年級
高一年級
授課時間
3課時
課題
第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化
教材分析
細(xì)胞的生命活動是需要能量來驅(qū)動的。太陽能是幾乎所有生命系統(tǒng)中能量的最終源頭。外界能量進(jìn)入細(xì)胞，并為細(xì)胞所利用，都要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。細(xì)胞是如何通過化學(xué)反應(yīng)來獲取和利用能量的呢?通過本節(jié)教學(xué)，學(xué)生更深入地理解生命的本質(zhì)。本節(jié)教材分兩小節(jié)，按照先結(jié)構(gòu)后過程的思路展開。第一小節(jié)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)，主要是解決綠色植物利用什么物質(zhì)和結(jié)構(gòu)來吸收光能的問題。教材以問題串貫穿正文的方式來加以表述。第二小節(jié)再引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識光合作用的原理，詳細(xì)了解光合作用是如何進(jìn)行的，并探討光合作用原理在實(shí)踐上的應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容需要3課時完成。第1課時完成“捕獲光能的色素”和“綠葉中色素提取和分離”實(shí)驗(yàn)，第2課時完成“葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)”和“光合作用原理”，第3課時完成“光合作用原理的應(yīng)用”。
光合作用是地球上最重要的化學(xué)反應(yīng)。光合作用的概念及其應(yīng)用一直是中學(xué)生物學(xué)課程中的重要內(nèi)容。本節(jié)是本模塊的重點(diǎn)內(nèi)容之一。通過本節(jié)教學(xué)有助于學(xué)生科學(xué)自然觀的形成;有助于從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任4個方面培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)。
教學(xué)目標(biāo)
1.嘗試提取和分離綠葉中的色素，簡述綠葉中色素的種類及其功能。
2.運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，解釋葉綠體適于進(jìn)行光合作用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
3.通過對光合作用光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究的思考和討論，說明光合作用過程，并從物質(zhì)與能量觀視角，闡明光合作用原理，認(rèn)同人類對光合作用的認(rèn)識過程是逐步的、不斷發(fā)展的。
4.設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，探究環(huán)境因索對光合作用強(qiáng)度的影響。
5.關(guān)注光合作用原理的應(yīng)用。
教學(xué)重、難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
(1 )葉綠體適于光合作用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
(2)光合作用的原理。
2.教學(xué)難點(diǎn)
(1)光合作用過程中物質(zhì)和能量的變化及相互關(guān)系。
(2)探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因索。
教學(xué)過程
第1課時
教學(xué)內(nèi)容
教師活動
學(xué)生活動
引入新課
【創(chuàng)設(shè)情境】
展示詩歌及圖片，提出問題導(dǎo)入光合作用有關(guān)色素的學(xué)習(xí)。
《蘇幕遮·懷舊》
宋代范仲淹
碧云天,黃葉地，秋色連波,波上寒煙翠。
山映斜陽天接水，芳草無情,更在斜陽外。
綠葉中的色素有哪些?這些色素有什么作用呢?
欣賞詩歌與圖片，思考綠葉中有哪些色素。
一、捕獲光能的色素
展示正常苗與白化苗，引出色素的重要性。
正常幼苗進(jìn)行光合作用，制造有機(jī)養(yǎng)料。
白化苗無法進(jìn)行光合作用，待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會死亡。
推論:光能的捕獲與葉片顏色有關(guān)。
分析,提出假設(shè):光能的捕獲需要綠葉所含的色素。
【探究實(shí)踐】
進(jìn)行綠葉中色素的提取與分離
▲提取綠葉中的色素
提取原理：綠葉中的色素能夠溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇中
指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，連線實(shí)驗(yàn)用品及作用：
引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，分析實(shí)驗(yàn)步驟，注意重點(diǎn)：
播放《綠葉中色素的提取》視頻,并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行色素的提取。
【布置任務(wù)】
任務(wù)一：引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果。
(一)色素的提取
指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P98的“探究·實(shí)踐”，回答相關(guān)問題：
1.已知色素存在于葉片的葉綠體中，提取色素時要破碎細(xì)胞及葉綠體，使色素充分釋放。在酸性條件下，葉綠素分子卟啉環(huán)中的鎂離子可以被氫離子取代，導(dǎo)致葉綠素被破壞，試分析色素提取時加入碳酸鈣的作用是什么？
色素提取時，研磨葉片會導(dǎo)致液泡中的有機(jī)酸釋放，破壞葉綠素，碳酸鈣可以中和酸性物質(zhì)，保護(hù)葉綠素。
2.研磨時應(yīng)注意什么?原因是什么?
研磨時要迅速、充分。這樣可以保證色素釋放得更加充分且揮發(fā)量少。
3.過濾時漏斗基部的尼龍布能否用濾紙?zhí)娲?原因是什么?
不能用濾紙?zhí)娲?。因?yàn)闉V紙的吸附性強(qiáng)，會導(dǎo)致濾液中色素的濃度過低。
4.某實(shí)驗(yàn)小組得到的色素提取液顏色過淺，請結(jié)合實(shí)驗(yàn)步驟分析可能的原因有哪些?
