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2019-2020年高一生物 能量之源 光與光合作用 第2課時示范教案 新人教版 ●教學過程 ［課前準備］ 1.制作多媒體課件。 2.課前教師提供一份預習提綱，布置學生預習課本P103～P105的內(nèi)容。 預習提綱：①光合作用過程分為哪幾個階段？ ②什么是光反應階段？這個階段發(fā)生的場所在哪里？需要哪些條件？物質(zhì)和能量是如何轉(zhuǎn)變的？ ③什么是暗反應階段？這個階段發(fā)生的場所在哪里？需要哪些條件？物質(zhì)和能量是如何轉(zhuǎn)變的？ ④光合作用受哪些外界因素的影響？這些因素是怎樣影響光合作用的？ ［情景創(chuàng)設］ 教師：通過上一節(jié)課的學習，我們已經(jīng)知道光合作用的場所是葉綠體，請問葉綠體有哪些結(jié)構(gòu)特點與其功能相適應呢？ 學生：第一，葉綠體內(nèi)有許多基粒和類囊體，擴大了葉綠體的受光面積，類囊體膜表面分布著許多吸收光能的色素分子，便于光能的吸收；第二，類囊體膜表面以及基質(zhì)內(nèi)還分布著多種光合作用所必需的酶，有利于光合作用的進行。 教師：初中我們曾經(jīng)學習過有關光合作用的知識，請問你們對光合作用的知識還有哪些方面的了解？ 學生：（七嘴八舌） 光合作用的原料是CO2和H2O； 光合作用的條件是光； 光合作用的產(chǎn)物是糖類和氧氣； 等等。 教師：很好?？磥泶蠹覍夂献饔玫闹R還了解不少。請一位同學來歸納光合作用的 概念。 學生：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。 教師：那么在一個微小的葉綠體中，CO2和H2O究竟是怎樣轉(zhuǎn)化為糖類和氧氣的呢？此過程中色素吸收的光能是怎樣到有機物中去的？光合作用受哪些外界因素的影響？這就是我們今天這堂課要討論的主要內(nèi)容。 （顯示板書：二、光合作用的原理和應用） ［師生互動］ （一）光合作用的過程 教師：下面我們先來看看光合作用是怎樣在葉綠體中進行的。 （顯示板書：1.光合作用的過程） 教師：用多媒體課件演示發(fā)生在一個葉綠體中的光合作用全程的動態(tài)過程。 教師：我們在觀察課件的時候，是不是覺得有點“眼花繚亂”呀，這說明光合作用是個很復雜的過程。其實剛才課件中顯示的只是光合作用的簡化過程，其具體過程還要復雜得多。 教師：根據(jù)剛才的觀察，你們說光合作用過程分為哪幾個階段呢？ 學生：分為光反應和暗反應兩個階段。 教師：下面我們先來具體觀察一下光反應過程。 （顯示板書：光反應） 教師：演示光合作用光反應的動態(tài)變化，并指導學生觀察。 教師：光反應在哪里進行？ 學生：葉綠體基粒的類囊體薄膜上。 教師：利用到了哪種原料？ 學生：水。 教師：水在光反應階段發(fā)生了怎樣的變化？ 學生：水被分解成了[H]和O2。 教師：水是化學性質(zhì)非常穩(wěn)定的化合物，它為什么會在常溫常壓下分解？ 學生：一方面有色素吸收的光能做“動力”；另一方面類囊體薄膜上分布有相應的酶作催化劑。 教師：回答得很好。我們再仔細觀察一下，色素吸收的光能除了使水分解以外，還發(fā)生了什么變化？ 教師：重新演示光合作用光反應的動態(tài)畫面，并指導學生觀察。 學生：還有一部分轉(zhuǎn)移到了ATP中，即利用光能把ADP和Pi合成為ATP。 教師：剛才的一系列變化都需要什么參與？ 學生：光。 教師：對啦。所以我們把發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上的這一化學變化稱為光反應。那么，同學們能不能歸納一下，整個光反應階段物質(zhì)和能量是怎樣轉(zhuǎn)變的？ 