公开课(光能的捕获和利用)

1、第三第三单单元第二章第元第二章第三三节节 光能的捕光能的捕获获和利用和利用一、光合作用的早期研究一、光合作用的早期研究20002000多年前多年前亚里士多德亚里士多德植物的根是一张嘴，植植物的根是一张嘴，植物生活和生长所需的一物生活和生长所需的一切物质，都是通过根从切物质，都是通过根从土壤中吸收了土壤汁得土壤中吸收了土壤汁得到的。到的。植物增重来自土壤植物增重来自土壤1.1.海尔蒙特海尔蒙特说明：植物增重主要来自说明：植物增重主要来自水分水分2.2.普利斯特利普利斯特利说明：绿色植物可更新空气说明：绿色植物可更新空气英格豪斯英格豪斯证实：绿色植物可更新空气证实：绿色植物可更新空气3.3.萨克斯

2、萨克斯3.3.萨克斯萨克斯说明：绿色植物通过光合作用可制造淀粉说明：绿色植物通过光合作用可制造淀粉4.4.恩吉尔曼恩吉尔曼说明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿说明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。体是绿色植物进行光合作用的场所。 极细极细光光束照射束照射 完完 全全 光光 照照 恩格尔曼在证明光合作用放氧部分是叶绿体后，紧接着又做了一个实验：他用三棱镜的光照射水绵临时装片，惊奇地发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝光区域。从而证明叶绿体中色素吸收红光、蓝紫光，用于光合、放出氧气。恩格恩格尔尔曼曼证证明叶明叶绿绿体中色素体中色素对对于不同光于不同光质质的吸收的吸收实验实验

3、4.4.恩吉尔曼恩吉尔曼5 5. .鲁宾和卡门鲁宾和卡门 说明：光合作用释放的氧全部来自水说明：光合作用释放的氧全部来自水6 6. .卡尔文卡尔文美国卡尔文美国卡尔文用用1414C C标记标记1414COCO2 2，供小球藻进行，供小球藻进行光合作用，探明了光合作用，探明了COCO2 2中的中的C C的的去向，称为卡尔文循环。去向，称为卡尔文循环。证实：二氧化碳中的碳转化为有机物中的碳证实：二氧化碳中的碳转化为有机物中的碳小结：小结：光合作用探究历程光合作用探究历程1.产物产物 a Oa O2 2： 17711771年，英国普利斯特利实验；年，英国普利斯特利实验； 17791779年，荷兰英格

4、豪斯实验年，荷兰英格豪斯实验 b b（CHCH2 2O O）：）：18641864年，德国萨克斯实验年，德国萨克斯实验2.场所场所 叶绿体：叶绿体： 1880 1880年，美国恩格尔曼实验年，美国恩格尔曼实验3.原料原料 a Ha H2 2O O： 1939 1939年，美国鲁宾和卡门实验年，美国鲁宾和卡门实验 b CO b CO2 2： 1955 1955年，美国卡尔文实验年，美国卡尔文实验二、叶绿体的结构二、叶绿体的结构 18171817年，两位法国科学家首次从植物中分离年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分

5、布情况。分布情况。 18651865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为构里，后来人们称之为叶绿体叶绿体。1.1.叶绿体叶绿体5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔

6、索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔5.5.索苏尔索苏尔板书设计板书设计一、光合作用的发现过程一、光合作用的发现过程1.1.亚里士多德的经验推测亚里士多德的经验推测2.2.赫尔蒙特的赫尔蒙特的柳树柳树实验实验3.3.普利斯特利的实验普利斯特利的实验4.4.英格豪斯的实验改进英格豪斯的实验改进光合作用条件光合作用条件光光的证明的证明5.5.索苏尔的实验索苏尔的实验光合作用原料光合作用原料COCO2 2和和H H2 2O O的证明的证明6.6.萨克斯的实验萨克斯的实验光合作用产物光合作用产物淀粉淀粉的证明的证明7.7.恩格尔曼的

7、实验恩格尔曼的实验光合作用产物光合作用产物O O2 2和场所和场所叶绿体叶绿体的证明的证明8.8.鲁宾和卡门的同位素标记实验鲁宾和卡门的同位素标记实验证明证明O O2 2的来源的来源二、光合作用的概念二、光合作用的概念三、光合作用的总反应式三、光合作用的总反应式 6CO 6CO2 2 + 12H + 12H2 2O O* * C C6 6H H1212O O6 6 +6O +6O2 2* * + 6H+ 6H2 2O O四、试验设计要遵循的原则四、试验设计要遵循的原则对照原则、单一变量原则对照原则、单一变量原则光能光能叶绿体叶绿体敬请各位评委指导，谢谢！敬请各位评委指导，谢谢！讨论：讨论：恩格

