光合作用探究历程

1、回眸历史回眸历史 解开光合作用之谜解开光合作用之谜非洲饥饿的孩子们等待着非洲饥饿的孩子们等待着联合国的救济粮联合国的救济粮 关注并拯救饥饿的孩子关注并拯救饥饿的孩子图图A A图图B B图图D D1717世纪海尔蒙特世纪海尔蒙特( (比利时比利时) ) 柳树实验柳树实验实验前实验前实验后实验后变化变化土壤干重土壤干重90.800kg90.743kg-0.057kg柳柳 树树2.25kg76.70kg+74.75kg图图C C结论：结论： 植物生长所需的养料主要来自于水，植物生长所需的养料主要来自于水，而不是土壤。而不是土壤。3/10普利斯特利实验普利斯特利实验结论：只有在阳光照射下才能成功，结论

2、：只有在阳光照射下才能成功，1779年英格豪斯的实验（荷兰）年英格豪斯的实验（荷兰）17851785年，由于发现了空气的组成年，由于发现了空气的组成, ,人们才明确人们才明确绿叶在光下绿叶在光下放出放出的气体是的气体是氧气氧气，吸收吸收的是的是二氧二氧化碳化碳。18451845年，德国科学家梅耶（年，德国科学家梅耶（R.MayerR.Mayer）根据能）根据能量转换和守恒定律明确指出，植物在进行光量转换和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把合作用时，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一半曝光，一半遮光一半曝光，一半遮光在暗处放置几小的叶片在暗处放置几小的叶片1864186

3、4年萨克斯的实验年萨克斯的实验暗处理暗处理光照光照酒精酒精脱色脱色碘蒸汽处理碘蒸汽处理思考：思考：（1 1）为什么用碘蒸气）为什么用碘蒸气处理之后会变蓝？处理之后会变蓝？（2 2）为什么要先进行）为什么要先进行暗处理？暗处理？（3 3）为什么一半遮光，一半曝光？）为什么一半遮光，一半曝光？（4 4）从这个实验中，你可以得到什么结论？）从这个实验中，你可以得到什么结论？证明：绿叶的光合作用产物除氧气以外证明：绿叶的光合作用产物除氧气以外,还有还有淀粉淀粉。(1)(1)为什么选用水绵？为什么选用水绵？ 氧气是叶绿体释放出来的，氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光叶绿体是光合作用的场所合作用的场所。(

4、2)(2)好氧菌的作用？好氧菌的作用？(3)(3)为什么临时装片要放为什么临时装片要放在没有空气的黑暗环境在没有空气的黑暗环境里？里？水绵，细胞中水绵，细胞中有细长、带状且螺旋状分布有细长、带状且螺旋状分布的叶绿体，的叶绿体，利于观察利于观察黑暗、无空气；排除环境中的光线、氧气对实验的影响黑暗、无空气；排除环境中的光线、氧气对实验的影响(4)(4)为什么临时装片要放在没有空气的曝为什么临时装片要放在没有空气的曝光环境里？光环境里？1939年（美国）年（美国） 鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验提出问题提出问题作出假设作出假设设计实验设计实验结果分析结果分析得出结论得出结论光合作用产生的氧是来自于水光

5、合作用产生的氧是来自于水还还是二氧化碳是二氧化碳？光合作用产生的氧是来自于水（或者是二氧化碳）。光合作用产生的氧是来自于水（或者是二氧化碳）。A A中气体无放射性，中气体无放射性，B B中气体具有放射性中气体具有放射性光合作用产生的氧气来自于水，而不光合作用产生的氧气来自于水，而不是来自于二氧化碳。是来自于二氧化碳。A B 同位素标记法同位素标记法CO2中的碳在光合作用中转中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，化成有机物中的碳的途径，这一途径称为这一途径称为卡尔文循环卡尔文循环。光合作用的总反应式光合作用的总反应式: : CO2 + H2O (CH2O) + O2光能光能叶绿体叶绿体条件

