光合作用探究歷程

回眸歷史解開(kāi)光合作用之謎非洲饑餓的孩子們等待著聯(lián)合國(guó)的救濟(jì)糧

關(guān)注并拯救饑餓的孩子糧食短缺圖A圖B圖D17世紀(jì)海爾蒙特(比利時(shí))柳樹(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后變化土壤干重90.800kg90.743kg-0.057kg柳樹(shù)2.25kg76.70kg+74.75kg圖C結(jié)論：植物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)料主要來(lái)自于水，而不是土壤。3/10普利斯特利實(shí)驗(yàn)結(jié)論：只有在陽(yáng)光照射下才能成功，1779年英格豪斯的實(shí)驗(yàn)（荷蘭）1785年，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成,人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。1845年，德國(guó)科學(xué)家梅耶（R.Mayer）根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律明確指出，植物在進(jìn)行光合作用時(shí)，把光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)一半曝光，一半遮光在暗處放置幾小的葉片1864年薩克斯的實(shí)驗(yàn)暗處理光照酒精脫色碘蒸汽處理思考：

（1）為什么用碘蒸氣處理之后會(huì)變藍(lán)？（2）為什么要先進(jìn)行暗處理？（3）為什么一半遮光，一半曝光？（4）從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，你可以得到什么結(jié)論？證明：綠葉的光合作用產(chǎn)物除氧氣以外,還有淀粉。(1)為什么選用水綿？

氧氣是葉綠體釋放出來(lái)的，葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。(2)好氧菌的作用？(3)為什么臨時(shí)裝片要放在沒(méi)有空氣的黑暗環(huán)境里？水綿，細(xì)胞中有細(xì)長(zhǎng)、帶狀且螺旋狀分布的葉綠體，利于觀察黑暗、無(wú)空氣；排除環(huán)境中的光線、氧氣對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響(4)為什么臨時(shí)裝片要放在沒(méi)有空氣的曝光環(huán)境里？1939年（美國(guó)）魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出結(jié)論光合作用產(chǎn)生的氧是來(lái)自于水還是二氧化碳？光合作用產(chǎn)生的氧是來(lái)自于水（或者是二氧化碳）。A中氣體無(wú)放射性，B中氣體具有放射性光合作用產(chǎn)生的氧氣來(lái)自于水，而不是來(lái)自于二氧化碳。AB同位素標(biāo)記法CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中的碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。光合作用的總反應(yīng)式:

CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體條件:光照原料:CO2、H2O產(chǎn)物:(CH2O)糖類(lèi)、O2場(chǎng)所:葉綠體光合作用的探究歷程：（1）1771年普利斯特利：植物可

空氣→1979年英格豪斯：普利斯特利實(shí)驗(yàn)只有在

下才能成功，植物體只有

才能更新污濁的空氣→1845年梅耶：植物在進(jìn)行光合作用時(shí)把

能轉(zhuǎn)換成

能儲(chǔ)存起來(lái)→1864薩克斯：光合作用產(chǎn)物除氧氣外還有

→1880年恩格爾曼：光合作用場(chǎng)所是葉綠體→1939年魯賓、卡門(mén)：光合作用釋放的氧氣來(lái)自

。更新陽(yáng)光照射綠葉光化學(xué)能淀粉水實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

證明綠色植物在光下能產(chǎn)生氧氣。小資料：二次世界大戰(zhàn)之后,美國(guó)加州大學(xué)貝克利分校的梅爾文·卡爾文和他的同事們用14C標(biāo)記的CO2供小球藻進(jìn)行光合作用,來(lái)研究小球藻在光合作用中怎樣固定CO2的。在卡爾文的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)標(biāo)記的CO2轉(zhuǎn)變成有機(jī)物的速度很快,幾秒鐘之內(nèi),在第一個(gè)中間產(chǎn)物(三碳化合物)中發(fā)現(xiàn)了放射性,所以將CO2的這種固定途徑稱為C3途徑,將通過(guò)這種途徑固定CO2的植物稱為C3植物。最終的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),CO2固定的C3途徑是一個(gè)循環(huán)過(guò)程,稱為C3循環(huán),由于這一循環(huán)是卡爾文發(fā)現(xiàn)的,故又稱卡爾文循環(huán)。光合作用的場(chǎng)所：葉綠體光合作用的原料：二氧化碳和水光合作用的條件：有光照光合作用的產(chǎn)物：淀粉、氧氣

