第5章细胞的能量供应和利用
第四节能源之源——光和光合作用
教学目标：
知识目标：
简述叶绿体中色素的种类和作用，描述叶绿体的结构和功能；
说明光合作用以及对它的认识过程；
比较光反应与暗反应的区别和联系；
说出光合作用原理的应用；
简述化能合成作用；
技能目标：
尝试探究影响光合作用强度的环境因素；
情感、态度与价值观：
掌握科学探究的基本方法；
培养实事求是的科学态度；
教学重点：
叶绿体中色素的种类及其作用；
光合作用的发现及研究历史；
光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系；
影响光合作用强度的环境因素；
教学难点：
光反应和暗反应的过程；
探究影响光合作用强度的环境因素；
教学准备：
多媒体电子课件；
课时安排：
4课时（实验1课时，理论3课时）；
教学过程：
一引入：
问题探讨”教材P97。
提问引入：生物利用的能源来自哪里——如何捕获光能？
如何利用捕获的光能？——光合作用
能否利用其它形式的能量？
这些就是本节我们需要了解的内容。
二捕获光能：
（一）捕获光能的色素
太阳的光线中有能量，我们制造出太阳能电池板可以捕获其中的能量并转化为电能。绿色植物也要捕获并转化太阳光中的能量，那么，绿叶中通过什么物质或结构捕获并转化光能呢？下面，我们来做一个实验。
实验：绿叶中色素的提取和分离
远在1.5×1011m之遥的太阳发出的光到达地球表面时是混合光，其中的可见光束看起来是白色的，但它通过三棱镜就会分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色连续光谱，其波长在380～760nm之间。我们看到的红旗呈现红色，桑叶呈现绿色，是由于光线照射到物体表面后，该物体又将这种颜色的光波反射出来（称为反射光）而造成的，绿叶反射了绝大部分的绿色光，所以绿叶呈现出绿色。
如果，你透过一片绿色的玻璃看天空，你看到的是透过绿色玻璃的绿色光（透射光），而其它波长的光或者被玻璃反射，或者在透过绿色玻璃时基本上被绿色玻璃吸收了。
我们做的这个实验，主要目的是提取叶绿体中的色素，并设法将这些色素分离开。
实验原理：
①用有机溶剂无水乙醇提取绿叶中的色素。（因为绿叶中的色素能够溶解在其中）
②利用层析液将提取的色素在滤纸上进行层析时把原本混杂在一起的色素分开。（不同的色素在层析液中的溶解度不同）
方法步骤：
1.提取绿叶中的色素。
问题：①加入SiO2和CaCO3的目的分别是什么？②为什么要用棉塞将试管口塞严？
2.制备滤纸条。
3.画滤液细线。
问题：细线如果画得过粗，对实验结果有何影响？
4.分离绿叶中的色素。
问题：如果层析液加入过多，淹没了滤纸条上的滤液细线，对实验结果有何影响？
5.观察与记录。
注意色素带的颜色、宽窄、间距。分别能说明什么问题。
学生进行实验操作。
学生展示实验结果，并进行问题探讨。
（与教材P98的归纳的4种色素结合学习）
接下来再加两个演示操作。
将各小组试管中剩余的滤液收集到一起，取一个50ml的小烧杯，量取10ml滤液，加入5ml无水乙醇稀释，混均后，量取10ml加入一支大试管中，试管口加棉塞，备用。
演示1：调整好分光三棱镜，在投射屏上出现七色光谱，如下图：
在入射光路上置入绿叶色素提取液试管，再引导学生仔细观察投射屏上的光谱。如图：
这一现象说明了什么？
演示2（加深内容，一般不讲）：
取出预先准备好的两个小纸盒及手电筒，如下图进行演示：
（纸盒开孔处可透光，其余部分均不透光）
现象1：入射光：白色透射光：绿色
（纸盒开孔处可透光，其余部分均不透光）
现象2：入射光：白色“反射光”（荧光）：暗红色（
总结：绿叶中色素的种类：
这四种色素对光的吸收有什么差别呢？请学生据图（教材P99图5-10）回答。
（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）
（二）捕获光能的结构——叶绿体
之前细胞器中已做介绍，因此这部分内容略讲。
重点介绍恩格尔曼的实验（教材P100资料分析：叶绿体的功能和P100页练习T3）
三光合作用的原理和应用
（一）光合作用的探究历程
可让学生阅读教材P101～P102的内容，自己设计表格，总结比较前人探究光合作用实验。
为节约时间，也可以直接介绍。
至此，人们对光合作用的研究似乎已经很深入了，但是仍然有悬而未决的问题，是什么呢？
那就是光合作用的具体过程是如何进行的？有机物是如何合成的。我们将在下一节课来学习这一内容。
通过以上的总结比较，我们不难得出这样一个认识，技术手段的进步能够促进科学的发展，而发展了的科学理论又能进一步指导技术手段的更新，两者相互促进。同样，科学的各门学科之间也是相辅相成的，互相促进，共同发展。
（二）光合作用的过程
光合作用的过程是十分复杂的，根据是否需要光能，将这些化学反应概括地分为光反应和暗反应两个阶段。学生看书，写出光反应和暗反应的分步化学反应式（可让学生上黑板书写）
引导学生总结：
1．光反应
（1）部位：叶绿体片层结构薄膜上。
（2）条件：需要光、H2O 、色素分子和酶。
（3）物质变化：
水的光解：2H 2O→4[H]+O 2
）
（＋＋能量＋的形成：酶O H ATP Pi ADP 2?→?ATP （4）能量转换：光能→ATP 和NADPH 中的活泼的化学能
2．暗反应：
（1）部位：叶绿体基质中。
（2）条件：需要光反应的产物ATP 、NADPH 、多种酶和CO2
（3）物质变化：
35222 C C CO CO ?→?+酶的固定：
612633][122 O H C ATP H C C ?→?++酶的还原：
（4）能量转换：ATP 、NADPH 中的活泼的化学能→有机物中的稳定的化学能。
光合作用的总反应式：
22 22)(CH O O O H CO +??→?+ 将上述内容总结在一个表格中，便于比较、分析和记忆。
思考：分别分析下列情况：①如果光照强度减弱，②如果CO 2的摄入量减少，③如果光照过强、温度过高导致植物气孔关闭，④如果植物体内H 2O 的供应量减少，（其他条件不变的情况下），短时间内下表中各物质的量将如何变化？
叶绿体 光能
（↑表示增加，↓表示减少）结合教材P103图5－15分析解决上述问题，学会分析的方法。
补充：光合作用的计算：为节约课时，只选择学生练习册上的3~4道题进行讲解。较难的内容留待一轮复习时再做讲解。
（三）光合作用原理的应用
播放录像：探究光照强度对光合作用强度的影响
参照教材P104－P105探究案例的思路，广泛搜集资料，通过小组讨论，确定并实施本小组的实验方案，写出实验设计，待教师审阅后，与生物实验室联系，而后利用课余时间分别安排各小组到生物实验室完成本小组的实验。
提供一些思路供同学借鉴，当然还可以自己创出更有新意的实验。
①光照强度的变化
②不同波长的光（红光、绿光）
③不同的温度（过度、适宜、过低）
④水分对植物光合作用强度的影响
总结：
四化能合成作用：
除了光合作用，生物还能利用什么方式获取能量供给生命活动吗？
学生阅读教材P105，自行总结：
①自养生物（光能自养、化能自养及区别），
②异养生物。
结合上一节（第3节细胞呼吸）的内容，全面划分生物的代谢类型。课堂练习：尝试将下列生物按代谢类型画连线：
板书设计：见幻灯。
教学后记：