光合作用的探究历程

1、 能量之源能量之源光与光合作用光与光合作用 我们经常听到这样的一句话：万物生长靠太阳。我们经常听到这样的一句话：万物生长靠太阳。为什么这么说呢？请同学们观察以下数据：据统计：为什么这么说呢？请同学们观察以下数据：据统计：地球表面上的绿色植物每年大约制造了地球表面上的绿色植物每年大约制造了4400亿吨亿吨有机物；地球表面上的绿色植物每年储存的能量约有机物；地球表面上的绿色植物每年储存的能量约为为7.111018 kJ，这个数字大约相当于，这个数字大约相当于240000个三个三门峡水电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生门峡水电站每年所发出的电力，相当于人类在工业生产、日常生活和食物营养上所需能

2、量的产、日常生活和食物营养上所需能量的100倍。倍。 根据以上资料，我们可以得出什么结论？根据以上资料，我们可以得出什么结论？太阳的光能又是通过什么途径进入植物体太阳的光能又是通过什么途径进入植物体内的呢？内的呢？什么是光合作用？什么是光合作用？ 光合作用是指绿色植物通过光合作用是指绿色植物通过叶绿体叶绿体，利用利用光能光能，把，把二氧化碳二氧化碳和和水水转化成储存着转化成储存着能量的能量的有机物有机物，并且释放出，并且释放出氧气氧气的过程。的过程。 光合作用的场所、原料、产物和光合作用的场所、原料、产物和动力分别是什么？动力分别是什么？如何理解光合作用？如何理解光合作用？原料原料1原料原料2

3、产物产物1产物产物2动力动力场所场所水水CO2O2淀粉等有机物淀粉等有机物光合作用的探究历程光合作用的探究历程观点：植物体由观点：植物体由“ “土壤汁土壤汁” ”构成，即植物构成，即植物生长发育所需的物质完全来自生长发育所需的物质完全来自土壤。土壤。问题：问题：植物生长所需的物质来自何处？植物生长所需的物质来自何处？亚里士多德亚里士多德(Aristotle)五年后五年后16271627年比利时科学家海尔蒙特年比利时科学家海尔蒙特开始开始柳树的质量柳树的质量2. 27kg干土的质量干土的质量90kg+74.47kg0.06kg结论：植物的增重主要来自结论：植物的增重主要来自水分水分, ,而不是土

4、壤。而不是土壤。76.74kg89.94kg5年后年后实验前后的变化实验前后的变化 海尔蒙特实验得出的结论严海尔蒙特实验得出的结论严密吗？为什么？密吗？为什么？直到直到18世纪中期：人们一直认为只世纪中期：人们一直认为只有有土壤中的水分土壤中的水分是植物建造自身是植物建造自身的原料。的原料。结论：结论：植物可以植物可以更新更新污浊污浊的空气。的空气。17711771年英年英国科国科学家学家普利斯特利普利斯特利甲甲乙乙普利斯特利（普利斯特利（J.PristlyJ.Pristly）通过植物和动物）通过植物和动物之间进行气体交换的实验，第一次成功之间进行气体交换的实验，第一次成功地应用地应用化学方法

5、化学方法研究植物的生长。研究植物的生长。17791779年年荷兰的科学家荷兰的科学家英格豪斯英格豪斯500多次植物更新空气的多次植物更新空气的实验，又有何新发现？实验，又有何新发现？结论：植物体只结论：植物体只有在有在光照光照下才能下才能更新污浊的空气。更新污浊的空气。甲甲乙乙 英格豪斯知道植物更新了空气中英格豪斯知道植物更新了空气中的什么成分吗？为什么？的什么成分吗？为什么？ 不知道，受到当时化学发展水平的限不知道，受到当时化学发展水平的限制，人们尚不知道植物吸收和释放的究竟制，人们尚不知道植物吸收和释放的究竟是什么气体。是什么气体。 直到直到17851785年，由于发现了空气的组成，年，由

6、于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的气体是人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气氧气，吸收的是吸收的是二氧化碳二氧化碳。这一过程中，光能哪里去了？这一过程中，光能哪里去了？ 1845年，德国科学家梅耶根据能量转化年，德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律，指出植物在进行光合作用时，与守恒定律，指出植物在进行光合作用时，把把光能光能转换成转换成化学能化学能储存起来。储存起来。 以上这些科学家的前期实验探究，对以上这些科学家的前期实验探究，对于光合作用问题的解决没有取得实质的突于光合作用问题的解决没有取得实质的突破，但启迪人们进一步去设计更加巧妙的破，但启迪人们进一步去设计更加巧妙的实验。实

