光合作用的结论范文
时间：2023-12-27 17:54:16
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篇1
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2013）03B-0051-02
一、教材分析
光合作用是植物十分重要的一项生理功能。在义务教育七年级生物教材中，“光合作用”是教学的重点和难点，也是中考的常考范围。光合作用的概念是学生学到的第一个比较复杂的概念。本节主要通过几个演示实验来讲述这一生理功能，包含两大知识点——探究绿叶在光下制造有机物和光合作用的概念、原料、条件、场所、产物、表达式、实质和意义等，其中“绿叶如何在光下制造有机物”是最难的一个知识点。到九年级上复习课时，虽然学生已经学过了光合作用，但大部分学生对这一知识还是似懂非懂。如何通过一根教学主线把这些知识串连起来，是让学生更好地理解和掌握光合作用这一知识的关键。
1.教学目标
（1）知识目标：学生学会观察叶片的结构并能说出相应的功能；熟记光合作用的概念、反应式、过程和意义；明确叶片进行光合作用的条件、原料、场所和产物，如何针对这些变量设计探究实验；理解光合作用中物质和能量的变化。
（2）能力目标：学生通过光合作用的一组探究性实验，学会观察和记录植物生理实验现象的基本方法，初步认识从现象到本质的科学思维方式。
（3）情感目标：通过学习光合作用的探究实验操作，培养学生实事求是的科学态度和一丝不苟的探究精神；让学生理解光合作用的产物对人类的生活和生产及生物圈具有的重要意义，为培养学生爱护绿色植物的情感打下理性认识的基础。
2.教学重点和难点
掌握光合作用所需原料、条件、产物、场所的探究实验设计的原理、方法、步骤，会观察现象、得出结论；掌握光合作用的概念和实质。
二、教学设计
九年级的复习课以探究实验为线索，用PPT课件演示法向学生展示形象、生动的画面，丰富学生的感性认识，并使其向理性认识升华。教学中，每展示一个探究实验，都要引导学生明确实验揭示的问题，并用语言加以描述，帮助学生更好地理解教材内容，提高复习效率。
1.课堂引入
通过“植物体进行蒸腾作用的主要部位是什么？”这个问题引出本节课的复习内容：光合作用，并指出绿色植物进行光合作用的主要器官是叶。接着展示叶片的结构示意图（图1），让学生据图回答问题：
（1）图中①是 。
（2）图中②是 ，细胞内含有 ，是植物进行光合作用的主要结构部位。
（3）具有支持和输导作用的是（ ）
。
（4）结构④是 ，它是植物 的“门户”，也是 的“窗口”，其开闭由（ ）控制 。
2.教学绿叶在光下制造有机物
提出问题：绿色植物的生活需要营养物质，营养物质分为无机物和有机物，有机物来自哪里？（绿色植物通过光合作用自己制造）绿色植物是如何制造有机物的？
回顾绿叶在光下制造有机物的实验过程，然后对绿叶在光下制造有机物的实验作归纳总结：
实验现象：叶片的见光部分遇到碘液变成蓝色，不见光部分遇到碘液没有变成蓝色。
得出结论：光合作用的产物之一是淀粉，光是绿色植物制造有机物不可缺少的条件。
3.归纳光合作用的基本知识点
先展示下面的实验（图2）：
然后引导学生分析实验，明确实验的目的、现象、结论，最后作出总结，归纳出下面的知识点：
（1）光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转化成储藏能量的有机物（淀粉），并释放氧气的过程叫做光合作用。
（3）光合作用的原料：二氧化碳、水。
（4）光合作用的条件：光。
（5）光合作用的场所：叶绿体。
（6）光合作用的产物：有机物（主要是淀粉）、氧气。
（7）光合作用的反应式及所包含的意义：
点拨：（1）光合作用的场所是叶绿体，条件是光，原料是二氧化碳和水，产物是有机物和氧，这些都可以通过设计实验来验证，实验原理都离不开“暗处理—设置对照—光照—脱色—碘液检验”几个阶段。（2）绿色植物中并不是只有叶片才能制造有机物，凡是细胞中含有叶绿体的就能进行光合作用制造有机物，只是叶片是绿色植物制造有机物的主要器官。
4.拓展学习
（1）用PPT展示探究光合作用的原料是二氧化碳的实验装置，如图4所示：
①方法：甲装置中放有 溶液，乙装置中放等量的清水做 ，本实验的变量是 。
思考：本实验还需要哪些步骤才能完成？
②请你预测一下实验现象：甲组叶片
；乙组叶片 。
③本实验的结论： 是光合作用的原料之一。
（2）提出问题：如何验证光合作用的原料是水？
对叶脉进行切断处理，使叶片形成a、b两个对照部分，并给出提示：切断叶脉可以使叶片部分得不到水。然后让学生自己思考接下来的实验步骤有哪些，最后会看到什么现象、什么结果。
（3）提出问题：怎样验证植物进行光合作用的场所是叶绿体？
根据前面的点拨，提示学生选择怎么样的植物才合适。（应选取绿色叶片和有白斑叶片的植物进行光合作用的实验，如图5所示）
让学生回答：①叶片绿色部分含有叶绿体，银边部分 叶绿体；本实验的变量是 。②预测一下图中的叶片经过酒精隔水加热处理后的实验现象：绿色部分 ，银边部分 。③本实验的结论： 是光合作用的场所。
5.对光合作用的探究实验做归纳总结
6.布置课堂作业
把以上的知识点整合到一道题：
选取有白斑叶片和绿色叶片的牵牛花进行如图6所示的光合作用实验。请分析下列问题：
（1）将此装置经黑暗处理一昼夜后移至光下数小时，再将这四片叶子取下，分别放入盛有酒精的小烧杯中，隔水加热，使 溶解到酒精中。
（2）清洗后，分别向这四片叶子滴加碘液，变成蓝色的是（ ）。
A.甲叶未覆盖铝箔的部分
B.甲叶覆盖铝箔的部分
C.乙叶
D.丙叶的绿色部分
E.丙叶的白斑部分
F.丁叶
（3）本实验中有 组对照实验，其中乙叶片与 叶片组成一组对照实验。
（4）通过本实验可以得出的结论是（ ）。
A.光合作用需要光
B.光合作用需要水
C.光合作用需要二氧化碳
D.光合作用需要适宜的温度
E.光合作用需要叶绿体
F.光合作用的产物中有淀粉
G.光合作用释放氧气
三、教学反思
篇2
但是,绿色植物的光合作用是微观的生命活动,内容抽象。对初中学生来说,要正确、全面地理解具有较大的难度。如何从学生认知发展规律出发,逐步呈现相关知识是值得研究的。
苏科版初中生物教材,对光合作用知识的安排非常合理,是学生学习了生物与环境、生态系统之后,从生物、环境中获取物质和能量的角度进行阐述的。笔者认为美中不足的是对人类认识光合作用的过程没有作出一定的叙述,并依此逐步呈现相关知识以及教学的时间是在七年级第一学期末的12月份底,冬季对光合作用的实验有一定的影响。
七年级学生的认知水平基本上是知道植物会进行光合作用,植物会吸收二氧化碳并放出氧气,并且大多数学生就认为植物吸收二氧化碳,放出氧气就是光合作用。先入为主,根深蒂固。以至于一部分学生在学过光合作用知识以后仍是这样认为的。所以,让学生认识光合作用产生有机物并实现光能转化是初中生物学教学的重点,为学生升入高中进一步学习打好基础。
从人类认识光合作用的历史过程看,比较复杂:
一、时间:两千多年前,亚里士多德(Aristotle)对植物营养的说法
早在两千多年前,人们受古希腊著名哲学家亚里士多德的影响,认为植物是由“土壤汁”构成的,即植物生长发育所需的物质完全来自土壤。
二、时间:1648年,海尔蒙特(Helmont)的实验过程
海尔蒙特提出了水参与植物有机物合成的观点,但是没有考虑到空气对植物体内物质形成所起的作用。
三、时间:1771年,普利斯特里(Priestley)实验
