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高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构优秀教案
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这是一份高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》一 捕获光能的色素和结构优秀教案，共21页。教案主要包含了创设情境，探究实践，布置任务，学科交叉，合作探究，知识重现，探索实验，阅读分析等内容，欢迎下载使用。
年级
高一年级
授课时间
3课时
课题
第4节 光合作用与能量转化
教材分析
细胞的生命活动是需要能量来驱动的。太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头。外界能量进入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢?通过本节教学，学生更深入地理解生命的本质。本节教材分两小节，按照先结构后过程的思路展开。第一小节引导学生认识捕获光能的色素和结构，主要是解决绿色植物利用什么物质和结构来吸收光能的问题。教材以问题串贯穿正文的方式来加以表述。第二小节再引导学生认识光合作用的原理，详细了解光合作用是如何进行的，并探讨光合作用原理在实践上的应用。本节内容需要3课时完成。第1课时完成“捕获光能的色素”和“绿叶中色素提取和分离”实验，第2课时完成“叶绿体适于进行光合作用的结构”和“光合作用原理”，第3课时完成“光合作用原理的应用”。
光合作用是地球上最重要的化学反应。光合作用的概念及其应用一直是中学生物学课程中的重要内容。本节是本模块的重点内容之一。通过本节教学有助于学生科学自然观的形成;有助于从生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个方面培养学生生物学科核心素养。
教学目标
1.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。
2.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
3.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
4.设计并实施实验，探究环境因索对光合作用强度的影响。
5.关注光合作用原理的应用。
教学重、难点
1.教学重点
(1 )叶绿体适于光合作用的结构特点。
(2)光合作用的原理。
2.教学难点
(1)光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。
(2)探究影响光合作用强度的环境因索。
教学过程
第1课时
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
【创设情境】
展示诗歌及图片，提出问题导入光合作用有关色素的学习。
《苏幕遮·怀旧》
宋代范仲淹
碧云天,黄叶地，秋色连波,波上寒烟翠。
山映斜阳天接水，芳草无情,更在斜阳外。
绿叶中的色素有哪些?这些色素有什么作用呢?
欣赏诗歌与图片，思考绿叶中有哪些色素。
一、捕获光能的色素
展示正常苗与白化苗，引出色素的重要性。
正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。
白化苗无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
推论:光能的捕获与叶片颜色有关。
分析,提出假设:光能的捕获需要绿叶所含的色素。
【探究实践】
进行绿叶中色素的提取与分离
▲提取绿叶中的色素
提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
指导学生阅读教材，连线实验用品及作用：
引导学生阅读教材，分析实验步骤，注意重点：
播放《绿叶中色素的提取》视频,并指导学生进行色素的提取。
【布置任务】
任务一：引导学生分析实验过程及结果。
(一)色素的提取
指导学生阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1.已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
2.研磨时应注意什么?原因是什么?
研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3.过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代?原因是什么?
不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。
4.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些?
(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来; (2)称取绿叶过少或加入的无忆醇过多，色素溶液浓度小;(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
▲分离绿叶中的色素
分离色素的方法:“纸层析法”，利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。
分离色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。
展示实验步骤关键点及注意事项：
播放《绿叶中色素的分离》视频并进行实验。
学生思考讨论以下问题：
1.制备滤纸条时为什么要减去两角?
减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
2.滤液细线的划线原则是什么?待滤液干后,再重画一到两次的目的是什么?
画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3.为何滤液细线不能触及层析液?
防止色素溶解在层析液中。
展示部分学生实验结果并进行分析。
滤纸条上色素的分布情况说明了什么？
滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
请学生根据实验结果写出各种光合色素的含量排序。
色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
【学科交叉】
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760 nm。不同波长的光，颜色不同。
光合色素的吸收光谱：叶绿体中的色素只吸收可见光， 而对红外光和紫外光等不吸收。
通过对光线经过色素及三棱镜后出现的暗带分析得出两大类色素吸收的光谱。
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
分析叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱得出4种色素吸收的光谱。
叶绿素a和叶绿素b :主要吸收蓝紫光和红光，
胡萝卜素和叶黄素:主要吸收蓝紫光。
(三)结合色素的吸收光谱指导学生一起分析实际问题
1.冬季时,为了增加蔬菜的产量,应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜?为什么?
应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成,所以用无色的大棚塑料薄膜,植物可以获得更多的光能。
2.阴天时,为了增加蔬菜的产量,在功率相同的情况下,应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源?为什么?
应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下,选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源,植物利用光能的效率更高。
通过对正常苗与白化苗的对比分析，推出光能的捕获与叶片颜色有关。
进行绿叶中色素的提取与分离的实验探究。
阅读教材，搞清实验用品及对应的作用。
捋清实验步骤，并进行实验。
阅读教材“探究·实践”，思考并回答相关问题。
注意分离色素的细节。
观看视频并进行实验。
分析实验结果得出结论。
结合色素的吸收光谱的特点，分析解决实际问题。
习题巩固
1.(2023·福建福州高一期末)关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
【答案】B
【解析】漏斗基部应该放一块单层尼龙布进行过滤，收集滤液，滤纸对色素有吸附作用，不能用滤纸过滤，B错误。
2.(2023·辽宁沈阳高一期中)为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光
C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量
D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色
【答案】C
【解析】 A、色素在层析液中溶解度越低，则在滤纸条上扩散速度越小，位于滤纸条下端，由此可推知色素IV在层析液中的溶解度最低，A错误;
B、滤纸条上的色素带从上到下依次是: I为胡萝卜素、II为叶黄素、II为叶绿素a、IV为叶绿素b，色素I、II属于类胡萝卜素。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误;
C、与正常光照比，强光照下，I胡萝卜素、II叶 黄素含量增加，II为叶绿素a含量降低，因此可推知强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量，C正确;
D、I胡萝卜素颜色为橙黄色，IV叶绿素b的颜色为黄绿色，D错误。
故选C。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
【合作探究】
活动1：认识叶绿体的结构
指导学生阅读教材P100中间三段内容, 完成以下问题:
1.写出图中的①②③所代表的结构：
①________________________
②________________________
③________________________
①叶绿体内膜、外膜
②叶绿体基质
③叶绿体基粒
叶绿体的结构适于进行光合作用，引导学生分析叶绿体结构与功能相适应的特点。
2.叶绿体是如何增大生物膜面积的,优点?
叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。
3.联想：线粒体？体现了什么样的生物学观点？
结构和功能相适应。
4.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中?
进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
活动2：分析叶绿体的功能
结合教材P100“思考·讨论”的内容请学生讨论下列问题:
资料1 1881年德国科学家恩格尔曼的实验
对恩格尔曼的实验进行分析，体会恩格尔曼实验设计的巧妙之处。
指导学生分析讨论得出：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。（即：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧）
任务二:分析叶绿体的功能
1.实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点:水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察;用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
2.为何要除去小室中原有的空气?
选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3.在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处?
用极细的光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下?
和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
恩格尔曼的实验二
6.综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
5.为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
阅读教材, 掌握叶绿体的结构与其对应的功能。
对恩格尔曼的实验进行思考分析，归纳概括出叶绿体的功能。
习题巩固
3.(2023·河北邯郸高一期末)下列有关叶绿体的叙述，正确的是
A.叶绿体具有双层膜结构，光合色素分布在内膜上
B.叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用
C.叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积
D.植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光
【答案】C
【解析】A、叶绿体具有双层膜结构，内部有许多由类囊体堆叠而成的基粒,光合色素分布在类囊体的薄膜.上，A错误;
B、叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要
吸收蓝紫光，4种色素吸收的光波长有差别，但都可用于光合作用，B错误;
C、叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积，C正确;
D、叶片中的叶绿体吸收绿光最少，绿光被反射出来，使得植物叶片呈现绿色，D错误。
故选C。
4.(2023·江西宜丰中学高一月考)德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验，发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱，实验内容如图所示。下列分析错误的是
A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照
B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的
C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气
D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光
【答案】D
【解析】A、实验一黑暗组水绵叶绿体的照光部位与不照光部位形成相互对照,A项正确;
B、实验一中的两组水绵细胞均是在无空气的小室内进行实验的，以排除氧气对实验结果的干扰,确保氧气是由光合作用时叶绿体释放的,B项正确;
C、好氧细菌的分布情况说明氧气由叶绿体释放，叶绿体是光合作用的场所,C项正确;
D、实验二说明叶绿体对波长为550~600 nm的光吸收少,不能说明叶绿体不吸收该波长的光,D项错误。
课堂小结
板书设计
第4节 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素
1.提取绿叶中的色素
用有机溶剂无水乙醇提取
2.分离绿叶中的色素
“纸层析法”，用层析液进行分离
3.色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素
二、叶绿体的结构
三、叶绿体的功能
教学过程
第2课时
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
播放《叶子概念车》视频并进行简单介绍导入。
上海科技馆的新能源汽车“叶子概念车”,汽车上面形状如同一片绿叶，犹如流动的植物，可以利用阳光进行光合作用制造能量驱动汽车前进，与自然共同呼吸、和谐相处。
“叶子概念车”的工作原理模拟叶子的什么功能？它的动力从何而来?
欣赏视频并积极思考:光合作用汽车的动力原理。
一、探索光合作用原理的实验
【知识重现】
引导学生说出光合作用的概念及反应式
概念: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。
反应式：CO2＋H2O*eq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2*
光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
我们先来分析科学家做过的一些实验。
【探索实验】
组织学生阅读教材“思考·讨论”，从中获取信息，分析光合作用原理的探索实验。
探讨一 光合作用中O2产生的探索
资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)根据资料1，请尝试补充完整希尔的实验表达式。
H+ O2
(2)希尔实验可以证明氧气来自水，能否确定氧气全部来自水？
不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
(3)若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？
可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
资料2 1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
(4)图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少?
图中A、B物质是氧气,均来自反应物中的H2O。A、B物质分别为O2、18O2,二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。
(5)实验结论:光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自 。
水
探讨二 光合作用中能量的转化
资料3:阿尔农实验1
实验过程:离体叶绿体,加入ADP、Pi,给予光照。发现叶绿体生成ATP,且同时水光解产生氧气。
（1）实验结论:光照下, 。
水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
（2）尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
知识拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图
阿尔农实验2：
离体叶绿体实验过程及结果
（3）结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。
光 NADPH ATP
探讨三 光合作用中有机物产生
1.研究碳的转移途径
资料4：美国的卡尔文用小球藻进行实验,将其装在一个透明的密闭容器中,他向密闭容器中通入14CO2,当反应进行到5 s时,14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中,将反应时间缩短到0.5 s时,14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间,他终于弄清了光合作用中暗反应的碳循环途径。
(1)请用符号和箭头表示碳的转移途径。
(2)如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么,请说出可能的实验思路。
不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。
2.探索C5和C3的关系
资料5 卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断 CO2 供应，C3急剧减少而 C5增加。
(3)根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。
C3与C5之间是相互循环的
回顾初中光合作用知识。带者疑问进入本节课的学习。
阅读教材，进行信息提取和科学分析。思考并回答有关问题。
学会同位素标记法，感受科学家的研究方法。
思考计算回答问题。
思考尝试画出示意图。
实验过程及结果得出结论。
思考尝试表示碳的转移途径。
思考分析在改变不同条件情况下C3与C5之间含量的变化。
习题巩固
1.(2023·广东肇庆高一期末)1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。下列相关分析错误的是
A.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
B.在此过程中，H2O分解产生O2的同时，还生成了NADPH
C.光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的
D.光合作用整个过程都直接需要光照
【答案】D
【解析】A、希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2,不能合成糖类,说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,A正确;
B、根据题意可知,H2O在光下分解产生O2的同时生成了氢，与氢受体(如NADP+)结合生成NADPH(还原型辅酶I),B正确;
C、希尔实验中在没有加入CO2的情况下生成了氧气,说明O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的,C正确;
D、光合作用过程分为光反应和暗反应,光反应需要光照,暗反应有无光照都可发生,D错误。
故选D。
2.光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程,众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是
A.希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
B卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C.鲁宾和卡门用同位素示踪的方法发现了光合作用中氧气来自水
D.阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP,并发现该过程总与水的光解相伴
【答案】B
【解析】A.希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，A正确;
B、卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2,每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用双向纸层析法使标记化合物分离,卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→CH2O, B错误;
C、鲁宾和卡门运用同位素标记法标记0元素:他们分别向小球藻提供含的180水和含180的CO2,进行对比实验，发现了光合作用中氧来自水，C正确;
D、阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP,并且叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，D正确。
故选B。
二、光合作用的过程
【阅读分析】
组织学生阅读教材第103～104页学习光合作用的过程。
展示光合作用过程的示意图分析，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应)两个阶段。
指导学生结合图示学习光反应过程，梳理光反应过程发生的场所、条件、物质变化、能量变化。
场所:叶绿体内的类囊体薄膜上
条件:光、色素、酶
水的光解: H2Oeq \(――→,\s\up7(光能)) O2＋H+；
物质变化 NADPH的合成: H++NADP+→NADPH
ATP的合成: ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))ATP
能量变化:光能转变为活跃的化学能
指导学生结合图示学习暗反应过程，梳理暗反应过程发生的场所、条件、物质变化、能量变化。
场所:叶绿体的基质中
条件: NADPH、ATP、酶
物质变化：
CO2 的固定：CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3；
C3 的还原：
能量变化：活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
通过光反应与暗反应分阶段的学习，引导学习尝试构建光合作用过程模型。
列表对光反应与暗反应进行比较：
学生分组讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化?
ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？
ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜
习题巩固
3.(2023·黑龙江哈尔滨高一期末)如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是
A.类囊体薄膜上有吸收光能的4种色素
B.物质②中可储存活跃的化学能，物质③为NADPH
C.在光照供应充足时，突然停止供应物质④，C5的含量将迅速下降
D.在整个光合作用过程中，植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能
【答案】C
【解析】A、叶绿体中的类囊体薄膜上有吸收光能的四种色素,包括胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,A正确;
B、由题图可知,物质②是ADP和Pi结合形成的ATP,ATP中可储存活跃的化学能,物质③是由NADP+形成的NADPH,B正确;
C、在光照供应充足时，突然停止供应物质④CO2,则C5与CO2固定形成C3减少,而C3还原形成C5暂时不变,因此C5含量短时间内将上升,C错误;
D、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，并且释放出氧的过程,在整个光合作用过程中,植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能,D正确。
故选 C。
4.光合作用过程的正确顺序是
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
【答案】D
【解析】在光合作用过程中，首先叶绿素吸收光能,使水在光下分解,释放氧气，该过程发生在光反应阶段。在暗反应阶段，通过二氧化碳的固定生成三碳化合物，然后利用光反应产生的[H]和ATP进行三碳化合物的还原,故正确顺序是③④②①⑤。
故选 D。
5. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是
A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降 D.绿光，C5上升
【答案】C
【解析】植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光，对绿光的利用很少。突然改用光照强
度与白光相同的红光照射后，光反应速率加快，产物NADPH和ATP上升，进而C3的还原过程加快，未被还原的C5下降，而改用光照强度与白光相同的绿光照射后，光反应速率减慢，产物[H]和ATP下降， 进而C3的还原过程减慢，C5 下降，故C项正确。
故选C。
课堂小结
板书设计
一、探索光合作用原理的实验
1.光合作用概念
2.反应式 CO2＋H2O*eq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2*
二、光合作用的过程
1.光反应
2.暗反应
教学过程
第3课时
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
播放视频，创设情境，如何解决日益增长的人口与粮食紧缺问题?有机物的来源是来自植物的光合作用。地球表面上的绿色植物每年通过光合作用大约制造4400亿吨有机物，引导学生讨论，引入新课。
观看视频，理解粮食生产与光合作用密切相关。
一、影响光合作用强度的因素及原理应用
【概念描述】
光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
回顾光合作用的化学反应式，从光合作用的原料、条件、场所等方面，引导学生分析影响光合作用的因素有哪些，并对各种因素(内因和外因)进行总结。
【探究实践】
探究光照强度对光合作用强度的影响
实验材料：打孔器，注射器，5WLED台灯，米尺，烧杯，菠菜。
实验原理：
学生讨论本实验的自变量是什么，分析控制自变量的方法，因变量是什么，如何进行检测，无关变量有哪些。探讨设计实验步骤并进行实验。
自变量：光照强弱
控制方法：用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
因变量：光合作用强度
检测方法：相同时间小圆形叶片浮起的数量
无关变量：①实验叶片：同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：等量,相同浓度
实验步骤：
设计表格，记录实验结果，分析结果讨论总结实验结论。
实验结果：不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃）
实验结论：
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。
引导学生尝试用曲线表示光合作用与光照强度之间的关系。
提出问题，进而探讨实际光合速率与净光合速率的关系：据图分析，实验所测是否为叶片实际光合作用强度？
实际光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 、矿质元素
【图表分析】
结合曲线图等详细分析光照强度、CO2 浓度、温度、水、叶龄和叶面积等单因素及多因素对光合作用强度的影响，并应用于生产实践。
▲光照强度对光合作用强度的影响
应用：合理密植；间作套种；适当剪枝 。
▲CO2 浓度对光合作用强度的影响
应用：
1.多施有机肥或农家肥；
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；
3.大田中还要注意通风透气。
思考：点c与A、n与C是否相同？点：m与A、n与C相同
▲温度对光合作用强度的影响
①原理1：温度通过影响酶的活性影响光合作用。
②曲线分析:
盛夏的中午，温度高，气孔大多关闭，植物因为缺少CO2而光合作用强度下降
▲矿质元素对光合作用强度的影响
N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分
P：NADPH和ATP的重要组分
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
P～Q的形成原因：
矿质元素过多、土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水萎蔫。
应用：合理施肥
▲水对光合作用强度的影响
1.水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用
2.缺水又会导致叶片气孔关闭，限制CO2
进入叶片，从而间接影响光合作用。
应用：合理浇灌
▲叶龄和叶面积对光合作用强度的影响
应用：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。
▲多因子变量对光合速率的影响
问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？
P点前，制约因素是什么？Q点时，制约因素是什么？
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