(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出來; (2)稱取綠葉過少或加入的無憶醇過多，色素溶液濃度小;(3)未加入碳酸鈣或加入過少，部分色素分子被破壞。
▲分離綠葉中的色素
分離色素的方法:“紙層析法”，利用待分離物質(zhì)中不同組分的某些理化性質(zhì)的差異而建立起來的一種分離技術(shù)。
分離色素的原理：不同色素在層析液中的溶解度不同。
溶解度高的色素，在濾紙上隨層析液的擴(kuò)散速度快；溶解度低的色素，在濾紙上隨層析液的擴(kuò)散速度慢。
展示實(shí)驗(yàn)步驟關(guān)鍵點(diǎn)及注意事項(xiàng)：
播放《綠葉中色素的分離》視頻并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
學(xué)生思考討論以下問題：
1.制備濾紙條時為什么要減去兩角?
減少邊緣效應(yīng)，使濾液同時到達(dá)濾液細(xì)線，防止層析液在濾紙條的邊緣處擴(kuò)散過快。
2.濾液細(xì)線的劃線原則是什么?待濾液干后,再重畫一到兩次的目的是什么?
畫濾液細(xì)線的原則是細(xì)、直、齊。待濾液干后，再重畫一到兩次可以增加濾液細(xì)線中色素的含量。
3.為何濾液細(xì)線不能觸及層析液?
防止色素溶解在層析液中。
展示部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行分析。
濾紙條上色素的分布情況說明了什么？
濾紙條上的色素帶分布說明了綠葉中的色素有4種，它們在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散的快慢也不同。同時由于 4 種色素的顏色不同，也說明不同色素吸收了不同波長的光。
請學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫出各種光合色素的含量排序。
色素含量:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素。
【學(xué)科交叉】
光是一種電磁波，分為可見光和不可見光?？梢姽獾牟ㄩL是400-760 nm。不同波長的光，顏色不同。
光合色素的吸收光譜：葉綠體中的色素只吸收可見光， 而對紅外光和紫外光等不吸收。
通過對光線經(jīng)過色素及三棱鏡后出現(xiàn)的暗帶分析得出兩大類色素吸收的光譜。

葉綠素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，
類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。
分析葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜得出4種色素吸收的光譜。
葉綠素a和葉綠素b :主要吸收藍(lán)紫光和紅光，
胡蘿卜素和葉黃素:主要吸收藍(lán)紫光。
(三)結(jié)合色素的吸收光譜指導(dǎo)學(xué)生一起分析實(shí)際問題
1.冬季時,為了增加蔬菜的產(chǎn)量,應(yīng)該選紅色、藍(lán)色還是無色的大棚塑料薄膜?為什么?
應(yīng)選無色的大棚塑料薄膜。因?yàn)樘柟庥善呱饨M成,所以用無色的大棚塑料薄膜,植物可以獲得更多的光能。
2.陰天時,為了增加蔬菜的產(chǎn)量,在功率相同的情況下,應(yīng)選擇什么顏色(“藍(lán)紫光和紅光”或“白光”)的照明燈為蔬菜補(bǔ)充光源?為什么?
應(yīng)選擇藍(lán)紫光和紅光。因?yàn)樵谡彰鳠艄β氏嗤那闆r下,選用藍(lán)紫光和紅光的照明燈補(bǔ)充光源,植物利用光能的效率更高。
通過對正常苗與白化苗的對比分析，推出光能的捕獲與葉片顏色有關(guān)。
進(jìn)行綠葉中色素的提取與分離的實(shí)驗(yàn)探究。
閱讀教材，搞清實(shí)驗(yàn)用品及對應(yīng)的作用。
捋清實(shí)驗(yàn)步驟，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
閱讀教材“探究·實(shí)踐”，思考并回答相關(guān)問題。
注意分離色素的細(xì)節(jié)。
觀看視頻并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。
結(jié)合色素的吸收光譜的特點(diǎn)，分析解決實(shí)際問題。
習(xí)題鞏固
1.(2023·福建福州高一期末)關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)，下列敘述錯誤的是
A.研磨時加入適量二氧化硅，有助于提高過濾液的色素濃度
B.可用干燥定性濾紙置于玻璃漏斗基部進(jìn)行過濾，收集濾液
C.可用蓋玻片蘸取濾液，沿鉛筆細(xì)線按壓出均勻的色素細(xì)線
D.層析后出現(xiàn)的色素帶，其位置、顏色和寬窄蘊(yùn)含不同信息
【答案】B
【解析】漏斗基部應(yīng)該放一塊單層尼龍布進(jìn)行過濾，收集濾液，濾紙對色素有吸附作用，不能用濾紙過濾，B錯誤。
2.(2023·遼寧沈陽高一期中)為研究光照強(qiáng)度對幼苗光合色素的影響，用紙層析法對正常光照和強(qiáng)光照條件下生長的植物葉片中的光合色素進(jìn)行分離，結(jié)果如圖所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列敘述正確的是
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可見光中的藍(lán)紫光和紅光
C.強(qiáng)光照可提高類胡蘿卜素含量，降低葉綠素含量
D.色素Ⅰ的顏色為橙黃色、色素Ⅳ的顏色為藍(lán)綠色
【答案】C
【解析】 A、色素在層析液中溶解度越低，則在濾紙條上擴(kuò)散速度越小，位于濾紙條下端，由此可推知色素IV在層析液中的溶解度最低，A錯誤;
B、濾紙條上的色素帶從上到下依次是: I為胡蘿卜素、II為葉黃素、II為葉綠素a、IV為葉綠素b，色素I、II屬于類胡蘿卜素。類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光，B錯誤;
C、與正常光照比，強(qiáng)光照下，I胡蘿卜素、II葉 黃素含量增加，II為葉綠素a含量降低，因此可推知強(qiáng)光照可提高類胡蘿卜素含量，降低葉綠素含量，C正確;
D、I胡蘿卜素顏色為橙黃色，IV葉綠素b的顏色為黃綠色，D錯誤。
故選C。
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用
【合作探究】
活動1：認(rèn)識葉綠體的結(jié)構(gòu)
指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P100中間三段內(nèi)容, 完成以下問題:
1.寫出圖中的①②③所代表的結(jié)構(gòu)：
①________________________
②________________________
③________________________
①葉綠體內(nèi)膜、外膜
②葉綠體基質(zhì)
③葉綠體基粒
葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用，引導(dǎo)學(xué)生分析葉綠體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。
2.葉綠體是如何增大生物膜面積的,優(yōu)點(diǎn)?
