光合作用需要光照鲁宾和卡门的试验鲁宾和卡门的试验结论
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
右图为鲁宾和卡门利用同位素标记法进行的试验示意图
为植物的生长提供了什么？
1642年 海尔蒙特
海尔蒙特实验示意图
思考：1.分析实验前后柳苗和干土的重量有何 变化？
柳树增重74.4kg，土壤只减少0.1kg
2.海尔蒙特通过此实验得出柳苗的增重只 是来自于水，你认为他忽视了哪些因素？
忽视了空气、光照等因素
1771年 普利斯特莱
1940年，鲁宾和卡门（同位素标记法）
阅读课本P62，同位素标记法研究光合作用中物质转 移途径完成下列习题，并感悟同位素标记法在科学
研究中的应用
CO2
A
右图为鲁宾和卡门利用同位素标
C18O2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
B
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 ）
光照射下的 小球藻悬液
A. 1：2 B. 8：9 C. 2：1 D.9：8
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co2h2o光能叶绿体ch2oo2co2和h2o叶绿体光ch2o和o21940年鲁宾和卡门同位素标记法右图为鲁宾和卡门利用同位素标记法进行的实验示意图
江苏省泗阳中学 毕红书
[教学目标]
认识光合作用的发现过程，从中理解光合 作用的概念
H218O
H2O
感知：美国科学家卡尔文运用该研究方法对 光合作用过程进行了详细的研究，并取得了 丰硕的成果。
我的感悟：
一种方法：实验 一种精神：科学家 一种期待：超越
你的想法
1.从人类对光合作用探究历程来看，生物学 的发展与物理学和化学有什么联系?与技术 手段的进步有什么关系？
2.分析人类对光合作用的探究历程，你还 有哪些感悟？请与同学交流。
基于科学史和探究的“光合作用的过程”教学设计
第37卷第5期2021 年中学生物学Middle School BiologyVol.37No.52021文件编号：l 〇〇3 - 7586(2021)05 - 0072 - 03基于科学史和探究的“光合作用的过程”教学设计刘冲(浙江省宁波中学浙江宁波315100)1教材分析“光合作用的过程”是浙科版高中生物学教材《必 修1•分子与细胞》第三章第五节的主要内容。
本节的 教学重难点是光反应、碳反应的物质和能量变化。
本 节内容抽象、过程复杂，以往的教学通常以教师讲授 为主，但这种平铺直叙的教学方式往往穿透力不够， 学生对知识的理解容易停留在表面，因此笔者尝试以 科学史为素材进行探宄式教学。
《普通高中生物学课 程标准(2017年版)》（以下简称《课程标准》)提出要注 重生物科学史的学习。
生物科学史对于培养学生的 学科核心素养有着独特的、不可替代的价值。
它不仅 能激发学生探索生命奥秘的兴趣和热情，而且能让学 生从中学习和领会科学家的思维方法和工作方法，培 养科学态度和科学精神。
光合作用的研宄史堪称生物科学史中的经典，科 学家在科学研究中提出问题的角度、思考问题的方式 和解决问题的方法都是进行课堂探宄教学的很好素 材。
