1、第三章生物的新陳代謝第三節(jié) 光合作用教學目的：光合作用的發(fā)現(xiàn)。葉綠體中的色素。光合作用的過程和重要意義。教學重點：葉綠體中的色素。光合作用的過程。光合作用的重要意義。教學難點：光合作用中的物質(zhì)變化和能量變化。教具準備：葉綠體結構的投影片色素吸收光譜投影片光合作用過程動畫演示軟件教學過程：通過初中生物課的學習，我們已經(jīng)知道，植物的每一片綠葉就好像是一個“綠色工廠”，源源不斷的生產(chǎn)著有機物。綠色植物生產(chǎn)有機物的過程是通過什么生理過程完成的呢？這就是光合作用。在初中，我們已經(jīng)學習過光合作用的定義：綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧的過程。（總結成如下反

2、應式）CO2+H2O光能葉綠體C6H12O6+O2我們每時每刻都在吸入光合作用釋放的氧，也直接或間接地吃來自光合作用制造的有機物。在自然界中，綠色植物隨處可見，誰又曾見過光合作用的過程呢？光合作用怎么被發(fā)現(xiàn)的呢？一、光合作用的發(fā)現(xiàn)。這要追溯到很久很久以前。過去，人們一直認為，小小的種子之所以能夠長成參天大樹，完全依靠于土壤。事情果真如此嗎？1648年，一位比利時的科學家海爾蒙特對此產(chǎn)生了懷疑，于是他設計了這樣一個實驗：他把一棵重2 .5kg的柳樹苗栽種到一個木桶里，木桶里盛有事先稱量過的土壤。以后，他每天只用純凈的雨水澆灌樹苗。為防止灰塵落入，他還專門制作了桶蓋。五年后，柳樹增重80kg多，而

3、土壤卻只減少了100k，海爾蒙特為此提出：建造植物體的原料是水。1771年，英國科學家普里斯特利設計了這樣一個實驗：將點燃的蠟燭和小鼠分別放在一個密閉的玻璃罩內(nèi)，結果蠟燭熄滅了，小鼠也窒息死亡。然后，他將綠色植物也放入玻璃罩內(nèi)，重復上述實驗，蠟燭不熄滅，小鼠也不窒息了。于是他得出結論：植物可以更新空氣。限于當時科學的發(fā)展水平，普里斯特利并不知道空氣中的哪種成分在起作用，也沒有認識到光在其中的關鍵作用。后來，又經(jīng)過許多科學家的實驗，才逐漸發(fā)現(xiàn)了光合作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物。如：1864年，德國科學家薩克斯用盆栽天竺葵做實驗，他把綠色葉片放在暗處幾小時，目的是讓葉片中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗掉，然后把這

4、個葉片一半曝光，另一半遮光，過一段時間后，用碘蒸氣處理葉片，發(fā)現(xiàn)遮光的那一半葉片沒有發(fā)生顏色變化，曝光的那一半則呈藍色。這一實驗成功地證明了綠色葉片在光合作用中產(chǎn)生了淀粉。1880年，德國科學家恩吉爾曼用水綿進行了光合作用的實驗：把載有水綿和好氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境里，然后用極細的光束照射水綿。通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，好氧細菌只集中在葉綠體被光束照射到的部位附近；如果上述臨時裝片完全暴露在光下，好氧細菌則集中在葉綠體所有受光部位的周圍。從而巧妙地證明了氧是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所。由此可見，從1771年到1886年，隨著科技手段的進步，人們對光合作用的

5、認識也越來越深刻，到20世紀30年代，隨著物理學和化學的發(fā)展，一些先進的科學技術手段被廣泛采用，如同位素標記法來研究光合作用的問題，使人們對光合作用的認識更深入了一步。20世紀30年代，美國科學家魯賓和卡門用氧的同位素-O18,分別標記H2O和CO2，使它們分別成為H2O和CO2,然后進行兩組光合作用實驗：第一組向綠色植物提供H2O和CO2：第二組向同種綠色植物提供H2O和CO2。在相同條件下，他們對兩組光合作用實驗釋放出的氧進行了分析，結果表明第一組釋放的氧全部是O2，第二組釋放的氧全部是O2。這個實驗證明，光合作用釋放的氧全部來自水。由此可以看出，幾代科學家歷經(jīng)二百多年，才對光合作用的生理

