光合作用探究历程及过程
光合作用的探究历程和过程
光合作用的探究历程和过程光合作用是地球上所有生物体中最重要的能量转换过程之一、它将太阳能转化为植物等光合生物能量的过程，同时还产生了氧气。
在光合作用的探究历程中，有两位科学家提供了重要的贡献，他们分别是英国化学家约瑟夫·普利斯特利(Joseph Priestley)和荷兰医生雅各布斯·伯兰特(Jacobus van't Hoff)。
约瑟夫·普利斯特利是第一个发现植物产生氧气的人。
在1771年，他进行了一些实验，在一个密闭的容器中放置了一段草和一只小鼠。
他发现，当阳光照射到容器中，小鼠能够继续存活，但当阳光被遮住时，小鼠却窒息死亡。
这个实验验证了植物在光照下产生氧气。
荷兰科学家雅各布斯·伯兰特则进一步研究了光合作用的过程和原理。
他在1890年提出了一个重要的理论，称为光合作用定律。
该定律描述了光合作用的过程中发生的化学反应，其中光能被植物中的叶绿素吸收，然后通过光合作用转化为化学能，同时产生氧气。
光合作用是一个复杂的过程，可以分为两个阶段：光反应和暗反应。
光反应发生在叶绿体的葉綠體内。
当光照射到叶绿体时，葉綠體中的叶绿素会吸收光能，然后将其转化为化学能。
在光反应中，水分子被分解成氧气和氢离子，这个过程称为光解水。
同时，光能被转化为化学能的同时，也会产生一种叫做ATP(三磷酸腺苷)的能量分子。
ATP是细胞内储存和转移能量的主要分子。
光反应完成后，暗反应开始进行。
暗反应不需要阳光，它发生在葉綠體质粒(m stroma)中。
在暗反应中，二氧化碳和氢离子通过一系列反应被转化为葡萄糖。
这个过程称为碳固定。
光反应中产生的ATP和氢离子提供了能量和电子给暗反应使用。
近年来，科学家们对光合作用的研究也在持续进行。
他们试图了解更多关于光合作用的细节，如叶绿素的吸收光谱、光反应和暗反应中其他信号传导和调节机制，以及如何利用光合作用提高农作物产量等。
这些研究对人类的生活和环境保护都有着重要的意义。
光合作用探究历程及过程
光合作用探究历程及过程光合作用是生物体中最为重要的能量转化过程之一、它将光能转化成化学能，为生物体提供了所需的能量和有机物质。
光合作用的探究历程可以追溯到19世纪。
以下将详细介绍光合作用的探究历程和过程。
在1804年，意大利医生和物理学家亚历山大·沃尔塔发现了电池，这为电化学提供了重要的工具。
在随后的几十年里，科学家们开始研究电池和化学反应，并发展了电化学理论。
然而，直到19世纪末，科学家们才开始认识到光能可以通过化学反应转化为电能。
1883年，荷兰物理学家和化学家雅各布斯·赫尔丁（Jacobus Henricus van 't Hoff）提出了光合作用的基本概念。
他认为植物通过吸收光照射转化二氧化碳和水为有机物，并释放出氧气。
他的理论得到了广泛的认可，成为了现代光合作用的基础。
接下来，科学家们开始进行实验以验证光合作用的过程和机制。
1894年，德国生物化学家奥古斯特·威力（F.Č.v.Wettstein）通过将植物放在不同光强下进行实验，发现植物在光照下能够吸收二氧化碳并释放氧气。
他还发现，当植物处于黑暗或弱光条件下时，它们无法进行光合作用。
随着科学技术的进步，科学家们开始利用更先进的仪器和技术来研究光合作用的机制。
在1930年代，英国生物化学家罗宾·希尔（RobinHill）发现了光合作用的化学过程。
他发现，当植物叶片暴露在光照下时，产生的氧气和高能物质可以被光强较弱的光线所代替，推断出植物中存在着一个光合作用过程，将光能转化为化学能。
随后的几十年里，科学家们不断完善和深化对光合作用的理解。
1939年，美国生物物理学家罗兰·马特赛尔（Robert Emerson）证实了光合作用的光能捕获过程和传导；1954年，英国生物学家格利尔·真斯（Melvin Calvin）发现了光合作用中的碳固定过程，即光合作用产生的NADPH和ATP能够将二氧化碳转化为有机物质。
光合作用的探究历程与基本过程
光合作用是自然界中实现碳循环非常重要的一环，对我们现在生物圈能维持这样的稳定性有着非常重要的作用，那么我们今天就来详细了解一下什么是光合作用，光合作用的过程和实质是什么？一、光合作用的定义光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧的过程。