笔者基于《课程标准》和学情，对光合作用科学史 进行了符合学生认知规律的处理，并利用科学史创设 探宂情境，层层推进提出科学家遇到的一系列问题， 学生的思维跟随科学家一起参与到探索过程中，促进 学生通过探究性学习逐步构建光合作用概念。
学生 通过亲历科学探宄的过程，体会科学家们富有创意的 思维过程和巧妙的实验方法，感悟科学探索的艰辛和 乐趣，培养创造性思维，发展科学探宂能力。
2教学目标①通过一系列探宄活动，能运用物质与能量观，阐明光反应和碳反应的过程，形成光合作用概念，并 能以图示的形式表达。
②通过阅读科学史，分析科学家遇到的问题，能 提出假说和实验设想，分析结果并得出结论，掌握科 学探宂的基本思路和方法；通过小组合作学习、构建 模型，培养合作交流能力、建模能力。
冀教版生物八年级上册期中复习提纲(第三单元植物的生活)
冀教版八年级上册生物期中复习提纲第一章种子的萌发和芽的发育1．种子的结构：种皮：种皮位于种子最外面，对胚有保护作用；→茎、叶→伸长，将子叶拱出地面胚根→根子叶(双子叶）胚乳（单子叶））→为种子萌发提供营养2种子的萌发过程：种子吸水膨胀→胚根突破种皮发育成根→胚轴伸长→胚芽出土发育成幼苗的茎和叶（子叶或胚乳萎缩）。
胚是种子主要部分，是新植物体幼体。
3种子萌发的条件：内部条件：①种子本身发育完整，完好无损；②通过休眠阶段；③在种子的寿限之内；外部条件：①适量的水分；②适宜的温度；③充足的氧气。
4种子的发芽率= 萌发种子数× 100 %全部被测种子数发芽率90%以上才适于播种。
5早春播种地膜覆盖：保温；保持土壤水分不易散失。
有利于种子萌发。
6.芽的种类：①按着生位置分：顶芽、侧芽②按将来发育情况分：叶芽、花芽、混合芽7. 叶芽的结构：芽轴→茎芽原基→侧芽生长点→使芽轴不断伸长叶原基→幼叶幼叶→叶8. 顶芽发育与侧芽发育的关系：⑴顶端优势：顶芽优先发育，抑制侧芽发育的现象。
⑵应用：①种植番茄、棉花，适时摘除顶芽、摘心（抑制或解除植物的顶端优势）②种植用材林木，去掉侧枝（促进植物的顶端优势）第二章根的吸收作用1．根尖（自根尖端到生有根毛一段）的结构：根冠、分生区、伸长区、成熟区。
（自下而上）2．根生长的部位：根尖的分生区和伸长区。
分生区的细胞分裂和伸长区细胞体积的增大是根生长的主要原因。
3．根的生长方向：向地性，向水性，向肥性。
4．根是植物吸水的主要器官，根尖的成熟区吸水能力最强。
5．根毛细胞吸水原理：土壤溶液浓度小于根毛细胞的细胞液浓度。
6．水分进入根的途径：土壤溶液→根毛细胞→表皮内各层细胞→导管。
7．植物细胞吸水和失水：细胞液浓度大于周围溶液浓度，细胞吸水；细胞液浓度小于周围溶液浓度，细胞失水。
8．合理灌溉：不同植物需水不一样。
同一植物的不同生长时期需水量不同。
9．喷灌、滴灌是新兴的节水灌溉方式，主要是向根还是向茎、叶提供水分？（根）10.烧苗：一次施肥过多，肥料中的无机盐溶解后，会使土壤溶液浓度大大增加，大于根毛细胞的细胞液浓度，根不断失水，使植物萎蔫甚至死亡。
光合作用需要光照鲁宾和卡门的试验鲁宾和卡门的试验结论课件
当时，光合作用的过程是科学界关注的热点问题，许多科学家都在 尝试通过实验来揭示其奥秘。
实验条件受限
在实验技术尚未成熟的年代，要研究光合作用需要克服许多困难，如 光源、温度控制、气体交换等方面的限制。
试验的初期阶段
初步实验设计
鲁宾和卡门在试验初期尝试了多种实验设计方案，以寻找最佳的 条件来观察光合作用的过程。