回顾光合作用的化学反应式，根据反应式分析影响光合作用的因素有哪些。
探究光照强度对光合作用强度的影响。
思考讨论实际光合速率与净光合速率的关系。
结合图表等详细分析各单因素及多因素对光合作用强度的影响，并将其应用于生产实践，解决实验问题。
习题巩固
1.(2023·云南昭通高一期末)研究人员在适宜温度、水分和一定CO2浓度条件下，分别测定了植株甲和植株乙CO2吸收速率与光照强度的关系。下列相关叙述错误的是
A.图2生理状态对应图1的a点，植物不能正常生长
B.图1光照强度为b时，甲、乙总光合作用强度相等
C.光照强度为c时，甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg无机盐含量有关
D.适当增加CO2浓度，P点将向右上移
【答案】B
【解析】A、图2中CO2提供给叶绿体，02提供给线粒体，说明细胞中呼吸作用强度等于光合作用，对应图1的a点(光补偿点),叶片净光合等于零,植物不能积累有机物，不能正常生长，A正确;
B、光照强度为b时，甲、乙两种植物的净光合速率相等，但总光合速率等于净光合速率加呼吸速率,所以在甲、乙的呼吸速率未知的情况下，两植株的总光合速率未必相等，B错误;
C、c点为光饱和点，当光照强度为c时，光照强度已经不是限制条件，Mg和N均是叶绿素分子的组成元素，故甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg无机盐含量有关，C正确;
D、P点为光饱和点对应的光照强度，此时，限制P点CO2吸收速率的因素可能是C02浓度.P点话当增加CO2浓度.将右上移，D正确。
故选B。
2.(2023·云南昆明高一期末)如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。下列分析错误的是
A.7～10时光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大
B.12时光合作用强度明显减弱的原因可能是叶片蒸腾作用强，部分气孔 关闭，进入体内的CO2减少
C.14～18时光合作用强度不断减弱的原因是光照强度逐渐减小
D.从图中可以看出限制光合作用的因素只有光照强度
【答案】D
【解析】A、7～10时光照强度逐渐增大，光合作用强度随之增大，A正确;
B、夏季中午12时，温度较高，为了避免蒸腾作用过强，部分气孔关闭，进入植物体内的
CO2减少，影响了暗反应速率，进而使光合作用强度下降，B正确;
C、14～18时光照强度逐渐降低，光合作用强度也不断下降，C正确；
D、从图中可以看出，夏天的一天当中主要是光照强度和温度会发生变化，故图中限制光合作用的因素有光照强度和温度等，D错误。
故选D。
3.图1是某高等植物叶肉细胞部分结构示意图，其中a～h为气体的相对值；图2为光照强度对该叶肉细胞CO2吸收量的影响。下列叙述错误的是
A.在图2甲时，图1中b、c、d、e的值均为零
B.在图2乙时，图1中该叶肉细胞中h＝c
C.图2中光照强度在丁点及之后，光合速率与呼吸速率相等
D.图1中当b、e为零且a、f不为零时，该叶肉 细胞呼吸速率大于光合速率
【答案】C
【解析】A、图2的甲点只进行呼吸作用，叶绿体不能吸收CO2和释放氧气，只有线粒体吸收氧气和释放C02，因此图1中只有h、a、f、g,而b、C、d、e的值均为零，A正确;
B、图2的乙点时，植物体光合作用速率=呼吸作用速率，因此线粒体释放的CO2被叶绿体刚好全部吸收，即h=c， B正确;
C、图2中光照强度在丁点及之后，光合作用达到饱和，此时光合速率大于呼吸速率，C错误;
D、图1中当b、e为零且a、f不为零时，说明线粒体除了吸收叶绿体产生的氧气，还需要从外界吸收氧气，因此叶肉细胞呼吸速率大于光合速率，D正确。
故选C。
二、化能合成作用
【知识拓展】
在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？
阐述化能合成作用：少数种类的细菌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，这种合成作用叫化能合成作用。
了解化能合成作用。
习题巩固
4.下图是某种细菌内发生的生化反应，该反应与光合作用的相同之处是
A.都以太阳能为能源
B.都需要环境中的物质氧化释放的能量
C.都可以将无机物转变为有机物
D.都是高等生物的代谢类型
【答案】C
【解析】由题图可知,该细菌能利用黄铁矿氧化过程中释放的能量将CO2和H2O合成有机物并释放氧气，说明该细菌能进行化能合成作用化能合成作用与光合作用的共同之处是都能将无机物转变为有机物,不同之处是前者利用的是化学能，而后者利用的是光能,故C项正确。
课堂小结
板书设计
一、影响光合作用强度的因素及原理应用
1. 探究光照强度对光合作用强度的影响
2. 分析各种因素对光合作用的影响
(1)光照强度
(2)CO2 浓度
(3)温度
(4)水
(5)叶龄和叶面积
二、化能合成作用
年级
高一年级
授课时间
3课时
课题
第4节 光合作用与能量转化
教材分析
细胞的生命活动是需要能量来驱动的。太阳能是几乎所有生命系统中能量的最终源头。外界能量进入细胞，并为细胞所利用，都要经过复杂的化学反应。细胞是如何通过化学反应来获取和利用能量的呢?通过本节教学，学生更深入地理解生命的本质。本节教材分两小节，按照先结构后过程的思路展开。第一小节引导学生认识捕获光能的色素和结构，主要是解决绿色植物利用什么物质和结构来吸收光能的问题。教材以问题串贯穿正文的方式来加以表述。第二小节再引导学生认识光合作用的原理，详细了解光合作用是如何进行的，并探讨光合作用原理在实践上的应用。本节内容需要3课时完成。第1课时完成“捕获光能的色素”和“绿叶中色素提取和分离”实验，第2课时完成“叶绿体适于进行光合作用的结构”和“光合作用原理”，第3课时完成“光合作用原理的应用”。
光合作用是地球上最重要的化学反应。光合作用的概念及其应用一直是中学生物学课程中的重要内容。本节是本模块的重点内容之一。通过本节教学有助于学生科学自然观的形成;有助于从生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个方面培养学生生物学科核心素养。
教学目标
1.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。
2.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。
3.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
4.设计并实施实验，探究环境因索对光合作用强度的影响。
5.关注光合作用原理的应用。
教学重、难点
1.教学重点
(1 )叶绿体适于光合作用的结构特点。
(2)光合作用的原理。
2.教学难点
(1)光合作用过程中物质和能量的变化及相互关系。
(2)探究影响光合作用强度的环境因索。
教学过程
第1课时
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
【创设情境】
展示诗歌及图片，提出问题导入光合作用有关色素的学习。
《苏幕遮·怀旧》
宋代范仲淹
碧云天,黄叶地，秋色连波,波上寒烟翠。
山映斜阳天接水，芳草无情,更在斜阳外。
绿叶中的色素有哪些?这些色素有什么作用呢?
