光合作用的过程与意义

苏教必修1第4章第2节

- 1 - 【光合作用的过程】导学案

班级 姓名

一、知识准备

项 目 内 容

叶绿体主要结构

叶绿体主要成分

光合作用反应式

二、探究光合作用的过程

探究活动之一

【实验一】科学家从植物叶片中分离出叶绿体，然后打破叶绿体膜，离心得到基粒（绿色）和基质（淡黄色）两部分。①向两部分提供水，并给予光照，结果：基粒部分产生氧气，而基质部分没有氧气产生。②向两部分提供二氧化碳，并给予反应所需的各种条件，结果：基粒部分没有糖类等有机物，而基质部分产生了糖类等有机物。

【讨论并交流】

①基粒和基质中各发生了什么变化？

②从基粒和基质中发生的变化，你认为光合作用是一步完成的还是分阶段进行的？

探究活动之二

【讨论并交流】

①请你回顾：化学上电解水是如何进行的？反应速度如何？需要消耗什么能量？

②由上述实验一，请你推测氧气是如何产生的？除了氧气还应该有什么物质产生？

③水在植物细胞外并不能被光自然分解，而在基粒上却很容易分解，你认为是与基粒中什么物质最有关系？

【实验二】1954年美国科学家阿龙，用叶绿体的基粒加上ADP和Pi，光照后得到了ATP。

④从实验二可以看出，在基粒上除了发生水的光解，还应该有ATP生成。生成该物质消耗的能量来源是什么？在基粒上是怎样固定该能量的呢？

⑤总结光反应：

场 所

条 件

物质变化

能量变化 苏教必修1第4章第2节

- 2 - ⑥请你就基粒上发生的物质变化和能量变化，大胆地想象未来人类如何利用这一原理更好地开发新能源？

探究活动之三

【实验三】美国科学家卡尔文以小球藻为实验材料，在通入普通CO2使光合作用达到平衡状态，改为通入放射性14CO2，然后将小球藻迅速杀死。①光照几分之一秒后杀死，发现了放射性几乎全部出现在一种C3化合物中。②光照5秒后杀死，在小球藻中发现了含放射性C3 、C5化合物。③光照30秒后杀死，在小球藻中发现了含放射性葡萄糖等C6化合物。

光合作用的过程之袁州冬雪创作

•

光合作用过程：1、光合作用的概念：

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

2、光合作用图解：

3、光合作用的总反应式及各元素去向

• 光反应与暗反应的比较：

项目 光反应（准备阶段） 暗反应（完成阶段）

场合 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体的基质中 条件 光、色素、酶、水、ADP、

Pi

多种酶、[H]、ATP、CO2、C5

物质变更

能量的变更 光能转变成ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转变成（CH2O）中稳定的化学相互接洽 光反应产品[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量；暗反应发生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料

• 易错点拨：1、光合作用总反应式双方的水不成轻易约去，因为反应物中的水在光反应阶段消耗，而产品中的水则在暗反应阶段发生.2、催化光反应与暗反应的酶的分布场合分歧，前者分布在类囊体薄膜上，后者分布在叶绿体基质中.

• 知识拓展：

1、氮可以提高光合作用的效率的原因是：氮是许多种酶的组成成分光合作用的场合：光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光才干停止.在类囊体的薄膜上停止；光合作用的第二个阶段中的化学反应，有没有光都可以停止.在叶绿体基质中停止.

2、玉米是C4植物，其维管束鞘细胞中含有没有基粒的叶绿体，可以停止光合作用的暗反应.C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物.

①四碳植物能操纵强日光下发生的ATP推动PEP与CO2的连系，提高强光、高温下的光合速率，在干旱时可以部分地收缩气孔孔径，减少蒸腾失水，而光合速率降低的程度就相对较小，从而提高了水分在四碳植物中的操纵率.

②二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱环境生长.C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中；而C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内，维管束鞘细胞不含叶绿体.

3、光合细菌：操纵光能和二氧化碳维持自养生活的有色细菌.光合细菌(简称PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是在厌氧条件下停止不放氧光合作用的细菌的总称，是一类没有形成芽孢才能的革兰氏阴性菌，是一类以光作为动力、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下操纵自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源停止光合作用的微生物.光合细菌广泛分布于自然界的土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区.

