5.4光合作用和能量转化 （第二课时）课件(共34张PPT)-2025-2026学年上学期高一生物（人教版）必修1

(共34张PPT)
第4节 第2课时 光合作用的原理和应用
第5章 细胞的能量供应和利用
CO2+H2O (CH2O)+O2
光能
叶绿体
指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
（一）光合作用
①概念：
②反应式：
③实质：
合成有机物，储存能量
O2是来自H2O还是来自CO2？
探究光合作用原理的部分实验
1.19世纪末
2.1928年
甲醛对植物有毒害作用，且甲醛不能通过光合作用转化成糖
（二）光合作用的原理
CO2
O2
C + H2O
甲醛
(CH2O)
3.1937年，希尔
（有H2O，无CO2）
高铁盐
低铁盐
希尔反应：
O2全部来自于H2O吗？
水的光解产生氧气。
结论：
光合作用产生的O2来自于H2O。
4.1941年 鲁宾和卡门（同位素标记法）
结论：
H2O
H218O CO2
O2 O2
O2
C18O2
O2 O2
O2
O2 O2 O2
O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
18O2 18O2
18O2
5.1954年，阿尔农
结论：
1954年，美国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等物质时，体系中就会有ATP出现。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
在光照时，叶绿体中生成了ATP。
（三）光合作用过程
划分依据:反应过程是否需要光能
光反应
暗反应（碳反应）
①光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
①暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
H2O
Pi ＋ADP
ATP
①光反应阶段
光、水、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O O2 +H+
光能
ATP的合成：
光能→活跃的化学能
场所：
条件：
物质变化
能量变化：
NADPH的合成： H++NADP+ NADPH
NADP+
+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
类囊体膜
酶
色素
ADP＋Pi＋能量（光能) ATP
酶
1946年开始，美国的卡尔文等用14CO2研究了植物在进行光合作用时CO2转化为糖的路线。
（1）向反应体系中充入一定量的14CO2,光照30秒后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。
（2）在5秒钟光照后，卡尔文等检测到含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6).
（3）光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。
CO2转化成有机物过程中，C的转移途径是：
CO2
C3
(CH2O)
C5
卡尔文循环
3—磷酸甘油酸
核酮糖—1,5—二磷酸（RuBP）
②暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
ADP+Pi
叶绿体的基质中
活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类+C5
NADPH 、ATP、CO2、酶
场所：
条件：
物质变化：
能量
变化：
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
NADP+
NADPH
NADPH
(CH2O)
光能
H2O
CO2
还
原
（CH2O）
叶绿体
色素
供氢
酶
供能
多种酶参加催化
暗反应（叶绿体基质）
2C3
C5
固定
ADP+Pi
ATP
酶
水在光下分解
O2
NADPH
NADP+
光反应（叶绿体类囊体薄膜）
（三）光合作用过程
光合作用中元素的转移
①H的转移：
H2O → NADPH → (CH2O )
②C的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
③O的转移：
CO2 → C3 →（CH2O）
CO2+H2O*
光能
叶绿体
（CH2O）+O2*
H2O* →O2*
光反应和暗反应区别和联系
光反应阶段 暗反应阶段（碳反应）
场所
条件
物质变化
能量变化
联系 项目
叶绿体类囊体薄膜上
叶绿体基质
光、色素、酶
多种酶
2H2O →O2+4NADPH
ADP+Pi+能量→ATP
光能→ATP、NADPH中的化学能
ATP、NADPH中的化学能→糖类中的化学能
光反应为暗反应提供ATP和NADPH
暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+等原料
2C3
CO2+C5→2C3
NADPH
(CH2O) +C5
ATP
过程
讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 NADPH和ATP (CH2O)
停止光照 CO2供应不变
光照不变 停止CO2供应
增加
减少
增加
减少
减少
减少
减少
增加
C5、NADPH、ATP变化一致，C3、C5相反。
ATP
NADPH
ADP+Pi
NADP+
C3
C5
O2
(四）光合作用原理的应用
1.光合作用的强度：
（1）概念：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
(2)影响因素
只要是影响到光合作用的原料、动力、场所、酶的活性等的因素都会影响光合作用强度：
①原料——水、CO2，如环境中CO2浓度、土壤中水分含量等。
②动力——光能，如光照的强弱、长短以及光的成分等。
③场所——叶绿体，如无机营养、病虫害等。
④酶——影响酶活性的因素，如温度等。
探究·实践
探究环境因素对光合作用强度的影响
自变量：光照（强度、光质）、温度、CO2浓度等
因变量：光合速率
无关变量：植物叶片、其他环境条件处理、实验操作
问题：如何测量光合速率？
有机物合成：淀粉含量测量法
CO2的吸收：可以用红外线CO2传感器测量
O2的释放：小叶片浮起数量法
探究·实践
实验目的：探究光照强度对光合作用强度的影响
实验材料：
