2019-2020年高中生物 第四节能量之源 光合作用04教案 新人教版必修1.doc

2019-2020年高中生物 第四节能量之源 光合作用04教案 新人教版必修1教学目的：光合作用的发现。叶绿体中的色素。光合作用的过程和重要意义。教学重点：叶绿体中的色素。光合作用的过程。光合作用的重要意义。教学难点：光合作用中的物质变化和能量变化。教具准备：叶绿体结构的投影片色素吸收光谱投影片光合作用过程动画演示软件教学过程：通过初中生物课的学习，我们已经知道，植物的每一片绿叶就好像是一个“绿色工厂”，源源不断的生产着有机物。绿色植物生产有机物的过程是通过什么生理过程完成的呢？这就是光合作用。在初中，我们已经学习过光合作用的定义：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，并且释放出氧的过程。（总结成如下反应式）CO2+H2O光能叶绿体C6H12O6+O2我们每时每刻都在吸入光合作用释放的氧，也直接或间接地吃来自光合作用制造的有机物。在自然界中，绿色植物随处可见，谁又曾见过光合作用的过程呢？光合作用怎么被发现的呢？一、光合作用的发现。这要追溯到很久很久以前。过去，人们一直认为，小小的种子之所以能够长成参天大树，完全依靠于土壤。事情果真如此吗？1648年，一位比利时的科学家海尔蒙特对此产生了怀疑，于是他设计了这样一个实验：他把一棵重2 .5kg的柳树苗栽种到一个木桶里，木桶里盛有事先称量过的土壤。以后，他每天只用纯净的雨水浇灌树苗。为防止灰尘落入，他还专门制作了桶盖。五年后，柳树增重80kg多，而土壤却只减少了100k，海尔蒙特为此提出：建造植物体的原料是水。1771年，英国科学家普里斯特利设计了这样一个实验：将点燃的蜡烛和小鼠分别放在一个密闭的玻璃罩内，结果蜡烛熄灭了，小鼠也窒息死亡。然后，他将绿色植物也放入玻璃罩内，重复上述实验，蜡烛不熄灭，小鼠也不窒息了。于是他得出结论：植物可以更新空气。限于当时科学的发展水平，普里斯特利并不知道空气中的哪种成分在起作用，也没有认识到光在其中的关键作用。后来，又经过许多科学家的实验，才逐渐发现了光合作用的场所、条件、原料和产物。如：1864年，德国科学家萨克斯用盆栽天竺葵做实验，他把绿色叶片放在暗处几小时，目的是让叶片中的营养物质消耗掉，然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光，过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半则呈蓝色。这一实验成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。1880年，德国科学家恩吉尔曼用水绵进行了光合作用的实验：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里，然后用极细的光束照射水绵。通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。从而巧妙地证明了氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。由此可见，从1771年到1886年，随着科技手段的进步，人们对光合作用的认识也越来越深刻，到20世纪30年代，随着物理学和化学的发展，一些先进的科学技术手段被广泛采用，如同位素标记法来研究光合作用的问题，使人们对光合作用的认识更深入了一步。20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门用氧的同位素-O18,分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H2O和CO2,然后进行两组光合作用实验：第一组向绿色植物提供H2O和CO2：第二组向同种绿色植物提供H2O和CO2。在相同条件下，他们对两组光合作用实验释放出的氧进行了分析，结果表明第一组释放的氧全部是O2，第二组释放的氧全部是O2。这个实验证明，光合作用释放的氧全部来自水。由此可以看出，几代科学家历经二百多年，才对光合作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，科学发展的道路是很艰难的，这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧，还与社会科学技术的进步与发展密切相关。