葉綠體含有眾多的基粒和類囊體,極大地?cái)U(kuò)展了生物膜面積。
3.聯(lián)想：線粒體？體現(xiàn)了什么樣的生物學(xué)觀點(diǎn)？
結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)。
4.進(jìn)行光合作用所必需的酶分布在葉綠體的哪些結(jié)構(gòu)中?
進(jìn)行光合作用所必需的酶分布在葉綠體的基粒的類囊體薄膜上或者葉綠體基質(zhì)中。
活動2：分析葉綠體的功能
結(jié)合教材P100“思考·討論”的內(nèi)容請學(xué)生討論下列問題:
資料1 1881年德國科學(xué)家恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)
對恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，體會恩格爾曼實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處。
指導(dǎo)學(xué)生分析討論得出：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。（即：葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧）
任務(wù)二:分析葉綠體的功能
1.實(shí)驗(yàn)選擇水綿和需氧細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)點(diǎn):水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察;用需氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位。
2.為何要除去小室中原有的空氣?
選用沒有空氣的環(huán)境，可排除空氣中氧氣的干擾。
3.在黑暗中用極細(xì)的光束照射水綿有何巧妙之處?
用極細(xì)的光束照射，使葉綠體形成有光和無光部位，相當(dāng)于一組對比實(shí)驗(yàn)。
4.為何把載有水綿的臨時裝片又暴露于光下?
和黑暗條件下用極細(xì)的光束照射進(jìn)行對照，進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照射到葉綠體引起的。
恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)二
6.綜合上述分析，你認(rèn)為葉綠體具有什么功能？
葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，并且能夠吸收特定波長的光。
5.為什么大量的需氧細(xì)菌聚集在紅光和藍(lán)紫光區(qū)域呢？
這是因?yàn)樗d葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細(xì)菌在此區(qū)域分布。
閱讀教材, 掌握葉綠體的結(jié)構(gòu)與其對應(yīng)的功能。
對恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考分析，歸納概括出葉綠體的功能。
習(xí)題鞏固
3.(2023·河北邯鄲高一期末)下列有關(guān)葉綠體的敘述，正確的是
A.葉綠體具有雙層膜結(jié)構(gòu)，光合色素分布在內(nèi)膜上
B.葉綠體中只有葉綠素可吸收光能用于光合作用
C.葉綠體內(nèi)眾多的基粒，極大地?cái)U(kuò)展了受光面積
D.植物葉片多呈現(xiàn)綠色是由于葉片中的葉綠體吸收了較多綠光
【答案】C
【解析】A、葉綠體具有雙層膜結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有許多由類囊體堆疊而成的基粒,光合色素分布在類囊體的薄膜.上，A錯誤;
B、葉綠體中的葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要
吸收藍(lán)紫光，4種色素吸收的光波長有差別，但都可用于光合作用，B錯誤;
C、葉綠體內(nèi)眾多的基粒，極大地?cái)U(kuò)展了受光面積，C正確;
D、葉片中的葉綠體吸收綠光最少，綠光被反射出來，使得植物葉片呈現(xiàn)綠色，D錯誤。
故選C。
4.(2023·江西宜豐中學(xué)高一月考)德國科學(xué)家恩格爾曼曾用需氧細(xì)菌、水綿做了兩個實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)葉綠體的功能以及光合作用的吸收光譜，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如圖所示。下列分析錯誤的是
A.實(shí)驗(yàn)一黑暗組水綿葉綠體的不同部位可以相互對照
B.實(shí)驗(yàn)一中的兩組實(shí)驗(yàn)均是在無空氣的小室內(nèi)進(jìn)行的
C.實(shí)驗(yàn)一說明葉綠體通過光合作用向細(xì)胞外釋放氧氣
D.實(shí)驗(yàn)二說明葉綠體不能吸收波長為550～600 nm的光
【答案】D
【解析】A、實(shí)驗(yàn)一黑暗組水綿葉綠體的照光部位與不照光部位形成相互對照,A項(xiàng)正確;
B、實(shí)驗(yàn)一中的兩組水綿細(xì)胞均是在無空氣的小室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，以排除氧氣對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾,確保氧氣是由光合作用時葉綠體釋放的,B項(xiàng)正確;
C、好氧細(xì)菌的分布情況說明氧氣由葉綠體釋放，葉綠體是光合作用的場所,C項(xiàng)正確;
D、實(shí)驗(yàn)二說明葉綠體對波長為550~600 nm的光吸收少,不能說明葉綠體不吸收該波長的光,D項(xiàng)錯誤。
課堂小結(jié)
板書設(shè)計(jì)
第4節(jié) 光合作用與能量轉(zhuǎn)化
一、捕獲光能的色素
1.提取綠葉中的色素
用有機(jī)溶劑無水乙醇提取
2.分離綠葉中的色素
“紙層析法”，用層析液進(jìn)行分離
3.色素含量:葉綠素a>葉綠素b>葉黃素>胡蘿卜素
二、葉綠體的結(jié)構(gòu)
三、葉綠體的功能
教學(xué)過程
第2課時
教學(xué)內(nèi)容
教師活動
學(xué)生活動
引入新課
播放《葉子概念車》視頻并進(jìn)行簡單介紹導(dǎo)入。