欣赏诗歌与图片，思考绿叶中有哪些色素。
一、捕获光能的色素
展示正常苗与白化苗，引出色素的重要性。
正常幼苗进行光合作用，制造有机养料。
白化苗无法进行光合作用，待种子中贮存的养分耗尽就会死亡。
推论:光能的捕获与叶片颜色有关。
分析,提出假设:光能的捕获需要绿叶所含的色素。
【探究实践】
进行绿叶中色素的提取与分离
▲提取绿叶中的色素
提取原理：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
指导学生阅读教材，连线实验用品及作用：
引导学生阅读教材，分析实验步骤，注意重点：
播放《绿叶中色素的提取》视频,并指导学生进行色素的提取。
【布置任务】
任务一：引导学生分析实验过程及结果。
(一)色素的提取
指导学生阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题：
1.已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏，试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？
色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。
2.研磨时应注意什么?原因是什么?
研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。
3.过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代?原因是什么?
不能用滤纸替代。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。
4.某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些?
(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来; (2)称取绿叶过少或加入的无忆醇过多，色素溶液浓度小;(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。
▲分离绿叶中的色素
分离色素的方法:“纸层析法”，利用待分离物质中不同组分的某些理化性质的差异而建立起来的一种分离技术。
分离色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。
溶解度高的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度快；溶解度低的色素，在滤纸上随层析液的扩散速度慢。
展示实验步骤关键点及注意事项：
播放《绿叶中色素的分离》视频并进行实验。
学生思考讨论以下问题：
1.制备滤纸条时为什么要减去两角?
减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。
2.滤液细线的划线原则是什么?待滤液干后,再重画一到两次的目的是什么?
画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。
3.为何滤液细线不能触及层析液?
防止色素溶解在层析液中。
展示部分学生实验结果并进行分析。
滤纸条上色素的分布情况说明了什么？
滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
请学生根据实验结果写出各种光合色素的含量排序。
色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素。
【学科交叉】
光是一种电磁波，分为可见光和不可见光。可见光的波长是400-760 nm。不同波长的光，颜色不同。
光合色素的吸收光谱：叶绿体中的色素只吸收可见光， 而对红外光和紫外光等不吸收。
通过对光线经过色素及三棱镜后出现的暗带分析得出两大类色素吸收的光谱。
叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，
类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
分析叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱得出4种色素吸收的光谱。
叶绿素a和叶绿素b :主要吸收蓝紫光和红光，
胡萝卜素和叶黄素:主要吸收蓝紫光。
(三)结合色素的吸收光谱指导学生一起分析实际问题
1.冬季时,为了增加蔬菜的产量,应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜?为什么?
应选无色的大棚塑料薄膜。因为太阳光由七色光组成,所以用无色的大棚塑料薄膜,植物可以获得更多的光能。
2.阴天时,为了增加蔬菜的产量,在功率相同的情况下,应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源?为什么?
应选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下,选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源,植物利用光能的效率更高。
通过对正常苗与白化苗的对比分析，推出光能的捕获与叶片颜色有关。
进行绿叶中色素的提取与分离的实验探究。
阅读教材，搞清实验用品及对应的作用。
捋清实验步骤，并进行实验。
阅读教材“探究·实践”，思考并回答相关问题。
注意分离色素的细节。
观看视频并进行实验。
分析实验结果得出结论。
结合色素的吸收光谱的特点，分析解决实际问题。
习题巩固
1.(2023·福建福州高一期末)关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是
A.研磨时加入适量二氧化硅，有助于提高过滤液的色素浓度
B.可用干燥定性滤纸置于玻璃漏斗基部进行过滤，收集滤液
C.可用盖玻片蘸取滤液，沿铅笔细线按压出均匀的色素细线
D.层析后出现的色素带，其位置、颜色和宽窄蕴含不同信息
【答案】B
【解析】漏斗基部应该放一块单层尼龙布进行过滤，收集滤液，滤纸对色素有吸附作用，不能用滤纸过滤，B错误。
2.(2023·辽宁沈阳高一期中)为研究光照强度对幼苗光合色素的影响，用纸层析法对正常光照和强光照条件下生长的植物叶片中的光合色素进行分离，结果如图所示(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是
A.色素Ⅳ在提取液中的溶解度最低
B.色素Ⅰ、Ⅱ主要吸收可见光中的蓝紫光和红光
C.强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量
D.色素Ⅰ的颜色为橙黄色、色素Ⅳ的颜色为蓝绿色
【答案】C
【解析】 A、色素在层析液中溶解度越低，则在滤纸条上扩散速度越小，位于滤纸条下端，由此可推知色素IV在层析液中的溶解度最低，A错误;
B、滤纸条上的色素带从上到下依次是: I为胡萝卜素、II为叶黄素、II为叶绿素a、IV为叶绿素b，色素I、II属于类胡萝卜素。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误;
C、与正常光照比，强光照下，I胡萝卜素、II叶 黄素含量增加，II为叶绿素a含量降低，因此可推知强光照可提高类胡萝卜素含量，降低叶绿素含量，C正确;
D、I胡萝卜素颜色为橙黄色，IV叶绿素b的颜色为黄绿色，D错误。
故选C。
二、叶绿体的结构适于进行光合作用
【合作探究】
活动1：认识叶绿体的结构
指导学生阅读教材P100中间三段内容, 完成以下问题:
1.写出图中的①②③所代表的结构：
①________________________
②________________________
③________________________
①叶绿体内膜、外膜
②叶绿体基质
③叶绿体基粒
叶绿体的结构适于进行光合作用，引导学生分析叶绿体结构与功能相适应的特点。
2.叶绿体是如何增大生物膜面积的,优点?
叶绿体含有众多的基粒和类囊体,极大地扩展了生物膜面积。
3.联想：线粒体？体现了什么样的生物学观点？
结构和功能相适应。
4.进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的哪些结构中?
进行光合作用所必需的酶分布在叶绿体的基粒的类囊体薄膜上或者叶绿体基质中。
活动2：分析叶绿体的功能
结合教材P100“思考·讨论”的内容请学生讨论下列问题:
资料1 1881年德国科学家恩格尔曼的实验
对恩格尔曼的实验进行分析，体会恩格尔曼实验设计的巧妙之处。
指导学生分析讨论得出：氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。（即：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧）
任务二:分析叶绿体的功能
1.实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点:水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察;用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。
2.为何要除去小室中原有的空气?
