公眾號：考輔網

重點知識：

知識點1捕獲光能的色素和葉綠體的結構

1.葉綠體的結構

2. 葉綠體色素的種類和功能

知識點2 綠葉中色素的提取和分離

1. 實驗原理

（1）提取：葉綠體中的色素溶於有機溶劑而不溶於水，可用無水乙醇等有機溶劑提取色素。

（2）分離：各種色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。

2. 過程

（1）提取色素

①取材：稱取5 g綠色葉片；

②研磨：加少許SiO2、CaCO3和10 mL無水乙醇；

③過濾：漏鬥基部放一塊單層尼龍佈；

④收集：收集濾液，試管口用棉塞塞嚴

（2）色素的分離

①制備濾紙條：將幹燥濾紙剪成長與寬略小於試管長和寬的濾紙條，並在一端剪去兩角，在距剪去兩個角一端1cm處用鉛筆畫一條細的橫線。

②畫濾液細線：用毛細吸管吸取少量濾液，在濾紙條上沿鉛筆線畫出一條細線，待濾液幹後，重復畫一兩次。

③分離色素：將3 mL層析液倒入試管中，裝置如下圖所示，插入濾紙條，有濾液細線的一端朝下，隨後用軟木塞塞緊試管口。

註意：不能讓濾紙條上的濾液細線觸到層析液。

④觀察濾紙條上的色素帶：濾紙條上色素帶有四條。如下表所示：

知識點3 光合作用的發現歷程

1.1771年，英國普利斯特利指出：植物可以更新空氣。

2.1779年，荷蘭英格毫斯指出：植物要更新空氣必須要有陽光和綠葉。

3.1845年，德國梅耶指出：植物能把光能轉換成化學能。

4.1864年，德國薩克斯證明：光合作用的產物出除氧氣外還有淀粉。

5.1880年，美國的恩格爾曼證明：氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是進行光合作用的場所。

6.1939年，美國魯賓和卡門利用同位素標記法證明：光合作用釋放的氧氣來自於水。

7.1948年，美國卡爾文利用14C標記的二氧化碳追蹤檢測其放射性，探明二氧化碳中的碳在光合作用中轉化成有機物中的碳的途徑。

知識點4 光合作用的過程小結

1.光合圖解

2.光合作用過程小結

3.探究外界條件變化時C5、C3、[H]等物質含量的變化

知識點5 光合作用的影響因素

1.光照強度：在一定光照強度范圍內，增加光照強度可提高光合作用速率。

（1）曲線分析：

①A點：光照強度為0，此時隻進行細胞呼吸，釋放CO2量表明此時的呼吸強度。

②AB：表明光照強度加強，光合作用逐漸加強。

③B點：光合作用強度=細胞呼吸強度，稱B點對應的光照強度為光補償點（白天的光照強度在光補償點以上，植物才能正常生長）。

④BC：隨著光照強度不斷加強，光合作用強度不斷加強。

⑤C點：對應的光照強度為光飽和點。

（2）應用：陰生植物的光補償點和光飽和點比較低，如上圖中虛線所示。間作套種時農作物的種類搭配，林帶樹種的配置，冬季溫室栽培避免高溫等都與光補償點有關。

2.光照面積（如下圖所示）。

（1）曲線分析：

①OA：隨葉面積指數的不斷增大，光合作用實際量不斷增大。

②A點：為光合作用面積的飽和點。此後隨葉面積指數的增大，光合作用不再增加，原因是有很多葉被遮擋。

③OB：幹物質量隨光合作用增加而增加。

④OC：葉片隨葉面積指數的不斷增加，呼吸量不斷增加，而由於A點後光合作用不再增加，所以幹物質積累量不斷降低。

（2）應用：應適當間苗、修剪，合理施肥、澆水，避免徒長，合理密植。

3.CO2濃度（如下圖所示）。

（1）曲線分析：曲線表示在一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度的增加而增大，但當CO2濃度增加到一定范圍後，光合作用速率不再增加。A點：即CO2達到飽和時，光合作用速率就不再增加瞭。

（2）應用：“正其行，通其風”，溫室內充CO2，即提高CO2濃度，是增加產量的方法。

4.含水量及礦質元素（如下圖所示）。

（1）曲線分析：

①OA：水是光合作用的原料，礦質元素直接或間接影響光合作用。在一定范圍內，水和礦質元素越多，光合作用速率越快。

②A點：即水、礦質元素達到飽和時，光合作用速率就不再增加瞭。

（2）應用：

①合理施肥可促進葉片面積增大，提高酶的合成速率，增加光合作用速率。

②施用有機肥後，經土壤微生物分解後，既可為植物補充CO2，又可為植物提供各種礦質元素。

5.溫度（如下圖所示）。

（1）曲線分析：

光合作用是在酶催化下進行的，溫度直接影響酶的活性。一般植物在10～35 ℃下正常進行光合作用，其中AB段（10～35 ℃）光合作用隨溫度的升高而逐漸加強，B點（35 ℃）以上光合酶活性下降，光合作用開始下降，50 ℃左右光合作用完全停止。