6、条件: :光照光照原料原料:CO:CO2 2、H H2 2O O产物产物:(CH:(CH2 2O)O)糖类、糖类、O O2 2场所场所: :叶绿体叶绿体光合作用的探究历程：光合作用的探究历程：（1 1）17711771年普利斯特利：植物可年普利斯特利：植物可 空气空气19791979年英格豪斯：普利斯特利实年英格豪斯：普利斯特利实验只有在验只有在 下才能成功，植物下才能成功，植物体只有体只有 才能更新污浊的空才能更新污浊的空气气18451845年梅耶：植物在进行光合作用年梅耶：植物在进行光合作用时把时把 能转换成能转换成 能储存起来能储存起来18641864萨克斯：光合作用产萨克斯：光合作用产

7、物除氧气外还有物除氧气外还有 18801880年恩年恩格尔曼：光合作用场所是叶绿体格尔曼：光合作用场所是叶绿体19391939年鲁宾、卡门：光合作用释放的氧气来年鲁宾、卡门：光合作用释放的氧气来自自 。更新更新阳光照射阳光照射绿叶绿叶光光化学能化学能淀粉淀粉水水实验设计：实验设计： 证明绿色植物在光下能产生氧气。证明绿色植物在光下能产生氧气。小资料：小资料： 二次世界大战之后二次世界大战之后, ,美国加州大学贝克利分校的梅尔美国加州大学贝克利分校的梅尔文文卡尔文和他的同事们用卡尔文和他的同事们用1414C C标记的标记的COCO2 2供小球藻进行光供小球藻进行光合作用合作用, ,来研究小球藻在

8、光合作用中怎样固定来研究小球藻在光合作用中怎样固定COCO2 2的。的。 在卡尔文的实验中在卡尔文的实验中, ,发现标记的发现标记的COCO2 2转变成有机物的速转变成有机物的速度很快度很快, ,几秒钟之内几秒钟之内, ,在第一个中间产物在第一个中间产物( (三碳化合物三碳化合物) )中发现中发现了放射性了放射性, , 所以将所以将COCO2 2的这种固定途径称为的这种固定途径称为C C3 3途径途径, ,将通过将通过这种途径固定这种途径固定COCO2 2的植物称为的植物称为C C3 3植物。植物。 最终的研究结果发现最终的研究结果发现, CO, CO2 2固定的固定的C C3 3途径是一个循

9、环过途径是一个循环过程程, ,称为称为C C3 3循环循环, ,由于这一循环是卡尔文发现的由于这一循环是卡尔文发现的, ,故又称卡尔故又称卡尔文循环。文循环。光合作用的场所：光合作用的场所：叶绿体叶绿体光合作用的原料：光合作用的原料：二氧化碳和水二氧化碳和水光合作用的条件：光合作用的条件：有光照有光照光合作用的产物：光合作用的产物：淀粉、氧气淀粉、氧气（1 1）设置对照实验设置对照实验（如萨克斯的曝光和遮光实验、（如萨克斯的曝光和遮光实验、扬扬英根豪斯将枝条放在光下和放在暗处）；英根豪斯将枝条放在光下和放在暗处）；（2 2）控制单一变量控制单一变量（鲁宾和卡门分别标记水和二氧（鲁宾和卡门分别标

10、记水和二氧化碳中的氧）；化碳中的氧）；（3 3）显性化的实验现象显性化的实验现象（普利斯特莱实验利用蜡烛创（普利斯特莱实验利用蜡烛创造条件，使无法观察到的空气成分变化表现出来）造条件，使无法观察到的空气成分变化表现出来）. .v实验常考易错点v萨克斯实验中黑暗处理的目的：消耗掉叶片中原有的淀粉。曝光与遮光形成对照，检验试剂为碘蒸气，检验前用酒精处理，目的是溶解色素；v恩格尔曼选用水绵做实验材料的好处：叶绿体大呈带状，便于观察，所用细菌异化作用类型为需氧型；v鲁宾、卡门用的实验方法为示踪原子法(同位素标记法)。v(1)萨克斯：自身对照，自变量为是否照光(一半曝光与另一半遮光)，因变量为叶片是否制

11、造出淀粉。v(2)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质(HO与C18O2)，因变量为O2的放射性。v(3)普里斯特利：密闭的玻璃罩是否加植物为自变量，蜡烛燃烧时间或小鼠存活时间为因变量。结论结论1：只有在：只有在光下光下植物才能更新空气。植物才能更新空气。 黑 暗 光 下 结论结论2：植物体的绿叶：植物体的绿叶在光下才能更新空气。在光下才能更新空气。普利斯特利的实验只有在普利斯特利的实验只有在阳光照射阳光照射下才能成功下才能成功英根豪斯实验英根豪斯实验淀粉遇碘会变蓝淀粉遇碘会变蓝德国科学家萨克斯的实验及结论德国科学家萨克斯的实验及结论 实验：把绿色叶片放在暗处几小时，然后把实验：把绿色叶片放

