第4節(jié)能量之源教案

1、第4節(jié) 能量之源-光與光合作用1、概念：光合作用：綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物,并釋放出氧氣過程。2、實(shí)驗(yàn)：綠葉中色素的提取和分離、原理：(1)葉綠體中的色素能溶解在有機(jī)溶劑無水乙醇（或丙酮）中，所以用無水乙醇可提取葉綠體中的色素。(2)不同的色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的色素分子隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散得快，溶解度低的色素分子隨層析液在濾紙條上擴(kuò)散得慢，因而可用層析液將不同色素分離。、實(shí)驗(yàn)操作流程及結(jié)論：、綠葉中色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)分析：、實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)及操作目的過程注意事項(xiàng)操作目的提取色素(1)選新鮮綠色的葉片使濾液中色素含量高(2)研

2、磨時(shí)加無水乙醇溶解色素(3)加少量SiO2和CaCO3研磨充分和保護(hù)色素(4)迅速、充分研磨防止乙醇揮發(fā)，充分溶解色素(5)盛放濾液的試管管口加棉塞防止乙醇揮發(fā)和色素氧化分離色素(1)濾紙預(yù)先干燥處理使層析液在濾紙上快速擴(kuò)散(2)濾液細(xì)線要直、細(xì)、勻使分離出的色素帶平整不重疊(3)濾液細(xì)線干燥后再畫兩次使分離出的色素帶清晰分明(4)濾液細(xì)線不觸及層析液防止色素直接溶解到層析液中、問題歸納：A、過濾色素提取液時(shí)為什么不用濾紙？因?yàn)闉V紙對色素有吸附作用，應(yīng)用單層尼龍布過濾。B、制備的濾紙條為什么要剪去兩角？防止層析液（色素）在濾紙條的兩側(cè)擴(kuò)散速度過快，剪去兩角后可使層析出的色素帶呈直帶狀，實(shí)驗(yàn)效果

3、好。C、畫濾液細(xì)線時(shí)為什么要重復(fù)畫23次？增加濾液細(xì)線上的色素量，是層析出的各條色素帶顏色深，實(shí)驗(yàn)效果更加明顯。D、層析時(shí)為什么要用棉塞塞緊試管口？防止層析液揮發(fā)，毒害實(shí)驗(yàn)者使試管內(nèi)層析液蒸汽達(dá)到飽和，利于層析實(shí)驗(yàn)拓展應(yīng)用A、利用色素等能溶解在有機(jī)溶劑中的特點(diǎn)可以解決以下問題： 利用無水乙醇或汽油洗去衣物上被綠葉污染的斑點(diǎn)和油污；利用有機(jī)溶劑提取花生等油料作物中的脂肪。B、將長形濾紙條換成圓形濾紙觀察層析實(shí)驗(yàn)結(jié)果C、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究用其他有機(jī)溶劑提取綠葉中的色素效果是否比無水乙醇好不同顏色溫室大棚的光合效率無色透明大棚日光中各色光均能透過，有色大棚主要透過同色光，其他光被其吸收，所以用無色透明的大

4、棚光合效率最高;葉綠素對綠光吸收最少，因此綠色塑料大棚光合效率最低。色素與吸收的光譜圖示僅表明葉綠素對紅光和藍(lán)紫光的吸收量較大，對黃綠光區(qū)的吸收量較少，并非不吸收；而類胡蘿卜素的曲線也僅表示對藍(lán)紫光的吸收量較大，對其他光吸收量較少。3、葉綠體結(jié)構(gòu)示意圖4、捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)提示 (1)葉綠體和液泡中都有色素，但只有葉綠體中的色素參與光能的捕獲。(2)葉綠體中的色素只存在于光反應(yīng)部位葉綠體類囊體的薄膜上，與光合作用有關(guān)的酶存在于兩個(gè)部位葉綠體類囊體的薄膜上和基質(zhì)中。知識拓展：植物葉中色素的化學(xué)性質(zhì)與葉色的關(guān)系色素種類葉綠素a葉綠素b胡蘿卜素葉黃素分子式C55H72O5N4MgC55H70O6N

