人教版(2019)生物必修1：5.4光合作用与能量转化教案设计

1、光合作用与能量转化【教学目标】1 .知识目标：(1)说出绿叶中色素的种类和作用(2)说出叶绿体的结构和功能(3)光反响和暗反响的过程(4)影响光合作用强度的环境因素(5)光合作用原理的应用2 .水平目标：进行实验和探究,学会提取、别离绿叶中的色素3 .情感目标：探究细胞光合作用在生产、生活实践中的应用【教学重点】1 .绿叶中色素的种类和作用2 .光合作用的发现及研究历史3 .光合作用的光反响、暗反响过程及相互关系4 .影响光合作用强度的环境因素【教学难点】1 .光反响和暗反响的过程2 .探究影响光合作用强度的环境因素【教学方法】讲授与学生讨论相结合、问题引导法、归纳【教学过程】第一课时捕获光能

2、的色素和结构思考：1 .通常应该把花盆摆在向阳面还是背阴面,为什么？向阳面.让植物多接受光照,由于植物需要进行光合作用.2 .有些植物工厂内悬挂发红色或蓝色光的灯管,并且在白天也开灯(1)用这种方法有什么好处？这样做对光合作用有影响吗？用这种方法可以提升光合作用的强度,由于叶绿素吸收最多的是光谱中的蓝紫光和红光.不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响.由于叶绿素对绿光吸收最少,所以不使用绿光作补充光源.(一)捕获光能的色素和结构我们在初中就已经知道植物能进行光合作用,是由于其细胞中含有一些能吸收光能的色素,植物幼苗如果缺乏色素,往往会呈现黄白色,这就是我们通常所说的“白化苗.思考：“白化苗能持

3、续正常地生长吗？不能,由于不能进行光合作用,待种子中储存的养分耗尽就会死亡.可见植物的生活确实需要色素,依靠色素来吸收光能进行光合作用.我们先来学习“捕获光能的色素这一内容.1 .捕获光能的色素那么植物细胞一般含有哪些捕获光能的色素呢？它们分别又是什么颜色的？以及各种色素在绿叶中的含量是否相同呢？带着这些问题我们一起来看?绿叶中色素的提取与别离?实验.实验原理：(1)无水乙醇提取绿叶中的色素(2)别离：不同色素在层析液中的溶解度不同目的要求：绿叶中色素的提取和别离及色素的种类材料用具：新鲜的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤：(1)提取绿叶中的色素称取5g左右的绿叶,洗净,去除粗叶脉,剪碎,

4、放入研钵中.向研钵中放入少许的二氧化硅和碳酸钙、10ml无水乙醇,进行迅速、充分地研磨.参加二氧化硅、碳酸钙的作用是什么？二氧化硅帮助充分磨碎叶片,液泡中含有酸性物质,碳酸钙中和酸性物质,预防色素被酸性物质破坏.问：研磨时为什么要迅速而充分？答：预防无水乙醇的挥发将研磨液迅速倒入玻璃漏斗进行过滤,将滤液收集到试管,及时用棉塞将试管案严.(2)制备滤纸条将枯燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条,将滤纸条一端剪去两角,并在距这一端1cm处用铅笔画一条细的横线.(3)画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线.待滤液干后,再画一两次.画的细而直：为预防色素带重叠而影响别离

5、效果.画两三次：是为积累更多的色素,使别离后的色素带明显.4别离绿叶中的色素将3ml层析液倒入试管中,将滤纸条有滤液细线的一端朝下轻轻插入层析液中,就不会在滤纸上扩散开来,实验就会失败.为什么要用棉塞塞住试管口？预防层析液中成分挥发,要注意本实验应在通风条件下进行,实验结束时及时用肥皂洗手.由于层析液中一些挥发性物质具有毒性.5观察和记录观察滤纸条上有几条不同颜色的色带？具排序怎样？胡萝卜素橙黄色一一叶黄素黄色一一叶绿素a蓝绿色一一叶绿素b黄绿色宽窄如何？说明了什么？叶绿素a色素带最宽,胡萝卜素色素带最窄.说明绿叶中四种色素的含量不同,叶绿素a最多,胡萝卜素最少.那么,这4种色素主要吸收哪些波

6、长的光呢？我们来看看课本99页的图5-12,叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱.可以看到叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光.练习：1.在叶绿体色素的提取和别离实验中,收集到的滤液绿色过浅,其原因可能是D未加石英砂,研磨不充分一次参加大量的无水酒精提取分次参加少量无水酒精提取使用放置数大的菠菜叶A.B.C.D.某同学在做完“叶绿体中色素的提取与别离实验后画出了四种色素在滤纸条上分布的模式图,以此主要表示色素的含量及间隔距离的大小,其中比拟能显示真实情况的是A3 .关于高等植物细胞内的色素的表达中,错误的选项是BA,植物细胞内的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素B,所有植

