第五章 细胞的能量供应和利用

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第三课时 酶的特性
●教学过程
［课前准备］
教师准备有关实验的器材和材料（根据学生的设计来提供）。学生预习探究——影响酶活性的条件，以小组为单位设计自己所选做的实验。
［情境创设］
酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，从物质本质来看它是有机物，不同于无机催化剂，但是它们又有共性，就是都具有催化功能，那么它们的功能是不是完全一样呢？
［师生互动］
回顾：过氧化氢在不同的条件下的分解。
问：过氧化氢（H2O2）在Fe3＋的催化下，可分解成H2O和O2，动物新鲜肝脏中含有的过氧化氢酶也能催化这个反应。如果现在我们想弄清楚Fe3＋与过氧化氢酶，哪一种催化剂的催化效率高，那么，我们应该如何设计这个实验？
答：要比较Fe3＋和过氧化氢酶的催化效率，设计实验中的其他条件应该相同，如两支试管中过氧化氢溶液的量应该相同，Fe3＋和动物肝脏也应尽可能同时加入两支试管中。
问：上一节我们已经做过实验，试管3和试管4的现象有何不同？从这个实验你可以得出什么结论？
答：试管4（加了过氧化氢酶）放出的氧气比试管3（加了无机催化剂）多了许多，过氧化氢酶的催化能力强）
过氧化氢酶的催化效率和Fe3＋相比，要高很多。事实上，酶的催化效率一般是无机催化剂的107～1013倍。上述实验说明了酶的一个特性——高效性。
酶还具有什么特性呢？让我们继续通过实验来探索。让学生根据自己的选择的材料来 进行。
问：淀粉和蔗糖都是非还原性糖，淀粉在酶的催化下能水解为麦芽糖和葡萄糖，蔗糖在酶的催化下能水解为葡萄糖和果糖。麦芽糖、果糖、葡萄糖均属还原性糖。还原性糖能够与斐林试剂发生氧化还原反应，生成砖红色的沉淀。现在给你淀粉酶溶液，要观察淀粉酶能催化哪种糖水解，应该如何设计这个实验？你又怎么能知道淀粉酶催化了糖的水解呢？（可引导学生复习P17实验）
答：设计一个对照实验，分别取两支试管，加入等量的淀粉和蔗糖，然后加入同样的淀粉酶，放在同样的环境（60 ℃）。
实验过程总结如下表：
淀粉溶液（1号试管） 蔗糖溶液（2号试管）
实验原理 淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀 淀粉酶不能让蔗糖水解，所以与斐林试剂不能反应生成砖红色沉淀
实验步骤 一 试管各加入2 mL淀粉溶液 试管各加入5 mL蔗糖溶液
二 加入淀粉酶2滴，振荡，放在60 ℃的左右，反应约5 min
三 加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸
实验现象 蓝色→棕色→砖红色沉淀 无变化
结 论
问：哪支试管加入斐林试剂后再加热会出现砖红色的沉淀？
答：在加入淀粉的试管中。
问：出现砖红色沉淀的原因是什么？
答：装有淀粉溶液的试管中出现了还原性糖。
问：装有蔗糖溶液的试管中有何现象？
答：没有出现砖红色的沉淀。
问：实验得出的结论是什么？
答：淀粉酶只能催化淀粉水解，不能催化蔗糖水解。
上述实验说明了酶具有的又一个特性——专一性。
问：根据酶的专一性，催化蔗糖的水解，应该是哪一种酶？
答：蔗糖酶。
（用实验来验证上述实验现象）
从上面进行的实验我们看出进行实验需要一定的条件，比如淀粉酶要在60 ℃左右最好，那么我们能不能在低于或高于这个温度下进行这个实验呢？
答：在最适温度下，酶的活性最高，低于或高于最适温度时酶的活性都降低。
问：能不能设计一个这样的实验，来证明温度会影响酶的活性？
答：把淀粉酶放在不同的温度下进行实验。
设计实验如下表：
淀粉溶液（1号试管） 淀粉溶液（2号试管） 淀粉溶液（3号试管）
实验原理 淀粉酶能让淀粉水解成还原性糖，还原性糖与斐林试剂反应生成砖红色沉淀酶只有在合适的温度时候它的催化效率才最大
实验步骤 一 试管各加入2 mL淀粉溶液
二 加入淀粉酶2滴，振荡，加热至60 ℃左右，反应约5 min 加入淀粉酶2滴，振荡，保持20 ℃左右，反应约5 min 加入淀粉酶2滴，振荡，加热至100 ℃左右，反应约5 min
三 加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸
实验现象 无变化 蓝色→棕色→砖红色沉淀 无变化
结 论 只有在一定温度下酶的催化效率最好
介绍右图（P 85图5－3）
图5－1－1
温度对酶促反应速度有很大影响，如图5－1－1所示，每种酶都有自己的最适温度。在最适温度的两侧，反应速度都比较低，所以我们看到的是一个钟形的曲线。大部分酶在较高的温度下（如60 ℃以上）时，会因为酶的分子结构遭到破坏而失去活性。根据这个道理，我们在使用加酶洗衣粉时，用哪种水（如凉水、沸水、温水）浸泡好呢？
答：温水。
酶的催化效率还能受pH的影响，展示图介绍，科学实验证实，不同的pH条件下测同一种酶的活性，并且根据所得到的数据绘制成曲线图5－1－2。
图5－1－2
问：pH与酶的活性有什么关系呢？
答：在最适的pH下，酶的活性最高。
设计实验来验证不同的pH下，酶的活性不同：
1号试管 2号试管 3号试管
实验原理 过氧化氢酶能使过氧化氢快速分解
实验步骤 一 试管各加入2 mL体积分数为3%的过氧化氢溶液
二 pH为2左右 pH为7左右 pH为12左右
三 分别加入过氧化氢酶溶液2滴
实验现象（用卫生香来检验） 反应不剧烈，几乎无变化 复燃 反应不剧烈，几乎无变化
结 论 不同的pH下过氧化氢酶的催化效率不同
［教师精讲］
酶的专一性是普遍存在的，生物体内有些酶能够催化某些分子结构相近的矿物质，如二肽酶，可以催化任何两种氨基酸组成的二肽水解。所以，确切地说，酶的专一性是指一种酶只能催化一种化合物或一类化合物的化学反应。
酶的催化效率的高低与温度有关，它影响酶的活性，进而影响酶的催化效率。
酶的催化效率还与pH等条件有关。因为在过酸、过碱的条件下，都会使酶的分子结构遭到破坏而失去恬性。
生物催化剂——酶和无机催化剂相比，具有高效性、专一性，并且需要适宜的条件。
［评价反馈］
1.人在发高烧时，常常食欲大减，最根本的原因是
A.所吃食物不能消化
B.胃没有排空
C.体温超过合适温度，消化酶的活性下降
D.吃药使人没有了胃口
2.胃蛋白酶在进入小肠后就几乎没有了催化作用，主要原因是
A.pH不适合
B.胃中已经起了消化作用，不能再起作用了
C.被小肠中的物质包裹起来，所以起不到催化作用
D.小肠中没有蛋白质可被消化
3.苹果削皮之后，不马上吃掉会变色，但是放在盐水中泡一下，却不会变色，试解释为什么会出现这样的现象？
答案：1.C 2.A 削皮后，水果里的酶和水果的物质充分接触，把水果的有机物转变成了褐色的物质。放入盐水中泡一下，使水果中的酶变性，失去了作用，就不会生成褐色的物质了。
［课堂小结］
酶在细胞中的生理活动过程中的作用是无可代替的，它在催化过程中高效性、专一性和作用条件温和的特点对生物有何重要意义呢？高效性保证细胞中的化学反应快速进行，专一性使细胞代谢有条不紊地进行，作用条件的温和符合生物体存在的基本环境。
［布置作业］
P86一、基础题1、2、3，二、拓展题1。
［课后拓展］
酶和一般的催化剂相比，有共同点也有不同点。共同点：（1）都能加快反应进行；（2）只能催化热力学上允许进行的反应，而不能使本来不能进行的反应进行；（3）只能加快反应达到平衡，不能改变达到平衡时反应物和生成物的浓度。不同点：酶的特点就是它的高效性和专一性，而且作用的条件比较温和。
●板书设计
第三课时 酶的特性
●习题详解
一、练习（课本P86）
（一）基础题
1.B（唾液淀粉酶是一种蛋白质，所以要水解它只能用蛋白酶）
2.B（细胞壁的主要成分是纤维素，所以要去掉它而不损坏内部结构，就只能用水解的方法来进行）
3.这个模型中A代表酶，B代表反应物，C和D代表反应产物。该模型说明了酶的专一性。酶A专一性和反应物B结合，使B产生了产物C和D。
（二）拓展题
1.（1）A点：随着反应物浓度的增加（减少），反应速率加快（减慢）；B点：反应速率在此时达到最大值（该点对应的横坐标为最合适浓度）；C点：反应速率不再随反应物浓度的增加而升高。（2）因为图中的曲线表示的是在最适温度下催化的反应速率，所以在A点时温度升高（降低）10 ℃，则在该浓度下的反应速率就会减小。即纵坐标的值会低于原曲线。如图5－1－3所示。
图5－1－3
（3）原曲线在B点的反应物浓度足够大，说明是酶的浓度限制了反应速率的提高，此时加入少量酶，会使反应速率加快。如图5－1－4所示。
图5－1－4
2.（略）
二、本节聚焦（课本P83）
1.酶具有高效性、专一性、作用条件温和等特性。
2.受环境中的温度、pH以及抑制剂的影响。
三、旁栏思考题（课本P85）
绝大多数酶是蛋白质，强酸、强碱、高温等剧烈条件都会影响到蛋白质的结构，所以酶比较“娇气”。
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第二课时 酶的本质
●教学过程
［课前准备］
教师收集有关酶研究的资料，比如酶工程、酶的分类等。学生整理酶本质探索的基本过程，了解这些科学家所作的重要贡献和基本观点。
［情境创设］
现在已经知道细胞内的生理活动之所以如此有序地快速进行，酶的作用无可替代，但是19世纪以前，人们对这些所知甚少，人们对酶的认识是科学家不懈努力的结果。
［师生互动］
巴斯德和李比希观点的比较
巴斯德 李比希
1822～1895（法国） 1803～1873（德国）
微生物学家、通过显微镜观察 化学家，通过对化学变化的研究
发现发酵的过程中有酵母菌存在 认为糖类变成酒精就是一个化学反应
结论：没有活细胞 结论：在这个变化过程中，只有细胞
糖类不可能变成酒精 死亡之后放出了某些物质起了作用
问：从巴斯德研究的领域来看，他得出结论的出发点主要是什么？
答：巴斯德是微生物学家，他主要强调生物体或细胞的整体作用。
问：从李比希研究的领域来看，它得出结论的出发点主要是什么？
答：李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。
问：他们的争论被哪位科学家的研究成果平息了？
答：毕希纳。
请分析毕希纳研究的过程（学生活动）。
实验：酵母细胞研磨加水搅拌加压过滤含酵母细胞的提取液加入葡萄糖。
现象：冒出气泡。
结论：酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用一样。
酵母细胞中引起发酵的物质称为酿酶。
问：你认为毕希纳只凭上面的实验能不能说明酵母细胞的提取液和活酵母细胞的作用 一样？
答：不能。
问：那还应做怎样的实验？
答：对照实验。将酵母菌分成两等份，一半直接加入葡萄糖，另一半通过研磨、过滤等过程来进行，观察结果是否一样。
问：有人说毕希那的研究成果与前人无关，你同意这样的观点吗？
答：不同意。正是由于巴斯德、李比希的研究确定了争论的焦点，使得毕希纳的研究更加具有针对性。
虽然已经确定了酶在物质变化中的作用，但酶到底是什么物质仍然是困扰大家的问题。要研究酶是什么物质，首先要得到纯度较高的酶，然后才能作出鉴定。美国科学家萨姆纳在研究酶究竟是什么过程中作出了杰出贡献。
萨姆纳的研究过程
问：萨姆纳研究哪种酶？是如何确定的？
答：脲酶。借助其他科学家的研究，知道刀豆种子中脲酶的含量比较高。
问：脲酶提取出了，根据你学过的知识如何证明它就是脲酶，不是细胞中其他的有机物呢？
答：在这个实验中首先可以证明是不是蛋白质。用双缩脲试剂这个特有反应来鉴定。然后根据脲酶的特性：尿素氨＋二氧化碳，来判定它不是脲酶。
1926年萨姆纳的重要科学研究成果让人们知道脲酶就是蛋白质，后来其他科学家也提取了其他种类的酶，也证明是蛋白质，所以在以后一段较长的时间，人们都认为酶就是蛋白质。
问：科学家得出的结论应用的什么方法？
答：概括法。
问：你能说出当时概括得出这个结论的基本思路吗？
答：脲酶是蛋白质，胰蛋白酶也是蛋白质，胃蛋白酶也是蛋白质。人们发现的酶都是蛋白质，所以酶就是蛋白质。
问：这样的结论到了20世纪80年代美国科学家的重要发现出现了什么变化？
答：美国科学家切赫和奥特曼发现了一种酶，它也有催化功能，但是它是RNA。这样酶的定义就有了发展。即：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的是RNA。
［教师精讲］
酶作为生物催化剂，人们对它的认识经历了较长的时间，从酶究竟是在活细胞中能起作用还是释放出来起作用一直争论到到底是什么物质，每次争论的结果都让人们对酶的认识更深入一步，更加准确，所以可以说酶的本质的发现过程也正是人们认识自然的一个真实写照。
［评价反馈］
1.细胞内合成酶的主要的场所是
A.细胞质 B.线粒体 C.核糖体 D.内质网
2.分析上题中能不能说合成酶的场所是核糖体？
参考答案：
1.C 2.不能。因为还有少量的酶是RNA，它的合成场所就不在核糖体。
［课堂小结］
通过对酶本质的发现过程的学习，我们知道酶的本质就是具有催化作用的有机物。酶的本质的发现过程也说明了一个问题，这个科学结论的得出是科学家不断探索、不断进行实验，最终揭示出来的。它是许多科学家共同努力的结果。
［布置作业］
1.P82一基础题1、2、3。
2.预习酶的特性的内容。分小组来设计实验验证酶的专一性和酶要起作用需要温和条件。
［课后拓展］
通过对酶的研究，证实绝大多数的酶都是蛋白质。酶按照化学组成可分成两类：单纯酶和结合酶，单纯酶就是只有氨基酸组成，不含其他成分。例如：脲酶、胃蛋白酶等。结合酶就是除了蛋白质之外，还含有对热稳定的非蛋白质的小分子物质（如金属离子，也可以是小分子有机物），前者称为酶蛋白，后者称为辅酶。只有两者结合才具有活力。如转氨酶、乳酸脱氢酶都属于此类酶。
●板书设计
第二课时 酶的本质
酶本质的发现过程：
结论：酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数为蛋白质。
●习题详解
一、练习（课本P82）
（一）基础题
1.巴斯德：发酵是在整个活细胞参与下进行的。李比希：发酵是细胞中的某些物质参与下进行的，这些物质只有在细胞死亡之后才能释放出来，才能发挥作用。毕希纳：发酵在完整细胞内或不完整细胞下都可进行，说明某些物质可促使物质进行发酵，它在细胞内外的作用相同。萨姆纳：酶是蛋白质。
2.（1）细胞代谢就是细胞内全部的化学反应，细胞内每时每刻都在进行大量的化学反应，而这些反应要进行，没有具有极高催化效率的酶是不可能完成的。（2）细胞内的化学反应之所以能在常温常压下迅速进行，也完全依赖酶的催化作用。
3.D（绝大多数酶是蛋白质，还有一些酶是RNA等有机物）
（二）拓展题
1.（1）取将待检测样品少许溶于2 mL水中；将该溶液注入试管，并向试管注入双缩脲试剂A液1 mL;向试管内注入双缩脲试剂B液4滴，摇匀；观察试管溶液的颜色呈紫色，说明该样品为蛋白质；如不为紫色则不是蛋白质。
（2）在萨姆纳之前，人们还没有一个好办法来提取和纯化细胞中的酶，当然更谈不上鉴定它了。
二、资料分析（课本P81）
1.巴斯德认为发酵与活细胞有关是合理的，但是认为发酵是整个细胞而不是细胞中的某些物质在起作用是不正确的；李比希认为引起发酵的是细胞中的某些物质是合理的，但是认为这些物质只有在酵母细胞死亡并裂解后才能发挥作用是不正确的。
2.巴斯德是微生物学家，特别强调生物体或细胞的作用；李比希是化学家，倾向于从化学的角度考虑问题。他们的争论促使后人把对酶的研究的目标集中在他们争论的焦点上，使科学研究更加有的放矢。
3.毕希纳的实验说明，酵母细胞中的某些物质能够在酵母细胞破碎后继续起催化作用，就像在活酵母细胞中一样。
