2018-2019學(xué)年高中生物 第四章 光合作用和細(xì)胞呼吸 第2節(jié) 光合作用 第5課時(shí)教案 蘇教版必修1.doc

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第2節(jié) 光合作用（5）—影響光合作用的環(huán)境因素 教學(xué)目標(biāo) 與知識(shí)點(diǎn) 1、探索光照強(qiáng)度、CO2濃度對(duì)光合作用速率的影響，形成歸納與演繹能力、生物學(xué)的繪圖能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力及數(shù)據(jù)分析能力。 2、通過親歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程，感知定性實(shí)驗(yàn)與定量實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系。 教學(xué)重點(diǎn)、 難點(diǎn)分析及 教法設(shè)計(jì) 【教學(xué)重點(diǎn)】 從生產(chǎn)實(shí)踐的角度探討影響光合作用的環(huán)境因素 【教學(xué)難點(diǎn)】 影響光合作用的因素 【教學(xué)媒體】PPT課件 【教學(xué)方法】問題導(dǎo)學(xué)與講解相結(jié)合 思考問題 1、什么是光合作用效率？自然界中影響光合作用效率的主要因素有哪些？哪些環(huán)境因素會(huì)影響農(nóng)作物的產(chǎn)量？克萊德曼研究了哪些環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響？這些環(huán)境因素對(duì)光合作用的影響有什么規(guī)律？ 2、二氧化碳主要影響光合作用的哪些階段？光照強(qiáng)度主要影響光合作用的哪些階段？ 3、溫度為什么會(huì)影響光合作用的效率？什么是光合作用的最適溫度？什么是光合作用的溫度適應(yīng)范圍？ 4、什么是光合作用速率？可以從哪些方面測(cè)量光合作用速率？植物的氧氣釋放量、二氧化碳吸收量、葡萄糖生成量等與光合作用速率的大小有什么關(guān)系？ 5、什么是光能利用率？為什么通過增加光照面積、延長(zhǎng)光照時(shí)間和增強(qiáng)光合作用速率等能夠提高光能利用率？ 6、為什么套種和合理密植可以使農(nóng)作物增加產(chǎn)量？怎樣在大棚生產(chǎn)中延長(zhǎng)光照時(shí)間、提高二氧化碳濃度和溫度使農(nóng)作物增產(chǎn)？ 7、缺乏光合作用必需的營(yíng)養(yǎng)元素時(shí)，植物會(huì)出現(xiàn)哪些缺乏癥？施用哪些營(yíng)養(yǎng)元素能夠提高光合作用效率？ 8、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的實(shí)質(zhì)是什么？ 一次備課 二次備課 導(dǎo)入新課 課件展示： （1）某地區(qū)的農(nóng)作物因遭遇連綿的陰雨而嚴(yán)重減產(chǎn)。 （2）在一現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的溫室大棚內(nèi)，工人正在向溫室內(nèi)的作物補(bǔ)充CO2，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)這種方法處理的作物產(chǎn)量顯著增加。 （3）在盛夏的中午，很多作物因蒸騰作用過分劇烈而導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)了午休現(xiàn)象，同時(shí)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，植物的單位時(shí)間內(nèi)的光合作用產(chǎn)物量顯著減少。 （4）某地區(qū)作物因某種原因而產(chǎn)量低下，經(jīng)農(nóng)業(yè)專家測(cè)定后發(fā)現(xiàn)是由于土壤缺乏P元素造成的，經(jīng)補(bǔ)充P元素后，作物產(chǎn)量顯著增加。 （5）在相同的環(huán)境條件下，我們發(fā)現(xiàn)不同植物的光合作用強(qiáng)度是不相同的。 師： 上述媒體材料可以說明什么問題？ 生： 說明了影響綠色植物光合作用產(chǎn)量的因素是多方面的，既可以是內(nèi)因，也可以是外因；其中，影響綠色植物的光合作用的外界因素包括光照、CO2、水、礦質(zhì)元素等。 教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)光合作用的概念、過程，得出光合作用總反應(yīng)式，即 師： 從化學(xué)反應(yīng)式的角度分析光合作用總反應(yīng)式，若要提高光合作用有機(jī)物的生成量，我們可采取哪些積極有效的措施？（引導(dǎo)學(xué)生從光合作用的條件、原料與產(chǎn)物來分析） 學(xué)生小組討論、交流： 1、從光合作用的條件來看： (1) 增加光照，可以：①延長(zhǎng)光照時(shí)間，提高復(fù)種指數(shù)；②增加光照面積，進(jìn)行合理密植；③控制光照強(qiáng)弱。 (2) 增加礦質(zhì)元素的供應(yīng)，滿足植物體對(duì)于礦質(zhì)元素的需要，如補(bǔ)充Mg以滿足葉綠素合成的需求量。 (3) 控制溫度，以滿足光合作用酶催化所需的適宜溫度。 2、從光合作用的原料看： (1) 增加作物周圍二氧化碳濃度。 (2) 合理灌溉，增加植物體內(nèi)的水分來增加光合作用的原料。 3、從光合作用的產(chǎn)物來看，及時(shí)將光合作用產(chǎn)物運(yùn)出葉肉細(xì)胞，輸送至相應(yīng)器官組織儲(chǔ)藏，也可提高光合作用的有機(jī)物生成量。 師： 民以食為天。然而人類賴以生存的第一個(gè)要素——糧食卻面臨著日益短缺的嚴(yán)重局面。解決糧食問題的途徑有很多，如： （1）控制人口，保護(hù)耕地，發(fā)展藍(lán)色農(nóng)業(yè)（向海洋要食品）、白色農(nóng)業(yè)（微生物發(fā)酵工程）與綠色農(nóng)業(yè)。 （2）發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，包括作物育種、害蟲的綜合防治、減少作物呼吸損耗等，其中心議題是提高光合作用產(chǎn)量。 （3）提高光合作用產(chǎn)量的方法意味著要提高光能利用率。光能利用率是指綠色植物通過光合作用制造的有機(jī)物中所含有的能量占照射在單位地面上的太陽能的比例。包括增加光合作用面積、延長(zhǎng)光合作用時(shí)間與提高光合作用速率。 （4）光合作用的指標(biāo)是光合速率。光合速率通常以每小時(shí)每平方分米葉面積吸收二氧化碳的毫克數(shù)表示。 一般測(cè)定光合速率的方法都沒有把葉子的呼吸作用考慮在內(nèi)，所以測(cè)定的結(jié)果實(shí)際是光合作用減去呼吸作用的差數(shù)，叫做表觀光合速率或凈光合速率。如果同時(shí)測(cè)定其呼吸速率，把它加到表觀光合速率上去，則得到真正光合速率。真正光合速率＝表觀光合速率＋呼吸速率。 （5）提高光合作用速率途徑主要是通過研究影響光合作用速率的因素，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制，從而提高單位葉面積的綠色植物在單位時(shí)間內(nèi)的光合作用產(chǎn)量。 師： 我們今天一起來研究影響光合作用效率的環(huán)境因素的課題，主要目的是想通過了解哪些因素會(huì)并且是如何影響光合作用效率的，以使我們能用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)解釋、指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，為以后的生活抉擇奠定一定的基礎(chǔ)。那么，包括光照、CO2、水、礦質(zhì)元素與溫度在內(nèi)的環(huán)境因素究竟是如何來影響光合作用效率的呢？ 推進(jìn)新課 板　書： 四、影響光合作用的環(huán)境因素 1、光照對(duì)光合作用的影響 師： 首先，我們來研究光照是如何影響光合作用效率的。 