最先用实验方法证明绿色植物从空气中吸收养分的是英国著名的化学家约瑟夫・普利斯特里。但他只是知道植物能净化空气,更新空气,但不知更新了空气的哪种成分;也没有发现阳光在这个实验中的关键作用。随后有人重复普利斯特里的实验,得出与他相反的结论,认为植物不仅不能把空气变好,反而会把空气变坏(这是由于植物同样有呼吸作用的缘故)。而这一现象连普利斯特里本人也难以解释。
这种截然不同的结论引起人们的极大关注,导致了1779年荷兰的简・英格豪斯进行了一系列实验,他的实验证实了普利斯特利的实验结果,确认植物对污浊的空气有“解毒”能力,同时指出这种能力是太阳光照射植物的结果,从而证明绿色植物只有在光下,才能把空气变好。
四、时间:1864年,萨克斯实验
萨克斯的实验使人们认识到,绿色植物在光下不仅能够释放氧气,而且能够合成淀粉等物质,供给植物生长发育等生命活动。1897年,人们首次把绿色植物的上述生理活动称为光合作用。这样,柳苗的生长之谜也终于被揭开了。
五、时间:1880年,恩吉尔曼(C.Engelmann)实验
证明了植物光合作用的放氧结构是叶绿体由光照引起的。
六、时间:20世纪30年代,美国科学家鲁宾和卡门的实验
1939年,美国科学家鲁宾(S.Ruben)和卡门(M.Kamen)利用同位素标记法进行了探究。实验证明光合作用释放的氧气来自水。
美国科学家卡尔文等人用小球藻(一种单细胞的绿藻)做实验,探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
很显然,以上第六点是今后高中学习的内容,初中生物学教学不应涉及,第五点也没有必要重点去讲述,教材要求重点理解并掌握的是第四点:萨克斯实验即光合作用实验。但如教材从海尔蒙特(Helmont)的实验直接跳到光合作用实验,笔者认为知识呈现显得有点突兀,不利于让学生从已知的知识过渡到新的知识。
所以,在教学过程中,向学生详细介绍第三点的相关内容是非常必要的。普利斯特里(Priestley)实验让学生知道“植物会吸收二氧化碳并放出氧气”或是“净化空气”这个已有知识的来源。有人重复普利斯特里的实验得出相反结论能让学生充满好奇心,了解植物也是有呼吸作用的(这一点对于很多学生来说是很容易被忽略或误解的)。这一知识为引入光合作用的条件――光照做好铺垫,也为下一章节《能量与呼吸》做好准备。荷兰的简・英格豪斯进行的一系列实验,是让学生知道光合作用条件的光照的必要性,在光合作用中引入能量转化的概念。在这个基础上,呈现光合作用实验的知识才显得顺理成章。
高质量地完成光合作用实验的教学任务是本节知识的关键所在。为图省事,播放实验录像的教学效果是不能代替学生亲自实验的效果的。但是教材安排的内容与季节不符。时值冬季,教材使用的“经典材料”天竺葵在这个时候几乎是无处可觅的;温度条件也制约光合作用的强度和实验时间。所以,选择合适的光合作用材料比较重要,小青菜或吊兰等容易寻找的材料都是可以的。选取的植物叶片不宜太幼嫩或太老。太幼嫩的叶片制造有机物不多,遇碘反应效果不明显,且老叶脱色不容易。温度和光照强度可以用白炽灯来控制。
做好实验是让学生得出光合作用的产物不仅仅是以前知道的氧气,还有更重要的是产生了有机物。是有机物的产生实现了物质的转变;是有机物的产生实现了能量的转化;是有机物的产生明确了生物圈中人、动物、微生物和绿色植物的关系。
总而言之,绿色植物的光合作用内容抽象,选择性地借助人类对光合作用历时三百多年的研究呈现知识,比较尊重学生认知发展规律,也能让学生知道经过这么多位科学家的共同努力,才对其生理过程有了比较清楚的认识。这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧,还与社会科学技术的进步与发展密切相关。
参考文献:
[1]李荣季.《“光合作用”的实验改进》.《生物学教学》.2006年07期.
[2]《植物“光合作用”实验材料探寻》.《生物学通报》.1999.6.
篇3
关键词：看实验 做实验 设计实验 连贯体验探究教学 光合作用
中图分类号：G633.91 文献标识码：B
1.教材分析
1.1教材地位
苏教版高中生物必修1第四章第二节第1课时光合作用的发现史是在初中所学内容的基础上，回顾了光合作用发现的漫长过程。本节材料容量大，但对光合作用概念的建立有重要作用。因此，本节课对学生的能力要求较高。教师可结合科学史实，运用连贯体验探究教学的方法，构建光合作用的产物、场所、原料等一步步发现的过程，将有利于学生拓展学科思维，促进实验探究能力的提高，并培养学生的科学精神。
1.2教学重难点
光合作用的发现过程中各实验的研究方法、步骤、结论及其优缺点。
2.教学目标
2.1知识目标
了解光合作用的发现过程，并从中理解光合作用的概念，掌握有关实验设计的基本理论知识。
2.2能力目标
培养分析实验、动手操作实验、设计实验的能力，掌握科学探究的一般原则，掌握参与、合作、交流、表达等基本技能。
2.3情感、态度与价值观目标
通过对经典实验的分析、讨论，培养科学严谨的态度，认识到科学家的艰辛，激发创新意识和求知欲望。
3.教学过程
3.1创设情境，导入新课
播放视频，展示大自然的美景，配乐诗朗诵《叶子》。教师提示学生结合初中学习内容思考：为什么要赞美叶子？它有什么作用？学生很自然就会想到，绿叶可以进行光合作用。
教师借机导人，绿色植物可以通过光合作用制造氧气、合成有机物，但在200多年前，人们并不知道这些，现在沿着科学家的足迹，一起探究一下光合作用的发现过程。
3.2看实验，直观感悟
光合作用的发现史是由一个个经典实验组成的，网络上有很多相关的视频、动画和图片，教师可充分利用这些课程资源进行情景再现，让学生在直观上感悟科学家的艰辛及科学实验的探究方法，激发学习兴趣。同时，师生可以在探究过程中逐步总结出光合作用的反应式。
3.2.1范·海尔蒙特的实验
教师展示实验过程的图片，引导学生思考：小小的种子之所以能够长成参天大树，是否完全依靠土壤？从海尔蒙特的实验中可以得出什么结论？学生得出：水是建造植物体的原料；植物生长所需的养料主要来自水，而不是土壤。教师再问：海尔蒙特的这一结论是否精确？为什么？学生答：他没有考虑到空气的作用。
3.2.2普利斯特莱的实验
教师利用动画演示蜡烛、小鼠和植物在密闭钟罩中的实验，引导学生观察实验现象后，分析：蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？这个实验说明什么问题？学生很容易答出：绿色植物可以更新空气；植物生长需要吸收CO2，同时释放出O2。
教师设疑：可是当人们重复普利斯特莱的实验时，有的成功，有的却失败了，这是为什么呢？在这个实验中，他忽略了哪一个重要的因素呢？学生思考后答：光照。
3.2.3扬·英根豪斯的实验
教师播放金鱼藻的实验视频，提示学生：金鱼藻在光照下有气泡产生，此气体可使带火星的木条复燃，说明绿色植物释放的是什么气体？再次观看小鼠实验，发现密闭钟罩中的小鼠在有光的条件下存活时间较长。
师生共同得出结论：植物需要阳光才能制造出O2。
3.2.4联系实际，问题探讨
教师：人们通常认为树林中早上空气清新，是锻炼身体的适宜时间。你认为最佳的锻炼时问是什么时候，（晴天的早上、中午、傍晚；阴天的早上、中午、傍晚）学习小组讨论后，有几种意见，以支持晴天早上和傍晚的居多，再各派代表进行辩论，找出依据。最后学生达成一致，晴天植物经过白天的光合作用后，到傍晚时空气中的氧含量相对较多，更适合锻炼身体。
3.2.5恩吉尔曼的实验