學生：從物質(zhì)變化的角度來看，一是把水分解成了O2和具有強還原性的[H]，二是把ADP和Pi合成了ATP；從能量變化的角度來看，把光能轉(zhuǎn)化成了ATP中活躍的化學能。 教師：很好。光反應一共產(chǎn)生了三種產(chǎn)物，其中我們看到O2作為光合作用的第一個終產(chǎn)物釋放到了大氣中，還原性很強的[H]和儲存有活躍化學能的ATP又到哪里去了呢？ 學生：提供給暗反應利用。 教師：下面我們就繼續(xù)看看暗反應是怎樣進行的。 （顯示板書：暗反應） 教師：演示光合作用暗反應的動態(tài)變化，并指導學生仔細觀察。 教師：暗反應在哪里發(fā)生？ 學生：在葉綠體基質(zhì)中。 教師：利用了哪種原料？ 學生：二氧化碳。 教師：在暗反應過程中，二氧化碳發(fā)生了怎樣的變化？ 學生：首先CO2與一個C5結(jié)合形成兩個C3，這一步稱為“二氧化碳的固定”。 教師：二氧化碳的化學性質(zhì)是非常穩(wěn)定的，在空氣中很難與其他化合物發(fā)生反應，為什么在葉綠體基質(zhì)中可以順利地與C5結(jié)合形成兩個C3呢？ 學生：因為在葉綠體基質(zhì)中存在多種催化暗反應的酶。 教師：請大家仔細觀察，經(jīng)二氧化碳固定所產(chǎn)生的C3又發(fā)生了什么變化呢？ 教師：繼續(xù)演示光合作用暗反應的動態(tài)變化，并指導學生仔細觀察。 學生：C3經(jīng)過一系列變化轉(zhuǎn)變成了（CH2O），這一步稱為“三碳化合物的還原”。 教師：這一步除了形成（CH2O），還有什么產(chǎn)物？ 教師：注意引導學生觀察，這一步學生很容易忽略。 學生：還有C5。 教師：對啦。C5作為一種中間產(chǎn)物，在暗反應的固定階段用到，同時在暗反應的還原階段又產(chǎn)生，這對于光合作用有什么意義？ 學生：保證暗反應不會缺乏原料，能夠持續(xù)進行下去。 教師：還原階段需要哪些條件？ 學生：需要相應的酶催化，還需要光反應提供的[H]作還原劑以及ATP供能。 教師：剛才的一系列變化需不需要光？ 學生：不需要。 教師：那是不是一定要在黑暗中進行呢？ 學生：也不是，有光無光都可以進行。 教師：對?！鞍怠辈⒉皇侵赴捣磻欢ㄒ诤诎抵羞M行，而是相對于光反應來說，這一階段不需要光。故我們把光合作用第二階段所發(fā)生的、在有光無光條件下都可以進行的化學反應稱為“暗反應”。現(xiàn)在哪位同學來歸納一下整個暗反應階段物質(zhì)和能量進行了怎樣的轉(zhuǎn)變？ 學生：從物質(zhì)變化的角度來看，二氧化碳經(jīng)過“固定”和“還原”兩個過程，最終被還原成（CH2O）和C5；從能量轉(zhuǎn)變的角度來看，ATP中活躍的化學能變成了穩(wěn)定的化學能儲存在糖類等有機物中。 教師：好。綜合我們剛才討論的光反應和暗反應，我們可以把光合作用過程用下面的示意圖表示。 教師：出示光合作用過程示意圖并作適當講解。 圖5－4－1 光合作用過程示意圖 教師：從圖5－4－1中可以看出，光合作用是由“光反應”和“暗反應”兩個階段組成的。那么這兩個階段有什么關系呢？ 教師：出示光反應和暗反應關系的比較表，并組織學生回答。 光反應 暗反應 區(qū) 別 時間 反應很快（以毫秒計） 較緩慢 反應場所 葉綠體基粒的類囊體薄膜上 葉綠體基質(zhì)中 反應條件 需要與光反應有關的酶、色素、光 需要與暗反應有關的酶[H]、ATP 物質(zhì)變化 ①水的光解：2H2O4[H]＋O2↑ ②合成ATP：ADP＋PiATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的還原： 能量變化 光能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學能 ATP中活躍的化學能轉(zhuǎn)化為有機物中穩(wěn)定的化學能 聯(lián) 系 ①光反應是暗反應的基礎，光反應為暗反應的進行提供還原劑[H]和ATP； ②暗反應是光反應的繼續(xù)；暗反應為光反應的進行提供合成ATP的原料ADP和Pi； 總之，光反應和暗反應是兩個既相互獨立又同時進行、既相互制約又密切聯(lián)系的兩個生理過程 列表中的答案由教師根據(jù)學生的回答逐一顯示。 