一、教学目标（基于生物学核心素养）

1.生命观念

○ 通过分析光合作用的光反应和暗反应过程，阐明物质与能量变化的具体过程，形成“结构与功能观”和“物质与能量观”。

○ 理解自养生物与异养生物的区别，认识生物界的统一性与多样性。

2.科学思维

○ 通过分析探索光合作用原理的经典实验（希尔反应、鲁宾和卡门实验、卡尔文实验），运用归纳与概括、演绎与推理等方法，理解科学探究的思路和逻辑。

○ 能够运用模型与建模的方法，构建光合作用过程的图解，并分析外界条件改变时，细胞内相关物质含量的动态变化。

3.科学探究

○ 通过“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验，掌握控制变量、设置对照、观察记录和分析实验结果的基本方法。

○ 能够基于实验数据，提出并分析影响光合作用强度的因素。

4.社会责任

○ 联系农业生产实际，讨论光合作用原理在提高农作物产量等方面的应用，形成关注社会、服务社会的意识。

二、教学重难点

教学重点

a. 光合作用的光反应和暗反应过程的物质变化与能量转化。

b. 影响光合作用强度的环境因素及其在农业生产中的应用。

教学难点

a. 光反应与暗反应的区别与内在联系。

b. 分析环境因素（如光照强度、CO₂浓度）突然改变时，叶绿体中C₃、C₅、ATP、NADPH等物质含量的动态变化。

三、教学方法

讲授法、讨论法、探究法、多媒体辅助教学法

四、教学过程

五、板书设计

六、教学反思

上课！同学们好，请坐！

看着大家精神饱满的样子，今天咱们这堂课肯定能碰撞出很多思维的火花。好，我们一起来学习第5章第4节第2小节“光合作用的原理和应用”。

先来看一段视频，快速了解一下光合作用。

【过渡金句】既然光合作用如此神奇，那它究竟是怎么运作的呢？让我们先从宏观上给它画个“自画像”。

大家看大屏幕，这就是光合作用的标准定义。大家不要觉得这段话枯燥，我们来把它拆解一下。绿色植物就像是一个个微型的“绿色工厂”，它们的“厂房”在哪里？对，就是叶绿体。那这个工厂运转的“动力”是什么呢？没错，是光能。有了厂房和动力，还需要原材料，原料就是二氧化碳和水。经过一番复杂的加工，最终生产出了什么呢？一是储存着能量的有机物，我们通常用(CH₂O)来表示糖类，二是释放出的氧气。

所以，如果用一句话来概括光合作用的实质，那就是：合成有机物，储存能量。大家把这个核心概念在课本上划下来。

【过渡金句】掌握了基本概念，我们是不是就可以直接背诵光合作用的复杂过程了？不，科学的魅力在于探索，接下来，我们要开启一场跨越百年的科学推理之旅。

请大家翻到“探索光合作用原理的部分实验”这一页。在19世纪末，科学界曾有过一个非常天真的猜想。他们认为，既然光合作用的原料是CO₂和H₂O，产物是O₂和糖类，那会不会是CO₂和H₂O直接结合，先脱去一个氧原子变成O₂，剩下的部分直接拼成了甲醛（H-CHO），然后再聚合成糖类呢？

但很快，这个假说就被无情地推翻了。为什么？因为科学家发现，甲醛对植物是有毒害作用的，而且甲醛根本不能通过光合作用转化成糖。这个“死胡同”告诉我们，光合作用的过程绝不像我们想象的那么简单，它肯定有着极其精密的步骤。

【过渡金句】既然旧假说行不通，那氧气到底是从哪里来的呢？1937年，一位英国植物学家站了出来。

他就是希尔。大家注意看屏幕上的这个实验，希尔做了一个非常大胆的操作：他把叶绿体从植物细胞里“请”了出来，放到了试管的悬浮液里，然后加入了铁盐等氧化剂。结果奇迹发生了——试管里冒出了气泡！这就是著名的“希尔反应”。它证明了离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解，产生氧气。

【核心问题链】同学们，科学的探索往往伴随着严谨的逻辑推敲。现在，我要向大家抛出第一个问题（Q1）：希尔的实验说明了水的光解能产生氧气，但这是否意味着，植物光合作用产生的氧气中的氧元素，全部都来自水呢？

我给大家半分钟时间思考一下。

（停顿30秒）

好，我看很多同学都在点头。来，靠窗的这位男生，你来说说你的看法。

“老师，我觉得应该是的。因为实验里只有水，产生了氧气，那氧气肯定全来自水啊。”

这位同学的想法很符合直觉，请坐。但是，大家想一想，希尔反应是在“离体”的叶绿体中进行的，它并没有在完整的植物细胞内进行。这个实验虽然证明了水能产生氧气，但它并没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有直接“看”到氧元素的转移路径。所以，严谨地说，它不能直接证明氧气中的氧元素全部来自水。科学讲究证据，我们不能仅凭一个实验就下定论。

【过渡金句】既然不能直接下定论，那水的光解和糖的合成，到底是不是绑在一起的同一个反应呢？

这就引出了我们的第二个问题（Q2）：希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？大家可以结合刚才提到的“悬浮液”来想一想。