观看动画，教师设问：该实验的巧妙之处在哪里？为什么选用水绵作为实验材料？为什么用好氧型细菌？为什么选用黑暗并且没有空气的环境？学生总结出叶绿体是光合作用的场所。
3.3做实验，亲身体验
有学者说，读到某件事，你能记住10%：看到某件事，你能记住30%；做某件事后，你能记住90%。教师讲得再多，也没有让学生亲自尝试一下后得到的印象更深刻。
萨克斯的实验（课堂实录）。
师：初中时我们就学过，植物的光合作用除了能产生氧气外，还能产生什么？如何验证？生：可生成淀粉，用碘液鉴定。教师展示事先处理过的植物，引导学生分析：
①在实验前先用黑纸箱将植物罩住，进行暗处理，这样做的目的是什么？（消耗掉叶片内原有的淀粉，避免其对实验结果的干扰）
②观察这盆植物有什么特别之处？为什么要这样做？（一半遮光，一半照光，可相互对照）
③叶片是绿色的，淀粉遇碘变蓝，若颜色对比不明显怎么办？（想办法让绿色褪去）
教师给出实验材料：酒精、培养皿、大小烧杯、酒精灯、三脚架、石棉网、碘液等指导学生完成实验并观察实验现象。教师使学生明确此实验中酒精是用来进行脱绿处理的，照光部分变蓝，遮光部分呈棕色。最终得出绪论：光合作用在有光照的条件下会产生淀粉。
3.4设计实验，能力提升
新课程的基本理念就是要提高生物科学素养，提倡探究性学习。学生的知识储备虽然有限，但当他们全力以赴探讨需要解决的疑难时，就会像真正科学家那样肯于动脑筋和费心血。而模仿科学家的思维去设计实验，也更有利于学生创新能力的培养。
3.4.1鲁宾和卡门的实验
结合前面的实验写出光合作用的反应式，教师要求学生思考光合作用释放的氧气是来自水还是二氧化碳？或者两者兼而有之？介绍同位素标记法，给出实验材料用具，如试管、小球藻、细玻璃管等，引导学生分组画图设计，并请学生讲解其设计思路。然后教师用多媒体播放鲁宾和卡门的实验动画，与学生的设计进行对比，师生共同得出结论：光合作用的氧气全部来自于水。
3.4.2卡尔文的实验
教师简述卡尔文循环的基本过程，引导学生根据光合作用反应式思考其采用的方法以及标记元素的种类。
3.5总结
教师列表，引导学生总结光合作用探究历程中各科学家的实验及其结论，并对学生进行情感教育，使他们认识到生物学的发展史就是一部众多科学家不计个人名利，为科学事业奉献毕生精力的奋斗史，如果大家对生物学科感兴趣，也可以像科学家们一样去细心观察、勇于实践、积极探索，相信一定会有所收获。
4.教学反思
篇4
其实，该节内容蕴涵着丰富的教育教学内容。通过对光合作用发现史的介绍，不仅可以让学生体验科学研究的方法、过程，更能感悟到科学家追求真理的科学精神，是一节不可多得的教育素材。如何把握和处理该节课的教育教学呢？下面是笔者的一点拙见，以与同仁共享。
一、课程教学目标三个维度之间的关系问题
新课程明确了三维教学目标之间的关系，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三者是一种有机统一、相互协调、彼此促进的关系，彼此可以作为对方的手段。但受传统知识观教育思想的影响，很多教师还有一个错误的认识，认为这三维目标中“知识和技能”是第一位，是最重要的，也是每一堂必须要完成的目标。其他的二维目标只是辅助配角，很少有教师会在一堂课别关注另外的二维目标的达成。
其实，在每一堂课中，三者目标也不是均衡实施的，教师应根据课程资源的不同内容或素材，教师要有所倾斜，最大效率地利用好相应的教学素材进行有效教学。也就是说一堂课的三维目标之间可能会侧重于知识目标外的另外两维目标。“光合作用的发现”这节课就是如此。从知识目标的角度来看，这节课的教学内容就是光合作用过程需要水，二氧化碳，产生氧气等结论性的知识。而如果从“过程方法”和“价值观目标”达成的视角看，该节课教学目标应落脚于对学生科学研究方法的指导和科学精神的培养上。“光合作用的发现”这节内容中的两个经典科学实验在很大程度上反映了科学家的探究活动，能够作为理解科学探究，掌握科学方法的范例。如范海尔蒙特实验，教师不仅可据此启发学生掌握科学探究的一般方法，而且教师还可以通过精确地数据分析，让学生明白范海尔蒙特实验的精妙之所在，使学生认识到定量实验的强大优势。而普利斯特利所做的实验二、实验三正好可以进一步说明对照实验是科学研究不可缺少的关键步骤。另一方面，结合光合作用的发现史，介绍一些科学家的小故事，可以使学生感悟到科学研究的曲折性、继承性，这对培养学生的科学精神是有很大帮助的
二、学生体验科学家探究过程的问题
考虑到初中学生天真可爱，善于模仿，很容易进入角色的心理特点。笔者在这节课采用的教学技术策略是让学生假想自己就是范海尔蒙特等科学家。教师则按照科学探索的一般过程，引导学生自己去发现科学研究的问题，设计实验，分析实验结果，得出研究结论。让学生以发现者的姿态去进行活动，体验用全部的心智去感受、关注、欣赏、评价等过程和思想。许多教育实践均已证明，只有重温科学家的探索过程，才能把学生真正带入科学前人的探索过程中，学生才能把一个陌生的、外在的、与己无关的科学研究过程，变成熟悉的可以交流的，甚至是融于心智的思维习惯了。在这个教学过程当中，教师还要注意充分利用多媒体教学手段的优势，适时地用幻灯片打出范海尔蒙特、普利撕特莱等科学家的画像，以及他们所使用的实验装置。此外，再配以播放一些舒缓的古典音乐，努力营造出一个跨越时间长河的科学研究氛围，使科学家的研究过程更加真实，使扮演者处于身临其境的状态中。
三、课程资源开发和延伸的问题
如果单纯从知识、技能目标维度来说，教师只要让学生知道光合作用需要水和二氧化碳，以及产生氧气等结论性知识即可。而光合作用的产物，光合作用的场所、条件等均已分散在后面的几节内容里了。但我们考虑到本课的情感态度和价值观这一维教学目标时，我们觉得不仅要让学生体验科学探究的过程，掌握一些科学结论，更应该让他们亲身感受科学研究的曲折和艰辛的过程。所以笔者对该节课的课程内容进行了一定的扩充和延伸，向学生们展示了光合作用发现的全部历程，以及相应科学家的研究故事。如普利斯特莱在他的实验受到质疑后，他又重复了他的实验，结果出现了意外的情节；英格豪斯共
做了500多次更新空气实验的动人故事；光合作用的发现从范海尔蒙特算起，通过英格豪斯、萨克斯、恩吉尔曼和卡尔文等十多位科学家的努力，前后历经了300多年漫长时间的科学史诗等。
篇5
一、光合作用强度的测量指标
光合作用强度通常以光合速率为指标。光合速率一般用每小时每平方分米叶面积吸收CO2（或释放O2）的毫克数来表示。
测定光合速率必须在光下进行，由于呼吸作用时刻都在进行，所以测定出来的气体变化量只是净光合速率或表观光合速率，而实际光合速率应等于净光合速率与呼吸速率之和，即真正光合作用CO2消耗量=实测CO2消耗量+呼吸作用CO2释放量（或真正光合作用O2释放量）=实测O2释放量+呼吸作用O2消耗量。
二、光照强度对光合速率的影响
光是光合作用的能量来源，光照强度直接影响光合速率。在其他条件都适宜的情况下，光合速率随光照强度的增加而加快。当光照强度增加到一定数值后，如果再提高光照强度，光合速率不再加快，这种现象叫光饱和现象。开始出现光饱和现象的光照强度称为光饱和点（上图中C点对应的光照强度）。在光饱和点以下，随着光照强度的减弱，光合速率减慢。当减弱到一定光照强度时，光合作用吸收CO2量与呼吸作用释放CO2量相等，这时的光照强度称为光补偿点（上图中B点对应的光照强度）。当光照强度低于光补偿点时，光合作用速率小于呼吸作用速率；当光照强度达到光补偿点时，光合作用速率与呼吸作用速率相等；当光照强度高于光补偿点时，光合作用速率大于呼吸作用速率；当光照强度长期处于光饱和点时，对光合作用最有利。由此看来，如果植物长期处于弱光或较强光照下，则不能正常生长；植物只有处于光照强度大于光补偿点的环境中，才能正常生长。值得注意的是，不同类型植物的光饱和点与补偿点是不同的，阳生植物的光饱和点与光补偿点一般都高于阴生植物。