4.萨姆纳历时9年用正确的科学方法，将酶提纯出来。他有一种坚持不懈、百折不挠的科学精神。成功属于不畏艰苦的人。
5.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少量的酶是RNA。
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第5章 细胞的能量供应和利用
●章节规划
《细胞的能量供应和利用》一章包括4节内容，1个“科学·技术·社会”。本部分内容的单元知识点有：（1）酶在代谢中的作用、本质和特性。（2）解释ATP的化学组成和特点以及ATP在能量代谢中的作用。（3）简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。（4）简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，研究影响光合作用强度的环境因素等，要求是：探究活细胞内酶的来源、作用、化学属性，以及酶作用的特性；探究温度、pH等因素对酶活性的影响。简述ATP分子结构，解释ATP与ADP相互转化的关系，说明ATP的生成途径，阐明ATP在能量代谢中的作用。探究酵母菌的呼吸方式，阐述有氧呼吸的化学过程，举例说明无氧呼吸与有氧呼吸的异同，理解细胞呼吸是生物体获得能量的主要代谢途径。分析科学家对光合作用的认识过程，形成光合作用的基本概念；提取和分离叶绿体色素，简述叶绿体色素的吸收光谱和作用光谱；阐明光合作用的过程及实质，探究影响光合作用速率的环境因素，认识光合作用原理对提高作物产量的指导作用，理解光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢。
本章和本模块的其他章节有着密切的联系,具有承上启下的重要作用：通过第一节知识的学习可以进一步加深对有机物鉴定的掌握；第二节知识的学习使学生可以进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能；第三节和第四节知识可以和第二章的知识联系在一起，加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；学生便于加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程，是与能量的供应和利用分不开的。
为了学好本章，可以采用下列方式，第一节《降低化学反应活化能的酶》可通过实验来进行，让学生在实验和活动过程中领悟科学探究的一般方法，学会合作。第2节《细胞的能量“通货”——ATP》可从具体的事例入手，增强学习的趣味性。第3节和第4节在关注基础知识的基础上，特别关注这两节知识在生产、生活和社会发展方向的应用，比如光合作用与粮食产量的关系，呼吸作用与农产品的保鲜和储藏等等，让学生感觉到这些知识和生活密不可分，进而加深对知识的理解。
第1节 降低化学反应活化能的酶
●从容说课
该节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性。本节在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境——200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，明确在这个实验过程中酶起了重要作用。那么酶在细胞代谢中有何作用？教材安排了实验来比较过氧化氢在不同条件下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率，该实验还介绍了生物实验的常用方法，所以要特别注意理解掌握设计对照实验的原则——单一变量原则（只有一个实验条件不同，其他的实验条件都相同），从而确定实验结果的不同就是有该不同的条件造成的。在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和文字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。
关于酶的化学本质，教材没有平铺直叙地讲述，而是引导学生对有关资料进行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科学家的观点都有正确的成分，但限于各种原因又都不够全面、准确。随着科学技术的不断进步，后来的科学家对酶的本质不断获得新的研究成果。教材引导学生分析这些资料，这在培养学生继承、创新、实事求是和大胆实践等科学精神和态度方面，都具有重要的教育价值。至于酶的定义，教材要求学生在分析资料后自己进行归纳、总结和完善。这体现出教材在促进学生积极改变学习方式，力求培养学生主动建构知识的编写意图。本节资料分析后面的一段短文，同样是意在结合本节的有关知识，培养学生具备正确的科学精神和态度。
关于酶具有高效性，教材是引导学生回忆上一节的实验现象以及联系自己的生活经验后得出的。关于酶具有专一性，教材是通过举实例和打比喻得出的。关于酶的第三个特性，教材设计了一个探究哪些因素影响酶活性的实验，让学生在探究后得出结论。本探究的实验指导提供了相关的背景知识，目的是便于学生提出所需探究的问题。在学生探究的基础上，教材配合两个曲线图，概括出酶的作用条件较温和的结论。本节的“科学·技术·社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类生活的密切关系，从而进一步开阔学生的眼界。
●三维目标
1.知识与技能
（1）细胞代谢的概念。
（2）酶的作用和本质。
（3）酶的特性。
（4）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。
2.过程与方法
（1）通过本节课教学，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。
（2）通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值。
（3）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过学习生物学家研究酶的本质的过程，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。
（2）通过实验探究影响酶活性的条件，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。
●教学重点
1.比较过氧化氢酶在不同条件下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。
2.酶的本质。
3.酶的特性。
●教学难点
1.酶的活化能降低的原理。
2.实验中控制变量的科学方法。
●教具准备
酶活性受温度、pH影响的示意图。
●课时安排
3课时
第一课时 酶的作用
●教学过程
［课前准备］
教师准备实验器材，并设计好观察记录表；学生预习实验，掌握实验的原理并设计好实验的过程。
［情境创设］
人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在来说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。
实验介绍：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。
［师生互动］
问：（1）为何要将肉块放在笼子中？
答：排除了胃对肉块的物理性消化。
问：（2）对肉起消化作用的是什么物质？
答：一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。
问：（3）进行肉类消化的过程的条件是怎样的？
答：进行分解肉的反应是在一种极温和的条件下进行的。
问：（4）在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条件？
答：实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中来说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条件才能进行。
总结：对于一个生物体来说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。
细胞生存的条件是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条件下，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？
过氧化氢在不同条件下的分解
实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。铁离子也可催化这一反应。
2H2O2H2O＋O2
问：如何获得过氧化氢酶？
答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。
按以下实验步骤来进行实验：
试管编号 1 2 3 4
实验原理 过氧化氢在高温或Fe3＋或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气
第一步 每支试管各加入2 mL 3%的H2O2溶液
第二步 90 ℃热水浴 用滴管加2滴3.5%FeCl3溶液 用滴管加2滴质量分数为20%肝脏研磨液
观 察 观察气泡冒出情况，并记录
现象 无 较多 较多 很多
将点燃的卫生香放在液面上 没变化 火头变亮 火头变亮 复燃
原 因 没有生成氧气 生成了少量氧气 生成了少量氧气 生成了大量氧气
结 论 酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著
对上述实验进行分析，对照实验的特点。
问：上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条件？两两比较不同的条件有几个？
答：共同点：都在试管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的压力下进行。
不同点：1和2：只有温度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝脏研磨液；3和4：加入的催化剂不同。
问：1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？
答：它起的是对照的作用。
结论：进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。即酶具有高效性。
问：2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法来解毒？
答：不能。加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。
问：能否用同一滴管给3和4试管加FeCl3溶液和肝脏研磨液？
答：不能。共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。
问：为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？
答：酶降低了活化能。活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。
［教师精讲］
在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。以人为例：据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。
酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。它的作用就是降低活化能。
［评价反馈］
1.选用新鲜肝脏来比较过氧化氢在不同的条件下分解的实验，是因为新鲜的肝脏中
A.含Fe离子多
B.含酶的种类多
C.温度高
D.过氧化氢酶多且活性高
2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？试解释该现象。
参考答案：
1.D 2.能看到伤口有气泡产生。原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和 氧气。
［课堂小结］
［布置作业］
1.查资料：催化剂之所以能加快化学反应，它的作用原理是什么？
2.预习P81的资料分析，说出酶的研究过程。从这些过程中你得到了什么启示？
［课后拓展］
1.酶—底物复合物的形成及诱导契合假说
酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。
2.酶促反应的机制
（1）邻近效应与定向排列：两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。
（2）多元催化：一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。
（3）表面效应：酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。
●板书设计
第5章 细胞的能量供应和利用
第1节 降低化学反应活化能的酶
第一课时 酶的作用
细胞代谢：细胞内全部的化学反应。
酶的作用：降低活化能更显著，催化效率更高。
●习题详解
一、问题探讨（课本P78）
1.这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。
2.是胃内的化学物质——酶将肉块分解了。
3.收集胃内的化学物质，将肉块放入这些物质中，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。
二、本节聚焦（课本P78）
1.因为细胞内每时每刻都进行着大量的生化反应，而这些反应都需要在相对温和的条件下进行，只有酶才能满足这样的要求。
2.绝大多数酶都是蛋白质，它是活细胞产生的具有催化作用的有机物。
3.通过实验来进行研究。其中有重要贡献的科学家有巴斯德、李比希、毕希那、切赫等。
三、实验（课本P79）
1.2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。
2.不能。
3.说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。
4.4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。
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第2节 细胞的能量“通货”——ATP
●从容说课
《细胞的能量“通货”——ATP》主要介绍了ATP分子的组成和结构特点,ATP具有与ADP相互转化的特性,以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容。
