1、 4.4.2 光合作用的過程及原理的應用一、教學目標：學習目標：1.分析光合作用的過程，比較光反應和暗反應。2.分析影響光合作用的環境因素。3.舉例說明光合作用原理的實踐應用。核心素養：1.科學思維：分析光合作用光反應和暗反應過程，認同兩個階段既有區別又有聯系。2.科學探究：根據實驗目的，設計實驗探究光合作用的影響因素，會分析相關的實驗裝置。3.社會責任：能夠根據光合作用原理指導生產實踐。二、教學過程：通過對葉綠體結構與功能的回顧，讓學生嘗試描述光合作用過程中物質和能量的變化，引導學生回顧光合作用的定義，并寫出光合作用的化學反應式。（一）、光合作用的原理1.概念光合作用是指綠色植物通過葉綠體，

2、利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。2.反應式：CO2H2O(CH2O)O2。引導學生結合教材“探索光合作用原理的部分實驗”的思考討論活動進行分析:針對希爾反應，引導學生分析該實驗的材料條件、處理措施及結果;針對魯賓和卡門實驗，引導學生分析該實驗的處理方法及結果，進一步提問“該實驗的自變量、因變量是什么，可得出什么結論?”與希爾反應相呼應，讓學生感悟科學研究的殊途同歸;在了解了希爾反應的基礎上，提出“葉綠體在光照下，除了有H2O分解為O2和 NADPH，還有哪些物質和能量的變化?”引出阿爾農實驗，說明葉綠體可以合成ATP。3.探索光合作用原理的部分實驗時間及

3、科學家觀點或實驗過程發現或實驗結論實驗特點19世紀末到1928年在光合作用中，CO2中的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結合成甲醛，甲醛分子縮合成糖甲醛對植物有毒害作用，甲醛不能通過光合作用轉化成糖1937年希爾(英國)離體葉綠體的懸浮液鐵鹽或其他氧化劑O2離體葉綠體在適當條件下發生水的光解，產生O2懸浮液中有H2O，無CO21941年魯賓、卡門(美國)向植物提供光合作用釋放的O2來自水相互對照。自變量：標記物；因變量：釋放的O2是否含18O1954年、1957年阿爾農(美國)光照下，葉綠體可合成ATP，這一過程總與水的光解相伴隨20世紀40年代卡爾文(美國)用經過14C標記的14CO2，

4、供小球藻進行光合作用，然后追蹤放射性14C的去向探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑利用同位素標記法通過以上的分析，教師可以引導學生總結:光合作用的過程分為兩部分，一部分是在有光的條件下進行的，將水分解產生O2和 NADPH、ATP，稱為光反應;另一部分不需要光，將CO2轉化為糖類等有機物，稱為暗反應。光反應與暗反應相互聯系，光反應為暗反應提供ATP和NADPH，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+。理解了暗反應的大致結果后，提問“CO2如何轉化為糖類?發生了哪些物質和能量的變化”，引出卡爾文循環，教師補充實驗背景:美國科學家卡爾文用14C標記的CO2培養小球藻，每隔一定

5、時間取樣;用放射自顯影技術追蹤含C的產物，根據其出現先后順序，推測化學反應過程。在此基礎上，教師總結:光合作用的光反應階段，光能被葉綠體內類囊體上的色素捕獲后，將水分解為O2和H，形成ATP，從而將光能轉化成ATP中活躍的化學能;H和ATP驅動在葉綠體基質中進行的暗反應，將CO2轉化為儲存化學能的糖類。4.光合作用的過程(1)光反應階段場所：在葉綠體類囊體的薄膜上進行。條件：必須有光、葉綠體中的色素和酶。過程a.水的光解：2H2O4NADPHO2；b.ATP的生成：ADPPiATP。(2)暗反應階段場所：在葉綠體基質中進行。條件：有光無光均可，需要多種酶參與。過程a.CO2的固定：CO2C52

6、C3；b.C3的還原：2C3NADPH(CH2O)C5。能量轉變：ATP中活躍的化學能和NADPH中部分能量(CH2O)中穩定的化學能。(3)光反應與暗反應的聯系光反應為暗反應提供NADPH、ATP；暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP。沒有光反應，暗反應無法進行；沒有暗反應，有機物無法合成。總之，光反應是暗反應所需物質和能量的準備階段，暗反應是光反應的繼續，是物質和能量轉化的完成階段。設計實驗，拓展探究環境因素對光合作用強度的影響通過回顧光合作用的化學反應式，從光合作用的原料、條件、場所等方面，引導學生分析影響光合作用的因素有哪些，并對各種因素(內因和外因)進行總結，如內因有葉綠體的數量

7、、葉綠素的含量、酶的多少等，外因有光照時間、光照強度、光的成分、CO2濃度、溫度、水和礦質元素等，進而引出探究環境因素對光合作用強度影響的實驗。（二）、光合作用原理的應用1.光合作用的強度(1)概念：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。(2)影響因素2.探究光照強弱對光合作用強度的影響(1)實驗原理：抽去圓形小葉片中的氣體后，葉片在水中下沉，光照下葉片進行光合作用產生氧氣，充滿細胞間隙，葉片又會上浮。光合作用越強，單位時間內圓形小葉片上浮的數量越多。(2)實驗流程打出圓形小葉片：用打孔器在生長旺盛的綠葉上打出(直徑為0.6 cm)圓形小葉片30片抽出葉片內氣體：用注射器(內有清水、圓形

8、小葉片)抽出葉片內氣體，重復23次圓形小葉片沉到水底：將抽出內部氣體的圓形小葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中，圓形小葉片全部沉到水底強、中、弱三種光照處理：取3只小燒杯，分別倒入富含CO2的清水，各放入10片圓形小葉片，用強、中、弱三種光照分別照射觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中圓形小葉片浮起的數量(3)實驗現象與結果分析：光照越強，燒杯內圓形小葉片浮起的數量越多，說明在一定范圍內，隨著光照強度的不斷增加，光合作用強度不斷增加。3.影響光合作用因素的曲線分析(1)光照強度關鍵點：A點光照強度為0，此時只進行細胞呼吸，單位時間內釋放的CO2量表示呼吸速率。B點細胞呼吸釋放的CO2量和光合作用吸收

9、的CO2量相等，此時的光照強度稱為光補償點。C點時已經達到了光飽和點，此時光照強度增加，光合作用強度不再增加。關鍵線段：AB段(不包括B點)光合作用的強度小于細胞呼吸的強度；BC段(不包括B點)光合作用的強度大于細胞呼吸的強度。(2)CO2濃度走勢分析：圖甲和圖乙都表示在一定范圍內，光合作用強度隨CO2濃度的增加而增加，但當CO2濃度增加到一定范圍后，光合作用強度不再增加。關鍵點分析：圖甲中A點表示光合作用強度等于細胞呼吸強度時的CO2濃度，即CO2補償點；圖乙中的A點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度。圖甲和圖乙中的B和B點都表示CO2飽和點。(3)溫度影響原理：溫度通過影響酶的活性來影響光合作用強度。曲線分析：B點對應的溫度是最適溫度，此時光合作用最強，高于或低于此溫度，光合作用強度都會下降。歸納總結光合作用與化能合成作用的區別和聯系:“光合作用為地球制造有機物和氧氣，是地球上最重要的化學反