细胞的能量供应利用【推荐】

本实验的地位和作用

光合作用是高中生物学习的重点和难点内容。叶绿体是光合作用的场所，做好叶绿体中色素的提取和分离实验，有助于学生理解光合作用色素的种类和作用、加强学生对光合作用的理解和掌握。

创新动机

在提取叶绿体中色素时要用到丙酮，进行色素分离时要用层析液。丙酮和层析液有很强的挥发性，学生在进行实验的过程中难免会吸入一定的挥发性物质，对身体健康产生影响。所以，本实验要求在通风的条件下进行，实验结束后一定要用肥皂将手洗净。因此，许多教师希望能通过改进实验，降低有毒物质的挥发，保护学生的身体健康。

新教材实验存在的问题及分析

1、新教材中实验的原文是：“将3ml层析液倒入试管中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注意不能让滤液细线触及层析液。”

2、假如我们按照新教材中的实验要求操作，将3ml层析液倒入不同型号大小的试管中，就会看到下面的现象，层析液的高度都会超过1cm，滤液细线会触及层析液而导致实验失败。

3、建议教材做如下改进：“将适量的层析液倒入试管中”。

改进一：自制密闭式色素分离器

实验装置如下图所示

操作步骤：

1、实验前教师用注射器预先吸取适量的层析液。

2、色素分离时将底座倒入适量的水。

3、将画好滤液线的滤纸条用夹子夹好，罩上罩子。

4、用注射器缓缓推入预先吸取的层析液。注意：不能让层析液触及滤液线。

5、色素分离后，及时用注射器将层析液吸回，进行观察。

改进二：简易色素分离装置

实验装置如图所示

操作步骤：

1、将画好滤液线的滤纸条插入胶塞的切口处。

2、将3ml层析液倒入锥形瓶中，将有滤纸条的胶塞插入锥形瓶中。

3、色素分离后，及时将滤纸条取出，待滤纸条干燥后进行观察。

三种色素分离装置的对比

实验装置

优点

缺点

用烧杯进行色素分离

操作简单

层析液的挥发量较大，对学生的身体健康产生不利影响。

用试管进行色素分离

可减少层析液的挥发

需试管架固定，层析液的量不好控制。

自制密闭式色素分离器

操作简单，美观大方，经久耐用，色素分离和观察的全过程在密闭容器内进行，防挥发性能强。

没有现成的设备，需要重新生产、配置。

简易色素分离装置

①比用试管操作简单、容易固定；

②层析液的挥发量比用烧杯小很多。

③可用现成的设备组装，立即推广。

必须将滤纸条取出干燥，只能一定程度降低有毒气体挥发。

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【阅读】

光合作用与粮食产量的关系

影响光合作用的因素与生产实践有着极大关系，对此我们要给予足够重视。影响植物光合作用的因素很图552多，主要的有光照强度和光照时间、环境中二氧化碳的浓度、温度以及土壤中的水肥条件等。这些因素中，任何一种因素的改变都将影响光合作用的进行。例如，当光照强度提高时，光合速率也随之增加；当光照强度减弱时，光合速率也随之下降。两者的关系如右图所示。

在a点时，植物进行光合作用所吸收的二氧化碳与它呼吸时所释放的二氧化碳相等，此时植物的光合速率=呼吸速率，二者处于动态平衡；如果光照强度低于a时，光合速率＜呼吸速率，植物不仅不能积累有机物，相反还要消耗体内原有的有机物；只有当光照强度高于a点时，植物的光合速率随光照强度的增强而提高。但当光照强度到达一定程度时，光合速率的提高幅度减缓，最后达到一定限度（b时），就不再提高。（虚线表示真正光合速率；实线表示表观光合速率，它是真正光合速率与呼吸速率之差。）

耐阴植物的最大光照强度为5000～10000lx；阳生植物中的c3植物需要的最大光照强度大约是30000～50000lx；而c4植物甚至达到100000lx时，光照强度还未达到最高。

温度和光合作用的关系也非常密切，不过温度对光反应影响小，而暗反应明显地受温度的影响和制约，这主要是因为暗反应是一系列的酶促反应。

温度和光合作用强度的关系如图553所示：a点为植物进行光合作用的最低温度，不同植物的最低温度不同，如热带植物大约为5～7℃，高粱和玉米大约为5～10℃，而地衣为-20℃。在最低温度时，植物的光合作用几乎不能进行。从a→b，随温度的升高，植物的光合作用不断增强，但当温度升高到一定程度时（如b），植物的光合作用强度不再提高，则此时的b点温度为植物进行光合作用的最适温度。不同植物的最适温度不一样，通常c4植物比c3植物有较高的最适温度范围，如c4植物中的高粱最适温度为40～45℃，而c3植物水稻的最适宜的温度为18～32℃。当温度从b→c时，光合作用迅速下降，c点为植物光合作用的最高温度。c3植物光合作用的最高温度范围比c3植物要高，如c4植物一般在50～60℃，而c3植物一般在40℃以下。(a表示最低温度，b表示最适温度，c表示最高温度。）

