光合作用的探究历程
5.4.1光合作用的探究历程
1939年 美国鲁宾和卡门的实验
C18O
2
O?
2
CO2
18O
?
2
光下的小球藻
H2O
第一组 第二组
H218O
18O ，来自 水 预测 1 ：第一组为 O ，第二组为 H2O。 ； 得出结论：光合作用释放的氧气来自 2 2 预测2：第一组为18O2 ，第二组为O2 ，来自CO2 ；
光合作用的进一步探究：光合作用的过程 1939年，希尔发现: 光下，离体的叶绿体在含有特定氢 受体的条件下，水分解产生氧气。
……
发现年代
科学探究的一般过程
观察发现问题 重复 得出结论 设计实验 验证假设 做出假设
小
结
居里夫人说过： “掌握光合作用的过程，对人
类来说，比得到核能还重要……”
叶绿体 的O2全 是光合 部来自 作用的 H2O（鲁 场所 宾和卡 （恩格 门） 尔曼）
1782年 绿色植 物通过 1779年 植物把 光合作 1771年 植物更 “坏” 用制造 空气作 了淀粉 1648年 新空气 2400 植物可 为原料 （萨克 需要 年前 植物 以更新 (谢尼 斯） ( 空气 植物生 生长 伯） 英格豪 长所需 需要 （普里 物质来 水(海 斯特利) 斯） 自土壤 尔蒙 （亚里 特） 士多德）
光合作用的探究历程
穿越时空
仿佛看见伫立在风中的身影
淄博市淄川第一中学
彭玉霞
探究植物生长所需的物质来自何处？
2400年前，亚里士多德
植物生长的营养来源于土壤
探究植物生长所需的物质来自何处？
1648年 海尔蒙特（比利时）
只浇水
2.3kg
五年后
柳树增重76.7kg
土壤只减少0.1kg
光合作用的探索历程
1782年,拉瓦锡证明参与光合作用气体是CO2和O2。 结果
结论： 光合作用过程需要CO2参与
• 1845年，德国科学家梅耶指出： 植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能 储存起来。
• 光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？ • 光合作用吸收CO2 ，释放O2 ，还可能消耗 了H2O ，那么最终的产物应该是什么呢？
年代 1771 1779 1845 1864 1880
科学家
普利斯特利 英格豪斯 R.梅耶 萨克斯 恩格尔曼
结论
植物可以更新空气 只有在光照下只有绿叶才可以更 新空气 植物在光合作用时把光能转变成 了化学能储存起来
绿色叶片光合作用产生淀粉
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 光合产物中有机物的碳来自CO2
1939
20世纪40代
鲁宾
卡门
卡尔文
二、光合作用的场所、动力、原料、产物：
通过以上的研究和探索，你知道 光合作用的 场所、动力、原料、产物是分别是什么吗？ 2.动力：光 1.场所：叶绿体 3.原料：二氧化碳 水 4.产物：糖类 氧气
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。
四、光合作用的过程
H2O
①水的光解
O2
[H] 供氢 酶
2c3 ②
还
① 固 多种酶 定
co2
C5
光能
叶绿体 中的色 素
ATP
供能 原
参加催化
酶② 酶 ADP+Pi
[糖类] 暗反应
稳定化学能
(CH2O)
光反应
能量转化: 光能
ATP活跃化学能 ＊O O元素: H2＊O 2
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和过程
“自动空气净化器”
5、光合作用原理的运用
• 植物自身因素 • 环境因素对光合作用的影响
厉！
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
光合作用（一）
光合作用的探究历程
人们对于光合作用的认识最早是从研究 植物的生长开始的。
植物生长所需要的物质来自哪里？
早在2000多年前，亚里士多德就提出 “植物是由土壤汁构成”，即植物生长所 需物质来自土壤。
17世纪初， 海尔蒙特的柳树实验。
海尔蒙特的实验证明：柳树重量的增加 来自雨水而并非来自土壤。
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课堂练习
1、在光合作用实验里，如果所用的水中有 0.2%的 水分子含18O，二氧化碳中有0.68%的 二氧化碳分子含18O ，那么，植物进行光合作用 释放的氧气中，含18O的比例为
A．0.20% B．0.48%
C．0.88%
