5.4.光合作用的原理和應用(第2課時)-上學期生物人教版必修一

第4節(jié)

光合作用與能量轉化第5章細胞的能量供應和利用第2課時光合作用的原理和應用綠葉中色素的種類和功能2.色素的吸收光譜：葉綠素主要吸收

.類胡蘿卜素主要吸收

.藍紫光和紅光藍紫光對其他波段吸收量較少吸收最少的是綠光不吸收紅、橙、黃光葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜類囊體色素酶溫故知新

在葉綠體內部類囊體的膜表面上，分布著許多吸收光能的色素分子，在類囊體薄膜上和葉綠體基質中，還有許多進行光合作用所必需的酶。葉綠體是綠色植物進行光合作用的細胞器?！舅伎肌び懻摗刻骄咳~綠體的功能(P100)恩格爾曼的實驗一恩格爾曼的實驗二討論：1.恩格爾曼第一個實驗的結論是什么？2.恩格爾曼在選材、實驗設計上有何巧妙之處？3.在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？閱讀恩格爾曼的兩個實驗過程與現(xiàn)象，討論完成討論題1—3：2min【思考·討論】探究葉綠體的功能(P100)需氧細菌集中分布在葉綠體被光束照射到的部位需氧細菌分布在葉綠體所有受光部位恩格爾曼的實驗一葉綠體能吸收光能用于光合作用釋放氧氣2.恩格爾曼在選材、實驗設計上有何巧妙之處？設計： 選材：水綿：葉綠體螺旋帶狀，易觀察

好氧細菌：可確定氧氣產生部位無空氣的黑暗環(huán)境：排除O2和光的干擾對照設置：討論：1.恩格爾曼第一個實驗的結論是什么？極細的光束：有光與無光對照暴露陽光下：局部有光與完全曝光對照恩格爾曼的實驗二用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發(fā)現(xiàn)大量的需氧型細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域討論：3.為何細菌集中在紅光和藍紫光區(qū)域？光合色素主要吸收紅光和藍紫光在此波長照射下，葉綠體會釋放氧氣多4.綜上所述，你認為葉綠體有何功能？捕獲光能、進行光合作用物質和結構基礎：類囊體薄膜上——色素分子類囊體膜和葉綠體基質——光合酶【思考·討論】探究葉綠體的功能(P100)光合作用1.概念：光合作用使指綠色植物通過

，利用

，把

，轉化成儲存著能量的

，并釋放出

的過程葉綠體光能CO2和H20有機物O2物質變化：能量變化：無機物→有機物光能→有機物的化學能實質：合成有機物，儲存能量2.反應式：CO2+H2O（CH2O)+O2光能葉綠體

自主閱讀：閱讀課本P102思考.討論，完成資料后的4個討論：1、希爾的實驗是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？為什么？2、希爾的實驗能否說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學反應？為什么？3、分析魯賓和卡門做的實驗，你能得出什么結論？4、嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系探究光合作用原理的部分實驗探究光合作用原理的部分實驗1、19世紀末（甲醛→糖）CO2O2C+H2O甲醛(CH2O)2、1928年，科學家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用

甲醛不能通過光合作用轉化成糖→初步判斷：O2中的O來自CO2的可能性較小，較可能來源于H2O探究光合作用原理的部分實驗3、希爾反應2H+1/2O2↑討論1：希爾反應是否說明植物光合作用產生的O2中的O全部都來自H2O？為什么？不能,該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也沒有直接觀察到氧元素轉移。：離體葉綠體在適當條件下發(fā)生水的光解，產生O2的化學反應討論2：希爾的實驗能否說明水的光解與糖類的合成不是同一個化學反應？能

因為懸浮液中沒有合成糖類的必需原料——CO2，說明未進行糖類合成探究光合作用原理的部分實驗4、魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源。CO2H218O光照射下的小球藻懸液C18O2H2O18O2O2討論3：分析魯賓和卡門做的實驗得出什么結論？光合作用釋放的O2中的氧元素全部來源于H2O，而并不來源于CO2探究光合作用原理的部分實驗5、