选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。
3.在黑暗中用极细的光束照射水绵有何巧妙之处?
用极细的光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。
4.为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下?
和黑暗条件下用极细的光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
恩格尔曼的实验二
6.综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？
叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
5.为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域呢？
这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布。
阅读教材, 掌握叶绿体的结构与其对应的功能。
对恩格尔曼的实验进行思考分析，归纳概括出叶绿体的功能。
习题巩固
3.(2023·河北邯郸高一期末)下列有关叶绿体的叙述，正确的是
A.叶绿体具有双层膜结构，光合色素分布在内膜上
B.叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用
C.叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积
D.植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光
【答案】C
【解析】A、叶绿体具有双层膜结构，内部有许多由类囊体堆叠而成的基粒,光合色素分布在类囊体的薄膜.上，A错误;
B、叶绿体中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要
吸收蓝紫光，4种色素吸收的光波长有差别，但都可用于光合作用，B错误;
C、叶绿体内众多的基粒，极大地扩展了受光面积，C正确;
D、叶片中的叶绿体吸收绿光最少，绿光被反射出来，使得植物叶片呈现绿色，D错误。
故选C。
4.(2023·江西宜丰中学高一月考)德国科学家恩格尔曼曾用需氧细菌、水绵做了两个实验，发现叶绿体的功能以及光合作用的吸收光谱，实验内容如图所示。下列分析错误的是
A.实验一黑暗组水绵叶绿体的不同部位可以相互对照
B.实验一中的两组实验均是在无空气的小室内进行的
C.实验一说明叶绿体通过光合作用向细胞外释放氧气
D.实验二说明叶绿体不能吸收波长为550～600 nm的光
【答案】D
【解析】A、实验一黑暗组水绵叶绿体的照光部位与不照光部位形成相互对照,A项正确;
B、实验一中的两组水绵细胞均是在无空气的小室内进行实验的，以排除氧气对实验结果的干扰,确保氧气是由光合作用时叶绿体释放的,B项正确;
C、好氧细菌的分布情况说明氧气由叶绿体释放，叶绿体是光合作用的场所,C项正确;
D、实验二说明叶绿体对波长为550~600 nm的光吸收少,不能说明叶绿体不吸收该波长的光,D项错误。
课堂小结
板书设计
第4节 光合作用与能量转化
一、捕获光能的色素
1.提取绿叶中的色素
用有机溶剂无水乙醇提取
2.分离绿叶中的色素
“纸层析法”，用层析液进行分离
3.色素含量:叶绿素a>叶绿素b>叶黄素>胡萝卜素
二、叶绿体的结构
三、叶绿体的功能
教学过程
第2课时
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
播放《叶子概念车》视频并进行简单介绍导入。
上海科技馆的新能源汽车“叶子概念车”,汽车上面形状如同一片绿叶，犹如流动的植物，可以利用阳光进行光合作用制造能量驱动汽车前进，与自然共同呼吸、和谐相处。
“叶子概念车”的工作原理模拟叶子的什么功能？它的动力从何而来?
欣赏视频并积极思考:光合作用汽车的动力原理。
一、探索光合作用原理的实验
【知识重现】
引导学生说出光合作用的概念及反应式
概念: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。
反应式：CO2＋H2O*eq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2*
光合作用释放的氧气是来自原料中的水还是二氧化碳呢？
我们先来分析科学家做过的一些实验。
【探索实验】
组织学生阅读教材“思考·讨论”，从中获取信息，分析光合作用原理的探索实验。
探讨一 光合作用中O2产生的探索
资料1：1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)根据资料1，请尝试补充完整希尔的实验表达式。
H+ O2
(2)希尔实验可以证明氧气来自水，能否确定氧气全部来自水？
不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
(3)若要证明氧气全部来自水或二氧化碳，可采用什么方法？
可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
资料2 1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
(4)图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少?
图中A、B物质是氧气,均来自反应物中的H2O。A、B物质分别为O2、18O2,二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。
(5)实验结论:光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自 。
水
探讨二 光合作用中能量的转化
资料3:阿尔农实验1
实验过程:离体叶绿体,加入ADP、Pi,给予光照。发现叶绿体生成ATP,且同时水光解产生氧气。
（1）实验结论:光照下, 。
水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
（2）尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
知识拓展：叶绿体类囊体薄膜上能量转化示意图
阿尔农实验2：
离体叶绿体实验过程及结果
（3）结论：CO2转化成(CH2O)需要_____反应提供_________和______ 。
光 NADPH ATP
探讨三 光合作用中有机物产生
1.研究碳的转移途径
资料4：美国的卡尔文用小球藻进行实验,将其装在一个透明的密闭容器中,他向密闭容器中通入14CO2,当反应进行到5 s时,14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中,将反应时间缩短到0.5 s时,14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间,他终于弄清了光合作用中暗反应的碳循环途径。
(1)请用符号和箭头表示碳的转移途径。
(2)如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么,请说出可能的实验思路。
不断缩短光照时间后杀死小球藻,同时提取产物并分析,直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物,该物质即为CO2转化成的第一个产物。
2.探索C5和C3的关系
资料5 卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断 CO2 供应，C3急剧减少而 C5增加。
(3)根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。
C3与C5之间是相互循环的
回顾初中光合作用知识。带者疑问进入本节课的学习。
阅读教材，进行信息提取和科学分析。思考并回答有关问题。
学会同位素标记法，感受科学家的研究方法。
思考计算回答问题。
思考尝试画出示意图。
实验过程及结果得出结论。
思考尝试表示碳的转移途径。
思考分析在改变不同条件情况下C3与C5之间含量的变化。
习题巩固
1.(2023·广东肇庆高一期末)1937年，英国植物学家希尔(R.Hill)发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称作希尔反应。下列相关分析错误的是
A.希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
B.在此过程中，H2O分解产生O2的同时，还生成了NADPH
C.光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的
D.光合作用整个过程都直接需要光照
【答案】D
【解析】A、希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2,不能合成糖类,说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,A正确;
B、根据题意可知,H2O在光下分解产生O2的同时生成了氢，与氢受体(如NADP+)结合生成NADPH(还原型辅酶I),B正确;
C、希尔实验中在没有加入CO2的情况下生成了氧气,说明O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的,C正确;
D、光合作用过程分为光反应和暗反应,光反应需要光照,暗反应有无光照都可发生,D错误。
故选D。
2.光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程,众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是
A.希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
B卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C.鲁宾和卡门用同位素示踪的方法发现了光合作用中氧气来自水
D.阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP,并发现该过程总与水的光解相伴
【答案】B
【解析】A.希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，A正确;
B、卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2,每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用双向纸层析法使标记化合物分离,卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→CH2O, B错误;
C、鲁宾和卡门运用同位素标记法标记0元素:他们分别向小球藻提供含的180水和含180的CO2,进行对比实验，发现了光合作用中氧来自水，C正确;
D、阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP,并且叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，D正确。
故选B。
二、光合作用的过程
【阅读分析】
组织学生阅读教材第103～104页学习光合作用的过程。
展示光合作用过程的示意图分析，根据是否需要光能，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应（现在也称为碳反应)两个阶段。
指导学生结合图示学习光反应过程，梳理光反应过程发生的场所、条件、物质变化、能量变化。
场所:叶绿体内的类囊体薄膜上
条件:光、色素、酶
水的光解: H2Oeq \(――→,\s\up7(光能)) O2＋H+；
物质变化 NADPH的合成: H++NADP+→NADPH
ATP的合成: ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))ATP
能量变化:光能转变为活跃的化学能
指导学生结合图示学习暗反应过程，梳理暗反应过程发生的场所、条件、物质变化、能量变化。
场所:叶绿体的基质中
条件: NADPH、ATP、酶
物质变化：
CO2 的固定：CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3；
C3 的还原：
能量变化：活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能
通过光反应与暗反应分阶段的学习，引导学习尝试构建光合作用过程模型。
列表对光反应与暗反应进行比较：
学生分组讨论：叶绿体处不同条件下，C3、C5、NADPH、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化?
