光能在叶绿体中的转换教案。

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光能在叶绿体中的转换教案
课题：光能在叶绿体中的转换
课型：新授课
授课班级：二（2）
授课人：李卫松
授课日期：2004.12.24
教学目标：1.理解叶绿体内光能转换成电能的过程。
2.理解叶绿体内电能转换成活跃的化学能的过程。
教学重点：光能如何转换成稳定的化学能
教学难点：光合作用过程中能量的转换过程
教学方法：
教具准备：
教学内容及过程：
一、创设问题情景
从当今世界面临的粮食危机对人类生存和发展的严重影响以及我国耕地减少与人口数量大引发的粮食需求的突出矛盾；从提高粮食产量的紧迫性和巨大潜力，引出进一步对光合作用中能量转换和物质变化进行深入研究的必要，从而导入本节的研究内容——光合作用。
二、学生观察，教师引导发现问题
1．光能转换成电能
观察探索通过复习高二所学的光合作用有关知识引入高三学习的重点------对光能在叶绿体中的转换进行深入研究。
　围绕光能转换成电能，复习回忆叶绿体的结构，与光能的吸收、传递和转换有关的色素，引导学生观察，思考讨论：
（1）A、B表示色素，请问它们分别代表什么色素？以及各自有何作用？
　（2）特殊状态的叶绿素a在光的照射下发生了什么变化？
（3）特殊状态的叶绿素a是怎么失去电子的？
（4）失去电子的叶绿素a是什么性质？怎样才能恢复稳态？
（5）失去电子的叶绿体a从哪里夺取电子？
（6）试写出水光解的反应式？
（7）脱离叶绿素a的电子去哪里了？
（8）最初的电子供体和最终电子受体分别是什么？
（9）能量转换的场所是什么？
　思维发散与开拓绿色植物这种独有的现象在哪些领域有广阔应用和研究前景？
同时提出水的光解中电子的传递和氢离子的去路的问题，以此进入第二个研究主题，即电能转换成活跃的化学能。
2．电能转换成活跃的化学能
在叶绿体的囊状结构的薄膜上发生的能量转换的两个步骤，由光能转换成电能，由电能进一步转换成活跃的化学能是连续不可分割的过程，光合作用中光合磷酸化与电子传递是偶联的。观察多媒体，引导学生分析。
（1）2H2O→O2+4H++4e-，水的光解产生的电子和氢离子最终传递给什么物质，并生成了什么物质？尝试写出物质变化的反应式。
（2）在电子传递过程中还形成了什么物质？写出其反应式。
（3）电能转换成的活跃的化学能，储存在什么物质中？
（4）活跃的化学能意味着什么？
（5）NADPH除了携带一定能量的物质外，还具有什么性质？
（6）NADPH用来还原什么？
3．活跃的化学能转换成稳定的化学能
在暗反应阶段活跃的化学能转换成稳定的化学能这部分内容是学生在高二阶段已经学到的知识，教师需要在学生原有的知识基础上，通过教学过程，使学生达到温故知新的目的。思考回忆以下问题：
（1）ATP和NADPH参与暗反应阶段的什么过程的反应？
（2）在此过程中能量形式发生了什么变化以及场所在哪里？
归纳总结在分别学习探索光能在叶绿体中的转换的三个步骤后，依据教材中图2-2，要求学生完整叙述在光合作用中能量转换的全过程，教师引导学生进行前后知识比较，发现光合作用中能量转换和物质变化的相互联系、不可分割、同时进行的关系，以运动变化和联系的观点深入理解光合作用的实质即能量转换和物质变化过程，从而全面深刻地掌握知识，并形成能力。
知识迁移深化
　甲、乙两个密闭的玻璃钟罩内，分别喂养同样小鼠各一只，和长势良好的同样绿色植物各一盆。与甲罩不同的是，乙罩内多了一杯氢氧化钙溶液。两玻璃罩同在阳光下培养一段时间后，甲、乙两个钟罩内的小鼠和植物各发生了什么变化？分析产生此现象的原因。教师需要特别指导分析乙罩内的小鼠死亡的原因和光合作用中的暗反应的联系，深入体会和总结光反应与暗反应之间的关系。
总结：（略）

精选阅读

叶绿体与叶绿体遗传

(一)