教師：通過剛才的列表比較，你認為“植物白天進行光反應，晚上進行暗反應”的說法正確嗎？為什么？ 學生：不對。因為暗反應的正常進行需要光反應提供的[H]和ATP，如果光反應停止，也就意味著暗反應隨即停止；反之，光反應的正常進行需要暗反應提供ADP和Pi，如果暗反應受阻，光反應也不能正常進行。光反應和暗反應是兩個同時進行、相互制約、密切聯(lián)系、缺一不可的過程。 教師：如果從光合作用整體的角度來看：光合作用又完成了怎樣的物質(zhì)變化和能量變化？（即光合作用的實質(zhì)是什么？） （顯示板書：2.光合作用的實質(zhì)） 學生：①物質(zhì)變化：把二氧化碳和水等無機物轉(zhuǎn)變成了糖類等有機物。 ②能量變化：把光能轉(zhuǎn)變成化學能儲存在糖類等有機物中。 教師：好。我們已經(jīng)了解了整個光合作用的具體過程，同學們是否能用一個總反應式來表示呢？ （顯示板書：3.光合作用的反應式） 請一位學生上黑板表示如下：CO2＋H2O（CH2O）＋O2↑ 教師：從光合作用的整個過程來看，有哪些因素會對光合作用的進行產(chǎn)生影響呢？ 可提示學生根據(jù)光合作用的總反應式，從光合作用的條件、原料、產(chǎn)物等方面來考慮。 （顯示板書：4.影響光合作用的外界因素） 學生：光照、二氧化碳、溫度、水等環(huán)境因素可以對光合作用的進行產(chǎn)生影響。 教師：歸納得很好。除此之外，還有礦質(zhì)元素也會影響光合作用的進行。 （二）化能合成作用（顯示板書） 組織學生閱讀課本P105化能合成作用的知識。 教師：綠色植物能夠利用光能、以二氧化碳和水為原料合成有機物，有機物中儲存著由光能轉(zhuǎn)換來的化學能，以供自身利用，我們把這類生物稱為自養(yǎng)生物。請大家思考一下，人、動物與植物最大的區(qū)別是什么？ 學生：人和動物不能利用無機物合成有機物。 教師：那它們是怎樣來維持自身的生命活動的？ 學生：它們只能利用環(huán)境中現(xiàn)成的有機物來維持自身的生命活動。 教師：對。我們把這類生物稱為異養(yǎng)生物。 教師：除了人和動物外，還有哪些生物是異養(yǎng)生物？ 學生：還有真菌、支原體、細菌、病毒等生物。 教師：所有細菌都是異養(yǎng)生物嗎？ 學生：不是，有些細菌是自養(yǎng)生物，比如硝化細菌。 教師：它是如何自養(yǎng)的？是否跟植物一樣？ 教師：多媒體課件顯示硝化細菌的自養(yǎng)過程反應式，并指導學生觀察。 學生：有所不同，主要是能量的來源不一樣。植物制造有機物的能量來源是光能，而硝化細菌制造有機物的能量來源是把土壤中的NH3氧化為亞硝酸和硝酸時所釋放的化 學能。 教師：回答得很正確。我們把這種利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物的合成作用稱為化能合成作用。除了硝化細菌外，自然界還有鐵細菌、硫細菌都屬于這一類生物。 教師：同學們，今天我們主要學習了綠色植物的光合作用過程和硝化細菌的化能合成作用過程，這兩種生理過程都能利用二氧化碳和水等無機物來制造有機物，但只有綠色植物光合作用制造的有機物才可以提供給地球上的其他生物和人類所利用，所以光合作用是自然界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。