資源簡介

第五章
細胞的能力供應和利用
第四節
細胞能量的供應和利用
第二課時
光合作用的原理和作用
一、學習目標\教學目標
1.通過探究光合作用原理的實驗，認識科學探究的基本思路和方法。
2.用物質和能量觀闡明光合作用過程。
3.基于事實證據，進一步理解光合作用原理。
二、教學重難點
1.光合作用的光反應、暗反應過程及相互關系。（重難點）
三、教學方法
講授、演示、視頻播放、小組討論。
四、教學過程
【新課導入：情景設置，導入新課】
觀看視頻《光合作用》，激發學生的學習興趣。進而引出本節課題——光合作用的原理與應用。
【新課講授】
光合作用的概念:光合作用是指綠色植物通過__葉綠體__，利用__
光能_
_，將__二氧化碳和水__轉化成儲存著能量的___有機物__，并且釋放出___氧氣___的過程。
一、光合作用的原理
1.探究光合作用原理的部分實驗
資料分析，小組討論，問題探究
資料1
19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。1928年，
科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。
資料2
1937年，英國植物學家希爾（R
Hill）發現，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，離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣的化學反應稱作希爾反應。
小組討論，問題探究
1.希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？
提示：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生水的光解，產生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。
2.希爾的實驗是否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？
提示：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。
資料3
1941年，美國科學家魯賓（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分別標記H2O和CO2,使它們分別變成H218O和C18O2。然后，進行了兩組實驗：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。
結論：光合作用釋放的氧全部來自水，而并不來源于CO2。
資料4
1946年開始，美國的卡爾文等用放射性同位素14C標記14CO2，供小球藻進行光合作用，探明了CO2中的C的去向，稱為卡爾文循環。
結論：光合產物中有機物的碳來自CO2
資料5
1954年，美國科學家阿爾農（D.
Arnon）發現，在光照下，葉綠體可合成ATP。
1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。
2.光合作用的過程
根據是否需要__光能___，這些化學反應可以概括地分為___光反應____和____暗反應____，現在也稱為碳反應，兩個階段。
（1）光反應
場所：葉綠體類囊體薄膜上
條件
：光、色素、酶
物質變化：水的光解、ATP的合成、能量轉變
（2）暗反應（圖解分析）
條件：有光無光都可，需要多種酶
場所：葉綠體基質
物質變化：CO2的固定、C3的還原
（3）光合作用的過程（圖片分析）
小組討論，完成表格：光反應和暗反應區別和聯系。
小組討論，問題探究
（4）光合作用中元素的轉移
外界條件突然改變，NADPH、C5、ATP等物質的變化規律
小組討論，完成表格。
二、光合作用原理的應用
1.光合作用強度的表示方法
單位時間內光合作用：制造或產生有機物（糖類）量、固定CO2的量、產生O2的量。
播放視頻《探究環境因素對光合作用的影響》，通過觀看視頻，分析曲線圖，引導學生探討影響光合作用的因素，舉例說明光合作用原理的應用。
小組合作，共同探討，歸納總結。
2.影響光合作用的因素有哪些？
內因——光照強度、光質、光照時間、CO2的濃度、礦質元素（Mg合成葉綠素）。
外因——酶的種類、數量，色素的含量，葉齡不同。
（1）葉齡不同
O～A：幼葉階段。隨幼葉的不斷生長，葉面積__增大
_，葉綠體增多，葉綠素含量__增加_，光合速率___增加____。
A～B：壯葉階段。葉片面積、葉綠體和葉綠素都處于_____穩定狀態____，光合速率穩定。
B～C：老葉階段。隨葉齡的增加，葉綠素被___破壞___，光合速率也隨之下降。
應用：適時摘除老葉、黃葉，有利于有機物的積累。
（2）光照強度
A點：只進行細胞呼吸，CO2釋放量表明此時的呼吸強度。
AB段：光合<呼吸
B點：光補償點，即光合作用強度=細胞呼吸強度。
C點對應的橫坐標：光飽和點，增加光照強度光合作用強度不再增加。
C點之前受限因素：光照強度。
C點之后受限因素：溫度、CO2濃度等。
（展示陰生植物和陽生植物圖片，舉例說明什么是陰生植物，什么是陽生植物）
陰生植物是指在弱光條件下比強光條件下生長良好的植物。
陽生植物是指在強光環境中生長發育健壯，在陰蔽和弱光條件下生長發育不良的植物稱陽性植物。