（停顿20秒）

后排的课代表，你平时思维最活跃，你来试试。

“老师，悬浮液里有水，但是没有二氧化碳。没有二氧化碳就不能合成糖，但水还是分解产生了氧气。所以它们应该是分开的。”

总结得非常准确，请坐！大家给他一点掌声！没错，悬浮液里有H₂O，却没有合成糖必需的CO₂。既然没有CO₂，水照样能光解产生氧气，这就暗示着：水的光解并非必须与糖的合成相关联，它们很可能是两个相对独立的反应阶段。希尔反应，为我们揭开光合作用“分步走”的面纱提供了关键线索。

【过渡金句】有了希尔的铺垫，科学家们离真相越来越近了。1941年，两位美国科学家决定用一种“追踪器”来彻底解决这个问题。

【易错点强调】同学们注意，接下来我要问的Q3，是一个经典的“陷阱题”，大家千万不要被常识带偏了。

鲁宾和卡门使用了同位素标记法。他们把氧的同位素¹⁸O分别标记在水和二氧化碳上，然后检测释放出的氧气。请问，根据他们的实验，光合作用释放的氧气中的氧元素，究竟来自水，还是来自二氧化碳？

（停顿15秒）

我听到有同学小声嘀咕“来自二氧化碳”，因为CO₂里有氧啊。来，左边这位女生，你大声说出你的答案。

“老师，我觉得是来自水，因为之前学过……”

很好，你的直觉是对的，但我要听听你的理由。为什么不是来自CO₂？

“因为鲁宾和卡门标记了水的时候，释放的氧气有放射性；标记二氧化碳的时候，释放的氧气没有放射性。”

非常完美，请坐！这正是同位素标记法的魅力所在。这个实验一锤定音地证明了：光合作用释放的氧气中的氧元素，全部来源于水，而并不来源于CO₂。大家以后做题或者思考时，一定要记住这个结论，这是高考和各类考试的高频考点，千万别再想当然地认为氧气来自二氧化碳了！

【过渡金句】搞清楚了氧气的来源，那植物在光下制造氧气的时候，能量又是怎么转化的呢？

1954年，美国科学家阿尔农又有了新发现。他发现在光照下，如果向离体的叶绿体悬液中加入ADP和Pi（磷酸），竟然会产生ATP！更神奇的是，他发现这个ATP的合成过程，总是与水的光解（也就是希尔反应）相伴随的。这就把光能的吸收和ATP的合成联系在了一起。

【过渡金句】原料有了，氧气有了，能量载体ATP也有了，那二氧化碳到底是怎么一步步变成糖类的呢？

这就不得不提20世纪40年代的卡尔文了。他同样使用了同位素标记法，不过这次他标记的是碳。他用放射性¹⁴C标记的CO₂供小球藻进行光合作用，像侦探一样追踪碳原子的去向，最终探明了二氧化碳中碳的转化路径，这就是大名鼎鼎的“卡尔文循环”。

【过渡金句】从希尔到鲁宾、卡门，再到阿尔农和卡尔文，几代科学家接力奔跑，终于拼凑出了光合作用的完整拼图。那么，把这些零散的线索串联起来，光合作用的全过程究竟是怎样的呢？接下来，我们将正式揭开它的神秘面纱。

光合作用过程详解：从光能捕获到有机物合成

同学们，刚才我们跟着卡尔文一起，像侦探一样追踪了碳原子的足迹，发现了神奇的卡尔文循环。那么，整个光合作用过程到底是怎么运作的呢？

【过渡金句】其实，光合作用中氧气的产生和糖类的合成，根本不是同一个化学反应。根据是否需要光能，我们把它概括为两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。

来，我们先看一段动画视频，把这两个阶段在脑子里过一遍，建立个宏观印象。

（播放视频）大家注意看，左边这个像一摞硬币一样的结构，是叶绿体的类囊体薄膜，这里正在上演光反应；右边这片广阔的液体区域，是叶绿体基质，暗反应就在这里悄悄进行。注意看它们之间传递的那些小圆球，那是ATP和NADPH，它们是连接两个阶段的“能量货币”和“还原剂”。

【过渡金句】视频看完了，大家心里有个底了。接下来，我们就把镜头拉近，先来看看光反应阶段这场“能量捕捉战”是怎么打的。

光反应的舞台，就在叶绿体的类囊体薄膜上。这里的条件很苛刻，必须有光、色素和酶，当然还有水。

大家想象一下，类囊体薄膜上排列着许多色素分子，它们就像一排排太阳能板。当阳光照射下来，叶绿素分子吸收了光能，变得非常“兴奋”。这份能量用来干什么呢？用来“劈水”！

水分子（H₂O）在光能的激发下，被分解成了氧和氢离子（H⁺），同时释放出电子（e⁻）。这就是水的光解。释放出来的氧气，就直接作为副产品释放到空气中了，这也是我们呼吸的氧气的来源。

【核心问题链】那么问题来了：水光解产生的电子和H⁺去哪儿了？它们可不是随便乱跑的。

电子会沿着类囊体薄膜上的一系列蛋白质（我们叫它电子传递链）进行传递。在这个传递过程中，H⁺被泵入类囊体腔内，形成了一个浓度差，也就是电化学质子梯度。这就像把水蓄到高处的水库，蕴含着巨大的势能。