阿爾農發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP

且這一過程總是與水的光解相伴隨討論4：嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應的關系H2OO2+NADPH

+能量光照葉綠體ADP+PiATP19世紀末甲醛→糖1928年甲醛對植物有毒不能通過光合作用轉化成糖1937年希爾反應水的光解產生氧氣1941年魯賓和卡門同位素標記法光合作用氧氣來自于水1954年阿爾農光照下葉綠體合成ATP該過程總與水的光解相伴1

光合作用的過程光合作用過程復雜，包括一系列化學反應。依據(jù)是否需要光能分為：光反應階段暗反應階段光合作用第一個階段必須有光才能進行光合作用第二個階段，又稱“碳反應階段”有無光都能進行O2光合作用的過程——光反應結合圖5—15，3min閱讀P103光反應過程，在課本找到答案并標注：1.光反應的場所是什么？2.進行光反應需要什么條件？3.光反應過程中有什么物質變化?（請用方程式的方式表示）4.光反應過程中有什么能量變化？5.嘗試完成右圖6.光反應的各種產物有何去向？光能葉綠體中的色素H2O水在光下分解ADP+PiATPNADP+NADPHH+酶酶O2H+CO2是如何轉變?yōu)樘穷惖哪兀靠栁牡扔眯∏蛟遄鲈囼炑芯浚?/p>

用14C標記的14CO2，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)（暗反應階段）在1961年獲得諾貝爾化學獎（放射性）同位素標記法現(xiàn)象1：

向反應體系中充入一定量的14CO2，光照30秒后檢測產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物，有三碳化合物（C3）、五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)試分析卡爾文實驗現(xiàn)象思考1：該實驗現(xiàn)象可說明什么？CO2中的C會轉移到C3、C5和C6中思考2：如何確定CO2中的C先轉移到C3、C5和C6中的哪個化合物呢？縮短反應時間現(xiàn)象2：

反應進行到5秒光照時，卡爾文等檢測到同時含有放射性的五碳化合物（C5）和六碳糖(C6)試分析卡爾文實驗現(xiàn)象思考3：結合上述現(xiàn)象大致描述CO2轉化成有機物過程中，C的轉移途徑現(xiàn)象3：

縮短光照時間到幾分之一秒時，90%以上的放射性14C集中在一種三碳化合物（C3）CO2C3(CH2O)C5結合圖5—15，3min閱讀P104暗反應過程，在課本找到答案并標注：1.暗反應的場所是什么？2.進行暗反應需要什么條件？3.暗反應過程中有什么物質變化?（請用方程式的方式表示）4.暗反應過程中有什么能量變化？5.嘗試完成右圖6.暗反應的各種產物有何去向？2C3CO2固定C5多種酶參加催化(CH2O)還

原ADP+PiATP供能（氣孔）NADP+NADPH供氫、供能光合作用的過程——暗反應光反應碳反應條件場所物質變化能量變化必須有光有光或無光均可葉綠體類囊體膜葉綠體基質水光解為O2和H+,ATP和NADPH的合成CO2的固定，C3的還原，ATP和NADPH的分解光能轉變?yōu)锳TP和NADPH中的化學能ATP和NADPH中的化學能轉變?yōu)橛袡C物中穩(wěn)定的化學能光反應生成的NADPH和ATP供暗反應C3的還原，暗反應為光反應提供了ADP、Pi和NADP+。物質聯(lián)系：光反應和暗反應的區(qū)別和聯(lián)系能量聯(lián)系：光反應為暗反應提供了活躍的化學能，暗反應將活躍的化學能轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能。下圖是光合作用過程圖解，A—J表示物質，H、I表示生理過程請分析后回答下列問題：①圖中A是______,B是_______,它來自于______的分解。②圖中C是____

