5.4 光合作用与能量转化（情境任务式课件）（4大任务）生物人教版必修1

该高中生物学课件聚焦“光合作用与能量转化”，以“校园迷你植物工厂”为真实情境导入，通过“找色素—定场所—明过程—优方案”任务链，引导学生从实验提取分离色素、探究叶绿体功能，到剖析光反应与暗反应过程，最终应用影响因素优化方案，构建完整知识脉络。 其亮点在于以真实问题驱动探究实践，结合希尔实验、鲁宾卡门同位素示踪等经典实验培养科学思维，通过实验异常分析、课后光照方案设计等环节深化生命观念中的物质与能量观。学生在动手与思辨中提升探究能力，教师可依托结构化任务与即时演练高效开展教学。

5.4 光合作用与能量转化 第五章 细胞的能量供应和利用 本课以“校园迷你植物工厂”为真实问题情境，通过“找色素—定场所—明过程—优方案”的任务链，驱动学生从现象到本质构建光合作用概念，发展科学探究能力与工程思维。 1 情境导入 校园迷你植物工厂：光如何变成生菜里的能量？ 1.植物工厂里没有阳光，为什么生菜还能正常生长？ 2.红光、蓝光为什么能让生菜长大？ 3.光究竟是怎样变成生菜叶片中的有机物的？ 4.如果请你设计光照方案，你会考虑哪些因素？ 图1：双氧水在瓶中静置，几乎看不到气泡。 图2：双氧水涂抹在伤口上，迅速产生大量白色泡沫。 细胞中每时每刻都在进行着许多化学反应，这些反应共同构成了细胞代谢。那么细胞是如何让这些反应在温和条件下快速进行的呢？答案就藏在“酶”之中。 学习目标 重难点 重点 光合作用的原理 捕获光能的色素与叶绿体 光合作用的影响因素及应用 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 1 4 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 为什么韭黄见不到光就变黄？说明绿色与什么有关？ 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来替代。 提取色素 分离色素 绿叶中的色素能够溶解在 中，而不溶于水，可用 叶中的色素 各种色素在层析液中 不同， 的随 在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离（方法：纸层析法） 有机溶剂无水乙醇 无水乙醇 溶解度 溶解度高 层析液（石油醚、丙酮、苯混合） 1.实验原理 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 色素提取 称：称取5g新鲜的绿叶（如菠菜的绿叶：色素含量高） 剪：剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中 加：二氧化硅、碳酸钙、无水乙醇 磨：迅速、充分的进行研磨 滤：用单层尼龙布过滤（不能用滤纸），过滤叶脉及二氧化硅等并且不吸附色素。 集：将滤液收集到试管中，及时用棉塞将试管口塞严，防止无水乙醇的挥发。 2.实验步骤 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 色素分离 制：制备滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角(使扩散均匀)，在距这一端底部1cm处用铅笔画一条细的横线； 画：画滤液细线，用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，待滤液干后，再重画一到两次； 析：纸层析色素，将适量的层析液倒入试管中，将滤纸条轻轻插入层析液中。用棉塞塞紧试管口（防止层析液挥发）。 2.实验步骤 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 色素种类 色素含量 色素带宽度 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素ａ 叶绿素ｂ 最窄 较窄 最宽 较宽 最少 较少 最多 较多 最高 较高 较低 最低 最快 较快 较慢 最慢 3.实验结果 任务一：寻找“捕光手”——绿叶中哪些物质能捕获光能？ 任务探究 即时演练 探究新知 异常现象 原因分析 收集到的滤液绿色过浅 ①未加 ，研磨不充分； ②使用放置数天的菠菜叶，滤液 太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)； ④未加 或加入过少，色素分子被破坏 滤纸条色素带重叠 ①滤液细线不直； ②滤液细线过粗 滤纸条无色素带 ①忘记画 ；②滤液细线接触到 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中 二氧化硅 色素(叶绿素) 碳酸钙 滤液细线 层析液 4.实验出现异常现象的原因分析 即时演练 任务探究 1.银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是（ ） A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B.研磨时用水补充损失的提取液 C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D.用过的层析液直接倒入下水道 C 分开研磨 无水乙醇 层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道 12 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 2 13 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 色素分布在叶绿体的哪个部位？类囊体堆叠成基粒有什么意义？ （1）外膜和内膜：将叶绿体内部与外界的细胞质基质分隔开，保证内部的光合作用集中在一个相对独立的区间不受干扰、高效有序地进行。 （2）基质：呈液态，分布着大量与光合作用 有关的酶。 暗反应 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 色素分布在叶绿体的哪个部位？类囊体堆叠成基粒有什么意义？ （3）类囊体：生物膜围成的囊状结构，分布着大量的 和与光合作用 阶段有关的酶。 光合色素 光反应 （4）基粒：扩大了膜面积，有利于 的附着 光合色素和与光反应相关的酶 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 2.叶绿体的功能：进行 的场所。 光合作用 3.