关于ATP与ADP的相互转化既是本节的重点也是难点。教师可以继续利用前面的比喻，将细胞中的能量通货比作我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持正常生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。在有机物分解时释放出的能量能被用来合成ATP，这个过程通过ATP与ADP的相互转化来实现。教师在介绍这部分内容时可以充分利用教材上的图解，告诉学生ATP水解时，远离腺苷的磷酸键断裂时释放出较多的能量，是一种放能的过程，所以当ADP与磷酸再次结合形成ATP时，必然从周围吸收相同的能量，而且这个过程在细胞中时刻发生，这就是为什么ATP可以作为一种能量的“小票”而在细胞中流通使用的原因。
关于ATP的利用，一是要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系，二是要充分利用教材上的图解，让学生在看懂图解的基础上，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图解进行补充和完善。
●三维目标
1.知识与技能
（1）简述ATP的化学组成和特点。
（2）写出ATP的分子简式。
（3）解释ATP在能量代谢中的作用。
2.过程与方法
（1）通过ATP与ADP相互转化关系的多媒体动画，认识ATP在细胞中作为能量流通的原因。
（2）通过分析，比较在生物体生命活动中，ATP如何生成又如何消耗，找出能量代谢的规律。
3.情感态度与价值观
（1）激发学生的学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感教育。
（2）通过对课本P90图5－7进行补充和完善，以调动学生学习积极性,培养主动参与的学习态度,培养用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的态度。
●教学重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量中的作用。
2.ATP与ADP的相互转化。
●教学难点
ATP与ADP的相互转化。
●教具准备
1.教师课件。
2.ATP结构式挂图。
●课时安排
1课时
●教学过程
［课前准备］
思考问题:在人类的生产和生活中是怎样解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？例如,发电厂是如何转化能量的 人们是如何从农产品转化成各种生活用品的
［情境创设］
1.老师提出问题，学生讨论
（1）萤火虫发光需要能量吗？
（2）细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，生物的生命活动需要能量能直接利用它们吗？
2.教师讲解
从课文中的唐诗中我们知道，生物的生命活动需要能量。实际上，细胞中还有许多化学反应是需要能量的，这些能量是从哪里来的呢？我们知道，细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能，这些能源物质的稳定性，利于大量地储存，但它们不能直接为细胞的生命活动提供能量，细胞是怎样解决“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的？细胞把稳定的能量转化成另一种能直接给细胞的生命活动提供能量的有机物——ATP，解决了这一问题。ATP什么物质呢？
［师生互动］
1.ATP分子结构特点
学生阅读课本P88相关内容后，教师讲解：
（1）展示ATP结构式挂图，向学生介绍腺嘌呤、核糖（两者结合而成腺苷）、磷酸。
（2）ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基团，T代表三，～代表一种特殊的化学键，叫做高能磷酸键，ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。ATP水解时高能磷酸键可以水解放出大量的能量，达到30.54 kJ/mol。所以说，ATP是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）学生阅读课本P88～P89页相关内容，回答问题：ATP与ADP是怎样相互转化的？
（2）教师讲解：ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP（播放多媒体课件：ATP与ADP相互转化）。
资料显示，正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重，但在体内存在的ATP的量是很少的。ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下所示：
3.ATP的形成途径
（1）学生阅读课本P89相关内容后，分组讨论：动植物ATP的形成途径有哪些？
（2）教师讲解：对于绿色植物来说，ADP转化成ATP时所需的能量来自于呼吸作用和光合作用；对于人、高等动物、真菌和大多数细菌来说，ADP转化成ATP时所需的能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）教师讲解：吸能反应总是与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
（2）学生看课本图，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图进行补充和完善。
［教师精讲］
1.细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等。细胞内消耗能源物质的顺序是：糖类脂肪蛋白质。一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类，而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP，转变成活跃的化学能，才能供给各种生命活动利用，从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。
2.直接供给生命活动能量的能源物质是ATP。在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物质。ATP是生物体内能量转换的“中转站”，它有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等等，从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。
3.ATP的结构与物理、化学知识有密切联系，ATP中的能量可以转变成机械能（如肌肉收缩、鞭毛摆动）、化学能、电能（如神经冲动的传导）、渗透能（如主动运输的能量）、光能等其他形式的能量。
4.胞内供能物质有ATP和磷酸肌酸，ATP普遍存在，但含量不多，当ATP大量消耗时，则磷酸肌酸释放能量供ADP和Pi合成ATP。磷酸肌酸的存在对ATP含量的相对稳定起缓冲作用。
［评价反馈］
学生做课本练习题、教师检查评讲。
［课堂小结］
［课后拓展］
1.其他高能磷酸化合物
在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷酸肌酸（可用C～P代表）。磷酸肌酸的结构式是：
当动物和人体细胞由于能量的大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作用下磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）；当ATP含量比较多时，在有关酶的催化作用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。
对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的一种储存形式，而不能直接被利用。由此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲的作用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。
2.萤火虫发光的原理和意义
萤火虫不论雄性的还是雌性的，夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小一些，但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光，主要是求偶的信号，用来吸引异性前来交尾。萤火虫有许多种，如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后，就会以特定的闪光信号回应。雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的，每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间，这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地回应了闪光信号，则雄虫就会前来交尾，以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后，用手电筒模拟这种闪光信号，竟然发现同种的雌虫会迎光而来。
有趣的是，雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后，有时竟能发出该种雌虫的闪光信号，这种闪光信号具有欺骗性，能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。雌虫的这一特性，可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外，萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。
萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方，该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管，发光细胞内有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成氧化荧光素并且发出荧光。顺便说到，荧光是一种冷光，其发光效率可高达98％左右，而热光则发光效率低得多，如太阳的发光效率只有35％左右。
●板书设计
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
1.ATP分子结构特点
（１）化学组成：腺嘌呤、核糖、磷酸；
（２）ATP（三磷酸腺苷），结构简式A—P～P～P，是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
（1）ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下式所示：
ADP＋Pi＋能量ATP
（2）ATP和ADP能相互转化的原因
3.ATP的形成途径
（1）绿色植物：能量来自于呼吸作用和光合作用；
（2）人、高等动物、真菌和大多数细菌：能量除来自于呼吸作用外，人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
（1）运输物质；
（2）肌肉收缩；
（3）合成物质；
（4）生物发电；
（5）神经活动。
●习题详解
一、练习（课本P90）
（一）基础题
1.B
2.吸能反应：如葡萄糖和果糖合成蔗糖的反应，需要消耗能量，是吸能反应。这一反应所需要的能量是由ATP水解为ADP时释放能量来提供的。放能反应：如丙酮酸的氧化分解，能够释放能量，是放能反应。这一反应所释放的能量除以热能形式散失外，还可用于ADP转化为ATP的反应，储存在ATP中。
3.在储存能量方面，ATP同葡萄糖相比具有以下两个特点：一是ATP分子中含有的化学能比较少，一分子ATP转化为ADP时释放的化学能大约只是一分子葡萄糖的1／94；二是ATP分子中所含的是活跃的化学能，而葡萄糖分子中所含的是稳定的化学能。葡萄糖分子中稳定的化学能只有转化为ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞利用。
（二）拓展题
提示：植物、动物、细菌和真菌等生物的细胞内都具有能量“通货”——ATP，这可以从一个侧面说明生物界具有统一性，也反映种类繁多的生物有着共同的起源。
二、问题探讨（课本P88）
1.萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。
2.萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。
3.有。萤火虫腹部细胞内一些有机物中储存的化学能，只有在转变成光能时，萤火虫才能发光。
三、思考与讨论（课本P90）
1.1分子葡萄糖所含的能量，约是1分子ATP所含能量的94倍（指ATP转化为ADP时释放的能量）。
2.有道理。糖类和脂肪分子中的能量很多而且很稳定，不能被细胞直接利用。这些稳定的化学能只有转化成ATP分子中活跃的化学能，才能被细胞直接利用。
四、本节聚焦（课本P88）
1.因为能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。
2.ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来，形成游离的Pi（磷酸），同时，储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，ATP就转化成ADP（二磷酸腺苷的英文名称的缩写）。在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。
ATP与ADP在活细胞中一定条件下循环转化。ATP水解时释放出大量能量，不断地为生命活动提供能源补充，保证了新陈代谢的正常进行；由于ATP在细胞内的含量很少，ADP迅速转化形成新的ATP，使ATP含量处于动态平衡之中，从而使ATP不会因能量的不断消耗而枯竭，保证了生命活动能够及时地、不断地得到能量而顺利进行。
3.ATP中的能量可以直接转化成其他各种形式的能量，用于各项生命活动。这些能量的形式主要有以下6种：
渗透能 细胞的主动运输是逆浓度梯度进行的，物质跨膜移动所做的功消耗了能量，这些能量叫做渗透能，渗透能来自ATP。
机械能 细胞内各种结构的运动都是在做机械功，所消耗的就是机械能。例如，肌细胞的收缩，草履虫纤毛的摆动，精子鞭毛的摆动，有丝分裂期间染色体的运动，腺细胞对分泌物的分泌等，都是由ATP提供能量来完成的。
电能 大脑的思考——神经冲动在神经纤维上的传导，以及电鳐、电鳗等动物体内产生的生物电等，它们所做的电功消耗的就是电能。电能是由ATP提供的能量转化而成的。
化学能 细胞内物质的合成需要化学能，如小分子物质合成为大分子物质时，必须有直接或间接的能量供应。另外，细胞内物质在分解的开始阶段，也需要化学能来活化，成为能量较高的物质（如葡萄糖活化成磷酸葡萄糖）。可以说在细胞内的物质代谢中，到处都需要由ATP转化而来的化学能做功。
光能 目前关于生物发光的生理机制还没有完全弄清楚，但是已经知道，生物体用于发光的能量直接来自ATP，如萤火虫的发光。
