(共25张PPT)
第四章
细胞的生存需要营养物质和能量
沪科版
必修1
4.4光能的捕获、转换和储存
（第2课时）
回顾导入
什么叫光合作用?
有机物（淀粉等）
CO2
H2O
CO2
CO2
CO2
H2O
H2O
O2
O2
O2
O2
O2
讲授新课
三、光能的转换和储存
光合作用包括光反应（light
reaction）和暗反应（dark
reaction）两个阶段。暗反应现在也称为碳反应。
划分依据：反应过程是否需要光能
光反应：
必须有光
暗反应：
有光、无光均可进行
光反应必须在光照下才能进行，反应场所在叶绿体的类囊体膜上。类囊体膜上的色素分子捕获光能，将水分解成氧、H和电子，其中，氧以分子状态释放，电子则被系列物质逐级传递，形成电子流，从而实现了从光能向电能的转换。
光反应
伴随着电子传递，在类囊体膜外侧，氧化型辅酶Ⅱ（NADP得到电子和Ⅳ形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）；类囊体膜内侧的H浓度逐渐高于外侧，电化学势能促使ADP与Pi结合形成ATP。
至此，电能转换成活跃的化学能，储存在NADPH和ATP中。
类囊体的薄膜上
光、色素、酶
光能转变为ATP中活跃的化学能
酶
ADP+Pi+光能
ATP
部位：
条件：
物质变化：
能量变化：
H2O
2[H]+1/2O2
光
叶绿体中色素
H2O
O2
[H]
酶
ATP
光能
ADP+Pi
水的光解
光反应阶段总结：
暗反应场所在叶绿体基质中。叶片从外界吸收的二氧化碳在酶的作用下与叶绿体内的一种五碳化合物（用C5表示）结合，形成三碳化合物（用C3表示），这个过程叫作二氧化碳的固定。
其中，一部分三碳化合物在ATP和多种酶的作用下，被
NADPH还原，经过一系列复杂的变化形成糖。
暗反应
这样，ATP和
NADPH中活跃的化学能就转变成稳定的化学能储存在糖分子中。另一部分三碳化合物经过复杂的变化再生为五碳化合物，继续参与二氧化碳的固定，从而使暗反应阶段的化学反应循环往复地进行下去。
尽管暗反应阶段不需要光，但是停止光照后，暗反应会因为缺乏ATP和
NADPH而很快停止。
叶绿体基质
酶、CO2、[H]、ATP
暗反应阶段总结：
部位：
条件：
物质变化：
CO2
的固定：
CO2+C5
2C3
酶
C3的还原：
C3
（CH2O）
C5
酶、[H]、ATP
ATP的水解:ATP
ADP+Pi+能量
酶
ADP+Pi
CO2
C5
2C3
①
固
定
酶
②
还
原
多种酶
参加催化
(CH2O)
[糖类]
[H]
ATP
CO2
O2
基质
基粒
光合作用过程示意图
阅读空间
卡尔文循环
20世纪50年代，美国生物化学家卡尔文开始用小球藻悬液研究光合作用的暗反应。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。
最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。卡尔文的工作促进了人们对光合作用的认识，他因此荣获了1961年诺贝尔化学奖。
卡尔文
小球藻光合产物的电泳和放射自显影图谱
1927年，我国植物生理学家李继侗和殷宏章对水生植物的光合作用进行了研究。他们发现当光照波长突然改变时，光合速率会发生瞬间调整，然后趋于稳定。这一发现将环境因素对光合作用影响的硏究引向深入。
四、光合作用受环境因素影响
实验探究：
探究不同环境因素对光合作用的影响
光照强度、温度、二氧化碳的浓度、土壤中的水分和光的波长等都是影响光合作用强度的环境因素。通过测定一定时间内光合作用原料的消耗或产物的生成，可以探究不同环境因素对光合作用的影响。
目的要求
1.学会探究不同因素对光合作用影响的方法。
2.解释不同环境因素影响光合作用的原理
材料器具
绿萝（或其他绿色植物），清水、制备好的二氧化碳气体，量筒、数据采集器、二氧化碳传感器、袖珍生化密封实验器、60W白炽灯、25W白炽灯等。
活动程序
1.将绿萝放入暗箱内24~48h，进行预处理。
2.向两只袖珍生化密封实验器内各加入5mL清水，并分别放入等量生长状况相近的绿萝，使茎部断面与水接触，将二氧化碳传感器与实验器连接，并用橡皮对实验器进行密封。
3.连接二氧化碳传感器与数据采集器、计算机，打开通用软件，单击“组合曲线”，添加两条“二氧化碳-时间”图线，分别表示两个实验器内二氧化碳浓度的变化情况.
