2013-2014学年高中生物必修一第5章 第4节 二 第1课时光合作用的探究历程和过程

第5章细胞的能量供应和利用第4节能量之源——光与光合作用教案一1.教学内容《捕获光能的色素和结构》是人教版高中生物第一册《分子与细胞》第5章第4节《能量之源──光与光合作用》的第1节课教学内容，主要学习叶绿体的结构和色素的种类，掌握提取、分离色素的实验技巧，学习科学家探索光合作用原理的科学思维和科学方法。

2.学生分析学生在初中生物已经学过光合作用的有关知识；在高中生物第一册第3章中又学习了叶绿体的显微结构及其功能，以及第4章的《细胞的能量“通货”──ATP》一节知道光合作用是合成ATP重要途径之一，至此，学生已经具备进一步学习叶绿体的亚显微结构和光合作用原理的知识基础和兴趣。

在实验操作方面，学生已经能进行研磨、过滤等操作，但纸层析法是首次进行，需老师仔细指导。

由于学生缺乏对基粒（类囊体）微观结构的直观认识，本节课又涉及到物理（光学）、化学知识，对于理解色素吸收色光，掌握有关化学试剂的使用方法与技巧，可能存在一定的难度。

3.设计思想（1）以问题引发兴趣。

整个教学过程要设置好问题，层层展开，层层递进，让新知识与旧知识融为一个整体，让学生在步步上升中攀登到知识的顶峰。

（2）以实验说明结论。

生物学的教学就是实验的教学过程，实验的展示形式有学生分组实验、老师示范实验、动画和图片演示实验等，让实验现象说明问题，而不是直接让学生记住结论。

（3）科学探究的思想贯彻始终。

用科学家的经典实验来学习科学的实验方法和思维，在学生分组实验中学习设计实验的基本原则，学会分析实验，改进实验，学会科学地评价自己。

4.教学方法学生自主、探究、合作学习与师生共同探究相结合（含自学、实验、谈话、讨论、讲授等）。

5.教学目标知识与技能掌握绿叶中色素的提取和分离的方法及操作技巧。

概述绿叶中色素的种类和作用。

概述叶绿体的结构和功能。

过程与方法通过实验（含设计）及相关科学方法的学习，培养学生基础的实验操作能力、初步的研究能力和运用相关学科知识解决生物学问题的能力。

光合作用速率的测定方法一、“半叶法”-测光合作用有机物的生产量。

即单位时间、单位叶面积干物质的量【例1】某研究小组用番茄进行光合作用实验，采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。

其原理是：将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理（见图1），并采用适当的方法（可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤，或用呼吸抑制剂处理）阻止两部分的物质和能量转移。

在适宜光照下照射6h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片。

烘干称重，分别记为M A—M B，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg (dm2·h)。

问题：若M=M B—M A，则M表示____ 。

【解析】如图l所示，A部分遮光，这半片叶片虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。

另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。

设初始质量为a，呼吸作用消耗质量为b，净光合质量为b，则：M A=a—b，M B=a+c，所以：M=M B -M A=c+b，即M表示总光合作用质量。

这样，真正光合速率（单位：mg/dm2．h）就是M值除以时间再除以叶面积。

【答案]B叶片被截取部分在6h内光合作用合成的有机物总量二、气体体积变化法—一测光合作用O2产生（或CO2消耗）的体积【例2】某生物兴趣小组设计了如图2所示的装置进行光合速率的测试实验（忽略温度对气体膨胀的影响）。

(1)测定植物的呼吸作用强度：在该装置的小烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液适量；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；th后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。

(2)测定植物的净光合作用强度：在该装置的小烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液适量；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1h后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得Y值。

请你预测在植物生长期红墨水滴最可能移动的方向并分析原因，并将结果填入表中：项目红墨水滴移动原因分析测定植物呼吸作用 a． C．测定植物净光合作 b． d．【解析】(1)测定植物的呼吸作用强度时，将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用。

