能量之源-光與光合作用

第五章第四節(jié)能量之源——光與光合作用什么是光合作用？光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。場所條件產(chǎn)物原料一.光合作用的探究歷程人們得出這一認識經(jīng)歷了漫長的探索歷程，科學家們用了200多年的時間，經(jīng)過無數(shù)次的實驗才對光合作用有了一個比較清楚的認識?，F(xiàn)在我們就沿著科學家們探尋的足跡，去體驗他們認識問題的思維過程和科學探索的樂趣。觀點：植物體由“土壤汁”構(gòu)成，即植物生長發(fā)育所需的物質(zhì)完全來自土壤。問題：植物生長所需的物質(zhì)來自何處？亞里士多德(Aristotle)五年后一、1627年比利時科學家海爾蒙特開始時柳樹的質(zhì)量2.27kg干土的質(zhì)量90kg+74.43kg－0.1kg結(jié)論：植物生長所需要的養(yǎng)料主要來自水,而不是土壤。76.7kg89.9kg5a后實驗前后的差值問題討論與質(zhì)疑：（1）你認為他的結(jié)論正確嗎？（2）你認為海爾蒙特的實驗設計存在什么問題？結(jié)論：植物可以更新污濁的空氣。二、1771年英國的科學家普利斯特利甲乙普利斯特利（J.Pristly）通過植物和動物之間進行氣體交換的實驗，第一次成功地應用化學方法研究植物的生長。三、1779年荷蘭的科學家英格豪斯500多次植物更新空氣的實驗，又有何新發(fā)現(xiàn)？植物體只有在光下才能更新污濁的空氣。甲乙（1）為什么學者們會得到不同的實驗結(jié)果呢？（2）你認為普利斯特利在實驗中忽視了哪種條件？

問題討論與質(zhì)疑：普利斯特利的的實驗有時成功，有時失敗，可能的原因是什么？可能是在無光的條件下做的實驗，因為無光時，植物不進行光合作用，只進行細胞呼吸，所以沒有釋放氧氣，而是釋放二氧化碳，所以實驗失?。?779年，荷蘭科學家英格豪斯做了500多次植物更新空氣的實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：普利斯特利的實驗只有在陽光照射下才能成功；植物體只有綠葉才能更新污濁的空氣。1785年，法國科學家拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳。在這一過程中，光能哪里去了呢？1845年，德國科學家梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律明確指出，植物在進行光合作用時，把光能轉(zhuǎn)化成化學能儲存起來。光能轉(zhuǎn)化成化學能，儲存于什么物質(zhì)中呢？也就是植物在吸收水分和二氧化碳、釋放氧氣的過程中，還產(chǎn)生了什么物質(zhì)呢？實驗不足和解決途經(jīng)：

科學家在做實驗的實驗沒有設置對照。對照原則是我們做很多試驗的基礎，因為它可以有力的論證一個生物定理的正確。在這個實驗中，其實應該再做一組實驗，就是在鐘罩內(nèi)不放入植物或者放入死植物，再次重復上述的試驗過程，這時候可以觀察到什么？如果觀察到蠟燭能繼續(xù)燃燒，那么說明蠟燭的燃燒其實和綠色植物沒有關系，而是一些別的因素引起的，也就不能說明綠色植物可以更新空氣。如果蠟燭不久熄滅了，或者小老鼠一會就死亡了，就可以說明植物確實可以維持蠟燭的燃燒和小老鼠的呼吸，那么綠色植物確實可以更新空氣。顯然，試驗的結(jié)論一定是后者。那么這樣就可以使實驗變得更嚴謹

三、經(jīng)典實驗分析(半葉試驗)

1、請根據(jù)薩克斯的實驗寫出實驗設計方案提出問題：除O2外，綠葉在光下會產(chǎn)生什么物質(zhì)？作出假設：除O2外，綠葉在光下會產(chǎn)生淀粉。實驗步驟：①把綠色植物放置在暗處幾小時②用黑紙片把葉片的一半夾住遮光，另一半曝光，把植物置于光下照射③一段時間后取下黑紙片，用碘蒸氣處理這片葉，觀察并記錄現(xiàn)象實驗現(xiàn)象：曝光的一半呈深藍色，遮光的一半沒有顏色變化。實驗結(jié)論：光合作用的產(chǎn)物除O2外，還有淀粉。2、分析實驗設計①此實驗是否設置了對照？②對照組是？對照組：一般來說,是指保持原有狀態(tài)（未做處理）或已知影響因素所造成結(jié)果的一組實驗。實驗組：人為改變條件（人為特別處理）或未知實驗結(jié)果的一組實驗。問題討論：參考問題：①為什么要把綠葉在暗處放置一晝夜？②葉片部分遮光，部分曝光，目的是什么？③這個實驗得出什么結(jié)論？結(jié)論：植物在光下產(chǎn)生了淀粉四、1864年德國的植物學家薩克斯采用碘液檢測淀粉的方法進行實驗薩克斯，J.vonSachs(1832～1897)暗處理葉部分遮光光照滴加碘液1、該實驗中若曝光時間過長，遮光處經(jīng)碘液處理后也呈現(xiàn)藍色，其原因是問題討論：有機物在植物體內(nèi)能夠轉(zhuǎn)移，若實驗中曝光時間過長，曝光處的淀粉可運輸?shù)秸诠馓?。可見，實驗時間的長短將影響實驗結(jié)果。若實驗中觀察到遮光處也呈藍色，原因可能是葉片在暗處放置時間過短（有機物未耗盡）或曝光時間過長（有機物發(fā)生了轉(zhuǎn)移）