7、验。萨克斯，萨克斯，J.von Sachs (18321897) 暗处理暗处理叶部分遮光叶部分遮光光照光照滴加碘液滴加碘液萨克斯的实验共有几个处理过程？萨克斯的实验共有几个处理过程？ 有四个处理过程：有四个处理过程：先把绿叶在暗处放置几先把绿叶在暗处放置几小时；小时；然后让叶片一半曝光，另一半遮光；然后让叶片一半曝光，另一半遮光；接着对叶片进行脱色处理；接着对叶片进行脱色处理；最后用碘蒸气处理。最后用碘蒸气处理。想一想，每个处理过程的目的分别是什么？把绿叶在暗处把绿叶在暗处放置几小时放置几小时，在生物学上，在生物学上称为称为“饥饿饥饿”处理，目的是消耗掉叶片中处理，目的是消耗掉叶片中的有机物。

8、的有机物。让叶片让叶片一半曝光，另一半遮光一半曝光，另一半遮光，这是为，这是为了设置（空白）对照实验。了设置（空白）对照实验。对叶片进行脱色处理，是为了排除色素对叶片进行脱色处理，是为了排除色素对检验结果造成干扰。对检验结果造成干扰。用碘蒸气处理，是检验是否有淀粉产生。用碘蒸气处理，是检验是否有淀粉产生。萨克斯的实验共有几个处理过程？萨克斯的实验共有几个处理过程？ 有四个处理过程：有四个处理过程：先把绿叶在暗处先把绿叶在暗处放置几放置几小时小时；然后让叶片一半曝光，另一半遮光；然后让叶片一半曝光，另一半遮光；接着对叶片进行脱色处理；接着对叶片进行脱色处理；最后用碘蒸气处理。最后用碘蒸气处理。想

9、一想，每个处理过程的目的分别是什么？结论：植物在结论：植物在光光下产生了下产生了淀粉。淀粉。1880年，美国科学家恩格尔曼的水绵实验年，美国科学家恩格尔曼的水绵实验 实验证明：氧气是由实验证明：氧气是由叶绿体叶绿体释放出来的，叶绿释放出来的，叶绿体是进行体是进行光合作用的场所光合作用的场所。1为什么选用水绵做为实验材料？为什么选用水绵做为实验材料？ 2为什么选用黑暗并且没有空气的环境？为什么选用黑暗并且没有空气的环境？ 3为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？全暴露在光下？ 因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且因为水绵不仅有细而长的

10、带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究。 为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保为了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。实验的准确性。 先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。且氧是由叶绿体释放出来的。 思考思考1897年，人们首次把绿色植物的上述生理活动称为年，人们首

11、次把绿色植物的上述生理活动称为光光合作用合作用。这样，柳苗的生长之迷也终于被揭开了。这样，柳苗的生长之迷也终于被揭开了。提出问题：提出问题：探究光合作用释放的探究光合作用释放的氧气氧气到底来到底来自自二氧化碳二氧化碳还是还是水水？ ）1、需要标记什么元素？、需要标记什么元素？2、怎样设计对照实验？、怎样设计对照实验？ C18O2、H218OC18O2+H2OCO2+H218OCO2H218O?C18O2H2O?预测预测1 1：第一组的为：第一组的为O O2 2，第二组为，第二组为1818O O2 2，释放的氧气来自，释放的氧气来自H H2 2O O；预测预测2 2：第一组为：第一组为1818O

12、 O2 2 ，第二组为，第二组为O O2 2 ，释放的氧气来自，释放的氧气来自COCO2 2；预测预测3 3：两组既有：两组既有1818O O2 2、也有、也有O O2 2，释放的氧气来自两者。，释放的氧气来自两者。第一组第一组第二组第二组CO2H218O18O2C18O2H2OO2结论：结论：光合作用释放的氧气来自水光合作用释放的氧气来自水 第一组第一组第二组第二组卡尔文及其同事用来研究光合藻类卡尔文及其同事用来研究光合藻类CO2固定的仪器装置固定的仪器装置 他用他用14C标记的标记的CO2追踪了光合作用过追踪了光合作用过程中碳元素的行踪，程中碳元素的行踪，从而进一步揭示了从而进一步揭示了光

13、合作用中复杂的光合作用中复杂的化学反应。化学反应。 原料原料 条件条件 场所场所 产物产物 海尔蒙特海尔蒙特 普里斯特利普里斯特利 英格豪斯英格豪斯 萨克斯萨克斯 恩格尔曼恩格尔曼H2O淀粉淀粉叶绿体叶绿体（阳光）（阳光）O2CO2课堂小结课堂小结6CO2 +12H2O光能光能叶绿体叶绿体C6H12O6+6H2O+6O2你能写出光合作用的反应式吗？你能写出光合作用的反应式吗？书写时请标出各种元素的去向。书写时请标出各种元素的去向。1下图表示德国科学家萨克斯的实验，在叶片照光下图表示德国科学家萨克斯的实验，在叶片照光24 h后，经脱色、漂洗并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的部分后，经脱色、漂洗并用碘