5、4MgC40H56C40H56O2化學(xué)性質(zhì)四種色素都不溶于水，而溶于酒精、丙酮，石油醚等有機(jī)溶劑中葉綠素的化學(xué)性質(zhì)沒有類胡蘿卜素穩(wěn)定，葉綠素的合成易受光照、溫度和Mg的影響，這些條件對類胡蘿卜素影響小植物葉色正常綠色正常葉子的葉綠素和類胡蘿卜素的分子比例為3：1，所以正常葉片總是呈現(xiàn)綠色葉色變黃寒冷時(shí)，葉綠素分子易被破壞，類胡蘿卜素較穩(wěn)定，顯示出類胡蘿卜素的顏色，葉子變黃葉色變紅秋天降溫時(shí)，植物體為適應(yīng)寒冷，體內(nèi)積累了較多的可溶性糖，有利于形成紅色的花青素，而葉綠素因寒冷逐漸降解，葉子呈現(xiàn)紅色5、光合作用的探究歷程：、2000多年前 亞里士多德 認(rèn)為“植物是由土壤汁構(gòu)成”，即植物生長所需物質(zhì)全

6、部來自土壤。、 結(jié)論：植物更新空氣缺點(diǎn)：缺乏對照組(記錄時(shí)漏掉了實(shí)驗(yàn)在陽光下進(jìn)行這一重要條件，后來英格豪斯為其糾正)、1864年薩克斯實(shí)驗(yàn)提前暗處理消耗掉葉片中原有的淀粉，避免干擾 、1880年恩格爾曼實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)組：極細(xì)光束照射處的葉綠體對照組：黑暗處的葉綠體和完全曝光的葉綠體恩格爾曼實(shí)驗(yàn)方法的巧妙之處：(1)實(shí)驗(yàn)材料選得妙：用水綿作為實(shí)驗(yàn)材料。水綿不僅具有細(xì)而長的帶狀葉綠體，而且葉綠體螺旋狀地分布在細(xì)胞中，便于觀察和分析研究。(2)排除干擾的方法妙：實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵之一在于控制無關(guān)變量和減少額外變量，恩格爾曼將臨時(shí)裝片放在黑暗并且沒有空氣的環(huán)境中，排除了環(huán)境中光線和氧的影響，從而確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘?/p>

7、進(jìn)行。(3)觀測指標(biāo)設(shè)計(jì)得妙：通過好氧細(xì)菌的分布進(jìn)行檢測，從而能夠準(zhǔn)確地判斷出水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。(4)實(shí)驗(yàn)對照設(shè)計(jì)得妙：進(jìn)行黑暗(局部光照)和曝光的對比實(shí)驗(yàn)，從而明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是由光照引起的。、20世紀(jì)30年代魯賓、卡門實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記示蹤法同位素標(biāo)記法：放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。用放射性同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會改變?？茖W(xué)家通過追蹤放射性同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程。這種方法叫做同位素標(biāo)記法。提醒：在光合作用的發(fā)現(xiàn)中，大多數(shù)科學(xué)家們利用對照實(shí)驗(yàn)，使結(jié)果和結(jié)論更科學(xué)、準(zhǔn)確。(1) 普里斯特利：缺少空白對照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說服力不強(qiáng)。(2) 薩

8、克斯：自身對照，自變量為光照(一半曝光與另一半遮光)，因變量為顏色變化。(3) 恩格爾曼：自身對照，自變量為光照(照光處與不照光處；黑暗與完全曝光)，因變量為好氧菌的分布。(4) 魯賓和卡門：相互對照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(H218O與C18O2)，因變量為O2的放射性。、20世紀(jì)40年代卡爾文實(shí)驗(yàn)6、光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較：過 程光反應(yīng)暗反應(yīng)圖解條 件必須在光下有光、無光都可以場 所葉綠體類囊體薄膜葉綠體基質(zhì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化水的光解2H2O4HO2ATP的合成：ADPPiATP能量轉(zhuǎn)化光能活躍的化學(xué)能有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能聯(lián)系光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H、ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP和Pi，如圖：7、葉綠體的功