叶绿体功能的实验证明 【恩格尔曼实验一】 (1)实验材料： 水绵：叶绿体呈螺旋式带状，便于观察。 好氧菌：好氧细菌可确定释放O2的部位。 (2)自变量：光照、黑暗； (3)因变量：需氧菌聚集部位； 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 水绵 需氧细菌 极细光束照射 完全曝光 黑暗 无空气 需氧细菌集中于叶绿体被光束照射的部位 需氧细菌分布于叶绿体所有受光部位 (4)实验一过程： 实验二过程： 透过三棱镜的光 照射水绵临时装片 需氧细菌聚集在红光和蓝紫光的区域 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 (5)实验分析 ①第二个实验中，大量需氧细菌为什么会聚集在红光和蓝紫光区域？ 因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。 ②综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？ 叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 恩格尔曼实验分析 （1）实验材料选择水绵和需氧细菌的原因： ①水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察。 ②用需氧细菌可确定释放氧气的部位。 （2）没有空气的黑暗环境：排除了氧气和光的干扰。 （3）用极细的光束点状投射：叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。 （4）进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验：明确实验结果完全是由光照引起的。 实验总结 任务二：定位“能量工厂”——光合作用在哪里进行？ 任务探究 即时演练 探究新知 类胡萝卜素 吸收范围 色素功能 可见光的波长是: ， 400~760nm 一般绿叶中的色素只吸收 。对红外光和紫外光不吸收 可见光 叶绿素主要吸收: ， 类胡萝卜素主要吸收: ， 红光和蓝紫光 蓝紫光 叶绿素a和叶绿素b的吸收峰值不同 即时演练 任务探究 11.某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验,结果如图,下列叙述错误的是(　　) A.用纸层析法来分离叶片中的光合色素 B.嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等 C.相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等 D.不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大 C 嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同,所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等 21 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 3 22 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 1937年希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气 含 DCPIP 的等渗溶液 （氧化剂，氧化态蓝色，还原态无色） 有H2O，缺乏CO2 DCPIP 被还原，检测到氧气生成 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 1937年希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气 问1.希尔实验是否说明水的光解与糖类的合成不是同一个化学反应？ 能。因为悬浮液中没有CO2，糖类合成时需要CO2中的碳元素。 问2.希尔反应是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？ 不能，反应体系中可以还存在其他氧元素供体。（该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。） 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 1941年鲁宾、卡门 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H18O+CO2→植物→18O2,H2O+C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水 C18O2 CO2 H2O H218O 光照下的小 球藻悬液 O2 18O2 自变量： 18O的标记物 因变量： 小球藻释放的O2的标记情况 无关变量： 光照、温度、小球藻的数量和生活状况等 相互对照 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 1954年阿尔农 在用离体的叶绿体做实验：在给叶绿体光照时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi等物质时，体系中就会有ATP出现。 结论：光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随 H2O O2 + 2H+ + 能量 光照 叶绿体 ADP+Pi ATP ATP的合成与希尔反应的关系: 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 14CO2 小球藻 有机物的14C 卡尔文循环：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 结论： 光合产物中有机物的碳来自CO2 20世纪40年代卡尔文 利用放射性同位素标记法，用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳转化为有机物的途径。 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 上述实验表明，光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。 2.反应式： 1.概念： 3.