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【摘要】
目的研究鸡骨草、毛鸡骨草在开花结荚期的光合特性。方法应用TPS-1便携式光合作用测定系统测定两种植物的光合作用变化。结果鸡骨草、毛鸡骨草都具有光合“午休”现象,毛鸡骨草的光合性能强于鸡骨草。结论两种植物光合速率(Pn)的日变化主要受气孔和非气孔因素共同作用的结果。
【关键词】 鸡骨草 毛鸡骨草 光合特性
Abstract:ObjectiveTo study the photosynthetic characteristics of Abrus cantoneinsis and Abrus mollis at the flowering pods stage.MethodsPhotosynthesis changes of the two plants were measured through TPS-1 portable photosynthesis system. ResultsAbrus cantoneinsis and Abrus mollis had a clear "midday depression", photosynthetic performance Abrus mollis of was better than that of Abrus cantoneinsis. ConclusionThe two species of diurnal variation Pn mainly are influenced by stomatal and nonstomatalfactors.
Key words:Abrus cantoneinsis; Abrus mollis; Photosynthetic characteristic
鸡骨草Abrus cantoneinsis,又名广州相思子、细叶鸡骨草、小叶鸡骨草,为豆科(Leguminosae)相思子属(Abrus)植物,药用部分为其带根全草。毛鸡骨草Abrus mollis,别名芒尾蛇、牛甘藤、大叶鸡骨草,是鸡骨草的同属植物,外形与鸡骨草相似,在广西产地作为鸡骨草代用品与其混用[1,2]。鸡骨草和毛鸡骨草均原产广西、广东等南部省区,以广西的栽培面积最大,是广西的道地药材。鸡骨草具有清热解毒、舒肝散淤、止痛的功效,是目前治疗急、慢性肝炎和肝硬化腹水较理想的中药,已成为用量较大的常用药材之一[3,4]。每年均有一定数量出口到香港地区及东南亚一带。随着玉林市制药厂等制药企业使用量日益增大,鸡骨草的耗用量也将日趋增多,市场前景十分广阔。目前,鸡骨草的药用有效成分方面有一些研究报道,但是鸡骨草的光合作用特性方面,特别是鸡骨草、毛鸡骨草光合作用特性对比研究尚属于空白。因此,本研究以试验田种植的鸡骨草与毛鸡骨草作为研究对象,对它们开花结荚期的光合作用特性进行对比研究,目的就是了解鸡骨草与毛鸡骨草两种广西的道地中药材净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶面温、大气温度、光合有效辐射、相对湿度、空气CO2浓度等指标的日变化。根据数据分析可能的影响因素,能测定两种药材有无光合“午休”现象。植物的光合作用是干物质累计的基础,了解植物的光合功能,诊断植物光合性能运转状况,可为合理栽培措施的制定和高光合效率新品种的选育提供理论依据。
1 材料与仪器
试验所用的鸡骨草、毛鸡骨草种子均购于广西药用植物园,于200604在广西大学药材试验基地种植,田间管理等措施与一般生产栽培措施相同,鸡骨草与毛鸡骨草同一水平管理种植而且生长良好。TPS-1便携式光合作用测定系统(英国PP-system公司生产)。
2 方法与结果
2.1 方法
广西南宁市地区鸡骨草、毛鸡骨草的开花结荚期均在8~10月,花期一致。在鸡骨草、毛鸡骨草的开花结荚期选择1个晴天(9月17日同时测定鸡骨草、毛鸡骨草,日照时数基本相同为11 h,风速为2m/s,气候条件基本一致),运用英国PP-system公司生产的TPS-1便携式光合作用测定系统,采用普通叶室,开放式气路,自然光源, 选择每个品种的成熟叶从8:00到17:00每隔1 h测定它们的净光合速率(Pn,μmol CO2·m-2·s-1)、蒸腾速率(Tr,mmol·m-2·s-1)、气孔导度(Gs,mmol·m-2·s-1)、叶面温(Tl,0℃)、大气温度(Ta,℃)、光合有效辐射(PAR,μmol·m-2·s-1)、相对湿度(Rh,%)、空气CO2浓度(Ca,mg·kg-1)等指标。每个品种随机抽取6株,自动记录读数,所得数据输入EXCEL软件处理。
2.2 光合速率(Pn)日变化鸡骨草、合毛鸡骨草光合速率(Pn)日变化曲线呈双峰型(图1),有明显的光“午休”现象,但2个品种间峰值大小和光合“午休”出现有明显差异。总体上毛鸡骨草的光合速率(10.9 μmol CO2·m-2·s-1)高于鸡骨草的(9.4 μmol CO2·m-2·s-1),上、下午2个峰值明显比鸡骨草的高。毛鸡骨草在8:00左右Pn相对较低,随着气温和光照强度的上升,Pn迅速增高,在11:00达到最高峰(10.9 μmol CO2·m-2·s-1),随后Pn开始下降,“午休”出现在13:00,光合速率下降到5.3 μmol CO2·m-2·s-1,后又迅速上升,到14:00出现第2个高峰(8.7μmol CO2·m-2·s-1),次峰值比第1峰值小2.2 μmol CO2·m-2·s-1,之后Pn又开始下降,到17:00 Pn降到3 μmol CO2·m-2·s-1;鸡骨草的Pn高峰值(9.4 μmol CO2·m-2·s-1也出现在11:00,然后Pn开始下降,到13:00出现光合“午休”现象,而且“午休”持续时间与毛鸡骨草基本相同,随后Pn上升较缓慢,次高峰值在14:00出现,随后Pn慢慢下降,到17:00降为3.1 μmol CO2·m-2·s-1。
2.3 蒸腾速率(Tr)日变化从图2可以看鸡骨草、毛鸡骨草蒸腾速率Tr日变化基本上呈单峰型,总体上鸡骨草的平均值Tr(0.83 mmol·m-2·s-1)高于毛鸡骨草的平均值Tr(0.57 mmol·m-2·s-1),两品种蒸腾速率Tr峰值的出现时刻和Pn出现的时间不同。鸡骨草在10:00Tr达到第1次高峰(1.22 mmol·m-2·s-1),随后Tr下降,在14:00时下降到(0.62 mmol·m-2·s-1)出现低谷,随后Tr基本上波动不大,到17:00时Tr为(0.53 mmol·m-2·s-1);毛鸡骨草的Tr最高峰值(1.39 mmol·m-2·s-1 )出现在9:00左右,随后迅速下降到13:00达到低谷(0.39 mmol·m-2·s-1),后渐渐下降。这些变化主要因为鸡骨草的叶片比较的光滑,表面没有绒毛覆盖,受到强烈的日光照射水分散失快。而毛鸡骨草叶片表面有很多的绒毛,叶片上表皮蜡质层厚,相对鸡骨草而言毛鸡骨草的蒸腾速率就低。土壤没有充足的水分供应也可能是两种鸡骨草在上午11:00以后蒸腾速率下降的一个重要原因。两种植物的蒸腾速度表现为:鸡骨草>毛鸡骨草。
2.4 气孔导度(Gs)日变化见图3。鸡骨草的Gs平均值(39.13 mmol·m-2·s-1)高于毛鸡骨草的Gs(32.77 mmol·m-2·s-1),鸡骨草的Gs日变化曲线基本呈单峰型,毛鸡骨草的Gs日变化也呈单峰型。鸡骨草的Gs在8:00出现一天中的最高值(92 mmol·m-2·s-1),随后慢慢降低,13:00出现一个低值(26mmol·m-2·s-1),然后变化不大,在14:00略有上升。然后平稳下降;毛鸡骨草的Gs最高峰出现在9:00(116.7 mmol·m-2·s-1),然后快速下降,到13:00出现低谷(13 mmol·m-2·s-1),而后变化幅度小,基本保持平稳。早上空气湿度大,蒸腾作用比较弱,植株根系有充足的水分供应。随着气温的上升,日照的增强,植株水分蒸散到空气中,气孔逐步的关闭,减少了光合作用过程中CO2交换量,影响植株光合作用。两种植物的蒸腾速率表现为:鸡骨草>毛鸡骨草。
