【公開課】光合作用課件-2022-2023學(xué)年高一上學(xué)期生物人教版（2019）必修1

分子與細(xì)胞第4節(jié)光合作用和能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.說出光合作用的概念和反應(yīng)式2.簡(jiǎn)述光合作用的過程。3.說明影響光合作用的因素。光合作用CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體指綠色植物通過______，利用_____，把________和____轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)存著______的______，并且釋放出_____的過程。①概念：②反應(yīng)式：③實(shí)質(zhì)：合成有機(jī)物，儲(chǔ)存能量注：（CH2O）表示糖類，

光合作用產(chǎn)物一部分是淀粉，一部分是蔗糖.(P104)葉綠體光能二氧化碳水能量有機(jī)物氧氣光合作用葉綠體是如何將化學(xué)能儲(chǔ)存在糖類等有機(jī)物中的？光合作用釋放的氧氣，是來自原料中的水還是二氧化碳呢？探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)資料1：19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。

CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1928年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化成糖。初步判斷：氧來自二氧化碳的可能性較小，較可能來源于水。探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)資料2：1937年，英國(guó)科學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，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H2O，沒有CO2），在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。O2H+離體的葉綠體懸浮液探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)不能。該實(shí)驗(yàn)沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。討論1.

希爾的實(shí)驗(yàn)說明水的光解產(chǎn)生氧氣，是否說明植物光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧元素全部都來自水？探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)

能夠說明。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。討論2：希爾的實(shí)驗(yàn)是否說明水的光解與糖的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)？探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)思考：光合作用生成的O2中的氧元素到底來自H2O還是CO2？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究？同位素示蹤法希爾反應(yīng)結(jié)論：水的光解產(chǎn)生氧氣。氧氣的產(chǎn)生和糖類的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，而是分階段進(jìn)行的。探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)資料3：1941年，美國(guó)科學(xué)家魯賓（S.Ruben)和卡門（M.Kamen)用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。他們用16O的同位素18O分別標(biāo)記成H218O和C18O2。然后，進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)：第一組給植物提供H2O和C18O2，第二組給同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，第一組釋放的氧氣都是O2,第二組釋放的都是18O2。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2對(duì)比實(shí)驗(yàn)相互對(duì)照探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，并不來源于CO2討論3.分析魯賓和卡門做的實(shí)驗(yàn)得出什么結(jié)論？探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)資料4：1954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，當(dāng)向反應(yīng)體系供給ADP、Pi時(shí)，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。討論4.嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。H2OO2+H++能量光照葉綠體ADP+PiATP探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)光合作用原理根據(jù)是否需要光能，光合作用過程分為：光反應(yīng)和暗反應(yīng)（碳反應(yīng)）。光合作用原理1.光反應(yīng)階段光合作用第一階段的化學(xué)反應(yīng)，必須有光才能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作光反應(yīng)階段。葉綠體中的色素光能H2O 水在光下分解O2H++NADP+NADPHADP+Pi酶ATP氧化型輔酶Ⅱ還原型輔酶Ⅱ要區(qū)別于呼吸作用：NAD+氧化型輔酶Ι

NADH還原型輔酶Ι光合作用原理光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+葉綠體的類囊體薄膜上水的光解：2H2OH++O2光能ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP酶場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：光能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能NADPH的合成：光能→活躍的化學(xué)能H++NADP+NADPH1.光反應(yīng)階段光合作用原理光合作用第二階段的化學(xué)反應(yīng)，有沒有光都能進(jìn)行，這個(gè)階段叫作暗反應(yīng)階段。CO2C5

固定2C3NADPH供氫酶(CH2O)淀粉、蔗糖多種酶參加催化還原酶ATP供能ADP+Pi2.暗反應(yīng)階段光合作用原理如何確定二氧化碳中的C先轉(zhuǎn)移到C3、C5和C6中的哪個(gè)化合物呢？縮短反應(yīng)時(shí)間資料5：20世紀(jì)40年代，美國(guó)科學(xué)家卡爾文等用小球藻(小球藻是一種單細(xì)胞的綠藻）做試驗(yàn)研究：用14C標(biāo)記的14CO2，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測(cè)其放射性:情境1：卡爾文光照30秒后檢測(cè)產(chǎn)物，檢測(cè)到了多種帶14C標(biāo)記的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)。在光照條件下，突然降低CO2的濃度，C3和C5含量有如右圖變化：說明CO2與C5結(jié)合形成C3化合物2.暗反應(yīng)階段光合作用原理情境2：反應(yīng)進(jìn)行到5秒光照時(shí)，卡爾文等檢測(cè)到同時(shí)含有放射性的C5化合物和C6化合物。縮短工作時(shí)間到幾分之一秒時(shí)，90%以上的放射性14C集中在一種C3化合物上。大致描述CO2轉(zhuǎn)化成有機(jī)物過程中，C的轉(zhuǎn)移途徑。2.暗反應(yīng)階段光合作用原理卡爾文最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)：CO2→C3→(CH2O)光合作用原理CO2的固定：CO2＋C52C3酶C3的還原：葉綠體的基質(zhì)中ATPNADPHADP+Pi2C3

