4.2.2 光能转换—光合作用
教案
一、教学目标
1. 知识目标（1）简述光合作用的概念（2）简要分析萨克斯实验、恩格尔曼实验、鲁宾-卡门实验，总结出光合作用需要光、场所在叶绿体中、产物主要有淀粉、释放氧气中的氧来自水。（3）光合作用的发现及研究历史
（4）光合作用的光反应、暗反应过程以及相互联系
2.能力目标
（1）在尝试萨克斯实验操作中；学会控制变量、设立对照和重复实验。（2）在资料分析和实验观察分析中，学会运用恰当的语言文字表述光合作用的大致过程。3.情感目标（1）参与光合作用探究历程中经典实验的讨论，交流观察的结果；体验科学探究的艰辛；（2）认同科学是在不断观察、实验、继承、争论中不断向前发展的。二、教学重点和难点
1．教学重点
（1）光合作用探究历程中萨克斯实验、恩格尔曼实验和鲁宾-卡门实验。
（2）光合作用的光反应、暗反应过程以及相互联系
2．教学难点
（1）真正领悟探究实验的科学原理和方法，并很好地运用到设计实验中展示加深印象，感悟形象思维到抽象思维的转换。
（2）光合作用的光反应、暗反应过程以及相互联系。
三、教学课时：1课时
四、教学方法：启发式教学，对比教学，直观教学；自主学习
五、教学过程
导入新课
1.复习：绿叶中的色素2.绿叶中的色素的用途？（光合作用）什么叫光合作用呢？学生回答，回顾知识建立与初中知识的联系科学家是通过哪些怎样的实验设计，去探索光合作用奥秘的呢？今天我们就一起来回眸光合作用研究的历史，去 初步揭开光合作用之谜。学生思考，小声议论激发学生的求知欲望简介：人们对光合作用的探索的历程 板书课题：光合作用的探究历程激发学生积极思 呈现学习材料，师生合作
探究一、光合作用探究的前期实验：
1．海尔蒙特实验演示多媒体课件：海尔蒙特的实验过程和结果提出相关问题：实验能得出什么结论？共同讨论得出结论：植物生长发育所需的养料主要来自水分。进一步提出问题：海尔蒙特的实验得出结论严密吗？学生观察、思考、同桌议论举手回答维，主动探求知识；总结，引出实验
2．普里斯特利实验 演示多媒体课件：普里斯特利实验过程及现象提出问题：（1）本实验又能得出什么结论？（2）后来科学家重复他的实验，发现有时候成功，有时候失败，失败的最可能原因是什么？学生观察、思考设置悬念，激发学生求知欲望；引出实验3．英格豪斯实验 演示多媒体课件：英格豪斯实验大致过程，提出问题：英格豪斯得出的结论是什么？小结转题：这些前期实验探究，对于光合作用问题的解决没有取得实质的突破，但启迪人们进一步去设计更加巧妙的实验。学生观察、思考启迪学生积极思维萨克斯实验的探究
二、光合作用探究取得重大发现的相关实验：
1．萨克斯实验安排学生阅读课本：P．102第一自然段巡回指导学生阅读思考并讨论问题：实验的处理过程和本实验可以得出什么结论？演示多媒体课件：萨克斯实验的步骤抽问学生回答，及时评正学生自主阅读教材内容；根据提出问题同桌讨论；尝试填写学案，讨论后再自我更正激发并激励学生的探究热情和主动探参与学习的过程恩格尔曼实验的探究
2．恩格尔曼（G．Engelmann）实验教师引导、师生共同讨论：课本P．100“资料分析1”，指导回答有关问题：（1）恩格尔曼实验方法的巧妙之处（2）恩格尔曼实验的结论：氧气是释放出来的，光合作用的场所是。学生结合教材内容阅读，思考并完成相关内容的填写指导学生如何分析资料，学会观察与思考鲁宾-卡门实验的探究3．鲁宾（S．Ruben）和卡门（M．Kamen）的实验提出问题：恩格尔曼的实验已经证明叶绿体是光合作用的场所，并且释放氧气，那么光合作用产生的氧气到底是来自水还是二氧化碳呢？联系前学知识，介绍同位素标记法的应用。引导并指导学生尝试设计实验的方案。演示多媒体课件：实验探究──用“同位素标记法”设计实验（1）提出问题：探究光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？（2）作出假设：假设一：光合作用释放的氧气来自。（第一组）假设二：光合作用释放的氧气来自。（第二组）（3）实验设计与操作：第一组：向植物提供和；第二组：向同种植物提供和。（4）实验结果：第一组释放的氧气全都是，第二组释放的氧气全都是。（5）实验结论：光合作用释放的氧气来自。进一步学习利用同位素标记法，探究实验设计的诀窍；在教师指导下，通过合作学习，完成学案内容的填写，并勾划教科书中的要点学生学会用对照的方法设计实验，进一步熟悉科学探究的一般步骤。