（2）應用：冬天，溫室栽培可適當提高溫度；夏天，溫室栽培可適當降低溫度。白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用速率；晚上適當降低溫室溫度，以降低細胞呼吸速率，保證植物有機物的積累。

6.葉齡（如下圖所示）。

（1）曲線分析：

①OA：為幼葉，隨幼葉的不斷生長，葉面積不斷增大，葉內葉綠體不斷增多，葉綠素含量不斷增加，光合作用速率不斷增加。

②AB：為壯葉，葉片的面積、葉綠體和葉綠素都處於穩定狀態，光合作用速率也基本穩定。

③BC：為老葉，隨著葉齡的增加，葉片內葉綠素被破壞，光合作用速率也隨之下降。

（2）應用

農作物、果樹管理後期，適當摘除老葉、殘葉及莖葉，可降低其細胞呼吸，減少有機物的消耗。

6. 多種因子對光合作用的影響

（1）曲線分析：P點時，限制光合速率的因素應為橫坐標所表示的因子，隨該因子的不斷加強，光合速率不斷提高。當到Q點時，橫坐標所表示的因子不再影響光合速率，要想提高光合速率，可適當提高圖示中的其他因子。

（2）應用：為瞭獲得更大產量應該協調控制多個光合作用的影響因素，當一個條件受限時，可以通過加強其他條件來改善光合作用狀況。

知識點6 化能合成作用

1.概念：少數種類的細菌不能進行光合作用，但能夠利用體外環境中的某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，這種合成作用叫化能合成作用。

2.實例：生活在土壤中的硝化細菌，能將土壤中的氨氧化成亞硝酸，進而將亞硝酸氧化成硝酸。它能利用這兩個化學反應中釋放出的化學能，將二氧化碳和水合成為糖類，供硝化細菌維持自身的生命活動，過程圖解如下圖所示。

精品課件：

教案：

生物科學史的教育價值取向是培養學生的科學探究能力和科學精神。“說明光合作用以及對它的認識過程”是高中生物課程標準中的一條具體內容標準，對應的教材中出現普利斯特利、英格豪斯、恩格爾曼、梅耶、薩克斯、魯賓、卡門、卡爾文等學者的實驗或理論。由於學生在初中階段已經學習過光合作用的發現史，高中階段的教學常常會出現兩種誤區，一種是不展開光合作用發現史的過程，弱化瞭生物科學史的教育功能；另一種依照時間順序逐個展開，與初中教學存在大量重復，忽略瞭學生原有經驗。基於高中學生的認知特點和發展需要，創設新穎的情境、優化教學內容、以問題的解決為主線，是提高課堂教學有效性的主要策略。

1 關註學生經驗 優化教學內容

學習的過程是一個螺旋上升的過程。學生在小學階段的科學課中，已經初步瞭解植物能夠進行光合作用。在初中學習光合作用時，既有對海爾蒙特、普利斯特利的實驗分析，又有“綠葉在光下制造淀粉”、“綠葉在光下產生氧氣”、“綠葉在光下吸收二氧化碳”等驗證或探究實驗，學生對光合作用概念的內涵有瞭感性的認識，並在此基礎上，抽象得到光合作用的反應式。

高中階段對光合作用發現史的教學過程中，如果忽略學生已有的經驗，讓學生沿著時間的主線，去分析那些經典的實驗，表面上是體驗科學探究的歷程，實際上教學效果不理想。受認知水平和實驗技術的限制，當年許多學者提出的極有價值問題今天已是一目瞭然，當年巧妙的實驗方法今天可以用新的技術取代，如果教師設計的教學內容沒有思維的深度，就無法激發學生學習的熱情，更不能提高學生的科學探究能力，如“普利斯特利的實驗可以得出什麼結論”這一問題，當年隻能說明“植物能夠更新由於蠟燭燃燒或動物呼吸變得污濁的空氣”，而高中學生根據已有的經驗，頭腦中想到的是植物光合作用吸收二氧化碳，釋放氧氣，上述問題已經不能成為真正的問題。

因此，教師必需關註初高中生物教學的銜接，關註學生已掌握的化學、物理等學科知識，優化教學內容，從科學思想與方法、實驗材料的選擇、實驗技術的創新等角度，對科學史中的經典實驗進行分解和重組，使學生對光合作用發現史的認識實現從感性到理性的跨越。