8、尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？（1 1）、用水绵作实验材料，有）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。（2 2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中排除了环境中光线和光线和O2的影响，从而确保实验能顺的影响，从而确保实验能顺利进行。利进行。（3 3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵测，能准确的判断水绵细胞中放细胞中放O2 部位。部位。

9、（4 4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。从而明确实验结果完全是由光照引起的。吸收传递转化光能吸收传递转化光能2.色素的功能：二、叶绿体的结构二、叶绿体的结构2 2、色素的吸收光谱、色素的吸收光谱叶绿素主要吸收红光和蓝紫光叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液类胡萝卜素溶液二、叶绿体的结构二、叶绿体的结构探索发现供供选选用的用的试剂试剂： ：Ca(OH)2溶液、清水、酒精、碘液溶液、清水、酒精、碘液 在设计过程中一定要注意实验设计中应遵循的原则及有关注意在设计过

10、程中一定要注意实验设计中应遵循的原则及有关注意事项。供选用的材料与器材数量不限。事项。供选用的材料与器材数量不限。设计实验证明设计实验证明COCO2 2是光合作用的原料是光合作用的原料五、课堂练习五、课堂练习叶肉细胞叶肉细胞绿叶绿叶 叶肉细胞叶肉细胞 叶绿体叶绿体捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？叶叶绿绿体体结结构构模模式式图图外膜外膜内膜内膜基粒基粒基质基质每个基粒都由一个个圆每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而饼状的囊状结构堆叠而成。这些囊状结构称为成。这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的四类囊体。吸收光能的四种色素就分布在类囊体种色素就分布在类

11、囊体的薄膜上。的薄膜上。而每个基粒都含而每个基粒都含有两个以上的类有两个以上的类囊体，多者可达囊体，多者可达100100个以上。叶绿个以上。叶绿体内有如此多的体内有如此多的基粒和类囊体，基粒和类囊体，极大地扩大了受极大地扩大了受光面积。光面积。叶绿体中哪些结构与光合作用功能相适应叶绿体中哪些结构与光合作用功能相适应? ?、叶绿体基粒的类囊体薄膜上叶绿体基粒的类囊体薄膜上和和基质基质中中，含有多种光合作用所必需的，含有多种光合作用所必需的酶酶。、叶绿体基粒类囊体薄膜叶绿体基粒类囊体薄膜上分布着许多吸上分布着许多吸收光能的收光能的色素色素分子。分子。叶叶绿绿体的体的结结构构、叶绿体的、叶绿体的膜膜

12、还可以还可以控制物质的进出控制物质的进出叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b胡萝卜素胡萝卜素叶黄素叶黄素叶绿体色素叶绿体色素 （含量约占总（含量约占总量的量的3/43/4）（含量约占总含量约占总量的量的1/41/4）学科交叉学科交叉(小资料小资料)光是一种电磁波。可见光的波长范围，光是一种电磁波。可见光的波长范围，大约是大约是390760。不同波长的光，。不同波长的光，颜色不同。波长小于颜色不同。波长小于390nm的光是紫外的光是紫外光；波长大于光；波长大于760nm的光是红外光。一的光是红外光。一般情况下，光合作用所利用的光都是可般情况下，光合作用所利用的光都

13、是可见光。见光。叶绿素溶液叶绿素溶液吸收传递转化光能吸收传递转化光能2.2.色素的功能：色素的功能：2 2、色素的吸收光谱、色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液类胡萝卜素溶液一一、光合作用的早期发现、光合作用的早期发现 胡萝卜素胡萝卜素 类胡萝卜素类胡萝卜素 主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光 叶黄素叶黄素叶绿体中叶绿体中的色素的色素 叶绿素叶绿素a 叶绿色叶绿色 主要吸收主要吸收红光红光 叶绿素叶绿素b 和蓝紫光蓝紫光（含量约（含量约1/41/4）（含量约（含量约1/41/4）一一、光合

14、作用的早期发现、光合作用的早期发现一一、光合作用的早期发现、光合作用的早期发现原料：原料：二氧化碳二氧化碳 水水产物：产物：糖类糖类 氧气氧气场所：场所：叶绿体叶绿体条件：条件：光光 多种酶多种酶1 1、 光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？光合作用的原料、产物、场所、条件是什么？2 2、你能用一个化学反应式表示出来吗、你能用一个化学反应式表示出来吗? ? 有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑有些蔬菜大棚用红色或蓝色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的料薄膜代替普通塑料薄膜，有的温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。温室内悬挂发红色或蓝色的灯管。1.1.用这种方法有什么好处？这样做用这种方法有什么好处？这样做