2.5 空气中CO2浓度的日变化鸡骨草和毛鸡骨草空气中CO2浓度的日变化基本上呈倒单峰型,两个鸡骨草品种在早上8:00CO2浓度是一天中最高的。毛鸡骨草的空气中CO2浓度在8:00到11:00迅速下降,11:00到15:00基本保持平衡,15:00到17:00慢慢上升。鸡骨草的空气中CO2浓度总体水平高于毛鸡谷草,从早上8:00在14:00呈下降趋势,然后慢慢上升(图4),总体上空气中CO2浓度在450~360 mg·kg-1之间浮动。
2.6 其它系数的日变化两种鸡骨草品种的温度日变化基本相同,气温和叶温变化基本保持一致,而且两个鸡骨草品种T1总是高于Ta;总体上鸡骨草的叶温(Tl)在一天中总是低于毛鸡骨草的叶温 (Tl)(图5)。测定系数时两个鸡骨草品种的PAR日变化几乎一致(图6),PAR日变化成单峰型曲线。空气相对湿度基本上呈下降趋势(图7),特别是在上午11:00时以后基本上植物处于高温干旱的生境中。
3 讨论
对于植物Pn 产生“午休”现象的内在原因, 目前有3种解释,一是气孔因素, 二是非气孔因素,三是气孔和非气孔因素共同的作用[5,6]。本实验结果表明,两种植物的Gs日变化趋势与Pn的日变化趋势不太一致,表明Pn的变化主要受气孔和非气孔因素共同作用的结果。气孔是CO2和水分进出叶片的重要通道,其开张程度或气孔阻力的大小对植物水分状况和CO2同化有着重要的影响,中午温度较高,引起叶片暂时水分亏缺,导致气孔关闭,胞间CO2浓度下降,是光合速率下降的主要原因,除去环境因子和气孔导度的影响,非气孔因素也发生作用[7]。光合作用中午降低的现象是由多因素同时控制的,只凭一种因子难以说明光合作用中午降低的现象。蒸腾速率与净光合速率呈现一定的相关性,净光合速率又与气孔导度也成一定的相关性。净光合速率与光照强度、空气温度、空气湿度、气孔开闭以及蒸腾速率都有显著的关系,其中蒸腾速率,光照强度是影响光合速率的主要因素。午后强烈的光照和高温使蒸腾作用剧烈,气孔开度变小,气孔阻力变大,严重时气孔关闭,导致Pn受气孔因素而降低,出现光合“午休”现象。对于光合“午休”现象,一般认为,午间的强光引起光合速率下降, 产生光抑制[8]午间Ta升高, Tr降低,叶内外饱和水气压增大,使Gs降低或造成叶片局部遭受水分胁迫,或由于强烈的蒸腾作用,其携带的脱落酸累积在叶片中,造成气孔开度变小甚至关闭[9]。从本试验来看,在开花结荚期毛鸡骨草的光合性能要优于鸡骨草。这可能是毛鸡骨草生物产量明显高于鸡骨草的主要原因之一。本研究只涉及两种鸡骨草品种在开花结荚期的光合表现,至于在其它生育时期是否也表现出同样的现象,有待于进一步系统的研究。
参考文献
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关键词:偏振光 演示 制作
中图分类号:O436;O4-33 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)02(c)-0086-01
很多学生对于偏振光比较陌生,缺少感性认识,许多教师在手头没有演示仪器的情况下,往往借助于动画演示辅助教学,但教学效果并不理想。其实,利用我们身边经常见到一些废旧材料,很容易制作出可以演示多种偏振光现象及规律的演示仪器。
1 偏振光演示仪各组成部分的制作
1.1 起偏器和检偏器的制作
材料准备:3D电影偏振眼镜一副(镜片为偏振薄膜),矿泉水瓶2个。
制作方法及步骤:(1)将两个矿泉水瓶的瓶盖用小刀从中心挖一直径约为25 mm的圆孔。(2)根据瓶盖的内径大小,用剪刀将3D电影偏振眼镜上的偏振薄膜剪成圆形,大小要能正好放入瓶盖内部;(3)用万能胶将两个圆形偏振薄膜分别粘在两个瓶盖内部;(4)用剪刀将一个矿泉水瓶的瓶口部分剪下,将加工好的瓶盖拧到瓶口的两端,制作完成。
1.2 起偏器、检偏器和光源的支座的制作
材料准备:废光盘三张,软盘塑料盒一个(可以装多张软盘的,也可用其他方形塑料盒或硬纸板盒代替)。
制作方法及步骤:(1)起偏器和检偏器支座的制作:用小钢锯对软盘塑料盒进行切割加工,制作出如图1所示支架,支座凹槽部分的宽度要与矿泉水瓶瓶口外径相同,加工好后将其用万能胶粘在一张光盘表面,注意要使凹槽的中垂线穿过光盘轴心如图2(a)所示。(2)光源支座的制作:用小钢锯对软盘塑料盒剩下部分加工,切割出两块形状如图1所示的支座,图中圆孔将用来放置微型手电。另取一张光盘,用美工刀将一张废光盘存有数据的部分切掉大部分,只保留对应圆心角为60°左右的扇形部分,如图2(c)所示。将两块支座粘在加工好的光盘上,粘时要注意使两支座圆孔对准并同轴,圆孔轴线要通过光盘轴心。(3)隔断层的制作:用美工刀将最后一张废光盘的存有数据部分切掉一半,加工成如图2(b)所示形状。将切下来的部分剪下一扇形小片(尺寸与光盘盒底座边缘开口部分相同),用万能胶粘在半圆形盘面的边缘部分,如图2(b)所示,该光盘将作为隔断层使用。其作用是当起偏器和检偏器所在光盘层、微型手电所在光盘转动时相互不发生影响。
1.3 进行光的反射、透射的玻璃片和玻璃堆的制作
1.4 演示仪底座的制作
材料准备:光盘盒底座一个。
制作方法及步骤:用小钢锯对光盘盒中心圆柱进行切割,使光盘底座上剩余部分高度为20 mm。
2 偏振光综合演示仪的组装
(1)先将装有起偏器和检偏器的矿泉水瓶瓶口部分放入起偏器和检偏器支座凹槽卡住(注意要使有螺纹的一端处于内侧,外侧无螺纹一端上的检偏器演示时需要旋转),然后将起偏器和检偏器支座所在光盘放到光盘盒底座中;(2)将隔断层光盘放入光盘盒底座中,使边缘部分扇形小薄片对准光盘底座边缘开口,用铁丝或小螺钉将其固定;(3)先将光源支座所在光盘放入光盘盒底座,后将微型手电装入支座;(4)将玻璃片或玻璃堆插入光盘盒底座中央空心圆管中。
3 偏振光综合演示仪的演示内容
3.1 马吕斯定律的演示
将光盘盒底座中央的玻璃片拿掉,转动偏振片部件和光源部件使它们在一条直线上,逆时针旋转取下起偏器,使微型led手电发出光束,顺时针旋转检偏器,可看到从检偏器射出光的光斑的的光强不发生变化。将起偏器顺时针旋转装好,顺时针旋转检偏器,旋转一周,可看到光斑的的光强出现两明两暗的变化。
3.2 反射光的偏振和折射光的偏振
(1)反射光的偏振:将玻璃片放置在光盘盒底座中央空心圆柱中,转动微型手电所在光盘和检偏器N所在光盘,使光束射到玻璃片上反射后穿过检偏器N,顺时针转动检偏器N,出射光强会发生强弱的变化,表明反射光是部分偏振光。
(2)折射光的偏振:将玻璃片换为玻璃堆,保持微型微型led手电位置不动,转动检偏器N所在光盘,使折射光穿过检偏器N,顺时针转动检偏器,出射光强同样会发生强弱的变化,表明折射光也是部分偏振光。
(3)布儒斯特定律的演示:采用和观察反射光的偏振时一样的布局,转动转动检偏器N,使出射光强最弱,然后转动微型激光器所在光盘和检偏器N所在光盘,观察出射光强随光束入射角大小的变化。会发现入射角达到某一固定值时,出射光强变为0,当入射角偏离这一固定值时,无论入射角变大还是变小,随着偏移量的增加,光强变强。
经课堂教学实践检验,偏振光综合演示仪实物投影仪下演示效果良好,许多学生都跃跃欲试想自己动手也制作一个。各位物理教学同仁不妨制作尝试。
参考文献
[1] 刘坤.基于光学超晶格电光效应的多功能光学信息调控[D].上海交通大学,2011.