茉莉(Mirabilis)的工作；另一篇是Baur关于天竺葵(Pelargonium)的工作。这两种植物的花色与叶色遗传，均明显地不属于核遗传。以后，其他学者又在月见草属(Oenothera)及柳叶菜属(Epilobium)中观察到类似情况。人们把这一类用孟德尔用豌豆所发现的遗传定律不能解释的遗传现象称为细胞质遗传、母体遗传、单一亲本遗传、非孟德尔遗传、核外或染色体外遗传，或者根据最近的发展，更确切地分为叶绿体遗传及线粒体遗传等等。但是，对这一现象的实质却一直不清楚。直到60年代初，当第一次肯定叶绿体及线粒体中存在DNA之后，关于细胞质遗传的研究才揭开了新的一页。

叶绿体是植物进行光合作用和能量转化的重要细胞器。电子显微镜研究表明，高等植物叶肉细胞与藻类(如小球藻)的叶绿体是一个具有双层膜的片层系统。除去整个叶绿体被双

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光能的捕获

第3节光能的捕获
学习目标：
1．说出人们对光合作用的认识过程，体验生物科学发现的历程。
2．阐明光合作用中光反应和暗反应物质和能量转化的大致过程，认识光合作用的实质和在自然界的重要性。
3．描述叶绿体的结构，提取和分离叶绿体色素。
4．分析环境因素对光合作用速率的影响，能绘出各种因素与光合作用速率的坐标图像，培养综合分析问题的能力。
自学探究：
光合作用：植物通过捕获和利用了太阳能，把_____和______合成有机物，将转化为贮存在葡萄糖等有机物中，并释放O2，这个过程就是。
一．光合作用的早期研究
1．光合作用的发现
年代科学家科学实验实验结论
1642海尔蒙特第一次试图用定量的方法研究柳树的营养来源，发现柳树的增重大于土壤的减少量建造植物体的原料，只是　，却没有考虑空气的作用
1771普里斯特利
英格豪斯将薄荷枝条和燃烧着的蜡烛放在密封的钟罩中，蜡烛不易熄灭，而将小鼠与绿色植物放入罩内，也不易窒息死亡绿色植物在光下吸收了，产生了。
1864萨克斯采用碘液测定淀粉的方法，发现遮光一半叶无颜色变化，曝光的一面则成深蓝色绿色植物在光下能产

生　。
1880恩吉尓曼用水绵做材料，用好氧菌作为O2的标志物，发现好氧菌集中在叶绿体所有受光部位周围
光合作用场所是
。

1941鲁宾和卡门运用放射性同位素标记法，通过小球藻的实验确定O2的来源光合作用产生O2全来自　。
2．分析讨论：
（1）海尔蒙特认为建造植物体的原料只是水，这一结论是否合理？

