《5.4光合作用与能量转化》教学设计、教案、导学案、同步练习.docx
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1、5.4 光合作用与能量转化教学设计【教学目标】1学问目标:(1) 说出绿叶中色素的种类和作用(2) 说出叶绿体的构造和功能(3) 光反响和暗反响的过程(4) 影响光合作用强度的环境因素(5) 光合作用原理的应用 2力气目标:进展试验和探究,学会提取、分别绿叶中的色素3情感目标:探究细胞光合作用在生产、生活实践中的应用【教学重点】 1绿叶中色素的种类和作用2. 光合作用的觉察及争论历史3. 光合作用的光反响、暗反响过程及相互关系4. 影响光合作用强度的环境因素【教学难点】 1光反响和暗反响的过程2探究影响光合作用强度的环境因素【教学方法】讲授与学生争论相结合、问题引导法、归纳【教学过程】第一课时
2、 捕获光能的色素和构造思考:1通常应当把花盆摆在向阳面还是背阴面,为什么?向阳面。让植物多承受光照,由于植物需要进展光合作用。 2有些植物工厂内悬挂发红色或蓝色光的灯管,并且在白天也开灯。(1) 用这种方法有什么好处?这样做对光合作用有影响吗?用这种方法可以提高光合作用的强度,由于叶绿素吸取最多的是光谱中的蓝紫光和红光。不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响。由于叶绿素对绿光吸取最少,所以不使用绿光作补充光源。一捕获光能的色素和构造我们在初中就已经知道植物能进展光合作用,是由于其细胞中含有一些能吸取光能的色素,植物幼苗假设缺乏色素,往往会呈现黄白色,这就是我们通常所说的“白化苗”。思考:“白化
3、苗”能持续正常地生长吗?不能,由于不能进展光合作用,待种子中储存的养分耗尽就会死亡。可见植物的生活确实需要色素,依靠色素来吸取光能进展光合作用。我们先来学习“捕获光能的色素”这一内容。1捕获光能的色素那么植物细胞一般含有哪些捕获光能的色素呢?它们分别又是什么颜色的? 以及各种色素在绿叶中的含量是否一样呢?带着这些问题我们一起来看绿叶中色素的提取与分别试验。试验原理:1无水乙醇提取绿叶中的色素(2) 分别:不同色素在层析液中的溶解度不同目的要求:绿叶中色素的提取和分别及色素的种类材料用具:颖的绿叶、定性滤纸等、无水乙醇等方法步骤:(1) 提取绿叶中的色素称取 5g 左右的绿叶,洗净,去除粗叶脉,
4、剪碎,放入研钵中。向研钵中放入少许的二氧化硅和碳酸钙、10ml 无水乙醇,进展快速、充分地研磨。参与二氧化硅、碳酸钙的作用是什么?二氧化硅帮助充分磨碎叶片,液泡中含有酸性物质,碳酸钙中和酸性物质, 防止色素被酸性物质破坏。问:研磨时为什么要快速而充分? 答:防止无水乙醇的挥发将研磨液快速倒入玻璃漏斗进展过滤,将滤液收集到试管,准时用棉塞将试管塞严。(2) 制备滤纸条将枯燥的定性滤纸剪成长与宽略小于试管长与宽的滤纸条,将滤纸条一端剪去两角,并在距这一端 1cm 处用铅笔画一条细的横线。(3) 画滤液细线用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔线均匀地画出一条细线。待滤液干后,再画一两次。画的细而直:为防止
5、色素带重叠而影响分别效果。画两三次:是为积存更多的色素,使分别后的色素带明显。(4) 分别绿叶中的色素将 3ml 层析液倒入试管中,将滤纸条有滤液细线的一端朝下轻轻插入层析液中,就不会在滤纸上集中开来,试验就会失败。为什么要用棉塞塞住试管口?防止层析液中成分挥发,要留意本试验应在通风条件下进展,试验完毕时准时用肥皂洗手。由于层析液中一些挥发性物质具有毒性。(5) 观看和记录观看滤纸条上有几条不同颜色的色带?其排序怎样?胡萝卜素橙黄色叶黄素黄色叶绿素a蓝绿色叶绿素 b黄绿色宽窄如何?说明白什么?叶绿素 a 色素带最宽,胡萝卜素色素带最窄。说明绿叶中四种色素的含量不同,叶绿素 a 最多,胡萝卜素最
