資源簡介

第五章　光合作用與能量轉化
第4節　光合作用的原理和應用
一、教材分析：
《光合作用的原理和應用》是人教版高中生物【生物】新人教版一《分子與細胞》第5章第4節的第二課時的內容。“光合作用”一節在綠色植物的新陳代謝以及整個生態系統的物質循環和能量流動中，具有十分重要的意義。主要學習光合作用的概念和過程原理。教材結合魯賓、卡爾文等科學家的實驗，介紹了同位素標記法這一生物學經常使用的研究方法。
二、學情分析：
學生對光合作用的反應物、生成物及意義在初中進行了淺淺的學習認知，但是其中很多的化學變化，高一新生在“有機化學知識”方面是近乎空白的，同時在物理的“能量轉換和守衡”知識方面也沒學過，對于生物學中的物質和能量觀也未形成，要求我們授課時能夠盡量運用淺顯的語言、直觀的圖解、恰當的問題引導學生分析和解決問題，降低理解這部分知識的難度。通過學習不僅要讓學生通過該階段相關實驗研究的思考和討論，闡明光合作用的光反應和暗反應的機理，更重要的是培養學生善于思考的學習習慣，在比較兩個過程的學習中認識到光合作用是光反應和暗反應的綜合過程，認同人類對光合作用的認識過程是逐步的、不斷發展的。
教學目標：
1.分析光合作用的過程，比較光反應和暗反應。
2.分析影響光合作用的環境因素。
3.舉例說明光合作用原理的實踐應用。
教學重難點：
1、教學重點：
（1）闡明光合作用的原理。
（2）說出光合作用原理中的物質和能量變化。
（3）探究環境因素對光合作用的影響。
（4）理解光合作用原理在生產實踐中的應用。
2、教學難點： 光合作用過程中物質和能量的變化及相關關系
五、教學過程：
課堂引入：上海世博會上的一款葉子概念車圖片，設問：這款葉子概念車的動力原理是什么？請用你學過的知識合理解釋它為什么不需要使用汽油呢？
學生：積極思考，回憶光合作用汽車的動力原理，從而激發學生的興趣。
（一）、光合作用的概念和總反應式
引導學生回憶并說出光合作用的概念和總反應式。
設問：光合作用是如何實現利用二氧化碳和水來合成有機物和氧氣的呢？
課件展示：葉綠體結構模式圖。
承上啟下：1.在葉綠體這個細胞器上是如何完成這樣一個看似簡單的氧化還原反應的呢？
2.葉綠體中的色素在光合作用過程中有沒有作用？有何作用？
3.光如何起作用？
4.物質如何轉變？
5.能量為何這么轉變？……
帶著這些問題，我們一起來學習光合作用的原理。
（二）、光合作用的原理
關于光合作用的原理，很多的科學家都經過很長時間的研究，本節課讓我們利用眾多的科學家的研究事實共同推理驗證光合作用的發生原理。
問題設置，激發學生參與：
問題1：光在光合作用過程中如何起作用
課件展示資料1：1937年，英國植物學家希爾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，該化學反應稱為希爾反應。
結論：在光下，葉綠體能將水分解成O2和[H]。
課件展示資料2：1954年，美國阿爾農等用離體的葉綠體做實驗。在給葉綠體照光時發現，當向反應體系中供給ADP、Pi和H受體時，體系中就會有ATP和[H]產生。
結論：在光下，葉綠體中生成了ATP和[H]。
講述：通過上述的事實可以推論出光反應的最終產物有O2、ATP、NADPH，該反應是需要在光照條件下才能發生。
問題1：問題2：
設問：光反應我們了解了，那么光合作用是如何將CO2合成糖類的呢？
問題2：光反應的場所是葉綠體的哪里？為什么？
該過程中光能的作用是什么？能量變化是怎樣的？
讓學生嘗試著回答
（光反應是發生在類囊體膜上，因為類囊體上分布有眾多色素和酶。）
（光能的作用有兩個方面，一方面使水在光下分解，儲存部分能量到NADPH;另一方面是在酶的催化下提供能量促使ADP與Pi形成ATP。）
總結：在光下，葉綠體中發生的2個反應：水的光解、ATP的形成。
分析：這兩個反應的場所在哪？推斷原因？整個過程中能量如何轉變？形成的ATP和[H]有什么作用呢？
問題3：在光下葉綠體反應產生的ATP和[H]有什么用呢？
課件展示資料3：1954年，美國阿爾農等用離體的葉綠體繼續做實驗。在黑暗條件下，只要供給了ATP和[H]，葉綠體就能將CO2轉變為糖。
結論：在黑暗條件下，ATP和[H]是CO2轉化為糖的必要條件。
問題4：CO2轉變成糖類等有機物的反應究竟如何進行？
課件展示資料4：從1946年開始，美國的卡爾文等研究了小球藻等植物進行光合作用時CO2轉化為糖類的路線。他們向反應體系中充入一定量的14CO2 ，光照30秒后檢測產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物。將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒時發現， 90％的放射性出現在一種三碳化合物（C3）中。在5秒鐘的光照后，卡爾文等同時檢測到了含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖（C6）。
