当前位置:首页 >> 理化生 >>

《能量之源——光与光合作用》学案3(人教版必修1)


第 4 节 能量之源——光与光合作用
一. 学习内容: 光合作用,包括光合作用的发现、光合作用的概念、光合作用的总反应式、光合作用的实 质、绿色植物进行光合作用的场所、光合作用的过程、能够进行光合作用的生物、提高农作 物对光能的利用率的途径以及光合作用的意义等。希望同学们在学习过程中要将所学的知识 融会贯通,全面、准确地去理解和掌握。 二. 重点与难点: (一)学习重点

: 1. 光合作用的发现。 2. 光合作用的过程。 3. 光合作用的意义。 (二)学习难点: 1. 光合作用的发现。 2. 光合作用的过程。 3. 能够进行光合作用的生物。 三. 学习内容及疑难解析: 1. 光合作用的发现: (1)1771 年英国科学家普里斯特利通过玻璃罩内小鼠生存实验证明:植物能够更新空气。 (2)1864 年德国科学家萨克斯通过叶片的遮光实验证明:淀粉是光合作用的产物之一。 (3)1880 年德国科学家恩吉尔曼通过极细的光束照射水绵的实验证明:叶绿体是绿色植物进 行光合作用的场所。 (4)20 世纪 30 年代美国科学家鲁宾和卡门通过同位素标记法证明:光合作用所释放氧气中 的氧全部来自于水。 (5)疑难解析: ① 在生物实验中一个重要的问题就是对实验现象或者实验所得的结果进行合理的 解释。例如:不能将恩吉尔曼的实验解释为通过实验证明水绵产生了氧气。氧气是光合 作用的产物是前人的实验成果,恩吉尔曼进行实验设计的巧妙之处在于借用它来证明光 合作用进行的场所,即那里产生氧气那里就是光合作用的场所。 ② 在生物实验中另一个重要的问题就是如何进行生物实验的设计,而设计生物的实验 的一个核心问题就是如何进行变量的控制,即控制单一变量,否则将很难说明该生命现 象就是由于该因素的变化引起的。设立参照系进行对比,也就是设计对照实验,是进行 变量控制的一种常用的方法,在设立参照系进行对比时应特别注意除比较项外的等条件 ......... 性。只有这样才能说明该生命现象就是由于该因素的变化引起的。例如:在鲁宾和卡门 .

的实验中就需要设计两组实验进行对照,用示踪元素 18O 标记了原料水的一组就不能同 时标记原料二氧化碳,而用示踪元素 18O 标记了原料二氧化碳的一组就不能同时标记原 料水,否则就很难证明光合作用所释放氧气中的氧全部来自于原料中的水。 2. 光合作用的概念: 绿色植物通过叶绿体,利用光能,将二氧化碳和水转化为糖类等有机物,贮存能量,并且放 出氧气的过程。 3. 光合作用的总反应式:

6CO2 ? 12H 2 O ?叶绿体?光? C6 H12 O6 ? 6O2 ? 6H 2 O ?? 、 ?
疑难解析: ① 光合作用的产物 6O2 中的氧全部来自于 12H2O 的光解, 而光合作用的产物 6 H2O 中的 氧来自 6CO2。 ② 反应的条件是叶绿体,不能写成叶绿素。 ③ 反应不释放能量,反应的产物中千万别加上能量。 4. 光合作用的实质:光合作用是叶绿体内进行的复杂的能量转换和物质变化过程。

原为糖类等有机物 ?物质变化:将无机物还 光合作用? 成稳定的化学能贮存在 糖类有机物中 ?能量转换:将光能转换
5. 光合作用的场所:叶绿体绿色植物进行光合作用的。
叶绿素a(蓝绿色) 叶绿素 (占总量3/4) 叶绿素b(蓝绿色) 主要吸收 红光和 蓝紫光

(光反应) 基粒 叶绿体

类囊体的 膜上具有 光合色素

叶黄素(黄色) 主要吸收 类胡萝卜素 蓝紫光 (占总量3/4) 胡萝卜素(橙黄色) 类囊体的膜上和类囊体的囊腔中具有催化光反应的酶

基质:在叶绿体的基质中具有催化暗反应的酶 (暗反应)

