1、第二课时 光合作用的过程和化能合成作用 教学过程 课前准备 1.制作多媒体课件。 2.课前教师提供一份预习提纲，布置学生预习课本 P103P 105 的内容。 预习提纲：光合作用过程分为哪几个阶段？ 什么是光反应阶段？这个阶段发生的场所在哪里？需要哪些条件？物质和能量是如 何转变的？ 什么是暗反应阶段？这个阶段发生的场所在哪里？需要哪些条件？物质和能量是如 何转变的？ 光合作用受哪些外界因素的影响？这些因素是怎样影响光合作用的？ 情景创设 教师：通过上一节课的学习，我们已经知道光合作用的场所是叶绿体，请问叶绿体有 哪些结构特点与其功能相适应呢？ 学生：第一，叶绿体内有许多基粒和类囊体，扩大了叶
2、绿体的受光面积，类囊体膜表 面分布着许多吸收光能的色素分子，便于光能的吸收；第二，类囊体膜表面以及基质内还 分布着多种光合作用所必需的酶，有利于光合作用的进行。 教师：初中我们曾经学习过有关光合作用的知识，请问你们对光合作用的知识还有哪 些方面的了解？ 学生：（七嘴八舌） 光合作用的原料是 CO2 和 H2O； 光合作用的条件是光； 光合作用的产物是糖类和氧气； 等等。 教师：很好。看来大家对光合作用的知识还了解不少。请一位同学来归纳光合作用的 概念。 学生：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能量的有机物， 并且释放出氧气的过程。 教师：那么在一个微小的叶绿体中，CO 2
3、和 H2O 究竟是怎样转化为糖类和氧气的呢？ 此过程中色素吸收的光能是怎样到有机物中去的？光合作用受哪些外界因素的影响？这就 是我们今天这堂课要讨论的主要内容。 （显示板书：二、光合作用的原理和应用） 师生互动 （一）光合作用的过程 教师：下面我们先来看看光合作用是怎样在叶绿体中进行的。 （显示板书：1.光合作用的过程） 教师：用多媒体课件演示发生在一个叶绿体中的光合作用全程的动态过程。 教师：我们在观察课件的时候，是不是觉得有点“眼花缭乱”呀，这说明光合作用是 个很复杂的过程。其实刚才课件中显示的只是光合作用的简化过程，其具体过程还要复杂 得多。 教师：根据刚才的观察，你们说光合作用过程分为
4、哪几个阶段呢？ 学生：分为光反应和暗反应两个阶段。 教师：下面我们先来具体观察一下光反应过程。 （显示板书：光反应） 教师：演示光合作用光反应的动态变化，并指导学生观察。 教师：光反应在哪里进行？ 学生：叶绿体基粒的类囊体薄膜上。 教师：利用到了哪种原料？ 学生：水。 教师：水在光反应阶段发生了怎样的变化？ 学生：水被分解成了H 和 O2。 教师：水是化学性质非常稳定的化合物，它为什么会在常温常压下分解？ 学生：一方面有色素吸收的光能做“动力” ；另一方面类囊体薄膜上分布有相应的酶作 催化剂。 教师：回答得很好。我们再仔细观察一下，色素吸收的光能除了使水分解以外，还发 生了什么变化？ 教师：重
5、新演示光合作用光反应的动态画面，并指导学生观察。 学生：还有一部分转移到了 ATP 中，即利用光能把 ADP 和 Pi 合成为 ATP。 教师：刚才的一系列变化都需要什么参与？ 学生：光。 教师：对啦。所以我们把发生在叶绿体类囊体薄膜上的这一化学变化称为光反应。那 么，同学们能不能归纳一下，整个光反应阶段物质和能量是怎样转变的？ 学生：从物质变化的角度来看，一是把水分解成了 O2 和具有强还原 性的H ，二是把 ADP 和 Pi 合成了 ATP；从能量变化的角度来看，把光能转化成了 ATP 中活跃的化学能。 教师：很好。光反应一共产生了三种产物，其中我们看到 O2 作为光合作用的第一个终 产物
6、释放到了大气中，还原性很强的H和储存有活跃化学能的 ATP 又到哪里去了呢？ 学生：提供给暗反应利用。 教师：下面我们就继续看看暗反应是怎样进行的。 （显示板书：暗反应） 教师：演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。 教师：暗反应在哪里发生？ 学生：在叶绿体基质中。 教师：利用了哪种原料？ 学生：二氧化碳。 教师：在暗反应过程中，二氧化碳发生了怎样的变化？ 学生：首先 CO2 与一个 C5 结合形成两个 C3，这一步称为 “二氧化碳的固定” 。 教师：二氧化碳的化学性质是非常稳定的，在空气中很难与其他化合物发生反应，为 什么在叶绿体基质中可以顺利地与 C5 结合形成两个 C3 呢？