ATP、ADP分别从哪里转移到哪里？
ATP从类囊体薄膜转移叶绿体基质，ADP从叶绿体基质转移到类囊体薄膜
习题巩固
3.(2023·黑龙江哈尔滨高一期末)如图表示光合作用示意图。下列说法错误的是
A.类囊体薄膜上有吸收光能的4种色素
B.物质②中可储存活跃的化学能，物质③为NADPH
C.在光照供应充足时，突然停止供应物质④，C5的含量将迅速下降
D.在整个光合作用过程中，植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能
【答案】C
【解析】A、叶绿体中的类囊体薄膜上有吸收光能的四种色素,包括胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,A正确;
B、由题图可知,物质②是ADP和Pi结合形成的ATP,ATP中可储存活跃的化学能,物质③是由NADP+形成的NADPH,B正确;
C、在光照供应充足时，突然停止供应物质④CO2,则C5与CO2固定形成C3减少,而C3还原形成C5暂时不变,因此C5含量短时间内将上升,C错误;
D、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，并且释放出氧的过程,在整个光合作用过程中,植物将太阳能最终转化为有机物中稳定的化学能,D正确。
故选 C。
4.光合作用过程的正确顺序是
①二氧化碳的固定 ②氧气的释放 ③叶绿素吸收光能
④水的光解 ⑤三碳化合物被还原
A.④③②⑤① B.④②③⑤①
C. ③②④①⑤ D.③④②①⑤
【答案】D
【解析】在光合作用过程中，首先叶绿素吸收光能,使水在光下分解,释放氧气，该过程发生在光反应阶段。在暗反应阶段，通过二氧化碳的固定生成三碳化合物，然后利用光反应产生的[H]和ATP进行三碳化合物的还原,故正确顺序是③④②①⑤。
故选 D。
5. 在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是
A.红光，ATP下降 B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降 D.绿光，C5上升
【答案】C
【解析】植物光合作用主要利用的是红光和蓝紫光，对绿光的利用很少。突然改用光照强
度与白光相同的红光照射后，光反应速率加快，产物NADPH和ATP上升，进而C3的还原过程加快，未被还原的C5下降，而改用光照强度与白光相同的绿光照射后，光反应速率减慢，产物[H]和ATP下降， 进而C3的还原过程减慢，C5 下降，故C项正确。
故选C。
课堂小结
板书设计
一、探索光合作用原理的实验
1.光合作用概念
2.反应式 CO2＋H2O*eq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2*
二、光合作用的过程
1.光反应
2.暗反应
教学过程
第3课时
教学内容
教师活动
学生活动
引入新课
播放视频，创设情境，如何解决日益增长的人口与粮食紧缺问题?有机物的来源是来自植物的光合作用。地球表面上的绿色植物每年通过光合作用大约制造4400亿吨有机物，引导学生讨论，引入新课。
观看视频，理解粮食生产与光合作用密切相关。
一、影响光合作用强度的因素及原理应用
【概念描述】
光合作用的强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
回顾光合作用的化学反应式，从光合作用的原料、条件、场所等方面，引导学生分析影响光合作用的因素有哪些，并对各种因素(内因和外因)进行总结。
【探究实践】
探究光照强度对光合作用强度的影响
实验材料：打孔器，注射器，5WLED台灯，米尺，烧杯，菠菜。
实验原理：
学生讨论本实验的自变量是什么，分析控制自变量的方法，因变量是什么，如何进行检测，无关变量有哪些。探讨设计实验步骤并进行实验。
自变量：光照强弱
控制方法：用5W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
因变量：光合作用强度
检测方法：相同时间小圆形叶片浮起的数量
无关变量：①实验叶片：同种、生长状况相同、小圆形叶片大小相同、等量…②NaHCO3溶液：等量,相同浓度
实验步骤：
设计表格，记录实验结果，分析结果讨论总结实验结论。
实验结果：不同光照强度处理下叶片漂起的状况（室温：25 ℃）
实验结论：
在一定光照强度范围内，光合作用随着光照强度的增加而增强。
引导学生尝试用曲线表示光合作用与光照强度之间的关系。
提出问题，进而探讨实际光合速率与净光合速率的关系：据图分析，实验所测是否为叶片实际光合作用强度？
实际光合速率 = 净光合速率 + 呼吸速率 、矿质元素
【图表分析】
结合曲线图等详细分析光照强度、CO2 浓度、温度、水、叶龄和叶面积等单因素及多因素对光合作用强度的影响，并应用于生产实践。
▲光照强度对光合作用强度的影响
应用：合理密植；间作套种；适当剪枝 。
▲CO2 浓度对光合作用强度的影响
应用：
1.多施有机肥或农家肥；
2.温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；
3.大田中还要注意通风透气。
思考：点c与A、n与C是否相同？点：m与A、n与C相同
▲温度对光合作用强度的影响
①原理1：温度通过影响酶的活性影响光合作用。
②曲线分析:
盛夏的中午，温度高，气孔大多关闭，植物因为缺少CO2而光合作用强度下降
▲矿质元素对光合作用强度的影响
N：光合酶及NADPH和ATP的重要组分
P：NADPH和ATP的重要组分
K：促进光合产物向贮藏器官运输
Mg：叶绿素的重要组分
P～Q的形成原因：