三、高考试题解析
【例1】（2006年全国理综卷Ⅰ）为了验证叶片在光合作用和呼吸作用过程中有气体的产生和消耗，请用所提供的实验材料与用具，在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对你的预测结果进行分析。
实验材料和用具：烟草幼苗、试管两支、蒸馏水、NaHCO3稀溶液（为光合作用提供原料）、真空泵、暗培养箱、日光灯（实验过程中光照和温度等条件适宜，空气中O2和CO2在水中的溶解量及无氧呼吸忽略不计）。
实验步骤和预测实验结果：
（1）剪取两小块相同的烟草叶片，分别放入盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管中。此时，叶片浮在液面上。
（2）用真空泵抽去两支试管内液体中和叶肉细胞间隙中的气体后，敞开试管口，可观察到叶片均下沉到试管底部。
（3）分析预测的结果。
【命题解读】 这是一道验证性实验设计题，看起来容易，得高分却很难。本题要求考生在给出的实验步骤和预测实验结果的基础上，继续完成实验步骤的设计和预测实验结果，并对预测的结果进行解释、分析。该题充分体现了2006年《考试大纲》中“具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释、分析和处理”的能力要求。本题考查的能力层次高，包括四大能力中的理解能力和实验能力。
【解题指导】 解答设计性的实验分析题时，应按规律性的思路进行。
（1）了解题目要求。解题时，首先必须明白题意。本题的具体要求有三个：①续写实验步骤；②预测实验结果；③分析实验结果。
（2）明确实验目的。把握具体要求后，接着就要搞清楚该实验所要解决的问题是什么。如果对实验目的把握不准，则整个实验设计就无从谈起。本实验的目的是：①验证叶片在光合作用过程中有气体的产生和消耗；②验证叶片在呼吸作用过程中有气体的产生和消耗。
（3）分析实验原理。实验原理是实验设计的灵魂，决定着实验步骤的设计及相应实验材料和用具的选择。只有理解了实验原理，才能正确选择实验器材，安排实验程序，进行正确的操作和预测、分析
实验结果，得出实验结论。本实验所依据的原理是：在光照强度和温度都适宜的条件下，叶片利用NaHCO3稀溶液中的CO2和H2O，通过叶绿体进行光合作用，产生O2；在黑暗时，叶片利用光合作用产生的O2，进行有氧呼吸，释放CO2。
（4）确定实验思路。根据实验原理，充分利用所给的实验用具设计思路，并对产生的现象做出预测。从给出的实验步骤中，可知本题的实验思路是：首先将盛有等量蒸馏水和NaHCO3稀溶液的两支试管放在日光灯下被照射一段时间，通过观察两试管底部叶肉细胞间隙已没有气体的叶片上浮，来说明光合作用产生了气体（O2），然后，将上述两试管在暗处放置一段时间，通过观察已上浮的叶片下沉，来说明呼吸作用消耗了气体（O2）。
（5）设计实验步骤。实验步骤是实验设计的核心。实验程序的安排一定要遵循科学性原则、可操作性原则、对照原则和单一变量原则。本题要求续写实验步骤，考生应在前两步的基础上完成实验方案的设计。步骤是：先将这两支试管放在日光灯下被照射一段时间。再将这两支试管放在暗培养箱中一段时间。
（6）预测和分析实验结果。实验设计题一般都会有实验结果的预期和分析。如果是验证性实验，其结果的预期应该是唯一的，且与事实相符；如果是探究（索）性实验，其结果的预期是未知的或不确定的，可能出现的结果和相应的结论有多种。本题是验证性实验，结果是确定的，那就是：①光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片上浮，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。这是因为光照下，NaHCO3稀溶液中的叶片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶肉细胞间隙中的O2增加，叶片上浮。而蒸馏水中缺乏CO2和O2，叶片不能进行光合作用和有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。②黑暗下，NaHCO3稀溶液中的叶片下沉，蒸馏水中的叶片仍在试管底部。这是因为黑暗中，NaHCO3稀溶液中的叶片进行呼吸作用，消耗了叶肉细胞间隙中的O2，放出的CO2溶于NaHCO3稀溶液中，叶肉细胞间隙缺乏气体，叶片下沉。而蒸馏水中缺乏O2，叶片不能进行有氧呼吸，叶肉细胞间隙缺乏气体，因此叶片仍位于试管底部。
【参考答案】见解题指导。
篇6
本节内容是学生深刻理解植物叶片代谢的切入点。通过理解光合作用强度的概念，学生可以把植物光合作用和细胞呼吸的知识体系构建起来。教材仅简单提及光合作用强度的概念；而且在新课中，教学目标的着力点在于引导学生通过“探究光照强度对光合作用强度的影响”的实验构建数学模型。因此在第一轮复习中，教师引导学生构建光合作用强度概念模型就显得尤为重要。
2 教学目标
(1)知识目标：理解光合作用强度的概念；分析影响光合作用强度的环境因素；理解和运用光合作用与细胞呼吸过程中的物质转变及相互关系。
(2)能力目标：实践自主学习的方式，提高学生思维能力、分析问题的能力；在有关的情境中，运用语言表达的能力和归纳知识的能力。
3 教学重点、难点
(1)重点：探究影响光合作用强度的环境因素；说出光合作用原理的应用。
(2)难点：探究影响光合作用强度的环境因素。
4 教学设计思路
光合作用强度是“环境因素对光合作用强度的影响”中重要的核心概念，帮助学生构建光合作用强度的概念是以学生已掌握光合作用和细胞呼吸的概念等内容为前提的。教师利用多媒体资源创设课堂情境，引导学生利用已有的知识、通过纯思维方式的探究，自己构建光合作用强度概念的模型。这不仅有助于学生理解和掌握光合作用强度的概念，也有助于学生提高光合作用原理的应用能力。
5 课型
第一轮复习课。
6 教学环节
6.1谈话导入，明确教学目标
师：影响光合作用强度的环境因素一节的内容在我省考试说明中是属于二类要求的知识内容，是历年高考的一个热点，也是一个难点。这一节中有两个很重要的内容需要大家认真理解和记忆：光合作用强度的概念和测定；各种环境因素对光合作用强度的影响情况及其应用。
6.2学习光合作用强度概念和测定
师：首先大家一起来回顾光合作用强度的概念。请大家打开教材P104，回顾概念。光合作用强度是指植物在单位时间通过光合作用制造糖类的量，可以通过测定一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量地表示――是一种量化的指标。那么，通过光合作用的哪些原料或产物表示光合强度的大小呢?请大家通过回顾光合作用的过程来弄清楚这个问题。
课件展示光合作用过程的图解。
生：可用光合作用消耗的H2O、产生的O2、固定的CO2、制造的(CH2O)来表示光合作用强度的大小。
师总结：都可以吗?在植物细胞中涉及O2、CO2、(CH2O)只有光合作用和细胞呼吸，而涉及水的反应实在太多了，很难区分开。因此一般可用光合作用产生的O2量、固定的CO2量或者制造的(CH2O)量来表示光合作用强度的大小。那么，利用相应的仪器直接测定光合作用产生的O2量、固定的CO2量或者制造的(CH2O)量吗?