发现者：英国科学家普利斯特利二、光合作用的过程1、光反应（1）场所：叶绿体的类囊体上。
（2）条件：光照、色素、酶等。
（3）物质变化：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成[H]和O2，同时促成ADP和Pi 发生化学反应，形成ATP。
（4）能量变化：光能转变为ATP中的活跃的化学能。
2、暗反应（1）场所：叶绿体内的基质中。
（2）条件：多种酶参加催化。
（3）物质变化：CO2的固定：CO2与植物体内的C5结合，形成C3；C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受ATP水解释放的能量并且被还原，经过一系列的变化，形成葡萄糖和C5。
（4）能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中的稳定的化学能。
反应的化学方程式为：6CO2+6H2O---光照+叶绿素---C6H12O6+6O2三、光合作用的实质1、物质上，将无机物转换成有机物2、能量上，将活跃的化学能转化为稳定的化学能四、光合作用中的光的要求光合作用主要靠可见波段的光来进行，波长390-410nm紫光可活跃叶绿体运动;波长600-700nm红光，可增强叶绿体的光合作用;波长500-560nm绿光，会被叶绿体反射和透射，使光合作用下降。
所以，凡是落在这一范围内的光都可以进行光合作用(绿光不好)。
五、植物的光合作用有什么好处1、将光能转变成化学能。
绿色植物在同化二氧化碳的过程中，把太阳光能转变为化学能，并蓄积在形成的有机化合物中。
人类所利用的能源，如煤炭、天然气、木材等都是如今或过去的植物通过光合作用形成的;2、吸收空气中的二氧化碳，释放氧气，这就在一定程度上保证了生物圈中的碳——氧平衡3、光合作用制造的有机物，既为植物的生长发育提供营养物质，也为动物和人提供食物来源;4、光合作用将光能转化并储存在有机物里，为动、植物和人类生命活动提供能量来源;。
《光合作用探究历程之萨克斯经典实验》
参考方案： ① 用一玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物 和一杯NaOH溶液。 ②用另一玻璃罩罩住另一株生长相同的盆栽绿色植 物和CO2释放剂。 ③将上述植物及装置放在暗室中饥饿，一定时间后， 照光若干小时，使其充分进行光合作用。 ④ 从两装置中各取一片叶子，放入盛有酒精的烧 杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。 ⑤ 将已脱绿的叶片取出，用碘液检测有无淀粉的 特异颜色反应出现。
问题4：如何检测本实验结果？酒精脱 色的目的是什么？
碘与淀粉的显色反应 排除叶片原色素颜色的干扰
实战演练
实验设计：验证二氧化碳是光合作用的原料
材料：相同大小的绿色植物2盆，透明密闭的玻 璃罩2个，NaOH溶液，CO2释放剂，酒精，碘 液
提示：单一因素变量是什么？怎么操控？ 检测何种实验结果？如何根据所提供的材料 进行检测？
碘蒸汽处理
酒精 脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
问题1：萨克斯的实验目的是什么？结论是 什么？ 探究光合作用的产物 产物是淀粉 问题2：为什么对植物进行一昼夜的暗 处理？ 为了将叶片中原有的淀粉耗尽
问题3：为什么让叶片的一半曝光，另 一半遮光呢？本实验设计的单一因素变 量是什么？进行对照 实验叶片的光照处理
光合作用探究历程之萨克斯经典实验光照酒精脱色碘蒸汽处理探究光合作用的产物产物是淀粉为了将叶片中原有的淀粉耗尽进行对照实验叶片的光照处理碘与淀粉的显色反应排除叶片原色素颜色的干扰提示
光合作用探究历程之 萨克斯经典实验
1864年萨克斯实验步骤
光照
一在 半暗 曝处 光放 ，置一几ຫໍສະໝຸດ 暗处理半小 遮的 光叶 片
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
第2课时：光合作用的探究历程和过程
教师寄语: 21世纪是生命科学的世纪,科 学技术发展的车轮在不断前进! 希望同学们能站在先人的 肩膀上成为”车轮”前进的有 力推动者!