二、叶绿体和其中的色素。前面我们了解了光合作用的发现过程，那么在绿叶这个“绿色工厂”中，光合作用这一生理过程，到底是怎么样进行的呢？在学习这个问题以前，我们还是先来认识一下它的“厂房”叶绿体。1、结构叶绿体主要存在于绿色植物的叶肉细胞中，是进行光合作用的细胞器（如右图）在光镜下，叶绿体呈扁平的椭球形或球形。电镜下观察有双层膜，使叶绿体与细胞质基质隔开。叶绿体内部充满了基质和绿色的基粒。绿色的基粒中含有四种色素。2、叶绿体中的色素通过叶绿体提取试验可知，叶绿体中含有四种色素（如图）：色素叶绿素类胡萝卜素叶绿素a叶黄素胡萝卜素叶绿素b其中叶绿素的含量约占总量的3/4，类胡萝卜素占1/4，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。但叶绿素很容易被破坏，秋天，叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于露出面来，所以深秋的树叶金黄斑斓。像枫树、槭树等由于叶绿素分解时，叶中的糖分大量转变成红色的花青素，而使叶片呈红色，所以杜牧有诗：“霜叶红于二月花”。3、叶绿素中色素的作用吸收光能实验证明，叶绿素可以吸收蓝紫光和红橙光，类胡萝卜素则可以吸收蓝紫光。演示色素吸收光谱投影片（如右图）色素吸收的光，都可以用于光合作用。由于色素对绿光的吸收最少，绿光会被反射出来，所以叶绿体呈现绿色。传递和转化光能。发生的位置，在基粒中的膜上，因为膜上附着有进行光合作用必需的色素和酶。三、光合作用的过程。通过前面的几个实验，我们知道光合作用是在叶绿体中进行的，其产物是淀粉和氧，原料是水和二氧化碳，我们用下面的反应式来概括：6CO2+12H2O光能叶绿体C6H12O6+6O2+6H2O在这个反应中，光是动力，叶绿体是厂房。那么，在每一个微小的叶绿体中，二氧化碳和水究竟是怎么样转化为葡萄糖和氧气的呢？实际上，光合作用的过程是十分复杂的，它包括许多个化学反应。大体上说。根据是否需要光能，光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段。1、光反应阶段：在叶绿体内的囊状结构上进行着光合作用的第一阶段反应，由于该阶段必须有光，故称作光反应。色素分子光吸收4H2H2O光解O2ADP+PiATP酶光反应之所以在囊状结构上进行，是因为囊状内膜上有色素以及大量酶的存在。而色素吸收的光能则有两个用途：一方面分解水，释放出氧气，此时产生的氢原子到基质中，参与暗反应，一方面将ADP转化为ATP，供给暗反应所需。2、暗反应阶段光合作用的暗反应阶段是在叶绿体内的基质中进行的。这一过程不需要光故名暗反应，4H酶ADP+PiATP酶C6H12O6+H2OC52C3多种酶还原CO2固定但这一过程需要大量的酶参与。演示光合作用的过程动画3、光反应和暗反应之间的关系。区别： 光反应和暗反应的比较光反应暗反应场所基粒片层膜上基质中条件有光光反应、多种酶物质变化水的光解ATP的生成二氧化碳的固定碳3的还原ATP的水解能量变化光能ATPATP稳定化能四、光合作用的意义没有光合作用，整个生物界将无法生存。光合作用对于生物界，乃至自然界都是非常重要的，其意义表现在以下几个方面：制造了有机物。地球上的绿色植物好像是一座“绿色工厂”，可以源源不断地为包括人类的几乎所有的生物提供物质来源。转化并储存太阳能。自然界中的一切能量都来自于绿色植物固定的太阳能。维持大气中氧气和二氧化碳含量的相对稳定。光合作用不断地吸收二氧化碳，释放出氧气，就好像一台天然的“空气净化器”。对生物的进化有重要作用。蓝藻的出现，使大气中有了单质氧气，一部分氧气转化为臭氧，在大气上层形成臭氧层，能够有效滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，从而使水生生物开始逐渐在陆上生活。生物得以进一步进化。由此可见，光合作用对于人类和整个生物界都有非常重要的意义。在人口爆炸、粮食危机、能源匮乏、环境污染等问题日趋严重的今天，我们多么希望有更多的绿色植物通过光合作用，为我们生产更多的有机物，吸收更多的二氧化碳，释放更多的氧气。五、植物栽培与光能的合理利用。1、延长光合作用的时间。2、增加光合作用的面积。六、作业P59 复习题