生讨论：不行，有光照时，植物叶肉细胞既进行光合作用又进行细胞呼吸，光合作用产生的O2从叶绿体出来后，会被有氧呼吸消耗一部分。因此，要测定光合作用产生的O2量、利用的CO2量或者制造的(CH2O)量就必须把和呼吸有关的部分量考虑在内。
课件展示：有氧呼吸反应方程式。
师：那么，叶片中叶肉细胞内光合作用和细胞呼吸的关系是怎样的呢?接下来大家利用图解(图1)一起分析当光合强度大于呼吸强度时两者之间的物质转化关系。
课件展示代谢情况：按照O2、CO2、(CH2O)的顺序。
光合作用产生的O2量①=实测O2释放量②+有氧呼吸耗O2量③；
光合作用CO2利用量(1)=实测CO2吸收量(2)+有氧呼吸产CO2量(3)；
光合作用糖类制造量I=实测糖类积累量Ⅱ+有氧呼吸糖类消耗量Ⅲ。
师：由上述公式可知，①、(1)或I都可代表光合强度，③、(3)或Ⅲ则可代表呼吸速率，而实测的②、(2)或Ⅱ则代表净光合速率。那么可以用一个公式总结上述结论。
生：光合强度(真正光合速率)=净光合速率+呼吸速率。
师：由图1分析可知，我们只能直接测得②、(2)或Ⅱ代表某光照强度下的净光合速率。想要知道光合强度大小，是不是只要再测定呼吸速率就可以最终知道光合强度的大小了，那么，此时叶片的呼吸速率怎么测?
教师边分析，边引导学生思考：此时有光照，植物叶片既有光合作用又有细胞呼吸，要测定呼吸速率会受到光合作用的影响。
生：只能通过测定黑暗时，植物叶片耗氧量、产CO2量或者糖类消耗量来衡量有氧呼吸速率。
课件展示图解(图2)。
师：那在黑暗时和光照时条件不一样，有氧呼吸速率会一样吗?
生：植物叶片进行的有氧呼吸不会受光照强度的影响。
师：在理清这些思路之后，我们最后来总结一下该怎么对光合作用强度进行测定。
课件展示：测定光合强度(真正光合速率)时，应该要在黑暗下测定呼吸速率，然后在某种光照强度下测定净光合速率，再把测得的值进行处理可得真正光合速率，如图3所示。
学生填写表1：(括号内的内容由学生填写，教师总结)
师：接下来大家一起通过一道例题理解巩固一下前面的内容。
课件展示例题(横线上的内容由学生填写，教师总结)。
例：用某种大小相似的绿色植物叶片，分组进行实验：已知叶片实验前的重量，在不同温度下分别暗处理1h，测其重量变化；立刻再光照1h(光强度相同)，再测其重量变化。得到如下结果(表2)。
(1)暗处理时，随温度升高，叶片重量下降，其原因是在暗处，叶片只进行呼吸作用，温度升高，酶的活性增强，分解有机物增多，叶片重量下降；
(2)在28℃条件下，每小时光合作用合成的有机物为7mg，氧气产生量最多的是第四组叶片。
师：(1)暗处理后的重量变化可以用来衡量每小时呼吸消耗量，并且由于温度对呼吸酶活性的影响，呼吸速率表现出不同的情况。
(2)光照后的重量变化可以用来衡量光照1h，叶片的净增重量，即用来衡量净光合速率。如第四组，光照1h叶片由－4变成+2，叶片净增重6mg。
(3)(2)问的是合成的有机物，说明问的是真正
光合速率，那就得呼吸速率+净光合速率，如第四组真正光合速率=呼吸速率4+净光合速率6=10，是四个组中最多的，因此第四组的氧气产生量也是最多。
6.3各种环境因素对光合作用强度的影响情况
师：在植物生长的环境中，有诸多的因素能影响到光合作用，如光、温度…，光有光照强度和光质两个方面都会影响到光合作用强度。以前，通过实验了解了光照强度对光合作用强度有影响，有什么影响呢?
生：在一定范围内，光照强度增加，植物光合强度加强，但超出一定限度(光饱和点)，光照增加，光合强度也不再增大。
实验视频：探究光照强度对光合作用的影响。
师：请观察图4：找出表示前面复习的真正光合速率，净光合速率和呼吸速率的位置；光补偿点和光饱和点分别表示什么意思?
课件展示：(1)光①光照强度
生：光补偿点是光合强度和呼吸强度相等时的光照强度。
光饱和点是光合强度达到最大值的光照强度。
师：为什么达到饱和点后光合强度不会再增加?
生：受单位叶面积中的叶绿体数量、温度或CO2浓度的限制。
师：根据这个原理，在大棚种植作物时，可以给植物提供什么样的光照条件?
生：可根据植物对光的需求情况提供适宜的光照条件，让植物处于光饱和点以提高产量。
师：下面看一道例题。
课件展示：已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25℃和30℃。图5表示在30℃时，该植物光合强度与光照强度的关系。若将温度调节到25℃，其他条件不变，从理论上讲，图中相应点的移动应该是( )
A a点上移，b点左移，m值上升
B a点不动，b点左移，m值不动
c a点上移，b点右移，m值下降
D a点下移，b点不移，m值上升
生：A。
教师总结：
a点时，只有呼吸作用，当温度由呼吸最适温度30℃降到非呼吸最适温度25℃，呼吸速率变小，应上移。
b点的含义是光补偿点，即此时光合强度和呼吸强度相等，而温度变化后，呼吸强度变小了，光合作用强度变大了，要继续保持二者相等，光照强度要减弱。
c点是光饱和点，叶片的最大光合速率为m，而温度由非光合作用最适温度变成处于光合作用的最适温度，m值会增大。
师：因为四种色素主要吸收红光和蓝紫光，所以不同波长的光对光合作用也有一定的影响。
课件逐步展示：②光质：
复合光(白光)>红光(蓝紫光)>绿光
应用：建日光温室时，选用无色透明的玻璃或薄膜做顶棚，光合作用的效率较高。
课件展示：(2)CO2浓度：
在一定的范围内，随着CO2浓度的增加，光合作用强度随之而增加。
应用：可通过合理密植保证通风、施加农家肥料来确保有足够的CO2供应植物进行光合作用。
(3)温度。
师：温度主要是通过影响与光合作用有关的酶的活性而影响光合速率。那么，请大家用一个曲线图把温度对光合速率的影响情况表示出来。
师：与光合作用有关的酶存在最适温度。叶片在进行光合作用的同时也在进行呼吸作用，温度同样通过影响与呼吸作用有关的酶的活性来影响呼吸速率(图6)。与呼吸作用有关的酶的最适温度和光合作用不一样。
课件展示：
怎么利用这个原理来提高作物的产量?