14、液处理，结果有锡箔覆盖的部分呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色，本实呈棕色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色，本实 验说明验说明( ) 光合作用需要光合作用需要CO2 光合作用需要光光合作用需要光 光合作用需要叶绿素光合作用需要叶绿素 光合作用放出氧光合作用放出氧 光合作用制造淀粉光合作用制造淀粉 A B C D课堂巩固练习课堂巩固练习C课堂巩固练习课堂巩固练习2.下下图为鲁宾和卡门实验的示意图，图中图为鲁宾和卡门实验的示意图，图中A物质物质和和B物质的相对分子质量之比是物质的相对分子质量之比是( ) A1：2 B2：1 C8：9 D9：8C问题探讨问题探讨 为什么植物的叶片大多是绿色的，但有为什么

15、植物的叶片大多是绿色的，但有时叶片也会发黄？时叶片也会发黄？ 因为绿叶中所含的色素主要是叶绿素，因为绿叶中所含的色素主要是叶绿素，但也有其它的一些色素。但也有其它的一些色素。试验回顾及问题探讨试验回顾及问题探讨 绿叶中的色素有哪些、其颜色各怎样？绿叶中的色素有哪些、其颜色各怎样？3方法与步骤：方法与步骤：1.1.称取称取5g5g左右的鲜左右的鲜叶，剪碎，放入研钵中。叶，剪碎，放入研钵中。加少许的石英砂（加少许的石英砂（充分研充分研磨磨）和碳酸钙）和碳酸钙 ( (防止色素防止色素被破坏被破坏) )与与10ml10ml无水乙醇无水乙醇（溶解色素）（溶解色素）。在研钵中。在研钵中快速研磨，将研磨液进

16、行快速研磨，将研磨液进行过滤。过滤。2.2.制备滤纸条：制备滤纸条：将干燥的定性滤纸剪成滤纸条，将干燥的定性滤纸剪成滤纸条，将滤纸条的一端剪去两角，并在距这端将滤纸条的一端剪去两角，并在距这端1cm1cm处用处用铅笔画一条细的横线。铅笔画一条细的横线。3.3.画滤液细线：画滤液细线：用毛细吸管吸取少量滤液，沿用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线。等滤液干后再画铅笔线均匀地画出一条细线。等滤液干后再画一两次。一两次。4.4.分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入烧分离绿叶中的色素：将适量的层析液倒入烧杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻杯中，将滤纸条（有滤液细线的一端朝下）轻轻插

17、入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。轻插入层析液中，随后用棉塞塞紧试管口。注注意：不能让滤液细线接触层析液意：不能让滤液细线接触层析液实验结果：实验结果：色素的种类和作用色素的种类和作用 与光合作用有关的这些色素都存在于叶绿体中类囊与光合作用有关的这些色素都存在于叶绿体中类囊体的薄膜上体的薄膜上色 素对 照分光仪分光仪色素的吸收光谱图色素的吸收光谱图 400 500 600 700nm 400 500 600 700nm 1001005050吸收光能百分比叶绿素类胡萝卜素可 见 光 区叶绿素：吸收蓝紫光和红光叶绿素：吸收蓝紫光和红光类胡萝卜素：吸收蓝紫光类胡萝卜素：吸收蓝紫光问题探讨问题探讨 有

18、些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝色光的有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝色光的灯管，并且在白天也开灯。灯管，并且在白天也开灯。 讨讨 论论1.1.这种方法的好处是？不同颜色的光照对植物的光这种方法的好处是？不同颜色的光照对植物的光合作用会有影响吗？合作用会有影响吗？2.2.能否用绿光灯管来补充光源？为什么？能否用绿光灯管来补充光源？为什么？ 可以提高光合作用强度；不同颜色的光可以提高光合作用强度；不同颜色的光会影响植物的光合作用。会影响植物的光合作用。不能；因为叶绿素基本上不吸收绿光不能；因为叶绿素基本上不吸收绿光外膜外膜内膜内膜基粒基粒基基质质每个基粒都由一每个基粒都由一个个圆饼状的囊个个圆饼状的囊状结构堆叠而成。状结构堆叠而成。这些囊状结构称这些囊状结构称为为类囊体类囊体。吸收吸收光能的四种色素光能的四种色素就分布在类囊体就分布在