光合作用探究历程

回眸历史解开光合作用之谜非洲饥饿的孩子们等待着联合国的救济粮

关注并拯救饥饿的孩子粮食短缺图A图B图D17世纪海尔蒙特(比利时)柳树实验实验前实验后变化土壤干重90.800kg90.743kg-0.057kg柳树2.25kg76.70kg+74.75kg图C结论：植物生长所需的养料主要来自于水，而不是土壤。3/10普利斯特利实验结论：只有在阳光照射下才能成功，1779年英格豪斯的实验（荷兰）1785年，由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氧气，吸收的是二氧化碳。1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）根据能量转换和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来一半曝光，一半遮光在暗处放置几小的叶片1864年萨克斯的实验暗处理光照酒精脱色碘蒸汽处理思考：

（1）为什么用碘蒸气处理之后会变蓝？（2）为什么要先进行暗处理？（3）为什么一半遮光，一半曝光？（4）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,还有淀粉。(1)为什么选用水绵？

氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。(2)好氧菌的作用？(3)为什么临时装片要放在没有空气的黑暗环境里？水绵，细胞中有细长、带状且螺旋状分布的叶绿体，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(4)为什么临时装片要放在没有空气的曝光环境里？1939年（美国）鲁宾和卡门实验提出问题作出假设设计实验结果分析得出结论光合作用产生的氧是来自于水还是二氧化碳？光合作用产生的氧是来自于水（或者是二氧化碳）。A中气体无放射性，B中气体具有放射性光合作用产生的氧气来自于水，而不是来自于二氧化碳。AB同位素标记法CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。光合作用的总反应式:

CO2+H2O(CH2O)+O2光能叶绿体条件:光照原料:CO2、H2O产物:(CH2O)糖类、O2场所:叶绿体光合作用的探究历程：（1）1771年普利斯特利：植物可

空气→1979年英格豪斯：普利斯特利实验只有在

下才能成功，植物体只有

才能更新污浊的空气→1845年梅耶：植物在进行光合作用时把

能转换成

能储存起来→1864萨克斯：光合作用产物除氧气外还有

→1880年恩格尔曼：光合作用场所是叶绿体→1939年鲁宾、卡门：光合作用释放的氧气来自

。更新阳光照射绿叶光化学能淀粉水实验设计：

证明绿色植物在光下能产生氧气。小资料：二次世界大战之后,美国加州大学贝克利分校的梅尔文·卡尔文和他的同事们用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用,来研究小球藻在光合作用中怎样固定CO2的。在卡尔文的实验中,发现标记的CO2转变成有机物的速度很快,几秒钟之内,在第一个中间产物(三碳化合物)中发现了放射性,所以将CO2的这种固定途径称为C3途径,将通过这种途径固定CO2的植物称为C3植物。最终的研究结果发现,CO2固定的C3途径是一个循环过程,称为C3循环,由于这一循环是卡尔文发现的,故又称卡尔文循环。光合作用的场所：叶绿体光合作用的原料：二氧化碳和水光合作用的条件：有光照光合作用的产物：淀粉、氧气

科学家的实验设计思想及方法，对你有什么启发？（1）设置对照实验（如萨克斯的曝光和遮光实验、扬·英根豪斯将枝条放在光下和放在暗处）；（2）控制单一变量（鲁宾和卡门分别标记水和二氧化碳中的氧）；（3）显性化的实验现象（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）.实验常考易错点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；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；鲁宾、卡门用的实验方法为示踪原子法(同位素标记法)。(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造出淀粉。(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。(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1：只有在光下植物才能更新空气。结论2：植物体的绿叶在光下才能更新空气。普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功英根豪斯实验提示淀粉遇碘会变蓝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,再用碘蒸气处理叶片。目的？何作用？何作用？结论：绿色叶片在光合作用下产生了淀粉。1880年恩吉尔曼(德国)现象：分析：好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。光线照射部位进行光合作用产生了氧气。黑暗中

极细光束结论:叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所黑暗，无空气极细光束完全曝光实验设计：探究光合作用产生的O2是来自水还是来自CO2?实验方法：

实验步骤：放射性同位素标记法（标记哪个元素?）5、美国科学家鲁宾和卡门实验及结论实验：（1）用18O分别标记H2O和CO2。（2）Ⅰ、向绿色植物提供H218O和CO2

Ⅱ、向绿色植物提供H2O和C18O2结论：光合作用释放的氧全部来自水。释放18O2释放O21938，鲁宾和卡门(美国)H2O

C18O2H218OCO2

O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O218O2

18O2

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想一想：恩格尔曼(1880年)的实验在设计上有何巧妙之处？1、实验材料的选择：水绵，细胞中有细长、带状且螺旋状分布的叶绿体，利于观察；2、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；3、光束：极细的光束照射水绵，且利用好氧细菌检测，可以准确判断水绵细胞中释放O2的部位；4、对照实验：黑暗与曝光对比，证明结果完全由光照引起。小资料：

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，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，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。光合作用原理的应用影响光合作用强度的因素？CO2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。例：适当提高CO2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。影响光合作用的主要外界因素光照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二氧化碳二氧化碳是光合作用的原料之一温度由于温度可以影响酶的活性，因而对光合速率有明显影响水分叶片接近水分饱和时，才能进行正常的光合作用矿质营养矿质元素直接或间接影响光合作用光合速率的日变化一天中，光强日变化对光和速率日变化的影响最大延长光合作用时间增加光合作用面积增加光能利用率提高光合作用效率控制光照强弱控制光质控制温度控制CO2供应控制必需矿质元素供应控制H2O供应提高复种指数（轮作）温室中人工光照合理密植间作套种通风透光在温室中施有机肥，使用CO2发生器阴生植物阳生植物应用——提高农作物产量的措施红光和蓝紫光适时适量施肥合理灌溉保持昼夜温差

H2O

①水的光解O2[H]

ADP+Pi酶②ATPco2C5光反应2c3①固定供氢酶酶供能②还原(CH2O)[糖类、脂肪、蛋白质]多种酶参加催化暗反应能量转化:光能ATP活跃化学能稳定化学能元素转移O元素:H2＊O

＊O2C元素:＊C

O2＊C3＊（CH2O）光能条件：光、色素、酶场所：反应水的光解：ATP的合成：基粒类囊体薄膜上H2O[H]+O2光、叶绿体中的色素ADP＋Pi＋光能ATP酶光能1.光反应阶段吸收、传递和转换光能能量转变：ATP中活跃的化学能产物：[H]、O2、ATP条件：不需光，需多种酶场所：叶绿体基质中过程CO2的固定：CO2＋C52C3酶三碳化合物的还原：ATP中活跃的化学能2.暗反应阶段C3+[H](CH2O)+C5酶ATPADP+Pi能量转变：有机物中稳定的化学能产物：（CH2O

）、ADP、PiH2OO2[H]ADP+PiATPCO22C3C5(CH2O)糖类蛋白质脂肪光合作用的过程

整个光合作用过程中的物质变化和能量变化分别是什么？物质变化：无机物能量变化：光能转变转变2、光合作用的实质：有机物糖类等有机物中的化学能

请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？停止光照光反应停止请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？[H]

↓

ATP↓还原受阻C3

↑C5↓CO2↓固定停止C3↓C5↑项目光反应暗反应反应场所反应条件物质变化能量变化联系叶绿体的类囊体膜上叶绿体的基质上

光、色素、酶ATP、[H]、

酶、CO2光能ATP中活跃的化学能ATP中活