2024-2025學年高一生物必修第一冊（人教版）課件 第5章 細胞的能量供應和利用 第4節(jié) 第2課時 光合作用的原理

第2課時光合作用的原理學有目標——課標要求必明1.描述光合作用是怎樣進行的。2.通過對光合作用光反應階段和暗反應階段相關實驗研究的思考和討論，說明光合作用過程，并從物質與能量觀視角，闡明光合作用原理，認同人類對光合作用的認識過程是逐步的、不斷發(fā)展的?！局鞲芍R梳理】一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分實驗1．光合作用的概念(1)場所：綠色植物的________。(2)能量來源：_____。(3)反應物：__________。(4)產物：____、_____等有機物。葉綠體光能CO2和H2OO2糖類2．探索光合作用原理的部分實驗科學家實驗過程及現象實驗結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來自____；氧氣的產生和糖類的合成_____

(填“是”或“不是”)同一個化學反應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中的氧元素來自____阿爾農在光照下，葉綠體可合成______，且這一過程總是與__________相伴隨水的光解可合成_____18O2O2水ATP水的光解ATP續(xù)表二、光合作用的過程1．反應式__________________________________。2．過程(據圖填空)①_________，②_____，③_________，④____，⑤_______。NADPH2C3ADP＋PiO2(CH2O)3．光反應與暗反應的比較類囊體的薄膜上葉綠體基質中不需要光O2NADPHATPC52C3(CH2O)ATP(CH2O)【教材微點發(fā)掘】1．閱讀教材第102頁“思考·討論”，結合利用小球藻進行光合作用實驗的示意圖，可求出圖中A物質和B物質的相對分子質量之比是多少。提示：圖中A、B物質是O2，均來自反應物中的H2O。A、B分別為O2、18O2，二者的相對分子質量之比為32∶36＝8∶9。2．下圖表示光能轉換為電能的示意圖(教材第103頁“相關信息”)，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。請回答相關問題：(1)葉綠體中光合色素吸收的光能，有兩個用途：一是______________，二是提供能量_____________________________________________________。(2)水分解為______的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經傳遞，可用于NADP＋與H＋結合形成________。答案：(1)將水分解為氧和H＋促使ADP和Pi反應形成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驗1．不能說明。希爾反應僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發(fā)生水的光解，產生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。2．能夠說明。希爾反應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，該實驗說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。3．光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2。4．合理即可。例如：(二)光反應和暗反應的區(qū)別與聯系1．本問題可以用列表的形式解決：名稱光反應暗反應所需條件必須有光不直接依賴光（有光或無光均可）進行場所類囊體薄膜葉綠體基質物質變化水光解為O2和H＋；ATP和NADPH的合成CO2的固定；C3的還原；ATP和NADPH的分解能量轉化光能轉化為ATP和NADPH中的化學能ATP和NADPH中的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能2.①物質聯系：光反應生成的ATP和NADPH供暗反應C3的還原，而暗反應為光反應提供了ADP、Pi和NADP＋。②能量聯系：光反應為暗反應提供了活躍的化學能，暗反應將活躍的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能。二、旁欄思考用這種方法觀測到的O2的產生量，實際是光合作用的O2釋放量，與植物光合作用實際產生的O2量不同，沒有考慮到植物自身呼吸作用對O2的消耗。新知探究(一)探索光合作用原理的實驗【探究·深化】人們對光合作用的認識是一個漫長的漸進過程，請閱讀教材的內容，討論并交流下列問題：實驗一：1937年，希爾用離體的葉綠體做實驗。他將離體的葉綠體加到具有氫受體的水溶液中，在無CO2的條件下給予光照，發(fā)現葉綠體中有O2放出。該實驗說明：________________________________________________。答案：葉綠體在有氫受體的水溶液中光照可產生O2實驗二：1954年，阿爾農等用離體的葉綠體做實驗。在給葉綠體照光時發(fā)現，當向反應體系中供給ADP、Pi和氫受體時，體系中就會有ATP和NADPH產生。在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉變?yōu)樘?。該實驗說明：__________________________________________。答案：葉綠體照光條件下，反應體系中有ADP/Pi和氫受體存在時可產生ATP和NADPH。在黑暗條件下，有ATP和NADPH時，葉綠體可將CO2轉變?yōu)樘菍嶒炄?0世紀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年的諾貝爾化學獎?？栁膶⑿∏蛟逖b在一個密閉容器中，通過一個通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個開關，可控制CO2的供應，容器周圍有光源，通過控制電源開關可控制光照的有無。他向密閉容器中通入14CO2，當反應進行到5s時，14C出現在一種六碳糖(C6)中，將反應時間縮短到0.5s時，14C出現在一種三碳化合物(C3)中。(1)上述實驗中卡爾文等是通過控制反應時間來探究CO2中碳原子轉移路徑的，采用了____________等技術方法。實驗結果說明CO2中C的轉移路徑是__________(請用“→”表示)。(2)卡爾文及其同事們在實驗過程中發(fā)現，在有光照和CO2供應的條件下，C3和C5的濃度很快達到飽和并保持穩(wěn)定。但是，當改變其中一個實驗條件后，二者的濃度迅速出現了規(guī)律性的變化：停止CO2供應時，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高；停止光照時，C3的濃度急速升高，C5的濃度急速降低。由此可見C3和C5之間的關系是____________(請用箭頭表示)。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中的碳轉化成有機物碳的途徑，下列敘述錯誤的是(

