光合作用【1】光合作用的发现
光合作用和作用
光能转换成电能 再变成活跃的化学能 （ATP、NADPH中）
活跃的化学能变成稳 定的化学能
光反应为暗反应提供NADPH和ATP
联系
暗反应产生的ADP和Pi为光反应合成ATP提供原料
讨论：光合作用中
1、能量的转中的化学能
有机物中稳定的化学能 2、H的转移： H2O 3、C的转移：CO2 4、当条件改变时，
20世纪30年代，鲁宾和卡门（美）的同位 素标记实验，如下图所示：
这一实验证实了： 光合作用产生的氧气（产物）全部来自 水（原料），而不是来自CO2 思考：验证CO2是光合作用原料如何设计？ 验证叶绿体是场所如何设计？
二、叶绿体中的色素
叶绿体中的色素
形成和 破坏的原因 光照 温度 Mg2+等 胡萝卜素 类胡萝卜素 叶黄素 （占总量的1/4） 叶绿素a 叶绿素（占总量的3/4） 叶绿素b
C3植物和C4植物光合作用比较
CO2的 CO2固定 CO2固定 受体 后的产物 的场所 C3还原 的场所 ATP和 暗反应 NADPH的 途径 作用对象
C3植物
C5
C3
叶肉细胞 叶肉细胞 的叶绿体 的叶绿体 叶肉细胞 的叶绿体 维管束鞘 维管束鞘 细胞的叶 细胞的叶 绿体 绿体
C3
C3途径
PEP C4植物 C 5
H
C3
C6H12O6
糖类 弱
光照由强
C3、C5含量如何变化？ CO 浓度降低 2
光合作用的实质：
把无机物（CO2和H2O）转变为有机物， 把光能转变为化学能，储存在有机物中
光合作用的意义：
（1）是生物生存所需要有机物的最主要来源。 （2）是生物生存所需能量的根本来源。 （3）保持大气中O2和CO2含量的基本稳定。 ( 4 ) 对生物的进化有直接意义。 光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
光合作用(一)光合作用发现历程中的经典实验
N14 N15
中DNA
按半保留复制演绎推理
结果 预期
按全保留复制演绎推理
结果 预期
亲代DNA
15N 15N
15N 15N
在14N环境 中DNA复制 1次
15N 14N
14N 15N
15N 15N
14N 14N
DNA复 制2次
15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N 15N
15N 15N 14N 14N 14N 14N 14N 14N
由于当时的科学界尚未发现空气的成分，所以当 时的人们并不知道植物更新了空气的什么成分。直到 1785年，由于发现了空气的组成，人们才明确绿叶在 光下吸收二氧化碳，放出氧气。
经过了100多年的探索，人们才明确植物吸收二
汉
水
丑
氧
化
碳
和水
，
在阳
光
的
照
射下
，
产
生
了
氧
气
。生 侯 伟 作 品
在这一过程中，光能哪去了？
外，其他的化学性质相同，因此只能放在元素周期表
的
同
一
位
置
，
这
就
是
同
位
素
名
称
最
初
的
由
来
。汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
放射性同位素：
原子核能自动放射出看不见的具
有一定穿透能力的射线。用特定
汉
水
丑
生
侯
的
显
影
装
置
可
检
测
到
。伟 作 品
稳定性同位素： 原子核比较稳定，不能发出射线
光合作用发现史
光合作用发现史1、早在两千多年前，古希腊著名哲学家亚里士多德认为，植物是由“土壤汁”构成的。
这一观点一直沿用到18世纪中期。
17 世纪上半叶，比利时学者海尔蒙特所做的柳树试验，使他自然而然地相信：柳树生长所需要的物质，来自于浇灌的水。
这个结论首次提出了水参与植物有机物制造，但没有考虑到空气对植物体物质形成的作用。
2、我国明代学者宋应星、英国植物学家斯蒂芬.黑尔斯也曾指出：植物在生长时主要用空气当养分。
但他们并未用实验证明这一判断。
3、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。
由于普里斯特利所做的这个出色的实验，人们把1771 年定为发现光合作用的年代。
但是，他并没有发现光在植物更新空气中的作用，而是将空气的更新归因于植物的生长。
当时有人重复他的实验，却得到完全相反的结论。
因此这个实验引起人们的关注。