矿质元素过多、土壤溶液浓度过高而导致植物渗透失水萎蔫。
应用：合理施肥
▲水对光合作用强度的影响
1.水是光合作用的原料，缺水直接影响光合作用
2.缺水又会导致叶片气孔关闭，限制CO2
进入叶片，从而间接影响光合作用。
应用：合理浇灌
▲叶龄和叶面积对光合作用强度的影响
应用：a.合理密植(增加光合作用面积)；b.适当间苗(“套种间作”讲的就是这个方面)；c.修剪以增加有效光合作用面积；d.适当摘除老叶。
▲多因子变量对光合速率的影响
问：温度不同或者CO2浓度不同，总光合速率曲线会如何变化？
P点前，制约因素是什么？Q点时，制约因素是什么？
应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
回顾光合作用的化学反应式，根据反应式分析影响光合作用的因素有哪些。
探究光照强度对光合作用强度的影响。
思考讨论实际光合速率与净光合速率的关系。
结合图表等详细分析各单因素及多因素对光合作用强度的影响，并将其应用于生产实践，解决实验问题。
习题巩固
1.(2023·云南昭通高一期末)研究人员在适宜温度、水分和一定CO2浓度条件下，分别测定了植株甲和植株乙CO2吸收速率与光照强度的关系。下列相关叙述错误的是
A.图2生理状态对应图1的a点，植物不能正常生长
B.图1光照强度为b时，甲、乙总光合作用强度相等
C.光照强度为c时，甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg无机盐含量有关
D.适当增加CO2浓度，P点将向右上移
【答案】B
【解析】A、图2中CO2提供给叶绿体，02提供给线粒体，说明细胞中呼吸作用强度等于光合作用，对应图1的a点(光补偿点),叶片净光合等于零,植物不能积累有机物，不能正常生长，A正确;
B、光照强度为b时，甲、乙两种植物的净光合速率相等，但总光合速率等于净光合速率加呼吸速率,所以在甲、乙的呼吸速率未知的情况下，两植株的总光合速率未必相等，B错误;
C、c点为光饱和点，当光照强度为c时，光照强度已经不是限制条件，Mg和N均是叶绿素分子的组成元素，故甲、乙光合作用强度的差异可能与N、Mg无机盐含量有关，C正确;
D、P点为光饱和点对应的光照强度，此时，限制P点CO2吸收速率的因素可能是C02浓度.P点话当增加CO2浓度.将右上移，D正确。
故选B。
2.(2023·云南昆明高一期末)如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。下列分析错误的是
A.7～10时光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大
B.12时光合作用强度明显减弱的原因可能是叶片蒸腾作用强，部分气孔 关闭，进入体内的CO2减少
C.14～18时光合作用强度不断减弱的原因是光照强度逐渐减小
D.从图中可以看出限制光合作用的因素只有光照强度
【答案】D
【解析】A、7～10时光照强度逐渐增大，光合作用强度随之增大，A正确;
B、夏季中午12时，温度较高，为了避免蒸腾作用过强，部分气孔关闭，进入植物体内的
CO2减少，影响了暗反应速率，进而使光合作用强度下降，B正确;
C、14～18时光照强度逐渐降低，光合作用强度也不断下降，C正确；
D、从图中可以看出，夏天的一天当中主要是光照强度和温度会发生变化，故图中限制光合作用的因素有光照强度和温度等，D错误。
故选D。
3.图1是某高等植物叶肉细胞部分结构示意图，其中a～h为气体的相对值；图2为光照强度对该叶肉细胞CO2吸收量的影响。下列叙述错误的是
A.在图2甲时，图1中b、c、d、e的值均为零
B.在图2乙时，图1中该叶肉细胞中h＝c
C.图2中光照强度在丁点及之后，光合速率与呼吸速率相等
D.图1中当b、e为零且a、f不为零时，该叶肉 细胞呼吸速率大于光合速率
【答案】C
【解析】A、图2的甲点只进行呼吸作用，叶绿体不能吸收CO2和释放氧气，只有线粒体吸收氧气和释放C02，因此图1中只有h、a、f、g,而b、C、d、e的值均为零，A正确;
B、图2的乙点时，植物体光合作用速率=呼吸作用速率，因此线粒体释放的CO2被叶绿体刚好全部吸收，即h=c， B正确;
C、图2中光照强度在丁点及之后，光合作用达到饱和，此时光合速率大于呼吸速率，C错误;
D、图1中当b、e为零且a、f不为零时，说明线粒体除了吸收叶绿体产生的氧气，还需要从外界吸收氧气，因此叶肉细胞呼吸速率大于光合速率，D正确。
故选C。
二、化能合成作用
【知识拓展】
在自然界中，除了光合作用以外，还有其他制造有机物的方式吗？
阐述化能合成作用：少数种类的细菌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，这种合成作用叫化能合成作用。
了解化能合成作用。
习题巩固
4.下图是某种细菌内发生的生化反应，该反应与光合作用的相同之处是
A.都以太阳能为能源
B.都需要环境中的物质氧化释放的能量
C.都可以将无机物转变为有机物
D.都是高等生物的代谢类型
【答案】C
【解析】由题图可知,该细菌能利用黄铁矿氧化过程中释放的能量将CO2和H2O合成有机物并释放氧气，说明该细菌能进行化能合成作用化能合成作用与光合作用的共同之处是都能将无机物转变为有机物,不同之处是前者利用的是化学能，而后者利用的是光能,故C项正确。
课堂小结
板书设计
一、影响光合作用强度的因素及原理应用
1. 探究光照强度对光合作用强度的影响
2. 分析各种因素对光合作用的影响
(1)光照强度
(2)CO2 浓度
(3)温度
(4)水
(5)叶龄和叶面积
二、化能合成作用
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