1、第四节第四节 光合作用光合作用 1. 1642年，赫尔蒙特年，赫尔蒙特(J.B. van Helmont) 一、光合作用一、光合作用的探究历程的探究历程 五年后五年后 柳树增重柳树增重8080kgkg 土壤只减少土壤只减少0.060.06kgkg 结论：植物增重主要来自水分结论：植物增重主要来自水分 （水分是建造植物体的（水分是建造植物体的唯一唯一原料）原料） 一段时间后一段时间后 一段时间后一段时间后 2.17712.1771年年( (英）普里斯特利的实验英）普里斯特利的实验 结论结论 植物可以植物可以 更新空气更新空气 分析该实验的缺陷分析该实验的缺陷: : 缺少对照缺少对照: : 没有说
2、明更新的成分没有说明更新的成分: : 没注意光的作用没注意光的作用: : 讨论：讨论： 绿色植物在光照下绿色植物在光照下吸收了二氧化碳，产生了吸收了二氧化碳，产生了氧气氧气 1 1、蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？、蜡烛燃烧和小白鼠呼吸需要的是什么气体？ 2 2、这个实验说明什么问题？、这个实验说明什么问题？ 氧气氧气 3.17793.1779年年( (荷兰）英格豪斯的实验荷兰）英格豪斯的实验 4.18454.1845年年( (德国）梅耶的实验德国）梅耶的实验 光能转换成化学能储存起来光能转换成化学能储存起来 植物植物只有在阳光照射下只有在阳光照射下才能更新空气才能更新空气。 植物体只有
3、绿叶才能更新空气。植物体只有绿叶才能更新空气。 结论结论 依据：依据：能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律 酒精酒精 水水 5.18645.1864年，（德）萨克斯年，（德）萨克斯(Julius von Sachs)(Julius von Sachs)的实验的实验 先暗处理，先暗处理， 再一半再一半曝曝光，光， 一半遮光一半遮光 酒精水浴酒精水浴 加热脱色加热脱色 讨论：讨论： 部分遮光、部分曝光，是为了进行对照部分遮光、部分曝光，是为了进行对照 绿叶在光合作用中产生了淀粉绿叶在光合作用中产生了淀粉 让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉让叶片中的营养物质（淀粉）消耗掉 实验结论实验结论: : 实验
4、过程实验过程: : 光合作用中产生了淀粉光合作用中产生了淀粉 光是光合作用的必要条件光是光合作用的必要条件 1、为什么对天竺葵先进行暗处理？、为什么对天竺葵先进行暗处理？ 2、为什么让叶片的一半曝光，另一半遮、为什么让叶片的一半曝光，另一半遮 光呢？光呢？ 3 3这个实验说明了什么问题？这个实验说明了什么问题？ 用两片叶子行用两片叶子行 吗？哪个好？吗？哪个好？ 氧是由氧是由 叶绿体叶绿体释放出来的，释放出来的，叶绿体叶绿体是光合作用的场所是光合作用的场所 6.18806.1880年，（美）恩格尔曼年，（美）恩格尔曼(C.Engelmann)(C.Engelmann)的实验的实验 用极细光束照
5、射用极细光束照射 实验现象实验现象 隔绝空气、隔绝空气、黑暗黑暗 加碳酸氢纳加碳酸氢纳( (供供COCO2 2) ) 实验结论实验结论: : 实验材料实验材料: : 水绵和好氧细菌（制成装片显微镜观察）水绵和好氧细菌（制成装片显微镜观察） 实验条件实验条件: : 完全暴露在光下完全暴露在光下 好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。好氧细菌只集中在被光线照射的叶绿体附近。 实验分析实验分析 ： 光线照射部位进行光合作用产生了氧气。 光线照射部位进行光合作用产生了氧气。 思考：思考： 光线通过三棱镜再照到水绵上，结果怎样？光线通过三棱镜再照到水绵上，结果怎样？ 2 2、为什么选用水绵做为实验材料