根据所学的化学知识可知，水和二氧化碳 反应，应该生成什么产物？ 碳酸
哪为什么在植物光合作用的过程中产物不 是碳酸而是有机物？这说明光合作用过程 中水和二氧化碳是否直接反应？ 不是直接反应的 哪光合作用的过程是怎样的？其全过程分 为几个阶段？ 全过程根据条件的不同分为光反应和暗反应 两个阶段
1.光反应阶段
吸收、传递和转 换光能
色素、酶 条件 ： 光、 场所：基粒类囊体膜上 光、酶 H O 2 水的光解： 叶绿体中的色素 [H]+O 2 反应 光、酶 ATP的合成：ADP＋Pi 产物： [H]、O2、ATP 能量转变：光能
叶绿体
ATP
ATP中活跃的化学能
2.暗反应阶段
条件： 不需光，需多种酶 场所： 基质中 酶 CO2＋C5 2C3 CO2的固定： 过程 酶 C3+[H] (CH2O)+C5 C3的还原： ATP 产物： CH2O 、 ADP 、 Pi ATP中活跃 能量转变： 的化学能 ADP+Pi 有机物中稳 定的化学能
• 植物自身因素 • 环境因素对光合作用的影响
1）光照 2）温度 3）二氧化碳浓度 4）水分 5）矿质元素
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 [H] ↓ ATP↓ 还原 受阻 C3 ↑ C5 ↓
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？ C3 ↓ 固定 CO2 ↓ 停止 C5 ↑
探究：
O2中的氧来自CO2还是H2O？
第二课时光合作用探究历程和过程
4.将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的C02条件 下。如果将环境中C02含量突然降至极低水平，此时 叶肉细胞内的C3化合物、C5化合物和ATP含量的变化 情况依次是( C ) A. 上升；下降；上升 B. 下降；上升；下降 C. 下降；上升；上升 D. 上升；下降；下降
5.某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C原 子，14C的转移途径是（ D） A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇 糖类 D、CO2 三碳化合物 糖类
6、在光照充足的环境里，将黑藻放入含有18O的 水中，过一段时间后，分析18O放射性标记，最 先（ D ） A.在植物体内的葡萄糖中发现 B.在植物体内的淀粉中发现 C.在植物体内的淀粉、脂肪、蛋白质中均可发现 D.在植物体周围的空气中发现
五、化能合成作用
自养生物：能利用环境中的无机物合成有 机物来维持自身的生命活动。
O2
光合作用的概念：
绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳 和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出 氧气的过程。
光合作用
光合作用的化学反应式：
光
14CO 2
+ H2
18O
(14CH2O) +
18O 2
叶绿体
二、光合作用的过程
光能 (CH2O) +*O2 CO2+H2*O 叶绿体
反应条件： 光能等
1843年 1864年 1880年 1939年
结论： 氧是由 叶绿体 释放出来的， 叶绿体 是光合 作用的场所。 再次证明，光合作用需要 光照 。
五、1880年德国科学家恩格尔曼实验
公元前 3世纪 1648年
1771年
1779年
恩格尔曼在证明了光合作用的放氧部位是叶绿 体后，紧接着又做了一个实验：他用透过三棱镜的 光照射水绵临时装片，结果见下图：
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ATP的合成： ADP+Pi