上?？萍拣^的新能源汽車“葉子概念車”,汽車上面形狀如同一片綠葉，猶如流動的植物，可以利用陽光進(jìn)行光合作用制造能量驅(qū)動汽車前進(jìn)，與自然共同呼吸、和諧相處。
“葉子概念車”的工作原理模擬葉子的什么功能？它的動力從何而來?
欣賞視頻并積極思考:光合作用汽車的動力原理。
一、探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)
【知識重現(xiàn)】
引導(dǎo)學(xué)生說出光合作用的概念及反應(yīng)式
概念:指綠色植物通過葉綠體 , 利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物,并且釋放出氧氣的過程。
反應(yīng)式：CO2＋H2O*eq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(葉綠體))(CH2O)＋O2*
光合作用釋放的氧氣是來自原料中的水還是二氧化碳呢？
我們先來分析科學(xué)家做過的一些實(shí)驗(yàn)。
【探索實(shí)驗(yàn)】
組織學(xué)生閱讀教材“思考·討論”，從中獲取信息，分析光合作用原理的探索實(shí)驗(yàn)。
探討一 光合作用中O2產(chǎn)生的探索
資料1：1937年，英國植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，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O2。
(1)根據(jù)資料1，請嘗試補(bǔ)充完整希爾的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式。
H+ O2
(2)希爾實(shí)驗(yàn)可以證明氧氣來自水，能否確定氧氣全部來自水？
不能，該實(shí)驗(yàn)沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。
(3)若要證明氧氣全部來自水或二氧化碳，可采用什么方法？
可以采用同位素示蹤法，用18O分別標(biāo)記H2O和CO2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
資料2 1941年，美國科學(xué)家魯賓和卡門用同位素示蹤法研究了光合作用中O2的來源，他們用18O分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別變成H218O和C18O2，然后進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)：
(4)圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對分子質(zhì)量之比是多少?
圖中A、B物質(zhì)是氧氣,均來自反應(yīng)物中的H2O。A、B物質(zhì)分別為O2、18O2,二者的相對分子質(zhì)量之比為32∶36＝8∶9。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論:光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來自 。
水
探討二 光合作用中能量的轉(zhuǎn)化
資料3:阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)1
實(shí)驗(yàn)過程:離體葉綠體,加入ADP、Pi,給予光照。發(fā)現(xiàn)葉綠體生成ATP,且同時水光解產(chǎn)生氧氣。
（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)論:光照下, 。
水光解的同時ADP和Pi合成ATP。
（2）嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。
知識拓展：葉綠體類囊體薄膜上能量轉(zhuǎn)化示意圖
阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)2：
離體葉綠體實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果
（3）結(jié)論：CO2轉(zhuǎn)化成(CH2O)需要_____反應(yīng)提供_________和______ 。
光 NADPH ATP
探討三 光合作用中有機(jī)物產(chǎn)生
1.研究碳的轉(zhuǎn)移途徑
資料4：美國的卡爾文用小球藻進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將其裝在一個透明的密閉容器中,他向密閉容器中通入14CO2,當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5 s時,14C出現(xiàn)在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中,將反應(yīng)時間縮短到0.5 s時,14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中。經(jīng)9年左右的時間,他終于弄清了光合作用中暗反應(yīng)的碳循環(huán)途徑。
(1)請用符號和箭頭表示碳的轉(zhuǎn)移途徑。
(2)如果要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物是什么,請說出可能的實(shí)驗(yàn)思路。
不斷縮短光照時間后殺死小球藻,同時提取產(chǎn)物并分析,直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物,該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物。
2.探索C5和C3的關(guān)系
資料5 卡爾文又通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)如果光照下突然中斷 CO2 供應(yīng)，C3急劇減少而 C5增加。
(3)根據(jù)卡爾文的兩個實(shí)驗(yàn)推測C3與C5之間的關(guān)系。
C3與C5之間是相互循環(huán)的
回顧初中光合作用知識。帶者疑問進(jìn)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。
閱讀教材，進(jìn)行信息提取和科學(xué)分析。思考并回答有關(guān)問題。