為了給人類提供更多的食物和原料，我們就必須提高植物特別是農(nóng)作物的光合作用強度，那么，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有哪些提高農(nóng)作物光合作用強度的措施呢？這就是我們下節(jié)課要學習的內(nèi)容。 ［教師精講］ 1.弄清楚C、H、O的去路，特別是氧的去向：反應物CO2中的O到了（CH2O）中，反應物H2O中的O全部到了O2中。光合作用的總反應式可表示為： 2.暗反應是個循環(huán)往復的過程，其中的C5可以循環(huán)生成，即在暗反應的固定過程中被用去，同時又在還原過程中產(chǎn)生。這一過程是由美國科學家卡爾文發(fā)現(xiàn)的，故稱為“卡爾文循環(huán)”。因此，如果人為改變光合作用的一些條件，如突然缺CO2，突然停止光照（導致 [H]和ATP供給不足），等等，我們可以分析葉綠體中C3、C5、（CH2O）的含量。主要有以下三種情況： ①如果在光照條件不變的情況下，突然降低二氧化碳的濃度，此時，CO2的固定會受阻，而C3的還原照常進行，那么C5的含量就會上升，C3的含量就會下降，（ CH2O）的含量也會下降。 ②如果二氧化碳的濃度不變，突然停止光照，此時，CO2的固定照常進行，而C3的還原會受阻，那么C5的含量就會下降，C3的含量就會上升，（CH2O）的含量也會下降。 ③如果在降低二氧化碳的濃度的同時，又停止光照，則C5和C3的含量都不變，（CH2O）的含量會下降。 3.光照、溫度、二氧化碳、水和礦質(zhì)元素是怎樣影響光合作用的？ ①光照作為光合作用的動力對光合作用的進行有著重要的影響。光照強度增強、光照時間延長可以促進光反應的進行，使光反應產(chǎn)生更多的氧氣、[H]和ATP。[H]和ATP的增多又可以促進暗反應的進行，產(chǎn)生更多的有機物。光照強度減弱、光照時間縮短也可以限制光合作用的進行。 ②二氧化碳作為光合作用的原料之一，對光合作用的進行也有重要影響。二氧化碳濃度增加，可以促進暗反應中二氧化碳的固定，從而產(chǎn)生更多的三碳化合物，進而促進還原過程的進行，產(chǎn)生更多的有機物。二氧化碳濃度的降低同樣可以限制光合作用的進行。 ③溫度是通過影響酶的催化效率來影響光合作用的。作為復雜的化學反應，光合作用需要大量的酶進行催化。溫度的適當提高可以大幅度提高酶的催化效率，從而提高光合作用的強度。 ④水分作為光合作用的原料之一，缺乏時可以使光合作用的強度下降。雖然光合作用所需的水分只是植物所吸收水分的一小部分（1%～5%左右），水分減少對光合作用不會有太大的直接影響，但是，水分的減少可以使葉片的氣孔關閉，影響二氧化碳的進入，從而降低光合作用的強度。 ⑤礦質(zhì)元素也可以直接或間接地影響光合作用的進行。如N是催化光合作用過程中各種酶以及ATP的重要組成部分，磷也是ATP的重要組成部分，鎂是葉綠素的重要組成部分，K與光合作用產(chǎn)物的運輸直接有關。 ［評價反饋］ 1.在光照充足的環(huán)境里，將黑藻放入含有18O的水中，過一段時間后，分析上標18O放射性標志，最有可能的是 A.在植物體內(nèi)的葡萄糖中發(fā)現(xiàn) B.在植物體內(nèi)的淀粉中發(fā)現(xiàn) C.在植物體內(nèi)的脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉中均可發(fā)現(xiàn) D.在植物周圍的空氣中發(fā)現(xiàn) 2.光反應為暗反應提供的[H]和ATP參與 A.CO2和C5的結(jié)合 B.C3的還原 C.由CO2合成葡萄糖 D.由C5合成葡萄糖 3.在正常情況下進行光合作用的某植物，當改變某條件后，即發(fā)現(xiàn)葉肉細胞中的五碳化合物突然上升，則改變的條件是 A.