热能 有机物的氧化分解释放的能量，一部分用于生成ATP，大部分转化为热能通过各种途径向外界环境散发，其中一小部分热能作用于体温。通常情况下，热能的形成往往是细胞能量转化和传递过程中的副产品。此外，ATP释放的能量中，一部分能量也能用于动物体温的提升和维持。
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第二课时 光合作用的过程和化能合成作用
●教学过程
［课前准备］
1.制作多媒体课件。
2.课前教师提供一份预习提纲，布置学生预习课本P103～P105的内容。
预习提纲：①光合作用过程分为哪几个阶段？
②什么是光反应阶段？这个阶段发生的场所在哪里？需要哪些条件？物质和能量是如何转变的？
③什么是暗反应阶段？这个阶段发生的场所在哪里？需要哪些条件？物质和能量是如何转变的？
④光合作用受哪些外界因素的影响？这些因素是怎样影响光合作用的？
［情景创设］
教师：通过上一节课的学习，我们已经知道光合作用的场所是叶绿体，请问叶绿体有哪些结构特点与其功能相适应呢？
学生：第一，叶绿体内有许多基粒和类囊体，扩大了叶绿体的受光面积，类囊体膜表面分布着许多吸收光能的色素分子，便于光能的吸收；第二，类囊体膜表面以及基质内还分布着多种光合作用所必需的酶，有利于光合作用的进行。
教师：初中我们曾经学习过有关光合作用的知识，请问你们对光合作用的知识还有哪些方面的了解？
学生：（七嘴八舌）
光合作用的原料是CO2和H2O；
光合作用的条件是光；
光合作用的产物是糖类和氧气；
等等。
教师：很好。看来大家对光合作用的知识还了解不少。请一位同学来归纳光合作用的 概念。
学生：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
教师：那么在一个微小的叶绿体中，CO2和H2O究竟是怎样转化为糖类和氧气的呢？此过程中色素吸收的光能是怎样到有机物中去的？光合作用受哪些外界因素的影响？这就是我们今天这堂课要讨论的主要内容。
（显示板书：二、光合作用的原理和应用）
［师生互动］
（一）光合作用的过程
教师：下面我们先来看看光合作用是怎样在叶绿体中进行的。
（显示板书：1.光合作用的过程）
教师：用多媒体课件演示发生在一个叶绿体中的光合作用全程的动态过程。
教师：我们在观察课件的时候，是不是觉得有点“眼花缭乱”呀，这说明光合作用是个很复杂的过程。其实刚才课件中显示的只是光合作用的简化过程，其具体过程还要复杂得多。
教师：根据刚才的观察，你们说光合作用过程分为哪几个阶段呢？
学生：分为光反应和暗反应两个阶段。
教师：下面我们先来具体观察一下光反应过程。
（显示板书：光反应）
教师：演示光合作用光反应的动态变化，并指导学生观察。
教师：光反应在哪里进行？
学生：叶绿体基粒的类囊体薄膜上。
教师：利用到了哪种原料？
学生：水。
教师：水在光反应阶段发生了怎样的变化？
学生：水被分解成了[H]和O2。
教师：水是化学性质非常稳定的化合物，它为什么会在常温常压下分解？
学生：一方面有色素吸收的光能做“动力”；另一方面类囊体薄膜上分布有相应的酶作催化剂。
教师：回答得很好。我们再仔细观察一下，色素吸收的光能除了使水分解以外，还发生了什么变化？
教师：重新演示光合作用光反应的动态画面，并指导学生观察。
学生：还有一部分转移到了ATP中，即利用光能把ADP和Pi合成为ATP。
教师：刚才的一系列变化都需要什么参与？
学生：光。
教师：对啦。所以我们把发生在叶绿体类囊体薄膜上的这一化学变化称为光反应。那么，同学们能不能归纳一下，整个光反应阶段物质和能量是怎样转变的？
学生：从物质变化的角度来看，一是把水分解成了O2和具有强还原性的[H]，二是把ADP和Pi合成了ATP；从能量变化的角度来看，把光能转化成了ATP中活跃的化学能。
教师：很好。光反应一共产生了三种产物，其中我们看到O2作为光合作用的第一个终产物释放到了大气中，还原性很强的[H]和储存有活跃化学能的ATP又到哪里去了呢？
学生：提供给暗反应利用。
教师：下面我们就继续看看暗反应是怎样进行的。
（显示板书：暗反应）
教师：演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。
教师：暗反应在哪里发生？
学生：在叶绿体基质中。
教师：利用了哪种原料？
学生：二氧化碳。
教师：在暗反应过程中，二氧化碳发生了怎样的变化？
学生：首先CO2与一个C5结合形成两个C3，这一步称为“二氧化碳的固定”。
教师：二氧化碳的化学性质是非常稳定的，在空气中很难与其他化合物发生反应，为什么在叶绿体基质中可以顺利地与C5结合形成两个C3呢？
学生：因为在叶绿体基质中存在多种催化暗反应的酶。
教师：请大家仔细观察，经二氧化碳固定所产生的C3又发生了什么变化呢？
教师：继续演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。
学生：C3经过一系列变化转变成了（CH2O），这一步称为“三碳化合物的还原”。
教师：这一步除了形成（CH2O），还有什么产物？
教师：注意引导学生观察，这一步学生很容易忽略。
学生：还有C5。
教师：对啦。C5作为一种中间产物，在暗反应的固定阶段用到，同时在暗反应的还原阶段又产生，这对于光合作用有什么意义？
学生：保证暗反应不会缺乏原料，能够持续进行下去。
教师：还原阶段需要哪些条件？
学生：需要相应的酶催化，还需要光反应提供的[H]作还原剂以及ATP供能。
教师：刚才的一系列变化需不需要光？
学生：不需要。
教师：那是不是一定要在黑暗中进行呢？
学生：也不是，有光无光都可以进行。
教师：对。“暗”并不是指暗反应一定要在黑暗中进行，而是相对于光反应来说，这一阶段不需要光。故我们把光合作用第二阶段所发生的、在有光无光条件下都可以进行的化学反应称为“暗反应”。现在哪位同学来归纳一下整个暗反应阶段物质和能量进行了怎样的转变？
学生：从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被还原成（CH2O）和C5；从能量转变的角度来看，ATP中活跃的化学能变成了稳定的化学能储存在糖类等有机物中。
教师：好。综合我们刚才讨论的光反应和暗反应，我们可以把光合作用过程用下面的示意图表示。
教师：出示光合作用过程示意图并作适当讲解。
图5－4－1 光合作用过程示意图
教师：从图5－4－1中可以看出，光合作用是由“光反应”和“暗反应”两个阶段组成的。那么这两个阶段有什么关系呢？
教师：出示光反应和暗反应关系的比较表，并组织学生回答。
光反应 暗反应
区别 时间 反应很快（以毫秒计） 较缓慢
反应场所 叶绿体基粒的类囊体薄膜上 叶绿体基质中
反应条件 需要与光反应有关的酶、色素、光 需要与暗反应有关的酶[H]、ATP
物质变化 ①水的光解：2H2O4[H]＋O2↑②合成ATP：ADP＋PiATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3的还原：
能量变化 光能转化为ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
联 系 ①光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供还原剂[H]和ATP；②暗反应是光反应的继续；暗反应为光反应的进行提供合成ATP的原料ADP和Pi；总之，光反应和暗反应是两个既相互独立又同时进行、既相互制约又密切联系的两个生理过程
列表中的答案由教师根据学生的回答逐一显示。
教师：通过刚才的列表比较，你认为“植物白天进行光反应，晚上进行暗反应”的说法正确吗？为什么？
学生：不对。因为暗反应的正常进行需要光反应提供的[H]和ATP，如果光反应停止，也就意味着暗反应随即停止；反之，光反应的正常进行需要暗反应提供ADP和Pi，如果暗反应受阻，光反应也不能正常进行。光反应和暗反应是两个同时进行、相互制约、密切联系、缺一不可的过程。
教师：如果从光合作用整体的角度来看：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？）
（显示板书：2.光合作用的实质）
学生：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。
教师：好。我们已经了解了整个光合作用的具体过程，同学们是否能用一个总反应式来表示呢？
（显示板书：3.光合作用的反应式）
请一位学生上黑板表示如下：CO2＋H2O（CH2O）＋O2↑
教师：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行产生影响呢？
可提示学生根据光合作用的总反应式，从光合作用的条件、原料、产物等方面来考虑。
（显示板书：4.影响光合作用的外界因素）
学生：光照、二氧化碳、温度、水等环境因素可以对光合作用的进行产生影响。
教师：归纳得很好。除此之外，还有矿质元素也会影响光合作用的进行。
（二）化能合成作用（显示板书）
组织学生阅读课本P105化能合成作用的知识。
教师：绿色植物能够利用光能、以二氧化碳和水为原料合成有机物，有机物中储存着由光能转换来的化学能，以供自身利用，我们把这类生物称为自养生物。请大家思考一下，人、动物与植物最大的区别是什么？
学生：人和动物不能利用无机物合成有机物。
教师：那它们是怎样来维持自身的生命活动的？
学生：它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。
教师：对。我们把这类生物称为异养生物。
教师：除了人和动物外，还有哪些生物是异养生物？
学生：还有真菌、支原体、细菌、病毒等生物。
教师：所有细菌都是异养生物吗？
学生：不是，有些细菌是自养生物，比如硝化细菌。
教师：它是如何自养的？是否跟植物一样？
教师：多媒体课件显示硝化细菌的自养过程反应式，并指导学生观察。
学生：有所不同，主要是能量的来源不一样。植物制造有机物的能量来源是光能，而硝化细菌制造有机物的能量来源是把土壤中的NH3氧化为亚硝酸和硝酸时所释放的化 学能。
教师：回答得很正确。我们把这种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称为化能合成作用。除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细菌都属于这一类生物。
教师：同学们，今天我们主要学习了绿色植物的光合作用过程和硝化细菌的化能合成作用过程，这两种生理过程都能利用二氧化碳和水等无机物来制造有机物，但只有绿色植物光合作用制造的有机物才可以提供给地球上的其他生物和人类所利用，所以光合作用是自然界最基本的物质代谢和能量代谢。为了给人类提供更多的食物和原料，我们就必须提高植物特别是农作物的光合作用强度，那么，在农业生产上有哪些提高农作物光合作用强度的措施呢？这就是我们下节课要学习的内容。
［教师精讲］
1.弄清楚C、H、O的去路，特别是氧的去向：反应物CO2中的O到了（CH2O）中，反应物H2O中的O全部到了O2中。光合作用的总反应式可表示为：
2.暗反应是个循环往复的过程，其中的C5可以循环生成，即在暗反应的固定过程中被用去，同时又在还原过程中产生。这一过程是由美国科学家卡尔文发现的，故称为“卡尔文循环”。因此，如果人为改变光合作用的一些条件，如突然缺CO2，突然停止光照（导致 [H]和ATP供给不足），等等，我们可以分析叶绿体中C3、C5、（CH2O）的含量。主要有以下三种情况：
①如果在光照条件不变的情况下，突然降低二氧化碳的浓度，此时，CO2的固定会受阻，而C3的还原照常进行，那么C5的含量就会上升，C3的含量就会下降，（CH2O）的含量也会下降。
②如果二氧化碳的浓度不变，突然停止光照，此时，CO2的固定照常进行，而C3的还原会受阻，那么C5的含量就会下降，C3的含量就会上升，（CH2O）的含量也会下降。
③如果在降低二氧化碳的浓度的同时，又停止光照，则C5和C3的含量都不变，（CH2O）的含量会下降。
3.光照、温度、二氧化碳、水和矿质元素是怎样影响光合作用的？
①光照作为光合作用的动力对光合作用的进行有着重要的影响。光照强度增强、光照时间延长可以促进光反应的进行，使光反应产生更多的氧气、[H]和ATP。[H]和ATP的增多又可以促进暗反应的进行，产生更多的有机物。光照强度减弱、光照时间缩短也可以限制光合作用的进行。
②二氧化碳作为光合作用的原料之一，对光合作用的进行也有重要影响。二氧化碳浓度增加，可以促进暗反应中二氧化碳的固定，从而产生更多的三碳化合物，进而促进还原过程的进行，产生更多的有机物。二氧化碳浓度的降低同样可以限制光合作用的进行。
③温度是通过影响酶的催化效率来影响光合作用的。作为复杂的化学反应，光合作用需要大量的酶进行催化。温度的适当提高可以大幅度提高酶的催化效率，从而提高光合作用的强度。
④水分作为光合作用的原料之一，缺乏时可以使光合作用的强度下降。虽然光合作用所需的水分只是植物所吸收水分的一小部分（1%～5%左右），水分减少对光合作用不会有太大的直接影响，但是，水分的减少可以使叶片的气孔关闭，影响二氧化碳的进入，从而降低光合作用的强度。
⑤矿质元素也可以直接或间接地影响光合作用的进行。如N是催化光合作用过程中各种酶以及ATP的重要组成部分，磷也是ATP的重要组成部分，镁是叶绿素的重要组成部分，K与光合作用产物的运输直接有关。
［评价反馈］
1.在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的水中，过一段时间后，分析上标18O放射性标志，最有可能的是
A.在植物体内的葡萄糖中发现
B.在植物体内的淀粉中发现
C.在植物体内的脂肪、蛋白质和淀粉中均可发现
D.在植物周围的空气中发现
2.光反应为暗反应提供的[H]和ATP参与
A.CO2和C5的结合
B.C3的还原
C.由CO2合成葡萄糖
D.由C5合成葡萄糖
3.在正常情况下进行光合作用的某植物，当改变某条件后，即发现叶肉细胞中的五碳化合物突然上升，则改变的条件是
A.停止光照
B.停止光照并降低二氧化碳浓度
C.升高二氧化碳浓度
D.降低二氧化碳浓度
4.生长于较弱光照条件下的植物，当提高二氧化碳浓度时，其光合作用速度并未随之增加，主要限制因素是
A.呼吸作用与暗反应 B.光反应
C.暗反应 D.呼吸作用
5.图5－4－2是光合作用示意图。请据图回答：
图5－4－2
（1）请写出字母所代表的物质：
a______________________，b_______________________，c________________________，d_________________________，e________________________，f_______________________，
g_________________________。
（2）由“f”经暗反应产生“g”，可以分为_____________、_____________两个阶段。
（3）如果同位素3H标记参与光合作用的水，并追踪3H，它最可能的途径是（用图中字母表示）_____________。
（4）根据题意，简述光合作用能量变化的过程：__________________________________
___________________________。
答案：1.D 2.B 3.D 4.B 5.（1）H2O O2 ADP和Pi ATP [H] CO2 糖类等有机物 （2）CO2的固定 C3的还原 （3）a→e→g （4）光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
［课堂小结］
（一）光合作用的过程
1.光合作用的过程
2.