6、少。那么,这 4 种色素主要吸取哪些波长的光呢?我们来看看课本 99 页的图 5-12,叶绿素和类胡萝卜素的吸取光谱。可以看到叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸取蓝紫光和红光,胡萝卜素和叶黄素主要吸取蓝紫光。练习: 1在叶绿体色素的提取和分别试验中,收集到的滤液绿色过浅,其缘由可能是(D)未加石英砂,研磨不充分一次参与大量的无水酒精提取分次参与少量无水酒精提取使用放置数天的菠菜叶AB C D某同学在做完“叶绿体中色素的提取与分别试验”后画出了四种色素在滤纸条上分布的模式图,以此主要表示色素的含量及间隔距离的大小,其中比较能显示真实状况的是(A)3关于高等植物细胞内的色素的表达中,错误的选项是(B
7、) A植物细胞内的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素 B全部植物细胞中都只有四种色素 C叶绿素和类胡萝卜素都可以吸取和传递光能 D有的植物细胞的液泡中也含有确定的色素问:现在我们已经知道绿叶中含有 4 种色素,那么这些色素分布在细胞中的哪些部位呢?答:直到 1865 年,德国植物学家萨克斯争论叶绿素在光合作用的功能时, 觉察叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中,而是集中在一个更小的构造里, 后来人们称之为叶绿体。2叶绿体的构造问:现在,大家认真观看叶绿体的立体构造示意图,说说它是由哪些构造组成?答:它包括外膜、内膜、基粒和基质 4 个局部。叶绿体的外表有双层膜,双层膜是一种透亮膜,膜是透亮的,有什
8、么好处? 有利于光线的透过且被色素吸取。叶绿体内部有很多基粒,基粒与基粒之间布满基质。每个基粒都是由一个圆饼状的囊状构造堆叠而成,这些囊状构造称为囊状体。吸取光能的四种色素,就分布在类囊体的薄膜上。每个基粒都含有 2 个以上的类囊体,多者可达 100 个以上。据计算,1g 菠菜叶片中类囊体的总面积竟达 60 平方米左右。问:同学们思考一下,叶绿体内有如此多的基粒和类囊体,有什么用? 答:极大地扩展了受光的面积。问:叶绿体的作用仅仅是吸取光能吗?答:1880 年,美国科学家恩格尔曼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中,然后用极细的光束照耀水绵。他觉察细菌只向叶绿体被光束照耀到的
9、部位几种;假设临时装片暴露在光下,细菌则分布在叶绿体全部受光的部位。用透过三棱镜的光照耀水绵临时装片,觉察大量的需氧细菌聚拢在红光和蓝紫光区域。(1) 恩格尔曼试验的结论是什么?氧是由叶绿体释放出来的,叶绿体是光合作用的场所。叶绿体中的色素主要通过吸取红光和蓝紫光来进展光合作用(2) 恩格尔曼的试验方法有什么奇异之处?试验材料选择水绵和好氧细菌。水绵的优点是叶绿体呈螺旋式带状,便于观看;好氧细菌的优点是可确定释放氧气多的部位。没有空气的黑暗环境排解了氧气和光干扰。用极细的光束照耀,叶绿体上可分为光照多和光照少的部位,相当于一组比照试验。临时装片暴露在光下的试验再一次验证明验结果。【板书设计】能