7、 学生：因为在叶绿体基质中存在多种催化暗反应的酶。 教师：请大家仔细观察，经二氧化碳固定所产生的 C3 又发生了什么变化呢？ 教师：继续演示光合作用暗反应的动态变化，并指导学生仔细观察。 学生：C 3 经过一系列变化转变成了（ CH2O） ，这一步称为“三碳化合物的还原” 。 教师：这一步除了形成（CH 2O） ，还有什么产物？ 教师：注意引导学生观察，这一步学生很容易忽略。 学生：还有 C5。 教师：对啦。C 5 作为一种中间产物，在 暗反应的固定阶段用到，同时在暗反应的还原 阶段又产生，这对于光合作用有什么意义？ 学生：保证暗反应不会缺乏原料，能够持续进行下去。 教师：还原阶段需要哪些条件
8、？ 学生：需要相应的酶催化，还需要光反应提供的H作还原剂以及 ATP 供能。 教师：刚才的一系列变化需不需要光？ 学生：不需要。 教师：那是不是一定要在黑暗中进行呢？ 学生：也不是，有光无光都可以进行。 教师：对。 “暗”并不是指暗反应一定要在黑暗中进行，而是相对于光反应来说，这一 阶段不需要光。故我们把光合作用第二阶段所发生的、在有光无光条件下都可以进行的化 学反应称为“暗反应” 。现在哪位同学来归纳一下整个暗反应阶段物质和能量进行了怎样的 转变？ 学生：从物质变化的角度来看，二氧化碳经过“固定”和“还原”两个过程，最终被 还原成（CH 2O）和 C5；从能量转变的角度来看，ATP 中活跃的
9、化学能变成了稳定的化学 能储存在糖类等有机物中。 教师：好。综合我们刚才讨论的光反应和暗反应，我们可以把光合作用过程用下面的 示意图表示。 教师：出示光合作用过程示意图并作适当讲解。 图 541 光合作用过程示意图 教师：从图 541 中可以看出，光合作用是由“ 光反应”和“暗反应”两个阶段组 成的。那么这两个阶段有什么关系呢？ 教师：出示光反应和暗反应关系的比较表，并组织学生回答。 光反应 暗反应 时间 反应很快（以毫秒计） 较缓慢 反应 场所 叶绿体基粒的类囊体薄膜上 叶绿体基质中 反应 条件 需要与光反应有关的酶、色素、光 需要与暗反应有关的酶H、ATP 物质 变化 水的光解：2H 2O
10、 4HO 2 合成 ATP：ADPPi ATP CO 2 的固定： CO2C 5 2C3 C 3 的还原：2C 3 +H (CH2 O)+C 5ATP ADP+Pi酶酶 区 别 能量 变化 光能转化为 ATP 中活跃的化学能 ATP 中活跃的化学能转化为有机 物中稳定的化学能 联 系 光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应的进行提供还原剂H和 ATP； 暗反应是光反应的继续；暗反应为光反应的进行提供合成 ATP 的原料 ADP 和 Pi； 总之，光反应和暗反应是两个既相互独立又同时进行、既相互制约又密切联 系的两个生理过程 列表中的答案由教师根据学生的回答逐一显示。 教师：通过刚才的列表比较，你
11、认为“植物白天进行光反应，晚上进行暗反应”的说 法正确吗？为什么？ 学生：不对。因为暗反应的正常进行需要光反应提供的H和 ATP，如果光反应停止， 也就意味着暗反应随即停止；反之，光反应的正常进行需要暗反应提供 ADP 和 Pi，如果 暗反应受阻，光反应也不能正常进行。光反应和暗反应是两个同时进行、相互制约、密切 联系、缺一不可的过程。 教师：如果从光合作用整体的角度来看：光合作用又完成了怎样的物质变化和能量变 化？（即光合作用的实质是什么？） （显示板书：2.光合作用的实质） 学 生：物质变化：把二氧化碳和水等无机物转变成了糖类等有机物。 能量变化：把光能转变成化学能储存在糖类等有机物中。
