5.12.2 植物维持生物圈中的碳氧平衡 课件-2025-2026学年苏科版生物七年级下册

该初中生物学课件聚焦植物维持生物圈碳氧平衡，核心涵盖光合作用和呼吸作用的过程、原理及应用。通过普里斯特利经典实验导入，衔接“绿叶制造有机物”旧知，搭建从实验现象到原理探究的学习支架。 其亮点是以探究实践为主线，设计光合作用吸收二氧化碳、产生氧气等实验，培养科学思维与探究能力。结合碳达峰碳中和渗透态度责任，农业合理密植等实例联系生活，助学生构建生命观念，教师可直接用实验方案与练习提升教学效率。

植物的生活 第 12 章 植物维持生物圈的稳定 第2节 植物维持生物圈中的碳氧平衡 第 5 单元 知识回顾 1.阐明光合作用的概念。(重点) 2.归纳总结出光合作用的表达式。 3.运用实验法独立设计并完成探究“二氧化碳是光合作用必需的 原料吗?”活动。(难点) 4.举例说明光合作用在农业生产上的应用。 5.描述呼吸作用的过程。(重点) 6.举例说明呼吸作用在生产、生活中的应用。 7.说明植物有助于维持生物圈中的碳氧平衡。(重难点) 学习目标 1771 年，英国科学家约瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestley，1733—1804）做了一个经典的实验 (图 12-5)，得出的结论是：植物可以更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变污浊的空气。1779 年，荷兰科学家简·英恩豪斯（Jan Ingenhousz，1730—1799）证明，只有植物的绿色部分在光下才能更新空气。 新课导入 大多数生物在呼吸过程中需要吸入氧气，呼出二氧化碳。地球表面各种有机物在腐烂、燃烧等过程中也需要氧气，产生二氧化碳。那么生物圈中的氧气和二氧化碳的含量是如何维持平衡的？ 光合作用吸收二氧化碳放出氧气 探究光合作用过程中的气体变化 在普里斯特利的实验中，没有植物的密闭空间里的小鼠窒息死亡，蜡烛也熄灭了。加入植物后空气得到改善。植物如何“净化”污浊的空气？下面我们通过实验进行探究。 （一）探究光合作用吸收二氧化碳 1. 在甲、乙、丙三支试管中加入等量的淡蓝色的质量分数为 0.1% 的溴麝香草酚蓝（英文缩写为 BTB）溶液，并向试管中吹气直至液体变为黄色。 2. 如图 12-6 所示，在甲、乙试管中放入等量的金鱼藻，在丙试管中不放入金鱼藻，将三支试管塞上试管塞，并在甲试管外包上黑纸片。然后，将三支试管置于阳光下，2 h 后观察试管内溴麝香草酚蓝溶液颜色的变化。 溴麝香草酚蓝是一种酸碱指示剂，变色范围是 pH 6.0 ~ 7.6，弱酸性时呈黄色，弱碱性时呈蓝色。水呈中性，溴麝香草酚蓝溶液滴入后基本呈淡蓝色。当水中溶有二氧化碳后，会形成碳酸，而碳酸是弱酸，溴麝香草酚蓝溶液滴入后由淡蓝变绿再变成黄色。 9 图12-6 探究光合作用吸收二氧化碳示意图 （二）探究光合作用产生氧气 1. 在清澈的水中，水生植物如金鱼藻在阳光下会不断地“吐出”气泡。有同学说这些“气泡”中有氧气。与小组同学合作，制订一个探究方案去探究“气泡”中是否有较多的氧气。可以参考图 12-7 所示的实验装置设计实验。 图12-7 探究光合作用产生氧气示意图 提示：氧气不易溶于水，可以用排水法收集；氧气能够助燃， 可以用带余烬的卫生香或木条复燃的方法进行检验。 2. 依据制订的方案开展实验。 