高中生物新教材必修一教学案《54光合作用与能量转化》.docx

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高中生物新教材必修一教学案《54光合作用与能量转化》

高中生物新教材必修一教学案

《5.4.光合作用与能量转化》

一、教学目标

1、尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能

2、运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点

3、设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响

4、关注光合作用原理的应用

二、教学重点和难点

1.教学重点

（1）叶绿体适于光合作用的结构特点。

（2）光合作用的原理。

2.教学难点

（1）光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。

（2）探究影响光合作用强度的环境因素。

三、素养要求

1、生命观念

1）能初步用物质与能量观，说明叶绿体是光合作用的场所。

2）阐明光合作用的过程。

2、科学思维

1）通过分析与综合，明确叶片颜色与其色素含量的关系，

2）通过分析与综合，认识光合作用的发现历程，

3）构建环境因素影响光合作用的数学模型

3、科学探究

1）给出恰当的实验方案，分析色素提取与分离的关键。

2）通过讨论与交流，认识科学探究的基本思路和方法，

3）设计实验方案，探究环境因素对光合作用的影响

4、社会责任

应用光合作用的原理，指导农业生产。

四、教学方法

问题导学，情境教学，思维探究，多媒体PPT、模型建构、图表曲线

5、教学过程

第一课时

问题探讨

你参观或听说过植物工厂吗?

植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下，生产蔬菜和其他植物。

有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。

讨论

1）靠人工光源生产蔬莱有什么好处?

2）为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件?

教师：

1、用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。

2、影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。

捕获光能的色素和结构

1　太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。

2　光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。

3　植物捕获光能要依靠特定的物质和结构

一、捕获光能的色素

探究实验：

绿叶中色素的提取和分离

1、原理：

绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中。

色素不只有一种，在层析液中，不同的色素溶解度不同。

绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。

2、目的要求：

绿叶中色素的提取和分离

探究绿叶中含有几种色素

3、实验步骤

4、实验现象

（1）在滤纸条上会呈现四条色素带,从上到下依次是：

胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b （记忆口诀:

胡黄ab），它们的颜色自上而下依次是橙黄色、黄色、蓝绿色 、黄绿色。

（2）四种色素中色素带最宽的色素呈现蓝绿色；在层析液中溶解度最大的色素是胡萝卜素 。

绿叶中的色素有4种，可以归纳为两类：

联系生活：

为什么植物春夏叶子翠绿,而深秋则叶片金黄呢?

春夏季节：

光线充足，光合作用强烈叶子内部的叶绿素的含量很高，所以叶子翠绿

深秋季节：

因为光线气温都有会大幅下降，植物叶子内部的叶绿素会转变为叶黄素而使得叶子金黄，叶子掉落后同时会减少植物体营养消耗，减少植物的负担

色素的功能：

从连续光谱可以看到不同波长的光被吸收的情况：

叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

对绿光的吸收最少。

二、叶绿体的结构适于进行光合作用

1、结构特点：

吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上

众多的基粒和类囊体极大扩展了受光面积

与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜和叶绿体基质中

探究实验：

叶绿体的功能（动画演示）

1880年，恩格尔曼（C.Engelmann）

实验结论:

①光合作用释放氧气;

②叶绿体是光合作用的场所

2、叶绿体的功能:

叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。

这是叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础。

探究提升:

绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析

1）滤纸条色素带颜色均较浅

未加石英砂（二氧化硅），研磨不充分;

一次性加入无水酒精的量过多，提取液浓度太低;

划滤液细线时次数太少。

2）滤纸条下面两条色素带较浅（叶绿素较少）

未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏;

实验材料中叶绿素的含量较少（如泛黄的叶片）。

3）滤纸条色素带重叠：

滤液细线过粗。

第二课时

一、光合作用的原理

指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

探索光合作用原理的部分实验

19世纪末，科学界普遍观点：

C与H2O结合成甲醛

1928年：

甲醛对植物有毒害作用，不能通过光合作用转化成甲醛。

1937年，英国希尔：

离体叶绿体在适当条件下可产生氧气（水的光解）

1941年，鲁宾和卡门：

研究了光合作用中O2的来源（氧气来源于H2O）

1954年，美国阿尔农：

光照下，叶绿体可合成ATP

1957年：

这一过程总是与水的光解相伴随

上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。

实际上，光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应。

根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应，现在也称为碳反应两个阶段。

1、光反应阶段

光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行。

在类囊体的薄膜上进行

2、暗反应阶段

光合作用第二个阶段的化学反应，有没有光都能进行。

在叶绿体基质中进行

条件：

NADPH、酶、ATP

光反应和暗反应的区别和联系

1）光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等。

2）没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。

光合作用完整反映式（计算式）

光合作用的实质（从物质和能量变化角度）

物质变化：

把无机物（CO2和H2O）转变为有机物

能量变化：

把光能转变为化学能，储存在有机物中

第三课时

1、光合作用原理的应用

探究环境因素对光合作用强度的影响

1.光合作用强度:

