生物高中必修一《第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化》教學設(shè)計-統(tǒng)編人教版

這是一份生物高中必修一《第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化》教學設(shè)計-統(tǒng)編人教版，共10頁。
光合作用與能量轉(zhuǎn)化 【教學目標】 1．知識目標： （1）說出綠葉中色素的種類和作用 （2）說出葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能 （3）光反應和暗反應的過程 （4）影響光合作用強度的環(huán)境因素 （5）光合作用原理的應用 2．能力目標：進行實驗和探究，學會提取、分離綠葉中的色素 3．情感目標：探究細胞光合作用在生產(chǎn)、生活實踐中的應用 【教學重點】 1．綠葉中色素的種類和作用 2．光合作用的發(fā)現(xiàn)及研究歷史 3．光合作用的光反應、暗反應過程及相互關(guān)系 4．影響光合作用強度的環(huán)境因素 【教學難點】 1．光反應和暗反應的過程 2．探究影響光合作用強度的環(huán)境因素 【教學方法】 講授與學生討論相結(jié)合、問題引導法、歸納 【教學過程】 第一課時 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 思考： 1．通常應該把花盆擺在向陽面還是背陰面，為什么？ 向陽面。讓植物多接受光照，因為植物需要進行光合作用。 2．有些植物工廠內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍色光的燈管，并且在白天也開燈。 （1）用這種方法有什么好處？這樣做對光合作用有影響嗎？ 用這種方法可以提高光合作用的強度，因為葉綠素吸收最多的是光譜中的藍紫光和紅光。不同顏色的光照對植物的光合作用會有影響。 因為葉綠素對綠光吸收最少，所以不使用綠光作補充光源。 （一）捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 我們在初中就已經(jīng)知道植物能進行光合作用，是因為其細胞中含有一些能吸收光能的色素，植物幼苗如果缺乏色素，往往會呈現(xiàn)黃白色，這就是我們通常所說的“白化苗”。 思考：“白化苗”能持續(xù)正常地生長嗎？ 不能，由于不能進行光合作用，待種子中儲存的養(yǎng)分耗盡就會死亡?？梢娭参锏纳畲_實需要色素，依靠色素來吸收光能進行光合作用。 我們先來學習“捕獲光能的色素”這一內(nèi)容。 1．捕獲光能的色素 那么植物細胞一般含有哪些捕獲光能的色素呢？它們分別又是什么顏色的？以及各種色素在綠葉中的含量是否相同呢？帶著這些問題我們一起來看《綠葉中色素的提取與分離》實驗。 實驗原理：（1）無水乙醇提取綠葉中的色素 （2）分離：不同色素在層析液中的溶解度不同 目的要求：綠葉中色素的提取和分離及色素的種類 材料用具：新鮮的綠葉、定性濾紙等、無水乙醇等 方法步驟： （1）提取綠葉中的色素 ①稱取5g左右的綠葉，洗凈，去除粗葉脈，剪碎，放入研缽中。 ②向研缽中放入少許的二氧化硅和碳酸鈣、10ml無水乙醇，進行迅速、充分地研磨。 加入二氧化硅、碳酸鈣的作用是什么？ 二氧化硅幫助充分磨碎葉片，液泡中含有酸性物質(zhì)，碳酸鈣中和酸性物質(zhì)，防止色素被酸性物質(zhì)破壞。 問：研磨時為什么要迅速而充分？ 答：防止無水乙醇的揮發(fā) ③將研磨液迅速倒入玻璃漏斗進行過濾，將濾液收集到試管，及時用棉塞將試管塞嚴。 （2）制備濾紙條 將干燥的定性濾紙剪成長與寬略小于試管長與寬的濾紙條，將濾紙條一端剪去兩角，并在距這一端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線。 （3）畫濾液細線 用毛細吸管吸取少量濾液，沿鉛筆線均勻地畫出一條細線。待濾液干后，再畫一兩次。 畫的細而直：為防止色素帶重疊而影響分離效果。 畫兩三次：是為積累更多的色素，使分離后的色素帶明顯。 （4）分離綠葉中的色素 將3ml層析液倒入試管中，將濾紙條（有濾液細線的一端朝下）輕輕插入層析液中，就不會在濾紙上擴散開來，實驗就會失敗。 為什么要用棉塞塞住試管口？ 防止層析液中成分揮發(fā)，要注意本實驗應在通風條件下進行，實驗結(jié)束時及時用肥皂洗手。