12、在暗处几小时，然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后，这个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后，放入酒精中隔水加热放入酒精中隔水加热, ,再用碘蒸气处理叶片。再用碘蒸气处理叶片。 目的？目的？何作用？何作用？何作用？何作用？结论：绿色叶片在光合作用下产生了结论：绿色叶片在光合作用下产生了淀粉。淀粉。18801880年年 恩吉尔曼恩吉尔曼( (德国德国) )现象：现象：分析分析 ：好氧细菌只集中在被光线好氧细菌只集中在被光线照射的照射的叶绿体叶绿体附近。附近。光线照射部位进行光合作光线照射部位进行光合作用产生了氧气。用产生了氧气。 结论结论:叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所叶绿体是

13、绿色植物进行光合作用的场所黑暗，无空气黑暗，无空气极细光束极细光束完全曝光完全曝光实验设计：实验设计：探究光合作用产生的探究光合作用产生的OO2 2是来自水还是来自是来自水还是来自COCO2 2? ?实验方法：实验方法： 实验步骤：实验步骤：放射性同位素标记法（标记哪个元素放射性同位素标记法（标记哪个元素? ?）5 5、美国科学家鲁宾和卡门实验及结论、美国科学家鲁宾和卡门实验及结论实验：实验：（1 1）用）用1818OO分别标记分别标记HH2 2OO和和COCO2 2。（2 2）、向绿色植物提供、向绿色植物提供HH2 21818OO和和COCO2 2 、向绿色植物提供、向绿色植物提供HH2 2

14、OO和和C C1818O O2 2结论：结论：光合作用释放的氧全部来自水。光合作用释放的氧全部来自水。释放释放1818OO2 2释放释放OO2 21938，鲁宾和卡门(美国)H2O C18O2H218O CO2 O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2O2 O2 O2 O2O2 O2 O2 O218O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 18O2 想一想：恩格尔曼想一想：恩格尔曼(1880年年)的实验的实验在设计上有何巧妙之处？在

15、设计上有何巧妙之处？v1 1、实验材料的选择：水绵，细胞中、实验材料的选择：水绵，细胞中有细长、有细长、带状且螺旋状分布的叶绿体，带状且螺旋状分布的叶绿体，利于观察；利于观察；v2 2、环境选择：黑暗、无空气；排除环境中的、环境选择：黑暗、无空气；排除环境中的光线、氧气对实验的影响；光线、氧气对实验的影响；v3 3、光束：极细的光束照射水绵，且利用、光束：极细的光束照射水绵，且利用好氧好氧细菌细菌检测，可以准确判断水绵细胞中释放检测，可以准确判断水绵细胞中释放O O2 2的部位；的部位；v4 4、对照实验：黑暗与曝光对比，证明结果完、对照实验：黑暗与曝光对比，证明结果完全由光照引起。全由光照引

16、起。 小资料：小资料： 放射性同位素可用于追踪物质的运行和放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的化合物，变化规律。用放射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。法。光合作用原理的应用光合作用原理的应用影响影响光合作用强度光合作用强度的因素？的因素？COCO2 2的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温的浓度，光照的长短与强弱；光的成分；温度的高低、必需矿物质元素、水分等。

17、度的高低、必需矿物质元素、水分等。例：适当提高例：适当提高CO2的浓度（温室大棚），增加光照时间的浓度（温室大棚），增加光照时间和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。和光照强度，农作物间距合理，选择适当的光源等。影响光合作用的主要外界因素影响光合作用的主要外界因素v光照光照 光是光合作用的能量来源，是叶绿体发育和叶光是光合作用的能量来源，是叶绿体发育和叶绿素合成的必要条件绿素合成的必要条件v二氧化碳二氧化碳 二氧化碳是光合作用的原料之一二氧化碳是光合作用的原料之一v温度温度 由于温度可以影响酶的活性，因而对光合速率由于温度可以影响酶的活性，因而对光合速率有明显影响有明显影响v水分水分