叶绿体中色素的比较: 项目 颜色 吸收光谱 纸层析 图谱 功能

叶绿素

叶绿素 a 蓝绿色 主要吸收红光和蓝紫光 中下层 吸收、传递光能 叶绿素 b 黄绿色 胡萝卜素 橙黄色 叶黄素 黄光 主要吸收蓝紫光 最下层 部分叶绿素 a 还能转换光能 最上层 中上层 吸收、传递光能

类胡萝卜素 疑难解析:

① 在叶绿体中叶绿素的含量是类胡萝卜素是四倍,这就是叶片之所以呈现绿色的原因, 而到了秋天,叶子之所以变黄是因为随着叶绿素分解,类胡萝卜素的颜色显现出来造成的。

② 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,其他的光也能吸收,所以在自然光下叶绿素吸收光的 总量最大。 6. 光合作用的过程: 在叶绿体的基粒片层——类囊体上,分布着许多色素分子,包括叶绿素,类胡萝卜素,这些 色素分子能够吸收光子,自身被激发,进而将能量传递给别的色素分子,最终由一种色素分 子接受能量并完成能量的转换,形成不稳定的化学能——活跃化学能。由于这些变化必需有 光才能进行,称为光合作用的光反应。 在叶绿体基质中,活跃化学能被用来合成有机物,从而完成从光能向稳定化学能的转变。由 于这些变化有光、无光都能进行,称为光合作用的暗反应。 (1)光反应阶段:必须有光能才能进行,在叶绿体内的类囊体结构上进行。 光反应过程示意图:

光能

吸收

色素

传递

特殊状态的叶绿色a
激 发 还 原

失去电子传递给辅酶Ⅱ

失去电子的叶绿素a (强氧化剂)

NADP++2e+H+



NADPH

电子被夺取,水被分解

4H++O2+4e
供氢

H2O

在光反应阶段主要完成了两个转变:光能转变为电能以及电能转变为活跃化学能。 其过程如下: 第一步:光能的吸收和传递: ① 具有吸收和传递光能作用的色素包括:绝大多数的叶绿素 a 以及全部的叶绿素 b,胡萝卜 素,叶黄素。 ② 这些色素吸收光能,通过共振传递,最终将光能传递给少数特殊状态的叶绿素 a 第二步:光能转变为电能: ① 少数处于特殊状态的叶绿色 a,具有吸收、传递、转换光能的作用。它们接受其他色素传 递来的光能,将其转换成电能 ② 在光的照射下, 少数处于特殊状态的叶绿素 a 不断失去电子和获得电子, 从而形成电子流, 光能就不断的转换成了电能。 A. 少数处于特殊状态的叶绿素 a,接受其他色素传递来的光能后,进入激发态,失去电子, 将电子传递给中间电子受体 D,再由中间电子受体 D 将电子传递给 NADP+和 ADP。 B. 特殊状态的叶绿素 a,失去电子后,成为强氧化剂,从中间电子供体 C 夺取电子后由激发

态又恢复到基态。中间电子供体 C 最终从水分子夺取电子,使水光解。 光能

具有传递转换功能的色素 A C e H2O NADP+ D NADPH

ADP+Pi

ATP

A:处于特殊状态的叶绿素 a 分子 C:电子供体 D:电子受体

在这里请同学们注意: Ⅰ电子的最终供体是水,水在光、酶、色素的作用下分解,供氢,供电子。 Ⅱ电子的最终受体是 NADP+和 ADP。 Ⅲ在叶绿体的色素中,只有特殊状态的叶绿色 a 能完成能量形式的转换。 第三步:电能转换成活跃的化学能:即光合磷酸化 (1)辅酶Ⅱ:烟酰胺酰嘌呤二核苷磷酸,英文简写 NADP+ NADP+能得到两个电子和一个还原氢生成 NADPH(还原性辅酶Ⅱ) 物质转换: NADP+ +2e +H+ 能量转换: 电能