6、過程有了比較清楚的認識。可見，科學發(fā)展的道路是很艱難的，這里不僅包含著科學家們的艱辛勞動與智慧，還與社會科學技術的進步與發(fā)展密切相關。二、葉綠體和其中的色素。前面我們了解了光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，那么在綠葉這個“綠色工廠”中，光合作用這一生理過程，到底是怎么樣進行的呢？在學習這個問題以前，我們還是先來認識一下它的“廠房”葉綠體。1、結構葉綠體主要存在于綠色植物的葉肉細胞中，是進行光合作用的細胞器（如右圖）在光鏡下，葉綠體呈扁平的橢球形或球形。電鏡下觀察有雙層膜，使葉綠體與細胞質(zhì)基質(zhì)隔開。葉綠體內(nèi)部充滿了基質(zhì)和綠色的基粒。綠色的基粒中含有四種色素。2、葉綠體中的色素通過葉綠體提取試驗可知，葉綠體中含

7、有四種色素（如圖）：色素色素葉綠素類胡蘿卜素葉綠素a葉黃素胡蘿卜素葉綠素b其中葉綠素的含量約占總量的3/4，類胡蘿卜素占1/4，所以通常植物的葉子總是翠綠醉人的。但葉綠素很容易被破壞，秋天，葉綠素會因為“忍受”不了氣溫下降等因素的影響而分解消失；胡蘿卜素和葉黃素則比較穩(wěn)定，終于露出面來，所以深秋的樹葉金黃斑斕。像楓樹、槭樹等由于葉綠素分解時，葉中的糖分大量轉(zhuǎn)變成紅色的花青素，而使葉片呈紅色，所以杜牧有詩：“霜葉紅于二月花”。3、葉綠素中色素的作用吸收光能實驗證明，葉綠素可以吸收藍紫光和紅橙光，類胡蘿卜素則可以吸收藍紫光。演示色素吸收光譜投影片（如右圖）色素吸收的光，都可以用于光合作用。由于色素

8、對綠光的吸收最少，綠光會被反射出來，所以葉綠體呈現(xiàn)綠色。傳遞和轉(zhuǎn)化光能。發(fā)生的位置，在基粒中的膜上，因為膜上附著有進行光合作用必需的色素和酶。三、光合作用的過程。通過前面的幾個實驗，我們知道光合作用是在葉綠體中進行的，其產(chǎn)物是淀粉和氧，原料是水和二氧化碳，我們用下面的反應式來概括：6CO2+12H2O光能葉綠體C6H12O6+6O2+6H2O在這個反應中，光是動力，葉綠體是廠房。那么，在每一個微小的葉綠體中，二氧化碳和水究竟是怎么樣轉(zhuǎn)化為葡萄糖和氧氣的呢？實際上，光合作用的過程是十分復雜的，它包括許多個化學反應。大體上說。根據(jù)是否需要光能，光合作用的過程分為光反應和暗反應兩個階段。1、光反應階

9、段：在葉綠體內(nèi)的囊狀結構上進行著光合作用的第一階段反應，由于該階段必須有光，故稱作光反應。色素分子光吸收4H2H2O光解O2ADP+PiATP酶光反應之所以在囊狀結構上進行，是因為囊狀內(nèi)膜上有色素以及大量酶的存在。而色素吸收的光能則有兩個用途：一方面分解水，釋放出氧氣，此時產(chǎn)生的氫原子到基質(zhì)中，參與暗反應，一方面將ADP轉(zhuǎn)化為ATP，供給暗反應所需。2、暗反應階段光合作用的暗反應階段是在葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中進行的。這一過程不需要光故名暗反應，4H酶ADP+PiATP酶C6H12O6+H2OC52C3多種酶還原CO2固定但這一過程需要大量的酶參與。演示光合作用的過程動畫3、光反應和暗反應之間的關系。

10、區(qū)別： 光反應和暗反應的比較光反應暗反應場所基粒片層膜上基質(zhì)中條件有光光反應、多種酶物質(zhì)變化水的光解ATP的生成二氧化碳的固定碳3的還原ATP的水解能量變化光能ATPATP穩(wěn)定化能四、光合作用的意義沒有光合作用，整個生物界將無法生存。光合作用對于生物界，乃至自然界都是非常重要的，其意義表現(xiàn)在以下幾個方面：制造了有機物。地球上的綠色植物好像是一座“綠色工廠”，可以源源不斷地為包括人類的幾乎所有的生物提供物質(zhì)來源。轉(zhuǎn)化并儲存太陽能。自然界中的一切能量都來自于綠色植物固定的太陽能。維持大氣中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定。光合作用不斷地吸收二氧化碳，釋放出氧氣，就好像一臺天然的“空氣凈化器”。對生物的進化有重要作用。藍藻的出現(xiàn)，使大氣中有了單質(zhì)氧氣，一部分氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧，在大氣上層形成臭氧層，能夠有效濾去太陽輻射中對生物具有強烈破壞作用的紫外線，從而使水生生物開始逐漸在陸上生活。生物得以進一步進