简介卡尔文实验
4．卡尔文（M．Calvin）实验 指导学生阅读：课本P．102第四自然段，分析卡尔文采用的实验方法是什么？得出了什么结论？简要阅读教材，回答问题为认识光合作用的过程埋下伏笔 光合作用反应式指导学生尝试写出光合作用过程的化学反应式：教师恰当点拨，巡回指导学生师生共同评价，教师评正学生在黑板上或学案中，完成光合作用反应式的书写知识小结，完成知识建构光合作用的过程指导学生结合图5-15阅读103页和104页根据幻灯片分别展示分析光反应和暗反应过程 学生总结每个阶段的物质变化，能量转换，反应条件，发生场所。最后表格对比。
完成板书的问题
学生同步归纳光反应和暗反应在反应条件，发生场所，物质变化，能量转换的区别
演示光合作用的过程助于学生明确光反应和暗反应过程。用直观对比两阶段的区别和联系，幻灯片展示光反应和暗反应之间的区别和联系 总结光反应和暗反应的联系并回答化学生理解和记 忆，同时引导学生归纳总 结，建立知识结构。课堂小结练习与作业简要讲述：通过本节课的学习，我们可以看到几代科学家历经数百年才对光合作用这一生理过程有了一个大体清楚的认识，可见科学发展的道路是很艰难的，它包含了科学家们的艰辛和智慧，还与各门科学技术手段的进步与应用密切相关。光合作用是一个非常复杂生物化学过程，光合作用如何应用与生活中，与实际生活的联系仍有一些未解之谜等待我们去探索。在光合作用原理的应用和影响光合作用的因素中，以及和实际生活的联系，这将是我们下节课要继续学习的内容。感悟科学道路的艰辛和生物中复杂的化学反应过程。引导学生体会勇于创新的科学精神和严谨的科学态度。教师安排学生完成“课后练习一（1-6）”内容完成“优化设计”的相关练习。学生完成课堂练习和课后练习三维目标的检测
六、板书设计一、光合作用的探究历程
1. 光合作用探究的前期实验2．普利斯特利的实验3. 英格豪斯的实验3．萨克斯实验──光合作用产生了淀粉4．恩格尔曼实验──叶绿体是光合作用的场所5．鲁宾和卡门的实验──光合作用释放的氧气全部来自水6．卡尔文实验──CO2中的碳转变成有机物中的碳
二、光合作用的过程1.光反应阶段2.暗反应阶段(共55张PPT)
4.2.2 光能的转换—光合作用
叶绿素
类胡萝卜素
（含量约3/4）
（含量约1/4）
叶绿素a（蓝绿色）
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（橙黄色）
叶黄素（黄色）
绿叶中的色素
思考：哪种色素的含量最多？
哪种色素在层析液中的溶解度最大？
1.课前复习
2. 光合作用的概念P101
一.光合作用的探究历程
年代 科学家 结论
18世纪中期之前1664年 海尔蒙特
1771 普利斯特利
1779 英格豪斯
1845 R.梅耶
1864 萨克斯
1880 恩格尔曼
1941 鲁宾 卡门
20世纪40代 卡尔文
结论：水分是植物建造自身的原料。
18世纪中期之前，17世纪海尔蒙特栽培的柳树实验
一段时间后
一段时间后
1771年普利斯特利实验
普利斯特利实验
结论：植物可以更新空气
有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？
1779年，荷兰的英格豪斯
普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功；植物体只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。
光能
化学能
储存在什么物质中？
1845年德国梅耶
1864年，萨克斯(德)的实验
（置于暗处几小时）
思考：目的是什么？
一半遮光
一半曝光
为了使绿叶中原有的有机物消耗殆尽
1864年，德国萨克斯实验
黑暗处理
一昼夜
让一张叶片一半
曝光一半遮光
绿叶在光下制造淀粉。
用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。
极 细 光 束