12、教师：好。我们已经了解了整个光合作用的具体过程，同学们是否能用一个总反应式 来表示呢？ （显示板书：3.光合作用的反应式） 请一位学生上黑板表示如下：CO 2H 2O （CH 2O）O 2 教师：从光合作用的整个过程来看，有哪些因素会对光合作用的进行产生影响呢？ 可提示学生根据光合作用的总反应式，从光合作用的条件、原料、产物等方面来考虑。 （显示板书：4.影响光合作用的外界因素） 学生：光照、二氧化碳、温度、水等环境因素可以对光合作用的进行产生影响。 教师：归纳得很好。除此之外，还有矿质元素也会影响光合作用的进行。 （二）化能合成作用（显示板书） 组织学生阅读课本 P105 化能合成作用的知识
13、。 教师：绿色植物能够利用光能、以二氧化碳和水为原料合成有机物，有机物中储存着 由光能转换来的化学能，以供自身利用，我们把这类生物称为自养生物。请大家思考一下， 人、动物与植物最大的区别是什么？ 学生：人和动物不能利用无机物合成有机物。 教师：那它们是怎样来维持自身的生命活动的？ 学生：它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动。 教师：对。我们把这类生 物称为异养生物。 教师：除了人和动物外，还有哪些生物是异养生物？ 学生：还有真菌、支原体、细菌、病毒等生物。 教师：所有细菌都是异养生物吗？ 学生：不是，有些细菌是自养生物，比如硝化细菌 。 教师：它是如何自养的？是否跟植物一样？ 教
14、师：多媒体课件显示硝化细菌的自养过程反应式，并指导学生观察。 学生：有所不同，主要是能量的来源不一样。植物制造有机物的能量来源是光能，而 硝化细菌制造有机物的能量来源是把土壤中的 NH3 氧化为亚硝酸和硝酸时所释放的化 学 能。 教师：回答得很正确。我们把这种利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量 来制造有机物的合成作用称为化能合成作用。除了硝化细菌外，自然界还有铁细菌、硫细 菌都属于这一类生物。 教师：同学们，今天我们主要学习了绿色植物的光合作用过程和硝化细菌的化能合成 作用过程，这两种生理过程都能利用二氧化碳和水等无机物来制造有机物，但只有绿色植 物光合作用制造的有机物才可以提供给地
15、球上的其他生物和人类所利用，所以光合作用是 自然界最基本的物质代谢和能量代谢。为了给人类提供更多的食 物和原料，我们就必须提 高植物特别是农作物的光合作用强度，那么，在农业生产上有哪些提高农作物光合作用强 度的措施呢？这就是我们下节课要学习的内容。 教师精讲 1.弄清楚 C、H、O 的去路，特别是氧的去向：反应物 CO2 中的 O 到了（CH 2O）中， 反应物 H2O 中的 O 全部到了 O2 中。光合作用的总反应式可表示为： 2.暗反应是个循环往复的过程，其中的 C5 可以循环生成，即在暗反应的固定过程中被 用去，同时 又在还原过程中产生。这一过程是由美国科学家卡尔文发现的，故称为“卡尔
16、文循环” 。因此，如果人为改变光合作用的一些条件，如突然缺 CO2，突然停止光照（导致 H和 ATP 供给不足） ，等等，我们可以分析叶绿体中 C3、C 5、 （CH 2O）的含量。主要有 以下三种情况： 如果在光照条件不变的情况下，突然降低二氧化碳的浓度，此时，CO 2 的固定会受 阻，而 C3 的还原照常进行，那么 C5 的含量就会上升，C 3 的含量就会下降， （ CH2O）的含 量也会下降。 如果二氧化碳的浓度不变，突然停止光照，此时，CO 2 的固定照常进行，而 C3 的还 原会受阻，那么 C5的含量就会下降， C3 的含量就会上升， （CH 2O）的含量也会下降。 如果在降低二氧化
17、碳的浓度的同时，又停止光照，则 C5 和 C3 的含量都不变， （CH 2O）的含量会下降。 3.光照、温度、二氧化碳、水和矿质元素是怎样影响光合作用的？ 光照作为光合作用的动力对光合作用的进行有着重要的影响。光照强度增强、光照 时间延长可以促进光反应的进行，使光反应产生更多的氧气、H和 ATP。H 和 ATP 的增 多又可以促进暗反应的进行，产生更多的有机物。光照强度减弱、光照时间缩短也可以限 制光合作用的进行。 二氧化碳作为光合作用的原料之一，对光合作用的进行也有重要影响。二氧化碳浓 度增加，可以促进暗反应中二氧化碳的固定，从而产生更多的三碳化合物，进而促进还原 过程的进行，产生更多的有机
