光合作用的探究历程.共36页文档
光合作用的探究历程和过程 课件
【点拨】萨克斯与鲁宾和卡门设计实验对照方法不同 (1)萨克斯实验：自身对照(同一实验对象的不同部位，进行不 同的处理：一半曝光，另一半遮光)。 (2)鲁宾和卡门实验：相互对照(条件相同的两组材料，分别标 记不同的物质：一组为H218O，另一组为C18O2)。
【微思考】 (1)萨克斯的曝光实验能证明淀粉是在叶绿体中产生的吗？ 提示：不能。萨克斯的实验只能证明光合作用产生淀粉，但不 能证明淀粉是在叶绿体中生成的。 (2)在鲁宾和卡门的实验中，能否用18O同时标记H2O和CO2？试 分析原因。 提示：不能。若同时标记H2O和CO2，则不能区分产生的18O 是来自H2O还是来自CO2。
光合作用的原理和应用 光合作用的探究历程和过程
一、光合作用的概念和探究历程 1.概念： (1)主要场所：_叶__绿__体__。 (2)能量来源：_光__能__。 (3)反应物：_二__氧__化__碳__和__水__。 (4)产物：_有__机__物__和__氧__气__。 (5)实质：合成有机物，储存能量。
2.鲁宾和卡门实验： (1)探究方法：同位素标记法。 (2)实验过程：
(3)实验分析。 ①实验设计：设置对照实验，自变量为不同的标记物质(被标 记的C18O2或H218O)，因变量是O2中有无18O。 ②实验结论：光合作用产生的氧气来自水中的氧，而不是来自 二氧化碳中的氧。
3.卡尔文循环： (1)探究方法：同位素标记法。 用14C标记的14CO2，追踪检测放射性，探明碳在光合作用中转化 成有机物中碳的途径。 (2)实验结论。 碳的转化途径：14CO2→14C3→(14CH2O)
2.探究历程(连线)：
二、光合作用的过程
1.反应式：
_C_O_2+_H_2_O_
光能 叶绿体
生物必修一：光合作用的探索历程
实验结果：柳树增重80kg， 实验结果： 而土壤减少0.1kg。 实验结论：植物生长所 实验结论： 需要的养料来自于水。 柳树真的只需要水就能长大吗？你认 柳树真的只需要水就能长大吗？ 为海尔蒙特忽视了哪些重要因素？ 为海尔蒙特忽视了哪些重要因素？
没有考虑植物生活的所有环境因素， 没有考虑植物生活的所有环境因素，如空 阳光等。上述实验只能说明： 气、阳光等。上述实验只能说明：水是植 物生长的原料。 物生长的原料。
思考 ： 一棵小树长成 参天大树， 参天大树，质 量比原来增加 了几百甚至几 千倍，它的食 千倍，它的食 是什么呢？ 物是什么呢？
光合作用的发现 历程
1.公元前3世纪， 1.公元前3世纪，亚里士多德的经验推测 公元前 “植物的根是一 张嘴， 张嘴，植物生活 和生长所需的一 切物质， 切物质，都是通 过根吸收了土壤 过根吸收了土壤 得到的。 汁得到的。”
7.1940年 光合作用能产生淀粉 7.1940年，萨克斯 ——光合作用能产生淀粉 光合作用能产生
研究方法： 研究方法：放射性同位素标记法
放射性同位素的标记物， 放射性同位素的标记物， 化学性质不变， 化学性质不变，可追踪物 质的运行和变化规律， 质的运行和变化规律，以 明确弄清化学反应的详细 过程。 过程。
属于对照试验。单一变量：光照；控制叶片一半遮光， 属于对照试验。单一变量：光照；控制叶片一半遮光，一 半曝光。植物在光下产生淀粉。 半曝光。植物在光下产生淀粉。
思考： 思考：
是绿叶的所有部 位都能进行光合作 用，还是在绿叶的 一些具体部位才能 进行光合作用？
6.1880年 恩格尔曼 水绵实验” 6.1880年，恩格尔曼——“水绵实验” 水绵实验
俗话说：“万物生长靠太阳” 俗话说： 万物生长靠太阳”
第10讲 光合作用的探究历程与基本过程
如图是不同材料的色素提取物进行层析后的结果，其中不正确的 是 ( B )
.