4、1779年，荷兰科学家英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验，得出结论：绿色植物只有在光下才能更新空气。
直到1785年，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。
5、1782年，瑞士牧师吉恩.谢尼伯证实了英格豪斯的发现，并指出植物“净化”空气的活性，除光合作用外，还取决于“所固定的空气”。
6、1804年，瑞士学者索热尔研究植物光合作用过程中，二氧化碳吸收量、有机物生成量、氧气释放量之间的数量关系。
他发现，植物制造的有机物质总量和氧气释放量，远远超过二氧化碳吸收量。
根据实验中除植物、空气和水以外，没有其他物质，他断定光合作用除吸收二氧化碳外，二氧化碳水也是光合作用的反应物。
7、1817年，法国的两位植物学家，佩利蒂欧和卡文陶从叶片中分离出叶绿素。
后来有人证明叶绿素对于光能的吸收、传递和转化起着极为重要的作用。
8、1845年，德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
当时人们用下式表示光合作用：绿色植物CO2 + H2O + 光——→O2 + 有机物质+ 能量9、1864 年，法国植物生理学家鲍辛高特根据阿伏伽德罗定律，精密地测定多种陆生植物，发现它们在进行光合作用时，放出的氧气和吸收的二氧化碳体积的比值接近1。
光合作用的原理及应用
学习目标
1.了解光合作用的探究历程；掌握光合作用的概念、过程、 实质、总反应式及意义；理解光反应与暗反应的区别与联 系。
2.通过分析光合作用发现过程中的几个经典实验，培养设计 实验、分析实验的能力；找出影响光合作用的因素。
3．体验科学工作的方法和过程，感受科学发现的艰难，养 成严谨的科学态度，提高科研的兴趣，增强创新意识；通 过 “如何利用光合作用的原理提高作物产量” 的讨论这一 问题，加强对科学、技术、社会的关注。
光合作用的原理及应用
（二）光反应和暗反应的区别与联系
进行部位
光反应阶段 叶绿体囊状结构薄膜上
暗反应阶段 叶绿体基质中
条件
物质 变化
光、色素、酶
不需要光和色素、多种酶
水的光解 H2O光→2[H]+1/2O2 合成ATP ADP+Pi光酶→能ATP
CO2的固定
酶
CO2+C5 →2C3
碳三的还原 2CA3 →T酶P→[HC] H2O+C5
答：为了将叶片内原有的淀粉运走耗尽。
2．为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？
答：为了进行对照。
3．这个实验的说明什么问题？
答：结果证明绿叶在光下制造了淀粉。
光合作用的原理及应用
一、光合作用的发现及研究
3、1880年，美国科学家恩吉尔曼实验
光合作用的原理及应用
极 细 光 束
黑暗中
光照下
为什么好氧细菌集中在叶绿体所有受光部
重点难点
重点：分析光合作用探究历程中几个实验的经典之 处；光合作用的光反应、暗反应过程及相互关系； 影响光合作用强度的环境因素。 难点：光反应、暗反应过程；探究影响光合作用强 度的环境因素。 光合作用的原理及应用
光合作用的发现过程赛教用
探索·发现
探索·发现
叶脉是运输水的结构，请根据这个实验原理，设计实验 证明水是光合作用的原料。(材料可以根据需要自选)
探索·发现
• 教学后记： • 本堂课主要介绍光合作用的发现过程中的 经典实验，从一定程度上反映了科学探索 的一般方法，是培养学生科学素质的好素 材。为此，将这一部分内容安排一课时来 完成。本堂课在设计时希望把科学知识作 为培养学生科学精神和创新思维能力的载 体，从重复古代科学家的经典实验到课堂 上的交流讨论、发现探索，再到实验设计， 为学生搭设一个自主学习、发现探究的 “平台”。
小资料
水绵是常见的淡水藻类， 每条水绵有许多个结构相同 的长筒状细胞连接成的。水 绵很明显的特点是：叶绿体 呈带状，螺旋排列在细胞里。
探索·发现
二、光合作用的概念
光合作用总反应式
光能 6CO2+6H2O 叶绿体 C6H12O6+6O2
探索·发现
一、光合作用的发现过程
8.1941年S.Ruben和M.Kamaen的同位素标记实验
清水
酒精
碘液
实验组
对照组
探索·发现
科学是没有国界的，但科学家 是有国界的，昨日的海尔蒙特、普 里斯特利→今日的你→明日的？