第4节 能量之源——光与光合作用

光合作用过程

一、教材分析

此部分内容是人教版高中生物教材必修一《分子与细胞》第五章第四节第二部分内容的一小节内容。内容主要包括：光反应与暗反应的过程、光反应与暗反应对比及联系。首先教材通过前面学习的光合作用的原理写出了光合作用的化学反应式，进而引起学生思考光合作用的过程。紧接着让学生根据化学反应式从化学反应的角度去观察光合作用过程。根据需光与不需光分为光反应阶段与暗反应阶段，且分别根据物质的来源及去路重点介绍光反应与暗反应的物质代谢与能量代谢，教材中通过还原氢与ATP将光反应与暗反应链接起来，而且教材通过文字与图画结合的形式让学生更了解更清楚的将反应过程呈现出来。这一小节的内容虽然很少，但是在本节乃至整个高中阶段都是重点和难点，也是高考常考的知识点。学生理解也有一定的难度。

在教材内容衔接上，这部分内容安排在本节第一部分介绍光能的色素实验及叶绿体结构的之后，为学生学习光合作用的过程做好了知识的铺垫，再通过光合作用的原理及科学家的探究历程，进而引出光合作用的过程。这样的内容安排也比较符合学生学习知识的规律。科学家的探究过程也体现了生物是以实验为基础的一门学科，只有不断的发现问题，提出问题，实验论证，解决问题才可以有新的进步。也为今后更深层次的学习生物打下基础。

二、学情分析

对高一的学生来说学习这节的内容还是比较困难的、之前的学习也没有更深层次的去研究植物的光合作用、而且老师的讲解与学生的理解都比较费劲。但是他们也具备了一定的观察、归纳、分析和推理能力而且学习本节之前也学习了细胞的呼吸。所以，也是有一定的认识和基础的。在教学中教师要抓住这个年龄阶段学生的心理，调动他们的好奇心和积极性，利用板书和现代媒体技术相结合，让学生将知识得到更好的理解。

三、教学目标

知识与技能

1. 通过讲解分析、图示步骤，能描述光合作用的全过程。

2. 通过光反应与暗反应的学习，能理解掌握光反应与暗反应的对比与联系。

光合作用的原理和过程

光合作用是指植物通过光能转化为化学能的过程，是生态系统中最重要的能量转化途径之一。它是维持地球生态平衡与生物多样性的基石。本文将介绍光合作用的原理和过程，并探讨其在自然界与人类生活中的重要性。

一、光合作用的原理

光合作用发生在植物细胞中的叶绿体中。叶绿体是光合作用的主要场所，其中的叶绿素负责吸收阳光中的能量，并将其转化为化学能。叶绿体内的光合色素分子包含两大类：叶绿素 a 和叶绿素 b，它们能吸收光谱中的不同波长的光线。

光合作用的原理基于光合色素分子的吸收光能并传递能量的特性。当阳光照射到叶绿体上时，叶绿素 a 吸收红光和蓝光，而叶绿素 b 吸收蓝光和红橙光。吸收到的光能激发叶绿素分子内的电子，使其跃迁到一个较高能级的位置。这些激发态的电子将通过一系列复杂的电子传递过程，最终被用于合成化学能的过程。

二、光合作用的过程

1. 光依赖阶段（光反应）

光依赖阶段是光合作用的第一步，需要阳光提供能量。在这个过程中，叶绿体的叶绿素吸收到光能后，激发的电子形成高能态电子对，其中一个电子被传递到叶绿体色素系统 I，而另一个电子被传递到叶绿体色素系统 II。这一传递过程中，光能被转化为电子能。 同时，在叶绿体中，水分子被分解为氢离子（H+）、电子（e-）和氧气（O2）。氢离子通过通过细胞膜由高浓度区域（叶绿体内）向低浓度区域（细胞质中）进行渗透。而氧气则由叶绿体中排出，供气呼吸使用。

此外，从系统 I 和系统 II 传递出来的电子会经过细胞色素复合物，并最终与辅酶NADP+结合，形成辅酶NADPH。这个过程包含了一系列的反应，形成了光化学能。

2. 光独立阶段（暗反应）

光独立阶段是光合作用的第二步，也称作暗反应，不依赖于光能的直接输入。这个过程发生在叶绿体中的基质中，用于将光化学能转化为化学能。

在光独立阶段，光化学能被用于转化二氧化碳（CO2）为葡萄糖（C6H12O6）。这个过程称为卡尔文循环，包括了碳固定、还原和再生三个步骤。