当H⁺顺着这个梯度，通过一个叫“ATP合成酶”的通道流回基质时，这股“水流”的能量就驱动了ADP和Pi结合，生成了ATP。这个过程，我们叫它光合磷酸化。

同时，传递到最后的电子，会和基质中的H⁺以及另一种物质NADP⁺结合，生成了NADPH。NADPH是一种强还原剂，我们叫它“还原型辅酶II”。

所以，大家总结一下，光反应阶段发生了两件大事：一是物质变化，水被光解，生成了O₂、ATP和NADPH；二是能量转化，光能转化成了活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中。

【过渡金句】光反应把光能“打包”成了ATP和NADPH，但这只是半成品。接下来，暗反应就要用这些“能量货币”去合成真正的有机物了。

暗反应的舞台，就在叶绿体基质中。这里不需要光，但需要多种酶，当然，还需要光反应送来的ATP和NADPH。

暗反应的核心，就是我们刚才讲过的卡尔文循环。它的第一步，是CO₂的固定。一个CO₂分子和一个C₅（核酮糖-1,5-二磷酸，简称RuBP）结合，在酶的催化下，瞬间生成两个C₃（3-磷酸甘油酸）。

【易错点强调】同学们注意，这里的C₃和C₅是专业名词，C₃指的是3-磷酸甘油酸，C₅指的是核酮糖-1,5-二磷酸，不要写错。

接下来是C₃的还原。在ATP提供能量、NADPH提供还原力的情况下，一部分C₅被还原成了糖类（CH₂O）。另一部分C₃则经过一系列复杂的反应，重新生成了C₅，保证循环能够继续下去。

所以，暗反应的物质变化是：CO₂被固定成C₃，C₃被还原成糖类，同时ATP和NADPH被消耗，变回ADP、Pi和NADP⁺。能量转化则是：ATP和NADPH中活跃的化学能，转变成了糖类等有机物中稳定的化学能。

【易错点强调】这里要特别强调一点：光合作用的产物不只有淀粉！还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植物的根、茎、果实等各个部位，为植物提供能量和构建材料。

【过渡金句】讲了这么多，大家是不是觉得有点晕？没关系，我们趁热打铁，来做个填空题，检验一下刚才的学习成果。

（指向PPT第16页）来，课代表，你来说说第一问。

（模拟学生回答）“阶段Ⅰ是光反应阶段，在叶绿体类囊体薄膜上进行；阶段Ⅱ是暗反应阶段，在叶绿体基质中进行。”

非常好！回答得非常准确，请坐。大家看，这两个阶段的场所一定要记牢，这是高频考点。

来，第二问，A到G分别是什么？左边这位男生，你来说。

（模拟学生回答）“A是H₂O，B是O₂，C是[H]，D是ATP，E是CO₂，F是C₃，G是(CH₂O)。”

完全正确！掌声鼓励一下！大家注意，这里的[H]其实就是NADPH，在有些教材或题目中会用[H]来表示。C是[H]，D是ATP，它们是光反应的产物，也是暗反应的原料。F是C₃，这是暗反应中的关键中间产物。

【过渡金句】看来大家都掌握了物质变化的脉络。但是，如果我们把视角再微观一点，追踪一下原料中各个元素的去向，你会发现一些更有趣的细节，当然，也有一些容易踩的“坑”。

【核心问题链】大家看PPT第17页。我们用同位素标记法来研究。请问：CO₂中的C，最终去了哪里？

（模拟学生回答）“全部转移到糖类物质中。”

没错！CO₂中的碳，100%进入了糖类。这是最清晰的。

那么，H₂O中的H呢？

（模拟学生回答）“有一部分转移到糖类物质中，另一部分转移到产物H₂O中。”

对！水光解产生的H⁺，一部分用于还原C₃生成糖类，另一部分在暗反应中又和氧结合，生成了新的水。所以产物水中的H，来自原料水。

【易错点强调】接下来是陷阱题！CO₂中的O，去了哪里？

（模拟学生回答）“有一部分转移到糖类物质中，另一部分转移到产物H₂O中。”

非常好！CO₂中的氧，确实一部分进了糖类，一部分进了产物水。

那么，原料H₂O中的O呢？

（模拟学生回答）“全部转移到O₂中。”

太棒了！水光解产生的氧原子，两两结合成了O₂，全部释放出去了。所以，我们呼吸的氧气，全部来自水，而不是CO₂！这是同位素标记法最经典的结论，一定要记牢。

【过渡金句】元素去向搞清楚了，接下来我们把光反应和暗反应放在一起，做一个全面的对比。来，我们一起把这个表格填完。

（指向PPT第18页）首先，所需条件。光反应需要什么？

（模拟学生回答）“必须有光，还有水、色素和酶。”

很好。暗反应呢？

（模拟学生回答）“有光或无光均可，需要CO₂和多种酶。”

对！暗反应不直接需要光，但它需要光反应的产物，所以indirectly 还是依赖光的。

进行场所呢？大家一起说！

（模拟学生齐答）“光反应在类囊体膜上，暗反应在基质中！”

非常整齐！物质变化，光反应是哪两个？

（模拟学生回答）“水光解，以及ATP和NADPH的合成。”