（1）概念：

植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。

（2）表示方法：

2、实验原理：

利用LED台灯离实验装置的距离不同，产生不同的光照强度

根据单位时间内圆形小叶片上浮的数量，判断不同光照强度下光合作用强度的大小。

3、实验步骤

思考探究：

因素有哪些？

影响光合作用的主要外界因素：

光照

CO2

酶活性（温度）

H2O

4、影响光合作用的因素

（1）光照

①光的波长

叶绿体中色素的吸收光波主要在红光和蓝紫光。

应用：

大棚生产时，针对作物，用有色的玻璃，塑料薄膜或悬挂红色或蓝色灯管补充光源，提高产量。

注意：

一般来说植物光合作用所需的光最好是自然光，有色膜会造成光源单一，因此大部分大棚薄膜是透明的。

绿色是效能最差的。

a.如果只是补光，那就补充白光，因为白光中含有红光和蓝紫光。

b.如果说补充相同强度的光，那就补充红光和蓝紫光。

②光照强度

原理：

影响光反应阶段，制约ATP及NADPH的产生，进而制约暗反应

应用：

一定范围内光照强度随着光照强度的增加而增加，直到达到光照强度饱和

A点：

光照强度为0，此时只进行呼吸作用,CO2释放量表示呼吸速率

A—B点：

开始进行光合作用，随光照强度增加，光合作用速率逐渐增加，但光合作用速率小于细胞呼吸速率

B点：

光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时光照强度为光的补偿点

B—C点：

光合作用速率大于细胞呼吸速率,随光照强度增加,光合作用速率逐渐增加

C点：

光照强度增加,光合作用速率达到最大,此时的光照强度（C′）为光的饱和点

C点之后：

此阶段限制光合作用速率的环境因素为温度、CO2浓度等

③光照时间

原理：

促进光反应，生成NADPH，ATP

应用：

适当延长光照时间长，促进光反应，有利于植物的生长发育。

探究：

突然停止光照，光合作用过程中C3、C5及ATP和ADP含量有什么变化？

光照突然停止时：

ATP↓、ADP↑、C3↑、C5↓

（2）CO2浓度

原理：

影响暗反应阶段,制约C3的生成

应用：

适当提高CO2浓度，促进光合作用，提高产量。

a.大田中增加空气流动，以增加CO2浓度

b.温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度

探究：

突然停止CO2供应，光合作用过程中C3、C5及ATP和ADP含量有什么变化？

CO2供应突然停止时:

C5↑、C3↓、ATP↑、ADP↓

（3）温度

原理：

通过影响酶活性进而影响光合作用（主要制约暗反应）

应用：

大田中适时播种;

温室中，增加昼夜温差，保证植物有机物的积累

（4）水分的供应

原理：

水既是光合作用的原料,又是体内各种化学反应的介质，水还会影响气孔的开闭，出现”午休现象“，从而影响CO2进入植物体

应用：

合理灌溉

（5）矿质元素离子

（例如：

N，P，K，Mg等）

原理：

Mg是叶绿素的组成成分,N是光合作用有关酶的组成成分,P是ATP的组成成分,缺少矿质元素将会影响光合速率。

应用：

合理施肥

3、多因子变量对光合速率的影响

P点前,限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子,随该因子的不断加强,光合速率不断提高;Q点时,横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素,影响因素为坐标图中所标示出的其他因子

4、自然环境中一昼夜植物光合作用随光照强度变化曲线

（1）开始进行光合作用的点:

　b    。

（2）光合作用与呼吸作用相等的点:

　c、e    。

（3）开始积累有机物的点:

c    。

（4）有机物积累量最大的点:

e    。

探究：

光合作用与呼吸作用的关系？

植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。

我们观测到的光合作用指标，如O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗?

5、探究光合速率与呼吸速率相互的关系

测定呼吸速率。

在小烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。

玻璃钟罩遮光处理,以排除光合作用干扰。

置于适宜温度环境中。

红色液滴向左移动（单位时间内移动距离代表呼吸速率）。

（O2量减少）

测定净光合速率。

在小烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液（NaHCO3），用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用的需求。

必须给予较强光照处理，且温度适宜。

红色液滴向右移动（单位时间内移动距离代表净光合速率）。

（O2量增加）

净光合速率=总光合速率--呼吸速率

呼吸速率：

黑暗条件下，单位时间内一定组织的CO2释放量或O2吸收量

总光合速率:

表示植物绿色组织在有光条件下进行光合作用消耗的CO2或产生O2的量。

净光合速率:

植物绿色组织在有光条件下,光合作用与细胞呼吸同时进行时,O2释放量或CO2吸收量

光合作用和细胞呼吸综合曲线解读

A点：

只进行细胞呼吸,不进行光合作用，从外界吸收O2，向外界排出CO2 

AB段（不含A、B点）：

呼吸速率>光合速率，从外界吸收O2，向外界排出CO2 

B点：

光合速率=呼吸速率，与外界不发生气体交换 

B点之后：

光合速率>呼吸速率，从外界吸收CO2，向外界释放O2

6、化能合成作用

利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来把无机合成有机物。

少数的细菌，如硝化细菌。

6、技能提升

第一课时：

1、下列有关叶绿体色素的提取、分离及功能验证实验中，叙述正确的是（　B　）

A．叶绿体色素之所以能够在滤纸上分离开的原因是不同的色素分子大小不同

B．实验中要注意不能让层析液没及滤液细线，是为避免色素迅速扩散进入层析液中

C．将叶绿体色素提取液装入试管，让一束白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，光谱的颜色明显减弱的是绿光