6、？为什么选用水绵做为实验材料？ 5 5 、 为为 什什 么么 选选 用用 黑黑 暗暗 并并 且且 没没 有有 空空 气气 的的 环环 境境 ？ 6 6、为什么先用极细光束照射，而后又让水绵完全曝露在光下？、为什么先用极细光束照射，而后又让水绵完全曝露在光下？ 为了排除实验中为了排除实验中光线和氧光线和氧的影响，确保实验的准确性。的影响，确保实验的准确性。 是因为水绵不仅有是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体细而长的带状叶绿体，而且螺旋，而且螺旋 分布于细胞中，便于进行观察分析研究分布于细胞中，便于进行观察分析研究 能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完
7、全曝光的水绵完全曝光的水绵 与之做对照与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧 是由是由叶绿体叶绿体释放出来的释放出来的 1 1 、 恩恩 格格 尔尔 曼曼 的的 实实 验验 方方 法法 有有 什什 么么 巧巧 妙妙 之之 处处 ？ 实验材料选择的好实验材料选择的好-水绵、好氧细菌水绵、好氧细菌 实验处理的好实验处理的好-无空气、黑暗，极细光束、曝光无空气、黑暗，极细光束、曝光 3 3、为什么选用、为什么选用好养细菌好养细菌做为实验材料？做为实验材料？ 可确定释放氧气多的部位可确定释放氧气多的部位 4 4、若使用、若使用厌氧性细菌厌氧性
8、细菌或或酵母菌酵母菌是否可以？是否可以？ 否否 7.19307.1930年，（美）鲁宾和卡门年，（美）鲁宾和卡门 同位素同位素标记法标记法 102102页页 证明光合作用释放的证明光合作用释放的O2到底是来自到底是来自H2O，还是，还是CO2 用用18O分别标记分别标记H2O和和CO2, 进行进行两组两组光合作用的实验光合作用的实验 1、第一组向绿色植物提供、第一组向绿色植物提供C18O2和和 H2O 。 C18O2+H2O 光照 O2 2 2、第二组向同种绿色植物提供、第二组向同种绿色植物提供H2H218O O和和CO2CO2 CO2+H218O 光照 18O2 光合作用产生的氧气光合作用产
9、生的氧气全部全部来自来自水水，而不是来自，而不是来自CO2CO2 实验结论实验结论: : 实验过程实验过程: : 实验方法实验方法: : 下图是利用小球藻进行光合作用时的实下图是利用小球藻进行光合作用时的实 验示意图，图中验示意图，图中A A物质和物质和B B物质的相对分子质物质的相对分子质 量比是量比是 （ ） A A1212 B B2121 C C8989 D D9898 C C 一展身手一展身手 8 8、2020世纪世纪0 0年代年代, ,美国科学家卡尔文美国科学家卡尔文 ( CH2 O) 14 CO2 14 碳的同位素碳的同位素 C 标记标记CO2 14 CO2 14 COCO2 2中
10、的碳在光合作用中转化成有机物中的碳中的碳在光合作用中转化成有机物中的碳 的途径，这一途径称为的途径，这一途径称为卡尔文循环卡尔文循环。 同位素同位素标记法标记法 实验材料实验材料: : 实验方法实验方法: : 实验过程实验过程: : 小球藻小球藻 实验结论实验结论: : 年代年代 科学家科学家 结论结论 17711771年年 17791779年年 17851785年年 18451845年年 18641864年年 19391939年年 2020世纪世纪 4040年代年代 植物可以更新空气植物可以更新空气 只有只有在光照下在光照下植物可以更新空气植物可以更新空气 明确绿叶在光下放出的是明确绿叶在光