暗反应呢？

（模拟学生回答）“CO₂的固定，C₃的还原，还有ATP和NADPH的分解。”

完美！能量转化呢？

（模拟学生回答）“光反应是光能转化为ATP和NADPH中的化学能；暗反应是活跃化学能转化为有机物中稳定的化学能。”

太精彩了！最后，联系。物质上，光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP⁺。能量上，光反应提供活跃化学能，暗反应将其转化为稳定化学能。

大家看，这两个阶段不是孤立的，而是一个紧密耦合、相互依存的整体！

【过渡金句】既然它们是一个整体，那么当外界条件发生改变时，这个系统内部的物质含量就会发生连锁反应。这也是高考最爱考的动态分析题。

（指向PPT第19页）来看第一种情况：光照强度由强变弱，CO₂供应不变。

【核心问题链】大家思考一下：光弱了，光反应会怎样？

（模拟学生回答）“光反应减弱，ATP和NADPH合成减少。”

很好！那么，暗反应中C₃的还原需要ATP和NADPH，现在它们少了，C₃还原受阻，C₃就会积累，所以C₃含量增加。而C₅的再生需要C₃还原，C₃还原慢了，C₅再生就减少，同时CO₂固定还在消耗C₅，所以C₅含量减少。

（模拟学生回答）“所以C₃增加，C₅减少，NADPH和ATP减少，糖类合成量也减少。”

完全正确！逻辑非常清晰！

【易错点强调】来看第二种情况：CO₂量由充足变不足，光照不变。这是最容易错的！

大家想：CO₂少了，CO₂固定这一步就受阻了，C₅消耗减少，所以C₅积累，含量增加。而C₃的生成减少了，但C₃的还原还在继续（因为光反应没变，ATP和NADPH还充足），所以C₃被快速消耗，含量减少。

（模拟学生回答）“所以C₃减少，C₅增加，NADPH和ATP因为消耗减少而积累，含量增加，糖类合成量减少。”

太棒了！大家发现没有，光照和CO₂的影响，对C₃和C₅的作用是相反的！这就是动态平衡的奥秘。

【过渡金句】通过刚才的分析，我们深刻理解了光合作用是一个精密调控的系统。但是，自然界中并非所有生物都能像植物这样，直接利用光能。那么，有没有生物不靠光，也能合成有机物呢？

答案是：有！它们利用的不是光能，而是化学能。这就是我们接下来要学习的——化能合成作用。

化能合成作用与生物营养类型

【过渡金句】刚才我们像侦探一样，把光照、二氧化碳浓度这些“幕后推手”对光合速率的影响摸了个底朝天。但大家有没有想过，如果地球上突然没有了阳光，是不是所有的生命都会立刻停摆呢？其实，在大自然中，还有一群非常硬核的“暗夜行者”，它们根本不需要太阳也能活得滋润。

【核心问题链】1. 既然没有光，这些生物靠什么能量来合成有机物？ 2. 它们与绿色植物在能量来源和物质合成上有什么本质区别？ 3. 根据能量来源的不同，我们该如何给生物界重新“分家”？

同学们，请看大屏幕(PPT第20页)。刚才我们聊了光合作用，那是利用“光能”。但自然界中有一小部分细菌，比如硝化细菌、硫细菌和铁细菌，它们玩的是另一套把戏——化能合成作用。

什么是化能合成作用？简单来说，就是它们利用体外环境中的某些无机物，在氧化时释放出来的化学能，把二氧化碳和水变成有机物。听起来有点抽象？我给大家举个特别震撼的例子。在几千米深的深海热泉口，那里终年不见天日，水压大得能把潜水艇压扁，但那里却生机勃勃，生活着管蠕虫、盲虾等一大群生物。你们猜怎么着？那个生态系统的“底层逻辑”根本不是光合作用，而是这些化能合成细菌！它们利用海底喷出的硫化氢等无机物氧化释放的能量制造有机物，养活了整个深海社区。所以，没有太阳，地球照样有生命，这就是化能合成作用的伟大之处。

好，既然我们已经认识了这两位合成有机物的“大侠”——靠光的光合作用和靠化学能的化能合成作用，那我们就可以给生物界做一个大总结了。（翻到PPT第21页），我们来玩个“找不同”的游戏。

【核心问题链】1. 绿色植物和硝化细菌虽然能量来源不同，但它们在“原料”和“产物”上有什么共同点？ 2. 人类和蘑菇又是靠什么活下来的？它们和植物能归为一类吗？

来，前排这位穿蓝衣服的男生，你来说说看，植物和硝化细菌在吃饭这件事上有什么共同点？

“老师，它们好像都是自己做饭，都不需要吃现成的东西。”

非常准确！请坐。它们都能把无机物变成有机物，我们给这类“自给自足”的生物起个响亮的名字，叫“自养生物”。根据它们获取能量的方式不同，又可以分为两类：像绿色植物、蓝细菌这种靠太阳光吃饭的，叫光能自养生物；像硝化细菌、硫细菌这种靠化学物质吃饭的，叫化能自养生物。记住，不管靠什么，只要是自己合成有机物的，就是自养生物。

那反过来呢？像我们人类，还有家里的宠物猫狗，以及吃剩饭长出来的蘑菇，我们属于哪一类？

“老师，我们属于异养生物，因为我们只能吃现成的食物。”