7、物细胞中都只有四种色素C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收和传递光能D.有的植物细胞的液泡中也含有一定的色素问：现在我们已经知道绿叶中含有4种色素,那么这些色素分布在细胞中的哪些部位呢？答：直到1865年,德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用的功能时,发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中,而是集中在一个更小的结构里,后来人们称之为叶绿体.4 .叶绿体的结构问：现在,大家仔细观察叶绿体的立体结构示意图,说说它是由哪些结构组成？答：它包括外膜、内膜、基粒和基质4个局部.叶绿体的外表有双层膜,双层膜是一种透明膜,膜是透明的,有什么好处？有利于光线的透过且被色素吸收.叶绿体内部有许多基粒,基粒与基粒

8、之间充满基质.每个基粒都是由一个圆饼状的囊状结构堆叠而成,这些囊状结构称为囊状体.吸收光能的四种色素,就分布在类囊体的薄膜上.每个基粒都含有2个以上的类囊体,多者可达100个以上.据计算,1g菠菜叶片中类囊体的总面积竟达60平方米左右.问：同学们思考一下,叶绿体内有如此多的基粒和类囊体,有什么用？答：极大地扩展了受光的面积.问：叶绿体的作用仅仅是吸收光能吗？答：1880年,美国科学家恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中,然后用极细的光束照射水绵.他发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位几种；如果临时装片暴露在光下,细菌那么分布在叶绿体所有受光的部位.用透过三棱镜的光照射

9、水绵临时装片,发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域.1恩格尔曼实验的结论是什么？氧是由叶绿体释放出来的,叶绿体是光合作用的场所.叶绿体中的色素主要通过吸收红光和蓝紫光来进行光合作用.2恩格尔曼的实验方法有什么巧妙之处？实验材料选择水绵和好氧细菌.水绵的优点是叶绿体呈螺旋式带状,便于观察；好氧细菌的优点是可确定释放氧气多的部位.没有空气的黑暗环境排除了氧气和光干扰.用极细的光束照射,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组比照实验.临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果.【板书设计】能量之源一一光与光合作用捕获光能的色素和结构1 .捕获光能的色素,叶原素叶绿素虱蓝绿色?I主要吸收或

10、银蚌山艇自费含量约占第,'叶母素M黄绿色f繁光和红光寿r口为巴系"类胡萝卜素胡萝卜素橙黄色主要吸收.?含量为占1/41叶黄素黄色黄紫光2 .捕获光能的结构一一叶绿体1分布：主要在绿色植物的叶肉细胞2形态：一般呈扁平的椭球形或球形外膜结构工叶绿体1内膜,基粒:由两个以上的类衰体组成,含曳素和髓基质,含宓种在台作用所必需峋感功能：光合作用的场所第二课时光合作用的原理和应用【教学过程】、光合作用的反响简式反响式：CO2+H2O光能CH2O+O2叶绿体假设要表示光合作用过程各元素的来源和去向,可用下式表示&C0C田120A64.+GO叶绿体111 .光合作用的过程光反响与暗反

11、响是怎样划分的？根据反响是否需要光能光反响与暗反响的比拟与联系？1光反响阶段光能吸收和转化叶绿体中的4种色素的功能不完全相同.绝大多数的叶绿体色素的功能是吸收太阳光能,这类色素又称为聚光色素.大多数叶绿素a和全部的叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素,都属于这类色素.另外,少数特殊状态的叶绿素a不仅能吸收光能,还能接受其他色素传递来的光能,通过一系列复杂过程,将光能转换成电能,这类色素又称为反响中央色素.能量在色素之间的传递效率很高,类胡萝卜素所吸收的光能传递给叶绿素a的效率可达90%,叶绿素b吸收的光能传递给叶绿素a的效率接近100%,这样聚光色素就像透镜把光束集中到焦点一样,把大量的光能吸收、聚集,

12、并迅速传递给反响中央色素,然后转换成电能.水的分解叶绿体中的色素吸收太阳光能,一方面将水分解成氢H和氧.2氧直接以分子形式从叶气孔逸出,而H那么与NADP+辅酶H结合,形成NADPH复原型辅酶H,进入叶绿体基质中,作为复原剂参与暗反响.另一方面在有关酶和反响中央色素的作用下,光能进一步转化成活泼的化学能,暂时储存在ATP和NADPH中,为暗反响提供能量.一光4-H2O2H+2e+O2NADP+2e+H+酶NADPHADP+Pi+能量酶ATP2暗反响阶段CO2的固定：植物通过叶片的气孔从外界吸收来的CO2先与植物体内的一种五碳化合物C5结合形成三碳化合物.CO2+C5酶2c3三碳化合物的复原：三