2 創設真實情境 激發學習興趣

生物科學史中的學者和他們完成的實驗，對於學生來說是比較遙遠的。在課堂教學過程中，老師可以借助多媒體技術輔助，提供相關的文字、圖片、視頻等資源，盡量去還原當年的實驗過程，但不同的人頭腦中對實驗材料、方法、過程、現象的認識可能存在比較大的差異，如同“盲人摸象”一樣。通過講授法學習科學史，缺少體驗的過程，教學目標的達成常常得不到保證。

許多經典的生物學實驗，操作起來其實很簡單，現象也十分明顯，並且能夠生成新的課程資源。如普利斯特利的實驗，實驗過程和實驗結論都很簡單，沒有探究的價值，也不能激發學生的學習興趣，如果能夠將玻璃鐘罩、植物、蠟燭等材料帶到教室裡，教師演示一遍或讓學生動手操作一次，就會產生意想不到的效果。如下圖所示，教師首先提出“在A、B兩個鐘罩內同時點燃蠟燭，哪一支先熄滅呢？”的問題，同學們根據已有的經驗，認為植物進行光合作用產生氧氣，A鐘罩中的蠟燭將先熄滅。但實際結果卻是B鐘罩中的蠟燭先熄滅，這種與學生預期完全不同的結果，教師引導學生進行討論，分析這種現象產生的原因。從實驗設計的科學性分析，A、B兩組實驗的變量不是唯一的，B中多一盆植物，A中的空氣體積比B中的大，氧氣含量多；從實驗進行的環境條件分析，教室內的光照相對不足，B鐘罩內的植物光合作用的強度可能低於呼吸作用，不但不能釋放氧氣，還要吸收鐘罩內的氧氣，導致蠟燭先熄滅。

教師通過精心的預設，創造瞭一個真實的情境，生成的問題激發學生探究的熱情，學生不是被動地去瞭解普利斯特利、英格豪斯的實驗過程和結論，而是通過自主的觀察和思考，通過合作學習，從實驗設計的單一變量原則、無關變量的控制等角度，發現教師演示實驗中存在的問題，從而真正提升瞭科學探究能力。

3 以問題為主線 培養探究能力

對光合作用發現史中的經典實驗進行分解和重組，需要依據相應的邏輯基礎，如現象與本質、過程與方法，創設新的情境，提出有價值的問題，以問題的解決為主線，使學生對光合作用發現史的認識實現從感性到理性的跨越。一節課的問題不宜太多，但要能把握教學的重點，關註各環節之間的過渡。

問題一：如何設計實驗，證明CO2和H2O是光合作用的原料？

對高中學生來說，設計實驗證明CO2是光合作用的原料不是難點，因為初中生物學的學習過程中已經涉及，如人教版教材中有探究實驗“綠葉在光下吸收二氧化碳”，選擇性碳酸氫鈉溶液和自來水作為對照組；蘇教版教材中有“植物光合作用需要二氧化碳”的資料分析，選擇氫氧化鉀溶液和清水作為對照組。先提出一個簡單的問題，可以讓學生感受到成功的喜悅，而證明H2O是光合作用原料的問題就具有一定的挑戰性，實驗的思想和方法可以從前一個實驗遷移過來，如取同一植株上大小相同的兩片葉，切斷一張葉的葉脈（或直接從植株上切下來），從而切斷水分的供應，放置在陽光下2小時，再應用薩克斯的方法檢驗淀粉的生成情況。也可能會有同學提出使用放射性同位素標記技術，觀察參加反應的CO2和H2O中相關原子的轉移路徑，從而確定CO2和H2O是光合作用的原料等合理答案。

問題二：如何設計定量實驗，說明光合作用的強弱？

學生在初中階段完成“綠葉在光下制造淀粉”、“綠葉在光下產生氧氣”、“綠葉在光下吸收二氧化碳”等實驗，對光合作用的原料、產物、條件等有瞭感性的認識，設計實驗以說明光合作用的強弱，需要運用已有的知識和方法，選擇一個可測量的觀察指標，這是從感性到理性的認知提升過程，這樣的教學目標符合高中生發展的需求。影響光合作用強度的因素很多，首先要明確實驗中的自變量，合理設置自變量的梯度，嚴格控制無關變量，而光合作用的強弱可以通過測定一定時間內原料消耗或產物生成的數量來定量地表示，比較簡易可行的通過排水集氣法，收集光合作用釋放的氧氣。為降低問題的難度，提高學生思考和回答問題的指向性，教師可以提供部分實驗材料，如金魚藻、天平、量筒等。

