植物光合作用的發(fā)現(xiàn)及原理

1、光合作用的研究光合作用的研究歷史歷史每天澆水，每天澆水，五年后五年后土重土重100100千克千克樹樹2.52.5千克千克土土減少減少了了0.06千克千克樹重樹重77千克千克,增加增加了了74.5千克千克1642年年(比利時(shí)比利時(shí) )海爾蒙特實(shí)驗(yàn)海爾蒙特實(shí)驗(yàn)柳樹重量增加的柳樹重量增加的原因是什么？原因是什么？海爾蒙特的結(jié)論海爾蒙特的結(jié)論:建造植物的原料是水建造植物的原料是水17711771年，普里斯特利年，普里斯特利（英）的實(shí)驗(yàn)（英）的實(shí)驗(yàn)光照下，一段時(shí)間后光照下，一段時(shí)間后1771年英國(guó)普里斯特利實(shí)驗(yàn)?zāi)暧?guó)普里斯特利實(shí)驗(yàn)1、小鼠小鼠生活、生活、蠟燭燃蠟燭燃燒需要燒需要什么氣什么氣體體？思考題：

2、思考題：2、這個(gè)這個(gè)實(shí)驗(yàn)說實(shí)驗(yàn)說明什么明什么問題？問題？（證明植物可以更新（證明植物可以更新空氣）空氣）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明綠色植物在光設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明綠色植物在光下制造淀粉。下制造淀粉。黑暗處理黑暗處理一晝夜一晝夜1864年德國(guó)薩克斯實(shí)驗(yàn)?zāi)甑聡?guó)薩克斯實(shí)驗(yàn)讓一張葉片一半讓一張葉片一半曝光一半遮光曝光一半遮光除去葉綠素除去葉綠素酒精酒精水水（證明綠葉在（證明綠葉在光光下制造下制造淀粉）淀粉）滴加碘酒滴加碘酒后后或者用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)或者用碘蒸氣處理這片葉，發(fā)現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光現(xiàn)曝光的一半呈深藍(lán)色，遮光的一半則沒有顏色變化。的一半則沒有顏色變化。1880年（美國(guó)）恩格爾曼實(shí)驗(yàn)?zāi)辏绹?guó)）恩格

3、爾曼實(shí)驗(yàn)證明：證明：氧氣氧氣是葉綠體是葉綠體釋放出來的，釋放出來的，葉綠體葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合是綠色植物進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。作用的場(chǎng)所。小資料：水綿小資料：水綿是常見的是常見的淡水淡水藻類藻類，每條水，每條水綿有許多個(gè)結(jié)綿有許多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的長(zhǎng)筒構(gòu)相同的長(zhǎng)筒狀細(xì)胞連接成狀細(xì)胞連接成的。水綿很明的。水綿很明顯的特點(diǎn)是：顯的特點(diǎn)是：葉綠體呈帶狀，葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細(xì)螺旋排列在細(xì)胞里胞里。該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處？該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處？3先用極細(xì)光束照射水綿，而后又讓水綿完全先用極細(xì)光束照射水綿，而后又讓水綿完全曝露在光下。曝露在光下。 v先選極細(xì)光束，葉綠體上可分為先選極細(xì)光束，葉綠體上可分為光照多和

4、光照少光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)；用好氧細(xì)菌檢測(cè)，的部位，相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)；用好氧細(xì)菌檢測(cè)，能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中能準(zhǔn)確判斷水綿細(xì)胞中釋放氧的部位。釋放氧的部位。而后用完而后用完全曝光的水綿與之做對(duì)照，從而再一次證明實(shí)驗(yàn)全曝光的水綿與之做對(duì)照，從而再一次證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全是結(jié)果完全是光照光照引起的，并且引起的，并且氧氧是由是由葉綠體葉綠體釋放釋放出來的。出來的。 1實(shí)驗(yàn)材料選用水綿和好氧性細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)材料選用水綿和好氧性細(xì)菌。 因?yàn)樗d的葉綠體呈因?yàn)樗d的葉綠體呈螺旋式帶狀螺旋式帶狀，便于觀察，便于觀察，用好氧性細(xì)菌可用好氧性細(xì)菌可確定釋放氧氣的部位確定釋放氧氣的部位。2選用黑暗并且