②能量变化： 光能
ATP
ATP中活跃的化学能
（2） 暗反应阶段 （叶绿体基质中）
①物质变化：
CO2的固定：CO2+C5 C3的还原：2C3 ②能量变化： ATP中活跃的化学能 有机物中稳定的化学能
酶
2C3
[H]、ATP （CH2O）+C5 酶
2H2O
光解 吸收
O2
2C3
酶
4[H]
还原
固定
CO2
可见光
色素分子
ATP 酶 ADP+Pi
多种酶
能量
C5
（CH2O）
光反应
暗反应
光合作用的过程
光反应和暗反应的比较
项目 场所 条件 光反应
叶绿体的类囊体薄膜
光、色素、酶、水
酶 光能
暗反应
叶绿体基质
酶、ATP 、 [H] 、CO2
物质变化 H2O 能量变化 光能
[H]+O2
H2O
H218O
A. 1：2 B. 8：9 C. 2：1 D.9：8
大约同一时期，卡尔文同样利用同位素标记法： 14C标记CO ，探明了CO 中的C转变成有机物中 2 2 的C的过程，这一过程因此命名为卡尔文循环。
（1） 光反应阶段 （类囊体薄膜上）
①物质变化：
水的光解： 2H2O
光
酶
4[H]+O2
形状: 扁平的椭球形或球形 结构： 如图（基质含少量DNA，RNA和有关酶） 功能： 光合作用的场所
1642年
海尔蒙特
海尔蒙特实验示意图
柳树增重74.4kg，土壤只减少0.1kg 得到观点：养分来源于水
1771年
普利斯特利
植物可以更新空气
1779年
英格豪斯
英格豪斯作了500次多次的实验（如图)，发现植物 在光照下才能（释放气体）更新空气。
酶
ADP+Pi+光能
CO2+C5 酶 2C3 2C3 ATP、[H]、酶（CH2O）+C5 ATP ATP ATP中活跃的化学能 有机物中稳定化学能
中活跃的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应产生 ADP和Pi为光反应提供原料
小结
• 光合作用的探究历程 • 光合作用的概念和反应式 • 光合作用具体过程: 光反应阶段；暗反应阶段
一 半 遮 光 一 半 曝 光
4、碘液染色，遮光的 无变化，曝光的深蓝色
暗处理 几小时
萨克斯实验示意图
请同学们回答：
CO2和H2O 、叶绿体、光、（CH2O）和O2
光能 CO2+H2O 叶绿体 (CH2O)+O2
1.光合作用原料、场所、条件、产物各是什么？
试写出反应方程式：
2.在上述基础上概括光合作用的定义
英根豪斯当时只得出植物在光 下更新空气，而没有得出产生 了氧气。
受当时科学技术发展的制约 （还未能搞清楚空气的成分） 直到1785年，绿叶在光 下吸收是CO2，放出是O2
光照
产生气体
暗处 不产生气体
英根豪斯实验示意图
1864年
酒精脱色
滴加碘液
萨克斯
探究光合作用的产物中是否有淀粉
1、放暗处12小时 2、叶片一半遮光，一 半曝光 一段时间后 3、用酒精去除色素
能量之源——光与光合作用（第2课时）
复习绿叶中色素的种类和特点 胡萝卜素（橙黄色）
层析液中溶解度最高， 因而扩散最快
类胡萝卜素
1 /4
叶黄素（黄色） 叶绿素a (蓝绿色)
含量最多
主要吸收蓝紫光
叶绿素
3 /4
叶绿素b（黄绿色）
可见光中吸收最少作用的场所——叶绿体
｝
类囊体 色素就分布在类 囊体的薄膜上
在（光照)条件下，在绿色植物的(叶绿体)中, 把(二氧化碳和水)转化为(淀粉同时释放氧气)， 这个过程叫光合作用
1939年，鲁宾和卡门（同位素标记法）
CO2
A
C18O2
B
质子数+中子数=相对分子质量 同位素：质子数相同，中子数不同
光照射下的 小球藻悬液
左图为鲁宾和卡门利 用同位素标记法进行的 实验示意图。图中A物 质与B物质相对分子质 量的比是 D
O2 H2O 2C3 [H] C5 ATP ADP+Pi CO2
(CH2O)