【探究】

1.探究影响酶催化效率的因素

设计实验，探究（酶浓度、温度、ph或底物）对酶催化效率的影响。尝试绘出以上各种不同因素影响酶催化效率的坐标曲线图。

2．探究影响光合作用的因素

设计实验，探究（光、二氧化碳浓度或温度等）影响光合作用的因素。根据探究实验的有关要求，写出实验设计方案及相应的结果预测。

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1.在正常条件下进行光合作用的某植物，当实验改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内五碳化合物含量实然上升，则改变的条件是（）。

a.停止光照b．停止光照并降低二氧化碳浓度c．升高二氧化碳浓度d．降低二氧化碳浓度

2.右图是验证水生绿色植物光合作用的实验装置图，锥形瓶内装天然水和新鲜水草，瓶口用带有导管的橡皮塞塞紧，烧杯内为30℃左右的水，在光照充足的情况下，最初一段时间内，u形管内左侧液面的高度变化和锥形瓶中液体的ph变化分别是（）。

a．升高、升高b.升高、降低c．降低、升高d．降低、降低

3.右图是在不同温度条件下测定某种植物光合作用与细胞呼吸强度绘制成的曲线，试问在光照强度不变时，对植物生长最有利的温度是（）。

a.t0～t1b.t1～t2c.t2～t3d.t3～t4

4.下列关于酶的叙述中，不正确的是（）。

a.酶是具有催化能力的蛋白质或rna

b.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物

c.食物的消化过程需要酶催化，而细胞内的其他化学反应不需要酶催化

d.绝大多数的酶是蛋白质，少数的酶是rna

5.哪种生物的细胞能进行下列两个化学反应？（）

c6h12o6+6o26co2+6h2o+能量c6h12o62c2h5oh+2co2+能量

a.硝化细菌b.乳酸菌c.酵母菌d.绿藻

6根据下图回答下面的问题：

(1)写出图中①～④的生理过程名称。

①，②，③，④；

（2）写出a～d的能量来源。

a，b，

c，d；

（3）能量c的去路是；

（4）编号①和④、③和④是否可以表示同一种生物？举例说明。

7.右图表示一个研究光合作用的实验。实验前溶液中加入［h］、atp、磷酸盐、叶绿体等。实验时按图示控制的条件进行，并不断测定有机物的合成速率，用此数据绘成曲线，请你用已学过的知识解释曲线形成的原因。

(1)ab段。

（2）bc段。

（3）cd段。

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1.学习目标

（1）简述atp的化学组成和特点。

（2）写出atp的分子简式。

（3）解释atp在能量代谢中的作用。

（4）比较atp与adp的异同；理解atp与adp的相互转化的意义。

（5）解释atp的形成途径。

2．学习建议

（1）首先，要结合atp的分子结构正确理解atp在能量代谢中的地位。atp是小分子有机物，能迅速到达所需部位；与一般化学键相比，atp中的高能磷酸键水解时能迅速释放出更多的化学能，决定了atp供能的快速、高效；自然选择过程中之所以“选中”atp作为生命活动的直接能源物质，是因为atp既解决了线粒体“产能”和细胞各处都要“用能”的矛盾，又解决了能量在糖类、脂肪等物质中“稳定储存”和细胞代谢需要“灵活利用”能量的矛盾，所以atp在能量代谢的过程中扮演“能量流通的货币”的角色。

可以通过形象的比喻，与其他能源物质在代谢中的地位加以比较，加深对atp在能量代谢中的作用的认识：atp是细胞能量流通中的“小额现金”，糖类物质是常用的随时支取的大量“信用卡”，而脂肪则是“定期存款”，蛋白质则相当于“不动房产”，不到万不得已时，不能“出售兑现”。

（2）其次，正确理解atp与adp的相互转化在细胞代谢过程中的“动力核心”地位。学习过程中要从反应条件、反应时间、合成与分解的场所、能量的来源和去路等方面总结atp与adp的循环过程。

①从反应条件上看：atp的分解是一种水解反应，催化反应的酶属于水解酶类；而atp的合成是一种合成反应，催化该反应的酶属于合成酶类。前后反应条件是不同的。

②从反应时间上看：atp的合成与atp的分解并不是同时发生的。总的来说，细胞中能量供应充足时，更多地发生atp的合成反应；细胞中耗能反应多时，更多地进行atp的水解反应。