氧气的释放量与光照强度、植 物种类以及环境条件等因素有关。
光合作用对生物圈的影响
光合作用是生物圈中最重要的化学反应之一，它为地球上的生
01
物提供了食物、氧气和能量来源。
02
光合作用对维持生物圈的碳平衡和氧平衡起着至关重要的作用，
有助于减缓温室效应和气候变化。
光合作用还促进了生物多样性的形成，为其他生物提供了生存
实验结论的意义
这一结论对于理解植物的生长和生态系统的运行具有重要的意义。它揭示了光照在维持地球生物圈的碳循环和生 态系统平衡中的关键作用。
04
鲁宾和卡门的试验结论
光合作用需要光照的结论
鲁宾和卡门通过试验证明，光合作用需要光照 才能进行。在光照条件下，植物能够利用光能 将二氧化碳和水转化为有机物和氧气。
揭示了植物生长与光照的关系，为农业生产中合理安排种植时间和种植方式提供了 科学依据。
促进了农业生产的优化，提高了农作物的产量和质量，为农业可持续发展提供了有 力支持。
推动了农业技术的进步，为农业生产中新技术的应用提供了理论支持和实践指导。
对未来研究的启示
01
02
03
鲁宾和卡门的试验结论 为后续光合作用的研究 提供了重要的启示，推 动了光合作用领域研究
设计试验装置
他们设计了一个充满水的 试管，并将水藻放入其中。 试管的一侧设有光源，以 便控制光照条件。
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(一)光合作用发现史中的经典实验2018
提问4 四条链中，有两条是原来的模板链，称为“母链”，两条新合成的链称为“子链”，你觉得复制后的两个DNA的两条链是怎样的？
？
对ＤＮＡ复制方式的推测
半保留复制
半保留复制
你觉得这两种DNA最大的区别是什么？
注意：层析液不能没及滤液线
（石油醚）
叶绿素
类胡萝卜素
叶绿素a(蓝绿色)
叶绿素b（黄绿色）
胡萝卜素（ 橙黄色）
叶黄素（黄 色）
胡爷爱币
(1/4)
(3/4)
3、色素的种类
分析：为什么植物春夏叶子翠绿，而深秋则叶片金黄呢？
由于叶绿素的含量大大超过类胡萝卜素，而使类胡萝卜素的颜色被掩盖，只显示出叶绿素的绿色
14C标记的14CO2可以用来研究_____________的过程
同位素的应用：
1、噬菌体是如何侵染大肠杆菌的？
假设一：噬菌体的蛋白质外壳进入细菌，DNA未进入
假设二：噬菌体的DNA进入细菌，蛋白质外壳未进入
假设三：噬菌体的DNA和蛋白质外壳都进入了细菌
2、如何才能知道噬菌体的DNA和蛋白质外壳有没有进入细菌？
放射性同位素示踪法
能不能用H3、C14标记噬菌体？
DNA：C、H、O、N、P
蛋白质：C、H、O、N、S
P32
S35
能不能同时用P32和S35标记噬菌体？
①先标记细菌：在含有放射性同位素32P的培养基中培养细菌。
②再标记噬菌体:用上述细菌培养噬菌体，制备含32P的噬菌体
如何标记噬菌体？
第一组实验：用35S标记的噬菌体（跟踪噬菌体的_____）侵染普通的大肠杆菌，保温一段时间，搅拌，离心，检测沉淀物（大肠杆菌）和上清液的放射性。
光合作用
一、捕获光能的色素和结构
绿叶
叶绿体亚显微 结构模式图
叶片中的叶肉细胞
叶肉细胞
亚显微结构模式图
与光合作用有关的色素和酶分布在哪里呢？
在类囊体膜上分布有光合作用所需的 色素 和 酶 ，在基 质中也分布有光合作用所需的 酶 。
外膜
⑤
基质
①
②
内膜
③ 基粒
类囊体膜
④.