9、能：酶光合作用的總反應(yīng)式： 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6H2O + 6O2 8、光反應(yīng)和暗反應(yīng)的聯(lián)系：光反應(yīng)階段與暗反應(yīng)階段既有區(qū)別又緊密聯(lián)系，是缺一不可的整體，光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供H和ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP+Pi，沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行，沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成。9、影響光合作用的外界因素：、光照強(qiáng)度：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合速率隨光強(qiáng)增強(qiáng)而加快，超過光飽合點(diǎn)，光合速率反而會下降。、溫度：溫度可影響酶的活性。光合作用只能在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，在最適溫度時(shí)，光合作用速率最快，高于或低于最適溫度，光合作用速率下降。、CO2濃度：在一定濃度范圍內(nèi)，光合速率隨C

10、O2濃度增加而加快，達(dá)到一定程度后，光合速率維持在一定的水平，不再增加。、必需礦質(zhì)元素和水 、光照面積10、光合作用與細(xì)胞呼吸的相關(guān)測定（1）光合作用速率表示方法：通常以一定時(shí)間內(nèi)CO2等原料的消耗或O2、（CH2O）等產(chǎn)物的生成數(shù)量來表示。但由于測量時(shí)的實(shí)際情況，光合作用速率又分為表觀光合速率和真正光合速率。（2）在有光條件下，植物同時(shí)進(jìn)行光合作用和細(xì)胞呼吸,實(shí)驗(yàn)容器中O2增加量、CO2減少量或有機(jī)物的增加量,稱為表觀光合速率，而植物真正光合速率=表觀光合速率+呼吸速率。如右圖所示。 （3）呼吸速率：將植物置于黑暗中，實(shí)驗(yàn)容器中CO2 增加量、O2減少量或有機(jī)物減少量都可表示呼吸速率。（4）

11、一晝夜有機(jī)物的積累量（用CO2量表示）可用下式表示:積累量=白天從外界吸收的CO2量-晚上呼吸釋放的CO2量。11、凈(表觀)光合速率與實(shí)際(總)光合速率細(xì)胞微觀水平分析圖1 1個(gè)植物細(xì)胞 圖2 置于小室中的植株注m表示CO2n表示O2圖3植物細(xì)胞氣體代謝狀況(1)呼吸速率a用產(chǎn)物CO2表示：m1即線粒體釋放CO2量或“黑暗”條件下細(xì)胞或植物體釋放CO2量(如圖3中)。b用底物O2表示：n1即線粒體吸收O2總量或“黑暗”條件下細(xì)胞或植物體從外界吸收的O2量。(2)總光合速率a用CO2表示：m1m2即“葉綠體”利用CO2或固定CO2總量(此為呼吸量與凈光合量之和)。b用O2表示：n1n2即葉綠體

12、產(chǎn)生或釋放O2總量(此為呼吸耗O2量與凈光合量之和)。(3)凈光合速率(v凈v總v呼)a可用底物CO2表示：m2即植物或細(xì)胞從外界吸收的CO2量。b可用產(chǎn)物O2表示：n2即植物或細(xì)胞向外界釋放的O2量。其中圖3中、v凈<0；v凈0；v凈>0只有在此狀態(tài)下植株才能生長。(4)相關(guān)曲線分析(5)在相對密閉的環(huán)境中，一晝夜CO2含量的變化曲線圖(1)如果N點(diǎn)低于M點(diǎn)，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量增加(即植物生長)；(2)如果N點(diǎn)高于M點(diǎn)，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量減少；(3)如果N點(diǎn)等于M點(diǎn)，說明經(jīng)過一晝夜，植物體內(nèi)的有機(jī)物總量不變；(4)CO2含量最高點(diǎn)為c點(diǎn)，CO2

13、含量最低點(diǎn)為e點(diǎn)。12、探究光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系、實(shí)驗(yàn)裝置、 實(shí)驗(yàn)原理：因呼吸作用類型不同，瓶內(nèi)氣壓增大、減小或不變，可通過液滴的右移、左移或不動來呈現(xiàn)；也可根據(jù)光照強(qiáng)度不同，通過光合作用與呼吸作用的大小導(dǎo)致瓶內(nèi)氣壓變化而引起液滴位置的變化來呈現(xiàn)。、 裝置比較單一變量的控制及作用裝置1裝置2裝置3材料發(fā)芽種子發(fā)芽種子煮熟的種子試劑20%NaOH溶液5 mL蒸餾水5 mL蒸餾水5 mL導(dǎo)致瓶內(nèi)氣壓變化的氣體O2(因CO2被吸收) (呼吸引起)CO2O2(差值) (呼吸引起)CO2O2(差值)(環(huán)境引起)作用物理誤差的校正對照(裝置1和2)等量NaOH溶液和蒸餾水單一變量控制對照(裝置2和3)