D．0.68% 注：答题请单击选项
恭不不不喜要要要你灰灰灰， 答心心心对，，，了再再再！ 来来再来一一接一次次再次！！！
三、光合作用的过程：
回归课本,知识整合
1.光反应和暗反应的区别
项目 光反应阶段
暗反应阶段
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
条件
物质 变化
能量 变化
需光,色素和酶
需多种酶、ATP、[H]
(1) 2H2O 光 4[H]+O2
光合作用的探究历程
180
2
02
第 一 组
H2180
H20
第 二 组
光合作用产生的O2来自于H2O。
光合作用产生的有机物又是怎样合成的？
光合作用氧气来源的探究（１８３９年）
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美国卡尔文
用14C标记14CO2，供小球藻 进行光合作用，探明了 CO2中的C的去向，称为卡 尔文循环。
年代 1664
科学家
海尔蒙特
结论
光 能
德国 梅耶
化 学 能
储存在什 么物质中？
1864年，德国萨克斯实验
黑暗处理 一昼夜 让一张叶片一半 曝光一半遮光
用碘蒸气处理这片叶， 发现曝光的一半呈深 蓝色，遮光的一半则 没有颜色变化。
绿叶在光下制造淀粉
光合作用释放的O2来自CO2还是H2O？
1864年，萨克斯(德)的实验
一半遮光
一半曝光
Байду номын сангаас
晴天24小时内光合作用情况
光饱和点
光补偿点
环境因素对光合速率的综合影响
光 合 速 率
较高光强度 较低光强度
0
A
B
CO2浓度
环境因素对光合速率的综合影响
CO2的吸收量 CO2的释放量
A（光补偿点）
B（光饱和点）
光强度
若降低环境中CO2浓度，图中A点、B点将会如何移动？
☆光合作用强度小于呼吸作用强度
真光合速率－呼吸速率=净光合速率
☆光合作用与呼吸作用强度相等
☆☆光合作用强度大于呼吸作用强度
☆☆☆光合作用强度小于呼吸作用强度
CO2
吸 收 D
C
净光合速率
黑暗中 呼吸作 用强度
CO2
光合作用的研究历程
光合作用的研究历程
光合作用是生物界中最重要的能量转化过程之一，它使得植物和一些细菌能够利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质和氧气。
对光合作用的研究历程可以追溯到18世纪。
在18世纪末，瑞士科学家亨利·德·桑特-伯万提出了光合作用的概念。
他观察到，绿色植物在光照下会释放出氧气，并假设这些植物通过吸收光能将水分解为氢和氧气。
然而，他并没有将光合作用与二氧化碳的转化联系起来。
19世纪，德国植物生理学家朱利叶斯·冯特教授继续研究光合作用，他发现了光合作用的化学反应方程式，并提出了植物中的叶绿素是光合作用的关键物质。
冯特的研究奠定了现代光合作用理论的基础。
20世纪初，美国植物生理学家约翰·麦克尔迪尔和亚瑟·希勒合作进行了一项重要实验，该实验确定了光合作用的光反应和暗反应两个阶段。
麦克尔迪尔和希勒使用了氧气浓度的变化来测量光反应的速率，并发现光合作用是一个光化学过程，产生的氧气来自于水的分解。
随着科技的发展，人们对光合作用的研究也日益深入。
通过利用放
射性同位素示踪技术，科学家们确定了光合作用的具体化学过程，揭示了光合作用的分子机制。
同时，通过基因工程和生物化学技术，科学家们还研究了光合作用调控机制和光合作用相关蛋白质的功能。
如今，对光合作用的研究已经涵盖了从分子水平到生态系统水平的多个层面。
科学家们致力于深入理解光合作用的基本原理，开发新型的光合作用模型和技术，以应对日益严重的能源和环境问题。
光合作用的研究不仅在农业和生物能源领域具有重要意义，也为其他科学领域的发展提供了重要的基础。
高中生物光合作用的探究历程和过程课件
1779年，荷兰的英格豪斯
普利斯特利的实验只有在 阳光照射下才能成功；植物体 只有绿叶才能更新空气。
到1785年，发现了空气的组 成，人们才明确绿叶在光下放出 的是O2，吸收的是CO2。
光
化
能 德国 学 梅耶 能
储存在什 么物质中？
反响物、条件、 场所、生成物
CO2＋H2O
光能 叶绿体
O2
〔CH2O〕＋
糖类
【例1】以下图表示萨克斯的实验，在叶片光照24 小时后，经脱色、漂洗并用碘液处理，结果没有
锡箔覆盖的局部呈蓝色。本实验说明(C )
①光合作用需要CO2 ②光合作用需要光 ③光 合作用需要叶绿素 ④光合作用放出氧 ⑤光合 作用制造淀粉
因此，无有机物生成。
(2)bc段在提供了CO2之后，由于 ab段已积累了大量 的 [H]和ATP ，所以有机物 能够快速合成。