3.光合作用的总反应式及氧元素去向：
4.影响光合作用的外界因素：光照、二氧化碳浓度、温度、水、矿质元素等。
（二）化能合成作用
［布置作业］
1.完成课本P104页思考与讨论1～2题。
2.完成课本P106叶基础题1～8题。
3.调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施，写好调查报告。
［课后拓展］
1.光合作用的重要意义
（1）制造有机物
绿色植物的光合作用把二氧化碳、水等无机物转变成糖类等有机物。全球自养植物每年同化碳素约2×1011 t，相当于5×1011 t有机物，提供人类及全部动物所需的食物。所以我们把绿色植物称为制造有机物的“绿色工厂”。
（2）能量转化
绿色植物在进行光合作用的时候将多数生物不能利用的光能转变成化学能。全球植物每年储存3×1018 kJ，供给包括植物本身在内的全球生物生长、发育及进行各项生命活动；另外我们现在利用的木材、煤炭、石油、天然气等都是绿色植物通过光合作用积累下来的。所以绿色植物又称为“巨型能量转换站”。
（3）保护环境
绿色植物好比是一台天然的“空气净化器”，不断地通过光合作用吸收CO2和释放O2。绿色植物每年释放氧气5.35×1011 t。
（4）对生物的进化有重要作用
原始大气中并没有O2存在，直到20～30亿年以前，原始蓝藻在地球出现以后，地球的大气中才逐渐有了O2，从而促使地球上的生物由无氧呼吸型向有氧呼吸型进化，进一步提高了生物的代谢速率和生存能力；同时，大气中的一部分O2可以转化为臭氧（O3），于是，在大气上层就形成了臭氧层，能够有效滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，这样才使水生生物进化成陆生生物成为可能。
2.光合作用和呼吸作用的比较
生理过程比较项目 光合作用 呼吸作用 两者关系
场 所 主要在绿色植物的叶绿体中进行 凡是活细胞都进行，在细胞质基质和线粒体中进行 两者是不可逆的
条 件 在光照条件下进行 有光无光都能进行
物质转变 无机物→有机物 有机物→无机物 两者是相反的
能量转变 光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能是同化作用的重要组成部分 有机物中稳定的化学能→ATP中活跃的化学能是异化作用的重要组成部分
联 系 光合作用为呼吸作用提供了物质基础（有机物和O2）；呼吸作用为光合作用提供了能量和原料（CO2） 两者是互相联系的
3.光合作用的有关计算
（1）物质计算
依据光合作用的总反应式：
CO2＋H2*O(CH2O)＋*O2↑
或6CO2＋12H2*OC6H12O6＋6H2O＋6*O2
①光合作用释放6*O2来自光反应阶段原料水的光解。
②光反应阶段12H2*O，光解产生24个[H]，在暗反应中用于还原6CO2，并产生6H2O。
③光合作用产物C6H12O6中的碳和氧来自原料CO2，氢来自原料水。
④生成物6H2O中的氢来自原料水，氧来自原料CO2。
（2）能量计算：依据光合作用反应式进行计算。
（3）与呼吸作用相结合的计算：
在光下光合作用与呼吸作用同时进行：
光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量＋呼吸作用耗氧量
光合作用实际二氧化碳释放量=实测的二氧化碳消耗量＋呼吸作用二氧化碳释放量
光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量－呼吸作用葡萄糖消耗量
4.化能合成作用
自然界中有少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是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，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌属于化能自养型生物，它们以化学能为能源，以CO2为碳源。主要的代表有以下几种：
（1）硝化细菌
硝化细菌能将土壤中的氨（NH3）氧化，从中获得能量而把CO2和H2O合成糖类，这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。其过程可以用下列反应式表示：
上面的前两个反应是说明NH3和HNO2的氧化和释放能量的过程；最后一个反应是说明硝化细菌利用前面的两个反应所释放的能量，把从外界吸收的CO2和H2O合成葡萄糖的过程。硝化细菌的化能合成作用对于自然界的氮循环具有重要意义，因为它把环境中不能被植物体吸收利用的NH3变成了硝酸盐（NO－3），从而被植物吸收利用。
（2）硫细菌
这些细菌能够氧化硫化氢，并且把硫积累在体内。如果环境中缺乏硫化氢，这类细菌就把体内的硫氧化成硫酸。这一过程的化学反应式如下：
H2S＋O2H2O＋2S＋能量
2H2O＋2S＋3O22H2SO4＋能量
硫细菌就是利用上述反应中释放的能量来合成有机物的。
（3）铁细菌
铁细菌就是能够氧化硫酸亚铁的一类细菌，这一过程的化学反应式如下：
4FeSO4＋2H2SO4＋O22Fe2（SO4）3＋2H2O＋能量
硫细菌就是利用上述反应中释放的能量来合成有机物的。
●板书设计
第二课时 光合作用的过程和化能合成作用
二、光合作用的原理和应用
（一）光合作用的过程
1.过程
2.实质
3.总反应式
4.影响光合作用的外界因素
（二）化能合成作用
●习题详解
见第三课时相应内容
●备课资料
见第三课时相应内容
第三课时 光合作用的探究历程和光合作用原理的应用
●教学过程
［课前准备］
1.教师制作多媒体课件；
2.教师设计《生物小组合作学习记录卡》；
小组编号 时间 月 日 第 节
组长 记录员
组员
课题
讨论结果
交流代表
3.准备探究实验《环境因素对光合作用强度的影响》所需的材料用具；
4.组织学生每两人为一组调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施，并写好调查报告。
［情境创设］
教师：上节课我们学习了光合作用的具体过程，同学们还记得光合作用分为哪几个阶 段吗？
学生：分为光反应和暗反应两个阶段。
教师：光反应和暗反应各发生了怎样的物质变化和能量变化？
学生：光反应包括两个物质变化，即水的光解和合成ATP，同时光能转变为ATP中活跃的化学能。暗反应也包括两个物质变化，即二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，同时，ATP中活跃的化学能转变成糖类等有机物中的化学能。
教师：很好，看来同学们对光合作用的具体过程掌握得不错。但是有哪位同学知道光合作用的过程是怎样被人发现和了解的吗？
教师：这个问题看来大家了解得不多。人们对光合作用的认识经历了一个漫长的过程，科学家们用了200多年的时间经过无数次的实验才对光合作用的过程有了比较清楚的认识。今天这节课我们将沿着科学家们探寻的足迹，去体验他们认识问题的思维过程和科学探索的乐趣。
［师生互动］
1.光合作用的探究历程
教师：首先我们来看一看科学家们是怎样逐渐认识光合作用的？
〔显示板书：（三）光合作用的探究历程〕
教师：这部分内容我们将以小组合作学习的方式来进行。请大家结合课本P 101～P102的内容，快速阅读以下材料，然后分组讨论表格中所提出的问题。请看大屏幕。
多媒体课件出示小组合作学习要求：（1）每个小组推选一名组长，组织本组同学讨论学习；（2）推选一名记录员记录本组同学讨论的结果；（3）推选一名交流代表发言，汇报本组讨论结果；（4）每位同学在讨论时都要积极思维、踊跃发言，帮助本组代表准备好发言提纲。
多媒体课件显示材料内容：
年代 科学家 实验情况 结论 思考
1648年 [比利时]海尔蒙特 把一棵重2.5 kg的柳树苗栽种到一个木桶里，每天只用纯净的雨水浇灌树苗，五年以后取出柳树，并把柳树和土壤分别称重。结果发现柳树增重80多千克，而土壤却只减少了100 g ① 1.海尔蒙特的实验设计有什么 缺陷？
1771年 [英国]普利斯特利 密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死 ② 2.他的实验有时成功，有时失败，试想一下可能的原因是什么？
1779年 [荷兰]英格豪斯 密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在光照条件下，一段时间后，蜡烛不灭，小鼠不死；密闭的玻璃钟罩内，同时放有点燃的蜡烛和活小鼠，放在黑暗中，一段时间后，蜡烛熄灭，小鼠死亡；重复500多次 ③ 3.英格豪斯的实验设计与前人相比，改进在什么地方？
1782年 [日内瓦] J.Senebier （略） 植物在照光时吸收CO2释放O2 4.J.Senebier的这个结论是在什么基础上提出的？
1845年 [德]R.Mayer （略） 植物在进行光合作用时把光能转变成了化学储存起来 5.R.Mayer得出这个结论的依据是什么
1864年 [德]萨克斯 暗处理后的叶片一半遮光，一半曝光，后经碘蒸气处理，曝光一半叶变蓝，遮光一半不变 ④ 6.萨克斯的实验目的是什么？7.为什么对天竺葵先进行一昼夜的暗处理？8.为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
20世纪30年代 [美]鲁宾和卡门 用同位素18O标记水（即H218O），进行光合作用实验，发现生成的氧全部是18O2；如用18O标记二氧化碳（即18CO2），H2成的氧全部是O2 ⑤ 9.鲁宾和卡门采用了什么先进方法来进行实验？
10.从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系？与技术手段的进步有什么关系？试举例说明。11.分析人类对光合作用的探究历程，你还有哪些感悟？
学生：分组讨论，由记录员填写生物小组合作学习记录卡。
教师：哪一组同学先来汇报？
教师：好。我们掌声有请第一小组的代表发言。其他小组的同学要注意听，看看本小组讨论的结果是否跟他们的一样。等一下其他小组代表发言的时候，只讲你们的不同结论，并说明原因。
第一小组的交流代表用实物投影仪呈现讨论结果，并作讲解；各小组的代表分别提出本小组的不同看法，并说明原因；其他学生有不同意见也可以提出来；最后由老师进行总结。在师生的共结论同讨论中得到正确答案并逐一呈现。
结论 思考
①建造植物体的原料是水分 1.缺乏对照实验
②植物可以更新空气 2.可能是在无光条件下做的这个实验。因为无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，所以实验失败
③植物只有在阳光照射下才能更新空气 3.①设计了对照实验；②控制单一变量（即唯一自变量）；③对实验过程进行重复
植物在照光时吸收CO2释放O2 4.在发现了空气的组成的基础提出的
植物在进行光合作用时把光能转变成了化学能储存起来 5.依据是“能量的转换和守恒定律”
④证明绿叶在光合作用中制造了淀粉 6.为了验证光合作用的产物是什么。7.暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走 耗尽8.一半遮光一半曝光，是为了进行对照
⑤光合作用释放的氧全部来自水 9.采用了“同位素标记法”来进行实验
10.提示：从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切。例如：直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳，这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，基于核科学的进展，鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳。这些都说明在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展有巨大的推动作用。11.提示：①许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索，他们不断地探索研究，从不放弃，坚持到底，这种献身科学的精神值得我们学习；②使我们体验到了科学探究的一般过程是：通过观察、发现问题—提出问题、进行假设—指定计划、设计实验—观察实验、获取证据—检验假设、得出结论，并认识到科学发现的艰难，科学研究方法的重要性，以及综合利用各学科的成果和研究手段的重要性；③科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则，这些科学实验方法都是值得我们借鉴的。
教师：刚才我们体验了科学家们探索发现光合作用的历程，学习了他们的科学研究方法，接下来，我们也来模仿科学家设计实验的方法，看看自己能否创造性地设计实验探究光合作用的奥秘。
〔显示板书：（四）光合作用原理的应用〕
教师：农业生产上有许多提高农作物光合作用强度的措施。上节课已经布置同学们调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施有哪些，现在请同学们来汇报一下你们的调查结果。