③从atp合成与分解的场所上看：atp合成的场所在细胞质的基质、线粒体和叶绿体；而atp分解的场所在细胞膜（用于主动运输）、叶绿体基质（放出的能量储存在合成的有机物中）、细胞质的基质、细胞核（用于dna复制和rna的转录）等等。显然上述反应不是在同一场所进行的。

④从能量的来源和去路上看：atp水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成atp的能量，主要来自细胞呼吸过程中有机物分解释放出的化学能，以及光合作用过程中光能的转化。

因此，atp与adp的相互转化并不表示化学上的可逆反应。

（3）第三，可查阅相关资料，联系前面学习的原生质中各种化合物所占的相对百分值，atp在原生质中各种化合物的含量“排行榜”上“挂不上号”，含量甚少。再通过有关的数据建立鲜明的感性认识：一般地说，atp在细胞内形成后不到1min的时间就要发生转化，这样累计下来，生物体内atp转化的总量很大，例如一个成年人在静止的状态下，24h内竟有40kg的atp发生转化。这组数据有助于正确理解atp在细胞中的含量虽少却能作为生命活动的直接能源物质的原因。

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（第2课时）

一、教学目标的确定

课程标准的要求是：简述细胞膜系统的结构和功能，举例说出几种细胞器的结构和功能。活动建议是：观察线粒体和叶绿体。依据上述要求和建议，本节教学目标确定了知识方面的目标“举例说出几种细胞器的结构和功能”“简述细胞膜系统的结构和功能”。还制定了技能方面的目标“制作细胞临时装片，使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体”。这主要是帮助学生加强对细胞微观结构的认识。鉴于本节内容十分突出结构与功能相适应的观点、部分与整体相统一的观点，还制定了相应的情感目标，以利于对学生进行辩证唯物主义教育。

二、--思路

关于细胞的结构和功能等微观水平的内容，离学生的生活经验较远，学习起来有一定的难度和挑战性。因此教学过程既要突出学生的主动参与，又要强调教师的主导。教学内容要增加直观性，促进学生的理解。下面是本节的第2课时“细胞器之间的协调配合”“细胞的生物膜系统”教学的设计思路。

三、教学实施的程序

学习阶段

教师组织和引导

学生活动

教学意图

复习旧知，引起注意

导学

主动探索，获得知识

加工信息，建立知识间的联系

概括反馈

质疑：“核糖体、内质网、高尔基体都与蛋白质合成有关，它们之间有什么关系吗？科学家是怎样研究这个问题的呢？”

介绍帕拉德对“分泌蛋白合成和运输”的设想、采用的科学方法和实证研究过程。

引导学生独立或小组合作完成资料分析。

选择有代表性的学生发言，总结出分泌蛋白合成的场所、运输的过程及能量的供给。

提问：在分泌蛋白合成和运输过程中，有哪些膜结构参与？

引导观察分泌蛋白运输到细胞外的过程示意图。

讨论：有哪些膜结构参与了分泌蛋白的合成和运输？

引导观察：内质网膜与细胞膜、核膜有什么关系？

引导学生总结：生物膜系统的组成和作用。

小结：细胞器在细胞生命活动中的作用。强调细胞作为基本的生命系统，正是通过细胞中各种结构（包括细胞器）在结构上的联系、在功能上的协调配合而形成统一整体的。

观察并回答问题，简要说出细胞组成及核糖体、内质网、高尔基体都与蛋白质合成有关。

倾听，获取科学研究的过程和方法。

分析讨论“分泌蛋白的合成和运输”，注意膜结构的重要性。

结合各种细胞器协调配合合成蛋白质的过程，思考回答问题。

描述分泌蛋白运输到细胞外的过程。

明确内质网、囊泡、高尔基体、细胞膜参与了分泌蛋白的合成和运输。

观察内质网膜与细胞膜、核膜相互联系的图解，理解细胞内膜结构间的关系。

明确细胞器膜、细胞膜、核膜等膜结构构成了生物膜系统，以及在细胞生命活动中的作用。

举例说出在细胞内细胞器的分工合作。

完成练习。

在学生学习的基础上进入新内容的学习。

创设问题情境，激发兴趣。

使学生认同科学研究成功的要素──探索精神、理性思维及技术手段的支持。

强调膜结构的重要性，为建构生物膜系统的概念奠定基础。

充分利用教材中的图解，引导学生通过观察、讨论、归纳获得知识。

师生共同讨论，进一步掌握知识要点。

了解学习情况，及时调整教学。

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