10、量之源光与光合作用捕获光能的色素和构造1捕获光能的色素2捕获光能的构造叶绿体(1) 分布:主要在绿色植物的叶肉细胞(2) 形态:一般呈扁平的椭球形或球形功能:光合作用的场所其次课时 光合作用的原理和应用【教学过程】一、光合作用的反响简式反响式:CO +H O 光能 CH O+O22叶绿体22假设要表示光合作用过程各元素的来源和去向,可用下式表示1. 光合作用的过程光反响与暗反响是怎样划分的?依据反响是否需要光能光反响与暗反响的比较与联系?(1) 光反响阶段光能吸取和转化叶绿体中的 4 种色素的功能不完全一样。绝大多数的叶绿体色素的功能是吸取太阳光能,这类色素又称为聚光色素。大多数叶绿素a 和全
11、部的叶绿素 b、胡萝卜素、叶黄素,都属于这类色素。另外,少数特别状态的叶绿素a 不仅能吸取光能,还能承受其他色素传递来的光能,通过一系列简洁过程,将光能转换成电能,这类色素又称为反响中心色素。能量在色素之间的传递效率很高,类胡萝卜素所吸取的光能传递给叶绿素 a 的效率可达 90%,叶绿素 b 吸取的光能传递给叶绿素 a 的效率接近 100%,这样聚光色素就像透镜把光束集中到焦点一样,把大量的光能吸取、聚拢,并快速传递给反响中心色素,然后转换成电能。水的分解叶绿体中的色素吸取太阳光能,一方面将水分解成氢H和氧O 氧直2接以分子形式从叶气孔逸出,而H则与 NADP+辅酶结合,形成 NADPH复原型
12、辅酶,进入叶绿体基质中,作为复原剂参与暗反响。另一方面在有关酶和反响中心色素的作用下,光能进一步转化成活泼的化学能,临时储存在 ATP 和 NADPH 中,为暗反响供给能量。光H O 2H+2e+O22酶NADP+2e+H+ NADPHADP+Pi+能量 酶ATP(2) 暗反响阶段CO2的固定:植物通过叶片的气孔从外界吸取来的 CO2C 结合形成三碳化合物。5先与植物体内的一种五碳化合物CO2+C5 酶2C3三碳化合物的复原:三碳化合物在有关酶的催化作用下,承受 ATP 和 NADPH 释放出来的能量并被NADPH 复原,再经过一系列简洁的变化,最终形成糖类等有机物,并重生成五碳化合物,用以固
13、定 CO ,从而使暗反响阶段的化学反响循环往复地进展下去。2工程光反响暗反响实质光能转变为化学能,并放出 O2同化 CO 形成CH O酶促反响22时间短促,以微秒计较缓慢条件需叶绿素和光不需叶绿素和光,需要多种酶场所在叶绿体内的类囊体薄膜上进展在叶绿体内的基质中进展2H O 光能 2H+2e+O22CO 的固定:CO +C 2C2253物质转化NADP+2e+H 酶NADPHCO 的复原:2ADP+Pi 光能 ATP酶2CO CH OATP、酶3NADPH2叶绿素把光能活泼化学能,并NADPH 和 ATP 中的活泼化学能有机能量转化贮存在 ATP 和 NADPH 中物中稳定的化学能二、光反响和
14、暗反响的比较假设从光合作用整体的角度看:光合作用又完成了怎样的物质变化和能量变化即光合作用的实质是什么?(1) 物质变化:把二氧化碳和水等无机物转变成了糖类等有机物(2) 能量变化:把光能转变成化学能储存在糖类等有机物中2光合作用原理的应用从光合作用的整个过程来看,有哪些因素会对光合作用的进展产生影响呢?光照、温度、 CO 2 浓度、水、矿质元素等(1) 影响农作物光合作用的环境因素光照强度不同的农作物对光照强度的要求是不同的,同一农作物在不同的光照强度下光合作用速率不同。在确定范围内,光合速率随光照强度的增加而加快。当光照强度到达某一点时,光合速率不再随光照强度的增加而增加,这种现象叫光饱和