)A．用同位素標記的化合物，化學性質不會改變B．該實驗的自變量是時間C．長時間給小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5D．用C18O2供小球藻光合作用，也可達到實驗目的[答案]

D[解析]

同位素標記的化合物，化學性質不會改變，A正確；該實驗的自變量是時間，B正確；長時間給小球藻提供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中的氧轉化成有機物氧的途徑，D錯誤?！緫谩んw驗】1．光合作用的科學研究經歷了漫長的探索過程，眾多科學家作出了重要貢獻。下列說法錯誤的是(

)A．希爾反應能說明植物光合作用中水的光解和糖類的合成不是同一個化學反應B．魯賓和卡門根據實驗結果推測出CO2中C的轉移途徑C．魯賓和卡門用同位素標記的方法發(fā)現了光合作用中氧氣來自水D．阿爾農發(fā)現在光照下，葉綠體可合成ATP，并發(fā)現該過程總與水的光解相伴隨答案：B

解析：希爾實驗的懸浮液中只有水，沒有CO2，不能合成糖類，說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應，A正確；卡爾文根據實驗結果推測出CO2中C的轉移途徑，B錯誤；魯賓和卡門運用同位素標記法標記O元素進行對比實驗，發(fā)現了光合作用中氧氣來自水，C正確；阿爾農發(fā)現在光照下，葉綠體可以合成ATP，并且葉綠體合成ATP的過程總是與水的光解相伴隨，D正確。2．如圖表示較強光照且溫度相同以及水和小球藻的質量相等的條件下，小球藻進行光合作用的實驗示意圖。實驗進行一段時間后，下列相關敘述錯誤的是(

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

新知探究(二)光合作用的過程【探究·深化】[情境質疑]光合作用是一個非常復雜的過程，包括一系列的化學反應。如圖是光合作用的圖解，結合該圖和教材內容分析：(1)暗反應不直接依賴光，那么暗反應能較長時間在黑暗條件下進行嗎？提示：不能。因為在黑暗條件下不能進行光反應，暗反應缺少光反應提供的NADPH和ATP。(2)若用18O標記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質中檢測到18O?提示：18O可在釋放的O2中檢測到。(3)若用14C標記CO2中的C，請寫出光合作用過程中14C的轉化途徑。提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。(4)夏季中午，氣孔關閉后，會導致CO2供應不足，短時間內葉綠體中C3和C5會發(fā)生怎樣的變化？提示：C3下降，C5上升。[重難點撥]1．明確光反應與暗反應的聯系(1)光反應為暗反應提供NADPH、ATP，暗反應為光反應提供NADP＋、ADP和Pi。(2)沒有光反應，暗反應無法進行，沒有暗反應，有機物無法合成。2．環(huán)境條件改變時光合作用中相關物質的含量變化(1)分析方法：需從物質的生成和消耗兩個方面綜合分析。示例：CO2供應正常，光照停止時C3的含量變化。(2)物質含量變化：條件C3C5NADPH([H])和ATP模型分析光照由強到弱，CO2供應不變增加減少減少或沒有光照由弱到強，CO2供應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以上各物質的變化是相對含量的變化，不是合成速率，而且是在條件改變后的短時間內發(fā)生的。②在以上各物質的含量變化中：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?！镜漕}·例析】[典例1]

