高中必修一生物《光合作用与能量转化》教案

1、光合作用与能量转化【教学目标】1学问目标：（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）光反应和暗反应的过程（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才能目标：进行试验和探究,学会提取、分别绿叶中的色素 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光合作用的发觉及争论历史 3光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系 4影响光合作用强度的环境因素【教学难点】1光反应和暗反应的过程 2探究影响光合作用强度的环境因素【教学方法】讲授与同学争论相结合、问题引导法、归纳【教学过程】第一课时 捕捉光能的色素和结构 摸索：1

2、通常应当把花盆摆在向阳面仍是背阴面,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？1/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事,学习有成第 1 页,共 10 页用这种方法可以提高光合作用的强度,由于叶绿素吸取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取最少,所以不使用绿光作补充光源；（一）捕捉光能的色素和结构 我们在中学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取光能的色 素,植物幼苗假如缺乏色素,往往会出现

3、黄白色,这就是我们通常所说的“ 白化苗” ；摸索：“ 白化苗” 能连续正常地生长吗？可见植物的生活的确 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；需要色素,依靠色素来吸取光能进行光合作用；我们先来学习“ 捕捉光能的色素” 这一内容；1捕捉光能的色素 那么植物细胞一般含有哪些捕捉光能的色素呢？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 试验原理：（ 1）无水乙醇提取绿叶中的色素（2）分别：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分别及色素的种类材料用具：新奇的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等 方法步骤：（1）提取绿叶

4、中的色素绿叶中色素的提取与分别 试验；称取 5g 左右的绿叶,洗净,去除粗叶脉,剪碎,放入研钵中；向研钵中放入少许的二氧化硅和碳酸钙、加入二氧化硅、碳酸钙的作用是什么？10ml 无水乙醇,进行快速、充分地研磨；二氧化硅帮忙充分磨碎叶片,液泡中含有酸性物质,碳酸钙中和酸性物质,防止色素被酸 性物质破坏；问：研磨时为什么要快速而充分？答：防止无水乙醇的挥发 将研磨液快速倒入玻璃漏斗进行过滤,将滤液收集到试管,准时用棉塞将试管塞严；（2）制备滤纸条将干燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条,距这一端 1cm 处用铅笔画一条细的横线；（3）画滤液细线2/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事

5、,学习有成将滤纸条一端剪去两角, 并在第 2 页,共 10 页用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线匀称地画出一条细线；待滤液干后,再画一两次；画的细而直：为防止色素带重叠而影响分别成效；画两三次：是为积存更多的色素,使分别后的色素带明显；（4）分别绿叶中的色素 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,试验就会失败；为什么要用棉塞塞住试管口？防止层析液中成分挥发, 要留意本试验应在通风条件下进行, 试验终止时准时用肥皂洗手；由于层析液中一些挥发性物质具有毒性；（5）观看和记录 观看滤纸条上有几条不同颜色的色带？其排序怎样？胡萝卜素（橙

6、黄色） 叶黄素（黄色） 叶绿素 a（蓝绿色） 叶绿素 b（黄绿色）宽窄如何？说明白什么？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 种色素主要吸取哪些波长的光呢？我们来看看课本 99 页的图 5-12,叶绿素和类胡萝卜素的吸取光谱；可以看到叶绿素 a 和 叶绿素 b 主要吸取蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸取蓝紫光；练习：1在叶绿体色素的提取和分别试验中,收集到的滤液绿色过浅,其缘由可能是 D 未加石英砂,研磨不充分 一次加入大量的无水酒精提取 分次加入少量无水酒精提取 使用放置数天的菠菜叶A B C D 某同学在

7、做完“ 叶绿体中色素的提取与分别试验” 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,其中比较能显示真实情形的是 A 3/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事,学习有成第 3 页,共 10 页3关于高等植物细胞内的色素的表达中,错误选项 B A植物细胞内的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素 B全部植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取和传递光能 D有的植物细胞的液泡中也含有肯定的色素问：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争论叶绿素在光合作用的功能时,发觉叶绿

8、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；2叶绿体的结构 问：现在,大家认真观看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 个部分；叶绿体的外表有双层膜,双层膜是一种透亮膜,透过且被色素吸取；膜是透亮的, 有什么好处？有利于光线的叶绿体内部有很多基粒, 基粒与基粒之间布满基质； 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；吸取光能的四种色素,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；据运算, 1g 菠菜叶片中类囊 体的总面积竟达 60 平方

9、米左右；问：同学们摸索一下,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取光能吗？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耀水绵；他发觉细菌只向叶绿体被光束照耀到的部位几种；如果临时装片暴露在光下, 细菌就分布在叶绿体全部受光的部位；时装片,发觉大量的需氧细菌集合在红光和蓝紫光区域；（1）恩格尔曼试验的结论是什么？4/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事,学习有成用透过三棱镜的光照耀水绵临第 4 页,共 10 页氧是由叶绿体释放出来的, 叶绿体是光合作用的场所； 叶绿