考点六 高考常考的植物“三率”（总光合 速率、净光合速率、呼吸速率）问题归纳化学中反应速率的表示方法：用单位时间内反应物浓度减少的量或生成物浓度增加的量表示。

1.呼吸作用速率的表示方法：C 6H 12O 6＋6H 2O ＋6O 2――→酶6CO 2＋12H 2O ＋能量可用单位时间内：C 6H 12O 6浓度减少的量、或O 2的消耗量、或CO 2的生成量来表示即可；单位：mol/s 。

呼吸作用速率描述为：植物非绿色组织（如苹果果肉细胞）或绿色组织在黑暗条件下测得的值（可用单位时间内CO 2释放量、O 2吸收量或葡萄糖等有机物消耗量表示）。

2.光合速率的表示方法：6CO 2＋12H 2O C 6H 12O 6＋6H 2O +6O 2可用单位时间内：CO 2浓度减少的量、或C 6H 12O 6的生成量、或O 2的生成量来表示即可；单位：mol/s 。

（1）光合速率分为：真正光合速率（总光合速率）、净光合速率（表观光合速率）净光合速率：植物绿色组织或细胞，在“有光”条件下测得的值。

真正光合速率：可用单位时间叶绿体内CO 2固定量、O 2产生量、葡萄糖产生量或制造量表示；（2）植物真正光合速率、净光合速率、呼吸速率三间的内在关系净光合速率＝真正光合速率－呼吸速率，或者：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。

（3）区分清楚净光合速率、总光合速率是接此类问题的关键：之一，净光合速率（表观光合速率）的常用判断方法：①坐标曲线中，若CO 2的吸收量或氧气的释放量出现负值，则纵坐标为净光合速率；②光照条件下，单位时间内，测得植物体或叶肉细胞CO 2的吸收量、O 2的释放量、有机物的积累量都表示净光合速率；③小室内（植物体以外），CO 2、O 2变化速率的；④涉及葡萄糖等有机物积累量的。

之二，真正光合速率（总光合速率）的常用判断方法：①凡是涉及植物体或叶绿体固定CO 2速率、制造O 2或有机物速率的；②叶绿体吸收CO 2速率或释放O 2速率或制造葡萄糖速率的。

第2课时 光合作用的原理[学习目标] 1.说明光合作用以及对它的认识过程。

2.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。

1．光合作用的概念2．光合作用的反应式化学反应式：CO 2＋H 2O ――→光能叶绿体(CH 2O)＋O 2。

3．探索光合作用原理的部分实验时间/发现者 内容19世纪末科学界普遍认为，在光合作用中，CO 2分子的C 和O 被分开，O 2被释放，C 与H 2O 结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖1937年希尔(英国)在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H 2O ，没有CO 2)，在光照下可以释放出氧气1941年鲁宾、卡门(美国)用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H 218O ＋CO 2→植物→18O 2，H 2O ＋C 18O 2→植物→O 2，得出光合作用释放的氧全部来自水1954、1957年 阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成ATP ，这一过程总是与水的光解相伴随4.光合作用过程(1)光反应阶段 ①条件：有光。

②场所：类囊体薄膜。

③物质变化a ．将H 2O 分解为氧和H ＋，其中H ＋与NADP ＋结合形成NADPH 。

b ．使ADP 和Pi 反应形成ATP 。

④能量变化：将光能转化为储存在ATP 和NADPH 中的化学能。

(2)暗反应阶段①条件：有没有光都能进行。

②场所：叶绿体基质。

③过程(卡尔文循环)a ．CO 2的固定：C 5＋CO 2――→酶2C 3。

b ．C 3的还原：2C 3―――――→酶ATP 、NADPH(CH 2O)＋C 5。

④能量变化：NADPH 、ATP 中活跃的化学能变为有机物中稳定的化学能。

(3)光反应与暗反应之间的联系光反应为暗反应提供NADPH 和A TP ，暗反应为光反应提供ADP 和Pi 、NADP ＋。

判断正误(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( )(2)光合作用中ATP 的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( ) (3)光合作用中ADP 的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( ) (4)光合作用过程中产生的ATP 可以为细胞内的各项生命活动提供能量( ) (5)14CO 2中14C 的转移途径是14CO 2→14C 3→14C 5→(14CH 2O)( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)×解析 (1)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段在有光无光条件下都能进行，但需光反应提供NADPH 和A TP ，故暗反应不能长期在无光环境中进行。