1. 在探究光合作用吸收二氧化碳时，将甲、乙、丙三支试管置于阳光下 2 h 后，试管内溴麝香草酚蓝溶液的颜色有什么不同？说一说原因。 甲、丙两试管中溴麝香草酚蓝溶液变黄，且甲中颜色比丙中颜色偏黄，因为甲中金鱼藻呼吸作用释放了部分二氧化碳。乙试管中溴麝香草酚蓝溶液变蓝，因为试管中的二氧化碳被金鱼藻光合作用吸收了。 13 2. 交流“探究光合作用产生氧气”的实验方案和实验结果，完善探究方案。 3. 结合上一节的知识，尝试描述光合作用的过程。说一说：众多科学家探究光合作用的历程对你有什么启发？ 植物利用光能，吸收二氧化碳和水，能合成有机物(主要是淀粉)，同时释放氧气。我们要学习科学家们追求真理、实事求是、不断探索的精神。 由实验可知，绿叶在光下释放的气体是氧气，吸收的气体是二氧化碳。在自然条件下，植物可以通过叶绿体，利用太阳能（光能），将二氧化碳和水合成有机物，同时把光能转变成化学能储存在所合成的有机物里，并且释放氧气（图 12-8）。这个过程称为光合作用（photosynthesis）。 光合作用可用下面的式子表示： 图12-8 光合作用示意图 光合作用的原理在农业生产中的应用 经过长期的研究和实践，人们总结出增强光合作用效率、提高农作物产量的许多方法。如我国战国末期的《吕氏春秋》中已有“慎其种，勿使数，亦无使疏”的记载，主要指的是在种植庄稼时，为了提高农作物的产量，在一定面积的土地上，种植的农作物植株不能过稀，也不能过密，应该合理密植（图12-9）。这样可以充分利用土地，同时尽量避免农作物互相遮挡，让阳光充分照射到农作物上。在同一块土地上，按一定的比例种植不同种类的农作物，也是提高单位面积产量的有效措施之一。 图12-9 农作物不同的栽培密度示意图 呼吸作用分解有机物放出二氧化碳 光合作用制造的有机物中储存的能量，是植物自身以及动物和人的生活所必需的能量来源。有机物只有被分解，储存其中的能量才能被利用。有机物的分解要通过呼吸作用完成，让我们通过实验来探究植物的呼吸作用。 探究植物呼吸过程中热量释放与气体变化 （一）探究种子呼吸释放热量 1. 如图 12-10 所示，取两个大小相同的保温杯，分别装入等量的萌发的种子和煮熟后冷却至室温的种子，在两个保温杯中各插入一支温度计，记录最初的温度。 图12-10 探究种子呼吸释放热量的实验装置 2. 密封 24 h 后，观察杯内温度的变化，填写表 12-2。 表12-2 实验记录表 （二）探究植物呼吸过程中的气体变化 1. 如图 12-11 所示，取 A、B 两只塑料袋，在 A 袋内装入新鲜菠菜（或其他新鲜蔬菜），B 袋内不放任何材料。分别将 A、B 两袋的袋口密封，并用夹子夹紧橡皮管。将两只袋子放到黑暗处，24 h 后取出。去除夹子，把 A、B 袋内的气体分别通入装有澄清石灰水的两个锥形瓶中，观察和记录石灰水的变化，分析实验结果。 图12-11 探究植物呼吸过程中的气体变化（实验一）示意图 2. 取等量的用沸水处理过的菠菜和新鲜的菠菜，分别装入甲、乙两只相同的广口瓶中，同时放在温暖处，并封闭、遮光处理。24 h 后分别将点燃的蜡烛迅速伸入甲、乙两瓶中，观察蜡烛的燃烧情况（图 12-12），分析实验结果。 图12-12 探究植物呼吸过程中的气体变化（实验二） 提示：可以参考上面的实验方法，选择不同的实验材料，自主设计实验。还可以尝试利用温度传感器、氧气传感器和二氧化碳传感器等仪器来探究植物的呼吸作用，采用列表、绘制曲线图等方法，说明植物呼吸过程中的气体变化。 