光合作用探究歷程

回眸歷史解開光合作用之謎非洲饑餓的孩子們等待著聯合國的救濟糧

關注并拯救饑餓的孩子糧食短缺圖A圖B圖D17世紀海爾蒙特(比利時)柳樹實驗實驗前實驗后變化土壤干重90.800kg90.743kg-0.057kg柳樹2.25kg76.70kg+74.75kg圖C結論：植物生長所需的養料主要來自于水，而不是土壤。3/10普利斯特利實驗結論：只有在陽光照射下才能成功，1779年英格豪斯的實驗（荷蘭）1785年，由于發現了空氣的組成,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，德國科學家梅耶（R.Mayer）根據能量轉換和守恒定律明確指出，植物在進行光合作用時，把光能轉換成化學能儲存起來一半曝光，一半遮光在暗處放置幾小的葉片1864年薩克斯的實驗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變藍？（2）為什么要先進行暗處理？（3）為什么一半遮光，一半曝光？（4）從這個實驗中，你可以得到什么結論？證明：綠葉的光合作用產物除氧氣以外,還有淀粉。(1)為什么選用水綿？

氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。(2)好氧菌的作用？(3)為什么臨時裝片要放在沒有空氣的黑暗環境里？水綿，細胞中有細長、帶狀且螺旋狀分布的葉綠體，利于觀察黑暗、無空氣；排除環境中的光線、氧氣對實驗的影響(4)為什么臨時裝片要放在沒有空氣的曝光環境里？1939年（美國）魯賓和卡門實驗提出問題作出假設設計實驗結果分析得出結論光合作用產生的氧是來自于水還是二氧化碳？光合作用產生的氧是來自于水（或者是二氧化碳）。A中氣體無放射性，B中氣體具有放射性光合作用產生的氧氣來自于水，而不是來自于二氧化碳。AB同位素標記法CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中的碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環。光合作用的總反應式:

CO2+H2O(CH2O)+O2光能葉綠體條件:光照原料:CO2、H2O產物:(CH2O)糖類、O2場所: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：普利斯特利實驗只有在

下才能成功，植物體只有

才能更新污濁的空氣→1845年梅耶：植物在進行光合作用時把

能轉換成

能儲存起來→1864薩克斯：光合作用產物除氧氣外還有

→1880年恩格爾曼：光合作用場所是葉綠體→1939年魯賓、卡門：光合作用釋放的氧氣來自

。更新陽光照射綠葉光化學能淀粉水實驗設計：

證明綠色植物在光下能產生氧氣。小資料：二次世界大戰之后,美國加州大學貝克利分校的梅爾文·卡爾文和他的同事們用14C標記的CO2供小球藻進行光合作用,來研究小球藻在光合作用中怎樣固定CO2的。在卡爾文的實驗中,發現標記的CO2轉變成有機物的速度很快,幾秒鐘之內,在第一個中間產物(三碳化合物)中發現了放射性,所以將CO2的這種固定途徑稱為C3途徑,將通過這種途徑固定CO2的植物稱為C3植物。最終的研究結果發現,CO2固定的C3途徑是一個循環過程,稱為C3循環,由于這一循環是卡爾文發現的,故又稱卡爾文循環。光合作用的場所：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物：淀粉、氧氣

科學家的實驗設計思想及方法，對你有什么啟發？（1）設置對照實驗（如薩克斯的曝光和遮光實驗、揚·英根豪斯將枝條放在光下和放在暗處）；（2）控制單一變量（魯賓和卡門分別標記水和二氧化碳中的氧）；（3）顯性化的實驗現象（普利斯特萊實驗利用蠟燭創造條件，使無法觀察到的空氣成分變化表現出來）.實驗常考易錯點薩克斯實驗中黑暗處理的目的：消耗掉葉片中原有的淀粉。曝光與遮光形成對照，檢驗試劑為碘蒸氣，檢驗前用酒精處理，目的是溶解色素；恩格爾曼選用水綿做實驗材料的好處：葉綠體大呈帶狀，便于觀察，所用細菌異化作用類型為需氧型；魯賓、卡門用的實驗方法為示蹤原子法(同位素標記法)。(1)薩克斯：自身對照，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：相互對照，自變量為標記物質(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，蠟燭燃燒時間或小鼠存活時間為因變量。結論1：只有在光下植物才能更新空氣。結論2：植物體的綠葉在光下才能更新空氣。普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功英根豪斯實驗提示淀粉遇碘會變藍德國科學家薩克斯的實驗及結論