层析液沿着干燥的滤纸由下而上扩散，当扩散 到细线时，色素便溶解在层析液中，并随着层析 液一起向上扩散，而不同的色素溶解不同，扩散 速度也不同，所以将不同色素分离开。
1779英格豪斯重复实验
1864 萨克斯（德国）实验
结论：绿色叶片在光合作用中产生淀粉。
萨克斯实验问答
1．为什么对植物先进行暗处理？ 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。
恩格尔曼实验
1．为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
答：为了排除实验前环境中光线和氧的 影响，确保实验的准确性。
鲁宾－卡门实验
鲁宾和卡门实验
实验组 对照组
向绿色植物提供 向绿色植物提供 18 18 H2 O、CO2 , 释 H2O、 C O2 , 18 放的氧是 O2 释放的氧是O2 结论:光合作用释放的氧全部来自水
20世纪40年代，卡尔文(M.Calvin) 用14C标记的CO2供小球藻实验， 追踪检测其放射性。探明CO2中的 C的转移途径。
光合作用的概念
CO2+H2O 叶绿体 （CH2O）+O2
范围 —— 绿色植物 场所 —— 叶绿体 动力 —— 光能 原料 —— 二氧化碳和水 产物 —— 储存着能量的有机物和氧气 实质: 合成有机物,储存能量
光合作用发现史9.4
7、1997年卡尔文实验
结论：CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳， 这一过程称为卡尔文循环。
14
请同学们回答：
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：
CO2和H2O 、叶绿体、光、（CH2O）和O2
光能
CO2+H2O
(CH2O)+O2
叶绿体
2.在上述基础上请用简洁语言给光合作用下 定义。
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。
二、叶绿体的结构
叶绿体
分布： 分布在绿色植物的叶肉细胞
形态： 一般呈扁平的椭球形或球形
外膜 透明，有利于光线的透过
内膜
结构
基粒
由类囊体堆叠而成，类囊 体薄膜上含色素和酶
色素 酶
基质 含多种暗反应所必需的酶， 环状DNA和核糖体。
②从对实验环境的把握看：
将临时装片放在黑暗并且没有空气的环境中，排除了环 境中光线和氧的影响。
③从自变量的操纵看看：
选用极细的光束照射，叶绿体上可分为光多和光少的部 位，相当于一组对比试验
④为了进一步验证实验结果：
进行黑暗(局部光照)和曝光的对比实验，进一步验证了 在光照的条件下叶绿体可以释放氧气
恩格尔曼的实验（二）
（1801年，物理上提出能量守恒定律）
4
4.1864年，萨克斯的实验
结论：绿叶光照时进行光合作用合成了淀粉。
（自身对照实验，自变量为光照。）
【思考】（萨克斯的实验）
a．为什么对天竺葵先进行暗处理？ 暗处理是为了将叶片内原有的淀粉耗尽。
b．为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？ 一半遮光、一半曝光，是为了进行对照。
2019-2020学年人教版生物必修一讲义：第5章 第4节 第2课时 光合作用的探究历程和过程 Word版含答案
第2课时 光合作用的探究历程和过程学习目标核心素养1．了解光合作用的探究历程。
2．阐明光合作用的过程和实质。
(重难点)3．说出光合作用过程中的物质和能量变化。
(重点)1．通过对光合作用的过程的学习，形成物质与能量的生命观念。
2．通过对光反应与暗反应学习，养成分类与比较的科学思维方式。
3．通过对光合作用探究历程的相关实验的学习，提高实验设计和实验结果分析的科学探究能力。
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．探究历程科学家结论普利斯特利植物可以更新空气英格豪斯植物体只有在阳光照射下才能更新空气梅耶光合作用把光能转化成化学能储存起来萨克斯植物叶片在光合作用中产生了淀粉恩格尔曼氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所鲁宾和卡门光合作用释放的氧气全部来自水卡尔文探明了CO 2转化成有机物的途径，这一途径称为卡尔文循环二、光合作用的过程1．反应式CO 2＋H 2O (CH 2O)＋O 2。
――→光能叶绿体2．光合作用的过程(1)填写图中字母所代表的物质a ：O 2 b ：[H] c ：2C 3 d ：C 5(2)图示Ⅰ过程是光反应阶段①场所：叶绿体的类囊体薄膜上。
②条件：光、色素、酶等。
③物质变化：将水分解为氧气和[H]，将ADP 和Pi 合成ATP 。
④能量变化：光能转变为储存在ATP 中的活跃的化学能。
(3)图示Ⅱ过程是暗反应阶段①场所：叶绿体基质中。
②条件：酶、[H]、ATP 。
③物质变化。