没错！这位同学反应很快。像人、动物、真菌以及大多数的细菌，它们不能自己制造有机物，只能利用环境中现成的有机物来维持生命，这就是“异养生物”。

【易错点强调】同学们，这里我要特别敲黑板了！考试的时候千万别掉进陷阱里。判断自养还是异养，唯一的标准是“能不能把无机物合成有机物”，而不是“有没有叶绿体”或者“是不是植物”。比如，蓝细菌没有叶绿体，但它是自养生物；而有些细菌虽然长得像真菌，但如果它是硝化细菌，它依然是自养生物。另外，真菌（比如蘑菇、酵母菌）全都是异养生物，千万别把它们和植物搞混了！

好了，大家给这几分钟的高效互动鼓个掌！通过刚才的梳理，我们不仅认识了深海的“化学大厨”，还把生物界的“干饭人”分成了自养和异养两大阵营。

【过渡金句】不过，大自然虽然神奇，但咱们作为新时代的“干饭人”，总不能只靠晒太阳或者吃硫化氢过日子吧？既然我们知道了植物是光能自养生物，那能不能利用这个原理，让农作物长得更好，让大棚里的蔬菜在冬天也能大丰收呢？这就引出了我们接下来的重头戏——光合作用原理的应用！

光合作用强度与影响因素探究

同学们，刚才我们对比了自养生物和异养生物的区别，大家应该都明白了，自养生物之所以能“自给自足”，全靠光合作用这个“超级工厂”。但既然是工厂，就会有产能的高低之分。有的植物长得快、产量高，有的却长得慢、产量低，这就引出了我们今天要探讨的核心概念——光合作用强度。

【过渡金句】从原理走向应用，我们首先要学会如何量化植物的“生产力”。

所谓光合作用强度，其实非常直观，就是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。大家想一想，既然是制造糖类，那这个工厂的产能会受到哪些条件的限制呢？大家可以从原料、动力、设备、催化剂这几个角度来思考。

【核心问题链】1. 光合作用的原料是什么？ 2. 动力来源是什么？ 3. 反应场所和催化剂分别是什么？

来，靠窗这位穿白衣服的男生，你来说说看。

“老师，原料是二氧化碳和水，动力是光能，场所是叶绿体，催化剂是酶。”

非常好，思路非常清晰！请坐。正如这位同学所说，原料CO₂和H₂O的供应、动力光能（包括光照强度、时间和光质）、叶绿体的数量和叶绿素含量，以及酶的多少和活性（比如温度），都会影响光合作用强度。此外，无机营养和病虫害也是不容忽视的因素。那么，既然影响因素这么多，我们在实验室里该如何测定它呢？这就需要我们通过具体的探究实验来寻找答案。

【过渡金句】纸上得来终觉浅，接下来让我们化身植物生理学家，用实验来揭开环境因素影响光合作用的面纱。

请大家把课本翻到探究实践这一部分。我们今天的实验目的是探究光照强度对光合作用强度的影响。大家看实验桌上的材料：新鲜的菠菜叶、打孔器、注射器、5W的LED台灯、1%的NaHCO₃溶液等。

这个实验的原理非常巧妙，我们需要利用“叶片上浮法”来判断光合强度。首先，我们要用打孔器避开大叶脉打出小圆片，然后用注射器抽气，降低内部气压，把叶肉细胞间隙里的空气排出来，让叶片沉入水底。接着，我们在含有NaHCO₃溶液的小烧杯中放入叶片，分别用强、中、弱三种光照（距离光源10cm、20cm、30cm）进行处理。随着光合作用的进行，叶片会产生氧气，氧气在细胞间隙积累，浮力增大，叶片就会上浮。所以，单位时间内浮起的叶片数量，就代表了光合作用的强度。

【易错点强调】大家注意，打孔时一定要避开大叶脉，否则叶肉细胞少，产生的氧气不足以让叶片上浮！另外，抽气时要捏紧注射器前端，慢慢回抽活塞，不要用力过猛把叶片抽碎了。

现在，给大家两分钟时间，结合刚才的实验原理，预测一下这三种光照条件下，叶片上浮的速度和数量会有什么不同？同桌之间可以小声讨论一下。

好，时间到。我听到第三组讨论得很激烈，请你们派个代表来说说你们的预测。

“我们组认为，距离光源10cm的光照最强，叶片上浮最快、数量最多；30cm的光照最弱，上浮最慢；20cm的在中间。”

非常准确的预测！完全符合我们的预期。光照越强，光反应阶段产生的氧气越多，叶片上浮自然就越快。大家课后可以按照这个步骤认真操作，并如实记录数据。除了光照，我们还可以利用这套装置，通过改变NaHCO₃溶液的浓度来探究CO₂浓度的影响，或者通过水浴加热来探究温度的影响。

