师：起立，请坐。同学们拿到的，是上节课发给大家关于光合作用学习情况和理解的调查问卷。其中有一项是让大家写一写光合作用的反应式，或者写反应物和生成物的情况。同学们写的情况各异。张国清，我看你写的是正确的，你能说一说你写的内容吗？
生：我写的是二氧化碳和水，在叶绿体和光照的条件下生成有机物和氧气。
师：在高中生物学中，我们用特定符号代表刚才张国清所说的有机物。同学们猜猜这是哪类有机物？是糖类吗？为什么？因为含有碳、氢、氧元素，是碳水化合物，对吧？张国清，你能不能再说说刚才反应式中，二氧化碳和水在反应式前面是什么？氧气和糖类等有机物作为生成物，光照和叶绿体分别又是什么？光照是条件，叶绿体是场所。
师：好，请坐。在初中对光合作用的学习中，我们已有宏观认识。那高中为什么又把它拿出来学习呢？大家有没有感兴趣的问题，有没有同学愿意说一说？其实高中我们从微观层次进一步学习光合作用，比如细胞水平、分子水平在光合作用中发生了什么。所以今天的学习先从复习叶绿体的结构开始，大家打开学案，找到有个大叶绿体的内页，在左上角有叶绿体的结构，请大家迅速填写。第一反应别翻书，想想咱们讲过的内容。好了，有人已经填完了，王梦凯来说一说这个结构都是什么？我来指，你来说。
生：这应该是外面，嗯，这是类囊体，然后这是基质，这是基粒。
师：有问题吗？没有，请坐，非常好。注意类囊体的“囊”字要写对。那么叶绿体内部有这样的结构，与光合作用有怎样的关系呢？光合作用中二氧化碳、水、氧气等又是怎样变化和产生的呢？其实科学家们也曾有这样的质疑。在20世纪初，光合作用被解释为光将二氧化碳裂解成为氧和碳，然后碳和水形成葡萄糖。
师：要验证这个假说是否正确，我们该怎么做？肯定得做实验，对吧？后来科学家们做了很多实验，其中一个著名的实验叫希尔反应。我们看看实验是怎么做的？1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。用什么方法能获得离体叶绿体呢？咱们学过获得细胞器的方法还记得吗？是离心，差速离心。发现即使不提供二氧化碳，只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量的草酸亚铁等电子受体。
师：离体叶绿体虽然不能合成有机物，也能放出氧气。同学们想一想，这样的实验结果支持刚才的假设吗？刚才假设氧气是二氧化碳裂解产生的，支持吗？不支持。那氧气有可能从哪来？有可能从水来。这能说明氧气的产生一定和二氧化碳无关吗？也不能，因为实验没加二氧化碳。如果想要证明光合作用产生的氧气真的来自于水而并非二氧化碳，还有别的方法吗？咱们提到过，运用一种技术，同位素示踪法，对吧？那要用同位素示踪法追踪哪个元素的去向呢？有碳、氢、氧，追踪谁？追踪氧，事实上我们可以选用氧 - 18作为同位素。接下来选择什么样的材料呢？找棵大树做实验好不好？大树虽然容易找，但太大了，不容易做这个实验，对吧？我们要找小的。有同学想到藻类了，是吧？给大家介绍一种实验材料，小球藻，单细胞的藻类，属于植物。它比较容易获得，个体小，而且光合作用特别强，成为科学家们喜爱的研究实验材料。如果用小球藻做这个实验，我们可以通过装置通入和收集气体。现在该怎么做呢？放射性同位素应该给谁？氧的同位素应该在哪出现？在二氧化碳中出现，也就是说要把二氧化碳中的氧换成氧 - 18，那水呢？给水标记氧 - 18吗？不给。然后呢？检测氧气。预期结果应该是什么？没有氧 - 18的出现。这样就能证明光合作用产生的氧气来自于水而非二氧化碳吗？大家不觉得少点什么吗？只给二氧化碳标记，没检测到氧 - 18，就说明氧气来自水，证据直接吗？不直接，怎么办？谁说。
生：可以再把水也标记一遍，给水标记一个氧 - 18。
师：也就是说同样的实验，把它说完整，水标记氧 - 18。
生：然后再检测出来氧气里有没有氧 - 18。
师：通过这样的一组还是两组实验共同来说明刚才的假设对吗？非常好，请坐。事实上，科学家们在1941年完成了这个实验，从而说明光合作用产生的氧气的确来自于水，而不是二氧化碳。我们知道，水要变成氧气，在实验室中是什么反应？是裂解水，对吧？你们做过吗？怎么做的？通电，能用加热的方法让水裂解吗？不能。为什么不能呢？因为一加热，水就变成水蒸气飞了。实际上在实验室中，水的裂解是一个非常耗能的过程，因为水太稳定了。它的裂解除了通电之外，还可以通过2000度的高温，但在植物体的叶绿体中，水分解的环境温度是多少？常温，冬天有光合作用的话，还低于常温。这个时候肯定不是2000度，那这个反应能顺利进行，有一种物质起到很关键的作用，是什么？是酶，除了酶的作用之外，水分解肯定得有能量来源，在光合作用过程中，能量的来源是什么？呼吸作用？到底光合作用当中能量的来源是什么？是光，对吧？我的问题来了，细胞里有水，照光，为什么不进行光合作用呢？