科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想及方法，對(duì)你有什么啟發(fā)？（1）設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)（如薩克斯的曝光和遮光實(shí)驗(yàn)、揚(yáng)·英根豪斯將枝條放在光下和放在暗處）；（2）控制單一變量（魯賓和卡門(mén)分別標(biāo)記水和二氧化碳中的氧）；（3）顯性化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（普利斯特萊實(shí)驗(yàn)利用蠟燭創(chuàng)造條件，使無(wú)法觀察到的空氣成分變化表現(xiàn)出來(lái)）.實(shí)驗(yàn)?？家族e(cuò)點(diǎn)薩克斯實(shí)驗(yàn)中黑暗處理的目的：消耗掉葉片中原有的淀粉。曝光與遮光形成對(duì)照，檢驗(yàn)試劑為碘蒸氣，檢驗(yàn)前用酒精處理，目的是溶解色素；恩格爾曼選用水綿做實(shí)驗(yàn)材料的好處：葉綠體大呈帶狀，便于觀察，所用細(xì)菌異化作用類(lèi)型為需氧型；魯賓、卡門(mén)用的實(shí)驗(yàn)方法為示蹤原子法(同位素標(biāo)記法)。(1)薩克斯：自身對(duì)照，自變量為是否照光(一半曝光與另一半遮光)，因變量為葉片是否制造出淀粉。(2)魯賓和卡門(mén)：相互對(duì)照，自變量為標(biāo)記物質(zhì)(HO與C18O2)，因變量為O2的放射性。(3)普里斯特利：密閉的玻璃罩是否加植物為自變量，蠟燭燃燒時(shí)間或小鼠存活時(shí)間為因變量。結(jié)論1：只有在光下植物才能更新空氣。結(jié)論2：植物體的綠葉在光下才能更新空氣。普利斯特利的實(shí)驗(yàn)只有在陽(yáng)光照射下才能成功英根豪斯實(shí)驗(yàn)提示淀粉遇碘會(huì)變藍(lán)德國(guó)科學(xué)家薩克斯的實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

實(shí)驗(yàn)：把綠色葉片放在暗處幾小時(shí)，然后把這個(gè)葉片一半曝光，另一半遮光。過(guò)一段時(shí)間后，放入酒精中隔水加熱,再用碘蒸氣處理葉片。目的？何作用？何作用？結(jié)論：綠色葉片在光合作用下產(chǎn)生了淀粉。1880年恩吉爾曼(德國(guó))現(xiàn)象：分析：好氧細(xì)菌只集中在被光線照射的葉綠體附近。光線照射部位進(jìn)行光合作用產(chǎn)生了氧氣。黑暗中

極細(xì)光束結(jié)論:葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所黑暗，無(wú)空氣極細(xì)光束完全曝光實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：探究光合作用產(chǎn)生的O2是來(lái)自水還是來(lái)自CO2?實(shí)驗(yàn)方法：

實(shí)驗(yàn)步驟：放射性同位素標(biāo)記法（標(biāo)記哪個(gè)元素?）5、美國(guó)科學(xué)家魯賓和卡門(mén)實(shí)驗(yàn)及結(jié)論實(shí)驗(yàn)：（1）用18O分別標(biāo)記H2O和CO2。（2）Ⅰ、向綠色植物提供H218O和CO2

Ⅱ、向綠色植物提供H2O和C18O2結(jié)論：光合作用釋放的氧全部來(lái)自水。釋放18O2釋放O21938，魯賓和卡門(mén)(美國(guó))H2O

C18O2H218OCO2

O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O218O2

18O2

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想一想：恩格爾曼(1880年)的實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上有何巧妙之處？1、實(shí)驗(yàn)材料的選擇：水綿，細(xì)胞中有細(xì)長(zhǎng)、帶狀且螺旋狀分布的葉綠體，利于觀察；2、環(huán)境選擇：黑暗、無(wú)空氣；排除環(huán)境中的光線、氧氣對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；3、光束：極細(xì)的光束照射水綿，且利用好氧細(xì)菌檢測(cè)，可以準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放O2的部位；4、對(duì)照實(shí)驗(yàn)：黑暗與曝光對(duì)比，證明結(jié)果完全由光照引起。小資料：