圆形的生长旺盛的绿色小叶片
实验原理：
抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下 叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。
实验流程：
测量并记录实验结果：
实验结果分析：
光照越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量越多，说明一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。
(1)在实验中，叶片下降的原因是什么？光照后叶片为什么上升？
提示：抽出气体后，细胞间隙充满水，叶片下降；光照后，叶片进行光合作用，细胞间隙又充满气体，叶片上升。
(2)圆形小叶片上浮实验中的三个关注点
①叶片上浮的原因是光合作用产生O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
②打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
③为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
2.影响光合作用的因素
（1）光：光照强度
A点：光照强度为0,此时只进行细胞呼吸,释放的CO2量代表细胞呼吸强度。
B点：光合作用强度=细胞呼吸强度
(B点的光照强度称为光补偿点)。
C点对应的横坐标：光合作用强度达到最强(C点对应的光照强度称为光饱和点),C点以后限制光合作用的不再是光照强度
AB段(不包括A、B两点):随光照增强,
光合作用逐渐加强,此段细胞呼吸强
度大于光合作用强度
BC段(不包括B、C两点):随光照强度增强,光合作用逐渐加强,此段光合作用强度大于细胞呼吸强度;
从外界吸收O2，向外界排出CO2
从外界吸收O2，向外界排出CO2
与外界不发生气体交换
从外界吸收CO2，向外界释放O2。此时植物可更新空气
2.影响光合作用的因素
（1）光：光照强度
光：光质
全色光(白光)下,植物的光合速率最大,单色光中蓝紫光下植物的光合速率最大,红光次之,绿光最小
　　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（又称表观光合速率） O2的释放量、CO2的吸收量、
有机物的积累量
真正光合速率（又称实际光合速率） O2的产生量、CO2的固定量、
有机物的制造量
呼吸速率（黑暗中测量） CO2的释放量、O2的吸收量、
有机物的消耗量
1.间作套种
2.通过轮作,延长光合作用时间
3.通过合理密植,增加光合作用面积
4.温室大棚,使用无色透明玻璃
5.防止营养生长过强,导致叶面互相遮挡,呼吸强于光合,影响生殖生长.
应用：
（2）CO2浓度
A点：光合作用吸收的CO2=细胞呼吸释放的CO2(此点所对应的CO2浓度,称为CO2补偿点)；
A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；
B′点：CO2饱和点（表示在一定范围内CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度增加而增加）。
AB段:(在一定范围内)光合速率随CO2浓度的增大而增大
B点:光合速率不再增加时的CO2浓度叫CO2饱和点
应用：1.多施有机肥
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“正其行,通其风”.
（2）CO2浓度
（3）温度
温度过高时植物气孔关闭，光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。
应用：1.适时播种
2.温室栽培植物时,白天适当提高温度,晚上适当降温.
3.植物“午休”现象的原因之一
温度直接影响酶的活性
AB段:(在一定范围内)随温度的升高,光合作用逐渐加强;
B点:光合速率达到最大,对应温度为光合作用相关酶的最适温度;
BC段:酶的活性降低,光合速率下降,若温度过高,酶活性丧失而停止光合作用
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
（4）矿质元素
应用：合理施肥
矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物发生渗透失水而导致植物光合作用强度下降
（5）水
1.水是光合作用的原料
2.水是体内各种化学反应的介质
3.水还影响气孔的开闭,间接影响CO2进入植物体
应用：预防干旱 合理灌溉
多因子（光照强度、CO2浓度）与光合作用强度之间的关系
曲线分析：Q点之前限制因素为横坐标所表示的因子，当到Q点时，想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
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……）
光质（光的颜色）
光照
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。
影响光合作用因素总结
（应用：大棚种植用红光或
蓝紫光的灯管；无色透明的薄膜）
延长光合作用时间
增加光合作用面积
提高光能利用率
控制光照强弱
控制光质
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应　
提高复种指数
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施农家肥，使用CO2发生器
阴生植物
阳生植物
提高光合
速率
适时适量施肥
3. 提高农作物产量措施
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
（五）化能合成作用
项目 光合作用 化能合成作用
生物类型 ________和光合细菌 硝化细菌等
能量来源 光能 体外物质氧化释放的_______
相同点 能将______合成_______，并储存能量 绿色植物
化学能
无机物
有机物
自养生物
异养生物
如人、动物、真菌及大多数的细菌。
光能自养生物（如绿色植物、蓝细菌）
化能自养生物（如硝化细菌、铁细菌、硫细菌）
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
感谢您的观看
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