光能的捕獲教學(xué)設(shè)計(jì)
光能的捕獲教學(xué)設(shè)計(jì)
學(xué)習(xí)目標(biāo)：
1．說(shuō)出人們對(duì)光合作用的認(rèn)識(shí)過(guò)程，體驗(yàn)生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷程。
2．闡明光合作用中光反應(yīng)和暗反應(yīng)物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的大致過(guò)程，認(rèn)識(shí)光合作用的實(shí)質(zhì)和在自然界的重要性。
3．描述葉綠體的結(jié)構(gòu)，提取和分離葉綠體色素。
4．分析環(huán)境因素對(duì)光合作用速率的影響，能繪出各種因素與光合作用速率的坐標(biāo)圖像，培養(yǎng)綜合分析問(wèn)題的能力。
自學(xué)探究：
光合作用：植物通過(guò) 捕獲和利用了太陽(yáng)能，把_____和______合成有機(jī)物，將 轉(zhuǎn)化為 貯存在葡萄糖等有機(jī)物中，并釋放O2，這個(gè)過(guò)程就是 。
一．光合作用的早期研究
1．光合作用的發(fā)現(xiàn)
年代科學(xué)家科學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1642海爾蒙特第一次試圖用定量的方法研究柳樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，發(fā)現(xiàn)柳樹(shù)的增重大于土壤的減少量建造植物體的原料，只是 ，卻沒(méi)有考慮空氣的作用。
1771普里斯特利
英格豪斯將薄荷枝條和燃燒著的蠟燭放在密封的鐘罩中，蠟燭不易熄滅，而將小鼠與綠色植物放入罩內(nèi)，也不易窒息死亡綠色植物在光下吸收了 ，產(chǎn)生了 。
1864薩克斯采用碘液測(cè)定淀粉的方法，發(fā)現(xiàn)遮光一半葉無(wú)顏色變化，曝光的一面則成深藍(lán)色綠色植物在光下能產(chǎn)生 。
1880恩吉?曼用水綿做材料，用好氧菌作為O2的標(biāo)志物，發(fā)現(xiàn)好氧菌集中在葉綠體所有受光部位周?chē)?/p>
1941魯賓和卡門(mén)運(yùn)用放射性同位素標(biāo)記法，通過(guò)小球藻的實(shí)驗(yàn)確定O2的來(lái)源光合作用產(chǎn)生O2全來(lái)自 。
2．分析討論：
（1）海爾蒙特認(rèn)為建造植物體的原料只是水，這一結(jié)論是否合理？
（2）為什么普里斯特利的實(shí)驗(yàn)有時(shí)成功，有時(shí)失敗？
（3）恩吉?曼選用水綿做實(shí)驗(yàn)材料有什么好處？通過(guò)該實(shí)驗(yàn)可得出什么結(jié)論？
（4）薩克斯為何要將植物進(jìn)行一晝夜的暗處理？葉片一半遮光、一半照光的目的是什么？
（5）魯賓和卡門(mén)的兩組實(shí)驗(yàn)是如何設(shè)計(jì)的？
太陽(yáng)是整個(gè)生命世界的能量源泉， 為幾乎所有的生物提供了物質(zhì)和能量，它是自然界最基本的 和 。
二．葉綠體的結(jié)構(gòu)
1．葉綠體的形態(tài)
高等植物細(xì)胞中葉綠體通常呈 ，數(shù)目較多。
2．葉綠體與白色體或有色體的相互轉(zhuǎn)變將葉綠體長(zhǎng)時(shí)間置于暗處，葉綠體則轉(zhuǎn)變成 或但光照后又可恢復(fù)為具有 的葉綠體。
3．葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)
（1）兩層膜
（2）基粒：內(nèi)部有許多綠色柱狀的 ，每個(gè)基粒有數(shù)十個(gè)囊狀的組成，基粒間還有基質(zhì)類(lèi)囊體與基粒的類(lèi)囊體相連，從而使各類(lèi)囊體的腔彼此相通。與光合作用有關(guān)的色素和酶都分布在 。
（3）基質(zhì)：在基粒之間充滿(mǎn)著基質(zhì)與暗反應(yīng)有關(guān)的酶則分布在 。在基質(zhì)中還含有少量的 。
三．葉綠體色素的提取與分離
1．實(shí)驗(yàn)原理：
葉綠體中色素提取的原理：葉綠體中的色素溶解于__________如酒精或丙酮（相似相溶），形成色素液。
分離的原理：四種色素在層析液中__________不同，因而隨層析液在濾紙上______________________不同，其中胡蘿卜素在丙酮中的溶解度最高，擴(kuò)散速度最快，葉黃素和葉綠素ａ次之，葉綠素ｂ溶解度最低，擴(kuò)散得最慢。根據(jù)此原理使各色素分離開(kāi)來(lái)。
2．注意事項(xiàng)
（1）取材時(shí)要選取新鮮的顏色較深的葉片，以便使濾液中含較多的色素。
（2）研磨時(shí)加入二氧化硅的目的是： 。
（3）加入少量碳酸鈣的目的是： 。
（4）研磨要迅速、充分。一是因?yàn)楸菀讚]發(fā)發(fā)二是為了使葉綠體完全破裂，從而能提取較多的色素。三是葉綠素極不穩(wěn)定，能被活細(xì)胞中的葉綠素酶水解而破壞。
（5）．濾液收集后，要及時(shí)用 將試管口塞緊。