【过渡金句】实验让我们有了直观的感性认识，接下来，我们要把数据转化为曲线，用理性的数学模型来深度剖析这些影响因素。

请大家看大屏幕上的光照强度影响曲线（PPT第30页）。这是一条非常经典的曲线，也是高考的高频考点，大家务必拿出笔，在书上做好标记。

【核心问题链】1. A点、B点、C点分别代表什么生理状态？ 2. AB段和BC段的限制因素分别是什么？

我们先看A点。此时光照强度为零，植物只进行什么作用？对，只进行细胞呼吸。所以A点的CO₂释放量，就代表了植物的呼吸强度。

随着光照逐渐增强，我们来到了B点。B点非常特殊，此时光合作用吸收的CO₂量刚好等于呼吸作用释放的CO₂量，我们称之为“光补偿点”。在AB段，光合速率小于呼吸速率；而在B点之后，光合速率开始大于呼吸速率。

继续增强光照，我们来到了C点。此时光合速率达到了最大值，不再随光照增强而增加，这个点叫“光饱和点”。大家思考一下，为什么到了C点之后，光照再强也没用了？

“因为叶绿体中的色素和酶已经全部饱和了，达到了工作极限。”

说得太对了！就像工厂的机器全开到了最大马力，这时候你再给它送更多的原料（光能）也没用。所以，在光饱和点之前，光照强度是限制因素；而在光饱和点之后，CO₂浓度、温度等就成了新的限制因素。

【过渡金句】掌握了基本曲线，我们还要学会应对出题人设置的“曲线移动”陷阱。

（翻到PPT第31页）如果环境条件改变，使光合作用增强，比如提高了CO₂浓度或温度，这条曲线会怎么移动？大家想象一下，光合能力变强了，是不是在较弱的光照下就能达到补偿点？所以光补偿点会左移；同时最大产能提高了，光饱和点会右移，D点（最大净光合速率）会上移。反过来，如果图示是阳生植物，让你画阴生植物的曲线呢？阴生植物适应弱光环境，它的光补偿点和光饱和点都会比阳生植物低，曲线整体向左下方移动。

【易错点强调】这里有一个极易混淆的概念！我们刚才通过叶片上浮法观察到的O₂产生量，其实是O₂的“释放量”，也就是净光合速率，它并没有包含呼吸作用消耗掉的那部分O₂。实际光合作用产生的O₂量= 释放量 + 呼吸消耗量。做题时，看到“产生”、“合成”、“固定”通常指实际光合；看到“释放”、“吸收”、“积累”通常指净光合。大家一定要擦亮眼睛！

【过渡金句】理论最终要服务于实践，我们研究光合作用，归根结底是为了让农作物增产。

在农业生产中，农民伯伯是怎么利用这些原理的呢？比如，为了提高光能利用率，他们会采用间作套种、合理密植来增加光合面积；通过轮作来延长光合时间；温室大棚会使用无色透明的玻璃，让所有波长的光都能透过；同时还要注意防止营养生长过强，避免“只长叶子不结果”。

【过渡金句】除了光照，CO₂浓度和温度也是决定光合产量的关键“阀门”。

大家看CO₂浓度影响曲线。A点是CO₂补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO₂浓度；A’点是进行光合作用所需CO₂的最低浓度；B和B’点则是CO₂饱和点。这和光照曲线的逻辑是完全一致的。

再看温度影响曲线。光合作用是一系列酶促反应，所以受温度影响极大。在最适温度（B点）时，酶活性最强，光合强度最大。低于最适温度（AB段），随温度升高而加强；高于最适温度（BC段，酶活性降低甚至失活，或者高温导致气孔关闭），光合强度就会下降。

【过渡金句】掌握了单一因素，我们还要学会分析自然界中多因素交织的复杂情况。

请大家看这道经典考题：夏季晴朗白天，某植物光合作用强度的日变化曲线。大家会发现，曲线并不是平滑的，而是在中午出现了一个明显的凹陷，我们称之为“午休”现象。

【核心问题链】①7-10时为什么增强？ ②10-12时为什么减弱（午休）？ ③14-17时为什么下降？

7-10时，随着太阳升起，光照强度逐渐增大，光合速率自然增强。但是到了10-12时，气温过高，植物为了减少水分散失，大量关闭气孔。气孔一关，CO₂进不来，暗反应受阻，光合速率就会下降。到了14-17时，太阳西斜，光照强度不断减弱，光合速率随之下降。

所以，夏季晴天光合作用的限制因素主要是光照强度和温度。为了提高产量，我们可以采取补光、遮阴、喷淋降温等措施。

【过渡金句】最后，我们来盘点一下光合作用这座工厂所需的“硬件设施”——矿质元素和水。

矿质元素中，N是光合酶、NADP+和ATP的重要组分；P不仅是NADP+和ATP的组分，还能维持叶绿体正常结构；K能促进光合产物向贮藏器官（比如果实、种子）运输；Mg是叶绿素的核心元素。当然，水不仅是原料，还是化学反应的介质，缺水会导致气孔关闭，间接影响CO₂进入。

【过渡金句】千言万语汇成一句话，让我们把今天所学的所有增产措施做一个系统的总结。

大家可以看PPT上的总结表格： 1. 延长光合时间：温室人工光照、提高复种指数（轮作）。 2. 增加光合面积：合理密植、间作套种。 3. 控制光照：大棚用无色薄膜，人工补光用红光/蓝紫光。 4. 控制温度：增大昼夜温差（白天升温促光合，夜间降温抑呼吸，减少消耗）。 5. 控制CO₂：通风、增施农家肥、使用CO₂发生器。6. 控制矿质元素：适时适量施肥。 7. 控制水分：合理灌溉。