a ．CO 2的固定：C 5＋CO 22C 3。
――→酶b ．C 3的还原：C 3＋[H](CH 2O)＋C 5。
――→酶ATP c ．ATP ADP ＋Pi 。
――→酶④能量变化：ATP 中活跃的化学能转变为(CH 2O)中稳定的化学能。
1．普利斯特利和萨克斯的实验中都用到了对照实验原则。
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一、光合作用的发现
1771年，英，普里斯特利的实验 1864年，德，萨克斯的实验 1880年，美，恩格尔曼的实验 20世纪30年代，美，鲁宾和卡门的实验
普里斯特利的实验
结论：植物可以更新空气
萨克斯的实验
结论： 放在暗处几小时， 产尔曼的实验
水绵和好氧 细菌的装片 隔绝空气 黑暗，用极细光束照射 完全暴露在光下 结论： 氧是由 叶绿体释放出来的， 叶绿体是光合 作用的场所。 光合作用需要光照
三碳的还原2C →CH2O 3→ ATP [H] 活跃的化学能—— 稳定的化学能
酶
能量变 光能—电能—活跃的化学能 （ATP、NADPH中） 化
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
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
课后练习
1. 下图表示温室内光照强度（E）与作物光合速率（v）的关系。在温度、水分和无机盐 均适宜的条件下，当E<B时，增大光合速率的主要措施是增大光照强度；当B<E<C时， 限制作物增产的主要因素是二氧化碳的浓度；当E>C时，可采取遮光措施，保证作物的最 大用合速率，如遇连阴天，温室需补光，选用红光（蓝紫光）最有效。
4．下图表示“叶绿体中色素分离”纸层析装置 (a一铅笔画线；b一滤液细线)， 正确的是（ B ）
5．下列关于光合作用的叙述中，错误的是( B ) A．光合作用产物中有氧气 B．光反应不需要酶 C．光反应中有［H］和ATP产生 D．光合作用产生的氧气来自水的分解 6．在光照最强的夏季中午，叶肉细胞内的C3、C5和ATP的含量变化情况依次 是（ B ） A．升、降、升 B．降、升、升 C．降、升、降 D．升、降、降 7．绿色植物和硝化细菌细胞的分解代谢和合成类型分别是 （ B） ①有氧呼吸 ②无氧呼吸 ③光合作用 ④化能合成作用 A．①③，②④ B．①③，①④ C．②④，①③ D．①②, ①③
鲁宾和卡门的实验
鲁宾和卡门的实验
结论：光合作用释放的氧全部来自水。
光合作用的定义:
光合作用的场所 叶绿体 条件
产物 原料
光照
淀粉、O2（来源于H2O） ＣO2 H2O
光合作用的反应方程式 CO2+H2O
光能 叶绿体
（CH2O）+O2
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
丙酮 二氧化硅
碳酸钙
提问：如何提取叶绿体中的色素？
分离色素
分子量
胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a
叶绿素b
536 574 893 907
叶绿体中的色素主要吸收红橙光和蓝紫光
色素的作用 吸收、传递、转化光能
吸收、传递光能
——绝大多数叶绿素a ,全部叶绿素b， 胡萝卜 素，叶黄素
吸收、转化光能
光合作用
山东省微山县第二中学 赵鹏侠
一、学习目标 1.说出人们对光合作用的认识过程。 2.描述叶绿体的结构，提取和分离叶绿体色素。 3.阐明光合作用的过程（光反应和暗反应）。 4.探究影响光合作用的强度的环境因素，及光合作用的原理应用。 二、重点和难点 1.重点： （1）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。 （2）光合作用的过程（光反应和暗反应）以及对它的认识过程。 （3）影响光合作用的强度的环境因素。 2.难点： （1）光反应和暗反应的过程。 （2）影响光合作用的强度的环境因素。
2．叶绿体是植物进行光合作用的细胞器，下面有关叶绿体的叙述正确的是 （ A ）
A．叶绿体中的色素都分布在囊状结构的膜上 B．叶绿体中的色素分布在外膜和内膜上 C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
3．为提取高等植物叶绿体中的色素，在研磨叶片时加少许CaCO3的作用是 A．调节pH，加速叶绿素分解 C．调节pH，防止叶绿素被破坏 B．使绿叶充分研磨 D．利用四种色素的分开 （ C ）
——少数处于特殊状态下叶绿素a
三、光合作用的过程
三、光合作用的过程
光反应阶段
进行部 位
条件 物质 变化 叶绿体基粒中 光、色素和酶 水的光解H2O→2[H]+1/2O2
酶 合成ATP ADP+Pi → ATP 光能
光
暗反应阶段
叶绿体基质中
ATP 、NADPH 多种酶催化 CO2的固定CO2+C酶 5 →2C3