如图表示叶绿体色素吸收光能的情况。根据此图并结合所学知识 ，以下说法中正确的是( C ) ①类胡萝卜素和叶绿素分布在类囊体薄膜上 ②在晚间用大约550nm波长的绿光照射行道树 ，目的是通过植物光合作用以增加夜间空气 中的氧气浓度 ③据图可知，用白光中450nm左右波长的光比 白光更有利于提高光合作用强度。 ④在层析液中，类胡萝卜素的溶解度大于叶绿素 ⑤土壤中缺乏镁时，420nm~470nm左右波长的光的利用量显著减少 ⑥由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量减少 A．①③④⑤ B．②③④⑤ C．①④⑤⑥ D．①②④⑤
H2180
同种植物
H20
考点一：光合作用的探究历程 (一)探究实验的分析 5.卡尔文的实验 结论：
用14C标记14CO2，探明了CO2中的碳在光 合作用中转化成有机物中碳的途径， 该途径称为卡尔文循环。
分析：
①研究方法：放射性同位素标记法。
② CO2中的C进入C3，最后进入（CH2O）。
考点一：光合作用的探究历程
A组 ①氧是由叶绿体释放出来的。 结论： ②叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
好氧细菌 无 空 气 的 曝 光 环 境
水绵 B组
考点一：光合作用的探究历程 (一)探究实验的分析 18O C 18 C0 2 02 2 4.鲁宾和卡门的实验
结论： 产物O2来自原料H2O。
02
第 二 组
第 一 组
分析： ①设置了对照实验，自变量是标记物质不同(H218O和C18O2)，因 变量是O2的放射性情况不同。 ②鲁宾和卡门的同位素标记法可以追踪 CO2和H2O中的C、H、O等 元素在光合作用中的转移途径。
光合作用的探究历程
光合作用的探究历程：1771年，英国科学家普利斯特利通过实验证实，植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。
1779年，荷兰科学家英格豪斯证明植物只有在光下才能更新空气。
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是氧气，吸收的是二氧化碳。
1845年，德国科学家梅耶指出，植物通过光合作用把光能转化为化学能。
1864年，德国科学家萨克斯实验成功证明了光合作用的产物中还有淀粉。
1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法探究证明光合作用释放的氧气来自水。
20世纪40年代，美国科学家卡尔文用同位素标记法探明了光合作用产物中的碳来自反应物中的二氧化碳(卡尔文循环)。
光合作用的探究历程：1771年，英国科学家普利斯特利通过实验证实，植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。
1779年，荷兰科学家英格豪斯证明植物只有在光下才能更新空气。
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是氧气，吸收的是二氧化碳。
1845年，德国科学家梅耶指出，植物通过光合作用把光能转化为化学能。
1864年，德国科学家萨克斯实验成功证明了光合作用的产物中还有淀粉。
1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法探究证明光合作用释放的氧气来自水。
20世纪40年代，美国科学家卡尔文用同位素标记法探明了光合作用产物中的碳来自反应物中的二氧化碳(卡尔文循环)。
光合作用的探究历程：1771年，英国科学家普利斯特利通过实验证实，植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。
1779年，荷兰科学家英格豪斯证明植物只有在光下才能更新空气。
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是氧气，吸收的是二氧化碳。
1845年，德国科学家梅耶指出，植物通过光合作用把光能转化为化学能。
1864年，德国科学家萨克斯实验成功证明了光合作用的产物中还有淀粉。
1939年，美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法探究证明光合作用释放的氧气来自水。
光合作用的探究历程(用)
动力
场所
淀粉等有机物 产物2 水1 原料
产物 O2 1
光合作用的 探究历程
问题：植物生长所需的物质来自何处？
亚里士多德 (Aristotle)
观点：植物体由“土壤汁”构成，即植 物生长发育所需的物质完全来自土壤。
光合作用的探究历程：
1642年，海尔蒙特(J.B. van Helmont)
提出问题：探究光合作用释放的氧气到底来自二氧 化碳还是水？
1、需要标记什么元素？ C18O2、H218O 2、怎样设计对比实验？
C18O2+H2O CO2+H218O
C18O2
?
CO2
?