材料用具： 打孔器，注射器，40 W臺(tái)燈，燒杯，綠葉（蠶豆葉片）。 方法步驟： （1）取生長(zhǎng)旺盛的綠葉，用直徑為1 cm的打孔器打出小圓形葉片30片（注意避開大的葉脈）。 （2）將小圓形葉片置于注射器內(nèi)，并讓注射器吸入清水，待排出注射器內(nèi)殘留空氣以后，用手堵住注射器前端小孔，并緩緩拉動(dòng)活塞，使小圓形葉片內(nèi)的氣體逸出。這一步驟可以重復(fù)幾次。 （3）將內(nèi)部氣體逸出的小圓形葉片，放入黑暗并盛有清水的燒杯中待用。這樣的葉片因?yàn)榧?xì)胞間隙充滿了水，便全部沉到水底。 （4）取3只燒杯，分別倒入20 mL清水，并在其中各加入濃度相等的、等量的NaHCO3溶液。 （5）分別向3只燒杯中加入10片圓形葉片，然后用3盞40 W的燈泡對(duì)3只燒杯進(jìn)行光照處理，調(diào)節(jié)臺(tái)燈與燒杯之間的距離，使它們的間距為1∶2∶3。 (6)觀察并記錄在相同時(shí)間內(nèi)，小圓形葉片浮起的數(shù)量。 學(xué)生活動(dòng)：以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 師： 哪一個(gè)燒杯中的葉片首先浮起？為何這一個(gè)燒杯中的葉片首先浮起？你們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明了什么問題？ 生： 臺(tái)燈與燒杯之間的距離最近的那一個(gè)燒杯中的葉片首先浮起；說明該組葉片單位時(shí)間內(nèi)光合作用產(chǎn)生的氧氣最多，間接說明光照強(qiáng)度與光合作用成正比。 師： 那么這是否意味著不斷提高光照強(qiáng)度，光合作用效率就越高呢？ 生： …… 師： 光照對(duì)光合作用至關(guān)重要，那么光照具體影響光合作用哪個(gè)過程？是如何影響的？ 生： 光照主要影響光反應(yīng)；增加光照強(qiáng)度，可以增加光反應(yīng)的產(chǎn)物（ATP和還原態(tài)［H］）的量，從而增加光合作用速率。 師： 那么光合作用光反應(yīng)的產(chǎn)物的作用是什么呢？ 生： 還原態(tài)［H］可以在C3的還原中供［H］，而ATP在C3的還原中供能。 師： 光反應(yīng)與暗反應(yīng)是兩個(gè)相互制約、相互影響的過程，僅僅不斷增加光反應(yīng)的產(chǎn)物，而不增加CO2的濃度，光合作用速率是否會(huì)無限制增加呢？ 課件展示： 呈現(xiàn)光反應(yīng)中的物質(zhì)循環(huán)與暗反應(yīng)的卡爾文循環(huán)的關(guān)系，用閃爍表示兩個(gè)環(huán)相交的位置，即C3的還原。 生： 不會(huì)，這是由于CO2的濃度一定時(shí)，C3的量一定，因而不斷增加光照強(qiáng)度，只能在一定范圍內(nèi)增加光合作用速率；超過一定范圍后，增加光照強(qiáng)度，光合作用速率不再增加。 教師活動(dòng)： 指導(dǎo)學(xué)生閱讀文本P66“光照強(qiáng)度對(duì)于光合作用影響的示意圖”。 師： 下圖也是表示光照強(qiáng)度與光合作用速率的關(guān)系，其中CO2的吸收與釋放表示植物與外界環(huán)境的CO2的交換關(guān)系。它與文本P66“光照強(qiáng)度對(duì)于光合作用影響的示意圖”有何區(qū)別呢？ 生： 這張圖片的坐標(biāo)體系與課本中的圖片不同，這里描述的是光照強(qiáng)度與植物從外界吸收CO2之間的關(guān)系；而課文中表示的是光合作用速率與光照強(qiáng)度的關(guān)系。 師： （1）兩張圖是一種生物學(xué)問題的兩種不同表示方式。 （2）教材中的“光照強(qiáng)度對(duì)于光合作用影響的示意圖”表示了在外界光照強(qiáng)度為0時(shí)，綠色植物的光合作用速率為0；而在一定范圍內(nèi)增加光照強(qiáng)度，植物的光合作用速率增加；超過一定范圍后，再增加光照強(qiáng)度，植物的光合作用速率不再增加。 （3）在上圖中，由于CO2的吸收與釋放表示植物與外界環(huán)境的CO2的交換關(guān)系，從物質(zhì)轉(zhuǎn)換與守恒角度來看，植物從外界吸收CO2，表示植物體內(nèi)C（即有機(jī)物）的凈增加，間接表明此條件下植物的光合作用強(qiáng)度大于呼吸作用強(qiáng)度；反之，則相反。而當(dāng)植物與外界的CO2交換值為0時(shí)，則說明植物的光合作用強(qiáng)度與呼吸作用強(qiáng)度相等，有機(jī)物凈產(chǎn)量為0，即圖中的光補(bǔ)償點(diǎn)。 （4）當(dāng)光照強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，植物的光合作用速率增加；超過一定范圍后，再增加光照強(qiáng)度，植物的光合作用速率不再增加，植物光合作用速率最大時(shí)的最小光照強(qiáng)度即是此時(shí)該植物的光飽和點(diǎn)。 （5）由于多種因素共同影響光合作用速率，因此，光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)均是針對(duì)一定的CO2濃度、溫度條件而言的。 （6）通常梧桐、桂、松樹等陽生植物的光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)高于人參等陰生植物。 2、CO2的濃度對(duì)光合作用的影響 師： 那么你能否推斷CO2濃度對(duì)于光合作用速率的影響呢？假如要利用上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，你準(zhǔn)備如何控制變量呢？ 生： 在光照強(qiáng)度不變的情況下，控制CO2的濃度作為變量，即以不同的NaHCO3溶液作為變量。 學(xué)生活動(dòng)：用教師預(yù)先準(zhǔn)備的白紙畫出CO2的濃度對(duì)光合作用速率影響的示意圖。 師： CO2的濃度為何會(huì)影響光合作用速率？ 師生共同分析： CO2濃度對(duì)于光合作用的影響主要是通過影響暗反應(yīng)階段被C5固定的CO2量，進(jìn)而影響到C3的形成，最終影響到光合作用的進(jìn)行。 3、溫度對(duì)光合作用的影響 師： 那么溫度是如何影響光合作用速率的呢？我們能否以圖示來表示呢？ 學(xué)生作圖（右圖）： 學(xué)生自主分析：（1）溫度影響光合作用中酶的活性，尤其是暗反應(yīng)中酶的活性來影響光合作用速率；（2）在一定范圍內(nèi)，溫度升高，光合作用速率增加；超過一定范圍后，溫度升高，植物的光合作用速率反而降低。 4、礦質(zhì)元素對(duì)光合作用的影響 師： 礦質(zhì)元素對(duì)光合作用速率有何影響呢？請(qǐng)從元素、化合物角度分析之。 生甲： 綠色植物進(jìn)行光合作用時(shí)，需要多種必需的礦質(zhì)元素，如N、P、K、Mg等。 生乙： 氮元素是蛋白質(zhì)的主要組成元素，而蛋白質(zhì)是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和酶的重要組成成分；氮元素是ATP中腺苷的組成元素。 生丙： 磷元素是磷脂構(gòu)成葉綠體膜與類囊體膜等膜結(jié)構(gòu)的主要組成成分；磷元素是DNA和RNA的組成成分；磷元素是ATP和NADPH的組成元素。 生丁： 鎂元素是葉綠素的組成成分，植物缺鎂時(shí)，葉綠素不能合成，在老葉上表現(xiàn)為缺綠，嚴(yán)重影響光合作用的效率。 師： （1）葉綠素中也含有氮元素，氮元素在植物的生命活動(dòng)中占有重要的地位，故氮元素有生命元素之稱。當(dāng)?shù)毓?yīng)充足時(shí)，葉片大而鮮綠，光合作用旺盛，產(chǎn)量高，因此種植葉菜類的蔬菜，應(yīng)多施氮肥。但是氮肥施用過多，會(huì)造成葉片徒長(zhǎng)，機(jī)械組織不發(fā)達(dá)，易倒伏。如果植物缺氮，則生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，葉綠素含量少，葉子變黃，直接影響植物的光合作用效率。 （2）磷元素還直接參與糖類的合成和分解，例如，光合作用暗反應(yīng)產(chǎn)物中的C3和C5都含有磷元素。