因為層析液中一些揮發(fā)性物質(zhì)具有毒性。 （5）觀察和記錄 觀察濾紙條上有幾條不同顏色的色帶？其排序怎樣？ 胡蘿卜素（橙黃色）——葉黃素（黃色）——葉綠素a（藍綠色）——葉綠素b（黃綠色） 寬窄如何？說明了什么？ 葉綠素a色素帶最寬，胡蘿卜素色素帶最窄。說明綠葉中四種色素的含量不同，葉綠素a最多，胡蘿卜素最少。 那么，這4種色素主要吸收哪些波長的光呢？ 我們來看看課本99頁的圖5-12，葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜?？梢钥吹饺~綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。 練習： 1．在葉綠體色素的提取和分離實驗中，收集到的濾液綠色過淺，其原因可能是(D) ①未加石英砂，研磨不充分 ②一次加入大量的無水酒精提取 ③分次加入少量無水酒精提取 ④使用放置數(shù)天的菠菜葉 A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②④ 某同學在做完“葉綠體中色素的提取與分離實驗”后畫出了四種色素在濾紙條上分布的模式圖，以此主要表示色素的含量及間隔距離的大小，其中比較能顯示真實情況的是(A) 3．關(guān)于高等植物細胞內(nèi)的色素的敘述中，錯誤的是(B) A．植物細胞內(nèi)的色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素 B．所有植物細胞中都只有四種色素 C．葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收和傳遞光能 D．有的植物細胞的液泡中也含有一定的色素 問：現(xiàn)在我們已經(jīng)知道綠葉中含有4種色素，那么這些色素分布在細胞中的哪些部位呢？ 答：直到1865年，德國植物學家薩克斯研究葉綠素在光合作用的功能時，發(fā)現(xiàn)葉綠素并非普遍分布在植物的整個細胞中，而是集中在一個更小的結(jié)構(gòu)里，后來人們稱之為葉綠體。 2．葉綠體的結(jié)構(gòu) 問：現(xiàn)在，大家仔細觀察葉綠體的立體結(jié)構(gòu)示意圖，說說它是由哪些結(jié)構(gòu)組成？ 答：它包括外膜、內(nèi)膜、基粒和基質(zhì)4個部分。 葉綠體的外表有雙層膜，雙層膜是一種透明膜，膜是透明的，有什么好處？有利于光線的透過且被色素吸收。 葉綠體內(nèi)部有許多基粒，基粒與基粒之間充滿基質(zhì)。每個基粒都是由一個圓餅狀的囊狀結(jié)構(gòu)堆疊而成，這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為囊狀體。吸收光能的四種色素，就分布在類囊體的薄膜上。 每個基粒都含有2個以上的類囊體，多者可達100個以上。據(jù)計算，1g菠菜葉片中類囊體的總面積竟達60平方米左右。 問：同學們思考一下，葉綠體內(nèi)有如此多的基粒和類囊體，有什么用？ 答：極大地擴展了受光的面積。 問：葉綠體的作用僅僅是吸收光能嗎？ 答：1880年，美國科學家恩格爾曼把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細的光束照射水綿。他發(fā)現(xiàn)細菌只向葉綠體被光束照射到的部位幾種；如果臨時裝片暴露在光下，細菌則分布在葉綠體所有受光的部位。用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。 （1）恩格爾曼實驗的結(jié)論是什么？ 氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。葉綠體中的色素主要通過吸收紅光和藍紫光來進行光合作用． （2）恩格爾曼的實驗方法有什么巧妙之處？ ①實驗材料選擇水綿和好氧細菌。水綿的優(yōu)點是葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；好氧細菌的優(yōu)點是可確定釋放氧氣多的部位。 ②沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光干擾。 ③用極細的光束照射，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當于一組對比實驗。 ④臨時裝片暴露在光下的實驗再一次驗證實驗結(jié)果。 【板書設(shè)計】 能量之源——光與光合作用 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu) 1．捕獲光能的色素 2．捕獲光能的結(jié)構(gòu)——葉綠體 （1）分布：主要在綠色植物的葉肉細胞 （2）形態(tài)：一般呈扁平的橢球形或球形 ④功能：光合作用的場所 第二課時 光合作用的原理和應用 【教學過程】 一、光合作用的反應簡式 反應式：CO2+H2O（CH2O）+O2 若要表示光合作用過程各元素的來源和去向，可用下式表示 1．光合作用的過程 ①光反應與暗反應是怎樣劃分的？根據(jù)反應是否需要光能 ②光反應與暗反應的比較與聯(lián)系？ （1）光反應階段 ①光能吸收和轉(zhuǎn)化 葉綠體中的4種色素的功能不完全相同。絕大多數(shù)的葉綠體色素的功能是吸收太陽光能，這類色素又稱為聚光色素。大多數(shù)葉綠素a和全部的葉綠素b、胡蘿卜素、葉黃素，都屬于這類色素。另外，少數(shù)特殊狀態(tài)的葉綠素a不僅能吸收光能，還能接受其他色素傳遞來的光能，通過一系列復雜過程，將光能轉(zhuǎn)換成電能，這類色素又稱為反應中心色素。 能量在色素之間的傳遞效率很高，類胡蘿卜素所吸收的光能傳遞給葉綠素a的效率可達90%，葉綠素b吸收的光能傳遞給葉綠素a的效率接近100%，這樣聚光色素就像透鏡把光束集中到焦點一樣，把大量的光能吸收、聚集，并迅速傳遞給反應中心色素，然后轉(zhuǎn)換成電能。 ②水的分解 葉綠體中的色素吸收太陽光能，一方面將水分解成氫［H］和氧［O2］氧直接以分子形式從葉氣孔逸出，而［H］則與NADP+（輔酶Ⅱ）結(jié)合，形成NADPH（還原型輔酶Ⅱ），進入葉綠體基質(zhì)中，作為還原劑參與暗反應。另一方面在有關(guān)酶和反應中心色素的作用下，光能進一步轉(zhuǎn)化成活躍的化學能，暫時儲存在ATP和NADPH中，為暗反應提供能量。 H2O2H++2e+O2 NADP++2e+H+NADPH ADP+Pi+能量ATP （2）暗反應階段 ①CO2的固定： 植物通過葉片的氣孔從外界吸收來的CO2先與植物體內(nèi)的一種五碳化合物（C5）結(jié)合形成三碳化合物。 CO2+C52C3 ②三碳化合物的還原： 三碳化合物在有關(guān)酶的催化作用下，接受ATP和NADPH釋放出來的能量并被NADPH還原，再經(jīng)過一系列復雜的變化，最終形成糖類等有機物，并重新生成五碳化合物，用以固定CO2，從而使暗反應階段的化學反應循環(huán)往復地進行下去。 二、光反應和暗反應的比較 如果從光合作用整體的角度看：光合作用又完成了怎樣的物質(zhì)變化和能量變化（即光合作用的實質(zhì)是什么？） 物質(zhì)變化：把二氧化碳和水等無機物轉(zhuǎn)變成了糖類等有機物 能量變化：把光能轉(zhuǎn)變成化學能儲存在糖類等有機物中 2．光合作用原理的應用 從光合作用的整個過程來看，有哪些因素會對光合作用的進行產(chǎn)生影響呢？ 光照、溫度、濃度、水、礦質(zhì)元素等 （1）影響農(nóng)作物光合作用的環(huán)境因素 ①光照強度 不同的農(nóng)作物對光照強度的要求是不同的，同一農(nóng)作物在不同的光照強度下光合作用速率不同。在一定范圍內(nèi)，光合速率隨光照強度的增加而加快。當光照強度達到某一點時，光合速率不再隨光照強度的增加而增加，這種現(xiàn)象叫光飽和現(xiàn)象，這時的光照強度稱為光飽和點。隨光照強度的減弱，光合速率逐漸降低，最后到達一點，即在同一時間內(nèi)，有機物的產(chǎn)生和消耗相等，這時的光照強度稱為光補償點（如下圖）。植物在光補償點時，白天不能積累有機物，而晚間還要消耗有機物，因此，從全天來看，植物所需的最低光照強度，必須高于光補償點，植物才能正常生長。 ②的濃度 在一定光照強度下，隨濃度的增加，農(nóng)作物光合速率加快，弱光條件下，農(nóng)作物只能利用較低濃度的，光合速率慢，隨光照強度加強，農(nóng)作物就能吸收較高濃度的，光合速率加快。如下圖： 此圖表示在一定光照強度下濃度與光合速率的關(guān)系 ③溫度 光合作用中的生化反應離不開酶的催化，而溫度直接影響酶的活性，進一步影響光合速率。