（CH2O)+H2O+C5酶NADPH、ATP、酶、CO2場(chǎng)所：條件：物質(zhì)變化：能量變化：2.暗反應(yīng)階段ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能NADP+活躍的化學(xué)能→有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能相關(guān)信息：C3是指3-磷酸甘油酸；C5是指核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）光合作用原理葉綠體中的色素C52C3ADP+PiATPH2OO2H+多種酶酶(CH2O)CO2吸收光解固定還原光反應(yīng)（類囊體薄膜）暗反應(yīng)（葉綠體基質(zhì)）NADP+NADPH酶可見光供氫供能供能3.光合作用過程光合作用原理

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段（碳反應(yīng)）場(chǎng)所條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系項(xiàng)目葉綠體類囊體薄膜上葉綠體基質(zhì)光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP+NADPH、ATP、酶、CO2光能→ATP、NADPH中的化學(xué)能ATP、NADPH中的化學(xué)能→糖類中的化學(xué)能光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi、NADP+等原料過程

光NADP＋＋H+＋2e-→NADPHADP＋Pi＋能量→ATP酶CO2＋C5→2C3酶光合作用原理4.光合作用中元素的轉(zhuǎn)移①H的轉(zhuǎn)移：H2O→NADPH→(CH2O)②C的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）③O的轉(zhuǎn)移：CO2→C3→（CH2O）H2O→O2

6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6H2O+6O2光合作用原理5.光合作用中物質(zhì)含量的變化ATP、NADPH環(huán)境條件改變ATP和NADPHC3C5CO2供應(yīng)不變，光照減弱CO2供應(yīng)不變，光照增強(qiáng)光照不變，CO2供應(yīng)減弱光照不變，CO2供應(yīng)增強(qiáng)CO2光反應(yīng)階段產(chǎn)生ATP和NADPH；暗反應(yīng)階段消耗ATP和NADPH；C3C5減少減少減少減少減少減少增加增加增加增加增加增加光合作用原理(1)C3量高于C5量，一般C3量為C5量的2倍。(2)對(duì)光合作用有利，則(CH2O)合成增加，反之則減少。CO2濃度水分光光質(zhì)光照強(qiáng)度光照時(shí)間光照面積酶色素溫度礦質(zhì)元素氣孔開閉情況影響光合作用的因素光合作用強(qiáng)度的表示方法：1.固定CO2的量2.制造或產(chǎn)生有機(jī)物（糖類）量3.產(chǎn)生O2的量單位時(shí)間內(nèi)光合作用影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響根據(jù)單位時(shí)間小圓形葉片浮起的數(shù)量的多少，探究光照強(qiáng)度與光合作用強(qiáng)度的關(guān)系。葉片含有空氣，上浮抽氣葉片下沉葉片上浮光合作用產(chǎn)生O2O2充滿細(xì)胞間隙一、光照強(qiáng)度：影響光反應(yīng)階段，進(jìn)而影響光合作用1.實(shí)驗(yàn)原理影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響打孔器、注射器、5WLED臺(tái)燈、米尺、燒杯、綠葉等2.材料用具影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響3.實(shí)驗(yàn)變量分析（1）自變量：（2）控制自變量：（3）因變量：（4）檢測(cè)因變量：（5）無關(guān)變量：光照強(qiáng)度通過調(diào)整臺(tái)燈與燒杯之間的距離來進(jìn)行控制光合作用強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)葉片上浮的數(shù)量或者浮起相同數(shù)量的葉片所用時(shí)長(zhǎng)葉片大小、溶液的量等保持一致影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響（1）打小圓形葉片(30片)：用打孔器在生長(zhǎng)旺盛的綠葉上打出(直徑＝0.6cm)葉圓片4.方法步驟0.6cm的打孔器打孔（2）抽出葉片內(nèi)氣體：用注射器(內(nèi)有清水、小圓形葉片)抽出葉片內(nèi)氣體(O2等)