【摘要】从上世纪30年代起少数民族题材绘画繁盛至今,广西世居的少数民族形象始终没有引起美术界的广泛关注,本土的少数民族形象鲜少出现在近现代中国美术史的图册中。进入21世纪,重新挖掘本土民族美术元素,以群体之势重塑广西少数民族形象,在当代美术创作中走出一条特色之路是每一个本土美术家应尽的责任和义务。
【关键词】广西少数民族题材绘画;当代美术创作;作用和意义
从上个世纪30年代开始,响彻美术界的“西北风”、“敦煌热”以及新疆少数民族人物形象,藏族、蒙古族人物形象成了美术家长久表现的热门题材,这种热潮持续到了今天。纵观中国近现代美术史,西部的少数民族题材绘画占据了半壁河山。但是,细细梳理,中国五个少数民族自治区当中少数民族最多的广西世居的少数民族形象却始终没有引起美术界的广泛关注,本土的少数民族形象鲜少出现在近现代中国美术史的图册中。众所周知,中国近现代少数民族题材绘画的生发期在时期,由于抗战迫使大批的美术家从发达省份向西北、西南方向转移,转移途中所到之处,自然也带动了当地的文化艺术事业,这也是北方少数民族形象被挖掘和表现的最直接原因。
抗战初期,广西作为战略转移的大后方,在桂林汇聚了中国绝大多数的知名美术家,成立了各种各样的美术社团,“当年在桂林较知名的画家就多达二百五十名,几乎集全国美术界高手于一地。……单美术团体和美术学校便有四十多个。”美术的影响力不亚于任何一个发达省区,从一开始就把广西美术的发展放置在一个较高的起点上,不论绘画观念、视野和表现力都是其他的少数民族省区本土画家无法达到的。因此,相对于同时期其他少数民族省区不断出现的民族题材绘画作品,有的作品甚至成了特殊时代的一个标志,广西的少数民族题材绘画并没有站在最前沿。笔者认为,正是因为特殊的时代背景和地域环境,广西的少数民族形象才没有成为中国美术界聚众表现的原因,主要体现在以下几个方面:
一、抗战的原因
抗战时期,广西虽然聚集了很多的美术家,但处境和西北截然不同,东南大城市的相继沦陷,始终把迁移至广西的美术家放置在战争的最前沿,艺术家几乎无暇顾及美丽的少数民族风情,他们把画笔当成了武器,兴办学校、举办画展、出版书籍都是为了唤醒民智、抗日救国。当时出版的美术书籍和画册“不单独向有购买力与能够阅读书报的知识分子与小市民阶级的读者发展,我们更应该利用美术的优点向僻处穷乡的文盲大众去做宣传工作!”
关山月、赵望云、陆其清、叶浅予等一批艺术家在广西逗留期间虽然创作过桂林山水题材的作品,但也赋予了守望家乡、还我河山的寓意,纯粹的少数民族题材很难成为战时画家关注的对象,而一旦脱离了危难境地,到达西北后获得片刻安定,他们才能够驻足品味独特的民族风情,一大批有影响的少数民族题材绘画作品也就诞生了。
二、广西少数民族的精神特质未被凸显
广西四季常青,植被丰富,温暖的气候和热带风貌,非常适宜人的生活,而且河流众多,到处是水塘和渔乡,即使在最困难的时期,当地人依然可以从大自然中获得食物。长期安逸的生活和沟壑、山脉、河塘的分割,以及美丽如画的自然风光掩盖了少数民族特有的气质,再加千年来文化上的边缘化境遇,很难给外界传递出一种整体的、震撼的民族力量。
与之反差很大的西北少数民族地区,荒漠、戈壁、雪山在强烈紫外线照射下,处处显示着生存的危机,长期与大自然进行艰苦卓绝的生存斗争成了永远的话题。画家踏人此地,除了文化上的“寻根”、“朝圣”之情外,少数民族与生俱来的粗犷、豪爽和对生命极限的挑战,都会给身处此地的画家一种莫名的感动和力量,那种天性的文化引力召唤着艺术家一次次的往返此地,优秀作品自然天成。
三、少数民族题材绘画到了瓶颈境地
从上个世纪30年代末至今,几代画家创作的少数民族题材绘画作品不胜枚举,题材的雷同、手法的相似已经到了千人一面的局面,虽然画家们都在尽力的挖掘少数民族的内涵特质,但由于大部分画家没有长久在民族地区的生活感受,短期的写生和对照片创作就使得作品流于形式而肤浅无力。全国的少数民族题材绘画都进入了瓶颈境地,难出新意,很多画家放弃表现少数民族题材而另觅新路。
广西的少数民族题材绘画错过了黄金时期的群体表现,到上个世纪80年代有过短暂的繁荣,但又遭遇西方现代艺术以及市场经济下消费观念的巨变等多重影响,没有几个画家能在市场经济刺激下继续探寻少数民族题材绘画的内涵,虽然每年也有一大批作品诞生,模仿化、表象化、舞台化和“他者”眼中的少数民族形象取代了真诚和质朴,既没有深刻、如实的反映少数民族生活的现代变迁,又无长期深入民族地区的使命感、责任感。因为“消费时代的大众不关心精神、灵魂、意义或超越,他们只关心物质、欲望和现实。对意识形态以及一切人文价值的冷淡成为一代风尚。”不仅广西,乃至全国的少数民族题材绘画都受到前所未有的挑战。
纵观我国五个少数民族自治区的画家,虽画风不一,各有特点,但其他四省区画家的整体性身份更加明确,更易于识别。广西代表性画家中相当一部分本身就是少数民族,有很强烈的民族情结,但由于经济文化的快速变迁,近年来群体性表现中民族元素越来越少,特别少数民族人物画的创作量少且缺乏精品力作,始终没有形成以少数民族人物为主的绘画主流,无法以群体之势向外界展示具有标示性的民族身份。艺术形象和语言的模糊,可能会成就个别美术家,但也模糊了美术家的地域身份,削弱了本区整体美术力量的外输。
当然,广西少数民族题材绘画的薄弱并不能就此否定本区画家的探索精神。从上世纪90年代前后,以黄格胜为首的一批画家开始描绘本土的山山水水和少数民族村寨,一大批以桂林山水和少数民族山寨风情为主的绘画作品逐渐打开影响,虽然少数民族人物形象只是山水、油画风景作品中的点景,但亦以八桂风貌,为成功打造“漓江画派”奠定了基础。
进入21世纪,随着广西地缘优势的凸显,以及东盟博览会的成功举办,都要求包括美术家在内的所有文化人为自治区大文化建设尽一份力量。突出地域特色和民族特色被再次强调,广西美协在2012年广西近现代重大历史题材美术创作工程中开始积极倡导人物画创作,集中挖掘和展示广西优秀历史人物和民族人物;2014年举办了“漓江画派.2014‘关注时代,广西当代人物画创作作品展览¨’,展览征稿通知中强调:创作表现具有时代精神的人物画作品,关注在各个领域上为国家、民族建设做出贡献的群众和具有广西地域特色的少数民族人物题材。从这两次重要人物画展上可以看到,挖掘富有广西地域特色的少数民族题材绘画作品,特别是少数民族人物题材,既能填补“漓江画派”人物画创作短缺的不足,又能促使本土美术家回归故里,重新审视和挖掘本区少数民族蕴藏的精神内涵,将对广西当代美术创作的持续发展和繁荣产生重大作用和意义。
总之,“艺术的起源,就在文化起源的地方”。新世纪广西当代美术的多元与繁荣,必须在新的时代语境下探寻自身的根源文化,从世居民族文化中寻根、寻源,必须依托于本土的少数民族题材绘画,让它成为传承和传播民族文化的载体,成为展示少数民族不同历史背景下深层文化内涵的窗口,成为拓宽广西当代美术创作视野的一把“金钥匙”。
注释:
(一)教材的地位和作用:
光合作用是绿色植物同化作用的主要方面,是整个生物界最基本的有机物代谢和能量代谢.光合作用的发现历经了科学家们二百多年的探索,渗透着科学研究的思想方法;光合作用与当今世界面临的粮食,环境等问题关系十分密切.(二)教学目标及确定目标的依据:
任何一节课教学目标的确立首先必需要确立学生的主体地位,即在教学活动中,教师通过启发引导,唤起学生对品德,知识,能力,审美等内在教育的需求.所以本节课的教学目标重在让学生在设计实验的过程中,理解科学实验的基本思路及科学家对真理执着追求的精神;学会通过实验验证真理;通过光合作用过程学习激发学生更高层次的思维,懂得不同学科间的相互联系.