15、对光合作用有影响吗？对光合作用有影响吗？2.2.为什么是用红色或蓝色的呢？用为什么是用红色或蓝色的呢？用绿色的可以吗？绿色的可以吗？为什么玉米苗中出现的白化苗待为什么玉米苗中出现的白化苗待种子中贮存的养分耗尽就会死亡种子中贮存的养分耗尽就会死亡？白化苗没有光合色素白化苗没有光合色素,不能进行光合不能进行光合作用制造有机物作用制造有机物.一、光合作用的早期研究【资料1】1642年，海尔蒙特 建造植物建造植物体的原料只是水。体的原料只是水。【资料2】1771年，普利斯特利 绿色植物与燃烧蜡烛在同一鈡罩内，蜡烛不熄灭实验 绿色植物与小鼠在同一鈡罩内，小鼠不易窒息死亡 结论：植物可以更新空气结论：植物

16、可以更新空气1779年，英格豪斯实验：500多次植物更新空气的实验结论：植物只有在光下，才能结论：植物只有在光下，才能“净化净化”空气空气【资料3】1864年，萨克斯 实验：绿色植物暗处放置叶片一半遮光、一半曝光碘蒸汽处理颜色变化（曝光那一半出现深蓝色） 结论：植物叶片在光合作用中产生了淀粉。结论：植物叶片在光合作用中产生了淀粉。【资料4】1880年，恩吉尔曼 实验：利用水绵在不同光照条件下对好氧细菌分布的影响 结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是结论：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。光合作用的场所。【资料5】1941年，鲁宾和卡门 实验：向绿色植物分别提供H218O和CO2

17、、H2O和C18O2，释放的氧气分别是：18O2和和O2 结论：光合作用释放的氧气全部来自于水结论：光合作用释放的氧气全部来自于水 胡萝卜素胡萝卜素 类胡萝卜素类胡萝卜素 主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光 叶黄素叶黄素叶绿体中叶绿体中的色素的色素 叶绿素叶绿素a 叶绿色叶绿色 主要吸收主要吸收红光红光 叶绿素叶绿素b 和蓝紫光蓝紫光三、叶绿体中的色素（含量约（含量约3/4）实验结果：实验结果：绿叶中的色素有绿叶中的色素有4 4种，可以归纳为两类：种，可以归纳为两类：绿叶中的色素绿叶中的色素叶绿素叶绿素类胡萝卜素类胡萝卜素（含量约（含量约3/4）（含量约（含量约1/4）叶绿素叶绿素a（蓝绿色）（蓝绿

18、色）叶绿素叶绿素b（黄绿色）（黄绿色）胡萝卜素（橙黄色）胡萝卜素（橙黄色）叶黄素（黄色）叶黄素（黄色）叶绿素溶液叶绿素溶液吸收传递转化光能吸收传递转化光能2.2.色素的功能：色素的功能：2 2、色素的吸收光谱、色素的吸收光谱叶绿素溶液叶绿素溶液叶绿素主要吸收红光和蓝紫光叶绿素主要吸收红光和蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素溶液类胡萝卜素溶液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：吸收叶绿素：吸收蓝紫光和红光蓝紫光和红光类胡萝卜素

19、：吸收类胡萝卜素：吸收蓝紫光蓝紫光 叶绿素叶绿素a a和合叶绿素和合叶绿素b b主要吸收主要吸收蓝紫光蓝紫光和和红光红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光蓝紫光。 注注：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射：因为叶绿素对绿光吸收最少，绿光被反射回来，所以叶片才呈现回来，所以叶片才呈现绿色绿色。 结论：结论：问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什问题：这些捕获光能的色素存在于细胞中的什么部位？么部位？ 18171817年，两位法国科学家首次从植物中分离年，两位法国科学家首次从植物中分离出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的出叶绿素，当时并不清楚叶绿素在植物细胞中的分布

20、情况。分布情况。 18651865年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在年，德国植物学家萨克斯研究叶绿素在光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布光合作用中的功能时，发现叶绿素并非普遍分布在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结在植物的整个细胞中，而是集中在一个更小的结构里，后来人们称之为构里，后来人们称之为叶绿体叶绿体。3 3、叶绿体、叶绿体叶片中的叶肉细胞叶片中的叶肉细胞绿叶绿叶 叶肉细胞叶肉细胞亚显微结构模式图亚显微结构模式图 叶绿体亚显微叶绿体亚显微 结构模式图结构模式图捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部捕捉光能的色素存在于细胞中的什么部位？位？叶叶绿绿体体结结构构模模式式图图外膜外膜