（显示板书：提高农作物光合作用强度的措施）
学生：用投影仪展示调查报告、相片、图片、资料等。
汇报结果总结如下：
（1）适当提高光照强度、延长光照时间：如冬天或阴雨天可以使用人工光照作为补充等。
（2）适当提高二氧化碳浓度：如施用农家肥、在温室内施干冰等。
（3）适当提高温度：如阳光充足的天气温室内的温度调节在25～30 ℃之间。
（4）适当增加植物体内的含水量：如合理灌溉等。
（5）适当增加矿质元素的含量：如合理施肥等。
教师：很好。现在我们就每两个人为一组，选择其中的一种因素，通过实验来探究它对光合作用的影响。
（显示板书：探究环境因素对光合作用的影响）
教师：首先请大家确定好你们想要研究的课题，然后按以下步骤来实施：
一、确定课题
二、作出假设
你的依据是：
三、设计方案
原理提示：从蚕豆（或其他植物）上选取健壮、叶龄相似的成长叶数片，用直径1 cm的钻孔器，避开叶脉，打小圆片数十片，放于大注射器中注入水，排除空气后，用手指堵住注射器前端小孔，把活塞用力往后拉，即可造成减压环境而逐出叶肉组织中的空气，放开手指，水即进入组织中，如此重复多次，整个叶子圆片全部充满水分而下沉。把下沉的圆叶片连同水倒于小烧杯中，放在黑暗处备用。
植物进行光合作用时，吸收二氧化碳放出氧气，由于氧气在水中的溶解度很小，而在细胞间隙中积累，结果会使原来下沉的叶片上浮。
请根据你们前面提出的假设，思考以下其中一个问题，小组同学通过讨论，设计出你们下一步的实验方案。
1.如果你探究的是光照对光合作用的影响，你如何设置单一的光照变量？根据什么现象观察实验结果？
2.如果你探究的是温度对光合作用的影响，你如何设置单一的光照变量？根据什么现象观察实验结果？
3.如果你探究的是二氧化碳对光合作用的影响，你如何设置单一的光照变量？根据什么现象观察实验结果？
（当然你也可以不参照提示，自己设计一个更合理的方案）
（一）选择你所需要的实验器材：叶片、打孔器、注射器、烧杯、40 W台灯、温度计、可调式控温器、NaHCO3。
（二）方法步骤：
（三）实验结果记录：
请你设计一个简单、合理的表格，记录你的实验结果。
（四）老师选择几组实验方案设计得较好的组别，派代表到讲台宣读，供其他组别参考，经进一步修改完善后便可实施。
四、实施方案
按实验方案进行操作，仔细观察，认真记录。
五、分析与结论
把你的实验结果填写在前面设计的记录表上，并根据实验结果绘出曲线图。小组同学共同分析和讨论实验结果，得出结论。
六、表达与交流
向全班同学展示你们的实验成果，并对其他小组提出的质疑作出合理的解答；认真倾听其他小组的汇报，共同归纳出提高光合作用强度的措施。
［教师精讲］
1.人类是怎样认识到光合作用原理的
人们对光合作用的认识经历了一个漫长的阶段，大约用了近200多年的时间，才对光合作用的生理过程有了一些认识，知道了光合作用的场所、条件、原料和产物。从公元前3世纪古希腊学者亚里士多德提出，土壤是植物体的食物来源，直到20世纪40年代初，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究，了解了光合作用中各产物组成元素的来龙去脉后，对光合作用才有了一个较彻底的认识。
2.关于变量和单一变量原则
变量，或称因子，是指实验过程中可被操纵的特定因素或条件。根据其在实验中的作用，通常可分为两类：
实验变量与反应变量：
实验变量，也称自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，两者是因果关系。
无关变量与额外变量：
无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的其他一切影响实验现象或结果的因素或条件。无关变量并不是对实验结果不产生影响，而是指在实验中不作为实验的研究对象。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量引起的变化和结果。显然，额外变量会对反应变量起干扰作用，造成实验结果的误差。
单一变量原则是处理实验中各种复杂关系的一个基本原则。指实验设计中只能确定一个变量为实验变量，其他变量则为无关变量。单一变量原则包括两层含义：一是确保“单一变量”的实验观测，不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量。二是确保“单一变量”的操作规范，即实验操作中要尽可能避免无关变量的干扰。
［评价反馈］
1.20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究绿色植物的光反应过程。他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别成为H218O和C18O2，然后进行两组光合作用实验。图5－4－3中容器内为小球藻悬液，并置于光下：
图5－4－3
（1）甲图中的A代表___________________，它来源于________________。
（2）乙图中的B代表___________________，它来源于________________。
（3）甲图中物质A与乙图中物质B的相对分子质量之比是________________________。
（4）本实验能证实_________________________________。
（5）若甲图中供给12 molC18O2，能产生________________氧气。
2.一种水溶液染料对细胞无任何毒害且有O2时会变成蓝色。如图5－4－4装置是研究光合速率与光照强度相对关系的示意图。
图5－4－4
请分析如下问题：
（1）在溶液顶部加一层油的目的是_________________________________________。
（2）为什么要在无色溶液中加一定量的NaHCO3？____________________________
_________________________________。
（3）此实验装置如何改变或调控光照的相对强度？____________________________
_________________________________。
答案：1.（1）O2 H2O （2）18O2 H182O （3）8∶9 （4）光合作用中产生的氧气来自于水 （5）12 mol
2.（1）由于空气中存在O2，为避免空气中的氧影响实验结果，因此加一层油 （2）维持装置中CO2浓度的相对恒定，以保证光合作用对CO2的需要 （3）光照强度的控制可以通过移动台灯来实现
[课堂小结]
［布置作业］
1.完成课本P103思考与讨论1～2；
2.完成课本P106基础题1～8。
［课后拓展］
1.光合作用的探究历程给我们什么样的启示和借鉴
这些科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，更值得我们借鉴的是，他们的实验都遵循了以下原则：①科学性：实验设计的原理必须有充分的科学根据，不是凭空想象，比如德国科学家萨克斯的实验依据的实验原理是淀粉遇碘变蓝；恩格尔曼的实验依据的原理是氧气多则好氧型细菌聚集数量就多；鲁宾和卡门的实验所依据的原理是释放的氧中有没有放射性与标记的原料的对应关系。因此，我们设计实验时要以前人的实验、定理、定律和已知的经验为基础，进行科学设计。②严谨性：实验中要设计对照实验，便于实验前后对比或组间对比或不同部分之间的对比，得出明确的结论。还有的实验要建立在严谨的逻辑推理基础之上。如萨克斯的叶片一半曝光，一半遮光；鲁宾和卡门的实验一组标记的是H218O，另一组标记的是C18O2；恩格尔曼的实验则是建立在严谨的逻辑推理基础之上的巧妙设计。因此，我们在进行实验设计时，要通过对照实验使结论无懈可击，以确保实验的严谨性和逻辑性。③实验条件的一致性：实验时，要保证对照实验只要一个条件不同，我们称为单一变量（即实验变量或自变量），其他条件均要相同，这样才能说明对照实验结果的不同是由单一变量引起的，从而确保实验结果的准确性。
2.植物栽培与光能的合理利用
光能是绿色植物进行光合作用的动力。在植物栽培中，合理利用光能，可以使绿色植物充分地进行光合作用。合理利用光能主要包括延长光合作用时间和增加光合作用面积。合理利用光能主要包括延长光合作用时间和增加光合作用面积两个方面。
延长光合作用时间就是最大限度地利用光照时间，提高光能的利用率。措施有：①提高复种指数。复种指数是指一年中收获作物的面积与土地总利用面积之比。如果一年一熟，复种指数就是1，一年三熟，复种指数就是3。从提高光能利用的角度看，尽可能种几熟的作物。②合理地间作套种。利用不同作物光饱和点的差异，在同一季节里、同一土地上种植高矮不同的植物。如高光饱和点的玉米田里间种低光饱和点的大豆。在一季作物成熟前，播种下一季作物称为套种。套种的结果是后季作物幼苗在前季作物中度过，大大减少了由播种出苗造成的光能浪费。
增加光合面积的一项重要措施就是合理密植。合理密植是指在单位面积的土地上，根据土壤肥沃程度等情况种植适当密度的植物。如果种植得太稀，光能就得不到充分的利用；如果种植得太密，植物互相遮挡，植物也不会茁壮地生长。
3.实验设计：证明温度对光合速率的影响。
（1）实验目的：了解温度是光合速率的因素之一。
（2）实验材料、试剂：金鱼藻，NaHCO3，清水，试管，烧杯，铁架台，温度计，水族箱，可调式加温器，棉花和小刀。
（3）实验步骤：
①在水中剪下生长健壮的没有损伤的金鱼藻嫩枝后，切口向上插入已经装满清水的试管内，并用棉花裹住管口，放在盛有清水并放有NaHCO3的烧杯内，同样准备三套装置。
②在烧杯里插入可调式加温器，对水加温，分别将三个装置的水温调节到15 ℃、25 ℃、35 ℃，用温度计测定水温。
③把三个装置都放到距灯光20 cm处进行光照，数分钟后可以看到在金鱼藻的切口处冒气泡。观察并记录在不同水温下释放气泡的速度。
（4）结果分析：光合作用的强度受到外界温度的影响，在一定范围内，高温能促进光合作用，而低温却能使光合作用的反应速度减慢。
（5）结论：光合作用是一个复杂的碳素同化过程，每一反应都需要酶的参与，温度的不同使酶的活性发生变化，从而改变反应进行的速度。
4.实验设计：请自选材料用具，设计一个实验证明“植物的光合作用需要二氧化碳”。
实验题目：验证“植物的光合作用需要二氧化碳”。
实验材料：
实验方法和步骤：
实验结论：
●板书设计
第三课时 光合作用的探究历程和光合作用原理的应用
（三）光合作用的探究历程
1.海尔蒙特的盆栽柳条实验
2.普利斯特利的实验
3.英格豪斯的实验
4.萨克斯的实验
5.鲁宾和卡门的实验
（四）光合作用原理的应用
1.提高光合作用强度的措施
2.探究环境因素对光合作用的影响
●习题详解
一、练习（课本P106）
（一）基础题
1.（1）√ （2）× 2.B 3.D 4.C 5.D 6.B
7.光合作用中光反应阶段的能量来源是光能，暗反应阶段的能量来源是ATP。
8.白天若突然中断二氧化碳的供应，叶绿体内首先积累起来的物质是五碳化合物。
（二）拓展题
1.（1）根据图中的曲线表明，7～10时光合作用强度不断增强，这是因为在一定温度和二氧化碳供应充足的情况下，光合作用的强度是随着光照加强而增强的。
（2）在12时左右光合作用强度明显减弱，是因为此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，二氧化碳供应减少，导致光合作用强度明显减弱。
（3）14～17时光合作用强度不断下降的原因是此时光照强度不断减弱。
2.（略）
二、本节聚焦（课本P101）
1.人们对光合作用的认识经历了一个漫长的阶段，大约用了近200多年的时间，才对光合作用的生理过程有了一些认识，知道了光合作用的场所、条件、原料和产物。从公元前3世纪古希腊学者亚里士多德提出土壤是植物体的食物来源，直到20世纪40年代初，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究，了解了光合作用中各产物组成元素的来龙去脉后，对光合作用才有了一个较彻底的认识。
2.光合作用的第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段在叶绿体基粒的类囊体薄膜上进行。从物质变化的角度来看，一是把水分解成了O2和具有强还原性的[H]，二是把ADP和Pi合成了ATP；从能量变化的角度来看，把光能转化成了ATP中活跃的化学能。
光合作用的第二个阶段中的化学反应，有光没光都可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段在叶绿体基质中进行。从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被还原成（CH2O）和C5；从能量转变的角度来看，ATP中活跃的化学能变成了稳定的化学能储存在糖类等有机物中。
3.影响光合作用的外界因素有光照、二氧化碳浓度、温度、水、矿质元素等。
4.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称为化能合成作用。如硝化细菌能够利用土壤中的NH3氧化为亚硝酸和硝酸时所释放的化学能来制造有机物。
三、旁栏思考题（课本P101）