1,知识目标
(1)通过光合作用的发现史探究,了解科学家的科学思维方法;
(2)理解光合作用的物质和结构基础;
(3)理解光合作用的基本过程;
(4)掌握光合作用的意义及其原理的应用;
(5)通过验证实验学会色素的提取和分离方法;
2,能力目标
(1)通过设计实验培养学生的科学研究能力;
(2)运用化学知识理解光合作用过程中物质和能量变化
(3)培养学生知识迁移能力,掌握知识的内涵和外延,培养分析综合能力.
3,德育目标
(1)结合光合作用发现史的学习及实验设计与分析,培养学生科学的态度及创新,合作精神,进行热爱科学,献身科学的科学思想教育.
(2)通过生物结构与功能统一,物质代谢和能量代谢相关联对学生进行生物学基本观点教育.
(3)明确光合作用意义,增强爱护植被,关心农林业发展的意识,充分体验生命科学的价值.
(三)重,难点及确定依据:
重点:(1)光合作用过程,因为这是理解光合作用反应式和意义的基础.
(2)光合作用的意义,因为它能帮助学生形成科学的价值观.
难点:(1)科学研究方法的理解和运用.因为科学研究能力是一种较高的技能,对学生进行科学素养的培养是一个长期的过程.
(2)光合作用中物质变化和能量变化.因为光合作用是植物体内一系列理化反应组成的复杂过程,而学生所学的理化知识是有限的,因此高中内容只是过程梗概,这就造成部分学生学习困难.
二,教材处理:
光合作用这节课分三课时学习
学生在他们成长的过程中很少参与科学研究,不理解科学家研究问题的方法,围绕"目的"设计实验是一种科研能力,是培养创fg造能力的基础,也是培养可持续发展人才的需要.所以第一课时光合作用的发现在处理上主要以引导学生进行实验设计.时
学生在初中已经学习过光合作用,又刚刚学完叶绿体的亚显微结构这为第二课时的学习提供了很好的基础.所以这部分内容在处理上注重构建教学内容体系,将教学内容组合为:(1)光合作用的物质和结构基础;(2)光合作用的全过程;(3)光合作用的意义;(4)光合作用在实践中的应用.使知识系统化层次化.
第三课时学生自主实验验证光合作用色素种类和颜色.
三,教学方法:
课堂教学应该尽可能让学生多动脑想,动手做,动眼看,动嘴说,让学生亲自去体验知识的形成过程,培养学生自主探究,主动参与课堂问题解决的过程,在"动"中体现学生的主体地位.由此确定以下教学方法:(1)教法:第一课时的"设计实验"采用发现式教学方法(问题假设预期实验结果结论).第二课时采用自学讨论结合的方法,直观法.设计科学直观的叶绿体中色素的吸收光谱图解,帮助学生理解光合作用的物质基础,理解叶绿体中的色素在光合作用过程中的作用;通过课件直观展示光合作用的过程;设计光合作用的光反应与暗反应的比较表,帮助学生掌握光合作用的过程,培养学生的概括能力.第三课时采用实验法.(2)学法:通过光合作用发现简史,学习探究研究实验的基本思路:"问题假设实验结论";通过光合作用过程学习,掌握光合作用光反应与暗反应两阶段的区别与联系;通过分析影响光合作用的因素,体会光合作用的意义及光合作用与世界面临的粮食,能源,环境污染等重大问题的密切关系;通过提取和分离叶绿体中色素的实验,了解叶绿体中色素的种类,色素吸收光谱等基本知识.
四,教学手段:
多媒体课件将设计实验以图,文两种形式再现出来.
多媒体课件展示色素吸收光谱.
多媒体课件展示光合作用的过程.变静态为动态,变抽象为直观,以突出重点,强化记忆,弥补了图解静止不动的缺陷
五,教学程序:
教学
环节
教师活动
学生活动
教学设计思路
导言
通过上节课光合作用有关实验的设计引导学生总结光合作用反应式
光
CO2 H2O——(CH2O)n O2
叶绿体
从氧化还原反应角度分析此反应特点,启疑问题:氧气是怎样产生的CO2是是怎样被还原的还原剂是什么光能是怎样转变的
学生思考
导言是一堂课的开始,应具有激发性和启发性,激发了学生求知的欲望,明确学习内容,同时有利于导入本节内容.
内容
二,光合作用的过程
1,光合作用的物质和结构基
础物质基础
(1)叶绿体色素:
介绍色素种类颜色分布
课件展示色素吸收光谱
(2)酶:介绍酶的分布
结构基础:叶绿体
2,光合作用的全过程
课件展示光合作用动态过程
课件展示 图表:光反应,暗反应的区别和联系
3,光合作用的意义
4,光合作用知识在实践中的应用
(1)延长光合作用时间
(2)增加光合作用面积
学生读书讨论归纳
学生观看
学生归纳
学生读书
学生讨论
学生总结
学生在已有知识的基础上进行读书自学,讨论归纳可以培养自主学习能力;
通过读书结合观察课件,然后对光反应,暗反应进行区别与联系使学生通过比较法的学习方式掌握巩固知识;
学生在已有知识的基础上完全可以进行归纳总结.
反馈
练习
多媒体展示例题
例1,书后习题
例2,在进行植物实验的暗室内,为了尽可能降低光合作用的强度,最好安装
A.红光灯B.绿光灯
C.白炽灯D.蓝光灯
例3,将单细胞绿藻置于250C,适宜光照和充足CO2条件下培养,经过一段时间后,突然停止光照,发现绿藻体内C3的含量突然上升,原因是-------------.
学生解答
选择例1可以帮助学生巩固光合作用反应过程;
选择例2有助于掌握色素吸收光谱的应用;
选择例3使学生更加明确光反应与暗反应的联系.
归纳
总结
1,引导学生分析光合作用反应式中反应前后原子关系.
2,强调光合作用在自然界中的作用.
学生与教师一起归纳
把学生对光合作用的认识迁移到整个生物界.