放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)行和變化規(guī)律。用放射性同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變。科學(xué)家通過(guò)追蹤放射性同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過(guò)程。這種方法叫做同位素標(biāo)記法。光合作用原理的應(yīng)用影響光合作用強(qiáng)度的因素？CO2的濃度，光照的長(zhǎng)短與強(qiáng)弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質(zhì)元素、水分等。例：適當(dāng)提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時(shí)間和光照強(qiáng)度，農(nóng)作物間距合理，選擇適當(dāng)?shù)墓庠吹?。影響光合作用的主要外界因素光照光是光合作用的能量?lái)源，是葉綠體發(fā)育和葉綠素合成的必要條件二氧化碳二氧化碳是光合作用的原料之一溫度由于溫度可以影響酶的活性，因而對(duì)光合速率有明顯影響水分葉片接近水分飽和時(shí)，才能進(jìn)行正常的光合作用礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)礦質(zhì)元素直接或間接影響光合作用光合速率的日變化一天中，光強(qiáng)日變化對(duì)光和速率日變化的影響最大延長(zhǎng)光合作用時(shí)間增加光合作用面積增加光能利用率提高光合作用效率控制光照強(qiáng)弱控制光質(zhì)控制溫度控制CO2供應(yīng)控制必需礦質(zhì)元素供應(yīng)控制H2O供應(yīng)提高復(fù)種指數(shù)（輪作）溫室中人工光照合理密植間作套種通風(fēng)透光在溫室中施有機(jī)肥，使用CO2發(fā)生器陰生植物陽(yáng)生植物應(yīng)用——提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施紅光和藍(lán)紫光適時(shí)適量施肥合理灌溉保持晝夜溫差

H2O

①水的光解O2[H]

ADP+Pi酶②ATPco2C5光反應(yīng)2c3①固定供氫酶酶供能②還原(CH2O)[糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)]多種酶參加催化暗反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化:光能ATP活躍化學(xué)能穩(wěn)定化學(xué)能元素轉(zhuǎn)移O元素:H2＊O

＊O2C元素:＊C

O2＊C3＊（CH2O）光能條件：光、色素、酶場(chǎng)所：反應(yīng)水的光解：ATP的合成：基粒類(lèi)囊體薄膜上H2O[H]+O2光、葉綠體中的色素ADP＋Pi＋光能ATP酶光能1.光反應(yīng)階段吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能能量轉(zhuǎn)變：ATP中活躍的化學(xué)能產(chǎn)物：[H]、O2、ATP條件：不需光，需多種酶場(chǎng)所：葉綠體基質(zhì)中過(guò)程CO2的固定：CO2＋C52C3酶三碳化合物的還原：ATP中活躍的化學(xué)能2.暗反應(yīng)階段C3+[H](CH2O)+C5酶ATPADP+Pi能量轉(zhuǎn)變：有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能產(chǎn)物：（CH2O

）、ADP、PiH2OO2[H]ADP+PiATPCO22C3C5(CH2O)糖類(lèi)蛋白質(zhì)脂肪光合作用的過(guò)程

整個(gè)光合作用過(guò)程中的物質(zhì)變化和能量變化分別是什么？物質(zhì)變化：無(wú)機(jī)物能量變化：光能轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變2、光合作用的實(shí)質(zhì)：有機(jī)物糖類(lèi)等有機(jī)物中的化學(xué)能

請(qǐng)分析光下的植物突然停止光照后，其體內(nèi)的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？停止光照光反應(yīng)停止請(qǐng)分析光下的植物突然停止CO2的供應(yīng)后，其體內(nèi)的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？[H]

↓

ATP↓還原受阻C3

↑C5↓CO2↓固定停止C3↓C5↑項(xiàng)目光反應(yīng)暗反應(yīng)反應(yīng)場(chǎng)所反應(yīng)條件物質(zhì)變化能量變化聯(lián)系葉綠體的類(lèi)囊體膜上葉綠體的基質(zhì)上

光、色素、酶ATP、[H]、

酶、CO2光能ATP中活躍的化學(xué)能ATP中活