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2019-2020年高中生物 第四節(jié)能量之源 光合作用04教案 新人教版必修1 教學(xué)目的： 光合作用的發(fā)現(xiàn)。 葉綠體中的色素。 光合作用的過程和重要意義。 教學(xué)重點(diǎn)： 葉綠體中的色素。 光合作用的過程。 光合作用的重要意義。 教學(xué)難點(diǎn)： 光合作用中的物質(zhì)變化和能量變化。 教具準(zhǔn)備： 葉綠體結(jié)構(gòu)的投影片 色素吸收光譜投影片 光合作用過程動(dòng)畫演示軟件 教學(xué)過程： 通過初中生物課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道，植物的每一片綠葉就好像是一個(gè)“綠色工廠”，源源不斷的生產(chǎn)著有機(jī)物。綠色植物生產(chǎn)有機(jī)物的過程是通過什么生理過程完成的呢？——這就是光合作用。 在初中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過光合作用的定義：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(chǔ)存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧的過程。（總結(jié)成如下反應(yīng)式） CO2+H2O 光能 葉綠體 C6H12O6+O2 我們每時(shí)每刻都在吸入光合作用釋放的氧，也直接或間接地吃來自光合作用制造的有機(jī)物。在自然界中，綠色植物隨處可見，誰又曾見過光合作用的過程呢？光合作用怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？ 一、光合作用的發(fā)現(xiàn)。 這要追溯到很久很久以前。過去，人們一直認(rèn)為，小小的種子之所以能夠長成參天大樹，完全依靠于土壤。事情果真如此嗎？1648年，一位比利時(shí)的科學(xué)家海爾蒙特對此產(chǎn)生了懷疑，于是他設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：他把一棵重2 .5kg的柳樹苗栽種到一個(gè)木桶里，木桶里盛有事先稱量過的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹苗。為防止灰塵落入，他還專門制作了桶蓋。五年后，柳樹增重80kg多，而土壤卻只減少了100k，海爾蒙特為此提出：建造植物體的原料是水。 1771年，英國科學(xué)家普里斯特利設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：將點(diǎn)燃的蠟燭和小鼠分別放在一個(gè)密閉的玻璃罩內(nèi)，結(jié)果蠟燭熄滅了，小鼠也窒息死亡。然后，他將綠色植物也放入玻璃罩內(nèi)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，蠟燭不熄滅，小鼠也不窒息了。于是他得出結(jié)論：植物可以更新空氣。限于當(dāng)時(shí)科學(xué)的發(fā)展水平，普里斯特利并不知道空氣中的哪種成分在起作用，也沒有認(rèn)識(shí)到光在其中的關(guān)鍵作用。 后來，又經(jīng)過許多科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，才逐漸發(fā)現(xiàn)了光合作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物。如： 1864年，德國科學(xué)家薩克斯用盆栽天竺葵做實(shí)驗(yàn)，他把綠色葉片放在暗處幾小時(shí)，目的是讓葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，然后把這個(gè)葉片一半曝光，另一半遮光，過一段時(shí)間后，用碘蒸氣處理葉片，發(fā)現(xiàn)遮光的那一半葉片沒有發(fā)生顏色變化，曝光的那一半則呈藍(lán)色。這一實(shí)驗(yàn)成功地證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。 1880年，德國科學(xué)家恩吉爾曼用水綿進(jìn)行了光合作用的實(shí)驗(yàn)：把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境里，然后用極細(xì)的光束照射水綿。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細(xì)菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位附近；如果上述臨時(shí)裝片完全暴露在光下，好氧細(xì)菌則集中在葉綠體所有受光部位的周圍。從而巧妙地證明了氧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。 由此可見，從1771年到1886年，隨著科技手段的進(jìn)步，人們對光合作用的認(rèn)識(shí)也越來越深刻，到20世紀(jì)30年代，隨著物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，一些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段被廣泛采用，如同位素標(biāo)記法來研究光合作用的問題，使人們對光合作用的認(rèn)識(shí)更深入了一步。 20世紀(jì)30年代，美國科學(xué)家魯賓和卡門用氧的同位素-O18,分別標(biāo)記H2O和CO2，使它們分別成為H2O和CO2,然后進(jìn)行兩組光合作用實(shí)驗(yàn)：第一組向綠色植物提供H2O和CO2：第二組向同種綠色植物提供H2O和CO2。在相同條件下，他們對兩組光合作用實(shí)驗(yàn)釋放出的氧進(jìn)行了分析，結(jié)果表明第一組釋放的氧全部是O2，第二組釋放的氧全部是O2。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明，光合作用釋放的氧全部來自水。 由此可以看出，幾代科學(xué)家歷經(jīng)二百多年，才對光合作用的生理過程有了比較清楚的認(rèn)識(shí)。