（2）为什么普里斯特利的实验有时成功，有时失败？

（3）恩吉尓曼选用水绵做实验材料有什么好处？通过该实验可得出什么结论？

（4）萨克斯为何要将植物进行一昼夜的暗处理？叶片一半遮光、一半照光的目的是什么？

（5）鲁宾和卡门的两组实验是如何设计的？

太阳是整个生命世界的能量源泉，为几乎所有的生物提供了物质和能量，它是自然界最基本的和。
二．叶绿体的结构
1．叶绿体的形态
高等植物细胞中叶绿体通常呈，数目较多。
2．叶绿体与白色体或有色体的相互转变
将叶绿体长时间置于暗处，叶绿体则转变成　或
，但光照后又可恢复为具有　的叶绿体
3．叶绿体的亚显微结构
（1）两层膜　
（2）基粒：内部有许多绿色柱状的　，每个基粒有数十个囊状的　
组成，基粒间还有基质类囊体与基粒的类囊体相连，从而使各类囊体的腔彼此相通。
与光合作用有关的色素和酶都分布在　。
（3）基质：在基粒之间充满着基质。
与暗反应有关的酶则分布在。在基质中还含有少量的　。
三．叶绿体色素的提取与分离
1．实验原理：
　叶绿体中色素提取的原理：叶绿体中的色素溶解于__________如酒精或丙酮（相似相溶），形成色素液。
　分离的原理：四种色素在层析液中__________不同，因而随层析液在滤纸上______________________不同，其中胡萝卜素在丙酮中的溶解度最高，扩散速度最快，叶黄素和叶绿素ａ次之，叶绿素ｂ溶解度最低，扩散得最慢。根据此原理使各色素分离开来。
2．注意事项
（1）取材时要选取新鲜的颜色较深的叶片，以便使滤液中含较多的色素。
（2）研磨时加入二氧化硅的目的是：　。
（3）加入少量碳酸钙的目的是：　。
（4）研磨要迅速、充分。一是因为丙酮容易挥发发二是为了使叶绿体完全破裂，从而能提取较多的色素。三是叶绿素极不稳定，能被活细胞中的叶绿素酶水解而破坏。
（5）．滤液收集后，要及时用将试管口塞紧。
6．制备滤纸条时，要将滤纸条的一端剪去两角，这样可以使色素在滤纸条上扩散
，便于观察实验结果。
7．画线时，一定要细并且直，这样可以防止，使色素分子均匀分布在一条直线上，做到扩散起点一致。重复划2―3次，是为了
，使实验更加明显。
8．分离色素时，一定不要让滤纸条上的滤液细线接触到层析液，这是因为　
。
四．光合作用的过程
根据是否需要光能，可以概括为两个阶段：
（一）光反应阶段
1．光反应条件及场所：必须在　下才能进行，场所在　。
2．光反应过程：在此阶段转换成，转换成　。
（1）光能转换成电能
类囊体膜上的绝大多数色素排列紧密，快速高效地把吸收来的大量光能传递给
_________，它既能捕捉光能又能将光能转化为　。就象透镜把光束集中到焦点一样，其他色素把大量光能　、、传递给　，使其被激发而失去　。脱离叶绿素ａ的电子，在类囊体膜上经过一系列的传递，最后传递给一种带正电荷的有机物（简称　）。
失去电子的叶绿素ａ变成一种　，能够从　中夺取　，使水分子分解成和，叶绿素ａ由于获得电子而恢复稳态。
这样在光的照射下，特殊状态的叶绿ａ连续不断地　和　，从而形成　，使　转换成　。
（2）电能转换成活跃的化学能
随着光能转换成电能，　得到和　，就形成了　（　），这样一部分电能就转化成储存在中。同时，叶绿体利用光能转换成的另一部分能量，将和转化成，这部分电能则转化成活跃的化学能储存在　中。
（二）暗反应阶段
1．暗反应条件及场所：不需　，场所在。
2．暗反应过程：将　还原成　，将　和中的活跃化学能转换成中贮存的稳定的化学能。
（1）CO2的固定
叶片从外界吸收的二氧化碳，在的作用下与植物体内的一种（用C5表示）结合，这个过程叫做二氧化碳的固定。一个二氧化碳分子被一个五碳化合物分子固定后很快形成两个含有的化合物（用C3表示）。
（2）C3的还原
一部分三碳化合物在和的作用下，被　还原，再经过一系列复杂的变化形成糖类。这样和　中的能量就转移到　___________中形成　贮存起来，同时，另一部分三碳化合物又经过复杂的变化重新生成，再次参与二氧化碳的固定。
（三）光合作用的反应式

五．影响光合作用的因素
因素关系图表对光合作用的影响在生产上的应用

叶龄

随叶龄的增大，叶的面积逐渐增大，光合作用的面积逐渐增大，光合作用速率提高，随着叶龄进一步增加，叶片衰老，叶绿素分解，光合作用速率下降保证矿质元素的充足供应，尤其是Mｇ的供应，使叶片保持鲜绿

光照强度

光合作用随光照强度的变化而变化，光照弱时光合作用减慢，光照逐步增强时光合作用随之加快，但是光照增强到一定程度，光合作用速率不再增加1．适当提高光照强度
2．延长光合作用时间
3．增加光合作用面积―合理密植
4．温室使用无色玻璃

二氧化碳

CO2是光合作用的原料，环境中的CO2浓度的高低明显影响光合作用速率。在一定范围内，植物的光合速率随CO2浓度的增加而增加，但是达到一定程度时再增加CO2浓度，光合速率不再增加温室栽培植物时适当提高室内的CO2浓度，如释放一定量的干冰或多施有机肥，使茎、叶吸收CO2增多

温度

光合作用的暗反应是酶促反应，温度直接影响酶的活性，从而影响光合速率。温度过高，影响植物叶片气孔开度，影响CO2供应，进而影响暗反应，从而影响光合速率1．适时播种
2．温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温
3．植物“午休”现象的原因之一

光合作用高效光能转化机理及其在农业中的应用

一、光合作用反应中心光能转化的微观机理的研究

1、该项目组利用飞秒及皮秒超快光谱技术，对光系统II颗粒、核心复合物及反应中心三个层次的光合系统进行研究，首次测到2.9ps和20.1ps两个组分，并证明它们与PSII的光化学反应活性有关，从而提出光系统II反应中心原初电荷分离两步反应的动力学新模型。并发现在Rps．Virid细菌反应中心中，原初电子转移过程是从原初电子给体经辅助叶绿素分子到原初电子受体的二步电子转移过程。