1. 在探究植物呼吸过程中的气体变化时，分别选择了什么材料进行对照实验？为什么实验要封闭和遮光处理？ 2. 上述实验说明了植物呼吸时气体发生了什么变化？ 在第一组实验中选用新鲜蔬菜叶和空白作对照；在第二组实验中选用沸水处理过的蔬菜叶和新鲜蔬菜叶作对照。在实验过程中封闭的目的是防止外界空气对装置内气体的影响；遮光处理的目的是防止蔬菜叶进行光合作用影响气体的变化。 上述两个实验说明了植物在呼吸时吸收了氧气，放出了二氧化碳。 科学研究证明，植物体的呼吸发生在所有植物细胞内部，植物呼吸时产生的二氧化碳来自体内的有机物，有机物在彻底分解时，不仅产生二氧化碳，还产生水，这个过程需要氧的参与。 细胞能分解有机物，生成二氧化碳和水，并将储存在有机物中的能量释放出来，供给生命活动需要，这个过程称为呼吸作用（respiration）。在自然界中，绝大部分生物体的细胞内，有机物的分解要在有氧的条件下完成，可用下面的式子表示。 植物每时每刻都在进行着呼吸作用。植物在呼吸过程中释放出的能量，一部分转化为热量散失，另一部分以化学能的形式储存在腺苷三磷酸（英文缩写为 ATP）中，直接用于植物体的各项生命活动，如细胞的分裂与生长、有机物的合成与运输等。 呼吸作用的原理在生产、生活中的应用 氧气、温度、植物细胞的含水量等因素都能影响植物的呼吸作用。呼吸作用的强弱会影响植物体的生长发育，也影响农作物的产量和品质。 在生产实践中，有时人们会采取一些措施促进植物的呼吸作用。如给农田适时松土、排涝等措施，都是为了使农作物的根得到充足的氧气，保证根的呼吸作用正常进行（图 12-13）。有时也采取一些措施抑制植物的呼吸作用，例如，在大棚中种植农作物时，夜间降低大棚里的温度，可以减少农作物体内有机物的消耗，加快农作物生长。 图12-13 呼吸作用的原理在生产中的应用 在日常生活中，农产品储存时也可以通过适当降低温度、减少氧气供给、减少植物体含水量等措施，来抑制其呼吸作用，减少有机物的分解。例如，及时晾晒收获的粮食，低温保存新鲜的蔬菜和水果等，可以抑制呼吸作用，延长储存时间（图 12-14）。 图12-14 呼吸作用的原理在生活中的应用 为了美化环境，人们常常在家中种植一些花草。但是，在室内不宜摆放过多的花草。因为夜间植物停止光合作用，其呼吸作用会使空气中氧气的含量下降，影响人体的健康。 植物在生物圈碳氧平衡中的作用 生物圈中各种生物的呼吸作用、有机物的分解过程，以及人类生产和生活中燃料燃烧等过程，都需要消耗大量的氧气，排出大量的二氧化碳。植物通过光合作用，能吸收大气中的二氧化碳，同时将氧气释放到大气中，维持着生物圈中的二氧化碳和氧气的相对平衡，简称“碳氧平衡”（图 12-15），可以用下面的式子表示。 图12-15 植物在生物圈碳氧平衡中的作用示意图 由于森林被破坏和人类大量使用燃料等，大气圈中二氧化碳的浓度不断增高，全球许多地方常出现极端天气。要维持生物圈中的碳氧平衡，一方面要利用植物通过光合作用消耗二氧化碳、释放氧气的特点，保护现有的森林，多植树造林；另一方面，要倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式，减少二氧化碳的排放。 作为生物圈的一员，我们在日常生活中可以通过多种方式减少碳排放，如尽量步行或乘坐公共交通、及时关闭不使用的电器的电源等，参与环境保护。 