抽出葉片的氣影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響（3）將小圓形葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用4.方法步驟（4）取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響4.方法步驟（5）向3只小燒杯中各放入10片圓形小葉片，分別置于強(qiáng)、中、弱光下影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng)目燒杯小圓形葉片加富含CO2的清水光照強(qiáng)度葉片浮起數(shù)量110片20mL強(qiáng)210片20mL中310片20mL弱多中少影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度隨著光照強(qiáng)度增加而增強(qiáng)。影響光合作用的因素實(shí)驗(yàn)：探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響問題：實(shí)驗(yàn)所測(cè)是否為葉片實(shí)際光合作用強(qiáng)度？用這種方法觀察到的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。實(shí)際光合速率=凈光合速率+呼吸速率影響光合作用的因素線粒體葉綠體吸收O2（可以測(cè)得，呼吸作用）葉肉細(xì)胞釋放CO2（可以測(cè)得，呼吸作用）黑暗條件影響光合作用的因素線粒體葉綠體產(chǎn)生O2釋放O2（可以測(cè)得，凈光合作用）葉肉細(xì)胞CO2吸收CO2（可以測(cè)得，凈光合作用）影響光合作用的因素項(xiàng)目表示方法呼吸(黑暗測(cè)量)凈光合速率（測(cè)量）實(shí)際光合速率O2釋放量、CO2吸收量、有機(jī)物積累量O2產(chǎn)生量、CO2固定量、有機(jī)物制造量O2吸收量、CO2釋放量、有機(jī)物消耗量實(shí)際光合速率=凈光合速率

+呼吸作用速率影響光合作用的因素A點(diǎn)：光照強(qiáng)度為0，只進(jìn)行呼吸作用。OA段表示呼吸作用強(qiáng)度O2CO2呼吸速率影響光合作用的因素AB段：光合作用強(qiáng)度＜呼吸作用強(qiáng)度。O2O2CO2CO2影響光合作用的因素B點(diǎn)：光補(bǔ)償點(diǎn)(光合作用=呼吸作用)光合作用強(qiáng)度達(dá)到與呼吸作用強(qiáng)度相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度（光照強(qiáng)度只有在B點(diǎn)以上時(shí)，植物才能正常生長(zhǎng)）O2CO2影響光合作用的因素C點(diǎn)：光飽和點(diǎn)(光照強(qiáng)度達(dá)到C點(diǎn)后，光合作用強(qiáng)度不再隨光照強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng))。BC段：光合作用強(qiáng)度＞呼吸作用強(qiáng)度。光合作用強(qiáng)度達(dá)到最大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度O2CO2CO2O2影響光合作用的因素C點(diǎn)之后限制光合速率的因素是CO2濃度等限制因素：拐點(diǎn)之前看橫軸，拐點(diǎn)之后看其他AC段限制光合速率的因素是光照強(qiáng)度影響光合作用的因素討論條件改變時(shí)各點(diǎn)的移動(dòng)方向：①A點(diǎn)代表呼吸作用強(qiáng)度，條件變好，A點(diǎn)下移。②若條件變好，補(bǔ)償飽和兩邊跑。③條件若是變不好，補(bǔ)償飽和中間移。④陰生植物均左移影響光合作用的因素①陰雨天，溫室大棚中適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可以增加光合作用強(qiáng)度，使作物增產(chǎn)。應(yīng)用:②一般陰生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)都比陽生植物的低，間作套種時(shí)應(yīng)注意農(nóng)作物的種類搭配，合理利用光能。③合理密植，增大光合作用面積。影響光合作用的因素ABCD0吸收CO2釋放CO2CO2濃度C點(diǎn)：CO2補(bǔ)償點(diǎn)（表示光合作用速率等于細(xì)胞呼吸速率時(shí)的CO2濃度）；D點(diǎn)：CO2飽和點(diǎn)（兩組都表示在一定范圍內(nèi)CO2濃度達(dá)到該點(diǎn)后，光合作用強(qiáng)度不再隨CO2濃度增加而增加）此時(shí)受限于光照強(qiáng)度等B點(diǎn)

