师：同学们，今天我们一起复习光合作用与能量转化。这是本节课的学习目标：深入理解光合作用的基本概念和原理，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面提升学科素养。
地球上最重要的化学反应是光合作用，为什么呢？太阳光能的输入、捕获和转化是生物圈得以维持运转的基础，而光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。诞生之初的地球没有生物能够生存，原始大气中也没有游离氧。34亿年前的化石表明，蓝细菌是最早开始光合作用的生物体。通过蓝细菌和植物长期的光合作用，地球原始大气逐渐进化成现在富含游离氧的大气。未来人类可能面临粮食短缺和能源危机，这些问题能否从光合作用的原理中得到启示呢？在每年高考中，有关光合作用的题目占比很大，所以掌握好这节知识很重要。
这一节主要包括光合作用的结构基础、原理及其应用三大部分。第一部分光合作用的结构基础，核心知识是色素和叶绿体。围绕这两个核心点，有绿叶中色素的提取和分离，还有恩格尔曼的实验。第二部分光合作用的原理，这是本节的内核，其中光反应和暗反应最为核心。围绕这两个核心点，有相关的光合作用科学史实验以及光合作用本质等内容。第三部分光合作用原理的应用，核心点是影响光合作用强度的因素，有探究环境因素对光合作用强度影响的实验，并在此基础上指导生产实践。
接下来我们详细梳理核心知识点，复习过程中尽量构建围绕某个核心知识点的小网络，做到网络结构化。为什么叶绿体适合进行光合作用呢？同学们可以从叶绿体的形态结构特点中找答案，因为形态结构决定功能，结构与功能相适应。我们在显微镜下观察叶肉细胞，能看到叶绿体呈绿色，扁平椭球或球形，分布于细胞质中。蓝细菌能进行光合作用，却没有叶绿体，为什么呢？通过电子显微镜观察，叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒，每个基粒由许多类囊体堆叠而成，基粒之间充满基质。认识了叶绿体的结构组成，我们进一步分析其结构特点。叶绿体的双层膜无色透明，类囊体膜上分布有四种光合色素，光可以透过双层膜照射到内部，被光合色素吸收。在基质中和类囊体薄膜上分布有进行光合作用必需的酶。叶绿体十分显著的特点是类囊体的膜结构发达，众多的基粒和类囊体极大地扩展了吸收光能的面积。
光合作用的物质基础是什么呢？分析蓝细菌，其细胞中没有叶绿体结构，但能进行光合作用，因为细胞内部存在光合色素（藻蓝素和叶绿素）以及与光合作用相关的酶。所以进行光合作用最关键的物质是光合色素和与光合作用相关的酶。叶绿体和线粒体有哪些共同特点呢？与线粒体比较，它们都是双层膜结构的半自主复制的细胞器，都有少量的DNA和RNA。叶绿体是合成有机物、转换光能的神奇机器，线粒体是分解有机物、释放能量的美妙机器，它们都是神奇的能量转换器。
光合色素是进行光合作用的关键物质，绿叶中有哪些色素呢？我们复习怎样提取和分离绿叶中的色素。提取色素的方法是过滤法，原理是绿叶中的色素能溶解于有机溶剂无水乙醇中，过程为加入无水乙醇研磨过滤，即可提取得到绿色的色素溶液。提取出来的色素溶液含有多种色素，分离这些色素常用纸层析法，原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，它们随层析液在滤纸上的扩散速度也不同，从而把混合色素分离开来。
操作步骤中有哪些注意事项呢？过滤前要研磨破碎细胞，加少量二氧化硅可加速充分研磨破碎细胞，在此过程中加入的白色粉末碳酸钙起什么作用呢？碳酸钙能中和细胞液中的有机酸，起到保护叶绿素的作用。来看实验结果，在滤纸条上可观察到4条色素带，自下而上依次是黄绿色的叶绿素b、蓝绿色的叶绿素a、黄色的叶黄素、橙黄色的胡萝卜素，它们的含量有较大区别，其中叶绿素占比3/4。大家想想为什么叶片一般是绿色的？为什么秋天叶子变黄了？这些都与叶片中的色素种类、含量及其变化相关。色素有什么功能呢？可见光透过三棱镜可获得光谱，把分离得到的不同色素溶液放在光与三棱镜之间，可获得相应色素的吸收光谱。从不同色素的吸收光谱可知，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，叶绿素b的吸收峰值高于叶绿素a。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。色素分子有序排列在类囊体薄膜上，光照射到类囊体薄膜，一些色素分子可吸收光能并传递，最后传递给一些特殊的叶绿素a分子，这些叶绿素a分子能够转换光能。归纳起来，光合色素的功能是吸收、传递和转换光能。要注意，植物液泡中的色素为花青素，花青素不能参与光合作用。思考一下，大棚种植蔬菜时应选择什么颜色的塑料薄膜，若要补充光源，应补充什么颜色的光源呢？大棚顶部应选择无色、透明的塑料薄膜，补充光源时可选择红光或蓝紫光。
怎么定义光合作用呢？光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放氧气的过程。这一过程可用化学反应式概括。光合作用的动力是光能，在叶绿体中进行，原料是二氧化碳和水，产物是糖类和氧气。叶绿体究竟如何将光能转化为化学能呢？回顾光合作用的过程，希尔的实验、鲁宾和卡门的实验表明，光合作用释放的氧气来自于水。氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。光合作用的过程复杂，包括一系列化学反应，可概括地分为光反应和暗反应两个阶段。光反应由光能直接驱动，暗反应不是由光能直接驱动，而是在光反应产物的驱动下完成。光反应和暗反应中发生了怎样的物质和能量转换呢？光反应包括光能驱动的水的光解、NADPH的形成以及ATP的合成。水光解时，水分子先失去电子，产生氢离子，氧以氧气分子的形式被释放出来。氧化型辅酶Ⅱ获得电子与氢离子结合形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。在光能驱动下，类囊体中有大量ATP形成。归纳一下光反应的物质变化，水分解生成了ATP和NADPH，这两种物质都含有不稳定的活跃化学能，这些能量由光能转化而来。这些物质转化完全依赖光能驱动，所以称之为光反应。
什么是暗反应呢？暗反应包括两个过程，二氧化碳的固定和三碳化合物的还原。在叶绿体基质中，在相关酶的作用下，二氧化碳和五碳化合物结合生成2分子的三碳化合物，这就是二氧化碳的固定。二氧化碳的固定需要光照吗？不需要，但需要酶的催化，叶绿体基质中存在固定二氧化碳的酶。
三碳化合物是怎么被还原的呢？在光反应产物ATP和NADPH提供能量、NADPH作为还原剂以及相关酶的催化作用下，经过一系列化学反应，三碳化合物被还原成糖类，同时还产生五碳化合物。五碳化合物在二氧化碳被固定时被消耗，在三碳化合物被还原时又重新产生。分析整个暗反应过程，从二氧化碳固定生成三碳化合物，到三碳化合物被还原成糖类和五碳化合物，可以发现，五碳化合物又可以再转化成三碳化合物，可见三碳化合物和五碳化合物是循环出现的。这些过程被卡尔文等人通过同位素标记法揭示出来，称为卡尔文循环。这些物质转化有序高效，是在ATP和NADPH分解时释放出来的化学能驱动的。这些化学能没有消失，而是转移到了暗反应产物糖类物质中，变成了可以储存的稳定化学能。所以我们看到，能量不会无中生有，而是会发生转化。