（展示陰生植物，陽生植物CO2吸收量和CO2釋放量曲線圖以及陰生植物和陽生植物對比表，提出探究問題，引導學生進行分析并回答問題）
提出問題：根據上表：陰生植物的光飽和點和光補償點低于陽生植物的原因？
學生小組討論，共同總結。
（3）CO2濃度
（分析曲線圖，引導學生說出各點代表的含義，并舉例說明CO2濃度的應用）
C點：CO2補償點（表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度）；
D點：CO2飽和點（兩組都表示在一定范圍內CO2濃度達到該點后，光合作用強度不再隨CO2濃度增加而增加）。
B點
：進行光合作用所需CO2的最低濃度。
應用：1.多施有機肥或農家肥。
2.溫室栽培植物時還可使用CO2發生器等。
3.大田中還要注意通風透氣。
（4）溫度
（分析曲線圖，引導學生闡述溫度對光合作用的影響，并舉例說明其應用）
學生：溫度過高時植物氣孔關閉或酶活性降低，光合速率會減弱。光合作用的最適溫度因植物種類而異。應用如下：
1.適時播種。
2.溫室栽培植物時，白天適當提高溫度，晚上適當降溫。從而提高作物產量（有機物積累量）。
3.植物“午休”現象的原因之一
（5）礦質元素
（分析曲線圖，引導學生說出各點代表的含義，并舉例說明其應用）
O～A：隨礦質元素含量（N、P、K等）的增加，光合速率也加快。
A～B：礦質元素含量過高，根細胞很難吸水，甚至失水，光合速率也會下降，甚至停止。
N：光合酶及NADP+和ATP的重要組分。
P：NADP+和ATP的重要組分；維持葉綠體正常結構和功能。
K：促進光合產物向貯藏器官運輸。
Mg：葉綠素的重要組分。
應用：合理施肥。
（6）水
（分析曲線圖，介紹水如何影響光合作用，引導學生說出各點代表的含義，并舉例說明其應用）
水是光合作用的原料但水過多時，影響細胞呼吸作用，能量減少，細胞吸收的離子等減少，光合作用減慢。水是體內各種化學反應的介質。水還影響氣孔的開閉，間接影響CO2進入植物體
A～B：隨著自由水含量的增加，細胞代謝開始加快，光合速率也隨之加快。
B～C：水太多，影響了細胞的呼吸作用，代謝速率會下降。
應用：預防干旱
合理灌溉。
歸納總結：光合作用相關含義的表示方式（以表格形式進行總結，小組討論，進行展示，共同完成表格的填寫）。
得出：真正光合速率=凈光合速率+呼吸速率
三、化能合成作用
1.異養生物：只能利用環境中現成的有機物來維持自身的生命活動。例如人、動物、真菌及大多數的細菌。
2.自養生物：以無機物轉變成為自身的組成物質。
光能自養生物：以光為能源，以CO2和H2O（無機物）為原料合成糖類（有機物），糖類中儲存著由光能轉換來的能量。例如：綠色植物。
化能自養生物：利用環境中某些無機物氧化時釋放的能量將CO2和H2O（無機物）合成糖類（有機物）。例如：硝化細菌。
硝化細菌能夠利用體外環境中的NH3氧化時所釋放的能量來制造有機物
。
【課堂練習】
1.下圖表示菠菜葉肉細胞光合作用與細胞呼吸過程中碳元素和氫元素的轉移途徑，其中①～⑥代表有關生理過程。下列敘述錯誤的是（　?。?br/>A.過程①、②、③不在生物膜上進行
B.參與過程②、③、⑤的酶種類不同
C.過程②、③、④、⑤都有ATP產生
D.過程③產生的[H]全部來自丙酮酸
提示：過程①表示光合作用暗反應，發生的場所是葉綠體基質；過程②表示有氧呼吸的第一階段，發生的場所是細胞質基質；過程③表示有氧呼吸第二階段，發生的場所是線粒體基質，都不在生物膜上進行，A正確；②、③為有氧呼吸的過程，其催化酶都為呼吸酶，⑤為光合作用光反應過程，參與的酶種類不相同，B正確；過程②、③、④為有氧呼吸的三個階段，都有ATP產生，⑤為水的光解，有ATP產生，C正確；過程③為有氧呼吸第二階段，是丙酮酸和水反應產生CO2和[H]，釋放少量能量，產生的[H]部分來自丙酮酸，部分來自水，D錯誤。
2.如圖表示某高等綠色植物體內的生理過程，下列有關分析不正確的是（　
）
A.階段Ⅰ生成的[H]可作為還原劑用于⑥過程生成水
B.Ⅲ的某些反應階段能夠在生物膜上進行
C.過程③進行的場所是葉綠體基質
D.影響過程Ⅱ的外界因素主要是CO2濃度和溫度
提示：光合作用中階段Ⅰ生成的[H]只能用于暗反應，不能用于⑥有氧呼吸的過程，A錯誤；Ⅲ中的有氧呼吸第三階段是在線粒體內膜上進行的，B正確；過程③是CO2的固定，進行的場所是葉綠體基質，C正確；影響過程Ⅱ暗反應的外界因素主要是CO2濃度和溫度，D正確。
3.下圖為植物細胞代謝的部分過程簡圖，①～⑦為相關生理過程。下列敘述錯誤的是（　
）
A.若植物缺鎂，則首先會受到顯著影響的是③
B.②的進行與⑤⑥密切相關
C.藍藻細胞中④發生在葉綠體基質中
D.葉肉細胞③中O2的產生量小于⑥中O2的吸收量，則該細胞內有機物的總量將減少
提示：若植物缺鎂則葉綠素的合成受到影響，首先會受到顯著影響的生理過程是③光反應過程，A項正確；②是植物細胞通過主動運輸吸收無機鹽離子的過程，需要消耗能量，故與⑤⑥過程密切相關，B項正確；藍藻細胞是原核細胞，沒有葉綠體，C項錯誤；③光反應中O2的產生量小于⑥有氧呼吸中O2的吸收量，則凈光合作用量小于0，該植物體內有機物的量將減少，D項正確。
五、板書設計：
第四節
光合作用與能量轉化
第二課時
光合作用的原理和作用
1.光合作用的概念
2.探究光合作用的原理
3.光合作用的過程
4.光合作用的意義
5.光合作用的影響因素
6.化能合成作用

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