探索·发现
七、布置作业:——课后探究
达标性练习——课后探究
现在请同学们运用实验设计规则，探究一个 真实问题：
小明的妈妈从花鸟市场买回来几棵水草， 让小明放在鱼缸内，说这样水中会有较多 的氧气让鱼儿呼吸。爱动脑筋的小明想让 这几棵水草释放出更多的氧气。你能想办 法让水草释放出更多的氧气吗？你可以设 计实验来证明你的想法吗？请你用图片或 文字来表达自己的实验设计。
探索·发现
课堂练习
《光合作用》高中生物教案
《光合作用》高中生物教案《光合作用》教案1【教学重点】光合作用的发现过程;叶绿体中色素的种类;颜色及其吸收的光谱;光合色素的提取方法及其在滤纸上的分布;光合作用的概念、实质、总反应式、光反应、暗反应的具体过程;光反应与暗反应的区别与联系及光合作用的意义;植物栽培与合理利用光能的关系。
【教学难点】光合色素的提取方法及其在滤纸上的分布;光反应与暗反应的区别与联系及光合作用的意义【课时安排】2课时【教学手段】板图、挂图、多媒体课件、实验【教学过程】第一课时1、引言本节可引入的话题很多，如：①可从全世界面临的一些生态危机，如粮食、化石能源、环境污染等入手;②或从花卉、农作物、果蔬的栽培方法或增产的措施入手;③或从一些自然灾害，蝗灾、沙尘暴等入手;④或动物、植物的同化作用区别等等方面切入光合作用;⑤还可通过教材提供的光合作用的发现所列举的几个实验为切入点进入光合作用的学习，其中较易作为切入点的实验有：德国科学家萨克斯成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生淀粉的实验(学生在初中就做过);德国科学家恩吉尔曼证明叶绿体是进行光合作用场所，且氧由叶绿体释放出来的实验;20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究证明光合作用释放的氧气全部来自水的实验。
教师应特别重视光合作用发现这部分内容的教学，因为通过分析科学家对光合作用的研究历程，学生可以不仅了解到放射性元素示踪技术在生物学研究中的重要作用，从中也可以深切体会到技术的发现和应用，特别是物理、化学技术的使用对生物学起到的推动作用，因此有人说“技术是人类延长了的手臂”。
2、叶绿体及其光合色素用板图或挂图显示出叶绿体结构模式图，提问复习叶绿体的亚显微结构，教师应适时指出，光合作用所以能在叶绿体中进行一是由于其中含有催化光合作用的酶系，这些酶分布在叶绿体的基质中和片层的薄膜上;二是在基粒片层的薄膜上，有吸收转化光能的色素，这样就引出了叶绿体上的光合色素这一教学内容。
光合作用的发现历程
光合作用的发现历程光合作用是指植物利用光能将二氧化碳和水转化成为有机化合物和氧气的生物化学过程。
光合作用的发现历程始于17世纪初，经历了一系列研究，最终在20世纪初被完全阐明。
下面将详细介绍光合作用的发现历程。
早在公元木纹时期，人们就观察到植物在阳光照射下会生长，并且得到实验证明光是植物生长所必需的。
然而，直到17世纪初，光合作用的本质还不为人们所知。
1648年，荷兰科学家Jan Baptist van Helmont进行了一项著名的实验，他将一棵柳树幼苗种在一固定重量的土壤中，仅给予水作为营养源。
五年后，他惊讶地发现柳树幼苗的体重增加了164磅，而土壤的重量仅增加了2磅。
这个实验被认为是光合作用观念的先驱，但当时并没有对这一观念展开深入的研究。
1779年，Jan Ingenhousz发表了一篇名为《植物生命的新发现》的论文。
他通过实验证明了在阳光下，植物具有释放氧气的能力。
他发现在光照条件下，植物能够释放氧气，而在无光照条件下则反而释放二氧化碳。
他得出的结论是植物只有在光照条件下才能进行光合作用，并产生氧气。
十九世纪初，法国生物学家Joseph Priestley和瑞士化学家Jean Senebier进一步研究了植物对氧气和二氧化碳的利用。
他们发现植物对光的反应是一种顺序性的反应，即先吸收二氧化碳，然后释放氧气。
这一观察为后来的研究奠定了基础。
到了十九世纪末和二十世纪初，德国生物学家和植物生理学家在光合作用的研究中取得了重大突破。
1883年，薄叶片（F.F.Félix Dujardin研究的一种叶状藻类）被发现可以根据光线的强度来改变它的生长方向。