問題三：縱觀光合作用發現史，從實驗材料和實驗技術兩個角度分析，有什麼規律？

教學流程可以跳出光合作用發現史的時間順序，大部分的時間是讓學生在新情境中發現問題、解決問題，培養學生的科學探究能力，但“說明光合作用的認識過程”是高中生物課程標準中的具體內容標準，在教學設計中，必需要有一個環節是對光合作用發現史的全面回顧，包括時間、學者、實驗的內容和結論。從實驗材料的角度比較，學生會發現早期是柳樹、薄荷、小鼠等高等動植物個體，薩克斯利用植物的營養器官（葉），最後是多細胞的水綿和單細胞的小球藻，實驗材料的變化，說明人類對光合作用的研究是從整體向局部、從宏觀向微觀、從判斷推理向實證發展；從實驗技術的角度比較，最初是簡單的稱重和觀察，後來出現化學鑒定、顯微鏡觀察，最後是放射性同位素標記，說明化學、物理學的發展為生物學的研究提供瞭技術支持，其他學科向生物學的滲透，極大地推動生物學的發展。

光合作用發現史是生物科學史的典型代表。教無定法，對光合作用發現史的教學可以選擇多種教學方法，但生物科學史的教學目標，不是讓學生記住那些為生物科學的發展做出貢獻的學者姓名，也不是他們實驗的過程和結論，而是理解他們科學的思想和方法，在新的情境中，運用科學知識、科學的思想和方法，去分析問題和解決問題，從而真正提高學生的科學素養。

練習：

1.下圖為葉綠體結構與功能的示意圖，A、B、C、D表示葉綠體的結構，①②③④⑤表示有關物質。下列敘述中不正確的是()

A．CO2的固定實質上是將ATP中的化學能轉變為C3中的化學能

B．若突然停止光照，C3的含量會升高

C．CO2進入葉綠體後，不能直接被固定形成⑤

D．參與光合作用的色素位於圖中的A部分

2.下圖表示發生在葉綠體中的相關代謝過程，其中①②表示相關過程，A、B表示兩種氣體物質，下列說法錯誤的是()

A．過程①表示光反應，過程②的場所是葉綠體基質

B．物質A表示O2，物質B表示CO2

C．過程②能將活躍的化學能轉變成穩定的化學能

D．過程②的兩個階段都需要消耗過程①產生的[H]和ATP

3.下圖表示在夏季晴朗的白天植物細胞內C3和C5的相對含量隨一種環境因素改變的變化情況，下列對這一環境因素改變的分析正確的是()

A．突然停止光照 B．突然增加CO2濃度

C．降低環境溫度 D．增加光照強度

4.在條件適宜的情況下，用自然光照射離體的新鮮葉綠體一段時間後，突然改用光照強度與自然光相同的綠色光照射，在照射瞬間葉綠體中的物質所發生的變化錯誤的是()

A．ATP含量下降 B．C3的含量上升

C．合成C5的速率加快 D．NADPH的含量下降

5.為研究光反應中ATP產生的原理，有科學傢進行如下實驗：將葉綠體類囊體置於pH為4的琥珀酸溶液後，琥珀酸進入類囊體腔，腔內的pH下降為4；然後把懸浮液的pH迅速上升為8，此時類囊體內pH為4，類囊體外pH為8，在有ADP和Pi存在時類囊體生成ATP，對實驗條件和結論分析正確的是()

A．黑暗中進行，結果表明：H＋能通過自由擴散進入類囊體膜

B．光照下進行，結果支持：合成ATP的能量直接來自色素吸收的光能

C．黑暗中進行，結果支持：光反應使類囊體內外產生H＋濃度差，推動ATP合成

D．光照下進行，結果表明：光反應產生的[H]參與暗反應中三碳化合物的還原

6.觀測不同光照條件下生長的某種植物，結果見下表，據資料分析，以下敘述正確的是( )

光照強度

葉色

平均葉面積(cm2)

氣孔密度(個·mm－2)

凈光合速率

(μmol CO2·m－2·s－1)

強

淺綠

13.6(100%)

826(100%)

4.33 (100%)

中

綠

20.3 (149%)

768 (93%)

4.17( 96%)

弱

深綠

28.4(209%)

752(91%)

3.87( 89%)

註：括號內的百分數以強光照的數據作為參考。

A．在弱光下，該植物隻能通過增加葉面積來吸收更多的光能，以適應弱光環境

B．與弱光下相比，強光下該植物平均每片葉的氣孔總數較少

C．與弱光下相比，強光下該植物單位時間內平均每片葉CO2吸收量較多

D．對強光下生長的該植物適度遮陰，持續觀測，則最先發生改變的是葉面積，最後發生改變的是凈光合速率

特別聲明：

本公眾號分享的資源版權屬於原出版機構或影像公司，本資源為電子載體，傳播分享僅限於傢庭使用與交流心得、參考和輔助購買決策，不得以任何理由在商業行為中使用，若喜歡此資源，建議購買實體產品。內容為作者觀點，並不代表本公眾號贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及版權等問題，請及時與我們聯系。