生：可通过白天适当提高温度、晚上适当降低温度提高一个昼夜的产量。
课件展示：(4)矿质营养：
N：光合酶及NADP+和ATP的重要组分；
P：NADP+和ATP的重要组分；维持叶绿体正常。
结构和功能：
K：促进光合产物向贮藏器官运输；
Mg：叶绿素的重要组分。
篇7
一、利用科学史教学需要“创设情景”
光合作用是自然界中最为重要作用之一，它的作用结果是为世界上几乎所有的生物提供了物质与能量。植物体内的有机物的来源经历了许多科学家的探讨，亚里斯多德曾认为，植物体内的有机物来自于土壤汁。今天，虽然有许多学生隐约知道了光合作用的相关知识，但事实上更多的学生还是认为植物体内的有机物来自于土壤。
课堂中，老师抛出问题――“植物体内的有机物来自何处”让学生思考，结果有部分学生认为植物体内的有机物来自植物的光合作用，但更多的学生是保持沉默（其实就是不认同植物体内的物质来自光合作用）。在老师的疏导解压下，沉默部分的学生大多认为是通过植物的根从土壤中吸收获得。于是老师让学生设计实验进行验证植物体内的物质是否来自土壤，并将学生设计的实验方案进行论证，通过学生间的讨论逐步完善了实验探究的基本要求。由于本实验不可能在课堂中完成，所以老师将海尔蒙特的“柳树实验”结果呈现出并让学生进行分析。最终学生在前人的实验结果上得出：1.土壤减轻的可能是误差或被植物吸收；2.柳树质量的增加主要不是来自土壤。海尔蒙特的结论是：植物体内的有机物来自水。通过所得出的结论差异为下面的实验探究创设的新的情景。
教学情境是指在课堂教学中，根据教学的内容，为落实教学目标所设定的，适合学习主体并作用于学习主体，产生一定情感反应，能够使其主动积极建构性学习的具有学习背景、景象和学习活动条件的学习环境。关于科学现象学生一般都有一定的前概念，前概念的形成往往来自生活经验但往往不一定科学，所以教学中我们要暴露学生的前概念，并通过还原认知规律进行释疑抽除学生错误的前概念。通过还原科学史的教学可以让学生发现人类探索科学的足迹，激发学生的学习兴趣与学习动力。开展科学史教学也需要创设情境，只有这样才会是教学过度的自然流畅，才会不至于让人感到别扭，才是利用科学史组织先学习。
二、科学史教学需要“实事求是”
科学往往使人感觉到神秘，科学家的事业往往让人觉得高不可攀，心理上的距离往往终止学生的科学探究。实事求是的科学史展现有助于缩短学生与科学家的距离，也会让学生产生科学探究的欲望。
普利斯特里实验往往被认为是证明了植物光合作用吸收了二氧化碳产生了氧气的实验，许多习题的标准答案也是如此。事实上，普利斯特里自己得出的结论并非如此，他的结论：植物可以使污浊的空气变为清新。教学中教师向学生呈现了普利斯特里实验：普利斯特里在一次偶然的实验中将一只小白鼠放在玻璃钟罩内，结果小白鼠死亡，于是他认为是空气被污染了的结果，于是他使用了很多方法如用水淋灌空气、用阳光暴晒空气、用薄荷植物净化进行很多次的实验，结果发现植物在光照的条件下能让小白鼠活的更久。于是得出结论，植物在光照条件下可以让污浊的空气转变为清新的空气。普利斯特里得出的结论应该符合当时的知识背景，也是符合人类放热认知规律。又如，海尔蒙特得出柳树实验的结论是：植物体的物质来自于水，也是符合当时的科学背景。
实事求是的科学史介绍让学生感觉到科学真实一面，科学的认识需要不断的完善而不是一撮而就的真理。通过实事求是的科学史介绍会让学生科学的理解以前的科学家，特别是亚里斯多德。同时通过科学史的介绍也让学生明白科学发现与科技发展的关系。
三、科学史教学需要“精神提炼”
科学史的教学除了培养学生科学探究素养之外还需要培养学生的科学精神，通过科学史教学要让学生体悟科学家的科学探究精神与质疑精神。利用科学史渗透的科学精神至少有以下几点。
1.探索精神。课堂中，老师以植物体内物质的来源组织教学引入，解决之后带出新的探索问题并引出植物体内物质来自水与空气，接着引出如何验证来自空气等许多探索问题。一节课内老师就是在不断的释疑与生疑中进行，在解决课堂教学任务之后，让学生提出光合作用中的其他感兴趣的科学问题并要求学生在课余时间进行探索，让学生带着问题进入课堂带着问题离开课堂，整个流程就相当于科学史。通过这样的教学流程设计有助于激发学生的科学探索意识。
2.质疑精神。课堂中探究植物在光照下是否吸收二氧化碳释放氧气过程中，教师出示普里斯特利实验让学生根据实验现象得出结论中，学生回答的结论是：吸收二氧化碳释放氧气。课堂中，老师反问你怎么知道是这样的结论，如何设计实验进行验证，然后组织实验探究进行探索证明植物在光合作用下吸收了二氧化碳，也证明了释放的是氧气。科学就是在不断的质疑中被修整、被完善，科学的发现需要有质疑精神，只有在不断质疑中进行探究科学才会不断被完善。
篇8
关键词：干旱；芦苇叶片；芦苇幼苗；叶绿素荧光
近百年来，湿地占世界土地资源的比例已经下降了近一半，湿地水生植物的面积减少尤为严重，干旱对湿地的影响极为突出。以莫莫格国家自然保护区为例，该自然保护区在松嫩平原的西部边缘地带，且其芦苇沼泽面积占总面积的40%还多，是莫莫格的重要生境类型，也是丹顶鹤等国家重点保护动物的重要栖息地。但是，莫莫格湿地现在正处于干旱期，内部严重缺水，芦苇沼泽正大面积地退化，珍稀动物的生存环境正受到严重危害。所以，研究干旱胁迫对于芦苇叶片光合现象以及芦苇幼苗生长的影响对湿地保护具有重要的现实意义。
1 干旱对于芦苇幼苗生长速率的影响