黑暗中
光照下
恩格尔曼实验示意图
1880年，恩格尔曼实验
第一组
光合作用产生的O2来自于H2O。
H2180
C02
H20
C18O2
第二组
1802
02
美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
光照下的小球藻悬液
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
美国卡尔文（20世纪40年代）
用14C标记14CO2，供小球藻进行光合作用，探明了CO2中的C的去向，称为卡尔文循环。
年代 科学家 结论
18世纪中期之前1664年 海尔蒙特 水分是植物建造自身的原料
1771 普利斯特利 植物可以更新空气
1779 英格豪斯 只有在光照下只有绿叶才可以更新空气
1845 R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864 萨克斯 绿色叶片光合作用产生淀粉
1880 恩格尔曼 氧由叶绿体释放出来。叶绿体是光合作用的场所。
1941 鲁宾 卡门 光合作用释放的氧来自水。
20世纪40代 卡尔文 光合产物中有机物的碳来自CO2
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把CO2和H2O转化成储存能量的有机物，并释放出O2的过程。
反应物、条件、场所、生成物
CO2＋H2O （CH2O）＋O2
光能
叶绿体
糖类
二.光合作用过程
光反应
暗反应
划分依据:反应过程是否需要光能
联系
比较光反应、暗反应
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
光反应阶段
光、色素、酶
叶绿体内的类囊体薄膜上
水的光解：
H2O [H] + O2
光能
（还原剂）
ATP的合成：
ADP＋Pi ＋能量（光能） ATP
酶
光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
[H]
场所：
条件：
物质变化
能量变化
进入叶绿体基质，参与暗反应
供暗反应使用
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
C3的还原
叶绿体基质
多种酶
H2O
类囊体膜
酶
Pi ＋ADP
ATP
[H]
糖类
暗反应阶段
CO2的固定：
CO2＋C5 2C3
酶
C3的还原：
ATP
[H] 、
叶绿体的基质中
ATP中活跃的化学能转变为糖类等
有机物中稳定的化学能
2C3 (CH2O)
酶
糖类
[H] 、ATP、酶
场所：
条件：
物质变化
能量变化
CO2
五碳化合物 C5
CO2的固定
三碳化合物 2C3
叶绿体基质
多种酶
糖类
ATP
[H]
ATP的水解：
ATP ADP＋Pi ＋能量
酶
联系
比较光反应、暗反应
光反应阶段
暗反应阶段
条件
场所
物质变化
能量变化
光、色素、酶
不需光、酶、[H]、ATP
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质中
水的光解； ATP的生成
CO2的固定； C3的还原
ATP的水解
ATP中活
跃化学能
光能
ATP中活
跃化学能
有机物中稳
定化学能
光反应是暗反应的基础，为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 。
CO2+H2O （CH2O）+O2
光能
叶绿体
色素分子
光
C5
2C3
ADP+Pi
ATP
2H2O
O2
4[H]
多种酶
酶
(CH2O)
CO2
吸收
光解
能
固定
还原
酶
光反应
暗反应
光合作用总过程：
叶绿体处不同条件下， C3、 C5、 [H] 、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
条件 C3 C5 [H]和ATP (CH2O)合成量
停止光照
CO2供应不变 增
加 下
降 减少或
没有 减少或没有
突然光照
CO2供应不变 减
少 增
加 增加 增加
光照不变
停止CO2供应 减