在有氧呼吸中，葡萄糖首先轉(zhuǎn)化為葡萄糖6磷酸。植物缺磷時(shí)，生長(zhǎng)緩慢，葉片呈暗綠色，某些植物的葉片還呈紅色和紫色，且在老葉中最先表現(xiàn)出來。 （3）鉀元素能促進(jìn)糖類物質(zhì)運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)藏器官，并促進(jìn)儲(chǔ)藏器官合成多糖，例如，種植馬鈴薯、水稻、小麥等以收獲淀粉為主的作物要多施鉀肥。植物缺鉀時(shí)，蛋白質(zhì)分解，葉綠素破壞，葉色變黃卷曲，莖稈易倒伏，抗旱抗寒能力降低。 5、水對(duì)光合作用的影響 師： 那么水對(duì)光合作用有何影響呢？ 師生討論、共同分析： （1）水分是光合作用的原料，但是光合作用所消耗的水分只占植物根系吸收水分的1%,因此，缺水對(duì)于光合作用的影響主要是間接的。 （2）缺水影響氣孔開閉，影響CO2進(jìn)入植物體內(nèi)，通過影響光合作用的暗反應(yīng)以影響光合作用速率；這是在盛夏的中午，很多作物（注：C4植物不是）因蒸騰作用過分劇烈而導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，出現(xiàn)了午休現(xiàn)象的原因。 （3）C3植物光合速率的日變化 ①單峰曲線，一般發(fā)生于無云的晴天（氣溫不太高），如春、秋季節(jié)（見右圖）。 ②雙峰曲線，一般發(fā)生于盛夏季節(jié)（氣溫較高、非C4植物）（見下圖）。 師： （1）植物對(duì)光能的利用率很低，約為５％。作物現(xiàn)有的產(chǎn)量與理論產(chǎn)量相差很遠(yuǎn)，所以增產(chǎn)潛力很大。要提高作物的光能利用率，主要通過延長(zhǎng)光照時(shí)間、增加光合面積和加強(qiáng)光合效率。 （2）光合面積即植物的綠色面積，主要是葉面積。它是影響作物產(chǎn)量最大，同時(shí)又是最容易控制的一個(gè)方面。葉面積過大，會(huì)影響群體中的通風(fēng)透光而引起一系列矛盾，所以光合面積要適當(dāng)。可以通過以下措施來控制作物的光合面積： ①合理密植。合理密植是提高光能利用率的主要措施之一，因?yàn)樗軌蚴谷后w得到更好的發(fā)展，擁有較合適的光合面積，充分利用日光。合理密植，不可太稀，也不可太密。種得過稀，個(gè)體發(fā)展較好，但群體得不到充分發(fā)展，光能利用率低；種得過密，下層葉子受到光照少，在光補(bǔ)償點(diǎn)以下，變成消費(fèi)器官，光合生產(chǎn)率低，也會(huì)減產(chǎn)。 ②改變株型。最近培育出比較優(yōu)良的高產(chǎn)新品種，如新的水稻、小麥品種。株型都具有共同特征，即稈矮、葉直而小、厚，分蘗密集。株型改善，就能增加密植程度，增大光合面積，耐旱不倒伏，充分利用光能，提高光能利用率。 ③通過輪作、套作與間作與合理密植等手段，有效地提高了光能的利用。 ④施有機(jī)肥，在溫室大棚內(nèi)適當(dāng)補(bǔ)充人工光照、二氧化碳?xì)夥?，控制晝夜溫差，都能有效地提高作物產(chǎn)量。 教師設(shè)置活動(dòng)任務(wù)：閱讀文本P58中“精確農(nóng)業(yè)”相關(guān)內(nèi)容，思考下列問題： （1）長(zhǎng)江三角洲部分地區(qū)的棉花與早玉米的間作原理是什么？ （2）什么叫“精確農(nóng)業(yè)”？ 生：略。 課堂小結(jié) 光合作用發(fā)現(xiàn)是一個(gè)不斷探索的過程，光合作用對(duì)人類社會(huì)的和諧發(fā)展極為重要，因此，希望我們今后能更深入地研究光合作用機(jī)理，并應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，使之更好地為人類文明的發(fā)展服務(wù)。 【布置作業(yè)】復(fù)習(xí)本課所授內(nèi)容，完成《學(xué)習(xí)與評(píng)價(jià)》中的相應(yīng)練習(xí)?！景鍟O(shè)計(jì) 】 四、影響光合作用的環(huán)境因素 （1）光照強(qiáng)度 （2）二氧化碳濃度 （3）溫度 （4）礦質(zhì)元素 （5）水 教學(xué)反思