5、沒有空氣的環(huán)境。選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境。排除了氧氣和光的干擾。排除了氧氣和光的干擾。 該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處：該實(shí)驗(yàn)的巧妙之處：魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)v實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法?v同位素標(biāo)記法同位素標(biāo)記法v這個(gè)實(shí)險(xiǎn)的目的是為了弄清楚在光這個(gè)實(shí)險(xiǎn)的目的是為了弄清楚在光合作用中產(chǎn)生的氧到底是來自水還合作用中產(chǎn)生的氧到底是來自水還是二氧化碳？同學(xué)們考慮一下，標(biāo)是二氧化碳？同學(xué)們考慮一下，標(biāo)記哪一種元素？如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)記哪一種元素？如何設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)啬兀?0世紀(jì)世紀(jì)30年代（美國(guó)）魯賓與卡門實(shí)驗(yàn)?zāi)甏绹?guó)）魯賓與卡門實(shí)驗(yàn)第一組第一組探究光合作用產(chǎn)生的探究光合作用產(chǎn)生的氧氧來自于來自于H2O還是還是CO2

6、H2180C02H20C18O2第二組第二組180202產(chǎn)物產(chǎn)物: :淀粉淀粉條件條件: :光光光合作用發(fā)現(xiàn)小結(jié)：光合作用發(fā)現(xiàn)小結(jié)：17711771年，英國(guó)普里普里斯特利斯特利原料原料:水水18801880年，年，美國(guó)恩格美國(guó)恩格爾曼爾曼2020世紀(jì)世紀(jì)3030年年代，美國(guó)魯代，美國(guó)魯賓與卡門賓與卡門18641864年，年，德國(guó)薩克德國(guó)薩克斯斯16421642年，年，比利時(shí)海比利時(shí)海爾蒙特爾蒙特原料和產(chǎn)物原料和產(chǎn)物:更新空氣更新空氣(二氧化碳二氧化碳和氧氣和氧氣)產(chǎn)物氧來產(chǎn)物氧來自于水。自于水。場(chǎng)所場(chǎng)所:葉綠體葉綠體條件條件:光光29實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法實(shí)驗(yàn)方法：同位素標(biāo)記法實(shí)驗(yàn)原則：實(shí)驗(yàn)原

7、則：對(duì)照原則對(duì)照原則單一變量原則單一變量原則1948年，美國(guó)卡爾文年，美國(guó)卡爾文（M. Calvin)用用14C標(biāo)標(biāo)記的記的CO2供給小球藻進(jìn)供給小球藻進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)行光合作用實(shí)驗(yàn),最終最終探明二氧化碳轉(zhuǎn)化為探明二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的途徑有機(jī)物的途徑光合作用的場(chǎng)所光合作用的場(chǎng)所葉綠體葉綠體基粒外膜內(nèi)膜基質(zhì)類囊體葉綠體中哪些結(jié)構(gòu)與光合作用功能相適應(yīng)葉綠體中哪些結(jié)構(gòu)與光合作用功能相適應(yīng)? ?、葉綠體基粒的類囊體薄膜上葉綠體基粒的類囊體薄膜上和和基質(zhì)基質(zhì)中，含有多種光合作用所必需的中，含有多種光合作用所必需的酶酶。、葉綠體基粒類囊體薄膜葉綠體基粒類囊體薄膜上分布著許上分布著許多吸收光能的多吸收光能

8、的色素色素分子。分子。葉綠體的結(jié)構(gòu)葉綠體的結(jié)構(gòu)、葉綠體的、葉綠體的膜膜還可以還可以控制物質(zhì)的進(jìn)出控制物質(zhì)的進(jìn)出葉綠素葉綠素類胡蘿卜素類胡蘿卜素葉綠素葉綠素a a葉綠素葉綠素b b胡蘿卜素胡蘿卜素葉黃素葉黃素葉綠體色素葉綠體色素 （含量約占（含量約占總量的總量的3/43/4）（含量約占含量約占總量的總量的1/41/4）胡蘿卜素胡蘿卜素葉黃素葉黃素葉綠素葉綠素葉綠素葉綠素新鮮的綠色葉片新鮮的綠色葉片中有哪些色素呢？中有哪些色素呢？學(xué)科交叉學(xué)科交叉(小資料小資料)光是一種電磁波?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)范圍，光是一種電磁波?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)范圍，大約是大約是390760。不同波長(zhǎng)的。不同波長(zhǎng)的光，顏色不同。波長(zhǎng)小于