，它被傳遞到葉綠體的_____，用于_________

。③圖中D是____，在葉綠體中合成D所需的能量來自______。④圖中G__________,F是____________,J是________。⑤圖中的H表示_______，I表示________，H為I提供__________。Ｏ2水NADPH基質還原C3，作還原劑并提供能量ATP光能光反應DNAPH和ATP色素C5化合物C3化合物糖類暗反應練一練C3、C5、ATP、NADPH含量變化條件停止光照、CO2供應不變突然光照、CO2供應不變光照不變、停止CO2供應光照不變、增加CO2供應C3C5ATPNADPH增加減少減少增加減少增加增加減少減少增加增加減少減少增加增加減少自變量光照強弱因變量光合作用強度無關變量要求相同且適宜檢測方法相同時間小圓形葉片浮起的數(shù)量控制方法不同瓦數(shù)的燈或相同瓦數(shù)臺燈離實驗裝置的距離溫度等用中間的盛水玻璃柱吸收熱量排除干擾探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響二、方法步驟：1.打孔：用直徑為0.6cm的打孔器打出圓形小葉片30片探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響2.將圓形小葉片置于注射器內，使葉片內氣體逸出探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響3.將處理過圓形小葉片放入清水中，黑暗保存，

小圓形葉片全部沉到水底探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響4.取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水（1%~2%的NaHCO3溶液）探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響5.分組實驗：分別將10片葉圓片投入3只盛20mLNaHCO3的小燒杯中

并調整40W臺燈距離（10、20、30CM）【LED燈作為光源（冷光源，排除溫度干擾），分別用不同光照強度（調節(jié)光源與燒杯的距離）去照射葉片?！?觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數(shù)量?；蛏细∠嗤瑪?shù)量的小圓形葉片各實驗裝置所用時間。探究環(huán)境因素對光合作用強度的影響

項目燒杯小圓形葉片加富含CO2的清水光照強度葉片浮起數(shù)量110片20mL強多210片20mL中中310片20mL弱少6.觀察并記錄結果三、實驗結論在一定范圍內，隨著光照強度不斷增強，光合作用強度也不斷增強。探究光照強弱對光合作用強度的影響任務二：討論1.如何使小圓葉片內的氣體逸出?將小圓形葉片放入注射器中，并讓注射器吸入清水，排出注射器內殘留的空氣。用手堵住注射器前端的小孔，并緩緩拉動活塞2.將內部氣體逸出的小圓形葉片放入黑暗處清水中，將會發(fā)生什么變化？

因細胞間隙充滿水而沉到水底3.如何增加清水中的CO2含量？

吹氣，或用質量分數(shù)為1%--2%的NaHCO3溶液探究影響光合作用強度的因素CO2濃度水分光光質光照強度光照時間光照面積酶色素溫度礦質元素氣孔開閉情況1.間作套種2.通過輪作,延長光合作用時間3.通過合理密植,增加光合作用面積4.溫室大棚,使用無色透明玻璃5.防止營養(yǎng)生長過強,導致葉面互相遮擋,呼吸強于光合,影響生殖生長應用：一、概念檢測1.√ ×× 2.D3.提示:按照教材第103頁圖5-14解答。二、拓展應用1.（1）光照強度逐漸增大

（2）此時溫度很高，導致氣孔大量關閉，CO2無法進入葉片組織，致使光合作用暗反應受到限制

（3）光照強度不斷減弱

（4）光照強度、溫度

（5）根據(jù)本題信息，可以利用溫室大棚控制光照強度、溫度的方式，如補光、遮陰、生爐子、噴淋降溫等，提高綠色植物光合作用強度。課后練習答案2.提示:植物的生活需要水無機鹽、陽光、適宜的溫度、空氣(含有二氧化碳),從給出的信息可以看出,植物生長的基本條件都是滿足的,因此,只要沒有病蟲害等不利因素,這株植物(幼苗)就能夠生存一段時間但究竟能夠生存多長時間,涉及的問題很多。潮濕的土壤含有水分,植物根系吸收水分后,大部分可通過蒸騰作用散失到空氣中,由于瓶是密閉的,散失到空氣中的水分能夠凝結,回歸土壤供植物體循環(huán)利用。但是,隨著植株的生長,越來越多的水分通過光合作用成為有機物的組成部分,盡管有機物能夠通過呼吸作用釋放出二氧化碳和水(這些水既