NADPH 活跃的化学能

(2)同时,叶绿体利用光能转换成的另一部分电能,将 ADP 和 Pi 转换成 ATP,以活跃的化

学能的形式储存起来。 NADPH(强还原能力) 光能 电能 活跃的化学能 ATP(含高能磷酸键) 光能 O2 光能

---H+ + e -------------------------H2O NADP+ NADPH ATP ADP + Pi

CH2O

CO 2

在这里请同学们注意:NADPH 是很强的还原剂,可以将二氧化碳最终还原成糖类等有机物, 自身被氧化成 NADP+继续接受电子。 (3)暗反应阶段:没有光能也可以进行,在叶绿体基质中进行。 在暗反应阶段完成了活跃化学能向稳定化学能的转变。既 ATP 和 NADPH 中的活跃的化学能 转变为稳定的化学能贮存在糖类等有机物中。其过程如下: 第一步:CO2 的固定 绿色植物通过气孔从外界吸收的二氧化碳,与一种含有五个碳的化合物(C5)结合,形成两 个含有三个碳原子的化合物(C3)。 6CO2 + 6C5 酶 12 C3

第二步:C3 的还原 CO2 的固定后,形成的含有三个碳原子的化合物(C3),在一系列酶的催化作用下,接受 ATP 释放出的能量,被 NADPH 还原,经一系列复杂的反应形成糖类等有机物。同时经过复杂的变 化,含有五个碳的化合物(C5)重新形成,循环使用。 12 C3 + 24NADPH + ATP 疑难解析: Ⅰ在光合作用的暗反应中, 不是 2 个 C3 形成 1 个 C6H12O6, 而是 12 个 C3 形成 1 个 C6H12O6 和 6 个 C5。 ⅡC5 是循环使用的,继续进行 CO2 的固定。 酶 C6H12O6 + 6H2O + 6C5 + ADP + Pi

Ⅲ光合作用的产物不仅有糖类,糖类是光合作用的主要产物,光合作用的直接产物还包 括某些氨基酸,脂类。 (4)光反应与暗反应的关系:可用下图表示

H2O
水 的 光 解

O2 [H] ATP
供氢 酶

2C3


固 定

CO2

叶绿体

光能

供能

中的色素

多种酶 原 参加催化

C5 (CH2O)

ADP+Pi
光反应 暗反应

光反应与暗反应比较: 项目 时间 条件 场所 光反应 放出 O2 短促快速以微秒计 需叶绿素,光和酶 在叶绿体类囊体的薄膜上进行 水的光解: 物质 变化 暗反应 酶促反应较缓慢 不需叶绿素和光,需多种酶 在叶绿体的基质中进行 CO2 的固定: 6C5 酶 12 C3

12 H2O 光、酶 24NADPH + 6O2 6CO2 + 光合磷酸化: ADP + Pi


C3 的还原: ATP 12C3 + 24NADPH 酶 C6H12O6 + 6H2O + 6C5

能量变化 光能→电能→活跃化学能

活跃化学能→稳定化学能

两个阶段是一个整体,在光合作用过程中,紧密联系,缺一不可。光反应是暗反应 联系 的基础,为暗反应阶段提供能量(ATP)和还原剂(还原氢[H]),暗反应产生 的 ADP 和 Pi 为光反应合成 ATP 提供了原料。 疑难解析: Ⅰ光反应与暗反应是叶绿体中同时进行的两个过程。 Ⅱ光反应是暗反应基础,光反应为暗反应提供了进行还原反应所必需的还原剂和能量,还原 剂是 NADPH,能量由 NADPH 和 ATP 共同提供。 7. 能够进行光合作用的生物: 能够进行光合作用的生物称为绿色植物,它主要包括: (1)植物界中几乎所有的植物。 疑难解析:菟丝子等营寄生生活的植物除外。 (2)原生生物界中的部分原生生物,也就是一部分藻类植物,主要包括: 绿藻:如衣藻、团藻等。 红藻:如紫菜等。 褐藻:如海带等。 (3)原核生物界中的部分原核生物:主要包括蓝藻(如念珠藻和满江红等)以及能够进行光 合作用的细菌等。