停止光照 B.停止光照并降低二氧化碳濃度 C.升高二氧化碳濃度 D.降低二氧化碳濃度 4.生長于較弱光照條件下的植物，當提高二氧化碳濃度時，其光合作用速度并未隨之增加，主要限制因素是 A.呼吸作用與暗反應 B.光反應 C.暗反應 D.呼吸作用 5.圖5－4－2是光合作用示意圖。請據(jù)圖回答： 圖5－4－2 （1）請寫出字母所代表的物質(zhì)： a______________________，b_______________________，c________________________，d_________________________，e________________________，f_______________________， g_________________________。 （2）由“f”經(jīng)暗反應產(chǎn)生“g”，可以分為_____________、_____________兩個階段。 （3）如果同位素3H標記參與光合作用的水，并追蹤3H，它最可能的途徑是（用圖中字母表示）_____________。 （4）根據(jù)題意，簡述光合作用能量變化的過程：__________________________________ ___________________________。 答案：1.D 2.B 3.D 4.B 5.（1）H2O O2 ADP和Pi ATP [H] CO2 糖類等有機物 （2）CO2的固定 C3的還原 （3）a→e→g （4）光能→ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能 ［課堂小結(jié)］ （一）光合作用的過程 1.光合作用的過程 2. 3.光合作用的總反應式及氧元素去向： 4.影響光合作用的外界因素：光照、二氧化碳濃度、溫度、水、礦質(zhì)元素等。 （二）化能合成作用 ［布置作業(yè)］ 1.完成課本P104頁思考與討論1～2題。 2.完成課本P106葉基礎題1～8題。 3.調(diào)查和收集有關提高農(nóng)作物光合作用強度的具體措施，寫好調(diào)查報告。 ［課后拓展］ 1.光合作用的重要意義 （1）制造有機物 綠色植物的光合作用把二氧化碳、水等無機物轉(zhuǎn)變成糖類等有機物。全球自養(yǎng)植物每年同化碳素約21011 t，相當于51011 t有機物，提供人類及全部動物所需的食物。所以我們把綠色植物稱為制造有機物的“綠色工廠”。 （2）能量轉(zhuǎn)化 綠色植物在進行光合作用的時候?qū)⒍鄶?shù)生物不能利用的光能轉(zhuǎn)變成化學能。全球植物每年儲存31018 kJ，供給包括植物本身在內(nèi)的全球生物生長、發(fā)育及進行各項生命活動；另外我們現(xiàn)在利用的木材、煤炭、石油、天然氣等都是綠色植物通過光合作用積累下來的。所以綠色植物又稱為“巨型能量轉(zhuǎn)換站”。 （3）保護環(huán)境 綠色植物好比是一臺天然的“空氣凈化器”，不斷地通過光合作用吸收CO2和釋放O2。綠色植物每年釋放氧氣5.351011 t。 （4）對生物的進化有重要作用 原始大氣中并沒有O2存在，直到20～30億年以前，原始藍藻在地球出現(xiàn)以后，地球的大氣中才逐漸有了O2，從而促使地球上的生物由無氧呼吸型向有氧呼吸型進化，進一步提高了生物的代謝速率和生存能力；同時，大氣中的一部分O2可以轉(zhuǎn)化為臭氧（O3），于是，在大氣上層就形成了臭氧層，能夠有效濾去太陽輻射中對生物具有強烈破壞作用的紫外線，這樣才使水生生物進化成陸生生物成為可能。 2.