10、体中的色素主要通过吸取红光 和蓝紫光来进行光合作用（2）恩格尔曼的试验方法有什么奇妙之处？试验材料挑选水绵和好氧细菌；水绵的优点是叶绿体呈螺旋式带状,便于观看；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；用极细的光束照耀,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组对比试验；临时装片暴露在光下的试验再一次验证明验结果；【板书设计】能量之源 光与光合作用 捕捉光能的色素和结构 1捕捉光能的色素2捕捉光能的结构 叶绿体（1）分布：主要在绿色植物的叶肉细胞（2）形状：一般呈扁平的椭球形或球形功能：光合作用的场所其次课时 光合作用的原理和应用【教学过程】一、光合作

11、用的反应简式反应式： CO2+H 2O光能（CH2O）+O2叶绿体如要表示光合作用过程各元素的来源和去向,可用下式表示5/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事,学习有成第 5 页,共 10 页1光合作用的过程 光反应与暗反应是怎样划分的？依据反应是否需要光能 光反应与暗反应的比较与联系？（1）光反应阶段 光能吸取和转化 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取太阳光能,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 不仅能吸取光能,仍能接受其他色素传递来的光能,通过一系列复杂过程,将光

12、能转换成电能,这类色素又称为反应中心色素；能量在色素之间的传递效率很高,类胡萝卜素所吸取的光能传递给叶绿素 a 的效率可达90%,叶绿素 b 吸取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,把大量的光能吸取、集合,并快速传递给反应中心色素,然后转换成电能；水的分解叶绿体中的色素吸取太阳光能,一方面将水分解成氢H和氧 O2氧直接以分子形式从叶气孔逸出,而 H就与 NADP+（辅酶）结合,形成NADPH（仍原型辅酶）,进入叶绿体基质中,作为仍原剂参加暗反应；另一方面在有关酶和反应中心色素的作用下,光能进一步转化成活跃的化学能,临时储存在H2O 光 2H +

13、2e+O2酶 NADP +2e+H + NADPH 酶 ADP+Pi+ 能量 ATP （2）暗反应阶段CO2 的固定：ATP 和 NADPH 中,为暗反应供应能量；植物通过叶片的气孔从外界吸取来的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2C3三碳化合物的仍原：三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NADPH6/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事,学习有成第 6 页,共 10 页仍原,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,从而使暗反应阶段的化学反应循环往复地进行下去；

14、二、光反应和暗反应的比较项目 光反应 暗反应实质 光能转变为化学能,并放出 O2 同化 CO2 形成（ CH2O）（酶促反应）时间 短促,以微秒计 较缓慢条件 需叶绿素和光 不需叶绿素和光,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2H2O 光能2H +2e+O2 CO2的固定： CO2+C52C3 物质转化 NADP +2e+H 酶NADPH CO2的仍原：光能 2CO3 ATP、酶（CH2O）ADP+Pi酶 ATP NADPH叶绿素把光能 活跃化学能,并 NADPH 和 ATP 中的活跃化学能 有机物中稳能量转化贮存在 ATP 和 NADPH 中 定的化学能假如从

15、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、CO 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；在肯定范畴内,光合速率随光照强度的增加而加快；当光照强度达到某一点时,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

16、饱和点；随7/10名师归纳总结大肚能容,容学习困难之事,学习有成第 7 页,共 10 页光照强度的减弱,光合速率逐步降低,最终到达一点,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（如下图）；植物在光补偿点时,白天不能积存有机物,而晚间仍要消耗有机物,因此,从全天来看,植物所需的最低光照强度,必需高于光补偿点,植物才能正常生长； CO 的浓度在肯定光照强度下,随 CO 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 CO ,光合速率慢,随光照强度加强,农作物就能吸取较高浓度的 CO ,光合速率加快；如下图：此图表示在肯定光照强度下 温度CO 浓度与

17、光合速率的关系光合作用中的生化反应离不开酶的催化,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 1035条件下正常地进行光合作用,其中以 时间合作用就下降, 4050时即完全停止；无机盐2530最相宜,在 35以上氮、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 仍参加 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）增加农作物产量的措施 增加农作物产量的措施就是设法提高光合作用的强度,提高光合作用效率；8/10名师归纳总结大肚能容,容学习困

18、难之事,学习有成第 8 页,共 10 页间作、套作；这种措施是指在一年内奇妙地搭配各种农作物,从时间和空间上更好地利用光能,缩短耕地的闲暇时间,延长单位土地面积上农作物的光合作用时间；合理密植；该措施是增加农田植物的绿色面积,以及培养矮秆、叶直而小、分蘖密集的新作物品种,以增加光合面积,充分利用光能；适当增加 CO 浓度；对农田里的农作物来说,确保良好的通风透光,既有利于充分利用光能, 又可以使空气不断流过叶面,有助于供应较多的 CO ；对温室农作物来说,通过增施农家肥料或使用 CO 发生 器等措施,可以提高温室内 CO 浓度,提高农作物的光合作用效率；掌握好冬季温室大棚内的温度；白天适当提高大棚内的温度以提高酶的活性,增强光合作用；夜晚适当降低大棚内温度,降低酶的活性,降低呼吸作用,削减呼吸消耗,有利于提高大棚蔬菜的产量；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