生：没有……
师：是没有叶绿体吗？叶绿体有什么特殊的地方？它有什么？有色素，对吧？也就是说在光合作用中，叶绿体里的色素负责吸收光，是这样吗？那色素到底是什么样子呢？这里边有三种叶绿素，前两种我们通过实验接触过，分别是叶绿素a和叶绿素b。考考大家，叶绿素a是什么颜色？蓝绿色，b呢？黄绿色。虽然没接触过，但它们都是叶绿素，看它们的结构挺相似的，对吧？这种结构的一致性让我们找到一些共同之处，而且我觉得它跟另外一种分子也有点像。
师：（展示相关图形）如果把它竖过来，大家可以看看它们都有一个头，还有个尾。你们能不能猜测在刚才填的图里，叶绿素这些色素在哪呢？磷脂分子是构成什么的膜的，对吧？你们觉得色素应该在哪？一下子就猜到正确答案了，是吧？为什么在类囊体的膜上？首先在膜上没问题，于洪静，你来说说为什么你觉得是类囊体的膜？
生：我认为它的结构类似于磷脂分子，所以它应该像磷脂分子一样有着亲水和疏水的特性，不同部位特性不同。
师：所以它在膜上，是吧？对，先别坐，我想问你，它为什么不在外膜和内膜上，而要在类囊体的膜上，这样的分布有什么合理性？
生：可以增大它的受光面积。
师：可以增加它的分布面积，对，因为类囊体的膜面积很大，对吧？好，请坐。在光合作用过程中，或者在叶绿体当中，右边是放大的叶绿体以及放大的类囊体。上边有一些a、b、c、d这样的结构，其中a代表的就是一些色素，而且这些色素不是独立存在的，还会跟一些蛋白混合在一起，分布在类囊体的膜上。这个时候光照在上面，光合作用就开始了，到底发生了什么事呢？我们一起来看一段视频，同学们认真观察，然后猜测发生了什么。这个视频是英文的，能听懂英文的同学可以跟着看，听不懂的同学通过观看画面来了解。
生：In the green plants you see around you, most photosynthesis chemical reactions happen inside leaf cells. Inside those cells, specialized organelles called chloroplasts absorb photons across folded up membranes resembling stacks of coins. Inside the chloroplasts, thylakoid membranes are where photosynthesis, light - dependent reactions occur. Spread across the thylakoid membrane are vast arrays of proteins and pigment molecules that can capture photons and convert light energy.
师：什么意思？吸收光，对吧？下边这些绿绿的是什么？是光合色素，对吧？
生：into chemical energy. The photon capture system is formed out of precisely arranged chlorophyll pigment molecules. Chlorophyll can absorb the energy of a blue or red photon and pass the energy via quantum mechanical effect through a chain of pigment molecules to a photosystem to reaction center. The two molecules at the bottom of the reaction center are a chlorophyll special pair. Together they can use the energy from an absorbed photon to energize an electron and release it up through a chain of accepting molecules. At the top of the reaction chain, two electrons are accepted by a quinine molecule, which then ferries.