結論：C的轉移路徑是
課件展示資料5：卡爾文及其同事們在實驗過程中發現，在有光照和CO2供應的條件下，C3和C5的濃度很快達到飽和并保持穩定。但是，當改變其中一個實驗條件后，二者的濃度迅速出現了規律性的變化：停止CO2供應時，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高。停止光照時，C3的濃度急速升高，C5的濃度急速降低。
分析：C3、C5濃度變化的原因。
課件展示：卡爾文循環示意圖
總結：光反應和暗反應的物質變化和能量變化。
問題5：CO2轉變成糖類等有機物的反應在哪里進行？
課件展示資料6：用溫和方法分離得到的葉綠體結構完整，這樣的葉綠體能夠完成整個光合作用，包括CO2的固定和糖類的生成。用劇烈方法分離得到的葉綠體含有很少或者根本沒有葉綠體基質。這樣的葉綠體能在光下產生O2、ATP、[H]、但是不能固定CO2。
結論：CO2的固定和糖類的生成場所在葉綠體基質。
結合以上的6個資料推論，嘗試用文字、符號和箭頭構建模型。
(投影5個推論）
光
（學生展示成果，師生共同修正）
設問：光合作用過程中物質變化和能量變化是怎樣聯系的呢？
下面我們通過列表歸納和比較光反應和暗反應，找找兩者的區別和聯系：
光反應 暗反應
條件 光、色素、酶 酶
場所 葉綠體類囊體膜上 葉綠體基質
物質變化 2H2O 4H+ +O2+4e-ADP+Pi+能量 ATPH+ +2e-+NADP+ NADPH CO2+C5 2C32C3 C5+（CH2O) ATP ADP+Pi+能量NADPH H+ +2e-+NADP+
能量變化 光能→ATP和NADPH活躍的化學能 ATP和NADPH活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
聯系 光反應為暗反應提供ATP和NADPH； 暗反應為光反應提供ADP和NADP+
實質 兩者實質相同：都是合成物質，儲存能量。
設問：光合作用對于生物來說有什么意義呢？
（三）光合作用的意義
講述：光合作用產生的有機物不僅供植物自身利用，還養活了你我在內的所有異養生物。光能通過驅動光合作用而驅動著生命世界的運轉。
（四）光合作用原理的應用
1．光合作用強度
(1)概念：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
(2)表示方法：用一定時間內原料消耗或產物生成的數量來定量表示。
(3)影響因素
①光合作用的原料——水、CO2。
影響CO2供應的因素：環境中CO2濃度和葉片氣孔開閉情況等。
②動力——光能。
③場所——葉綠體。
影響葉綠體的形成和結構的因素：無機營養和病蟲害。
④酶：影響酶活性的因素，如溫度。
3．在生產實踐中的應用
實例 原理
間作套種 不同植物對光照的需求不同
冬季大棚溫度白天適當提高，晚上適當降低 白天提高溫度，促進光合作用，夜間降溫，抑制呼吸作用
“正其行、通其風” 增大CO2濃度，有利于光合作用的進行
合理灌溉 水缺少導致氣孔關閉，CO2供應不足
六、隨堂練習：
1．在實驗室中，如果要測定藻類植物是否完成光反應，最好是檢驗其(　　)
A．氧氣的釋放量 B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量 D．葡萄糖的合成量
2．用同位素分別標記二氧化碳和水，做了如下實驗，就實驗結果、結論的敘述不正確的是(　　)
A．結果：物質A和物質B都是氧氣
B．結果：物質A和物質B均無放射性
C．結論：物質A和物質B的相對分子質量之比為9∶8
D．結論：光合作用釋放的氧氣中氧元素來源于水
3．某科學家用含14C的二氧化碳來追蹤光合作用中碳原子轉移途徑，能正確表示碳原子轉移途徑的是(　　)
A．CO2→葉綠素→ADP B．CO2→C3→葡萄糖
C．CO2→酒精→葡萄糖 D．CO2→葉綠素→ATP
4．光合作用是生物界最基本的物質代謝和能量代謝。如圖為綠色植物光合作用圖解，下列敘述正確的是(　　)
A．①是光合色素，分布在細胞質基質中
B．②是氧氣，在類囊體薄膜上產生
C．③是C5，能被還原為(CH2O)
D．④是ATP，在葉綠體基質中生成
5．光合作用過程包括光反應和暗反應，下圖表示光反應與暗反應的關系，據圖判斷下列敘述不正確的是(　　)
A．光反應為暗反應提供ATP和NADPH
B．停止光照，葉綠體中ATP和NADPH含量下降
C．ATP的移動方向是由類囊體薄膜到基質
D．植物在暗處可大量合成(CH2O)
ATP、NADPH

展開更多......

收起↑