碳达峰与碳中和 气候变化是人类面临的全球性问题。国际社会普遍认为，二氧化碳过度排放是引起气候变化的主要因素。人类活动排放的二氧化碳等温室气体导致全球气温升高，加剧气候系统的不稳定性，使一些地区频繁发生干旱、台风、高温热浪、寒潮等极端天气。碳排放与能源种类及其加工利用方式密切相关。目前，全球范围内能源及产业发展低碳化的大趋势已经形成，世界各国以全球协约的方式减排温室气体。 2020 年，我国宣布力争在 2030 年前实现碳达峰，在 2060 年前实现碳中和。通俗地讲，“碳达峰”是二氧化碳排放总量在某一个时间点达到历史最高值，之后碳排放总量会逐渐稳步回落。“碳中和”是在一定时间内人为活动直接或间接产生的二氧化碳排放总量，通过植树造林、节能减排等形式抵消，从而实现二氧化碳相对“零排放”。 实现碳达峰与碳中和是促进人与自然和谐共生的迫切需要，也是实现我国经济长期健康可持续发展的必然选择。这不仅仅是政府和企业的责任，也需要我们每个人在日常生活的各个环节不断践行绿色低碳的环保理念。 1.草莓是很多人喜爱的一种水果，我市目前已建成多个草莓生产基地。下图为草莓叶片光合作用过程示意图，图中字母代表相关的物质。下列叙述错误的是( ) A.图中a代表二氧化碳，b代表氧气，c代表有机物 B.叶绿体中吸收光能的最主要的色素是花青素 C.通过光合作用，光能转变为有机物中的化学能 D.在草莓大棚中合理密植有利于提高草莓产量 B 当堂练习 2.在乡村振兴中，人们常常采用建造塑料大棚的方法，为农作物的生长提供适宜的环境，下列说法错误的是( ) A.塑料大棚既让农作物“保暖”又让农作物能够接受充足的光照，制造更多的营养物质 B.农作物能不断通过根系吸收水分并且运输到其他器官，其动力主要来自植物的呼吸作用 C.种植农作物时应该合理密植 D.为提高农作物产量可适当提高白天大棚内二氧化碳浓度 B 3.种子萌发时呼吸作用旺盛。将等量萌发种子与干燥种子分别装入甲、乙两个保温瓶中，塞紧瓶塞，测得两保温瓶内温度相同。一段时间后，再次测量甲、乙两个保温瓶内温度，结果如图所示。相关叙述错误的是( ) A.保温瓶内温度上升主要是由于种子的呼吸作用 B.萌发种子的呼吸作用要显著强于干燥种子 C.乙保温瓶内的干燥种子无法进行呼吸作用 D.种子的呼吸作用能够为生命活动提供能量 C 4.为了探究光合作用，某生物兴趣小组测定了晴朗的一天中大棚内某蔬菜释放氧气或吸收氧气的量(相对值)随时间的变化，并绘制了如图所示的曲线。下列叙述中不正确的是 ( ) A.AB段植物可进行呼吸作用，不进行光合作用 B.BD段植物光合作用与呼吸作用都进行 C.C点时光合作用释放氧的量与呼吸作用吸收氧的量相等 D.DE段光合作用释放氧的量小于呼吸作用吸收氧的量 D 5.如图两条曲线分别表示某植株一昼夜内光合作用和呼吸作用强度随时间的变化情况，分析错误的是( ) A.0时附近,植物只进行呼吸作用 B.a、c点的光合作用和呼吸作用强度相等 C.a点之前、c点之后呼吸作用强度大于光合作用强度 D.该植株一昼夜内在b点时有机物总量积累最多 D 6.我国有七千年以上的农业开垦历史，积累了丰富的经验。下列关系错误的是( ) A.夏天移栽植物要选在傍晚——降低呼吸作用 B.正其行，通其风——能增加二氧化碳浓度，提高光合作用强度 C.及时晾晒收获的小麦——抑制呼吸作用，延长贮藏时间 D.合理密植——提高光合作用效率 A 课堂小结 谢谢观看 $