H 2O
第一组 第二组
H218O
预测1：第一组为O2，第二组为18O2，来自H2O； 预测2：第一组为18O2 ，第二组为O2 ，来自CO2 ；
植物体只有在光 下才能更新污浊 的空气。
甲
乙
1785年，发现了空气的成分，人们 明确绿叶在光下放出的是氧气，吸 收的是二氧化碳； 这一过程中，光能哪里去了？
1845年，梅耶指出，植物在进行光 合作用时，把光能转变成化学能储 存起来
四、1864年德国的植物学家萨克斯 采用碘液检测淀粉的方法进行实验
经典实验 普利斯特利 萨克斯实验 恩格尔曼实验 鲁宾和卡门 实验（1771 （1864年） （1880年） 实验（20世 年） 纪30年代） 提出问题 植物可以影 淀粉是光合 植物释放氧气 氧是来自于 响空气成分 作用的产物 的条件和场所 水还是二氧 吗？ 吗？ 分别是什么？ 化碳? 作出假设 植物可以影 淀粉是植物 氧气是植物在 氧来自于水 响空气成分 光合作用的 光照条件下由 产物 叶绿体形成的 详细过程省略 设计实验 结果分析 产生动物呼 碘处理，观 细菌集中在被 测放射性或 吸和蜡烛燃 察颜色变化 光束照射到的 质量比值 叶绿体部位 烧所需要的 气体。 得出结论 植物能更新 淀粉是植物 植物产生氧气 光合作用产 空气 光合作用的 需光照条件， 生的氧来自 产物 场所是叶绿体 于水
光合作用的探究历程
2C3 + [H]
酶 ATP
(CH2O) + C5
下图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：
H 2O 光 B F CO2 G J I
A
C
D
E+Pi
H
水 色素 Ｏ2 ①图中A是______,B是_______,它来自于______的分解。 基质 [H] ②图中C是_______，它被传递到叶绿体的______部位，用 暗反应用作还原剂，还原C 于____________________ 3。 色素吸收 的光能 ATP ③图中D是____，在叶绿体中合成D所需的能量来自______ C3化合物 糖类 ④图中G________,F是__________,J是_____________ C5化合物 光反应 [H]和ATP ⑤图中的H表示_______， H为I提供__________
能量变化：光能转变为活跃的化学能贮存在ATP中
类囊体膜
H2O
O2
[H]
酶
Pi ＋ADP
ATP
2、暗反应阶段
CO2的 固定 CO2
2C3
叶绿体基质 多种酶
C 3的 还原
卡尔文循环
C5 （CH2O)
【小结】
条件： 场所： [H] 、ATP、酶 叶绿体的基质中 CO2的固定：CO2＋C5
酶
物质变化：
2C3 (CH2O)
光能利用率
光合作用效率
1、控制光照强度 2、适当补充CO2 3、适宜的温度 4、矿质元素（ 合理施肥） 5、水（ 合理灌溉）
(四)、化能合成作用
1、化能合成作用：
少数菌类利用体外环境中某些无机物氧化 时释放的能量来制造有机物。
第2课时 光合作用的探究历程和过程
气外还有淀粉，同时还证明光是光合作用的必要条件。（自身对照
实验，自变量为光照，因变量为叶片的颜色变化）
思考:（萨克斯的实验） a．为什么对天竺葵先进行暗处理？
黑暗（饥饿）处理 是验证光合作用产 物和验证CO2是光合 作用原料实验的必 需操作。
暗处理是为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。 b．为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
不足：没有考虑到光照的影响。实验缺少空白对照，说服
力不强。
3.1779年，英格豪斯实验结论：
普利斯特利的实验只有在阳光的照射下才能成功；植物体 只有绿叶才能更新污浊的空气。（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。） 4.1845年，德国科学家梅耶指出，植物进行光合作用时，把光能转化 成化学能储存起来。 5.1864年，德国植物学家萨克斯的实验证明：光合作用的产物除氧
物质和B物质的相对分子质量之比是（ C ）
A．1∶2 C．8∶9 B．2∶1 D．9∶8
6.（2012·正定模拟）请按时间先后顺序排列下列事件（ C ） ①德国科学家萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉 ②美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的氧 气全部来自参加反应的水
③英国科学家普利斯特利指出植物可以更新空气
恩格尔曼 鲁宾 卡门
ห้องสมุดไป่ตู้
氧由叶绿体释放出来，叶绿体是 光合作用的场所
光合作用释放的氧来自水
卡尔文
CO2 中的碳转换成有机物的碳的途径
思考：光合作用的反应式 光能 CO2+H2O （CH2O）+O2 叶绿体 1.光合作用的原料：二氧化碳 、水 2.光合作用的产物：有机物、氧气 3.光合作用的条件：光能 4.光合作用的场所：叶绿体
光合作用探究历程
1939年,美,鲁宾和卡门的同位素标记实验
CO2
18O 2
C18O2
O2
预测结果
光照射下的 小球藻悬液
H218O
分析？
H2O
光合作用美 卡尔文的同位素示踪实验
14CO 2
光照下 的小球 藻悬液
小球藻 研磨液
(14CH2O)
他用14C标记的CO2追 踪了光合作用过程中 碳元素的行踪，从而 进一步揭示了光合作 用中复杂的化学反应。
• 1779年，荷兰科学家英格豪斯重复了500 多次普利斯特利的实验：普利斯特利的实 验只有在光照下才能成功；植物体只有绿 叶才能更新污浊的空气。 被更新的气体是什么呢? 更新之后又得到了什么气体呢?