學(xué)會同位素標(biāo)記法，感受科學(xué)家的研究方法。
思考計(jì)算回答問題。
思考嘗試畫出示意圖。
實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果得出結(jié)論。
思考嘗試表示碳的轉(zhuǎn)移途徑。
思考分析在改變不同條件情況下C3與C5之間含量的變化。
習(xí)題鞏固
1.(2023·廣東肇慶高一期末)1937年，英國植物學(xué)家希爾(R.Hill)發(fā)現(xiàn)，將離體的葉綠體加入具有氫受體(如NADP＋)的水溶液中，在無CO2的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體有氧氣放出，生成NADPH(還原型輔酶Ⅱ)。像這樣，離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣的化學(xué)反應(yīng)稱作希爾反應(yīng)。下列相關(guān)分析錯誤的是
A.希爾的實(shí)驗(yàn)說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)
B.在此過程中，H2O分解產(chǎn)生O2的同時，還生成了NADPH
C.光合作用中O2的釋放和CO2的利用，是可以暫時分離的
D.光合作用整個過程都直接需要光照
【答案】D
【解析】A、希爾實(shí)驗(yàn)的懸浮液中只有水，沒有CO2,不能合成糖類,說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng),A正確;
B、根據(jù)題意可知,H2O在光下分解產(chǎn)生O2的同時生成了氫，與氫受體(如NADP+)結(jié)合生成NADPH(還原型輔酶I),B正確;
C、希爾實(shí)驗(yàn)中在沒有加入CO2的情況下生成了氧氣,說明O2的釋放和CO2的利用，是可以暫時分離的,C正確;
D、光合作用過程分為光反應(yīng)和暗反應(yīng),光反應(yīng)需要光照,暗反應(yīng)有無光照都可發(fā)生,D錯誤。
故選D。
2.光合作用的科學(xué)研究經(jīng)歷了漫長的探索過程,眾多科學(xué)家作出了重要貢獻(xiàn)。下列說法錯誤的是
A.希爾反應(yīng)能說明植物光合作用中水的光解和糖類的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)
B卡爾文根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測出CO2中C的轉(zhuǎn)移途徑為CO2→C3→(CH2O)→C5
C.魯賓和卡門用同位素示蹤的方法發(fā)現(xiàn)了光合作用中氧氣來自水
D.阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可合成ATP,并發(fā)現(xiàn)該過程總與水的光解相伴
【答案】B
【解析】A.希爾實(shí)驗(yàn)的懸浮液中只有水，沒有CO2不能合成糖類，說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng)，A正確;
B、卡爾文為研究光合作用中碳的去向，在充足的光照條件下向小球藻的培養(yǎng)液中通入14C標(biāo)記的CO2,每隔一定時間取樣，并提取樣品中的標(biāo)記化合物，濃縮后再點(diǎn)樣用雙向紙層析法使標(biāo)記化合物分離,卡爾文根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果推測出CO2中C的轉(zhuǎn)移途徑為CO2→C3→CH2O, B錯誤;
C、魯賓和卡門運(yùn)用同位素標(biāo)記法標(biāo)記0元素:他們分別向小球藻提供含的180水和含180的CO2,進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了光合作用中氧來自水，C正確;
D、阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可以合成ATP,并且葉綠體合成ATP的過程總是與水的光解相伴隨，D正確。
故選B。
二、光合作用的過程
【閱讀分析】
組織學(xué)生閱讀教材第103～104頁學(xué)習(xí)光合作用的過程。
展示光合作用過程的示意圖分析，根據(jù)是否需要光能，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)（現(xiàn)在也稱為碳反應(yīng))兩個階段。
指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖示學(xué)習(xí)光反應(yīng)過程，梳理光反應(yīng)過程發(fā)生的場所、條件、物質(zhì)變化、能量變化。
場所:葉綠體內(nèi)的類囊體薄膜上
條件:光、色素、酶
水的光解: H2Oeq \(――→,\s\up7(光能)) O2＋H+；
物質(zhì)變化 NADPH的合成: H++NADP+→NADPH
ATP的合成: ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))ATP
能量變化:光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能
指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖示學(xué)習(xí)暗反應(yīng)過程，梳理暗反應(yīng)過程發(fā)生的場所、條件、物質(zhì)變化、能量變化。
場所:葉綠體的基質(zhì)中
條件: NADPH、ATP、酶
物質(zhì)變化：
CO2 的固定：CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3；
C3 的還原：
能量變化：活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能
通過光反應(yīng)與暗反應(yīng)分階段的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)習(xí)嘗試構(gòu)建光合作用過程模型。
列表對光反應(yīng)與暗反應(yīng)進(jìn)行比較：
學(xué)生分組討論：葉綠體處不同條件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的動態(tài)變化?