9、光，顏色不同。波長(zhǎng)小于390nm的光的光是紫外光；波長(zhǎng)大于是紫外光；波長(zhǎng)大于760nm的光是紅的光是紅外光。一般情況下，光合作用所利用外光。一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光。的光都是可見光。葉綠體葉綠體中色素中色素吸收可見吸收可見的太陽光的太陽光類胡蘿卜素類胡蘿卜素主主要吸收要吸收藍(lán)紫光藍(lán)紫光葉綠素葉綠素主要主要吸收吸收紅橙光紅橙光和藍(lán)紫光和藍(lán)紫光3 3、葉綠體色素的吸收光譜葉綠體色素的吸收光譜葉綠體色素具有吸收光能、葉綠體色素具有吸收光能、傳遞光能、轉(zhuǎn)化光能的作用傳遞光能、轉(zhuǎn)化光能的作用、下圖中的小點(diǎn)為好氧性的細(xì)菌。用不、下圖中的小點(diǎn)為好氧性的細(xì)菌。用不同顏色的光照射水綿，細(xì)菌將向什

10、么區(qū)域同顏色的光照射水綿，細(xì)菌將向什么區(qū)域集中？為什么？集中？為什么？、溫室栽培蔬菜，一般采用什么顏色、溫室栽培蔬菜，一般采用什么顏色 的玻璃做頂棚更能提高產(chǎn)量？的玻璃做頂棚更能提高產(chǎn)量？哪種顏色的玻璃最不能使用？哪種顏色的玻璃最不能使用？ 為什么玉米苗中出現(xiàn)的白化苗為什么玉米苗中出現(xiàn)的白化苗待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會(huì)待種子中貯存的養(yǎng)分耗盡就會(huì)死亡？死亡？白化苗沒有光合色素白化苗沒有光合色素,不能進(jìn)行光不能進(jìn)行光合作用制造有機(jī)物合作用制造有機(jī)物.光合作用的基本過程v （1） 綠色植物是怎樣俘獲陽光的？v （2） 植物如何利用俘獲的太陽能？v （3） 釋放出來的氧來自什么地方，怎么來的？v （4

11、） 在光合作用過程中，植物如何精確的一步一步 的合成有機(jī)物？ 葉綠素葉綠素a光光活化的活化的葉綠素葉綠素aeADP+PiATPH2OH+NADPHeO2類囊體類囊體光反應(yīng)光反應(yīng)基質(zhì)基質(zhì)NADP+C3五碳化合物五碳化合物固定固定還原還原CO2供能 供氫ATPADP+PiNADPHNADP多種酶參多種酶參 加催化加催化(CH2O)n暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）暗反應(yīng)（卡爾文循環(huán)）五碳化合五碳化合物再生物再生基質(zhì)基質(zhì)（CH20）酶促反應(yīng)酶促反應(yīng)2、光合作用的過程、光合作用的過程光能光能葉綠素葉綠素aeNADP+eH2OH+O2葉綠體葉綠體ATPNADPHH（CH2O）2C3CO2C5暗反應(yīng)暗反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)

12、(類囊體的薄膜上類囊體的薄膜上)(基質(zhì)中基質(zhì)中)ADP+Pi光合作用：光合作用：綠色植物綠色植物通過通過葉綠體葉綠體，利用可見光，利用可見光中的中的光能光能，把，把二氧化碳二氧化碳和和水水合成為儲(chǔ)存能量的合成為儲(chǔ)存能量的有機(jī)物有機(jī)物，并且，并且釋放出氧氣釋放出氧氣的過程。的過程。光合作用的反應(yīng)式：光合作用的反應(yīng)式： CO2+2H2O*(CH2O)+O2*+H2O光能光能葉綠體葉綠體釋放的氧氣來釋放的氧氣來源于參加反應(yīng)源于參加反應(yīng)的水的水場(chǎng)所場(chǎng)所條件條件物質(zhì)物質(zhì)變化變化能量變化能量變化光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)基粒類囊體膜基粒類囊體膜上上基質(zhì)中基質(zhì)中光、酶、色素光、酶、色素光能光能 活躍化能活躍化