光合作用是葉綠體吸收、轉化光能的過程，如圖為光合作用過程的示意圖。下列敘述錯誤的是(

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

C[解析]據圖分析，類囊體薄膜上的光合色素吸收光能，將水光解，產生H＋與O2，①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反應階段，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正確；暗反應中，CO2首先與C5結合生成C3，然后被還原為(CH2O)，B正確；黑暗條件下，光反應停止，NADPH和ATP不再產生，暗反應將逐漸停止，C錯誤；增加光照強度，短時間內C3的生成速率不變，而光反應產生的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，短時間內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]正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細胞的葉綠體內不可能發(fā)生的現象是(

)A．O2的產生停止 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，光反應停止，O2的產生停止。ATP和NADPH是光反應的產物，同時也是暗反應的原料，黑暗處理后，ATP和NADPH的產生減少，且仍被暗反應所消耗，產生的ADP和NADP＋增多。光反應產生的ATP和NADPH減少，使得暗反應產生的C5減少，CO2的固定減慢。方法規(guī)律光合作用過程中相關物質的變化規(guī)律【應用·體驗】1．下圖為葉綠體中某生理過程示意圖，有關敘述錯誤的是(

)A．該過程所利用的光一般都是可見光B．葉綠體內膜被破壞后，O2將不能產生C．該過程形成的ATP主要用于暗反應D．Pi在ADP和ATP的轉化過程中起重要作用答案：B解析：光反應階段所利用的光一般都是可見光，A正確；光反應階段在類囊體薄膜上進行，因此葉綠體內膜被破壞后，O2仍繼續(xù)產生，B錯誤；光反應階段形成的ATP用于暗反應中C3的還原，C正確；ATP水解生成ADP和Pi，Pi和ADP結合生成ATP，D正確。2.如圖表示在夏季晴朗的白天植物細胞內C3和C5的相對含量隨一種環(huán)境因素改變的變化情況，下列對這一環(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．增加光照強度答案：D

解析：增加光照強度，光反應產生的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的過程不變，故C3的相對含量將減少、C5的相對含量將增加，D正確?？茖W思維——歸納概括光合作用與細胞呼吸的關系光合作用與呼吸作用關系模型分析(2)能量聯系：【素養(yǎng)評價】1．下圖是某植物葉肉細胞光合作用與有氧呼吸過程中的物質變化圖解，其中①～④表示過程。下列相關敘述錯誤的是(

)A．過程①③④都能合成ATP B．過程①②③④總是同時進行C．過程①③都在生物膜上進行

D．過程④產生的[H]還來自水答案：B解析：據圖可知，過程①～④依次是光合作用的光反應階段、光合作用的暗反應階段、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；過程①②③④不一定同時進行，如晚上僅進行③④(有氧呼吸)而不進行①②(光合作用)，B錯誤；過程①是光合作用的光反應階段，場所是類囊體薄膜，過程③是有氧呼吸的第三階段，場所是線粒體內膜，C正確；過程④是有氧呼吸的第一、二階段，產生的[H]除了來自葡萄糖之外，還來自水，D正確。2．下圖為高等綠色植物光合作用和細胞呼吸之間關系的示意圖，其中①～⑥代表不同物質?；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，色素分離依據的原理是_____________________________________________。(2)③代表的物質是________，其產生的場所是________。植物通過光反應把太陽能轉變?yōu)榛钴S的化學能儲存在__________________(填物質名稱)中，通過暗反應把活躍的化學能轉變?yōu)榉€(wěn)定的化學能儲存于________(填序)中。(3)請用