ATP、ADP分別從哪里轉(zhuǎn)移到哪里？
ATP從類囊體薄膜轉(zhuǎn)移葉綠體基質(zhì)，ADP從葉綠體基質(zhì)轉(zhuǎn)移到類囊體薄膜
習(xí)題鞏固
3.(2023·黑龍江哈爾濱高一期末)如圖表示光合作用示意圖。下列說法錯誤的是
A.類囊體薄膜上有吸收光能的4種色素
B.物質(zhì)②中可儲存活躍的化學(xué)能，物質(zhì)③為NADPH
C.在光照供應(yīng)充足時，突然停止供應(yīng)物質(zhì)④，C5的含量將迅速下降
D.在整個光合作用過程中，植物將太陽能最終轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能
【答案】C
【解析】A、葉綠體中的類囊體薄膜上有吸收光能的四種色素,包括胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b,A正確;
B、由題圖可知,物質(zhì)②是ADP和Pi結(jié)合形成的ATP,ATP中可儲存活躍的化學(xué)能,物質(zhì)③是由NADP+形成的NADPH,B正確;
C、在光照供應(yīng)充足時，突然停止供應(yīng)物質(zhì)④CO2,則C5與CO2固定形成C3減少,而C3還原形成C5暫時不變,因此C5含量短時間內(nèi)將上升,C錯誤;
D、光合作用是指綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧的過程,在整個光合作用過程中,植物將太陽能最終轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能,D正確。
故選 C。
4.光合作用過程的正確順序是
①二氧化碳的固定 ②氧氣的釋放 ③葉綠素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被還原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
【答案】D
【解析】在光合作用過程中，首先葉綠素吸收光能,使水在光下分解,釋放氧氣，該過程發(fā)生在光反應(yīng)階段。在暗反應(yīng)階段，通過二氧化碳的固定生成三碳化合物，然后利用光反應(yīng)產(chǎn)生的[H]和ATP進(jìn)行三碳化合物的還原,故正確順序是③④②①⑤。
故選 D。
5. 在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是
A.紅光，ATP下降 B.紅光，未被還原的C3上升
C.綠光，NADPH下降 D.綠光，C5上升
【答案】C
【解析】植物光合作用主要利用的是紅光和藍(lán)紫光，對綠光的利用很少。突然改用光照強(qiáng)
度與白光相同的紅光照射后，光反應(yīng)速率加快，產(chǎn)物NADPH和ATP上升，進(jìn)而C3的還原過程加快，未被還原的C5下降，而改用光照強(qiáng)度與白光相同的綠光照射后，光反應(yīng)速率減慢，產(chǎn)物[H]和ATP下降， 進(jìn)而C3的還原過程減慢，C5 下降，故C項(xiàng)正確。
故選C。
課堂小結(jié)
板書設(shè)計(jì)
一、探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)
1.光合作用概念
2.反應(yīng)式 CO2＋H2O*eq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(葉綠體))(CH2O)＋O2*
二、光合作用的過程
1.光反應(yīng)
2.暗反應(yīng)
教學(xué)過程
第3課時
教學(xué)內(nèi)容
教師活動
學(xué)生活動
引入新課
播放視頻，創(chuàng)設(shè)情境，如何解決日益增長的人口與糧食緊缺問題?有機(jī)物的來源是來自植物的光合作用。地球表面上的綠色植物每年通過光合作用大約制造4400億噸有機(jī)物，引導(dǎo)學(xué)生討論，引入新課。
觀看視頻，理解糧食生產(chǎn)與光合作用密切相關(guān)。
一、影響光合作用強(qiáng)度的因素及原理應(yīng)用
【概念描述】
光合作用的強(qiáng)度：指植物在單位時間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。
回顧光合作用的化學(xué)反應(yīng)式，從光合作用的原料、條件、場所等方面，引導(dǎo)學(xué)生分析影響光合作用的因素有哪些，并對各種因素(內(nèi)因和外因)進(jìn)行總結(jié)。
【探究實(shí)踐】
探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響
實(shí)驗(yàn)材料：打孔器，注射器，5WLED臺燈，米尺，燒杯，菠菜。
實(shí)驗(yàn)原理：
學(xué)生討論本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么，分析控制自變量的方法，因變量是什么，如何進(jìn)行檢測，無關(guān)變量有哪些。探討設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
自變量：光照強(qiáng)弱
控制方法：用5W的LED燈作為光源，利用小燒杯與光源的距離來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度
因變量：光合作用強(qiáng)度
檢測方法：相同時間小圓形葉片浮起的數(shù)量