18、物。二氧化碳浓度的降低同样可以限制光合作用的进行。 温度是通过影响酶的催化效率来影响光合作用的。作为复杂的化学反应，光合作用 需要大量的酶进行催化。温度的适当提高可以大幅度提高酶的催化效率，从而提高光合作 用的强度。 水分作为光合作用的原料之一，缺乏时可以使光合作用的强度下降。虽然光合作用 所需的水分只是植物所吸收水分的一小部分（1%5% 左右） ，水分减少对光合作用不会有 太大的直接影响，但是，水分的减少可以使叶片的气孔关闭，影响二氧化碳的进入，从而 降低光合作用的强度。 矿质元素也可以直接或间接地影响光合作用的进行。如 N 是催化光合作用过程中各 种酶以及 ATP 的重要组成部分，磷也是
19、ATP 的重要组成部分，镁是叶绿素的重要组成部 分，K 与光合作用产物的运输直接有关。 评价反馈 1.在光照充足的环境里，将黑藻放入含有 18O 的水中，过一段时间后，分析上标 18O 放 射性标志，最有可能的是 A.在植物体内的葡萄糖中发现 B.在植物体内的淀粉中发现 C.在植物体内的脂肪、蛋白质和淀粉中均可发现 D.在植物周围的空气中发现 2.光反应为暗反应提供的H 和 ATP 参与 A.CO2 和 C5 的结合 B.C3 的还原 C.由 CO2 合成葡萄糖 D.由 C5 合成葡萄糖 3.在正常情况下进行光合作用的某植物，当改变某条件后，即发现叶肉细胞中的五碳 化合物突然上升，则改变的条件
20、是 A.停止光照 B.停止光照并降低二氧化碳浓度 C.升高二氧化碳浓度 D.降低二氧化碳浓度 4.生长于较弱光照条件下的植物，当提高二氧化碳浓度时，其光合作用速度并未随之 增加，主要限制因素是 A.呼吸作用与暗反应 B.光反应 C.暗反应 D.呼吸作用 5.图 542 是光合作用示意图。请据图回答： 图 542 （1）请写出字母所代表的物质： a_，b_，c_ _，d_，e_，f_ _， g_。 （2）由“f”经暗反应产生“ g”，可以分为_、_两个阶段。 （3）如果同位素 3H 标记参与光合作用的水，并追踪 3H，它最可能的途径是（用图中 字母表示）_。 （4）根据题意，简述光合作用能量变化
21、的过程： _ _。 答案：1.D 2.B 3.D 4.B 5.（1）H 2O O2 ADP 和 Pi ATP H CO2 糖类等有机物 （2）CO 2 的固定 C3 的还原 （3） aeg （4）光能ATP 中活 跃的化学能有机物中稳定的化学能 课堂小结 （一）光合作用的过程 1.光合作用的过程 2. 3.光合作用的总反应式及氧元素去向： 4.影响光合作用的外界因素：光照、二氧化碳浓度、温度、水、矿质元素等。 （二）化能合成作用 布置作业 1.完成课本 P104 页思考与讨论 12 题。 2.完成课本 P106 叶基础题 18 题。 3.调查和收集有关提高农作物光合作用强度的具体措施，写好调查
22、报告。 课后拓展 1.光合作用的重要意义 （1）制造有机物 绿色植物的光合作用把二氧化碳、水等无机物转变成糖类等有机物。全球自养植物每 年同化碳素约 21011 t，相当于 510 11 t 有机物，提供人类及全部动物所需的食物。所以 我们把绿色植物称为制造有机物的“绿色工厂” 。 （2）能量转化 绿色植物在进行光合作用的时候将多数生物不能利用的光能转变成化学能。全球植物 每年储存 31018 kJ，供给包括植物本身在内的全球生物生长、发育及进行各项生命活动； 另外我们现在利用的木材、煤炭、石油、天然气等都是绿色植物通过光合作用积累下来的。 所以绿色植物又称为“巨型能量转换站” 。 （3）保护
23、环境 绿色植物好比是一台天然的“空气净化器” ，不断地通过光合作用吸收 CO2 和释放 O2。绿色植物每年释放氧气 5.351011 t。 （4）对生物的进化有重要作用 原始大气中并没有 O2 存在，直到 2030 亿年以前，原始蓝藻在地球出现以后，地球 的大气中才逐渐有了 O2，从而促使地球上的生物由无氧呼吸型向有氧呼吸型进化，进一步 提高了生物的代谢速率和生存能力；同时，大气中的一部分 O2 可以转化为臭氧（O 3） ，于 是，在大气上层就形成了臭氧层，能够有效滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫 外线，这样才使水生生物进化成陆生生物成为可能。 2.光合作用和呼吸作用的比较 生理过程