8. 提高农作物对光能的利用率: (1)农作物对光能的利用率的概念: 农作物对光能的利用率指的是农作物利用光能的数量。 (2)提高农作物对光能的利用率的主要措施: ① 延长光照时间:主要措施包括人工光照、延长生长期,提高复种指数以及轮作等 ② 增加光照面积。主要措施包括合理密植、间作、套种等 ③ 提高农作物的光合作用效率。 农作物的光合作用效率指的是绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含的能量,与光合作 用中吸收的光能的比值。 疑难解析: Ⅰ农作物对光能的利用率与农作物的光合作用效率不是同一个概念。 Ⅱ在光照时间不能继续延长,光照面积不能继续增加的情况下,还可以通过提高农作物的光 合作用效率来提高农作物对光能的利用率,增加农作物的产量。 9. 光合作用的意义: (1)光合作用是生物界的能量来源和物质来源,为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供 了有机物和能量来源。 (2)光合作用可以调节大气中的二氧化碳、氧气的平衡,从而维持大气中氧和二氧化碳含量 的相对稳定。 (3)光合作用对生物进化也具有重要的作用: 由于原始地球的大气在没有氧气,30 亿年最早出现的生物是异养厌氧型生物

经过 10 亿年的进化

20 亿年地球上开始出现自养型的生物(如蓝藻),它们通过光合作用产生 O2

O2 的产生为需氧型生物的出现创造了必要的条件

地球上开始出现需氧型的生物(包括自养需氧型的植物和异养需氧型的动物)

随着的积累,地球上逐渐形成了臭氧层, 由于臭氧层能够吸收紫外线,为陆生生物的出现 创造了必要的条件 地球上开始出现陆生生物(包括各种陆生植物和陆生动物)


相关文章:
5.4 《能量之源——光与光合作用》教案(新人教版必修1)
5.4 《能量之源——光与光合作用》教案(新人教版必修1)_理化生_高中教育_...(含量约占 3/4) 绿叶中的色素 类胡萝卜素 (含量约占 1/4) 叶黄素(黄色)...
人教版教学教案高中生物人教版必修一 能量之源―光与光...
人教版教学教案高中生物人教版必修一 能量之源―光与光合作用(教案)_英语_高中...二,《能量之源——光和光合 作用》教学设计(一)教学目标知识目标: 1、说出...
必修1教案:5.4 能量之源—光与光合作用 3课时1
必修1教案:5.4 能量之源—光与光合作用 3课时1_理化生_高中教育_教育专区。第五章 细胞的能量供应和利用 第四节 能量之源——光与光合作用(3 课时) 教学目标...
人教版 必修一 5.4 能量之源——光与光合作用 导学案1
人教版 必修一 5.4 能量之源——光与光合作用 学案 1 【高效导航】 1.学习...重点: 说出 叶绿体中色素种类及作用 3.难点: 说出叶绿体中色素种类及作用 “看...
5.4_能量之源---光与光合作用导学案 2013完整版本(含答...
5.4《能量之源—光与光合作用》学案【学习目标】 1、 说明光合作用以及对它的认识过程 学习重点、难点 2、 尝试探究影响光合作用强度的环境因素 3、 说出光合作用...
《能量之源--光与光合作用》教案(人教版必修1)
《能量之源--光与光合作用》教案(人教版必修1)_高二理化生_理化生_高中教育_...(橙黄色) 2、叶绿体的结构 1、分布 2、形态 外膜 3、结构 内膜 高考学习网...
必修1第3单元第3讲 能量之源——光与光合作用
必修13单元第3能量之源——光与光合作用_高一理化生_理化生_高中教育_...【人教版】2014届高三生... 11页 1下载券 必修一 第四单元 第3讲... 暂无...
人教版 必修1 5 4能量之源——光与光合作用 ( 导学案)
人教版 必修1 5 4能量之源——光与光合作用 ( 导学案)_理化生_高中教育_教育...处理 SiO2(少量) CaCO3(少量) 无水乙醇(10mL) 蒸馏水(10mL) A + - + ...
5.4 能量之源-光与光合作用学案(人教版必修一)
5.4 能量之源-光与光合作用学案(人教版必修一) 隐藏>> 金太阳新课标资源网 wx.jtyjy.com 5.4 能量之源-光与光合作用教学目标:1、说出绿叶中色素的种类和作用。...
...教案:能量之源——光与光合作用 第3课时(人教版)
高一生物新课标示范教案:能量之源——光与光合作用3课时(人教版)_高一理化生_理化生_高中教育_教育专区。第课时 ●教学过程 [课前准备] 1.教师制作多媒体...
更多相关标签:
光合作用学案 | 光合作用过程学案 | 光合能量 | 生物必修一光合作用 | 能量之源光与光合作用 | 光合作用能量转化 | 光合作用的能量转化 | 化学必修二学案 |