無關(guān)變量：①實(shí)驗(yàn)葉片：同種、生長狀況相同、小圓形葉片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：等量,相同濃度
實(shí)驗(yàn)步驟：
設(shè)計(jì)表格，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析結(jié)果討論總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：不同光照強(qiáng)度處理下葉片漂起的狀況（室溫：25 ℃）
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用隨著光照強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。
引導(dǎo)學(xué)生嘗試用曲線表示光合作用與光照強(qiáng)度之間的關(guān)系。
提出問題，進(jìn)而探討實(shí)際光合速率與凈光合速率的關(guān)系：據(jù)圖分析，實(shí)驗(yàn)所測是否為葉片實(shí)際光合作用強(qiáng)度？
實(shí)際光合速率 = 凈光合速率 + 呼吸速率 、礦質(zhì)元素
【圖表分析】
結(jié)合曲線圖等詳細(xì)分析光照強(qiáng)度、CO2 濃度、溫度、水、葉齡和葉面積等單因素及多因素對光合作用強(qiáng)度的影響，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
▲光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響
應(yīng)用：合理密植；間作套種；適當(dāng)剪枝 。
▲CO2 濃度對光合作用強(qiáng)度的影響
應(yīng)用：
1.多施有機(jī)肥或農(nóng)家肥；
2.溫室栽培植物時還可使用CO2發(fā)生器等；
3.大田中還要注意通風(fēng)透氣。
思考：點(diǎn)c與A、n與C是否相同？點(diǎn)：m與A、n與C相同
▲溫度對光合作用強(qiáng)度的影響
①原理1：溫度通過影響酶的活性影響光合作用。
②曲線分析:
盛夏的中午，溫度高，氣孔大多關(guān)閉，植物因?yàn)槿鄙貱O2而光合作用強(qiáng)度下降
▲礦質(zhì)元素對光合作用強(qiáng)度的影響
N：光合酶及NADPH和ATP的重要組分
P：NADPH和ATP的重要組分
K：促進(jìn)光合產(chǎn)物向貯藏器官運(yùn)輸
Mg：葉綠素的重要組分
P～Q的形成原因：
礦質(zhì)元素過多、土壤溶液濃度過高而導(dǎo)致植物滲透失水萎蔫。
應(yīng)用：合理施肥
▲水對光合作用強(qiáng)度的影響
1.水是光合作用的原料，缺水直接影響光合作用
2.缺水又會導(dǎo)致葉片氣孔關(guān)閉，限制CO2
進(jìn)入葉片，從而間接影響光合作用。
應(yīng)用：合理澆灌
▲葉齡和葉面積對光合作用強(qiáng)度的影響
應(yīng)用：a.合理密植(增加光合作用面積)；b.適當(dāng)間苗(“套種間作”講的就是這個方面)；c.修剪以增加有效光合作用面積；d.適當(dāng)摘除老葉。
▲多因子變量對光合速率的影響
問：溫度不同或者CO2濃度不同，總光合速率曲線會如何變化？
P點(diǎn)前，制約因素是什么？Q點(diǎn)時，制約因素是什么？
應(yīng)用：溫室栽培時，在一定光照強(qiáng)度下，白天適當(dāng)提高溫度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同時適當(dāng)增加CO2濃度，進(jìn)一步提高光合速率；當(dāng)溫度適宜時，可適當(dāng)增加光照強(qiáng)度和CO2濃度以提高光合速率。
回顧光合作用的化學(xué)反應(yīng)式，根據(jù)反應(yīng)式分析影響光合作用的因素有哪些。
探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響。
思考討論實(shí)際光合速率與凈光合速率的關(guān)系。
結(jié)合圖表等詳細(xì)分析各單因素及多因素對光合作用強(qiáng)度的影響，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，解決實(shí)驗(yàn)問題。
習(xí)題鞏固
1.(2023·云南昭通高一期末)研究人員在適宜溫度、水分和一定CO2濃度條件下，分別測定了植株甲和植株乙CO2吸收速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系。下列相關(guān)敘述錯誤的是
A.圖2生理狀態(tài)對應(yīng)圖1的a點(diǎn)，植物不能正常生長
B.圖1光照強(qiáng)度為b時，甲、乙總光合作用強(qiáng)度相等
C.光照強(qiáng)度為c時，甲、乙光合作用強(qiáng)度的差異可能與N、Mg無機(jī)鹽含量有關(guān)
D.適當(dāng)增加CO2濃度，P點(diǎn)將向右上移
【答案】B
【解析】A、圖2中CO2提供給葉綠體，02提供給線粒體，說明細(xì)胞中呼吸作用強(qiáng)度等于光合作用，對應(yīng)圖1的a點(diǎn)(光補(bǔ)償點(diǎn)),葉片凈光合等于零,植物不能積累有機(jī)物，不能正常生長，A正確;
B、光照強(qiáng)度為b時，甲、乙兩種植物的凈光合速率相等，但總光合速率等于凈光合速率加呼吸速率,所以在甲、乙的呼吸速率未知的情況下，兩植株的總光合速率未必相等，B錯誤;