實驗：把綠色葉片放在暗處幾小時，然后把這個葉片一半曝光，另一半遮光。過一段時間后，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？結論：綠色葉片在光合作用下產生了淀粉。1880年恩吉爾曼(德國)現象：分析：好氧細菌只集中在被光線照射的葉綠體附近。光線照射部位進行光合作用產生了氧氣。黑暗中

極細光束結論:葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所黑暗，無空氣極細光束完全曝光實驗設計：探究光合作用產生的O2是來自水還是來自CO2?實驗方法：

實驗步驟：放射性同位素標記法（標記哪個元素?）5、美國科學家魯賓和卡門實驗及結論實驗：（1）用18O分別標記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結論：光合作用釋放的氧全部來自水。釋放18O2釋放O21938，魯賓和卡門(美國)H2O

C18O2H218OCO2

O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O2O218O2

18O2

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18O2

想一想：恩格爾曼(1880年)的實驗在設計上有何巧妙之處？1、實驗材料的選擇：水綿，細胞中有細長、帶狀且螺旋狀分布的葉綠體，利于觀察；2、環境選擇：黑暗、無空氣；排除環境中的光線、氧氣對實驗的影響；3、光束：極細的光束照射水綿，且利用好氧細菌檢測，可以準確判斷水綿細胞中釋放O2的部位；4、對照實驗：黑暗與曝光對比，證明結果完全由光照引起。小資料：

放射性同位素可用于追蹤物質的運行和變化規律。用放射性同位素標記的化合物，化學性質不會改變。科學家通過追蹤放射性同位素標記的化合物，可以弄清化學反應的詳細過程。這種方法叫做同位素標記法。光合作用原理的應用影響光合作用強度的因素？CO2的濃度，光照的長短與強弱；光的成分；溫度的高低、必需礦物質元素、水分等。例：適當提高CO2的濃度（溫室大棚），增加光照時間和光照強度，農作物間距合理，選擇適當的光源等。影響光合作用的主要外界因素光照光是光合作用的能量來源，是葉綠體發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，因而對光合速率有明顯影響水分葉片接近水分飽和時，才能進行正常的光合作用礦質營養礦質元素直接或間接影響光合作用光合速率的日變化一天中，光強日變化對光和速率日變化的影響最大延長光合作用時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弱控制光質控制溫度控制CO2供應控制必需礦質元素供應控制H2O供應提高復種指數（輪作）溫室中人工光照合理密植間作套種通風透光在溫室中施有機肥，使用CO2發生器陰生植物陽生植物應用——提高農作物產量的措施紅光和藍紫光適時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2c3①固定供氫酶酶供能②還原(CH2O)[糖類、脂肪、蛋白質]多種酶參加催化暗反應能量轉化:光能ATP活躍化學能穩定化學能元素轉移O元素:H2＊O

＊O2C元素:＊C

O2＊C3＊（CH2O）光能條件：光、色素、酶場所：反應水的光解：ATP的合成：基粒類囊體薄膜上H2O[H]+O2光、葉綠體中的色素ADP＋Pi＋光能ATP酶光能1.光反應階段吸收、傳遞和轉換光能能量轉變：ATP中活躍的化學能產物：[H]、O2、ATP條件：不需光，需多種酶場所：葉綠體基質中過程CO2的固定：CO2＋C52C3酶三碳化合物的還原：ATP中活躍的化學能2.暗反應階段C3+[H](CH2O)+C5酶ATPADP+Pi能量轉變：有機物中穩定的化學能產物：（CH2O

）、ADP、PiH2OO2[H]ADP+PiATPCO22C3C5(CH2O)糖類蛋白質脂肪光合作用的過程

整個光合作用過程中的物質變化和能量變化分別是什么？物質變化：無機物能量變化：光能轉變轉變2、光合作用的實質：有機物糖類等有機物中的化學能

請分析光下的植物突然停止光照后，其體內的C5化合物和C3化合物的含量如何變化？停止光照光反應停止請分析光下的植物突然停止CO2的供應后，其體內的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↑項目光反應暗反應反應場所反應條件物質變化能量變化聯系葉綠體的類囊體膜上葉綠體的基質上

光、色素、酶ATP、[H]、

酶、CO2光能ATP中活躍的化學能ATP中活