板书
设计
二,光合作用的过程
1,光合作用的物质和结构基3,光合作用的意义
础物质基础4,在实践中的应用
(1)叶绿体色素:(1)延长光合作用时间
(2)酶:介绍酶的分布(2)增加光合作用面积
结构基础:叶绿体
2,光合作用的全过程
关键词:穗状狐尾藻;光合作用;光补偿点;环境因子
沉水植物通过光合作用改善水中的溶氧条件。光合作用受温度、光照和pH值等多种环境因子的综合影响。了解沉水植物的光合特征是解释各种沉水植物在水中的分布格局和群落演替的基础,也是人工配置沉水植物群落时,选择种类及群落种类配置的科学基础。
穗状狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)是一种多年生沉水植物。适应性极强,为世界广布种。在我国分布于南北各地池塘、湖泊、河沟、沼泽中。本实验研究了若干环境因子对穗状狐尾藻光合作用的影响,为沉水植物恢复重建时物种选择及正确选择深度适宜的区域种植穗状狐尾藻提供科学依据。
1材料与方法
1.1试验材料及器材
穗状狐尾藻采自重庆大足龙水湖,移植于西南农业大学水产与水文学院的实验池塘中。试验时选取茁壮程度比较一致的植株。
穗状狐尾藻的室内培养在LRH-150-G光照培养箱中进行,光照强度用JD-1A型水下照度计测定,pH值用PH-1S型pH计测定,溶氧用碘量法测定。
1.2试验方法
1.2.1光照、温度对穗状狐尾藻光合作用的影响
选取形状一致、质量(0.3001±0.0008g)相同的新鲜穗状狐尾藻顶枝,向175ml的磨口透明试剂瓶中加入充分曝气的自来水,用小镊子将新鲜穗状狐尾藻顶枝放入黑白瓶中,使其充分舒展开来,且瓶中无气泡。用口向瓶中水体吹气10s,以提供光合作用所需的CO2。瓶子加盖后放置于已调好温度的水浴盆中,并将水浴盆放入光照培养箱中。在5℃,某一光照条件下进行培养,2h后取出,测定瓶中溶解氧的变化,推算在此条件下穗状狐尾藻的净产氧量。通过开灯管数来调节光照强度。用相同方法测定10℃、15℃、20℃和25℃,在不同光照条件下穗状狐尾藻的净产氧量。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点[1,2,3]。
1.2.2pH值对穗状狐尾藻光合作用的影响
重庆地区人工水域(池塘、水库等)和自然水域(湖泊、江河)的pH值大多呈中性偏酸,即使在水生植物大量生长季节也很难超过9,据此本试验设定pH值范围为4.1~10.0。
用浓度为0.1N的HCl、NaOH、NaHCO3溶液调节曝气12h的自来水pH值至4.1、5.4、6.4、7.2、8.2、9.1、10.0,分别加入到150ml的磨口透明试剂瓶中。穗状狐尾藻顶枝加入和处理同1.2.1。瓶子加盖后放置于水温为12.5℃的水浴盆中,光照强度设定为6000lx。
1.2.325℃穗状狐尾藻光饱和点的测定
选择水温为25℃时测定穗状狐尾藻的光饱和点,原因是重庆地区常年云雾多、日照少,当水温高于25℃时(8月份),强光照的天数比较多,易引起光抑制。
在8月份,选择光照强烈的晴天中午,于150ml的磨口试剂瓶中装满经充分曝气的自来水,穗状狐尾藻顶枝加入和处理同1.2.1。把瓶加盖横放于室外盆内水浴中。盆内水温用冰块控温,温度控制在25℃±1℃。用遮荫的办法调节光照强度。每次试验曝光时间2h,其间每15min测定一次光照强度,各次测定数据的平均值作为2h试验期间的光照强度。2h后用碘量法测定瓶中的溶解氧含量。推算其在某一光照下穗状狐尾藻的净产氧量,找出光饱和点值。
2结果与讨论
2.1温度和光照强度对穗状狐尾藻光合作用的影响
在不同温度条件下,穗状狐尾藻净产氧量的测定结果如下:
图15℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图210℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图315℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图420℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图525℃时光照度与穗状狐尾藻净产氧量的关系
图6穗状狐尾藻在不同温度下的呼吸耗氧量
由图1~图5可知,在每个温度水平上,光照强度0lx~6000lx时,穗状狐尾藻的净产氧量随着光照强度的增强而增加,穗状狐尾藻的净产氧量与光照度成线性关系。
由图6可知,穗状狐尾藻的呼吸耗氧量随温度的上升而增大。
光补偿点是植物的光合强度和呼吸强度达到相等时的光照度值。对水生植物来说,光补偿点所在深度是光补偿深度,是沉水植物在湖泊等自然水体中向深层分布的界限。在光补偿点以上,植物的光合作用超过呼吸作用,可以积累有机物质。光补偿点以下,植物的呼吸作用超过光合作用,此时非但不能积累有机物质,反而要消耗贮存的有机物质。如长时间在光补偿点以下,植株将逐渐枯黄以致死亡。因此植物正常生长所需的最低光照度必须高出其补偿点,由回归方程求得,5℃时穗状狐尾藻的光补偿点为45lx;10℃为173lx;15℃为308lx;20℃为418lx;25℃为495lx。由此可见,穗状狐尾藻的光补偿点随温度的升高而增大。原因是当温度升高时,呼吸作用增强,光补偿点随之上升。
刘国才[4]对白音花水库冰下水生维管束植物的研究表明,穗状狐尾藻的光补偿点为160lx,但未指明水温,但水温应该在0~4℃。刘国才[5]在对冰下水生维管束生产力的研究中测得穗状狐尾藻光补偿点为207lx(2.5℃,pH7.5)。而据任南[6]等人的有关环境因子对东湖几种沉水植物生理的影响研究结果表明,狐尾藻4℃下为2331x;15℃下为4241x;20℃下为658lx。刘国才、任南以及本试验所测得穗状狐尾藻的光补偿点三者之间都存在较大差异,究其原因可能与狐尾藻选材的茁壮程度、材料的处理方法上、试验条件的设定以及长期适应不同地区的生活环境等有关。刘国才冰下水生维管束生产力的研究的试验用水pH为7.5;任南试验所用的穗状狐尾藻取自武汉东湖,东湖整个湖区平均pH为8.5;本试验用水的pH为6.8~6.9。高pH条件下,水中缺乏无机碳源会抑制光合作用。而酸性条件下无机碳源(CO2、HCO3-)要丰富些,有利于光合作用的顺利进行。刘国才所用的穗状狐尾藻取自内蒙古;任南是从武汉东湖采集的;本试验所用的穗状狐尾藻采自重庆大足龙水湖,移植于校内实验池塘中暂养。因穗状狐尾藻长期适应不同地区的生活环境导致所测得的结果存在较大的差异。
2.2pH值对穗状狐尾藻光合作用的影响
图7不同pH值下穗状狐尾藻净产氧量的变化
由图7可知,穗状狐尾藻净产氧量在pH值为5.4时最大。pH值为5.4~6.4时,光合作用旺盛。在pH值为5~10时,随着pH值的增加,穗状狐尾藻的光合作用强度降低,在碱性条件下净产氧量出现负值。该现象可以从两方面解释,一是在酸性条件下,穗状狐尾藻有充足的碳源(CO2和HCO3-)可以利用,有利于光合作用的进行,而在碱性条件下,可利用碳源不足,光合用受限制[33];二是试验开始时穗状狐尾藻已经在池塘里生长了一个半月,完全适应了池塘的水环境。学校池塘的特点是水位低,池水主要靠降雨来补充,试验过程中测得试验池塘的pH值为6.2。这些可能是穗状狐尾藻在偏酸的水体中光合作用较旺盛的原因。