4.在两套装置间用不透光的隔板隔开。将60W白炽灯和25W白炽灯分别置于距离叶片15cm处，使叶片正面受光。关闭室内光源，打开白炽灯。观察实验曲线的变化。
光照强度对绿萝光合作用的影响实验曲线
5.将25W白炽灯换成60W白炽灯。使用注射器向其中一个实验器内缓慢注入二氧化碳气体，使实验器内的二氧化碳浓度达到lmL，快速连接实验器与二氧化碳传感器，并用橡皮密封实验器。重复程序4，观察实验曲线的变化。
分析讨论
1.不同光照强度和二氧化碳浓度对光合作用分别有什么影响？
2.在60W白炽灯上罩以红、蓝等不同颜色的玻璃纸，对实验结果有影响吗？为什么？
3.人们常采用人工照明方式提高设施农业的作物产量。你认为，选用什么光质的灯具可以达到节能高效的目的？
植物的光合作用会同时受到多种环境因素的影响：光照强度主要影响光反应，空气中CO2浓度主要影响暗反应温度通过影响酶的活性影响光合作用的进行，氮、镁等矿质元素和土壤中的水分也会影响光合作用的进行。
在农业生产中，必须同时考虑各种因素，采取综合措施，才能有效地提高农作物的产量。
思维训练
解释植物光合速率随光照强度变化的曲线曲线图是一类利用曲线的升降变化来直观地表示数据信息关系的图形结构。
如图表示在其他条件适宜的情况下测得某植物光合速率（用CO2的吸收速率表示）随光照强度变化的曲线。请明确实验的变量，分析曲线上关键点的含义，解释各段曲线的变化。
学以致用：
CO2
↓
CO2固
定停止
C3
↓
C5
↑
请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化?
1.与光合作用光反应有关的是(
)
①H2O
②ATP
③ADP
④CO2
A.①②③
B.②③④
C.①②④
D.①③④
A
课堂练习
2.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是(
)
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
D
课堂练习
3.下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（
）
A．叶片从幼到老光合作用强度不变
B．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异
C．光合作用强度由基因决定的，是固定不变的
D．在相同光照条件下各种植物光合作用强度相同
B
课堂练习
谢谢
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4.4光能的捕获、转换和储存
教学设计
课题
4.4光能的捕获、转换和储存（课时2）
单元
必修1
学科
生物
年级
高中
教材分析
本节是第四节第二部分内容。这部分内容虽然所占篇幅较少，但是高考每年必考的题型，而且分值非常高。本节的重要性与困难度都很高，学生理解起来较难，知识性较强。光合作用的过程可以让学生从化学反应的角度去审视生命现象的实质，光合作用过程的学习为学习光合作用原理的应用奠定了基础。
学习目标与核心素养
（一）知识与技能1.能自主画出光合作用的过程，描述出光反应、暗反应过程的物质变化和能量转化。2．通过表格比较，能理解光反应与暗反应之间的区别和联系，以及光合作用的实质。（二）过程与方法尝试学会自主分析，深度挖掘书本上的知识，通过设计比较光反应和暗反应的表格，初步学会分析比较和归纳总结的方法。（三）情感态度与价值观通过同学之间的小组合作讨论，初步培养团队合作精神，并提高思维能力生命观念：绿叶中色素的种类，颜色，含量及作用。科学思维：通过色素的提取和分离试验，培养学生的大胆探究实践创新的科学精神和态度。科学探究：通过进行色素提取和分离的实验操作，培养学生的实验创新和探究能力。社会责任：过小组探究，体会合作、交流、分享的意义。
重点
教学重点：光合作用中的物质代谢和能量代谢。
难点
教学难点：光照与CO2浓度变化对C3、C5、[H]、ATP含量的影响。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第1课时回顾导入：什么叫光合作用？
学生回顾第1课时内容，回答问题。
通过温故知新法导入新课时，不仅巩固了已学知识，还导入了新课时的学习。
新课讲授一、光能的转换和储存光反应发现光合作用暗反应二、光合作用受环境因素影响