6．制備濾紙條時(shí)，要將濾紙條的一端剪去兩角，這樣可以使色素在濾紙條上擴(kuò)散，便于觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
7．畫(huà)線時(shí)，一定要細(xì)并且直，這樣可以防止 ，使色素分子均勻分布在一條直線上，做到擴(kuò)散起點(diǎn)一致。重復(fù)劃2、3次，是為了使實(shí)驗(yàn)更加明顯。
8．分離色素時(shí)，一定不要讓濾紙條上的濾液細(xì)線接觸到層析液，這是因?yàn)椤?/p>
四．光合作用的過(guò)程
根據(jù)是否需要光能，可以概括為兩個(gè)階段：
（一）光反應(yīng)階段
1．光反應(yīng)條件及場(chǎng)所：必須在 下才能進(jìn)行，場(chǎng)所在 。
2．光反應(yīng)過(guò)程：在此階段 轉(zhuǎn)換成 ， 轉(zhuǎn)換成 。
（1）光能轉(zhuǎn)換成電能
類(lèi)囊體膜上的絕大多數(shù)色素排列緊密，快速高效地把吸收來(lái)的大量光能傳遞給_________，它既能捕捉光能又能將光能轉(zhuǎn)化為 。就象透鏡把光束集中到焦點(diǎn)一樣，其他色素把大量光能 、 、傳遞給 ，使其被激發(fā)而失去 。脫離葉綠素ａ的電子，在類(lèi)囊體膜上經(jīng)過(guò)一系列的傳遞，最后傳遞給一種帶正電荷的有機(jī)物 （簡(jiǎn)稱(chēng) ）。
失去電子的葉綠素ａ變成一種 ，能夠從 中奪取 ，使水分子分解成 和 ，葉綠素ａ由于獲得電子而恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。
這樣在光的照射下，特殊狀態(tài)的葉綠ａ連續(xù)不斷地 和 ，從而形成 ，使 轉(zhuǎn)換成 。
（2）電能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能
隨著光能轉(zhuǎn)換成電能， 得到 和 ，就形成了 （ ），這樣一部分電能就轉(zhuǎn)化成 儲(chǔ)存在 中。同時(shí)，葉綠體利用光能轉(zhuǎn)換成的另一部分能量，將 和 轉(zhuǎn)化成 ，這部分電能則轉(zhuǎn)化成活躍的化學(xué)能儲(chǔ)存在 中。
（二）暗反應(yīng)階段
1．暗反應(yīng)條件及場(chǎng)所：不需 ，場(chǎng)所在 。
2．暗反應(yīng)過(guò)程：將 還原成 ，將 和 中的活躍化學(xué)能轉(zhuǎn)換成 中貯存的穩(wěn)定的化學(xué)能。
（1）CO2的固定
葉片從外界吸收的二氧化碳，在 的作用下與植物體內(nèi)的一種 （用C5表示）結(jié)合，這個(gè)過(guò)程叫做二氧化碳的固定。一個(gè)二氧化碳分子被一個(gè)五碳化合物分子固定后很快形成兩個(gè)含有 的化合物（用C3表示）。
（2）C3的還原
一部分三碳化合物在 和 的作用下，被 還原，再經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的變化形成糖類(lèi)。這樣 和 中的能量就轉(zhuǎn)移到 ___________中形成 貯存起來(lái)，同時(shí)，另一部分三碳化合物又經(jīng)過(guò)復(fù)雜的變化重新生成 ，再次參與二氧化碳的固定。
（三）光合作用的反應(yīng)式
五．影響光合作用的因素
因素關(guān)系圖表 對(duì)光合作用的影響在生產(chǎn)上的應(yīng)用
葉齡
隨葉齡的增大，葉的面積逐漸增大，光合作用的面積逐漸增大，光合作用速率提高，隨著葉齡進(jìn)一步增加，葉片衰老，葉綠素分解，光合作用速率下降保證礦質(zhì)元素的充足供應(yīng)，尤其是Mｇ的供應(yīng)，使葉片保持鮮綠光照強(qiáng)度。
光合作用隨光照強(qiáng)度的變化而變化，光照弱時(shí)光合作用減慢，光照逐步增強(qiáng)時(shí)光合作用隨之加快，但是光照增強(qiáng)到一定程度，光合作用速率不再增加1．適當(dāng)提高光照強(qiáng)度。
2．延長(zhǎng)光合作用時(shí)間。
3．增加光合作用面積?合理密植。
4．溫室使用無(wú)色玻璃。
二氧化碳：
CO2是光合作用的原料，環(huán)境中的CO2濃度的高低明顯影響光合作用速率。在一定范圍內(nèi)，植物的光合速率隨CO2濃度的增加而增加，但是達(dá)到一定程度時(shí)再增加CO2濃度，光合速率不再增加溫室栽培植物時(shí)適當(dāng)提高室內(nèi)的CO2濃度，如釋放一定量的干冰或多施有機(jī)肥，使莖、葉吸收CO2增多。
溫度：
光合作用的暗反應(yīng)是酶促反應(yīng)，溫度直接影響酶的活性，從而影響光合速率。溫度過(guò)高，影響植物葉片氣孔開(kāi)度，影響CO2供應(yīng)，進(jìn)而影響暗反應(yīng)，從而影響光合速率1．適時(shí)播種。
2．溫室栽培植物時(shí)，白天適當(dāng)提高溫度，晚上適當(dāng)降溫。
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