少 增
加 增加 减少或没有
光照不变
CO2供应增加 增
加 减
少 减少 增加
原料和产物的对应关系：
（CH2O）
C
H
O
CO2
CO2
H2O
O2
H2O
能量的转移途径：
碳的转移途径：
光能
ATP中活跃的化学能
(CH2O)中稳定的化学能
CO2
C3
（CH2O）
光合作用速率与呼吸作用速率的表示
1.呼吸速率的表示方法：植物至于黑暗环境中，测定实验容器内二氧化碳增加量，氧气减少量或有机物减少量
2.净光合速率和真正光合速率：
净光合速率：光合作用与呼吸作用同时进行时，测得的数据。
净光合速率：常用一定时间内，氧气的释放量，二氧化碳的吸收量或有机物的积累量表示（可以直接测得）
真正光合作用速率：常用一定时间内，氧气的产生量，二氧化碳固定量或有机物产生量。
光合作用过程图解
温度
pH
强度
频率
浇水
Mg2+
施肥
空气中的浓度
哪些外界条件会影响光合作用的进行
内部因素
不同发育时期的植物、不同时间段的叶片、期细胞内叶绿体的数量及其色素的含量、酶的含量及活性等
表观光合速率
影响光合速率的因素
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率
（光饱和点）
（光补偿点）
光强度
A
B
CO2吸收值
CO2释放值
黑暗中呼吸作用强度
真正光合速率
C
(1) 光强度
B：光补偿点
C2：光饱和点
光照强度
0
吸收量
CO2
C2
A
B
C1
c
a
b
b(总光合量 ) = a(净光合量 ) + c(呼吸作用)
光补偿点：光合作用吸收的CO2和呼吸放出CO2相等时的光强度。
光饱和点：光合作用达到最强时所需的最低的光强度。
光补偿点和光饱和点的移动规律
呼吸作用增强或者光合作用减弱，光补偿点右移
呼吸作用减弱或者光合作用增强，光补偿点左移
光合作用减弱，光饱和点左下方移
光合作用增强，光饱和点右下方移
光合速率与光强度的关系
1. 对植物而言，光照越强越好吗
2. 请在图上画出阴生植物胡椒光合速率的曲线
10 20
10 5 0 5
-
放出
吸收
O2
(mg/dm2h)
光照强度 (klx)
A
B
C
D
E
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
A点：黑暗时，
只进行细胞呼吸
区别植物体的吸收或释放与叶绿体的吸收和释放
CO2
O2
AB段：弱光下，
光合作用小于细胞呼吸
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
O2
CO2
CO2
O2
B点：光补偿点，
光合作用等于细胞呼吸
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
O2
CO2
BC1段：强光下，
光合作用大于细胞呼吸
A
B
光照强度
0
吸收
CO2
C2
C1
a
b
c
O2
CO2
CO2
O2
白光
红光或蓝紫光
绿光
最强：
次之：
最弱：
光质
不同波长的光
光合作用整套机构对温度比较敏感，温度过高时光合速率会减弱。光合作用的最适温度因植物种类而异。
呼吸作用
光合作用
一定范围内温度
吸收或释放量
CO2
0
(2) （温度）
在一定范围内温度对光合作用的影响
2、温度——影响酶的活性
①光合作用是在 的催化下进行的，温度直接影响 ；
②B点表示： ；
③BC段表示： ；
酶的活性
酶
此温度条件下，光合速率最高
超过最适温度，光合速率随温度升高而下降
哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。在该地区农作物的生长季节里，阳光充沛、昼夜温差大。请试分析：
为何当地出产的哈密瓜会比其他地区出产的甜？
如果想在福建地区比较甜的哈密瓜，理论上你认为可以采取哪些措施？
温室栽培中，白天可适当提高温度，夜间适当降低温度，适当提高昼夜温差，从而提高作物产量（有机物积累量）。
b:CO2的补偿点
c:CO2的饱和点
a—b: CO2太低，农作物消耗光合产物；
b—c: 随CO2的浓度增加，光合作用强度增强；
c—d: CO2浓度再增加，光合作用强度保持不变；