C、c點(diǎn)為光飽和點(diǎn)，當(dāng)光照強(qiáng)度為c時，光照強(qiáng)度已經(jīng)不是限制條件，Mg和N均是葉綠素分子的組成元素，故甲、乙光合作用強(qiáng)度的差異可能與N、Mg無機(jī)鹽含量有關(guān)，C正確;
D、P點(diǎn)為光飽和點(diǎn)對應(yīng)的光照強(qiáng)度，此時，限制P點(diǎn)CO2吸收速率的因素可能是C02濃度.P點(diǎn)話當(dāng)增加CO2濃度.將右上移，D正確。
故選B。
2.(2023·云南昆明高一期末)如圖是在夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強(qiáng)度的曲線圖。下列分析錯誤的是
A.7～10時光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)的原因是光照強(qiáng)度逐漸增大
B.12時光合作用強(qiáng)度明顯減弱的原因可能是葉片蒸騰作用強(qiáng)，部分氣孔 關(guān)閉，進(jìn)入體內(nèi)的CO2減少
C.14～18時光合作用強(qiáng)度不斷減弱的原因是光照強(qiáng)度逐漸減小
D.從圖中可以看出限制光合作用的因素只有光照強(qiáng)度
【答案】D
【解析】A、7～10時光照強(qiáng)度逐漸增大，光合作用強(qiáng)度隨之增大，A正確;
B、夏季中午12時，溫度較高，為了避免蒸騰作用過強(qiáng)，部分氣孔關(guān)閉，進(jìn)入植物體內(nèi)的
CO2減少，影響了暗反應(yīng)速率，進(jìn)而使光合作用強(qiáng)度下降，B正確;
C、14～18時光照強(qiáng)度逐漸降低，光合作用強(qiáng)度也不斷下降，C正確；
D、從圖中可以看出，夏天的一天當(dāng)中主要是光照強(qiáng)度和溫度會發(fā)生變化，故圖中限制光合作用的因素有光照強(qiáng)度和溫度等，D錯誤。
故選D。
3.圖1是某高等植物葉肉細(xì)胞部分結(jié)構(gòu)示意圖，其中a～h為氣體的相對值；圖2為光照強(qiáng)度對該葉肉細(xì)胞CO2吸收量的影響。下列敘述錯誤的是
A.在圖2甲時，圖1中b、c、d、e的值均為零
B.在圖2乙時，圖1中該葉肉細(xì)胞中h＝c
C.圖2中光照強(qiáng)度在丁點(diǎn)及之后，光合速率與呼吸速率相等
D.圖1中當(dāng)b、e為零且a、f不為零時，該葉肉 細(xì)胞呼吸速率大于光合速率
【答案】C
【解析】A、圖2的甲點(diǎn)只進(jìn)行呼吸作用，葉綠體不能吸收CO2和釋放氧氣，只有線粒體吸收氧氣和釋放C02，因此圖1中只有h、a、f、g,而b、C、d、e的值均為零，A正確;
B、圖2的乙點(diǎn)時，植物體光合作用速率=呼吸作用速率，因此線粒體釋放的CO2被葉綠體剛好全部吸收，即h=c， B正確;
C、圖2中光照強(qiáng)度在丁點(diǎn)及之后，光合作用達(dá)到飽和，此時光合速率大于呼吸速率，C錯誤;
D、圖1中當(dāng)b、e為零且a、f不為零時，說明線粒體除了吸收葉綠體產(chǎn)生的氧氣，還需要從外界吸收氧氣，因此葉肉細(xì)胞呼吸速率大于光合速率，D正確。
故選C。
二、化能合成作用
【知識拓展】
在自然界中，除了光合作用以外，還有其他制造有機(jī)物的方式嗎？
闡述化能合成作用：少數(shù)種類的細(xì)菌利用體外環(huán)境中的某些無機(jī)物氧化時所釋放的能量來制造有機(jī)物，這種合成作用叫化能合成作用。
了解化能合成作用。
習(xí)題鞏固
4.下圖是某種細(xì)菌內(nèi)發(fā)生的生化反應(yīng)，該反應(yīng)與光合作用的相同之處是
A.都以太陽能為能源
B.都需要環(huán)境中的物質(zhì)氧化釋放的能量
C.都可以將無機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物
D.都是高等生物的代謝類型
【答案】C
【解析】由題圖可知,該細(xì)菌能利用黃鐵礦氧化過程中釋放的能量將CO2和H2O合成有機(jī)物并釋放氧氣，說明該細(xì)菌能進(jìn)行化能合成作用化能合成作用與光合作用的共同之處是都能將無機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物,不同之處是前者利用的是化學(xué)能，而后者利用的是光能,故C項(xiàng)正確。
課堂小結(jié)
板書設(shè)計(jì)
一、影響光合作用強(qiáng)度的因素及原理應(yīng)用
1. 探究光照強(qiáng)度對光合作用強(qiáng)度的影響
2. 分析各種因素對光合作用的影響
(1)光照強(qiáng)度
(2)CO2 濃度
(3)溫度
(4)水
(5)葉齡和葉面積
二、化能合成作用

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生物選擇性必修1第4節(jié) 環(huán)境因素參與調(diào)節(jié)植物的生命活動教案設(shè)計(jì)

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高中生物人教版 (2019)必修1《分子與細(xì)胞》電子課本

一 捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)

版本： 人教版 (2019)

年級： 必修1《分子與細(xì)胞》

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