【过渡金句】理论的大厦已经建成，接下来就是检验大家实战能力的时候了。

大家把这些增产措施的核心关键词记在笔记本上。现在，我们一起来做几道针对性的题目，看看大家能不能把这些曲线图和农业生产实际完美结合起来。

光合作用实战演练与课堂总结

同学们，刚才我们总结了那么多农业生产上的增产措施，其实说到底，就是帮植物把光合作用的“工厂”开得更好、效率更高。那光说不练假把式，咱们学了这么多，到底掌握得怎么样呢？接下来，咱们进入“小试牛刀”环节，看看大家是不是真的能把这些知识变成解题的“金钥匙”。大家把课本先合上，看大屏幕。

【过渡金句】纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。咱们马上进入实战演练，看看谁能又快又准地拿下这些“拦路虎”。

(翻到PPT第40页)先看判断题。（1）光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。这个咱们在鲁宾和卡门的实验里讲得清清楚楚，对不对？同位素标记法证明，氧气里的氧全来自水，所以这题打勾，完全正确。（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。哎，我听到有同学在小声嘀咕了。来，课代表，你来说说你的想法。“老师，我觉得暗反应叫‘暗’反应，应该是在黑暗里进行的吧？”哈哈，课代表很诚实，说出了很多同学的直觉。但是大家想想，如果植物晚上没有光反应提供ATP和NADPH，暗反应拿什么去还原三碳化合物？暗反应之所以叫“暗”反应，是因为它不需要光直接参与，而不是说它只能在黑暗中进行。实际上，只要有光反应提供的“粮草”，它在白天照样干得热火朝天。所以这题是错的，大家千万别被名字给忽悠了。

【核心问题链】光反应和暗反应真的是绝对割裂的两个过程吗？它们之间是如何相互依存的？

（3）影响光反应的因素不会影响暗反应。这题也是错的。大家顺着刚才的思路想，光反应是暗反应的“后勤部”，如果光照减弱，光反应产生的ATP和NADPH少了，暗反应还能正常运转吗？肯定受影响啊。所以，光反应和暗反应是紧密相连的整体。

接下来看第2题，用¹⁴C标记CO₂追踪碳原子的转移途径。卡尔文循环咱们刚复习过，二氧化碳先和五碳化合物结合，生成两个三碳化合物，然后三碳化合物再被还原成糖类。所以途径是CO₂→三碳化合物→糖类，选D，非常标准。

【过渡金句】基础概念咱们已经扫清了障碍，接下来这道题，可是个“陷阱”，大家可得瞪大眼睛，别掉坑里。

(翻到PPT第41页) 第3题。这道题考查的是鲁宾和卡门实验的变式，用¹⁸O分别标记二氧化碳和水。题目问的是“描述不正确的是”，选项C说结论是物质A和物质B的分子量之比为9∶8。这道题有不少同学选了别的，来，后排靠窗的那位男生，你当时是怎么想的？

“老师，我觉得水分子量是18，二氧化碳是44，如果氧被标记了，分子量肯定变，我就随便选了个比例……”

谢谢你的坦诚！大家注意，这道题的陷阱就在于“分子量之比”。同位素示踪实验的目的是追踪“氧原子的去向”，而不是去算分子量的比值。鲁宾和卡门的伟大之处在于证明了氧气来源于水，而不是去研究什么9∶8的比例。这种把实验目的偷换概念成数学计算的选项，是出题人最爱挖的坑。以后看到这种看似精确的数字比例，先打个问号，想想它是不是偏离了生物学实验的本质。

【易错点强调】做同位素示踪题，永远要回归实验目的！不要陷入无关的数学计算中。记住，我们追踪的是元素的“轨迹”，不是分子的“体重”。

【过渡金句】躲过了分子量的坑，咱们再来看看碳原子的转移途径，这道题的陷阱藏得更深。

(翻到PPT第42页) 第4题。有关光合作用的叙述，错误的是哪个？选项C说暗反应中¹⁴C的转移途径是¹⁴CO₂→¹⁴C₃→¹⁴C₅→(¹⁴CH₂O)。乍一看，好像没毛病啊？来，学习委员，你给大家剖析一下。

“老师，二氧化碳固定后变成C₃，C₃还原成糖类，中间确实经过了C₅的参与，我觉得没错啊。”

学习委员的分析很有代表性。大家注意，C₅在这个过程中的角色是什么？它是“载体”，是“催化剂”！二氧化碳和C₅结合生成C₃，然后C₃经过一系列反应，最终又生成了C₅。C₅是被循环利用的，它本身并没有被标记的碳原子直接“转化”成糖类。标记的碳原子是从CO₂进入C₃，然后直接进入糖类。所以正确的途径应该是¹⁴CO₂→¹⁴C₃→(¹⁴CH₂O)，中间不应该出现¹⁴C₅。这个选项把“参与者”当成了“产物”，这就是典型的偷换概念。

【核心问题链】在卡尔文循环中，C₃和C₅的角色分别是什么？为什么标记的碳不会出现在C₅中？

【易错点强调】C₅是二氧化碳的“受体”，它在反应中被消耗，但同时又被再生，总量保持动态平衡。标记的碳原子只会沿着“CO₂→C₃→糖类”这条路走，绝不会跑到C₅里去。

