5.4.1能量之源—光与光合作用

(共25张PPT)
什么是光合作用？
光合作用是指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。
场所
条件
产物
原料
人们得出这一认识经历了漫长的探索历程，科学家们用了200多年的时间，经过无数次的实验才对光合作用有了一个比较清楚的认识。现在我们就沿着科学家们探寻的足迹，去体验他们认识问题的思维过程和科学探索的乐趣。
植物为什么会生长？
古希腊亚里士多德认为根吸收土壤中的养分
植物增加的重量=土壤减少的重量
五年后
1648年海尔蒙特的实验
柳树增重80kg
土壤只减少0.1kg
结论：植物增重主要来自水分
海尔蒙特的实验设
计有什么不足的地方？
1771年普利斯特利的实验
结论：绿色植物可以更新空气
普利斯特利的的实验有时成功，有时失败，可能的原因是什么？
可能是在无光的条件下做的实验，因
为无光时，植物不进行光合作用，只
进行细胞呼吸，所以没有释放氧气，
而是释放二氧化碳，所以实验失败！
1779年，荷兰科学家英格豪斯做了
500多次植物更新空气的实验，结
果发现：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
绿叶才能更新污浊的空气。
1785年，法国科学家拉瓦锡发现了空
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。
在这一过程中，光能哪里去了呢？
1845年，德国科学家梅耶根据能量
转化与守恒定律明确指出，植物在
进行光合作用时，把光能转化成化
学能储存起来。
光能转化成化学能，储存于什么物
质中呢？也就是植物在吸收水分和
二氧化碳、释放氧气的过程中，还
产生了什么物质呢？
一半曝光，一半遮光
在暗处放置几小的叶片
1864年萨克斯的实验
暗处理
光照
酒精脱色
结论:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉
碘蒸汽处理
问题1：萨克斯的实验目的是什么？
问题2：为什么对植物
进行一昼夜的暗处理？
问题3：为什么让叶片的一
半曝光，另一半遮光呢？
验证光合作用的产物
为了将叶片中原有的淀粉运走耗尽
进行对照
光合作用的原料有水和二氧化碳，
那么，光合作用释放的氧气到底
是来自二氧化碳还是来自水呢？
随着技术的进步，人们发现了放射性
同位素，利用放射性同位素做示踪原
子，为解决氧气是来自水还是二氧化
碳提供了技术手段。1939年，美国的
科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法,
用18O做示踪原子，对光合作用的产物
氧气中氧的来源进行了探究。
返回
1939年鲁宾和卡门的实验
光合作用产生的有机
物又是怎样合成的呢？
20世纪40年代，美国科
学家卡尔文利用放射性
同位素14C标记的14CO2做
实验研究这一问题。最
终探明CO2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
称为卡尔文循环。
1961年诺贝
尔化学奖得主
光合作用的场所究
竟在什么地方呢？
早在100多年前美国科学家恩格尔
曼就以水绵和好氧细菌为实验材
料，很好地解答了这个问题！
水绵是常见的淡水藻类
每条水绵由许多个结构相同的长筒状细胞连接而成。
水绵很明显的特点是：叶绿体呈带状，螺旋排列在细胞里。
恩格尔曼实验
恩格尔曼的实验说明了什么问题？
问题1：为什么选用水绵做为实验材料？
因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺旋分布于细胞中，便于进行观察和分析研究
问题2.为什么选用黑暗并且没有空气的环境？
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
光合作用的场所是叶绿体
光合作用的产物有氧气！
结论
:
问题3．为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全暴露在光下？
先选极细光束，用好氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，并且氧是由叶绿体释放出来的。
小结:萨克斯的实验说明光合作用
的产物有淀粉，光合作用的条件需
要光；鲁宾和卡门的实验说明了光
合作用的产物O2中的氧全部来自原
料中的H2O；恩格尔曼的实验说明了
光合作用的场所是叶绿体，光合作
用的产物有O2！
自主探究：请设计实验探究光
合作用的过程中需要二氧化碳
科学探究的一般过程
提出问题
作出假设
设计实验
进行实验
分析结果
表达与交流
（光合作用需要二氧化碳吗？）
（光合作用需要二氧化碳）
（设计方案、预期结果…）
（按预定方案进行实验）
（分析实验结果，得出结论……）
（总结，写实验报告并适当交流）
实验、光合作用需要CO2
3、 （2001广东高考）为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”， 某人设计了下列实验方案：
⑴目的（略）⑵材料和用具（略）
⑶实验方法和步骤：
①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。
②将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。暗室内装有红色安全灯。
③饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。
④取一叶片，放入盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于洒精中。
⑤将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿内，用碘—碘化钾溶液检测有无葡萄糖的特异颜色出现。
该实验方案有几项明显的错误，请指出错误并改正。
实验、光合CO2答案①
为了增强实验的可信度和说服力，应设立对照组，对照组的设计如下：
对照组：
A、装置同题干中的步骤①，且玻璃罩的大小颜色等相同，但其内用同种长势相同的另一株植物代替题干中的植物，用一杯清水代替NaOH溶液（即：条件对照）；
B、作适当的饥饿处理；
C、重复题干中的步骤③、④；
D、有效检验叶片淀粉的存在情况。
实验、光合CO2答案②
本题还涉及到特殊干扰因素的排除问题，即先应把原有的有机物消耗殆尽，饥饿处理的环境是无光的人造暗室（可安装绿色安全灯），题中红光是光合作用主要吸收的单质光之一，无法有效去除原有的有机物，因此应改为绿光灯。
暗室内装绿色安全灯（而不是红色安全灯）
实验、光合CO2答案③
此步是正确的，饥饿的时间和光照时间等一些定量问题在实验设计中往往用 “一定”、“适当”、“适量”、“若干”等模糊语言表示。
实验、光合CO2答案④
此步是正确的，为了使实验结果更明显必须脱去叶绿素等色素，而叶绿素等色素是脂溶性色素，必须用有机溶剂脱色。这里用酒精脱色，而酒精是一种易燃品，必须水浴加热，以免发生危险。
实验、光合CO2答案⑤
鉴定不同的有机物往往采用不同的方法，葡萄糖可用斐林试剂、银镜反应等进行还原性鉴定。
步骤⑤中用碘——碘化钾测定的不是葡萄糖，而是淀粉。
分析：
结论：
A 装置内存在CO2
B 装置中不存在CO2
CO2是光合作用的原料之一。
探究光合作用需要CO2实验装置
作业:请设计实验探究光
合作用的过程中需要水