24、比较项目 光合作用 呼吸作用 两者关系 场 所 主要在绿色植物的叶绿体中进行 凡是活细胞都进行，在细胞质基质和线粒体中进行 条 件 在光照条件下进行 有光无光都能进行 两者是不 可逆的 物质转变 无机物有机物 有机物无机物 能量转变 光能ATP 中活跃的化学能有 机物中稳定的化学能是同化作用 的重要组成部分 有机物中稳定的化学能 ATP 中活跃的化学能是异 化作用的重要组成部分 两者是相 反的 联 系 光合作用为呼吸作用提供了物质基础（有机物和 O2） ；呼吸作用为光合作用提供了能量和原料（CO 2） 两者是互 相联系的 3.光合作用的有关计算 （1）物质计算 依据光合作用的总反应式： CO2
25、H 2*O (CH2O) *O2 或 6CO212H 2*O C6H12O66H 2O6 *O2 光合作用释放 6*O2 来自光反应阶段原料水的光解。 光反应阶段 12H2*O，光解产生 24 个H，在暗反应中用于还原 6CO2，并产生 6H2O。 光合作用产物 C6H12O6 中的碳和氧来自原料 CO2，氢来自原料水。 生成物 6H2O 中的氢来自原料水，氧来自原料 CO2。 （2）能量计算：依据光合作用反应式进行计算。 （3）与呼吸作用相结合的计算： 在光下光合作用与呼吸作用同时进行： 光合作用实际产氧量=实测的氧气释放量呼吸作用耗氧量 光合作用实际二氧化碳释放量=实测的二氧化碳消耗量呼吸
26、作用二氧化碳释放量 光合作用葡萄糖净生产量=光合作用实际葡萄糖生产量呼吸作用葡萄糖消耗量 4.化能合成作用 自然界中有少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够 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，叫做化 能合成作用，这些细菌属于化能自养型生物，它们以化学能为能源，以 CO2 为碳源。主要 的代表有以下几种： （1）硝化细菌 硝化细菌能将土壤中的氨（NH 3）氧化，从中 获得能量而把 CO2 和 H2O 合成糖类，这 些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。其过程可以用下列反应式表示： 2NH 3 +3O 2 2HNO 2 +2H 2 O
27、 +能 量2HNO 2 + O 2 2HNO 3 +能 量 6CO 2 +6H 2 O O C 6 6 H 12 +6O 2 硝 化 细 菌 硝 化 细 菌 能 量 上面的前两个反应是说明 NH3 和 HNO2 的氧化和释放能量的过程；最后一个反应是说 明硝化细菌利用前面的两个反应所释放的能量，把从外界吸收的 CO2 和 H2O 合成葡萄糖的 过程。硝化细菌的化能合成作用对于自然界的氮循环具有重要意义，因为它把环境中不能 被植物体吸收利用的 NH3 变成了硝酸盐（NO 3） ，从而被植物吸收利用。 （2）硫细菌 这些细菌能够氧化硫化氢，并且把硫积累在体内。如果环境中缺乏硫化氢，这类细菌 就把体
28、内的硫氧化成硫酸。这一过程的化学反应式如下： H2SO 2 H2O2S 能量 2H2O2S3O 2 2H2SO4能量 硫细菌就是利用上述反应中释放的能量来合成有机物的。 （3）铁细菌 铁细菌就是能够氧化硫酸亚铁的一类细菌，这一过程的化学反应式如下： 4FeSO42H 2SO4O 2 2Fe2（SO 4） 32H 2O能量 硫细菌就是利用上述反应中释放的能量来合成有机物的。 板书设计 第二课时 光合作用的过程和化能合成作用 二、光合作用的原理和应用 （一）光合作用的过程 1.过程 2.实质 3.总反应式 4.影响光合作用的外界因素 （二）化能合成作用 习题详解 见第三课时相应内容 备课资料 见第三课时相应内容