13、能活躍化能活躍化能 穩(wěn)定化能穩(wěn)定化能 光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)的比較酶原料原料H2O、ADP、Pi、NADP水的光解水的光解ATP形成形成NADPH形成形成 CO2、C5、ATP、 NADPHCO2固定固定C3還原還原C5再生再生產(chǎn)物產(chǎn)物O2、ATP、NADPH（CH2O）、）、H2O、ADP、 Pi、NADP光反應(yīng)與暗反應(yīng)的關(guān)系1、沒有二氧化碳的固定形成的三碳化合物，光反應(yīng)的產(chǎn)物、沒有二氧化碳的固定形成的三碳化合物，光反應(yīng)的產(chǎn)物 NADPH和和ATP就會(huì)積累，使光反應(yīng)很快停止。就會(huì)積累，使光反應(yīng)很快停止。2、沒有光反應(yīng)提供、沒有光反應(yīng)提供NADPH和和ATP，三碳化合物就不能還原，

14、三碳化合物就不能還原， 就不會(huì)有五碳化合物的不斷再生以及最終有機(jī)物的合成。就不會(huì)有五碳化合物的不斷再生以及最終有機(jī)物的合成。 五碳化合物迅速減少和三碳化合物的積累，必然導(dǎo)致二五碳化合物迅速減少和三碳化合物的積累，必然導(dǎo)致二 氧化碳氧化碳 固定的停止。即沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法持續(xù)地固定的停止。即沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法持續(xù)地 進(jìn)行。進(jìn)行。 結(jié)論：光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個(gè)整體，在光合作用的過程中，結(jié)論：光反應(yīng)和暗反應(yīng)是一個(gè)整體，在光合作用的過程中， 兩者緊密聯(lián)系，缺一不可。兩者緊密聯(lián)系，缺一不可。光合作用的意義光合作用的意義 從物質(zhì)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)變的過程來看，從物質(zhì)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)變的過程來看， 光合作用是生

15、物界光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝。1、把無機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，是一切生物有機(jī)物的根、把無機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，是一切生物有機(jī)物的根 本來源。本來源。2、將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，是一切生物能量的最初、將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，是一切生物能量的最初 來源。來源。3、吸收二氧化碳放出氧氣，保證了大氣中這兩者的、吸收二氧化碳放出氧氣，保證了大氣中這兩者的 相對(duì)穩(wěn)定，保護(hù)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，保護(hù)環(huán)境內(nèi)因內(nèi)因：正比與綠色植物的發(fā)育進(jìn)程正比與綠色植物的發(fā)育進(jìn)程外因外因：光照光照CO2濃度濃度溫度溫度水水（開花階段強(qiáng)度最大開花階段強(qiáng)度最大）影響光合作用的因素影響光合作用的因素礦質(zhì)元素礦

16、質(zhì)元素v有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜有些蔬菜大棚用紅色或藍(lán)色的塑料薄膜代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)代替普通塑料薄膜，有的溫室內(nèi)懸掛發(fā)紅色或藍(lán)色的燈管。紅色或藍(lán)色的燈管。1.用這種方法有什么好處？這樣做對(duì)光合用這種方法有什么好處？這樣做對(duì)光合作用有影響嗎？作用有影響嗎？2.為什么是用紅色或藍(lán)色的呢？用綠色的為什么是用紅色或藍(lán)色的呢？用綠色的可以嗎？可以嗎？1.光合作用的實(shí)質(zhì)是：把光合作用的實(shí)質(zhì)是：把 和和 轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)物，把把 轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成 ，貯藏在有機(jī)物中。，貯藏在有機(jī)物中。2.在光合作用中，在光合作用中， 葡萄糖是在葡萄糖是在 中形成的，氧氣中形成的，氧氣是在是在 中形成的，中形成的，ATP是在是在 中形成的，中形成的，CO2是在是在 固定的。固定的。CO2H2O光能光能化學(xué)能化學(xué)能暗反應(yīng)暗反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)光反應(yīng)暗反應(yīng)暗反應(yīng)練習(xí)鞏固練習(xí)鞏固3 3圖圖2 25 5是光合作用過程的示意圖，依圖回答下列