d—e: CO2深度超过一定限度，将引起原生质体中毒或气孔关闭，抑制光合作用。
a
c
b
d
e
（3）CO2浓度
有机物积累
1. 如何提高大田和温室中的CO2含量
CO2浓度在1%以内时，光合速率会随CO2浓度的增高而增高。
农田里的农作物应确保良好的通风透光和增施有机肥。温室中可增施有机肥或使用CO2发生器等。
2. 请在图上画出更弱光强度下光合速率的曲线
CO2浓度
光合速率
0
A
B
光合速率的日变化:
两个时间段为何光合速率不同？
H2O是光合作用的原料。在一定范围内,H20越多，光合速率越快，但到A点时，即H2O达到饱和时，光合速率不再增加。
（4）水分
N：酶及NADPH和ATP的重要组分
P：磷脂、NADPH和ATP的重要组分；维持叶绿体正常结构和功能
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
（5）矿质元素：
温度、光照强度、 CO2的含量、水分、矿质元素等
影响光合作用的主要外界因素（应用）
光合作用的正常进行要受多种因素的影响，一个生物兴趣小组研究了CO2浓度、光照强度和温度对光合作用的影响，下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线，你认为不正确的是 ( )
D
光照强度、温度和CO2浓度对光合作用的
影响是综合性的，但在某些情况下会有一个
起限制性的主要因素。
综合因素和主要因素：
自养生物：能够直接把从外界环境摄取的无机物转变成为自身的组成物质，并储存了能量的一类生物
化能合成作用
异养生物：不能直接利用无机物制成有机物，只能把从外界摄取的现成的有机物转变成自身的组成物质，并储存了能量的一类生物
提高农作物产量的措施：
延长光合作用时间：
增加光合作用面积：
增加光能利用率
提高光合作用效率
控制光照强弱
控制光质
控制CO2供应
控制必需矿质元素供应 适时适量施肥
提高复种指数
温室中人工光照
合理密植
间作套种
通风透光
在温室中施有机肥，
使用CO2发生器
阴生植物
阳生植物
提高农作物光合强度的措施：
注意多用一些适当、适量、合理等字眼
1、适当提高光照强度、延长光照时间
3、适当提高CO2浓度
4、适当提高温度
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
2、合理密植
光合作用和需氧呼吸的比较：
光合作用 需氧呼吸
区别 代谢类型 同化作用 异化作用
与光的关系 在光下才能进行 与光无关，每时每刻进行
条件 光、酶、色素 酶、O2
进行的时间 绿色植物在光下进行 只要是活细胞时刻在进行
反应部位 叶绿体 细胞溶胶、线粒体
物质变化 CO2+H2O转变成有机物 有机物分解成CO2+H2O
能量转换 光能 电能
化学能 有机物中稳定的化学能 ATP中活跃的化学能
联系 光合作用为所有生物提供有机物和O2，需氧呼吸为光合作用提供CO2和水
四.化能合成作用
自养生物
以光为能源，以CO2和H2O（无机物）为原料合成糖类（有机物），糖类中储存着由光能转换来的能量。例如绿色植物。
异养生物
只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。例如人、动物、真菌及大多数的细菌。
化能合成作用
利用环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。少数的细菌，如硝化细菌。
光能自养生物
化能自养生物
所需的能量来源不同（光能、化学能）
概念：能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的合成作用
例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
化能合成作用
2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量
硝化细菌
2HNO2+O2 2HNO3+能量
硝化细菌
6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2
能量