苏胜齐等[7]有关pH值对菹草光合作用影响的试验表明,在pH为5~11时,随着pH值的增加,菹草光合作用强度降低,二者呈负相关。由此可见菹草也适宜在中性偏酸的环境中生长。
2.325℃穗状狐尾藻的光饱和点
图825℃时光照强度与穗状狐尾藻净产氧的关系
在一定的光强范围内,植物的光合强度随光照度的上升而增加,当光照度上升到某一数值之后,光合强度不再继续提高时的光照度值称为光饱和点。
由公式计算可知,在水温25℃时穗状狐尾藻的光饱和点为58,136lx。由图8可知,当光照强度超过饱和光照强度后,随着光照强度增加,穗状狐尾藻的光合速率明显下降。穗状狐尾藻的光合作用表现出强光抑制现象。
3结论与讨论
3.1穗状狐尾藻光合作用的光补偿点和光抑制
在温度5℃、10℃、15℃、20℃和25℃,光照0~6000lx时,穗状狐尾藻的净产氧量随光照的增强而升高。回归分析计算出穗状狐尾藻在不同温度下的光补偿点,分别为45lx、173lx、308lx、418lx、495lx。穗状狐尾藻生长的光补偿点随水温的上升而逐渐增加。由此可知,低温季节穗状狐尾藻对水体透明度的要求不高;高温季节则须采取措施提高水体的透明度,这样才有利于穗状狐尾藻的生长[8,9]。在富营养化环境中,沉水植物要维持对藻类的优势,必须在水表形成冠层并具备相对高的丰度[10]。要在水表形成冠层并具备相对高的丰度,光合作用就应该有较小的强光抑制。试验表明穗状狐尾藻存在光抑制现象(水温25℃,光饱和点为58,136lx),但在全光照条件下仍能保持一定光合速率。
3.2穗状狐尾藻的光合作用对pH条件的适应
穗状狐尾藻的光合作用在中性偏酸的水体中较旺盛。在pH值为5~10,随着pH值增加,穗状狐尾藻光合作用的强度降低。李恒[11]在对云南高原湖泊中植物研究时发现pH值高达9.2的水体中仍有穗状狐尾藻生长,任南等人的研究表明,穗状狐尾藻具有较强的耐受水体高pH值的能力[4]。综合上述试验结果及他人的研究成果,认为穗状狐尾藻能够耐受较宽的pH值范围。
综上所述,穗状狐尾藻由于具有较低的光补偿点、对pH值有较大范围的耐受能力以及非光合茎的存在(非光合茎对植株在深水地段定居生存有重要的生态适应意义。穗状狐尾藻茎植株下部可形成没有叶片的茎,称为非光合茎。其暗呼吸只是光合茎的19.1%[12],能量消耗较低。因此非光合茎的存在,使得穗状狐尾藻可扎根在更深的水底,在较深的水体中生存。一般认为,3倍透明度以下水草难以生存[10]。滇池目前水体的透明度只有40~45cm,原有的绝大多数沉水植物都已消失,但在一些水深2.5m的水域仍有穗狐尾藻生长[13],在水生植被的恢复工程中可作备选择的物种之一。还应注意,植物群体的光补偿点较单株为高。因为群体内叶子多,相互遮荫,当光照度弱时,上层叶片还能进行光合作用,但下层叶片呼吸作用强,光合作用弱,所以整个群体的光补偿点上升。这一点在确定沉水植物适宜种植水深时不能忽视。
参考文献
1陈开宁,强胜,李文朝.蓖齿眼子菜的光合速率及影响因素[J].湖泊科学,2002,14(4):357-362
2金送笛,李永函,王永利.几种生态因子对菹草光合作用的影响[J].水生生物学报,1991,15(4):295-302
3陈鸿达.11种沉水植物的生产力[J]海洋与湖沼,1998,19(6):525-531
4刘国才.白音花水库冰下水生维管束植物的研究[J].华北农学报,1994,9(1):121-125
5刘国才,金天明,崔雅杰.冰下水生维管束植物生产力的研究[J].水生生物学报,1996,20(4):383-386
6任南,严国安,马剑敏,等.环境因子对东湖几种沉水植物生理的影响研究[J].武汉大学学报(自然科学版),1996,42(2):213-218
7苏胜齐,姚维志.环境对菹草生长和繁殖的影响及菹草对富营养化水净化能力的研究[D].西南农业大学,2001:9-27
8陈开宁,强胜,李文朝.蓖齿眼子菜的光合速率及影响因素[J].湖泊科学,2002,14(4):357-362
9陈开宁.篦齿眼子菜生物、生态学及其在滇池富营养水体生态修复中的应用研究[D].南京农业大学,2002:18-22,58-72
10刘建康.高级水生生物学[M].北京:科学比版社,1999,137,225-240
11李恒.云南横断山脉山区湖泊水生植被[J].云南植物学研究,1987,9(3):257-270
1.了解光合作用的发现过程。
2.了解叶绿体,初步学习光合色素的提取方法。
3.学习光合作用的公式及实验过程和意义。
教学重点:
1.说出光合作用的发现过程。
2.分析实验原理及目的。
课时安排:2课时
教学难点:阐明发现光合作用实验的原理。
教学工具:板图、挂图、多媒体课件、实验。
教学过程:
导入:打开PPT,引导学生仔细研究和光合作用有联系的图,分析及思考光合作用的原理。
导议:提问1:什么是光合作用呢?与光合作用有关的一系列元素是什么?
(答1: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,并且释放出氧的过程参与光合作用的元素有叶绿体、光能、二氧化碳和水。最后产生的是有机物和氧。)
讲述:板书光合作用的化学公式,同学们有没有思考过这样一个问题,这个化学方程式是怎么产生的?这就是我们今天要学习的内容。
导思:绿色植物随处可见,有没有同学在生活中仔细观察过光合作用的过程?
可通过教材提供的几个著名实验为切入点进入学习:德国科学家萨克斯通过实验成功地证明了绿色叶片在中产生淀粉的实验;德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行场所,且氧由叶绿体释放出来的实验;20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明释放的氧气全部来自水的实验。
学生活动:1.仔细研究几个科学家的实验及实验结果。2.讲一讲每个实验各自得出的结论。3.结合几个科学家的实验结果,分析一下知道了哪些光合作用的知识点。4.由光合作用的发现历程,你还想到了什么?
活动结果:通过分析科学家的实验背景及实验过程,可以获知科学的发现是需要漫长的时间和自身不断努力和坚持的,现在课本上许许多多的科学成果都是几代科学家艰辛实验而成的,才推动了科学的进步及人类文明的成长。
过渡:接下来,我们在实验中见证一下光合作用的生理过程吧,首先我来认识一下叶绿体。
问:叶绿体在叶子的哪个部位?主要有什么功能?结构是什么样的?教师在PPT上展示叶绿体的结构图。
(答:集中在叶肉细胞中,是主要进行光合作用的细胞器。在显微镜中,叶绿体呈扁平的棉球形或球形。电镜下观察有双层膜,使叶绿体与细胞基质隔开,叶绿体的膜还可以控制物质的进出,叶绿体内部充满了基质和绿色的基粒。)
我们在电子显微镜下观察叶绿体的超薄切片,看到的叶绿体的基粒,是不是一个单纯的圆柱体呢?
(答:不是,是由一层一层的结构重叠而成的。)
讲述:就像一元的硬币一样,它们就像一个个硬币一般累叠而成,形成一个圆柱体,叶绿体中有几十个这样的圆柱体,仔细想想,这样的形状对于光合作用有什么作用?)
(答:对光合作用化学反应的进行有积极的推动作用。)
实验成果展示:
出示叶绿体色素提取滤纸带,分析一下:
1,含量最多及最少的色素分别是什么?其中稀释扩散速度最快的是什么?
2,缺镁的植物在生长过程会出现什么样的变化?为什么会产生这样的变化?