可見，科學(xué)發(fā)展的道路是很艱難的，這里不僅包含著科學(xué)家們的艱辛勞動(dòng)與智慧，還與社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展密切相關(guān)。 二、葉綠體和其中的色素。 前面我們了解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，那么在綠葉這個(gè)“綠色工廠”中，光合作用這一生理過程，到底是怎么樣進(jìn)行的呢？ 在學(xué)習(xí)這個(gè)問題以前，我們還是先來認(rèn)識(shí)一下它的“廠房”——葉綠體。 1、結(jié)構(gòu) 葉綠體主要存在于綠色植物的葉肉細(xì)胞中，是進(jìn)行光合作用的細(xì)胞器（如右圖）在光鏡下，葉綠體呈扁平的橢球形或球形。電鏡下觀察有雙層膜，使葉綠體與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)隔開。葉綠體內(nèi)部充滿了基質(zhì)和綠色的基粒。綠色的基粒中含有四種色素。 2、葉綠體中的色素 通過葉綠體提取試驗(yàn)可知，葉綠體中含有四種色素（如圖）： 色素 葉綠素 類胡蘿卜素 葉綠素a 葉黃素 胡蘿卜素 葉綠素b 其中葉綠素的含量約占總量的3/4，類胡蘿卜素占1/4，所以通常植物的葉子總是翠綠醉人的。但葉綠素很容易被破壞，秋天，葉綠素會(huì)因?yàn)椤叭淌堋辈涣藲鉁叵陆档纫蛩氐挠绊懚纸庀В缓}卜素和葉黃素則比較穩(wěn)定，終于露出面來，所以深秋的樹葉金黃斑斕。像楓樹、槭樹等由于葉綠素分解時(shí)，葉中的糖分大量轉(zhuǎn)變成紅色的花青素，而使葉片呈紅色，所以杜牧有詩：“霜葉紅于二月花”。 3、葉綠素中色素的作用 ①吸收光能 實(shí)驗(yàn)證明，葉綠素可以吸收藍(lán)紫光和紅橙光，類胡蘿卜素則可以吸收藍(lán)紫光。 [演示色素吸收光譜投影片（如右圖）] 色素吸收的光，都可以用于光合作用。由于色素對綠光的吸收最少，綠光會(huì)被反射出來，所以葉綠體呈現(xiàn)綠色。 ②傳遞和轉(zhuǎn)化光能。 發(fā)生的位置，在基粒中的膜上，因?yàn)槟ど细街羞M(jìn)行光合作用必需的色素和酶。 三、光合作用的過程。 通過前面的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們知道光合作用是在葉綠體中進(jìn)行的，其產(chǎn)物是淀粉和氧，原料是水和二氧化碳，我們用下面的反應(yīng)式來概括： 6CO2+12H2O 光能 葉綠體 C6H12O6+6O2+6H2O 在這個(gè)反應(yīng)中，光是動(dòng)力，葉綠體是廠房。那么，在每一個(gè)微小的葉綠體中，二氧化碳和水究竟是怎么樣轉(zhuǎn)化為葡萄糖和氧氣的呢？ 實(shí)際上，光合作用的過程是十分復(fù)雜的，它包括許多個(gè)化學(xué)反應(yīng)。大體上說。根據(jù)是否需要光能，光合作用的過程分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段。 1、光反應(yīng)階段： 在葉綠體內(nèi)的囊狀結(jié)構(gòu)上進(jìn)行著光合作用的第一階段反應(yīng)，由于該階段必須有光，故稱作光反應(yīng)。 色素 分子 光 吸收 4[H] 2H2O 光解 O2 ADP+Pi ATP 酶 光反應(yīng)之所以在囊狀結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，是因?yàn)槟覡顑?nèi)膜上有色素以及大量酶的存在。而色素吸收的光能則有兩個(gè)用途：一方面分解水，釋放出氧氣，此時(shí)產(chǎn)生的氫原子到基質(zhì)中，參與暗反應(yīng)，一方面將ADP轉(zhuǎn)化為ATP，供給暗反應(yīng)所需。 2、暗反應(yīng)階段 光合作用的暗反應(yīng)階段是在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進(jìn)行的。這一過程不需要光故名暗反應(yīng)，4[H] 酶 ADP+Pi ATP 酶 C6H12O6+H2O C5 2C3 多種酶 還原 CO2 固定 但這一過程需要大量的酶參與。 [演示光合作用的過程動(dòng)畫] 3、光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間的關(guān)系。 ①區(qū)別： 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較 光反應(yīng) 暗反應(yīng) 場所 基粒片層膜上 基質(zhì)中 條件 有光 光反應(yīng)、多種酶 物質(zhì)變化 水的光解 ATP的生成 二氧化碳的固定 碳3的還原 ATP的水解 能量變化 光能——ATP ATP——穩(wěn)定化能 四、光合作用的意義 沒有光合作用，整個(gè)生物界將無法生存。光合作用對于生物界，乃至自然界都是非常重要的，其意義表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： ㈠制造了有機(jī)物。 地球上的綠色植物好像是一座“綠色工廠”，可以源源不斷地為包括人類的幾乎所有的生物提供物質(zhì)來源。 ㈡轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存太陽能。 自然界中的一切能量都來自于綠色植物固定的太陽能。 ㈢維持大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定。 光合作用不斷地吸收二氧化碳，釋放出氧氣，就好像一臺(tái)天然的“空氣凈化器”。 ㈣對生物的進(jìn)化有重要作用。 藍(lán)藻的出現(xiàn)，使大氣中有了單質(zhì)氧氣，一部分氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，在大氣上層形成臭氧層，能夠有效濾去太陽輻射中對生物具有強(qiáng)烈破壞作用的紫外線，從而使水生生物開始逐漸在陸上生活。生物得以進(jìn)一步進(jìn)化。 由此可見，光合作用對于人類和整個(gè)生物界都有非常重要的意義。在人口爆炸、糧食危機(jī)、能源匱乏、環(huán)境污染等問題日趨嚴(yán)重的今天，我們多么希望有更多的綠色植物通過光合作用，為我們生產(chǎn)更多的有機(jī)物，吸收更多的二氧化碳，釋放更多的氧氣。 五、植物栽培與光能的合理利用。 1、延長光合作用的時(shí)間。 2、增加光合作用的面積。 六、作業(yè) P59 復(fù)習(xí)題