18、叶片接近水分饱和时，才能进行正常的光合作叶片接近水分饱和时，才能进行正常的光合作用用v矿质营养矿质营养 矿质元素直接或间接影响光合作用矿质元素直接或间接影响光合作用v光合速率的日变化光合速率的日变化 一天中，光强日变化对光和速率一天中，光强日变化对光和速率日变化的影响最大日变化的影响最大延长光合作用时间延长光合作用时间增加光合作用面积增加光合作用面积增加光能利用率增加光能利用率提高光合作用效率提高光合作用效率控制光照强弱控制光照强弱控制光质控制光质控制温度控制温度控制控制COCO2 2供应供应控制必需矿质元素供应控制必需矿质元素供应控制控制H H2 2O O供应供应提高复种指数（轮作）提高复种

19、指数（轮作）温室中人工光照温室中人工光照合理密植合理密植间作套种间作套种通风透光通风透光在温室中施有机肥，在温室中施有机肥，使用使用COCO2 2发生器发生器阴生植物阴生植物阳生植物阳生植物应用应用提高农作物产量的措施提高农作物产量的措施红光和蓝紫光红光和蓝紫光适时适量施肥适时适量施肥合理灌溉合理灌溉保持昼夜温差保持昼夜温差 H2O水的光解水的光解O2H ADP+Pi 酶酶ATPco2C5光反应光反应2c3固固定定供氢供氢酶酶供能供能还还原原(CH2O) 糖类、脂肪、糖类、脂肪、蛋白质蛋白质 多种酶多种酶参加催化参加催化暗反应暗反应能量转化能量转化: 光能光能ATP活跃化学能活跃化学能稳定化学

20、能稳定化学能元素转移元素转移O元素元素:H2O O2C元素元素:C O2C3 （CH2O）光能光能条件条件 ：光、光、 色素、色素、酶酶场所：场所：反应反应水的光解：水的光解：ATP的合成：的合成：基粒类囊体薄膜上基粒类囊体薄膜上H2O H+O2光、光、叶绿体中的色素叶绿体中的色素ADPPi 光能光能 ATP酶酶光能光能1.光反应阶段光反应阶段吸收、传递吸收、传递和转换光能和转换光能能量转变：能量转变：ATP中活跃的化学能中活跃的化学能产物：产物： H、O2、ATP条件：条件： 不需光，需多种酶不需光，需多种酶场所：场所：叶绿体基质中叶绿体基质中过程过程CO2的固定：的固定： CO2C5 2C

21、3酶酶三碳化合物三碳化合物的还原：的还原：ATP中活跃中活跃的化学能的化学能2.暗反应阶段暗反应阶段C3+H (CH2O)+C5酶酶ATPADP+Pi能量转变：能量转变：有机物中稳有机物中稳定的化学能定的化学能产物：产物： （CH2O ）、）、 ADP 、 PiH2OO2HADP+PiATPCO22C3C5(CH2O)糖类蛋白质脂肪光合作用的过程光合作用的过程 整个光合作用过程中的物质整个光合作用过程中的物质 变化和能量变化分别是什么？变化和能量变化分别是什么？物质变化：物质变化：无机物无机物能量变化：能量变化： 光能光能转变转变转变转变2、光合作用的实质：、光合作用的实质：有机物有机物糖类等

22、有机物中的糖类等有机物中的化学能化学能 请分析光下的植物突然停止光照后，请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的其体内的C5化合物和化合物和C3化合物的含量化合物的含量如何变化？如何变化？停止停止光照光照光反应光反应停止停止请分析光下的植物突然停止请分析光下的植物突然停止CO2的供的供应后，其体内的应后，其体内的C5化合物和化合物和C3化合物化合物的含量如何变化？的含量如何变化？H ATP还原还原受阻受阻C3 C5 CO2 固定固定停止停止C3 C5 项目项目光反应光反应暗反应暗反应反应场所反应场所反应条件反应条件物质变化物质变化能量变化能量变化联系联系叶绿体的类囊体膜上叶绿体的类囊体膜上叶绿体的基质上叶绿体的基质上 光、色素、酶光、色素、酶ATP、 H、 酶、酶、CO2光能光能