能量之源--光与光合作用一、教材分析本节是人教版高中生物必修1：《分子与细胞》第5章第4节的内容。

在此前章节中，我们已经学习了细胞中的有机物、细胞的结构和细胞器等知识。

这为本节知识的学习打下基础。

绿色植物通过光合作用合成有机物，为地球上多姿多彩的生命提供了氧气和养料。

因此，光合作用是细胞能量代谢中的重要学习内容，在高中生物知识体系中占有重要地位。

二、教学目标1、知识与能力阐述光合作用的基本过程分析影响光合作用的因素2、过程与方法通过探究活动不断提升获取信息、理解信息、分析、推理、评价及实验探究的能力3、情感态度价值观通过对光合作用影响因素的分析，形成把理论付诸实践，用知识服务社会的意识三、重难点1、重点植物光合作用的基本过程2、难点对影响光合作用因素的分析四、教法学法教师提供问题情境，引导学生自主思考后，小组成员讨论完善。

小组代表展学，其他成员补充完善。

注意利用典型例题即时强化巩固。

五、教学过程（一）导入1、据估计，地球上的自养植物一年中通过光合作用合成约4--5千亿吨有机物。

2、这些有机物中所含能量相当于10，000，000亿千瓦时的电能。

3、三峡电站2012年的发电量为1000亿千瓦时。

（通过数据，吸引学生兴趣，突出光合作用的重要性，引起学生对本节知识的重视）（二）光合作用的定义绿色植物通过_____，利用_____，把_________________转化成储存能量的_______，并释放出_______的过程。

播放flash动画，展示“光合作用的过程”（学生通过动画在头脑中形成整体印象，为分析过程打下基础）（三）光合作用的过程学生完成导学案“探究一光合作用的过程”相应内容1．完善光合作用的图解2．辨析光反应和暗反应过程光反应暗反应图解条件场所物质转化能量转化联系小组代表展示学习成果，其他成员进行补充、完善课后作业：结合光合作用的基本过程分析C3、C5、ATP、[H]在不同条件下的含量变化。

第四节能量之源-光与光合作用一、捕获光能的色素1.实验：绿叶中色素的提取和分离①绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。

②色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。

③实验过程中加入少许的二氧化硅和碳酸钙，二氧化硅有助于充分研磨，碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。

2.分类叶绿素a（蓝绿色）叶绿素（含量约占3/4）绿叶中的色素叶绿素b（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）类胡萝卜素（含量约占1/4）叶黄素（黄色）①最上层的是：胡萝卜素；②最下层是：叶绿素b；③最宽的色素带是：叶绿素a；3.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，叶绿素主要存在于叶绿体中。

【习题一】下列关于光合色素的叙述，错误的是（）A．叶绿素a和叶绿素b都含镁元素B．胡萝卜素在层析液中的溶解度最大C．叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光【分析】1、叶绿体含有叶绿素和类胡萝卜素，是光合作用的场所．主要由叶绿体外被、类囊体和基质三部分构成，其中类囊体包括基粒类囊体和基质类囊体．光合色素都存在于叶绿体的类囊体膜上．2、叶绿素的组成元素为C、H、O、N、Mg．类胡萝卜素不含Mg．3、分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素．溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢．滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b．【解答】解：A、叶绿素a和叶绿素b都含镁元素，类胡萝卜素不含Mg．A正确；B、胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，在滤纸条上扩散的最快，B正确；C、叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C正确；D、植物呈现绿色是由于，叶绿素几乎不吸收绿光，绿光被反射回来的缘故，D 错误。

故选：D。

【习题二】为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）．下列叙述正确的是（）A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成C．四种色素在层析液中溶解度大小是I＜Ⅱ＜Ⅲ＜ⅣD．色素分离过程中如果滤液线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间【分析】析题图：滤纸条从上到下依次是：Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素、Ⅲ叶绿素a（最宽）、Ⅳ叶绿素b（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关．强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照．【解答】解：A、根据题图来看：强光照导致了该植物叶绿素含量降低，绿色变浅，A错误；B、强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；C、四种色素在层析液中溶解度大小是I＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ，C错误；D、素分离过程中如果滤液线触及石油醚，色素会溶解在层析液，D错误。