提示：持这种观点的人，很可能是在无光条件下做的这个实验。无光时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，而是释放二氧化碳，也就是使空气变污浊了。
四、思考与讨论（课本P103）
1.光合作用的原料是二氧化碳和水，产物是糖类和氧气，场所是叶绿体，条件是要有光，还需要多种酶等。
光合作用的反应式：
2.从人类对光合作用的探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学的研究进展关系很密切。例如：直到1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳，这个事实说明生物学的发展与化学领域的研究进展密切相关。又如，鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的氧气来自水，而不是来自二氧化碳；卡尔文用同位素示踪技术探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，都说明在科学发展的进程中，相关学科的互相促进，以及技术手段的进步对科学发展的推动作用。
3.提示：①许多科学家为了研究光合作用进行了辛勤的探索，他们不断地探索研究，从不放弃，坚持到底，这种献身科学的精神值得我们学习；
②使我们体验到了科学探究的一般过程是：通过观察、发现问题—提出问题、进行假设—制定计划、设计实验—观察实验、获取证据—检验假设、得出结论，并认识到科学发现的艰难，科学研究方法的重要性，以及综合利用各学科的成果和研究手段的重要性；
③科学家所设计的实验不仅有整体的设想、清晰的思路和操作的可行性，而且他们的实验都遵循了对照性原则、控制变量原则、重复性原则等原则，这些科学实验方法都是值得我们借鉴的。
五、思考与讨论（课本P104）
1.区别：
光反应阶段 暗反应阶段
反应场所 叶绿体基粒的类囊体薄膜上 叶绿体基质中
反应条件 必须有光，需要与光反应有关的酶催化 有光无光均可，需要与暗反应有关的酶催化
物质变化 ①水分解成O2和H2O；②形成ATP ①CO2的固定②C3被[H]还原，最终形成糖类③ATP转化成ADP和Pi
能量变化 光能转化为ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
2.物质联系：光反应阶段产生的 [H]，在暗反应阶段用于还原C3。
能量联系：光反应阶段产生的ATP，在暗反应阶段中将其储存的化学能释放出来，帮助C3形成糖类，ATP中的化学能则转化为储存在糖类中的化学能。
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第4节 能量之源——光与光合作用
●从容说课
光合作用是生物界乃至整个自然界最基本的物质代谢和能量代谢，光合作用也真实地显示出生命系统的自主性和高度有序性。初中阶段，学生通过一系列探索性实验，初步形成光合作用的概念。高中生物学课本将为学生提供光合作用的研究史料，期望学生不仅能从光合作用的发现过程中深化对概念的理解，而且能受到科学家崇高的精神境界的熏陶，领悟科学探究的方法。因此，教学中要组织学生认真学习和讨论这一部分史料。光合作用内容的学习始于绿叶中色素吸收和转化光能，教学中要指导学生做好《绿叶中色素的提取和分离》的探究性实验，并借助投影机、三棱镜和新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液等材料做好绿叶中色素吸收光谱的演示实验，通过叶绿体结构的学习让学生进一步体会到生物体结构与功能的相统一。光合作用的光反应和暗反应过程是本小节的重点和难点，要让学生重点掌握这两个过程中的物质变化和能量变化以及发生的部位和条件，并从物质和能量转变的高度去认识光合作用的意义。为了更好地让学生认识光合作用原理在农业生产中的应用，可通过自主与合作学习的方式，尝试让学生利用各种媒体去调查和收集农业生产上有哪些提高光合作用强度的措施，并组织好学生完成教材中的探究活动——环境因素对光合作用强度的影响。
●三维目标
1.知识与技能
（1）说出绿叶中色素的种类和作用。
（2）说出叶绿体的结构和功能。
（3）说明光合作用以及对它的认识过程。
（4）尝试探究影响光合作用强度的环境因素。
（5）说出光合作用原理的应用。
（6）简述化能合成作用。
2.过程与方法
（1）自主与合作学习：利用各种媒体调查和收集资料，学会鉴别、选择、运用和分享 信息。
（2）训练表达能力：尝试将你所获得的信息表达出来。
（3）活动与探究：通过探究“环境因素对光合作用的影响”，初步学会科学研究的一般方法，发展科学探究能力。
3.情感态度与价值观
（1）通过光合作用发现史的学习，使学生受到科学家们崇高的精神境界的熏陶，并养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。
（2）通过了解光合作用原理在农业生产上的应用，使学生认识生物科学的价值，从而乐于学习生物科学。
●教学重点
1.绿叶中色素的种类和作用。
2.光合作用的发现及研究历史。
3.光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系。
4.影响光合作用的环境因素。
●教学难点
1.光反应和暗反应的过程。
2.探究影响光合作用强度的环境因素。
●教具准备
多媒体课件、各种实验器材、学生实验设计报告和相关照片等，教学挂图。
●课时安排
3课时
第一课时 捕获光能的色素和结构
●教学过程
［课前准备］
（1）制作多媒体课件；
（2）《绿叶中色素的提取与分离》实验所需的材料用具；
（3）收集菠菜、韭菜、黄瓜叶、空心菜、生菜、油菜、白玉兰、番薯叶等新鲜绿叶；
（4）色素在滤纸条上分离的样品；
（5）投影机、三棱镜；
（6）新鲜菠菜叶片滤液和新鲜胡萝卜滤液。
（7）学生2人为一组，在课前采集新鲜幼嫩绿叶20 g。
［情境创设］
教师：我们经常听到这样的一句话：万物生长靠太阳。为什么这么说呢？请同学们观察以下数据：据统计：①地球表面上的绿色植物每年大约制造了4 400亿吨有机物；②地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为7.11×1018 kJ，这个数字大约相当于240 000个三门峡水电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生产、日常生活和食物营养上所需能量的100倍。
教师：根据以上资料，我们可以得出什么结论？
学生：对绝大多数生物来说，活细胞所需能量的最终源头来自太阳的光能。
教师：那么太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的呢？
学生：光合作用。
教师：对。这就是我们今天开始学习的新内容：光与光合作用。
（显示板书：第4节 能量之源——光与光合作用）
［师生互动］
1.绿叶中色素的提取与分离
教师：本节内容分两个部分，今天我们先来学习第一部分：捕获光能的色素和结构。
（显示板书：一 捕获光能的色素和结构）
教师：同学们已经知道生物生命活动所需要的能量归根到底来自植物通过光合作用所吸收的光能，不知同学们有没有思考过这样的问题：植物是靠细胞中的哪些物质去捕获光能的？
学生：不知道。
教师：那大家又是否想过为什么不同植物叶片的颜色会不同，以及相同植物的叶片在不同时期也会不同这些问题呢？
学生：那是因为植物含有色素。
教师：对啦。正是因为植物含有色素，才让我们看到一个五彩缤纷的世界，也正是植物含有色素，才能捕获太阳光能。我们先来学习“捕获光能的色素”这一内容。
（显示板书：1.捕获光能的色素）
教师：绿叶中的色素究竟有哪些不同种类？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相同呢？带着这些问题我们一起来做《绿叶中色素的提取与分离》实验。
教师：研究叶绿体中的色素，我们首先要做的就是把色素从绿叶中提取出来，色素提取量的多少与实验的成败有没有关系？
学生：有。
教师：那我们应选择什么样的叶片作为实验材料呢？
学生：应选择叶色较深，也就是浓绿色的新鲜叶片作为实验材料。
教师：很好。现在每两个同学为一组，以你们课前在校园里所采集到的新鲜幼嫩绿叶或用我收集到的菠菜、韭菜、黄瓜叶、空心菜、生菜、油菜、白玉兰、番薯叶等新鲜绿叶为实验材料。
学生选择叶片。
教师：接下来我们要考虑的是如何才能把绿叶中的色素提取出来。不知同学们是否还记得，我们在学习《生物学》（人教版，七年级上册）《绿叶在光下制造淀粉》实验时知道，可以用酒精溶解叶绿素，从而使叶片变成黄白色。为什么会这样？
学生：说明酒精可以溶解叶绿素。
教师：非常好。绿叶中的色素不仅能溶解于酒精，还可以溶解于丙酮、石油醚等有机溶剂。所以我们今天的实验有酒精、丙酮、石油醚三种有机溶剂供大家选择，看看哪种实验效果最好。
教师：当我们把绿叶中的色素溶解于丙酮等有机溶剂以后，又可以利用什么方法将它们分离开来呢？其实，绿叶中的色素不只一种，而且它们在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快；反之则慢。这样，几分钟之后，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。
教师：下面我们按以下步骤进行实验。同学们在实验过程中思考相关问题：
步骤 操作方法 学生思考
（1）提取绿叶中的色素 5 g绿叶放入研钵中快速研磨研磨液 ①加入SiO2、CaCO3的作用是什么？②研磨时为什么要迅速而充分？③将滤液收集到试管后，为什么要用棉塞将试管口塞严？
学生也可自主选择等量的丙酮、石油醚
（2）制备滤纸条 将干燥的定性滤纸剪成长与宽小于试管长与宽的滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，放入试管下端，并在距这一端1 cm处用铅笔画一条细的横线 若滤纸条的一端不剪去两角，则实验结果如何？可设置对照实验探究
（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，再重复一两次 重复画一两次的目的是什么？
可用盖玻片的垂直边代替
（4）分离绿叶中的色素 将3 mL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，随后用棉塞塞紧试管口。注意：不能让滤液细线触及层析液 ①为什么不能让滤液细线触及层析液？如滤液细线没入层析液中，实验结果如何？可设置对照实验探究。②为什么要用棉塞塞紧试管口？
可用小烧杯代替试管，用培养皿盖住小烧杯
（5）观察与 记录 观察试管内滤纸条上出现了几条色素带，以及每条色素带的颜色、排序和宽窄 根据实验结果，可得出什么结论？
（6）实验结果展示 将实验结果（滤纸条）贴在课本P98左下角空白处 在课本P98左下角空白处画出如右图的滤纸条，绘出你观察到的色素带，并在每条色素带旁边标明颜色。注意每条色素带的宽窄比例
教师在指导学生实验的过程中，可适当地提示学生如何合作学习，如一名同学提取绿叶中的色素，另一名同学则制备滤纸条；又如一名同学做滤纸条剪去两个角的实验，另一名同学则做滤纸条不剪去两个角的实验，然后比较实验结果的不同。
教师：实验结束啦，现在让我们一起来看看实验结果是怎么样的。下面请每个小组将你们认为最好的其中一条滤纸条交到我这里来。
教师将学生交上来的滤纸条与自己所做的样品一起用实物投影仪显示出来。
教师：刚才实验过程中，提取色素所用的有机溶剂有酒精、丙酮、石油醚三种，但结果却相同，这说明什么问题呢？
学生：说明了绿叶中的色素能溶于酒精、丙酮、石油醚等有机溶剂。
教师：对啦。虽然我们每个组所用绿叶的品种是不同的，但现在我们所看到的实验结果却基本上是相似的，这又说明了绿叶中的色素主要有几种？
学生：4种。
教师：没错。滤纸条上的色素由上至下，分别是什么颜色？
学生：依次是橙黄色、黄色、蓝绿色和黄绿色。
教师：很好。橙黄色的是胡萝卜素，黄色的是叶黄素，蓝绿色的是叶绿素a，而黄绿色的是叶绿素b。其中胡萝卜素和叶黄素合称为类胡萝卜素，叶绿素a与叶绿素b则合称为叶绿素。
（显示板书：见下）
（如果学生得不到正确的结果，则可组织学生分析讨论实验失败的可能原因）
教师：实验过程中我们做了两种滤纸条，一种是剪去两个角的，一种则不剪去两个角。色素在滤纸条上的扩散有什么不同？
学生：剪去两个角的滤纸条上的色素带扩散速度一致，色素在滤纸条上平行排列；而没有剪去两个角的滤纸条上的色素带，边缘扩散得比较快，中间扩散得慢，所以看起来色素带是两边高中间低。
教师：因此我们在制备滤纸条时要将一端剪去两个角的目的是什么啊？
学生：使色素在滤纸条上的扩散速度一致。
教师：说得好。
教师：刚才有没有哪位同学把滤液细线浸入层析液中的？
学生：有。
教师：实验结果如何？
学生：得不到4种色素带。
教师：为什么会这样？
学生：是不是滤液细线上的色素溶解到层析液当中啦？
教师：正是如此。所以本实验成功的关键之一就是不能让层析液没及滤液细线。
2.色素对光的吸收
教师：既然绿叶中含有4种不同颜色的色素，那为什么我们所看到的叶子往往是绿色 的呢？
学生：可能是因为叶绿素的含量较多的原因吧。
教师：叶绿素含量较多是其中一方面的原因。据分析，绿叶中叶绿素的含量约占3/4，而类胡萝卜素约占1/4。
