率基本不變，所以C3的含量將減少，D正確。[典例2]正常生長(zhǎng)的綠藻，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是(

)A．O2的產(chǎn)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]

黑暗處理后，光反應(yīng)停止，O2的產(chǎn)生停止。ATP和NADPH是光反應(yīng)的產(chǎn)物，同時(shí)也是暗反應(yīng)的原料，黑暗處理后，ATP和NADPH的產(chǎn)生減少，且仍被暗反應(yīng)所消耗，產(chǎn)生的ADP和NADP＋增多。光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，使得暗反應(yīng)產(chǎn)生的C5減少，CO2的固定減慢。方法規(guī)律光合作用過(guò)程中相關(guān)物質(zhì)的變化規(guī)律【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．下圖為葉綠體中某生理過(guò)程示意圖，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A．該過(guò)程所利用的光一般都是可見光B．葉綠體內(nèi)膜被破壞后，O2將不能產(chǎn)生C．該過(guò)程形成的ATP主要用于暗反應(yīng)D．Pi在ADP和ATP的轉(zhuǎn)化過(guò)程中起重要作用答案：B解析：光反應(yīng)階段所利用的光一般都是可見光，A正確；光反應(yīng)階段在類囊體薄膜上進(jìn)行，因此葉綠體內(nèi)膜被破壞后，O2仍繼續(xù)產(chǎn)生，B錯(cuò)誤；光反應(yīng)階段形成的ATP用于暗反應(yīng)中C3的還原，C正確；ATP水解生成ADP和Pi，Pi和ADP結(jié)合生成ATP，D正確。2.如圖表示在夏季晴朗的白天植物細(xì)胞內(nèi)C3和C5的相對(duì)含量隨一種環(huán)境因素改變的變化情況，下列對(duì)這一環(huán)境因素改變的分析，正確的是(

)A．突然停止光照 B．突然增加CO2濃度C．降低環(huán)境溫度 D．增加光照強(qiáng)度答案：D

解析：增加光照強(qiáng)度，光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP增多，被還原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過(guò)程不變，故C3的相對(duì)含量將減少、C5的相對(duì)含量將增加，D正確。科學(xué)思維——?dú)w納概括光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系光合作用與呼吸作用關(guān)系模型分析(2)能量聯(lián)系：【素養(yǎng)評(píng)價(jià)】1．下圖是某植物葉肉細(xì)胞光合作用與有氧呼吸過(guò)程中的物質(zhì)變化圖解，其中①～④表示過(guò)程。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(

)A．過(guò)程①③④都能合成ATP B．過(guò)程①②③④總是同時(shí)進(jìn)行C．過(guò)程①③都在生物膜上進(jìn)行

D．過(guò)程④產(chǎn)生的[H]還來(lái)自水答案：B解析：據(jù)圖可知，過(guò)程①～④依次是光合作用的光反應(yīng)階段、光合作用的暗反應(yīng)階段、有氧呼吸的第三階段以及有氧呼吸的第一、二階段，其中①③④都能合成ATP，A正確；過(guò)程①②③④不一定同時(shí)進(jìn)行，如晚上僅進(jìn)行③④(有氧呼吸)而不進(jìn)行①②(光合作用)，B錯(cuò)誤；過(guò)程①是光合作用的光反應(yīng)階段，場(chǎng)所是類囊體薄膜，過(guò)程③是有氧呼吸的第三階段，場(chǎng)所是線粒體內(nèi)膜，C正確；過(guò)程④是有氧呼吸的第一、二階段，產(chǎn)生的[H]除了來(lái)自葡萄糖之外，還來(lái)自水，D正確。2．下圖為高等綠色植物光合作用和細(xì)胞呼吸之間關(guān)系的示意圖，其中①～⑥代表不同物質(zhì)?；卮鹣铝袉栴}：(1)為研究該植物綠葉中色素的種類，需將提取到的色素在濾紙上分離，色素分離依據(jù)的原理是_____________________________________________。(2)③代表的物質(zhì)是________，其產(chǎn)生的場(chǎng)所是________。植物通過(guò)光反應(yīng)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能儲(chǔ)存在__________________(填物質(zhì)名稱)中，通過(guò)暗反應(yīng)把活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能儲(chǔ)存于________(填序)中。(3)請(qǐng)用