14、等量發(fā)芽的種子和煮熟的種子單一變量控制、 探究細(xì)胞呼吸狀況的實(shí)驗(yàn)裝置及結(jié)果分析(1)欲測定與確認(rèn)某生物的呼吸類型，應(yīng)設(shè)置兩套呼吸裝置，即裝置1和裝置2。(2)結(jié)果與分析若裝置1液滴左移，裝置2液滴不動，則表明所測生物只進(jìn)行有氧呼吸(因有氧呼吸產(chǎn)CO2量與耗O2量相等)。若裝置1液滴不動，裝置2液滴右移，則表明所測生物只進(jìn)行無氧呼吸(因無氧呼吸只產(chǎn)CO2，不耗O2)。若裝置1液滴左移，裝置2液滴右移，則表明該生物既進(jìn)行有氧呼吸，又進(jìn)行無氧呼吸。裝置1與裝置2液滴均左移，則呼吸過程中O2吸收量大于CO2釋放量，呼吸底物中可能有脂質(zhì)參與。(與糖類相比，脂肪C、H比例高，O的比例低，故氧化分解時(shí)釋放相

15、同CO2時(shí)，脂肪消耗的O2多，故CO2/O2<1，而葡萄糖只進(jìn)行有氧呼吸時(shí)，CO2/O21；若有氧和無氧呼吸同時(shí)進(jìn)行，則CO2/O2>1。)a為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確，排除實(shí)驗(yàn)誤差還應(yīng)設(shè)置裝置3，以便校正。b進(jìn)行結(jié)果與結(jié)論的描述時(shí)應(yīng)“先結(jié)果后結(jié)論”，而不是“先結(jié)論后結(jié)果”，如上。、 若將裝置1改為探究光合作用和呼吸作用與光照強(qiáng)度的關(guān)系，則：(1)裝置需改動的地方有三處將“發(fā)芽種子”換成“能進(jìn)行光合作用的材料”。將“NaOH溶液”換成“Na2CO3/NaHCO3緩沖液”，保證CO2的相對穩(wěn)定。置于不同的光照強(qiáng)度下，觀察液滴移動。(2)結(jié)果分析：若紅色液滴右移，說明光照較強(qiáng)，光合作用大于細(xì)胞呼

16、吸作用，釋放O2使瓶內(nèi)氣壓增大；若紅色液滴左移，說明光照較弱，細(xì)胞呼吸作用大于光合作用，吸收O2使瓶內(nèi)氣壓減?。蝗艏t色液滴不動，說明在此光照強(qiáng)度下光合作用等于細(xì)胞呼吸作用，釋放的O2量等于吸收的O2量，瓶內(nèi)氣壓不變。13、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及溫室中提高農(nóng)作物產(chǎn)量的方法：、適當(dāng)提高光照強(qiáng)度。、延長光合作用的時(shí)間。、增加光合作用的面積-合理密植，間作套種。、溫室大棚用無色透明玻璃。、溫室栽培植物時(shí)，白天適當(dāng)提高溫度，晚上適當(dāng)降溫。、溫室栽培多施有機(jī)肥或放置干冰，提高二氧化碳濃度。例如：農(nóng)業(yè)上采用套種、合理密植等措施使農(nóng)作物充分吸收陽光以達(dá)到增產(chǎn)的目的；利用大棚適當(dāng)延長光照時(shí)間、提高CO2濃度和溫度，提高光合作用的效率。14、化能合成作用、概念：生物體利用體外環(huán)境中的某無機(jī)物氧化時(shí)釋放的能量來制造有機(jī)物、舉例：硝化細(xì)菌、硫細(xì)菌、鐵細(xì)菌等、土壤中的硝化細(xì)菌的化能合成作用 硝化細(xì)菌2N