2、首次发现紫细菌反应中心色素置换和激发能在色素高激发态能级上的传递。

3、测定了三种生长速度不同的植物-菠菜、三七和水葫芦叶绿体光系统II反应中心的转能效率，证明了生长慢的植物-三七-对于被它吸收的光子能量利用效率较低，而生长快的植物-水葫芦-光能利用效率较高。

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实验观察叶绿体

高中生物第一册（必修）学案
第7课时实验：高倍显微镜的使用和观察叶绿体
实验原理
高等植物的叶绿体存在于细胞质中，叶绿体呈色、形，高倍显微镜下清晰可见。
实验目的
1、初步掌握高倍显微镜的使用方法。2、观察叶绿体形态和分布。
实验程序

观察细胞质的流动
实验原理
活细胞中的细胞质处于不断流动的状态，用的运动作为标记可观察细胞质的流动。
实验目的
1、掌握高倍显微镜的使用方法。
2、通过显微镜的实际观察的实际观察，理解细胞质流动是一种生命现象。
实验程序
光照、室温条件下水中培养黑藻
取一片幼嫩的小叶
临时装片：清水+小叶+盖玻片
低倍观察叶片细胞
高倍观察叶绿体的流动及流动方向
注意事项：
1、细胞质的流动受细胞的代谢状况和外界环境因素的影响，增进细胞代谢作用的因素，如适宜的光照、温度、PH值、生长素等，都可以促进细胞质的流动。反之，不利的环境变化和某些化学药品，如麻醉剂等，则可抑制细胞质的流动。
2、在做此实验时，如果发现细胞质不流动，或者流动很慢，应立即采取措施，加速其细胞质的流动。其方法有三种：一是进行光照，即在阳光或灯光下放置15~20分钟；二是提高盛放黑藻的水温，可加入热水将水温调至25℃左右；三是切伤一小部分叶片。

自我评价
1、普通光学显微镜是生物学实验中最常用的仪器之一，试回答下列关于显微镜使用中的有关问题：
（1）一细胞或物体被显微镜放大50倍，这时“被放大50倍”是指该细胞或生物体的（）
A、体积B、表面积C、像的面积D、长度或宽度
（2）当显微镜的目镜为10×，物镜为10×时，视野范围内看到一行相连的8个细胞，若目镜不变，物镜换成40×时，则在视野中可看到这行细胞中的--------------------（）
A、2个B、4个C、16个D、32个
（3）用4台显微镜观察黑藻细胞。在相同环境中，若视野的明暗程度相仿，反光镜的选用一致，则：显微镜的光圈最大的一台是（）；目镜和物镜均最短的一台是（）；观察到的细胞数目最多的一台是-------------------------------------------------------------（）
A、目镜15×和物镜45×B、目镜15×和物镜10×
C、目镜5×和物镜10×D、目镜5×和物镜45×
2、选择藓类作为观察叶绿体材料的原因与下列哪项无关---------------------------------（）
A、制片简单B、叶绿体清楚C、叶子薄而小D、细胞质流动速度快
3、用高倍镜观察比用低倍镜观察到的细胞数目、大小和视野的明暗情况依次为---（）
A、多、大、亮B、少、小、暗C、多、小、暗D、少、大、暗
4、观察细胞质流动时，观察的最佳部位是---------------------------------------------------（）
A、叶的边缘细胞B、靠近叶脉部位的细胞C、叶片表皮细胞D、保卫细胞
5、把叶绿体作为细胞质流动的标志是因为--------------------------------------------------（）
A、叶绿体在不同强度光照射下会以不同面向着光源
B、如果没有标志物，细胞质的流动难以观察
C、只有叶绿体等颗粒可以移动，细胞质基质不流动
D、细胞基质是流动的，细胞器是不运动的
6、张小攀同学在观察变形虫临时装片时，发现视野中有一较大的变形虫，但在图象上有一小片污物，影响对变形虫的观察。
（1）在不调换目镜和物镜的情况下，她应如何判断污物在何处？写出操操作步骤。

（2）如果确认污物在装片内部，在既不允许重新制作装片又不能揭开盖玻片的情况下，如何清除污物或使污物与变形虫分开？

自我评价答案：
1、（1）D（2）A（3）A、B、C2、D3、D4、B5、B
6、（1）先轻轻移动装片，观察污物是否随着移动，如果随着移动，则污物在装片表面或内部；如果移动装片，污物不动，一般在镜头上，可先转动目镜，看污物是否转动，如果污物随着转动，说明污物在目镜上，否则可能在物镜上。
（2）用吸水纸在一侧吸引内部液体，使污物与变形虫分开。