（补充显示板书：叶绿素含量约占3/4，类胡萝卜素含量约占1/4）
教师：另一个主要原因则是因为色素对不同波长的光的吸收是有差别的，由于叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。那么，这4种色素主要吸收哪些波长的光呢？我们来看看以下的实验：
演示实验A
①利用投影仪的光源和三棱镜，可见到清晰的七色光谱可见光；
②将已制备好的新鲜的菠菜色素滤液（滤液中的色素主要是叶绿素）倒入培养皿中（薄薄的一层），将培养皿放在投影仪的光源和三棱镜之间，让学生观察光谱区的变化。
教师：通过以上实验，我们可以发现当叶绿素提取液放在光源与三棱镜之间，光谱区出现什么样变化？
学生：两头光谱（红光光谱区和蓝紫光光谱区）变暗，其他变化不大。
教师：为什么会这样？
学生：被色素吸收了，所以变暗。
教师：从这里我们可以得出什么结论？
学生：叶绿素主要吸收红光与蓝紫光。
教师：总结得很好。接下来我们继续观察另一个实验。
演示实验B
①利用投影仪的光源和三棱镜，可见到清晰的七色光谱可见光；
②将已制备好的新鲜的胡萝卜素提取液（取胡萝卜，制取滤液，滤液中色素多数是类胡萝卜素），将提取液倒入培养皿中（薄薄的一层），将培养皿放在投影仪的光源和三棱镜之间，让学生观察光谱区的变化。
教师：通过这个实验，我们可以发现光谱区出现了什么变化？
学生：蓝紫光光谱区变暗，其他变化不大。
教师：说明什么结论？
学生：类胡萝卜素主要吸蓝紫光。
教师：正确。
教师显示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱图。
教师：人们用更加精密的仪器测定得知，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
（补充显示板书：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光）
3.叶绿体的结构
教师：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？直到1865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个个更小的结构里，后来人们称之为叶绿体。1880年德国科学家恩格尔曼用水绵作实验材料进行光合作用的实验，发现了叶绿体是光合作用的场所。那么，叶绿体的结构如何，它又有哪些结构特点是与作为光合作用场所相适应 的呢？
（显示板书：2.捕获光能的结构——叶绿体）
教师显示叶绿体立体结构示意图。
教师：首先让我们回忆一下，哪些细胞才含有叶绿体？
学生：绿色植物的叶肉细胞。
教师：除了绿色植物的叶肉细胞，还存在于哪些细胞之中？
学生：植物幼嫩的茎也有叶绿体。
教师：对啦。
（显示板书：①分布：主要在绿色植物的叶肉细胞）
教师：叶绿体的形状又是怎样的？
学生：一般呈扁平的椭球形或球形。
教师：对。而且叶绿体可以根据光照的强弱来改变自己的形状，如外界光照较强，叶绿体则以侧面接受光照，如果外界光照较弱时则以正面接受光照。这样的特点有什么好处？
学生：保证接受到充分的光照，又可避免被较强的光照灼伤。
教师：回答得很好。
（显示板书：②形态：一般呈扁平的椭球形或球形）
教师：现在同学们仔细观察叶绿体的立体结构示意图，说说它由哪些结构组成？
学生：包括外膜、内膜、基粒和基质4部分。
教师：很好。叶绿体的外表有双层膜，双层膜是一种透明膜，膜是透明的，有什么好处？
学生：有利于光线的透过且被色素吸收。
教师：叶绿体内部有许多基粒，基粒与基粒之间充满了基质。每个基粒都是由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。
（显示板书：见下）
教师：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，1 g菠菜叶片中的类囊体的总面积竟达60 m2左右。同学们思考一下，叶绿体内有如此多的基粒和类囊体，有什么作用？
学生：极大地扩展了受光面积。
教师：没错。叶绿体中除含有吸收光能的4种色素外，还应该含有哪种物质？
学生：酶。
教师：为什么？
学生：因为光合作用是一系列复杂化学反应的过程，光合作用的顺利进行需要酶的参与。
教师：既然光合作用需要酶的参与，那么哪个外界因素肯定会影响到光合作用的效率？
学生：温度。
教师：如何影响？
学生：适当提高温度有利于提高光合作用效率，降温则会使光合作用效率降低。
教师：综上所述，我们可以得出叶绿体的功能是什么？
学生：光合作用的场所。
教师：非常好。
（显示板书：④功能：光合作用的场所）
教师：最后同学们能不能总结一下叶绿体作为光合作用场所，在结构与功能上有什么相适应的特点？
学生：叶绿体的双层膜是透明的，有利于光照的透过；叶绿体内部巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
教师：同学们归纳得很好。在初一的《生物学》（人教版，七年级上册）中我们已经知道，光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。那么，对于光合作用的过程是如何被人们一步步所揭示的呢？绿色植物又是如何通过光合作用把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的呢？我们下一节课继续学习。
［教师精讲］
1.关于《绿叶中色素的提取与分离》实验
滤纸条上有4条不同颜色的色带，从上往下依次是：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），这说明绿叶中的色素有4种。叶绿体中色素是光合作用的物质基础，色素吸收光能则是光合作用的动力。原核生物（自养型，如蓝藻等）没有叶绿体的结构，但这些生物细胞中同样含有能进行光合作用的色素。
2.关于色素吸收光谱特点
太阳辐射中含有紫外光（150～400 nm）、可见光（400～760 nm）和红外光（760～ 3 000 nm）。植物光合作用中所能利用的光主要是可见光中的红光、橙光和蓝紫光，其中对红橙光吸收最多，这些光称为生理有效光。射到叶片上的可见光中的绿光大部分被反射或透射掉，很少被吸收利用，所以绿光被称为生理无效光。因此，在农业生产中，有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，或在温室中悬挂发红色或蓝色光的灯，可以有效地提高蔬菜产量，道理就在这里。
3.叶绿体结构分析
在分析绿叶中色素的种类和吸收光谱的特性后，再进一步分析叶绿体的成分和结构特点与光合作用的关系。如叶绿体的双层膜是透明的，有利于光照的透过；叶绿体中的每个基粒由2～100个类囊体组成，可增大叶绿体内的膜表面，扩大色素的附着面，有利于提高光能的利用效率；叶绿体内的类囊体上和基质中含有多种与光合作用有关的酶，有利于光合反应高效地进行等。使学生理解生物的结构与功能相统一的特点。
［评价反馈］
1.从叶绿体中提取色素，选取下列哪一种叶片效果最好
A.厚硬似革质的绿色叶片
B.衰老、黄绿色的叶片
C.新鲜、幼嫩、色浓绿的叶片
D.多浆汁或有特殊气味的绿色叶片
2.在叶绿体色素的提取实验中，研磨绿叶时要加入丙酮，其目的是
A.防止叶绿素被破坏
B.使叶片充分磨碎
C.使各种色素充分溶解在丙酮里
D.为了使叶绿素溶解在丙酮里
3.在圆形滤纸的中央点上粘叶绿体的色素滤液，进行色素分析，会得到近似同心环状的四个色素圈，排在外圈的色素呈
A.橙黄色 B.黄色 C.蓝绿色 D.黄绿色
4.叶绿体中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是
A.色素提取液中色素已经分层
B.阳光的照射使不同色素彼此分开
C.丙酮有使色素溶解并彼此分离的特性
D.各种色素在滤纸上的扩散速度不同
5.对绿色植物光合作用最有效的一组光是
A.红光和黄绿光 B.黄光和蓝紫光
C.红光和橙光 D.红光和蓝紫光
6.关于叶绿体和线粒体的共同叙述中，不正确的是
A.都是双层膜结构的细胞器
B.所含酶的功能都相同
C.都有基质和基粒
D.都不存在于原核细胞中
7.绿色植物细胞中，与能量转换有关的一组细胞器是
A.线粒体和叶绿体 B.核糖体和高尔基体
C.中心体和内质网 D.高尔基体和叶绿体
8.研磨过程中加入少许SiO2与CaCO3的作用是________________________________。
9.将滤液收集到小试管中，必须用______________将试管口塞紧，目的是为了__________________________。
答案：1.C 2.C 3.A 4.D 5.D 6.B 7.A
8.加入SiO2的目的是为了研磨得充分；加入CaCO3是为了防止研磨时防止叶绿素被破坏
9.棉塞 防止丙酮挥发
［课堂小结］
［布置作业］
（1）完成课后P100练习；（2）回答课本P97、P98和P100的讨论题。
［课后拓展］
1.实验设计：探究不同颜色新鲜叶片中色素的种类与含量
提示：根据当地实际情况，搜集不同颜色的常见新鲜幼嫩叶片，如大白菜、洋紫苏、洒金榕、一品红等蔬菜或植物的叶片，参照课本P97《绿叶中色素的提取和分离》的实验原理、材料用具和方法步骤进行实验，观察不同颜色新鲜叶片中色素的种类与含量的相对 多少。
2.比较同一植物不同叶龄的叶片中色素的含量与种类
提示：以不同叶龄（如幼叶、成叶和老叶）的新鲜菠菜叶（或其他叶片）为实验材料，实验原理、材料用具和方法步骤参照课本P97《绿叶中色素的提取和分离》的实验，观察同一植物不同叶龄的叶片中色素的种类与含量的相对多少。
●板书设计
第4节 能量之源——光与光合作用
第一课时 捕获光能的色素和结构
1.捕获光能的色素
2.捕获光能的结构——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
④功能：光合作用的场所
●习题详解
一、练习（课本P100）
（一）基础题
1.（1）×（叶绿体中的色素有4种，都能吸收光能）
（2）√（叶绿体内含有许多基粒，而每个基粒都含有2个以上，甚至高达100个以上的类囊体，极大地扩展了细胞内的膜面积）
2.B
3.结论：叶绿体主要吸收红光和蓝光用于光合作用，放出氧气。
（二）拓展题
1.植物吸收光能的色素，还存在于植物幼嫩的茎和果实等器官的一些含有光合色素的细胞中。
2.有关。不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色光。水层对光波中的红、橙部分吸收显著多于对蓝、绿部分的吸收，即达深水层的光线是相对的富含短波长的光，所以吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
二、问题探讨（课本P97）
1.用这种方法可以提高光合作用强度。因为叶绿素吸收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。
2.因为叶绿素对绿光吸收最少，所以不使用绿色的塑料薄膜或补充绿色光源。
三、本节聚焦（课本P97）
1.捕获光能的色素有胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b 4种。
2.叶绿体一般呈扁平的椭球形或球形，其结构包括外膜、内膜、基粒和基质。
3.叶绿体的双层膜是透明的，有利于光照的透过；叶绿体中的每个基粒由2～100个类囊体组成，可增大叶绿体内的膜表面，扩大色素的附着面，有利于提高光能的利用效率；叶绿体内的类囊体上和基质中含有多种与光合作用有关的酶，有利于光合反应高效地进行。
四、实验（课本P98）
1.滤纸条上有4条不同颜色的色带，从上往下依次为：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）。这说明绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上扩散的快慢也不一样。
2.滤纸条上的滤液细线如果触及层析液，细线上的色素就会溶解到层析液中，就不会在滤纸上扩散开来，实验就会失败。
五、与社会的联系（课本P99）
可选择红色或蓝色的塑料薄膜（或玻璃）代替普通塑料薄膜（或玻璃）；补充光源可选择在温室内悬挂发红色或蓝色光的灯管。
六、资料分析（课本P100）
1.恩格尔曼实验结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的 场所。
2.提示：实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，用好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境可排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上可分为光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果等。
3.叶绿体是光合作用的场所。
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