学习目标知识与技能 1、简述光合作用强度的概念。

2、分析影响光合作用强度的三大环境因素。

3、说出光合作用原理的应用。

4、简述化能合成作用。

过程与方法体会到科学实验需要正确的表达，需要与人交流和合作。

情感态度与价值观培养实事求是的科学态度。

学习重点1、尝试探究光照强度对光合作用强度的影响。

2、学会构建光照强度、CO2浓度与光合作用强度关系的数学模型（绘制坐标曲线图）。

课前预习使用说明与学法指导1、依据学习目标进行预习，完成以下内容。

2、用红笔做好疑难标记，以备讨论。

知识准备光合作用的过程。

教材助读一、光合作用的原理及应用(看书P104找出并记住农业生产上采用的增加农作物产量的措施)1、增加产量的措施：控制的强弱和的高低，适当增加作物环境中来提高光合作用的强度。

2、（实验）环境因素对光合作用强度的影响(1)光合作用强度A定义（记住）：指植物在通过作用制造糖类的数量。

B：表示方法：可以用一定时间内或的数量来定量的表示。

C：影响因素：、、、（2）【案例】光照强度对光合作用强度的影响A、自变量，如何控制？B、因变量,本实验用什么具体指标代表光合作用强度的高低？C、实验步骤①制备小圆形叶片（30片），注意：②用抽出内的气体③将小圆形叶片放入盛有的烧杯中，现象，原因是④将30片圆形叶片随机均分三组分别放入3只盛有富含的清水小烧杯中，分别为三个实验装置给予、、三种光照强度进行照射。

本实验采用来调节光照强度。

⑤观察记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片的数量。

3、实验结论：。

预习自测1、光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适合的是（）A．植物体鲜重增加量B．植物体干重增加量世纪金榜C．O2释放量D．CO2吸收量世纪榜2、生长旺盛的叶片，剪成5mm见方的小块，抽去叶内气体，做下列处理，如图，这四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是（）3、下式表示细胞内两种重要的新陈代谢过程，下列叙述正确的是A．甲过程只能发生在叶绿体中B．乙过程只能发生在线粒体中C．甲也可以表示化能合成作用D．乙也可以表示乳酸菌的细胞呼吸4、下列生物均属于自养生物的是①大肠杆菌②硝化细菌③酵母菌④衣藻⑤白菜⑥蘑菇A．②④⑤B．④⑤⑥C．①②③D．②⑤5、下列关于植物光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是A．无氧和零下低温环境有利于水果的保鲜B．CO2的固定过程发生在叶绿体中，C6H12O6分解成CO2的过程发生在线粒体中C．光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATPD．夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量6、光合作用产生的［H］与呼吸作用产生的［H］分别用于A．都用于还原C3 B．都用于还原O2C．前者还原O2，后者还原C3 D．前者还原C3，后者还原O2课后反思课内探究学始于疑探究一、什么是化能合成作用，什么是异养生物和自养生物？一、光合作用原理的应用 1、提高光合作用强度的措施2、探究环境因素对光合作用强度的影响二、化学合成作用 1、自养生物、异养生物概念、区别2、化能合成作用概念、与光合作用的区别当堂检测1、下列关于光合作用强度的叙述，正确的是A ．叶片从幼到老光合作用强度不变B ．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异C ．光合作用强度是由基因决定的，因此是固定不变的D ．在相同光照条件下，各种植物的光合作用强度相同2、将一棵大小适宜的绿色植物，置于一封闭的玻璃罩内，5小时后，发现氧气比原来增加300mg ，则由此推断，该植物在5小时光合作用制造的葡萄糖的总量应是A ．281．25mgB ．大于281．25mgC ．小于281．25mgD ．无法确定3．下列①—④曲线图均表示光合作用与某些影响因素的关系。