1880年，美國科學家恩格爾曼的水綿實驗光合作用的場所究竟在什么地方呢？早在100多年前美國科學家恩格爾曼就以水綿和好氧細菌為實驗材料，很好地解答了這個問題！水綿是常見的淡水藻類每條水綿由許多個結(jié)構(gòu)相同的長筒狀細胞連接而成。水綿很明顯的特點是：葉綠體呈帶狀，螺旋排列在細胞里。

極細光束黑暗中光照下恩格爾曼實驗示意圖結(jié)論：葉綠體是進行光合作用的主要場所思考：1．為什么選用水綿做為實驗材料？2．為什么選用黑暗并且沒有空氣的環(huán)境？3．為什么先用極細光束照射水綿，而后又讓水綿完全曝露在光下？因為水綿不僅有細而長的帶狀葉綠體，而且螺旋分布于細胞中，便于進行觀察和分析研究。

為了排除實驗前環(huán)境中光線和氧的影響，確保實驗的準確性。

先選極細光束，用好氧細菌檢測，能準確判斷水綿細胞中釋放氧的部位；而后用完全曝光的水綿與之做對照，從而證明了實驗結(jié)果完全是光照引起的，并且氧是由葉綠體釋放出來的。

恩格爾曼的實驗，證明了光合作用的場所是葉綠體。實驗是在黑暗和沒有空氣的環(huán)境中進行的，沒有空氣那么就缺少光合作用的原料二氧化碳，光合作用就不能進行，那怎么會有氧氣產(chǎn)生呢？問題討論："沒有空氣那么就缺少光合作用的原料二氧化碳，光合作用就不能進行"這種說法是不正確的

希爾現(xiàn)象:葉綠體在離體無CO2條件下給予光照,有氧氣的釋放

只能說沒有二氧化碳,光合作用不能連續(xù)進行

光合作用的原料有水和二氧化碳，那么，光合作用釋放的氧氣到底是來自二氧化碳還是來自水呢？隨著技術(shù)的進步，人們發(fā)現(xiàn)了放射性同位素，利用放射性同位素做示蹤原子，為解決氧氣是來自水還是二氧化碳提供了技術(shù)手段。1939年，美國的科學家魯賓和卡門利用同位素標記法,用18O做示蹤原子，對光合作用的產(chǎn)物氧氣中氧的來源進行了探究。CO2H218O?C18O2H2O?預測1：第一組為O2，第二組為18O2，來自H2O；預測2：第一組為18O2

，第二組為O2

，來自CO2；預測3：兩組既有18O2、也有O2，來自兩者。第一組第二組預測1：第一組為O2，第二組為18O2，來自H2O；CO2H218O18O2C18O2H2OO2結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自水第一組第二組

返回1939年魯賓和卡門的實驗實驗分析：魯賓－卡門實驗中是否利用了對照實驗方法？若是，則自變量是什么？若不是，那為什么？是，自變量是CO2和H2O中的O是否為18O。問題討論：光合作用產(chǎn)生的有機物又是怎樣合成的呢？20世紀40年代，美國科學家卡爾文利用放射性同位素14C標記的14CO2做實驗研究這一問題。最終探明CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中的碳的途徑，這一途徑稱為卡爾文循環(huán)。1961年諾貝爾化學獎得主人們認為水分是植物建造自身的原料普利斯特利證實植物可更新污濁的空氣英格豪斯證明光與綠葉是上述實驗的條件化學成分明確放出的是氧氣，吸收的是二氧化碳梅耶指出光能轉(zhuǎn)換成化學能儲存起來薩克斯證明光合作用產(chǎn)物有淀粉恩格爾曼證明光合作用的場所是葉綠體魯賓、卡門證明光合作用釋放的氧氣來自水卡爾文探明CO2中的碳轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑場所光①恩格爾曼的水綿實驗

條件葉綠體②英格豪斯的實驗能量轉(zhuǎn)化CO2和H2O③梅耶根據(jù)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律指出原料有機物和O2④普利斯特利的實驗產(chǎn)物光能→化學能⑤薩克斯的實驗練習：請把光合作用概念的要點內(nèi)容與