(3)cd光段反在响无光无照法条进件行下，，又由由于于光a合b段作所用积过累程的中物的质被 逐渐用完 的原因，使有机物生成量逐渐下降至零。
环境条件改变时 C3、C5含量变化的分析
【例5】 .以下有关叶绿体及光合作用的表达，
正确的选项是( )
D
A.破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
B.植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例 保持不变
C.与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主 要原因是光照时间缩短
D.离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和 CO2后，可完成暗反响
【例6】科学工作者从植物细胞中提取叶绿体，放入含有 ADP、磷酸盐以及含[H]的载体等物质的溶液中，并在其 他条件都适宜的情况下，进行光合作用的有关实验。根 据实验结果绘成右以下图，请根据曲线各段特点答复： (1)用ab过段程由中于的缺乏暗C反O响2，不使能光进合行作。
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。
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C18O
2
O2
CO2
18O
2
H 2O
第一组 第二组
H218O
结论：光合作用释放的氧气来自水
六、1948年美国的科学家卡尔文 （M.Calvin）等人的实验
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。
卡尔文及其同事用来研究光合藻类CO2固定的仪器装置
5年后
76.7kg 89.9kg
实验前后的差值 +74.43kg －0.1kg
结论：植物生长所需要的养料 主要来自水,而不是土壤。
直到18世纪中期：人们一直认为只 有土壤中的水分是植物建造自身 的原料。
二、1771年英国的科学家普利斯特利
结论：
植物可以 更新污浊 的空气。
普利斯特利（J.Pristly）通过植物和动物 之间进行气体交换的实验，第一次成功 地应用化学方法研究植物的生长。 乙 甲
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？ 18O2、H218O C 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； 预测3：两组既有18O2、也有O2，来自两者。
光合作用
原料2 CO2
动力
场所
淀粉究历程
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。
一、1627年比利时科学家海尔蒙特
五年后
开始 柳树的质量 2. 27kg 干土的质量 90kg
这一过程中，光能哪里去了？
• 1845年，德国科学家梅耶根据能量转 化与守恒定律，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。
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
萨克斯， J.von Sachs (1832～ 1897)
叶部分遮光
暗处理
滴加碘液
光照
这个实验得出什么结论？
结论：植物在光下产生了淀粉
1880年，美国科学家恩格尔曼的水绵实验
实验证明：氧是由叶绿体释放出来的。
1897年，人们首次把绿色植物的上述生理活动称为光 合作用。这样，柳苗的生长之迷也终于被揭开了。
五、1939年美国的科学家鲁宾 （S.Ruben）和卡门（M.Kamen）利 用同位素标记法进行了探究实验。
同位素标记法
放射性同位素可用于追踪物质的运 行和变化规律。用放射性同位素标记 的化合物，化学性质不会改变。科学 家通过追踪放射性同位素标记的化合 物，可以弄清化学反应的详细过程。 这种方法叫做同位素标记法。
三、1779年荷兰的科学家英格豪斯
500多次植物更新空气的 实验，又有何新发现？
植物体只有在光 下才能更新污浊 的空气。
甲
乙
英格豪斯知道植物更新了空气中的什 么成分吗？为什么？
不知道，受到当时化学发展水平的限制， 人们尚不知道植物吸收和释放的究竟是什 么气体。
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。