经过前期对芦苇生长环境处理，增加干旱胁迫，记录观察数据分析可知，芦苇幼苗生长速率随着干旱天数的逐渐增加而逐步地受到抑制，且抑制效果越来越明显。干旱前期（约15天内），芦苇幼苗的生长速率较稳定，受干旱影响还不很明显，这表明在短时间内芦苇幼苗对干旱环境的抵抗能力较强。但在实验后期（超过15天），芦苇幼苗的生长状况无法与前期相比，其生长速率明显地受到了干旱环境的抑制作用。可知，干旱条件下，芦苇叶面通过降低生长速率来减少水分流失，且20天是芦苇对干旱条件的耐受极限，干旱若超过20天，芦苇幼苗基本会停止生长。
2 干旱对于芦苇叶片叶绿素含量的影响
植物能否有效地进行光合作用与其叶片叶绿素含量有密切的关系，这在一定程度上反映出植物对于逆境的抵抗能力。由仪器测量、分析可得，在经过前期干旱处理的情况下（时间约为5天），芦苇叶片的叶绿素含量在增加。这是因为在干旱前期，虽然未给予芦苇幼苗水分，但此时，土壤中的水分尚处于饱和状态，所以芦苇叶片的叶绿素含量还保持在较高水平。但随着干旱时间的增加，芦苇叶片的叶绿素含量开始缓慢下降，在干旱20天后，芦苇叶片的叶绿素含量开始明显下降。据了解，不同强度的干旱都会使叶绿素含量降低，这就一定程度上肯定了实验结果的正确性。实验表明长期的干旱条件会对芦苇叶片叶绿素的合成和含量起到严重的影响。干旱降低叶绿素的含量，使得植物叶面对光的获取减少，植物的光合作用也随之降低，这是植物自身适应干旱条件的一种自我保护调节机制。最后总结，干旱对芦苇叶片叶绿素含量的影响不具有相对的及时性，干旱条件在超过20天以后才能显现出对芦苇叶片叶绿素含量的明显的抑制作用。
3 干旱对芦苇幼苗气体交换的影响
实验具体操作光合仪，分析数据可知，随着干旱时间的逐步加长，芦苇叶片的净光合速率在逐步的减小，20天后，其净光合速率显著降低，这明显说明此时的芦苇幼苗叶片的光合所用早已十分微弱；且芦苇幼苗的叶片气孔限制也开始作用；芦苇幼苗细胞间的二氧化碳浓度也在轻微地波动变化着，在干旱前期，细胞间二氧化碳浓度在逐步减小，但超过20天以后其浓度则会再次逐步上升。根据早期国外研究表明，植物的光合作用速率减小，将同时伴随气孔限制的作用和细胞间二氧化碳浓度减小，所以气孔关闭减小了细胞间二氧化碳的浓度，从而叶片的光合速率也随之减小；如光合作用速率减小伴随着的是气孔限制作用和细胞间二氧化碳浓度的增加，则是非气孔限制的因素影响了植物叶面的光合作用速率。由此可见，干旱前期，芦苇幼苗叶面的净光合作用速率和细胞间二氧化碳的浓度同时减小，表示其净光合作用速率减小的主要因素是气孔关闭。而在干旱条件超过20天以后，芦苇幼苗叶片以较低的净光合作用速率并伴有细胞间二氧化碳浓度的增加，这都表明着其净光合作用速率的减小的主要因素是非气孔限制。据调查，前期某些学者在研究缺失水分对某种杨树苗木光合作用的影响时，意外发现，在对土壤环境敏感的杨树苗木进行干旱胁迫后，杨树苗木的光合作用速率下降趋势极其明显，其主要因素就是非气孔限制；但是对于具有耐旱性的杨树而言，增加干旱条件，却对其净光合作用速率的变化没有明显作用，其净光合作用速率只是有小幅度的下降，这就说明了杨树苗木的光合作用所受到的影响是气孔因素和非气孔因素共同作用的结果。
本研究表明，干旱前期影响芦苇幼苗叶片的净光合作用速率的主要因素是气孔限制，随着干旱时间的延长，影响因素也变为以非气孔因素为主，与早前他人的研究结果具有相似性，也进一步肯定了实验结果的正确性。
4 结论
芦苇具有很强的抗旱能力，芦苇叶片对外景环境变化具有敏感性，也为实验的成功带来了一定的积极作用。干旱对于芦苇叶片光合速率的影响是显著的，干旱超过15天后，芦苇幼苗的光合作用速率才开始逐步显现出下降趋势。超过20天后，芦苇幼苗的生长也基本停止了。所以，干旱时及时对芦苇湿地补水，并且尽量不超过20天，干旱就不会对芦苇幼苗生长和芦苇湿地造成严重影响。
篇9
一片绿叶，一缕阳光，吸收二氧化碳和水，释放碳水化合物和氧气，再简单不过。
“绿叶就像个来料加工厂，原料、产品我们都清楚，然而这个工厂的大门一直紧闭，我们不知道工厂内部的结构，也不知道工人们如何工作。”中国科学院院士、结构生物学家常文瑞，这样比喻光合作用机理的“神秘感”。
“地球每年经光合作用产生的物质有1730亿～2200亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10倍～20倍，但目前的利用率不到3％。”他告诉《望东方周刊》，光合作用是高效利用太阳能的最好榜样，破解光合作用神秘机制，将为建立“人工光合作用系统”，继而开发清洁、高效的新能源提供结构基础。
主持测定了我国第一个膜蛋白晶体结构的常文瑞，向本刊记者展示了一幅高等植物(菠菜)捕光复合物在原子水平上的三维结构图，图中，一些红色、绿色、黄色的“色素分子”，附着在一条条白色的“飘带”上，精巧而鲜艳。
“白色的飘带代表蛋白质，彩色的是叶绿索、胡萝卜素等色素分子，它们是植物吸收太阳光的‘天线’。”常文瑞解释说，色素分子的定位并非杂乱无章，而是很巧妙地组成了一个高效吸收和传递太阳光能的网络。考察色素分子相对的方位、距离和排布规律，为认识和模拟植物捕光机制提供了结构基础，人类在“跟着菠菜捕捉阳光”的道路上又往前迈进了一步。
“高效捕光”的灵感
谁是最大的资源消费国?常文瑞向记者展示了美国国防部的气象卫星拍摄的人造夜空图片：拥有世界4.6％人口的美国生产了16.8％的能源，消耗了23.4％的能源。
“十几年前，中国的领土上，只有上海、北京附近的夜空有一点光亮，现在整个东部地区也都亮起来了。”他说，“已经亮起灯光的地方我们不希望它熄灭，我们要做的是让中国的广大中西部地区也亮起来。中国需要更多的能源!”