一般植物可在10℃~35℃條件下正常地進行光合作用，其中以25℃~30℃最適宜，在35℃以上時光合作用就下降，40℃~50℃時即完全停止。 ④無機鹽 氮、鎂、鐵等是合成葉綠素所必需的，磷和鉀會影響光合作用產(chǎn)物糖類的轉(zhuǎn)化和運輸，磷還參與ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化過程和能量傳遞。因此，無機鹽離子會直接或間接影響光合作用。 另外光質(zhì)、光照長短、水分、氧氣等環(huán)境因素也會影響光合作用強度。 （2）增加農(nóng)作物產(chǎn)量的措施 增加農(nóng)作物產(chǎn)量的措施就是設(shè)法提高光合作用的強度，提高光合作用效率。 ①間作、套作。 這種措施是指在一年內(nèi)巧妙地搭配各種農(nóng)作物，從時間和空間上更好地利用光能，縮短耕地的空閑時間，延長單位土地面積上農(nóng)作物的光合作用時間。 ②合理密植。 該措施是增加農(nóng)田植物的綠色面積，以及培育矮稈、葉直而小、分蘗密集的新作物品種，以增加光合面積，充分利用光能。 ③適當增加濃度。 對農(nóng)田里的農(nóng)作物來說，確保良好的通風透光，既有利于充分利用光能，又可以使空氣不斷流過葉面，有助于提供較多的。對溫室農(nóng)作物來說，通過增施農(nóng)家肥料或使用發(fā)生器等措施，可以提高溫室內(nèi)濃度，提高農(nóng)作物的光合作用效率。 ④控制好冬季溫室大棚內(nèi)的溫度。 白天適當提高大棚內(nèi)的溫度以提高酶的活性，增強光合作用；夜晚適當降低大棚內(nèi)溫度，降低酶的活性，降低呼吸作用，減少呼吸消耗，有利于提高大棚蔬菜的產(chǎn)量。 ⑤夏天正午適當給一些農(nóng)作物遮蔭。 有些農(nóng)作物進行光合作用不需要太強的光，太強的光不利于光合作用，這類農(nóng)作物屬于陰生植物。夏天正午由于農(nóng)作物蒸騰作用過于強烈，造成植物氣孔關(guān)閉，進不到葉片內(nèi)，從而影響光合作用的進行。因此適當給一些農(nóng)作物（特別是陰生植物）遮蔭，阻止氣孔關(guān)閉，有利于提高光合作用強度。 ⑥在培育水稻秧苗時，用藍色塑料薄膜。 研究發(fā)現(xiàn)，不同的色光對光合產(chǎn)物的成分有影響：在藍紫光照射下，光合產(chǎn)物中蛋白質(zhì)和脂肪含量較多，在紅光照射下，光合產(chǎn)物中的糖類含量較多。因此在培育水稻秧苗時，選擇藍色的塑料薄膜有利于培育壯秧。 ⑦合理施肥。 滿足不同農(nóng)作物不同生長發(fā)育期對各種無機鹽離子的需求。 ⑧合理灌溉。 小結(jié)：光合作用原理的應用 1．影響光合作用的因素 光照、、溫度、水、礦質(zhì)元素等 2．提高農(nóng)作物光合作用強度的措施 （1）適當提高光照強度、延長光照時間 （2）合理密植 （3）適當提高濃度 （4）適當提高溫度(白天提高溫度，晚上降低溫度) （5）適當增加植物體內(nèi)的含水量 （6）適當增加礦質(zhì)元素的含量 【板書設(shè)計】 能量之源——光與光合作用 光合作用的原理和應用 （二）光合作用的探究歷程 （二）光合作用的過程 光反應和暗反應所需要的條件、場所、原料、產(chǎn)物 （三）影響光合作用的因素：光、二氧化碳、溫度等項目光反應暗反應實質(zhì)光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，并放出O2同化CO2形成（CH2O）（酶促反應）時間短促，以微秒計較緩慢條件需葉綠素和光不需葉綠素和光，需要多種酶場所在葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上進行在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化2H2O2H++2e+O2[ NADP++2e+HNADPH ADP+PiATPCO2的固定：CO2+C5→2C3 CO2的還原： 2CO3（CH2O）能量轉(zhuǎn)化葉綠素把光能→活躍化學能，并貯存在ATP和NADPH中NADPH和ATP中的活躍化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能