• 1785年,由于发现了空气的组成,人们才发 现绿叶吸收的是二氧化碳,放出的是氧气。
这个过程中光能哪里去了呢？ 消失了么？
１８８０，美国，恩格尔曼实验
分析？叶绿体是进行光合作用的场所
几乎光合作用探究过程进行的 同时，关于酶的研究也在有条不紊 的进行，酶的研究结果表明，生物 体内几乎所有的生化反应都需要酶 的催化。
总结光合作用的各项要素
原料： 二氧化碳 水 场所：叶绿体 产物： 糖类等有机物 条件： 光能 酶 氧气
工作中的卡尔文
光合作用探索历程总结：
年代
1642 1771 1779 1782 1845 1864 1880 1939
1948
科学家
海尔蒙特 普利斯特利 英格豪斯 发现了空气 的组成 R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼 鲁宾 卡门 卡尔文
分析结论
植物建造自身的原料是水 植物可以更新空气 只有在光照下，绿叶才能更新空气 绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是 二氧化碳 植物在光合作用时把光能转变成了 化学能储存起来 光合作用的产物还有淀粉 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是
光合作用的探究历程
总反应式：
光能
CO2 + H2O 叶绿体
（CH2O）+ O2
3、光合作用的过程
2H2O
O2
可见光
光解
吸收 色素分子
酶
4[H]
ATP
酶
ADP+Pi
2C3
还原
多种酶
固定 CO2 C5
C6H12O6+H2O
光反应
暗反应
光能、酶
6CO2+12H2O 叶绿体
C6H12O6+6H2O+6O2
原子转移？夜幕一降临，光合作用即停止？
同时证明：光合作用的进行需要光照条件 实验变量：有无光照
3、1880年，美国科学家恩格尔曼曼实验
水绵：丝状绿藻，淡水生活，细胞长筒状，
材料： 只有一个带极状叶绿体，螺旋排列在细胞中。
好氧细菌：进行有氧呼吸，对氧敏感,
细
光 束
黑暗中
光照下
现象：好氧细菌集中在叶绿体的受光部位。
为什么好氧细菌集中在叶绿体所有受光部位的周围？
（一）：
C18O2
（二）：
O2
CO2
18O2
H2O
H218O
绿藻
绿藻
你找到答案了吗？……
光合作用释放的O2全部来自于参与反应的H2O
5、20世纪40年代美国科学家卡尔文实验
最终探明：
CO2中的碳在光合作用中转化成有机 物中碳的途径，即卡尔文循环
通过对以上四个实验的分析，你能对光 合作用下一个定义了吗？……
（2）曲线a表示的化合物是__C_3__，在CO2浓度降低时，其 量迅速下降的原因是：_固__定__过__程_减__慢__，___C_3_形__成__量__减__少___； ____而__C_3_还__原__过__程__仍__在__进__行___。
光合作用探究历程
光合作用探究历程光合作用探究历程一、光合作用的发现光合作用是植物、藻类和某些细菌通过吸收太阳光能，利用二氧化碳和水合成有机物质的过程。
这个重要的生物化学过程在植物生命活动中起着至关重要的作用。
然而，这个过程是如何被科学界发现和揭示的呢？早在17世纪，荷兰科学家范·豪斯汀就开始了对植物生长的研究。
他观察到植物在光照下可以生长，而在黑暗中则不能。
这表明植物的生长与光照有关。
随后，在18世纪，法国科学家拉普拉斯和拉瓦锡进一步探讨了光合作用过程中物质和能量的转化。
拉瓦锡提出，植物在光合作用中吸收了二氧化碳和水，并释放出氧气。
到了19世纪，英国科学家达尔文对光合作用进行了更深入的研究。
他发现，光合作用是植物中的叶绿体通过吸收太阳光能而进行的。
这一重要发现为后来的光合作用研究奠定了基础。
二、光合作用的过程光合作用是一个复杂的生物化学过程，可以分为三个主要阶段：光反应、暗反应和产物运输。
1.光反应阶段：这一阶段主要发生在叶绿体中，植物通过光合色素吸收太阳光能，并将水分子分解为氧原子和氢离子。
同时，电子从还原型的辅酶Ⅱ传递给氧气，生成高能态的电子和还原型的辅酶Ⅱ。
这一过程释放出的能量用于合成ATP。
2.暗反应阶段：在暗反应阶段，植物利用光反应中生成的ATP和还原型的辅酶Ⅱ，将二氧化碳还原为有机物质，如糖类。
这一过程需要多种酶的参与，包括羧化酶、磷酸二氢酶等。
暗反应生成的有机物质被运输到植物体内的各个部位，供生长发育所需。
3.产物运输阶段：在光合作用过程中生成的有机物质需要通过运输才能到达植物体内的各个部位。
植物体内有一套复杂的运输系统，可以将光合作用生成的有机物质从叶绿体运输到其他部位，以满足生长发育的需要。
三、光合作用的机制光合作用的机制涉及到许多生物化学反应和能量转化过程。
其中最重要的是反应中心的电子转移和伴随的能量变化。
在光反应阶段，光合色素吸收太阳光能后，将电子从水分子中激发到高能态，再传递给氧气生成高能态的电子和还原型的辅酶Ⅱ。