实质： 光合作用是指绿色植物通过________，利用______，将______________转化成储存着能量的________，并且释放出______的过程。 叶绿体 光能 二氧化碳和水 有机物 氧气 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 合成有机物，储存能量。 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 叶绿体 中的色素 可见 光 C5 2C3 ADP+Pi ATP H2O O2 H+ 多种酶 (CH2O) CO2 吸收 光解 固定 还原 光反应 暗反应 NADP+ NADPH 根据是否需要光能，将光合作用分为光反应和暗反应（碳反应）两个阶段。 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 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的合成作用。 例如：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌。 2NH3+3O2 2HNO2+2H2O+能量 2HNO2+O2 2HNO3+能量 6CO2+6H2O 2C6H12O6+ 6O2 能量 硝化细菌： 代谢类型：自养需氧型 任务三：揭秘能量转化——光能如何变成有机物中的化学能？ 任务探究 即时演练 探究新知 项目 光合作用 化能合成作用 条件 光、色素、酶 酶 原料 CO2和H2O等无机物 产物 ____等有机物 能量来源 光能 ____________________________ 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 ________、硫细菌等 糖类 某些无机物氧化时所释放的能量 硝化细菌 即时演练 任务探究 C 没有加入NADP+等氧化剂及叶绿体等完整结构 没有排除叶绿体中其他物质的干扰,也并没有直接观察到氧元素的转移 希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应 1.在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂 (悬浮液中有H2O,没有CO2),光照条件下可以释放出O2,该反应称为希尔反应。结合所学知识,分析下列说法正确的是(　　) A.提供水、光合色素和酶,适宜光照等条件也可能产生O2 B.希尔反应可以证明水的光解产生的O2全部来自水 C.希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP+的作用相似 D.希尔反应说明有机物的最终合成和水的光解无关 33 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 4 34 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 小组讨论： 1.植物工厂为什么选择红蓝光组合？ 2.夜间需要开灯吗？为什么？ 3.增施CO₂气肥、控制温度为什么能增产？ 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 内因 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 内因 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 外因 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 外因 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 多因素 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 任务四：优化方案——如何让植物工厂的生菜长得更快更好？ 任务探究 即时演练 探究新知 生产应用： 大棚使用红光、蓝光LED灯补充光照。 增施有机肥或CO₂气肥。 合理密植、通风透光。 控制昼夜温差，减少夜间呼吸消耗。 课后作业 请以小组为单位，完成“校园迷你植物工厂光照优化方案”说明书。 要求包含以下内容： 1.用文字或示意图说明植物工厂中光能转化为有机物中化学能的主要路径。 2.结合色素吸收光谱，解释为什么植物工厂常用红光、蓝光LED灯。 3.提出至少两条提高生菜产量的具体措施，并说明其光合作用原理。 4.绘制“光合作用能量转化路径图”，标注光反应、暗反应场所及能量变化。 提交方式： 每组一份A4说明书或电子海报，下节课进行3分钟展示。 这就解释了为什么“常规杀菌方法难以根除”——蓝细菌是原核细胞生物，不是一般意义上的“菌”，且它与环境中的营养物质富集有关，是生态问题，不仅是杀菌问题。 随堂小练 1.依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。 (1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。( ) (2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。 ( ) (3)影响光反应的因素不会影响暗反应。 ( ) ✘ ✓ ✘ 44 随堂小练 2.如果用含有14C 的 CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 ( ) A. CO2 →叶绿素→ ADP B. CO2→叶绿体→ ATP C. CO2→乙醇 →糖类 D. CO2→三碳化合物→糖类 D 45 随堂小练 3.在玻璃瓶底部铺一层潮湿的土壤，播下一粒种子，将玻璃瓶密封，放在靠近窗户能照到阳光的地方，室内温度保持在 30℃左右。不久，这粒种子萌发长成幼苗。你能预测这株植物幼苗能够生存多长时间吗？如果能，请说明理由。如果不能，请说明你还需要哪些关于植物及其环境因素的信息。 植物的生活需要水、无机盐、阳光、适宜的温度、空气(含有二氧化碳)。从给出的信息可以看出，植物生长的基本条件都是满足的，因此，只要没有病虫害等不利因素，这株植物(幼苗)能够生存一段时间。但这株植物究竟能够生存多长时间，需要知道土壤含水量、植物体内有机物积累速率、瓶中二氧化碳总量、植物体光合速率、呼吸速率或有机物积累速率等信息。 46 下节再见 47 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) $