21、内膜内膜基粒基粒基质基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类囊体。吸收为类囊体。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类囊体的薄膜上。的薄膜上。而每个基粒都而每个基粒都含有两个以上含有两个以上的类囊体，多的类囊体，多者可达者可达100个以个以上。叶绿体内上。叶绿体内有如此多的基有如此多的基粒和类囊体，粒和类囊体，极大地扩大了极大地扩大了受光面积。受光面积。4 4、资料分析：叶绿体的功能、资料分析：叶绿体的功能1装片中好氧细菌向叶绿体被光束照射到的部位集中。装片中好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位的

22、周围。氧是由叶绿体释放出来的，氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体叶绿体是光合作用的场所。是光合作用的场所。2结论：结论：叶绿体的被叶绿体的被光束照射到的部光束照射到的部位位是光合作用的场所是光合作用的场所结论：结论：现象：现象：没有没有空气空气黑暗黑暗 极极 细细 光光 束束 完完 全全 光光 照照讨论：讨论：恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？恩格尔曼实验在设计上有什么巧妙之处？（1 1）、用水绵作实验材料，有）、用水绵作实验材料，有细而长的带状叶绿体细而长的带状叶绿体，螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。螺旋状分布在细胞中，便于观察和分析研究。（2 2）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境

23、中，）、将临时装片置于黑暗且没有空气的环境中，排除了环境中排除了环境中光线和光线和O2的影响，从而确保实验能顺的影响，从而确保实验能顺利进行。利进行。（3 3）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检）、用极细的光束照射，并且用好氧菌进行检测，能准确的判断水绵测，能准确的判断水绵细胞中放细胞中放O2 部位。部位。（4 4）、进行黑暗（局部光照）与曝光的）、进行黑暗（局部光照）与曝光的对照实验对照实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。从而明确实验结果完全是由光照引起的。结论结论: 叶绿体叶绿体是进行光合作用的场所，它内部是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收的巨大膜表面

24、上，不仅分布着许多吸收光能的光能的色素分子色素分子，还有许多进行光合作，还有许多进行光合作用所必需的用所必需的酶酶。结论结论: 叶绿体叶绿体是进行光合作用的场所，它内部的是进行光合作用的场所，它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的的色素分子色素分子，还有许多进行光合作用所必，还有许多进行光合作用所必需的需的酶酶。结论：水分是植结论：水分是植物建造自身的原物建造自身的原料。料。17 17世纪世纪海尔蒙特海尔蒙特栽培的柳树栽培的柳树实验实验一段时间后一段时间后一段时间后一段时间后1771年普利斯特利实验年普利斯特利实验普利斯特利实验普利斯特利实验结论：植

25、物可以更新空气结论：植物可以更新空气有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，有人重复了普利斯特利的实验，得到相反的结果，所以有人认为植物也能使空气变污浊？所以有人认为植物也能使空气变污浊？17791779年，荷兰的英格豪斯年，荷兰的英格豪斯 普利斯特利的实验只有在普利斯特利的实验只有在阳阳光照射光照射下才能成功；植物体只有下才能成功；植物体只有绿叶才能绿叶才能更新空气更新空气。 到到1785年，发现了空气的组成，年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是吸收的是CO2。光光能能化化学学能能储存在什么储存在什么物质中？物质中？德国德国梅耶梅耶

26、 1864年，萨克斯年，萨克斯(德德)的实验的实验一半遮光一半遮光一半曝光一半曝光 1864年，（德）萨克斯的实验年，（德）萨克斯的实验v绿色叶片中光合作用中产生了淀粉绿色叶片中光合作用中产生了淀粉18641864年，德国萨克斯实验年，德国萨克斯实验黑暗处理黑暗处理一昼夜一昼夜让一张叶片一半让一张叶片一半曝光一半遮光曝光一半遮光绿叶在绿叶在光光下制造下制造淀粉淀粉。用碘蒸气处理这片叶，用碘蒸气处理这片叶，发现曝光的一半呈深蓝发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有色，遮光的一半则没有颜色变化。颜色变化。光合作用释放的光合作用释放的O2来自来自CO2还是还是H2O？第一组第一组光合作用产生的光合作用产生的O2来自于来自于H2O。H2180C02H20C18O2第二组第二组180202美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）美国鲁宾和卡门实验（同位素标记法）光合作用产生的有机物又是怎样合成的？光合作用产