但按照现有世界能源消费水平计算，能源储备仅够用100年，乐观点，200年。而且随着社会的发展，能源需求量逐年增加，到2025年，世界各国对电力的需求将翻一番。
能源枯竭的同时，大气中二氧化碳的浓度灾难性地持续增高。有研究表明，即使通过节能减排等人为方式把空气中的二氧化碳水平降下来，其影响还是会持续几百年。
“结论就是，节能减排和开发新的、可再生的清洁能源。”常文瑞认为，太阳能无疑将是最主要的新能源。
太阳每小时洒向地球表面的能量，相当于地球每年消耗的能量总和；太阳每天洒向地球表面的能量，相当于地球现有能源储备的总和，会不会利用、怎样高效利用就成了关键。
常文瑞肯定地告诉记者：“植物的光合作用为高效利用太阳能提供了最好的榜样。”
“到2050年，光合作用的最重要突破将与能源有关。”只要将太阳能更有效地利用起来，未来的能源危机便可望迎刃而解，全球变暧也可得到有效控制。因此，光合作用已成为开发新一代清洁能源的重要方向。世界主要国家都已充分认识到这一点，光合作用在未来清洁能源发展中的战略地位空前提高。
揭示光合作用神秘机制，打开“绿色工厂”的大门，一探工厂内的生产机制，成了模拟天然绿叶的光合作用、生产清洁燃料解决未来能源问题的开局之战。
开启“绿色工厂”大门
常文瑞带领的科研团队经过6年时间，成功测定了“菠菜主要捕光复合物的晶体结构”，从而率先破解了这一国际公认的、具有高度挑战性的科技前沿难题。
“主要捕光复合物是什么?它有怎样的重要性?”面对记者的疑问，常文瑞解释说，如果把叶片的一角切下来放大，发现绿叶由叶绿体组成；再放大，发现叶绿体内由一层层的类囊体膜组成；再放大，就会发现膜里镶嵌着一团团由色素和蛋白组成的复合体。
“光合作用过程中的光反应，就是通过一系列这样的由色素分子和蛋白质构成的复合体协作完成的。”常文瑞说，其中参与光能吸收、传递和光能转换的两类最基本的色素一蛋白复合体是：反应中心和捕光天线复合物。捕光天线复合物吸收太阳能并将其传递给反应中心；反应中心是光诱导的电荷分离引起的能量转换的“工厂”。
“捕光是光合作用中最原初的过程，它包含了光能的吸收以及激发能向引起电荷分离的反应中心传递的过程。”常文瑞告诉记者。
媲美“登月工程”的“人工叶”
基于目前对光合作用机理的认识，常文瑞告诉本刊记者：“利用光合作用中水裂解的机制，实现从水中获得氢能源的理想，在2050年有望实现。”
最近，英国伦敦帝国学院启动了一项金额达100万英镑的“人工叶”计划，他们试图创造一个可以模拟天然绿叶光合作用的人工系统，产生清洁燃料氢和甲醇，为燃料电池或环保汽车提供能量。
常文瑞告诉记者，欧洲科学基金会预计到2050年，在欧洲和一些别的地区大部分的燃料都将会从人工叶片中获得，“他们认为，如果人工叶片计划成功实现，意义可以媲美登月工程。”
“利用光合作用原理可以实现从光能到化学能的转变，通过截流电子流直接生产电能，可以制造生物光伏电池。”他介绍，2004年，美国科学家已经在实验室把叶绿素光电池变成了现实。科学家把菠菜的色素蛋白复合体做成“三明治”，当光线照射在这个“三明治”结构上时就会释放电子，传到下面的金属层形成电流，其测得的太阳能转化效率达到12％。
找到最合适、最有效的利用光源的微生物，或者制造培养出专门用来吸收光源的微生物，也是未来光合作用研究的突破点。
40多年前，人们发现在无氧条件下，植物会激活细胞内部一种可生成氢气的酶――氢酶。如果这时让这些蓝藻照射阳光，便会产生氢气。据估计，如果藻类光合作用的产氢效率能达到10％，那么5万平方公里藻类接受太阳能放出的氢气就可满足美国的全部燃料需要。
但实际上，蓝藻的产氢效率远远不能达到10％。光合作用分解水分子时放出的氧分子，会使氢化酶的活性降低，并最终使其停止工作。这就是为什么蓝藻的放氢活动只能延续几秒钟，最多几分钟的原因。中国科学院植物所科研人员发明了微藻与需氧细菌共同培养技术，大大提高了藻类放氢效率。
篇10
关键词 遮光；光合作用；叶绿素；光合速率；影响
中图分类号 S161.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）03-0074-01
光合作用是植物、藻类和某些细菌在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素将二氧化碳（或硫化氢）和水转化为有机物，并释放出氧气（或氢气）的生化过程。植物种类不同，进行光合作用的光饱和点也不同，对于阳生植物，充足的光照有利于生长，但超过光饱和点的光照会产生光破坏；对于阴生植物，夏季充足的光照，对生长尤其不利。因此，对植物进行遮光处理，会达到增产增收的目的。
1 遮光后植物体内叶绿素含量的变化
1.1 叶绿素含量的变化
叶绿素是植物体进行光合作用的主要色素。叶绿素吸收大部分的红橙光和蓝紫光但反射绿光，所以叶绿素呈现绿色，它在光合作用的光吸收中起核心作用[1]。叶绿素含量受到光照、温度、矿质元素、逆境等外界因素及核基因、质基因等内在因素的共同影响，在外部因素中光对叶绿素的合成与分解起主导作用。将大白菜放在光下几天后会变成绿色，放在避光处又会变成黄色，可以证明植物体中叶绿素的合成和分解处于一个动态平衡中，叶绿体光照后，才能顺利地合成叶绿素，但形成叶绿素所要求光照强度相对较低，除680 nm以上波长以外，可见光中各种波长的光照都能促使叶绿素形成，光过强反而会发生光氧化而受破坏。
在遮光条件下，集光色素蛋白在光合单位中的相对含量会增加，从而导致结合态叶绿素增加。与此同时，降低了叶绿素的降解和光氧化，所以遮光后叶绿素的含量会增加。遮荫环境下，植物通过增加单位叶面积色素密度和叶绿素含量，有利于提高植株的捕光能力，吸收更多的光，提高光能利用率，是对弱光环境的一种适应。
1.2 遮光后叶绿素a/b比值的变化
从叶绿素吸收光谱图可知，叶绿素a在红光部分的吸收带较叶绿素b偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b宽，叶绿素b在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶绿素a宽。在遮光的条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加，所以提高叶绿素b的含量（叶绿素b主要存在于集光色素蛋白中，主要是吸收、传递光能），更利于吸收蓝紫光，所以叶绿素a/b的比值降低，弱光下的吸收能力就增强。
叶绿素a和叶绿素b的合成、分解速度影响了叶绿素a/b的比值，但调节叶绿素a/b的比值主要通过“叶绿素循环”实现[2]。叶绿素a和叶绿素b的相互转化称为“叶绿素循环”，在遮光条件下，叶绿素a向叶绿素b的转化加快（叶绿素a水解形成脱植基叶绿素a，脱植基叶绿素a再转化为脱植基叶绿素b，最后合成叶绿素b），从而降低了叶绿素a/b的比值。弱光下叶绿素b的相对含量增高有其生理适应，有利于对弱光的利用，所以遮光不会减少光合作用所需的叶绿素。
2 遮光对光合速率的影响
2.1 强光对植物生长的影响
植物光呼吸增加，导致大量有机物消耗，从而降低了净光合速率，光呼吸是所有使用卡尔文循环进行碳固定的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程，其发生的场所为叶绿体、过氧化物酶体和线粒体，光呼吸过程中要消耗氧气、能量、[H]，它是卡尔文循环中一个损耗能量的副反应，会抵消约30%的光合作用。光照增强会增加光呼吸消耗的有机物，从而降低了净光合速率。
2.2 光照增强对植物光合速率的影响
光照增强引起温度升高、蒸腾作用增强，叶片细胞失水过多，细胞渗透压升高，引起气孔关闭，导致细胞吸收CO2减少，从而影响卡尔文循环，降低光合作用的暗反应，所以净光合速率降低。光抑制导致光合速率降低，降低净光合速率。
2.3 遮光后，降低光强度对光合速率的影响
在低光照强度时，植物的呼吸作用使消耗的有机物减少，进而增加了光合速率。低光照强度可降低蒸腾作用，细胞渗透压降低，气孔开放，吸收更多的CO2 使光合作用的暗反应增强，进而提高了光合速率，避免强光照射，还会减少叶片、叶绿体、类囊体膜、PSⅡ颗粒或放氧颗粒的光破坏[3-4]。因此，在强光下进行适当的遮光处理，使光照强度接近饱和点，不但不会降低光合速率，反而会使光合速率增加。
3 遮光对植物体内干物质形成的影响
遮光的目的不是单纯地为了减少植物光照的时间，而是为植物的生长创造一个合适的光饱和条件，从而增加植物体内叶绿素的含量，提高光合速率，降低呼吸速率，以达到积累更多有机物的目的。遮光的同时，还可以降低植物生长环境的温度，一般来说，低温有利于植物体内糖类、淀粉类以及植物体内特有的某些物质的积累。如春季和秋季的西红柿口感要比夏季的好，其中一个原因就是春秋季节的光照强度低于夏季，气温也低于夏季，糖类物质得以贮存。
4 参考文献
[1] 李厚华，张万春，葛红心，等.汉中盆地万亩油菜示范片超高产集成配套栽培技术[J].陕西农业科学，2010（2）：215-216.
[2] 祁秀萍，计秀红.油菜高产创建综合栽培技术[J].农业科技与信息，2011（11）：32.