11、下放出的是O O2 2，吸收的是，吸收的是COCO2 2 植物在进行光合作用时，植物在进行光合作用时，把光能转把光能转 换成化学能换成化学能储存起来储存起来 绿色叶片光合作用绿色叶片光合作用产生淀粉产生淀粉 光合作用释放的光合作用释放的氧氧来自来自水水 （同位素标记法）（同位素标记法） 光合产物中有机物的光合产物中有机物的碳来自碳来自COCO2 2 英格豪斯英格豪斯 鲁宾、卡门鲁宾、卡门 卡尔文卡尔文 普利斯特利普利斯特利 萨克斯萨克斯 梅耶梅耶 二二. .光合作用概念：光合作用概念：-101101页页 叶绿体叶绿体 绿色植物绿色植物 CO2 H2O 光能光能 有机物有机物 氧气氧气 COCO
12、2 2+ H+ H2 2O O* * (CH(CH2 2O)+ OO)+ O2 2* * 光能光能 叶绿体叶绿体 光能光能 叶绿体叶绿体 6CO6CO2 2+12H+12H2 2O O C C6 6H H12 12O O6 6+6 +6O O2 2+6H+6H2 2O O 反应式：反应式：-103103页页 指指绿色植物绿色植物通过通过叶绿体叶绿体，利用利用光能，光能，把把二氧化碳和水二氧化碳和水 转化成储存着能量的转化成储存着能量的有机物有机物，并且释放出并且释放出氧气氧气的过程的过程。 场所：场所： 生物：生物： 原料：原料： 能量：能量： 产物：产物： 归纳：归纳： 能进行光合作用的生物
13、：能进行光合作用的生物： 不能进行光合作用的生物：不能进行光合作用的生物： 蓝藻？蓝藻？ 寄生植物？寄生植物？ 植物的根尖细胞？植物的根尖细胞？ 光反应：光反应：-103页页 暗反应：暗反应：-104页页 三三. .光合作用过程光合作用过程 1 1、反应式：、反应式： COCO2 2+ H+ H2 2O O* * (CH(CH2 2O)+ OO)+ O2 2* * 光能光能 叶绿体叶绿体 2 2、过程：、过程： 场所：叶绿体内的类囊体薄膜上场所：叶绿体内的类囊体薄膜上 场所：叶绿体的基质中场所：叶绿体的基质中 划分依据划分依据: :反应过程反应过程是否需要光能是否需要光能 H H2 2O O
14、类囊体膜类囊体膜 酶酶 Pi ADP ATP 1）光反应阶段）光反应阶段 光、光、色素、酶色素、酶 叶绿体内的类囊体薄膜上叶绿体内的类囊体薄膜上 H H2 2O H + OO H + O2 2 光能光能 水的光解：水的光解： ATPATP的合成：的合成： ADPADPPi Pi 能量能量 ATPATP 酶酶 光能转变为光能转变为活跃的活跃的化学能贮存在化学能贮存在ATPATP中中 H 条件条件 ： 场所：场所： 能量变化：能量变化： 物质变化：物质变化： 反应式反应式 ： （还原剂）（还原剂） CO2 2 糖类糖类 五碳化合物五碳化合物 C5 蛋白质蛋白质 脂质脂质 CO2的的 固定固定 三碳
15、化合物三碳化合物 2C3 C C3 3的的 还原还原 基质基质 多种酶多种酶 H ATP 2)2)暗反应阶段暗反应阶段 CO2C5 2C3 酶酶 ATP H 、 ADP+Pi 叶绿体的基质中叶绿体的基质中 CO2的固定：的固定： C C3 3的还原：的还原： ATPATP中活跃的化学能中活跃的化学能转变为糖类等转变为糖类等有机物有机物 中稳定的化学能中稳定的化学能 2C3 (CH2O) 酶酶 糖类糖类 多种酶、多种酶、H H 、ATPATP（不需光）不需光） H H 、ATPATP有有 光反应提供光反应提供 条件：条件： 场所：场所： 物质变化：物质变化： 能量变化：能量变化： 叶绿体叶绿体
16、中的色素中的色素 光光 能能 H2O 1/2O2 ATP ADP+Pi 2C3 C5 多种多种 酶酶 酶酶 CO2 (CH2O)+H2O 光反应 暗反应 2e 2H+ NADPH NADP+ 酶酶 囊状结构的薄膜囊状结构的薄膜 叶绿体基质叶绿体基质 过程：过程： 场所: 类囊体薄膜 叶绿体基质 色素：色素： 酶：酶： 类囊体的薄膜类囊体的薄膜( (基粒基粒) )上上 类囊体的薄膜类囊体的薄膜( (基粒基粒) )上和上和叶绿体基质叶绿体基质 1 1、能量的转换过程：、能量的转换过程： 光能光能 活跃化学能活跃化学能 有机物中稳定的化学能有机物中稳定的化学能 四、光合作用中几个小问题归纳四、光合作