15、现象,这时的光照强度称为光饱和点。随光照强度的减弱,光合速率渐渐降低, 最终到达一点,即在同一时间内,有机物的产生和消耗相等,这时的光照强度称为光补偿点如以以下图。植物在光补偿点时,白天不能积存有机物,而晚间还要消耗有机物,因此,从全天来看,植物所需的最低光照强度,必需高于光补偿点,植物才能正常生长。 CO2的浓度在确定光照强度下,随 CO2浓度的增加,农作物光合速率加快,弱光条件下,农作物只能利用较低浓度的 CO2,光合速率慢,随光照强度加强,农作物就能吸取较高浓度的 CO2,光合速率加快。如以以下图:此图表示在确定光照强度下 CO2温度浓度与光合速率的关系光合作用中的生化反响离不开酶的催化
16、,而温度直接影响酶的活性,进一步 影响光合速率。一般植物可在 1035条件下正常地进展光合作用,其中以 2530最适宜,在 35以上时间合作用就下降,4050时即完全停顿。无机盐氮、镁、铁等是合成叶绿素所必需的,磷和钾会影响光合作用产物糖类的转化和运输,磷还参与 ATP 与 ADP 的相互转化过程和能量传递。因此,无机盐离子会直接或间接影响光合作用。另外光质、光照长短、水分、氧气等环境因素也会影响光合作用强度。(2) 增加农作物产量的措施增加农作物产量的措施就是设法提高光合作用的强度,提高光合作用效率。间作、套作。这种措施是指在一年内奇异地搭配各种农作物,从时间和空间上更好地利用光能,缩短耕地
17、的空闲时间,延长单位土地面积上农作物的光合作用时间。合理密植。该措施是增加农田植物的绿色面积,以及培育矮秆、叶直而小、分蘖密集的作物品种,以增加光合面积,充分利用光能。适当增加 CO2浓度。对农田里的农作物来说,确保良好的通风透光,既有利于充分利用光能,又可以使空气不断流过叶面,有助于供给较多的 CO2。对温室农作物来说,通过增施农家肥料或使用 CO2物的光合作用效率。发生器等措施,可以提高温室内 CO2浓度,提高农作把握好冬季温室大棚内的温度。白天适当提高大棚内的温度以提高酶的活性,增加光合作用;夜晚适当降低大棚内温度,降低酶的活性,降低呼吸作用,削减呼吸消耗,有利于提高大棚蔬菜的产量。夏天
18、正午适当给一些农作物遮荫。有些农作物进展光合作用不需要太强的光,太强的光不利于光合作用,这类农作物属于阴生植物。夏天正午由于农作物蒸腾作用过于猛烈,造成植物气孔关闭, CO2进不到叶片内,从而影响光合作用的进展。因此适当给一些农作物特别是阴生植物遮荫,阻挡气孔关闭,有利于提高光合作用强度。在培育水稻秧苗时,用蓝色塑料薄膜。争论觉察,不同的色光对光合产物的成分有影响:在蓝紫光照耀下,光合产物中蛋白质和脂肪含量较多,在红光照耀下,光合产物中的糖类含量较多。因此在培育水稻秧苗时,选择蓝色的塑料薄膜有利于培育壮秧。合理施肥。满足不同农作物不同生长发育期对各种无机盐离子的需求。合理浇灌。小结:光合作用原
19、理的应用1影响光合作用的因素光照、 CO2、温度、水、矿质元素等2. 提高农作物光合作用强度的措施(1) 适当提高光照强度、延长光照时间(2) 合理密植(3) 适当提高 CO浓度2(4) 适当提高温度(白天提高温度,晚上降低温度)(5) 适当增加植物体内的含水量(6) 适当增加矿质元素的含量【板书设计】能量之源光与光合作用光合作用的原理和应用二光合作用的探究历程CO + H22O 光O叶绿体2+ (CH O)2二光合作用的过程光反响和暗反响所需要的条件、场所、原料、产物三影响光合作用的因素:光、二氧化碳、温度等第 4 节 光合作用与能量转换一教案【教材分析】捕获光能的色素和构造是人教版高中生物
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