光合作用和呼吸作用的比較 生理過程 比較項目 光合作用 呼吸作用 兩者關系 場 所 主要在綠色植物的葉綠體中進行 凡是活細胞都進行，在細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中進行 兩者是不可逆的 條 件 在光照條件下進行 有光無光都能進行 物質(zhì)轉(zhuǎn)變 無機物→有機物 有機物→無機物 兩者是相反的 能量轉(zhuǎn)變 光能→ATP中活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能是同化作用的重要組成部分 有機物中穩(wěn)定的化學能→ATP中活躍的化學能是異化作用的重要組成部分 聯(lián) 系 光合作用為呼吸作用提供了物質(zhì)基礎（有機物和O2）；呼吸作用為光合作用提供了能量和原料（CO2） 兩者是互相聯(lián)系的 3.光合作用的有關計算 （1）物質(zhì)計算 依據(jù)光合作用的總反應式： CO2＋H2*O(CH2O)＋*O2↑ 或6CO2＋12H2*OC6H12O6＋6H2O＋6*O2 ①光合作用釋放6*O2來自光反應階段原料水的光解。 ②光反應階段12H2*O，光解產(chǎn)生24個[H]，在暗反應中用于還原6CO2，并產(chǎn)生6H2O。 ③光合作用產(chǎn)物C6H12O6中的碳和氧來自原料CO2，氫來自原料水。 ④生成物6H2O中的氫來自原料水，氧來自原料CO2。 （2）能量計算：依據(jù)光合作用反應式進行計算。 （3）與呼吸作用相結(jié)合的計算： 在光下光合作用與呼吸作用同時進行： 光合作用實際產(chǎn)氧量=實測的氧氣釋放量＋呼吸作用耗氧量 光合作用實際二氧化碳釋放量=實測的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳釋放量 光合作用葡萄糖凈生產(chǎn)量=光合作用實際葡萄糖生產(chǎn)量－呼吸作用葡萄糖消耗量 4.化能合成作用 自然界中有少數(shù)種類的細菌，雖然細胞內(nèi)沒有葉綠素，不能進行光合作用，但是能夠利用體外環(huán)境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用，叫做化能合成作用，這些細菌屬于化能自養(yǎng)型生物，它們以化學能為能源，以CO2為碳源。主要的代表有以下幾種： （1）硝化細菌 硝化細菌能將土壤中的氨（NH3）氧化，從中獲得能量而把CO2和H2O合成糖類，這些糖類可供硝化細菌維持自身的生命活動。其過程可以用下列反應式表示： 上面的前兩個反應是說明NH3和HNO2的氧化和釋放能量的過程；最后一個反應是說明硝化細菌利用前面的兩個反應所釋放的能量，把從外界吸收的CO2和H2O合成葡萄糖的過程。硝化細菌的化能合成作用對于自然界的氮循環(huán)具有重要意義，因為它把環(huán)境中不能被植物體吸收利用的NH3變成了硝酸鹽（NO－3），從而被植物吸收利用。 （2）硫細菌 這些細菌能夠氧化硫化氫，并且把硫積累在體內(nèi)。如果環(huán)境中缺乏硫化氫，這類細菌就把體內(nèi)的硫氧化成硫酸。這一過程的化學反應式如下： H2S＋O2H2O＋2S＋能量 2H2O＋2S＋3O22H2SO4＋能量 硫細菌就是利用上述反應中釋放的能量來合成有機物的。 （3）鐵細菌 鐵細菌就是能夠氧化硫酸亞鐵的一類細菌，這一過程的化學反應式如下： 4FeSO4＋2H2SO4＋O22Fe2（SO4）3＋2H2O＋能量 硫細菌就是利用上述反應中釋放的能量來合成有機物的。 ●板書設計 第二課時 光合作用的過程和化能合成作用 二、光合作用的原理和應用 （一）光合作用的過程 1.過程 2.實質(zhì) 3.總反應式 4.影響光合作用的外界因素 （二）化能合成作用 ●習題詳解 見第三課時相應內(nèi)容 ●備課資料 見第三課時相應內(nèi)容