小结:叶绿体中的色素分为两大类:叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素又分为两类:叶绿素a,呈蓝绿色;叶绿素b,呈黄绿色。类胡萝卜素也分为两类:胡萝卜素,呈橙黄色;叶黄素,呈黄色。
由于叶绿素含量约占总量的四分之三,而类胡萝卜素仅占四分之一,因此通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。但是,叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为温度降低而被分解消失;其中活动比较稳定就是胡萝卜素和叶黄素。其中枫树“霜叶红于二月花”产生的缘由就是由于叶绿素分解的时候,大量花青素被转化形成了所造成的。那么这些色素存在的功能主要是什么呢?可以在一定条件下慢慢转化成光能,在恩吉尔曼的光能转化分析的实验中,我们可以研究出叶绿体中4种色素的颜色是与它们吸收光的情况相关的,我们可将提取出的叶绿体中的4种色素溶液分别放在可见光与三棱镜之间,可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。(演示色素吸收光谱幻灯片。)
提问:同学们观察哪些波长的光吸收量大,哪些波长的光吸收量最少?
(答:主要吸收红橙光和蓝紫光,而对绿光吸收量最少。)
讲述:色素吸收的光,都能用于光合作用。由于色素对绿光的吸收量最少,绿光会被反射出来,因此叶绿体才呈现出绿色。
很好,综上可以得知,叶绿体是光合作用的载体,通过一系列的学习,我们不得不赞叹大自然的神奇。本节课中主要讲述了光合作用的实验过程,通过在科学家们的实验结果的分析基础上我们可以得知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,并且释放出氧的过程参与光合作用的元素有叶绿体、光能、二氧化碳和水,产物是有机物和氧气。最终明白我们不仅要知道实验结果,还要透过实验,分析科学家们实验设计的心理及思想,下节课我们再继续分析光合作用。
目标巩固:1.动动笔,写出光合作用的总反应式。
程中,教师往往花费大量的时间进行评讲和练习,但效果却不甚理想。
我认为原因可能有2个,一是学生虽掌握基础知识,但还不能熟练运
用。二是缺少实题感悟,不知如何运用所学知识去解题。以上问题的解
决都需要教师精选例题,利用典型例题对学生进行训练,并及时选择配
套的练习进行变式训练,及时进行巩固,深化。下面就以光合作用和呼
吸作用中的一些难点为例讲讲例题的选择。
一、曲线中各点所代表的光合速率和呼吸速率的大小关系的分析
在解题时经常遇到分析光合速率和呼吸速率的大小,且大都都是在
曲线图上。如下图:哪些点表示光合速率与呼吸速率相等?
大多数学生都能说出是c,。这源于教师对这部分内容的反复强
调。如学生能真正弄懂原因,那教师立即进行变式训练:如下图:
光合速率与呼吸速率相等的是D,H。但很多学生可能都会说是E
点。这时教师就要帮助学生分析:比较两个图的纵坐标的含义有什么不
同?CD段上升的原因?DE段下降的原因?
从“CD段时光合速率小于呼吸速率,罩内二氧化碳浓度增加。DE
段光合速率大于呼吸速率,罩内二氧化碳浓度下降”可知,D点时应该
是光合速率增大至与呼吸速率相等。
这时,还可进行再次变式训练,如下图:
该图中光合速率与呼吸速率相等的点是哪些?该题中纵坐标与上图的
区别是由二氧化碳改为氧气。上图弄懂的学生能很轻松的得出是B,C
点。
这样通过3个图形的分析,学生应该对这个问题有较好的掌握。
二、光合作用中午休现象的分析
学生常会遇到下图:e点的形成原因?教师对这一问题强调较多,大
多数学生都能答出“气孔关闭”。这时,教师可再继续研究:
是否是所有植物都有午休现象?什么情况下会没有?
出示下图:
春季的某一晴天 盛夏的某一晴天
由上图可知,盛夏季节有午休现象。由此进一步深入分析,午休的
原因是由于温度过高,植物防止丢失大量水分,从而关闭气孔。进而分
析气孔的关闭,影响二氧化碳的吸收,影响光合作用。这时,教师可以选
择例题进行这一知识点运用的训练。如下题:
(2011·广东理综,26)观赏植物蝴蝶兰可通过改变C02吸收方式以适
应环境变化。长期干旱条件下。蝴蝶兰在夜间吸收C02并贮存在细胞
中。
1.依图1分析,长期干旱条件下的蝴蝶兰在0~4时_____(填“有”或“无”)
ATP和[H]的合成,原因是_____;此时段_____(填“有”
或“无”)光合作用的暗反应发生,原因是_____
2.10—16时无明显C02吸收的直接原因是_____。
该题中可以看出蝴蝶兰在干旱时有午休现象,原因由于缺水。缺水
时气孔关闭,二氧化碳的吸收量为0,但由于夜间吸收了二氧化碳,所以
在10~16时是有光合作用的。
三、一段时间内,植物有机物的合成及消耗分析
在题目中,除了比较光合速率和呼吸速率的大小,还会让学生分析
有机物的变化量。如下图:
一昼夜后,该植物有机物的量的变化?这对于学生而言较难。教师
需分析到位,先比较24时与0时的二氧化碳浓度的变化,得出24时二
氧化碳浓度下降,说明光合作用消耗的二氧化碳多于呼吸作用产生的
二氧化碳。从而得出答案:增加。分析完这条题目后,教师应立即进行变
式训练:
一昼夜,植物有机物量的变化?教师可指导学生分析纵坐标含义的
变化。在弄懂上题后,能轻松得到该题的答案:减少。
四、光合速率和呼吸速率的测定实验
在光合作用和呼吸作用中还有一类题目较为常见,就是光合速率
和呼吸速率的测定实验。该实验需学生始终记住植物时刻都进行呼吸
作用,而光合作用只在光下才进行。所以,若用植物研究呼吸作用,装置
需放在黑暗条件下。而在光下,由于植物进行光合作用又进行呼吸作
用,所以学生一定要理解并牢记实验测得的数据应表示的是净光合速
率。在理论分析后,一定要及时进行例题训练:
(2010·扬州市第一次调研)某转基因作物有很强的光合作用强度。某中
学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合强度测试的研究课
题。设计了如下装置。请你利用下列装置完成光合作用强度的测试实
验。并分析回答有关问题。
I.实验步骤
(1)先测定植物的呼吸作用强度,方法步骤是:
①_____;
②_____;
③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
(2)测定植物的净光合作用强度,方法步骤是:
①_____;
②_____;
③30分钟后分别记录甲、乙两装置红墨水滴移动的方向和刻度。
(3)实验操作30分钟后,记录甲、乙装置红墨水滴移动情况
Ⅱ.实验分析:假设红墨水滴每移动1 cm,植物体内的葡萄糖增加或减
少1 g。那么该植物的呼吸作用速率是_____g/小时。白天光照15
小时,一昼夜葡萄糖的积累量是_____g。(不考虑昼夜温差影响)
本题较全面的考查了学生对该知识点的掌握情况。如(1),(2)两小
题考查学生基础的实验操作。第(3)题则较难,需学生能理解乙装置的
作用:用于校正由于气体膨胀而造成的误差。第Ⅱ题则更难,需要学生
会处理校正的数据,并还考查学生关于“光合作用和呼吸作用中有机物
的计算”的能力。
关键词:学情分析;旧知识;光合作用
学生的生物学习过程是一个自主构建自己对生物学知识的理解的过程。他们带着自己原有的知识背景(旧知识)、活动经验和理解走进学习活动,并通过自己的主动活动,包括独立思考、与他人交流和反思等,去学习新知识,建构对生物的理解。
1.旧知识是学生新知识学习的阶梯
初中课本中已有对光合作用的简单描述,通过一系列探究实验,学生能阐述绿色植物光合作用的产物、原料及条件。基于学生这样的基础,我们新课的开始则可以设置一些问题来唤醒学生的记忆:
①光合作用的产物有哪些?你是怎么知道的?
②光合作用的原料有哪些?
③什么样的生物可以进行光合作用?
④光合作用离不开一种细胞器,它的名字是什么?