思维训练
光合作用包括光反应（light
reaction）和暗反应（dark
reaction）两个阶段。暗反应现在也称为碳反应。划分依据：反应过程是否需要光能光反应：光反应必须在光照下才能进行，反应场所在叶绿体的类囊体膜上。类囊体膜上的色素分子捕获光能，将水分解成氧、H和电子，其中，氧以分子状态释放，电子则被系列物质逐级传递，形成电子流，从而实现了从光能向电能的转换。伴随着电子传递，在类囊体膜外侧，氧化型辅酶Ⅱ（NADP得到电子和Ⅳ形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）；类囊体膜内侧的H浓度逐渐高于外侧，电化学势能促使ADP与Pi结合形成ATP。至此，电能转换成活跃的化学能，储存在NADPH和ATP中。总结：暗反应场所在叶绿体基质中。叶片从外界吸收的二氧化碳在酶的作用下与叶绿体内的一种五碳化合物（用C5表示）结合，形成三碳化合物（用C3表示），这个过程叫作二氧化碳的固定。其中，一部分三碳化合物在ATP和多种酶的作用下，被
NADPH还原，经过一系列复杂的变化形成糖。这样，ATP和
NADPH中活跃的化学能就转变成稳定的化学能储存在糖分子中。另一部分三碳化合物经过复杂的变化再生为五碳化合物，继续参与二氧化碳的固定，从而使暗反应阶段的化学反应循环往复地进行下去。尽管暗反应阶段不需要光，但是停止光照后，暗反应会因为缺乏ATP和
NADPH而很快停止。总结：展示光合作用过程示意图：阅读空间：卡尔文循环20世纪50年代，美国生物化学家卡尔文开始用小球藻悬液研究光合作用的暗反应。卡尔文给小球藻提供持续的光照和CO2，一段时间后，加入放射性同位素标记的CO2，在不同时段（间隔3s、5s、10s等）内将细胞悬液迅速倾入煮沸的乙醇中以杀死细胞，使酶失活。最后，使用双相纸电泳和放射自显影分离等方法分析产物，发现了C3等一系列中间产物，最终阐明了暗反应阶段的反应过程——卡尔文循环。卡尔文的工作促进了人们对光合作用的认识，他因此荣获了1961年诺贝尔化学奖。1927年，我国植物生理学家李继侗和殷宏章对水生植物的光合作用进行了研究。他们发现当光照波长突然改变时，光合速率会发生瞬间调整，然后趋于稳定。这一发现将环境因素对光合作用影响的硏究引向深入。实验探究：探究不同环境因素对光合作用的影响光照强度、温度、二氧化碳的浓度、土壤中的水分和光的波长等都是影响光合作用强度的环境因素。通过测定一定时间内光合作用原料的消耗或产物的生成，可以探究不同环境因素对光合作用的影响。 目的要求1.学会探究不同因素对光合作用影响的方法。2.解释不同环境因素影响光合作用的原理材料器具绿萝（或其他绿色植物），清水、制备好的二氧化碳气体，量筒、数据采集器、二氧化碳传感器、袖珍生化密封实验器、60W白炽灯、25W白炽灯等。活动程序1.将绿萝放入暗箱内24~48h，进行预处理。2.向两只袖珍生化密封实验器内各加入5mL清水，并分别放入等量生长状况相近的绿萝，使茎部断面与水接触，将二氧化碳传感器与实验器连接，并用橡皮对实验器进行密封。3.连接二氧化碳传感器与数据采集器、计算机，打开通用软件，单击“组合曲线”，添加两条“二氧化碳-时间”图线，分别表示两个实验器内二氧化碳浓度的变化情况.4.在两套装置间用不透光的隔板隔开。将60W白炽灯和25W白炽灯分别置于距离叶片15cm处，使叶片正面受光。关闭室内光源，打开白炽灯。观察实验曲线的变化。光照强度对绿萝光合作用的影响实验曲线5.将25W白炽灯换成60W白炽灯。使用注射器向其中一个实验器内缓慢注入二氧化碳气体，使实验器内的二氧化碳浓度达到lmL，快速连接实验器与二氧化碳传感器，并用橡皮密封实验器。重复程序4，观察实验曲线的变化。分析讨论1.不同光照强度和二氧化碳浓度对光合作用分别有什么影响？2.在60W白炽灯上罩以红、蓝等不同颜色的玻璃纸，对实验结果有影响吗？为什么？3.人们常采用人工照明方式提高设施农业的作物产量。你认为，选用什么光质的灯具可以达到节能高效的目的？思维训练：解释植物光合速率随光照强度变化的曲线曲线图是一类利用曲线的升降变化来直观地表示数据信息关系的图形结构。如图表示在其他条件适宜的情况下测得某植物光合速率（用CO2的吸收速率表示）随光照强度变化的曲线。学以致用：请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化?