13、碳化合物在有关酶的催化作用下,接受ATP和NADPH释放出来的能量并被NADPH还原,再经过一系列复杂的变化,最终形成糖类等有机物,并重新生成五碳化合物,用以固定CO2,从而使暗反响阶段的化学反响循环往复地进行下去、光反响和暗反响的比拟工程光反响暗反响实质光能转变为化学能,并放出O2同化CO2形成CH2O酶促反响时间短促,以微秒计较缓慢条件帝叶绿系和光/、需叶绿素和光,需要多种酶场所在叶绿体内的类囊体薄膜上进行在叶绿体内的基质中进行物质转化2H2O光能2H+2e+O2NADP+2e+H酶NADPHACCr光能atcADP+PiATP酶CO2的固定：CO2+C5f2C3CO2的复原：cATP、酶

14、/“一、2CO3(CH2O)NADPH能量转化叶绿素把光能一活泼化学能,并贮存在ATP和NADPH中NADPH和ATP中的活泼化学fg一有机物中稳定的化学能如果从光合作用整体的角度看：光合作用又完成了怎样的物质变化和能量变化即光合作用的实质是什么？1物质变化：把二氧化碳和水等无机物转变成了糖类等有机物2能量变化：把光能转变成化学能储存在糖类等有机物中2.光合作用原理的应用从光合作用的整个过程来看,有哪些因素会对光合作用的进行产生影响呢？光照、温度、CO2浓度、水、矿质元素等1影响农作物光合作用的环境因素光照强度不同的农作物对光照强度的要求是不同的,同一农作物在不同的光照强度下光合作用速率不同.

15、在一定范围内,光合速率随光照强度的增加而加快.当光照强度到达某一点时,光合速率不再随光照强度的增加而增加,这种现象叫光饱和现象,这时的光照强度称为光饱和点.随光照强度的减弱,光合速率逐渐降低,最后到达一点,即在同一时间内,有机物的产生和消耗相等,这时的光照强度称为光补偿点如下列图.植物在光补偿点时,白天不能积累有机物,而晚间还要消耗有机物,因此,从全天来看,植物所需的最低光照强度,必须高于光补偿点,植物才能正常生长.光照强度CO2的浓度在一定光照强度下,随CO2浓度的增加,农作物光合速率加快,弱光条件下,农作物只能利用较低浓度的CO2,光合速率慢,随光照强度增强,农作物就能吸收较高浓度的CO2

16、,光合速率加快.如下列图：此图表示在一定光照强度下CO2浓度与光合速率的关系温度光合作用中的生化反响离不开酶的催化,而温度直接影响酶的活性,进一步影响光合速率.一般植物可在10C35c条件下正常地进行光合作用,其中以25C30c最适宜,在35c以上时光合作用就下降,40C50c时即完全停止.无机盐氮、镁、铁等是合成叶绿素所必需的,磷和钾会影响光合作用产物糖类的转化和运输,磷还参与ATP与ADP的相互转化过程和能量传递.因此,无机盐离子会直接或间接影响光合作用.另外光质、光照长短、水分、氧气等环境因素也会影响光合作用强度.2增加农作物产量的举措增加农作物产量的举措就是设法提升光合作用的强度,提升

17、光合作用效率.间作、套作.这种举措是指在一年内巧妙地搭配各种农作物,从时间和空间上更好地利用光能,缩短耕地的空闲时间,延长单位土地面积上农作物的光合作用时间.合理密植.该举措是增加农田植物的绿色面积,以及培育矮秆、叶直而小、分英密集的新作物品种,以增加光合面积,充分利用光能.适当增加CO2浓度.对农田里的农作物来说,保证良好的通风透光,既有利于充分利用光能,又可以使空气不断流过叶面,有助于提供较多的CO2O对温室农作物来说,通过增施农家肥料或使用CO2发生器等举措,可以提升温室内CO2浓度,提升农作物的光合作用效率.限制好冬季温室大棚内的温度.白天适当提升大棚内的温度以提升酶的活性,增强光合作

18、用；夜晚适当降低大棚内温度,降低酶的活性,降低呼吸作用,减少呼吸消耗,有利于提升大棚蔬菜的产量.夏天正午适当给一些农作物遮荫.有些农作物进行光合作用不需要太强的光,太强的光不利于光合作用,这类农作物属于阴生植物.夏天正午由于农作物蒸腾作用过于强烈,造成植物气孔关闭,CO2进不到叶片内,从而影响光合作用的进行.因此适当给一些农作物特别是阴生植物遮荫,阻止气孔关闭,有利于提升光合作用强度.在培育水稻秧苗时,用蓝色塑料薄膜.研究发现,不同的色光对光合产物的成分有影响：在蓝紫光照射下,光合产物中蛋白质和脂肪含量较多,在红光照射下,光合产物中的糖类含量较多.因此在培育水稻秧苗时,选择蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧.合理施肥.满足不同农