1905年，德国生物学家Einstein首次提出光合作用与光的物理性质之间的关系。
他认为光合作用是通过光子能量的吸收和转换来实现的。
并通过实验证明了光是光合作用所必需的能量源。
1905年，德国生物学家Wilhelm Pfeffer提出了关于光合作用的另一个重要名词，“光合反应”的概念。
光合作用需要光照鲁宾和卡门的鲁宾和卡门的结论
光合作用的定义:
光合作用的场所 叶绿体
条件
光照
产物
淀粉、O2（来源于H2O）
原料
ＣO2 H2O
光合作用的反应方程式
光能
CO2+H2O
（CH2O）+O2
叶绿体
光合作用的实质：
把无机物（CO2和H2O）转变为有机物， 把光能转变为化学能，储存在有机物中
二、叶绿体
光合作用
考纲解读：
1、光合作用的概念、反应式。 2、与细胞知识相结合掌握光合作用的场所 以及色素的有关知识。 3、光合作用的过程（光反应和暗反应） 4、Ｃ3和Ｃ4植物的概念及叶片结构的特点。 5、光能的利用率及提高措施
一、光合作用的发现
1771年，英，普里斯特利的实验 ，美，鲁宾和卡门的实验
能量变 化
光能—电能—活跃的化学能 （ATP、NADPH中）
活跃的化学能—— 稳定的化学能
光反应为暗反应提供[H]和ATP
联系
暗反应消耗了光反应的产物,促进光反应的进行
四、光合作用的意义
（1）为生物生存提供了物质来源 （2）为生物生存提供了能量来源 （3）维持了大气中O2和CO2的相 对稳定
( 4 ) 对生物的进化有直接意义。
五、提高 光合作用的速率
光合作用速率的测定方法
【例题】测定植物光合作用的速率，最简单有效 的方法是测定： A.植物体内葡萄糖的生成量 B.植物体内叶绿体的含量 C.二氧化碳的吸收量 D.植物体内水的消耗量
光合作用的速率与下列因素有关
光照强度
温度有关 二氧化碳浓度 水分的供应 必需矿质元素
请解释夏季的正午植 物的午休现象
——少数处于特殊状态下叶绿素a
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1880
第一个实验
恩 格 尔 曼 德
结论：光合作用场所是叶绿体
()
1881
第一个实验
恩 格 尔 曼 德
为什么选用黑暗并且没有空气的环境？ 为了排除实验中光和氧对实验结果的影响。
()
1882
第二个实验
恩 格 尔 曼 德
()
红外光
760 700
600 可 见 光
A.Y2的质量大于Y3的质量 B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量 C.②中水的质量大于④中水的质量 D.试管①的质量大于试管②的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量 × D.试管①的质量大于试管②的质量 √
B.小球藻质量取决于其中有机物质量，生成有机物时，④用的是C18O2 ①用的C16O2， 因为① ④的光照温度一样， ∴① 有 ④机物数量一样多∴④中的有机物更重 D.原来的总质量①=② ，因为① ②的光照温度一样，∴① ②放出的氧气分子数一样 多，放出的氧气质量②>① ∴剩余的质量②<①
中碳的途径，即卡尔文循环。
原料
产物
CO2和H2O (CH2O)和O2
条件 光
场所 叶绿体
光能 CO2 + H2O 叶绿体 (Байду номын сангаасH2O) + O2
20 40
世 CO2中的碳转化成有机物的途径？
纪
年 代 卡 尔 文
美
()
20 40
世
纪 思路：
年 用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然 代 后追踪检测其放射性依次出现在什么物质里，从
卡 尔
而弄明白CO2中的碳转化成有机物的途径。
文
美
()
20 40
世 纪
年 代
卡 尔 文
美 步骤
①通14CO2光下培养
变化
土壤干重 90.8kg
90.7kg
-0.1kg
柳树
2.3kg
76.7kg
+74.4kg
结论： 植物增重主要来自于水，不是土壤。
不足： 没有考虑到植物还能从空气中得到什么。
【训练4】14.[2019全国卷Ⅰ]将一株质量为20g的黄瓜幼苗 栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g， 其增加的质量来自于 A
德