学生观看课本与课件图文展示，了解依据反应过程是否需要光能，可将光合作用划分为两个阶段：光反应和暗反应。学生学习课本及课件图文结合，了解光反应过程及其原理。学生学习了解暗反应阶段的原理。学生尝试总结暗反应阶段。学生观看课件图示，加深了解光合作用的过程。学生阅读拓展材料“卡尔文循环”，感受理论知识的应用。学生阅读课本，思考光合作用受哪些环境因素的影响。学生观看课本，了解实验探究的过程和目的、器具、过程等。学生分组探究，并了解实验过程。学生思考问题，并分析讨论。学生阅读课本，思考问题。学生根据已学知识思考实际问题。
通过课件展示，直接明了地阐明了光合作用的两个阶段的划分。帮助学生更好的理解光反应和暗反应。通过对光反应阶段学习的总结，锻炼了学生的归纳总结能力，巩固了光反应这一新知识。而且图表形式展示清晰明确，帮助学生建构新知。对比学习暗反应，加强学生对于光反应和暗反应的理解。通过对暗反应阶段学习的总结，锻炼了学生的归纳总结能力，巩固了暗反应这一新知识。而且图表形式展示清晰明确，帮助学生建构新知。通过对光合作用过程图示的观看，整体理解光合作用。通过世纪案例的阅读，帮助学生感受新知的实际应用，拓展学生知识视野。通过案例方式引导学生思考环境因素对光合的影响，引起学生学习兴趣的同时，还渗透了科学探究的精神素养。通过分组实验或实验学习，培养学生的实验能力、探究能力和协作能力。通过实验的学习，引导学生自己探究不同环境因素对光合作用的影响，同时培养学生的实验探究能力，分组协作能力，落实学生的科学探究素养。通过对实验后的问题思考分析，得出实验结论。通过思维训练加强学生对新知的理解。通过学以致用，帮助学生巩固新知并内化知识。
小试牛刀：1.
与光合作用光反应有关的是(
A
)①H2O
②ATP
③ADP
④CO2A.①②③
B.②③④C.①②④
D.①③④2.
光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是(
D
)
A.叶绿体类囊体膜上进行光反应和暗反应
B.叶绿体类囊体膜上进行暗反应，不进行光反应
C.叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应3.
下列关于光合作用强度的叙述，正确的是（
B
）
A．叶片从幼到老光合作用强度不变
B．森林或农田中植株上部叶片和下部叶片光合作用强度有差异
C．光合作用强度由基因决定的，是固定不变的
D．在相同光照条件下各种植物光合作用强度相同
思考、回答问题
通过精选习题，检测并巩固学生课堂所学内容。
课堂小结
师（总结）：今天这节课我们了解了光合作用。主要内容包括以下内容：一、光能的转换和储存二、光合作用受环境因素影响
总结、归纳本课所学
师生共同总结回顾知识，强化重点知识，加深对知识的掌握
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精品试卷·第
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（共
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