17、用中几个小问题归纳 2 2、物质的变化：、物质的变化： ADPADP、PiPi： 3 3、物质的移动方向：、物质的移动方向： ATP 、 H(NADPH) 由叶绿体类囊体向基质移动由叶绿体类囊体向基质移动 由叶绿体基质向类囊体移动由叶绿体基质向类囊体移动 水水: 光解光解-叶绿体类囊叶绿体类囊-产生产生O2O2、 ATP ATP 、 HH O2： 光反应 光反应-叶绿体类囊叶绿体类囊-最终产物释放到外最终产物释放到外 CO2： 暗反应原料暗反应原料-叶绿体基质叶绿体基质CO2固定、固定、C3还原还原 4 4、C C、H H、 O2O2的转移：的转移： 6CO6CO2 212H12H2 2O O
18、 光能光能 叶绿体叶绿体 C C6 6H H12 12O O6 6 6O6O2 26H6H2 2O O COCO2 2 C3 C3 糖类糖类 H H2 2O H CO H C6 6H H12 12O O6 6 、H2O H H2 2O O O O2 2 COCO2 2 C C6 6H H12 12O O6 6 、H H2 2O O 卡尔文循环卡尔文循环 O O2 2 H H 2 2 C C 用用18 18O O标记的 标记的H H2 2 18 18O O浇灌植物，一段时间后那些 浇灌植物，一段时间后那些 物质有放射性物质有放射性 注意：注意：O2的转移与的转移与 光合呼吸的联系光合呼吸的联系
19、H2 18O 周围空气中的周围空气中的H2OH2O 周围空气中的周围空气中的O2O2 H2 H2 18O18O有氧呼吸第二阶段有氧呼吸第二阶段 CO2CO2 参与光合作用暗反应参与光合作用暗反应 蒸腾作用蒸腾作用 光合作用光反应光合作用光反应 CO2CO2 葡萄糖葡萄糖 注意：注意：最初、最初、 一段一段时间后时间后 18O来标记来标记CO2 呢？呢？ 5 5、光、光、CO2CO2浓度改变浓度改变HH、ATPATP、C3C3、C5C5相对含量的变化相对含量的变化 先先影响影响光反应光反应后后 间接影响间接影响暗反应暗反应 H H、ATPATP、C3C3、C5C5、葡萄糖相对含量、葡萄糖相对含量
20、 H H 、ATP ATP 、C3 C3 、C5 C5 、葡萄糖相对含量、葡萄糖相对含量 先先影响影响暗反暗反应应后后 间接影响间接影响光反光反应应 H H 、ATP ATP 、C3 C3 、C5 C5 、葡萄糖相对含量、葡萄糖相对含量。 H H 、ATP ATP 、C3 C3 、C5 C5 、葡萄糖相对含量、葡萄糖相对含量 1 1）光照强度变、）光照强度变、CO2CO2浓度不变：浓度不变： 2 2）CO2CO2浓度改变、光照强度不变：浓度改变、光照强度不变： 减弱减弱CO2CO2浓度：浓度： 增强增强CO2CO2浓度：浓度： 减减弱弱光照强度：光照强度： 增强光照强度：增强光照强度： 缺缺M
21、g、K、P、对光合作用的影响？、对光合作用的影响？ 思考：思考： 图中图中B B是是 ，它来自于，它来自于 的分解。的分解。 图中图中C C是是，它被传递到叶绿体的，它被传递到叶绿体的 部位，用于部位，用于 。 图中图中D D是是，在叶绿体中合成，在叶绿体中合成D D所需的能量来自所需的能量来自 图中的图中的H H表示表示， H H为为I I提供提供 图中的图中的E E表示表示，它的移动方向是，它的移动方向是-。 5.下下 图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题：图是光合作用过程图解，请分析后回答下列问题： 光光 H2O B A C D E+Pi F G CO2 J H I 2 2 水水 HH 基质基质 C C3 3的还原的还原 ATPATP 色素吸收的光能色素吸收的光能 光反应光反应 HH和和ATPATP ADPADP 由叶绿体基质向类囊体移动由叶绿体基质向类囊体移动