依据：能量守恒定律
1864
植物叶片中的淀粉是光合作用产生的吗？
萨
光照
克
斯
德
暗处理
()
碘蒸汽处理
酒精脱色
植物先进行暗处理几小时，目的是什么? 耗尽叶片中原有淀粉，避免对实验结果造成干扰 酒精脱色是脱掉绿叶中什么成分? 色素
碘液染色的目的是什么? 检测是否有淀粉产生
该实验是如何遵循对照原则的？ 叶片一半遮光，一半曝光;
结论：绿色植物体只有在光照下才能更新空气 不足：限于当时的科学水平，人们不知道植物如何更新
空气，不知道植物吸收和释放了什么气体。
()
1785年，逐渐明确了空气的组成，人们才明确 绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2。
1845
光合作用的过程中，光能哪里去了呢？
()
梅
观点：光能转变为化学能，
耶
储存起来。
能量之源
一、光合作用的探究历程 二、捕获光能的色素和结构 三、光合作用的原理 四、光合作用强度的影响因素 五、光合作用与细胞呼吸的联系 六、光合作用原理的应用 七、化能合成作用
一、光合作用的探究历程
1642
植物生长的原料来自哪里？
海 尔 蒙 特 荷
()
1642
海 尔 蒙 特
()
荷
实验前
实验后
A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水 C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气
1771
植物是否可以影响空气的成分？
普 利 斯 特 利 英
()
1771
普 利 斯 特 利
英
()
1779
植物更新空气的成分须要何种条件？
英 格 豪 斯 荷
()
1779
植物更新空气的成分须要何种条件？
英 格 豪 斯 荷
1939
鲁 宾 、 卡 门
美
()
1939
必修1P106
鲁
C18O2
A
CO2
B
宾
、
卡
光照射下的
门
小球藻悬液
()
美 H2O
H218O
例.如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____8_:_9___
【训练5】13.下图表示较强光照且温度相同以及水和小球 藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意 图。一段时间后，以下相关比较错误的是C
美 利用某些同位素具有放射性(如3H )的物理特点，
可以追踪物质的运行和变化规律，这种方法称
()
为同位素标记法。
()
1939
鲁同位素标记法
宾 常用同位素：
、 1H↔3H
卡 门
12C ↔14C 31P ↔ 32P
美 32S ↔ 35S
59Co ↔ 60Co
127I ↔131I
14N ↔ 15N 16O ↔ 18O
500
波 长
400 390
紫外光
/nm
1882
第二个实验 必修1P100
恩 格 尔 曼
德
()
400
450
500
550
600
650
700
波长/nm
结论：
叶绿体主要吸收红光和蓝紫光来进行光合作用，释放氧气。
【训练4】10.将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合培 养在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，一段时间后， 好氧细菌的分布最可能是 B
A.随机、均匀分布在混合液中 B.集中分布在上下两侧 C.集中分布在中央位置 D.集中分布在溶液的下层
1939
释放的O2中的氧原子来自CO2还是H2O？
鲁 宾 、 卡 门
美
()
RUBIN
KAMEN
1939
鲁同位素标记法
宾 、 卡 门
具有相同质子数，不同中子数(或不同质量 数)同一元素的不同核素互为同位素(如16O和 18O)。同位素的化学性质相同，物理性质不同。
②杀死细胞， 终止光合作用
③提取溶液中的物质，纸层析法分④离鉴定分离到的物质
()
20 40
结果：
世 纪
照光30秒，发现放射性出现在多种化合物中。
如何确定放射性首先出现在哪个化合物中？
年 代 不断缩短光照时间，发现放射性几乎只出现在一种
卡 C3(三碳化合物)中，从而证明最先生成的是C3。 尔
文
()
美 成果：探明了CO2 中的碳在光合作用中转化成有机物