【过渡金句】静态的途径咱们搞清楚了，那如果环境突然发生变化，这些物质会怎么变呢？咱们来点动态的。

看PPT第42页的第5题。突然停止光照，短时间内C₅和NADPH怎么变？这题选C，五碳化合物减少，NADPH减少。大家不用急着记答案，咱们一起推导一下。停止光照，光反应立刻“罢工”，NADPH和ATP是不是马上减少？没错。那暗反应呢？C₃的还原需要NADPH和ATP，现在“粮草”断了，C₃还原受阻，C₃就会堆积。而C₃还原受阻，意味着再生C₅的过程也停了，但二氧化碳的固定还在短暂进行，还在消耗C₅。来源断了，消耗还在，C₅能不减少吗？所以，C₅减少，NADPH也减少。

【核心问题链】当外界条件改变时，如何快速判断C₃、C₅、ATP、NADPH的含量变化？记住“来源与去路”分析法！

【过渡金句】单一条件的改变咱们能分析了，那如果是综合性的环境胁迫呢？比如干旱，植物会怎么应对？

(翻到PPT第43页) 第6题。干旱处理对黄瓜植株光合作用的影响。这道题的正确答案是D，该植株的根系将变得发达。咱们用“条件改变→物质变化→光合强度变化”的框架来分析。干旱，首先影响的是什么？水分！植物缺水，根细胞为了吸水，溶质浓度必须增大，吸水能力增强，所以A选项说吸水能力减弱是错的。缺水导致气孔开度减小，CO₂进不来，暗反应减弱，B选项说暗反应增强也是错的。既然暗反应减弱，C₃的生成减少，但C₃的还原还在进行，C₃含量应该减少，C₅消耗减少但来源不变，C₅含量应该增加，所以C选项说C₅减少也是错的。最后看D，植物在干旱环境下，为了寻找更多的水分，根系自然会向深处、向更广的地方生长，变得发达，这是植物的适应性特征。

【核心问题链】面对环境胁迫，植物是如何通过形态和生理的双重调整来维持生存的？

【易错点强调】分析干旱影响时，不要只盯着叶片和气孔，植物的整体适应性（如根系发育）也是重要的考点。生物学讲究“结构与功能相适应”，干旱促使根系发达，正是这一原理的体现。

【过渡金句】从单一因素到综合胁迫，咱们已经能应对自如了。接下来，咱们挑战一下光合作用曲线图，这可是高考的“常客”。

(翻到PPT第44页) 第7题。曲线a是最适温度和CO₂浓度恒定条件下的光合曲线，B点改变条件后变成曲线b。问改变了什么条件。B点之后，光照强度还在增加，但光合速率不再上升了，说明什么？说明光照已经不是限制因素了，这时候限制因素是CO₂浓度或温度。题目说温度是最适，不能再升了，那只能是增加CO₂浓度，选C。A选项说提高温度，最适温度下再升温，酶活性下降，光合速率应该降低，曲线应该往下走，而不是往上。B选项说光照不再是限制因素，这没错，但这不是“改变的条件”，这是B点之后的“状态”。D选项说增加酶的数量，酶的数量是植物自身的属性，不是环境因素，咱们改变不了。

【核心问题链】如何从曲线图中识别“限制因素”？当曲线达到平台期时，限制因素一定在曲线之外！

【过渡金句】最后一道曲线题，咱们来看一个非常经典的“光合午休”现象。

(翻到PPT第45页) 第8题。夏季晴朗白天的光合曲线，描述错误的是哪个？选C，DE段变化的主要原因是温度。咱们用刚才的框架来分析。AB段是早晨，光照逐渐增强，光合速率跟着上升，A正确。BC段是中午，温度太高，植物为了保水，气孔关闭，CO₂进不来，暗反应减弱，出现“午休”，B正确。DE段是下午，太阳西斜，光照强度减弱，光反应减弱，光合速率下降，所以主要原因是光照减弱，而不是温度。C选项说主要原因是温度，这就错了。D选项说限制因素有光照、温度、CO₂，这完全正确，这三个因素在一天中都在动态变化。

【核心问题链】“光合午休”现象的本质是什么？它是植物在极端环境下的一种自我保护机制！

【易错点强调】分析曲线时，一定要结合生活常识和生物学原理。中午的光合下降，不要想当然地认为是温度直接抑制了酶活性，在大多数情况下，气孔关闭导致的CO₂供应不足才是主因。

【过渡金句】好，同学们，经过这一轮高强度的实战演练，我相信大家对光合作用的理解又上了一个台阶。咱们来做个简短的总结。

今天这节课，我们从光合作用的发现历程，一路走到光反应和暗反应的物质与能量变化，再到环境因素对光合速率的影响，最后通过增产措施和习题演练，把知识落到了实处。大家要记住，光合作用不是一个孤立的反应，它是一个精密的、动态的、与环境紧密互动的系统。解题时，永远要抓住“条件改变→物质变化→光合强度变化”这条主线，用“来源与去路”分析法去推导，而不是死记硬背。

【过渡金句】光合作用的篇章暂时告一段落，但细胞的生命之旅还在继续。

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