：進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度二、CO2濃度：影響暗反應(yīng)階段C3的合成，進(jìn)而影響光合作用影響光合作用的因素A點(diǎn)：CO2補(bǔ)償點(diǎn)光合作用速率等于呼吸作用速率時(shí)的CO2濃度。B點(diǎn)：CO2飽和點(diǎn)(CO2濃度達(dá)到該點(diǎn)后，光合作用強(qiáng)度不再隨CO2濃度的增加而增加)。影響光合作用的因素A′點(diǎn)：表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B′點(diǎn)：CO2飽和點(diǎn)(CO2濃度達(dá)到該點(diǎn)后，光合作用強(qiáng)度不再隨CO2濃度的增加而增加)。影響光合作用的因素②農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)可通過“正其行（合理安排植株的間距），通其風(fēng)（補(bǔ)充新鮮的CO2）”，即提高CO2濃度、增加產(chǎn)量；應(yīng)用:①增施有機(jī)肥或農(nóng)家肥；（微生物呼吸）③溫室栽培時(shí)適當(dāng)提高CO2的濃度（投放干冰或與雞舍相連）影響光合作用的因素三、溫度：主要影響光合作用有關(guān)酶的活性，從而影響光合作用B點(diǎn)：對(duì)應(yīng)溫度為光合作用相關(guān)酶的最適溫度，光合速率最大。一定范圍內(nèi)，光合速率隨溫度升高而升高。超過最適溫度，光合速率隨溫度升高而下降。影響光合作用的因素①適時(shí)播種。應(yīng)用:②溫室栽培植物時(shí)，白天適當(dāng)提高溫度，提高凈光合速率，夜間適當(dāng)降溫，降低呼吸消耗，保證植物有機(jī)物的積累。影響光合作用的因素四、水分：（1）水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)多種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，如植物體內(nèi)自由水減少會(huì)導(dǎo)致包括光合作用在內(nèi)的代謝水平下降；（2）水分還能影響氣孔的開閉，間接影響CO?進(jìn)入葉肉細(xì)胞，進(jìn)而影響光合作用。缺水→氣孔關(guān)閉→限制CO2進(jìn)入葉片→光合作用受影響影響光合作用的因素合理灌溉應(yīng)用:光合速率水分含量光合作用原理的應(yīng)用五、礦質(zhì)元素光合速率礦質(zhì)元素含量礦質(zhì)元素主要通過影響與光合作用有關(guān)的化合物的合成，直接或間接地影響光合作用。如Mg可以影響葉綠素的合成，N是光合酶及NADP+和ATP的重要組分等。應(yīng)用：合理施肥影響光合作用的因素六、多因子變量對(duì)光合速率的影響P點(diǎn)時(shí)，限制光合速率的因素應(yīng)主要為

所表示的因子，隨其因子的不斷加強(qiáng)，光合速率不斷提高。橫坐標(biāo)影響光合作用的因素六、多因子變量對(duì)光合速率的影響Q點(diǎn)時(shí)，

所表示的因素不再是影響光合速率的因子，影響因素主要為各曲線所代表的因子橫坐標(biāo)經(jīng)典曲線分析hi1.自然環(huán)境中一晝夜植物光合作用曲線圖經(jīng)典曲線分析a點(diǎn)：b點(diǎn)：bc段：c點(diǎn)：

ce段：d點(diǎn)：

e點(diǎn)：ef段：

fg段：bf段：

ce段：凌晨，溫度降低，細(xì)胞呼吸減弱，CO2釋放減少。有微弱光照，植物開始進(jìn)行光合作用。光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。上午7時(shí)左右，光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。光合作用強(qiáng)度大于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。溫度過高，部分氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。下午6時(shí)左右，光合作用強(qiáng)度等于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。光合作用強(qiáng)度小于細(xì)胞呼吸強(qiáng)度。沒有光照，光合作用停止，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸。制造有機(jī)物的時(shí)間段。積累有機(jī)物的時(shí)間段，積累有機(jī)物最多的點(diǎn)e點(diǎn)經(jīng)典曲線分析c→h上升的原因：d→i上升的原因：h→d下降的原因：i→e下降的原因：光照強(qiáng)度增加，光合作用強(qiáng)度增加。光照強(qiáng)度減弱，光合作用強(qiáng)度減弱。光照過強(qiáng)，氣孔關(guān)閉，CO2進(jìn)入量減少，光合作用強(qiáng)度減弱。光照減弱，氣孔打開，CO2進(jìn)入量增加，光合作用強(qiáng)度增加。經(jīng)典曲線分析一晝夜有機(jī)物的積累量＝S