⑤根据上面的问题,你能写出光合作用的反应式吗?
学生很快就可以得出这样的结论:光合作用是绿色植物利用叶绿素等光合色素在可见光的照射下,将二氧化碳和水转化为有机物,并释放出氧气的过程,并写出反应式CO2+H2OO2+(CH2O)。
但是学生需要学习的新知识并不局限于此总反应式,而是以此为阶梯,继而掌握光合作用的具体过程,即光反应和暗反应,书本在P103―104详细地描述了这两个反应阶段,还配置了相关的反应图解,这才是本节的重点及难点。
如果新课学习的时候一上来就学习光合作用的具体过程,学生看到书本中对于光反应和暗反应相当长的描述,错综复杂的反应式图解,就很容易产生畏难情绪,觉得这么枯燥又复杂的东西自己肯定学不会,没听几分钟就开始走神了。所以利用复习学生原有的知识基础引入新知识,为新知做好了铺垫。
2.新知识的学习补全旧知识
学生初步回忆起光合作用的反应式后,教师一步步分析,提出更深入的问题。
(1)光合作用的产物氧气是哪里来的?在氧气形成的同时还有哪些产物的产生?请仔细阅读书本P103这一段的描述,回答这个问题。
(2)你能将刚刚学习的文字部分转变为化学反应式吗?
(3)像淀粉这样的糖类是怎样一步步合成出来的?请仔细阅读书本P103这一段的描述,回答这个问题。
(4)你能将刚刚学习的文字部分转变为化学反应式吗?
(5)填表:
问题分步出现,按光合作用发生的顺序层层递进,在这些问题的指引下,学生以阅读为基础,在没有教师指导的情况下主动探索新知识,将书中的新知识内化为自己的知识。新旧知识之间既有相互贯通的地方,也有不同之处。而这种不同点往往正是旧知识的发展与提高,所以要抓住新旧知识的连接点。通过新旧知识的比较让学生亲历知识的发生发展过程,学生在知识的发生发展过程中获取知识,掌握知识,体验独立发现的愉悦。不同的学生进行这一步的时间是不同的,因为他们拥有的旧知识的多少、旧知识掌握的牢固程度都是不同的,在此基础上搭建新知识的速度和牢固程度自然不同。所以说教师要给予足够的时间自己看书,教师任何巧妙的教法都无法代替学生主动内化的过程。其次,这些知识不是一下子需要学生学会的,而是分步分阶段地逐步掌握的过程。
3.旧知识也会阻碍新知识的获得和巩固
本节课位于必修一第五章第四节,在第三节中我们已经学过呼吸作用,
呼吸作用反应式:C6H12O6+6O2+ 6H2O6CO2+12H2O+能量。
光合作用反应式:CO2+H2OO2+(CH2O)。
从上面两个反应式看,光合作用的原料刚好是呼吸作用的产物,光合作用的产物又是呼吸作用的原料。看上去很像是简单的逆转,但它们是截然不同的复杂过程。
关键词:高中生物; 光合作用; 概念教学; 研究
中图分类号:G633.91 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2012)04-034-001
一、光合作用概念的导入策略
概念导入是概念教学中的一个重要环节。做任何事情都需要有良好的开端,一节课的开头就应该能够吸引住学生,调动学生的学习兴趣。一个好的导入应该能引发学生的思考,引发学生的求知欲。
《能量之源——光与光合作用》我们可以采取创设情境导入:
有些蔬菜大棚内是挂发红色或蓝色光的灯管,并且在白天也开灯。
讨论:1.用这种方法有什么好处?不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗?2.为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源?
通过问题情境的创设,同学们了解了蔬菜大棚中为提高产量和改善品质而使用不同颜色的光,特别是红光或蓝光的作用导入本节的学习,既结合了现代农业,又紧扣“能量之源——光与光合作用”的课题。
二、光合作用概念的生成策略
1.寻找关键词
先给出光合作用的概念,让学生试着去找一找本概念中的关键词,培养学生遇概念寻找关键词的习惯和能力,积累到一定程度,能自己找出概念中的关键词,这对学习生物学中的概念很重要。例如: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存储着能量的有机物,并且放出氧气的过程。这样学生对光合作用的概念就有了一个大概的了解。
2.实验法
学生实验:绿叶中色素的提出和分离
本节课中捕获光能的色素这部分内容,我们可以采用实验法。实验中要让学生仔细观察分离出的不同色带,注意色带的不同颜色、分布顺序和宽窄,思考其中的原因。
3.分析法
分析科学家的经典实验,了解光合作用的探究历程。教材上介绍的历史非常经典,所介绍的都是在光合作用探索历程中所出现的问题和解决的方法,学生认真了解其重要过程,等于沿着科学家的发现思路作了一次思维的探究,这对于学生认识和掌握光合作用的具体过程是必要的。
4.比较法
比较法就是找出概念间的相同点和不同点,在比较中加以理解、辨别和记忆。高中生物学很多概念既有区别又有联系,为了区分新旧概念,不使其混淆,常以列表或图解的形式进行比较,加深对概念的理解和记忆。例如为了更好的理解光合作用的概念,将光合作用和呼吸作用相区别,我们可以从光合作用和呼吸作用所需的条件、场所、原料、产物等多方面列表比较。再如光合作用的光反应阶段和暗反应阶段我们可以从场所、条件、物质变化、能量变化、联系等方面进行列表比较,从而掌握光合作用的实质及光反应与暗反应的联系。这样能够形成相对比较清晰的新概念。
5.比喻法
比喻法是指对难于理解的抽象概念,讲授时采用恰当的比喻加以说明。可以把“光合作用”形象的比喻成绿色工厂:厂房是细胞,机器是叶绿体,原料是二氧化碳和水,产品是有机物,动力是太阳光光能。教师让学生联想自己所熟悉的工厂来联想“光合作用”这一概念。
这样使抽象的概念具体化、形象化,易于学生理解、掌握,有事半功倍之效。
三、光合作用概念的巩固策略
1.练习法
学生在形成概念的初期,对概念的掌握往往不牢,不准确,不完善,不深刻,还经常会遗忘,并且会和旧概念相混淆。这需要通过一些练习,利用已学的概念解决问题对概念进行巩固和加深。通过反复的训练,学生在实际应用中会对概念有更为全面和深入的理解。
2.构建概念图法
新课程理念认为学习是一个主动建构知识的过程。构建概念图策略能很好地体现这一概念,它是巩固概念的主要策略,它指引学生对已学概念的回顾,梳理概念间的逻辑关系,通过画概念图的方法,组成概念体系,使新概念恰当地进入学生已有的认知机构中从而构建出概念图。例光合作用的概念图如下:
构建概念图,一方面能真正实现有意义学习,条理清晰,形成知识网络,从整体上对知识点进行把握,避免机械记忆;另一方面还可实现长时间记忆,使回忆更容易。
四、光合作用概念的强化策略
俗话说:学以致用,学习的目的就是为了很好地应用,概念的学习也是如此。只有通过对你所学习的概念的具体应用,即在所给的具体情境中解释或解决实际的问题,才能使概念内化到相关的概念体系当中去,才能把所学的知识真正变成自己的知识,才能运用自如。例如我们可以设计这样的问题:如何提高农作物的产量?用所学知识解释和解决了实际的问题,更进一步强化了光合作用的概念。
高中生物《新课程标准》中明确规定生物课程的重要目标之一是让学生获得生物学基本概念方面的知识。如何提高生物学概念教学,是一个需要不断探索的问题。实践证明,充分利用生物学事实和学生已有的生活经历经验引发概念教学,启发和引导学生认真观察分析比较交流,归纳概念深化概念,及时运用所学概念解释和解决实际问题,巩固和强化概念教学,是提高高中生物概念教学的有效策略。
参考文献:
[1]高中生物必修1教师用书,人教版