光合作用的探索历程

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光合作用的发现历程教学参考

光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。其主要包括光反应、暗反应两个阶段，涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳-氧平衡具有重要意义。

人类认识光合作用只有三百年左右时间，但是植物早在30亿年之前就进化出这一功能，科学家通过观察南罗得西亚石灰岩中原始藻类的构造得到这一结论。随后经过26亿年的水中生活和4亿年的陆地生活，现代生物进化出现在的光合系统。

两千多年前，人们受到古希腊著名哲学家亚里士多德的影响，认为植物是由“土壤汁”构成的，即植物生长发育所需要的物质完全来自土壤。

然而，1648年比利时医生海尔蒙特通过种植柳树的实验，却得到了意想不到的结果。他将柳树和土壤称量后种植，五年后发现

柳树增重75千克，但是土壤只减少了57克。海尔蒙特认为柳树的生长物质来自他浇树用的水，但他忽视了植物生长需要空气跟阳光。不过，这是植物营养研究中第一次定量实验的伟大尝试。1727年，英国植物学家斯蒂芬.黑尔斯才提出植物生长要以空气为营养的观点。而英国的著名化学家约瑟夫.普利斯特里用实验的方法证明了绿色植物从空气中吸收养分。

1771年，英国的普利斯特里发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变“坏”了的空气。他做了一个有名的实验，把一直点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠也很快死了。接着他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里，他发现植物能够长时间的活着，蜡烛也没有熄灭。同样植物和小白鼠在密闭的玻璃罩中也能够正常的活着。最后他得出结论：植物能够更新蜡烛燃烧和动物呼吸变得污浊的空气。但是他并没有发现光照的重要性。由于他的杰出贡献和实验完成与1771年，因此把这一年定为发现光合作用的年份。

光合作用发现历程

1.1771年，英国科学家普利斯特利通过实验发现植物可以“净化”空气。

2.1864年，德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处理的绿色叶片一半暴光，另

一半遮光，然后用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片则呈深蓝色，证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。

3.1880年，德国科学家恩吉尔曼用水绵进行光合作用的实验，证明叶绿体

是绿色植物进行光合作用的场所，氧是叶绿体释放出来的。

4.20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了光合作

用，证明光合作用释放的氧全部来自来水。

生物必修一：光合作用的探索历程

思考：恩格尔曼在实验的选材上、思考：恩格尔曼在实验的选材上、光照处理等方面有哪些巧妙之处？理等方面有哪些巧妙之处？
(1)选材方面，选用水绵为实验材料。水绵叶绿体 (1)选材方面，选用水绵为实验材料。水绵叶绿体选材方面水绵为实验材料呈带状, 大而明显,便于观察。呈带状, 大而明显,便于观察。 (2)选用好氧细菌检测，能够准确判断出水绵细胞 (2)选用好氧细菌检测，能够准确判断出水绵细胞选用好氧细菌检测准确判断中释放氧的部位。释放氧的部位。 (3)选用了极细光束照射，黑暗(局部光照) (3)选用了极细光束照射，黑暗(局部光照)和曝光选用了极细光束照射成对照实验。成对照实验。
属于对照试验。单一变量：光照；控制叶片一半遮光，属于对照试验。单一变量：光照；控制叶片一半遮光，一半曝光。植物在光下产生淀粉。半曝光。植物在光下产生淀粉。
思考：思考：
是绿叶的所有部位都能进行光合作用，还是在绿叶的一些具体部位才能进行光合作用？
6.1880年恩格尔曼水绵实验” 6.1880年，恩格尔曼——“水绵实验” 水绵实验
实验结果：柳树增重80kg，实验结果：而土壤减少0.1kg。实验结论：植物生长所实验结论：需要的养料来自于水。柳树真的只需要水就能长大吗？你认柳树真的只需要水就能长大吗？为海尔蒙特忽视了哪些重要因素？为海尔蒙特忽视了哪些重要因素？

光合作用的原理和应用

9、某科学家用含有14C的CO2来追踪光合作用中的C 原子，14C的转移途径是（） D A、CO2 叶绿体 ATP B、CO2 叶绿素 ATP C、CO2 乙醇糖类 D、CO2 三碳化合物糖类
10、在光合作用过程中，能量的转移途径是 B
A、光能 B、光能 C、光能 D、光能 ATP 叶绿素叶绿素 ATP 叶绿素 ATP CO2 CO2 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖
1880恩格尔曼实验
恩格尔曼的实验说明了什么问题？
光合作用释放的O2到底是来自H2O ，还是 CO2呢？
1939年
C18O2
美国
鲁宾卡门实验
18O 2
同位素标记法研究
O2 CO2
光照下的球藻悬液
H2O H218O
这个实验可以得出什么结论？
A
B
同位素标记法
• 同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫~~
转变
有机物
转变
糖类等有机物中的化学能
请分析光下的植物突然停止光照后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？
停止光照光反应停止 [H] ↓ ATP↓ 还原受阻 C3 ↑ C5 ↓
请分析光下的植物突然停止CO2的供应后，其体内的C5化合物和C3化合物的含量如何变化？ C3 ↓ 固定 CO2 ↓ 停止 C5 ↑

光合作用的探究历程和过程

英格豪斯发现：普利斯特利的实验只有在有光照射下才能成功，植物只有绿叶才能更新空气。
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，人们才发现植物吸收二氧化碳和水，在阳光的照射下，产生了氧气。
物质上把CO2和H2O转变成以糖类为主的有机物
能量上把光能转变成有机物中的化学能
4、光合作用的意义:
物质转变和能量转变在自然界中所起的作用
物质全球自养植物每年可合成以生产(4～5)×1011吨 “绿色工厂”
有机物
能量每年转化太阳能转化 3×1018千焦
“巨型能量转化站”
环境每年释放氧气保护 5.35×1011吨
“自动空气净化器”
5、光合作用原理的运用
• 植物自身因素 • 环境因素对光合作用的影响
厉！
教师寄语:
21世纪是生命科学的世纪,科学技术发展的车轮在不断前进!
希望同学们能站在先人的肩膀上成为”车ຫໍສະໝຸດ Baidu”前进的有力推动者!
根据所学的化学知识可知，水和二氧化碳反应，应该生成什么产物？碳酸
哪为什么在植物光合作用的过程中产物不是碳酸而是有机物？这说明光合作用过程中水和二氧化碳是否直接反应？不是直接反应的

光合作用的探究历程与基本过程

光合作用是自然界中实现碳循环非常重要的一环，对我们现在生物圈能维持这样的稳定性有着非常重要的作用，那么我们今天就来详细了解一下什么是光合作用，光合作用的过程和实质是什么？

一、光合作用的定义

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，并且释放出氧的过程。

发现者：英国科学家普利斯特利

二、光合作用的过程

1、光反应

（1）场所：叶绿体的类囊体上。

（2）条件：光照、色素、酶等。

（3）物质变化：叶绿体利用吸收的光能，将水分解成[H]和O2，同时促成ADP和Pi 发生化学反应，形成ATP。

（4）能量变化：光能转变为ATP中的活跃的化学能。

2、暗反应

（1）场所：叶绿体内的基质中。

（2）条件：多种酶参加催化。

（3）物质变化：

CO2的固定：CO2与植物体内的C5结合，形成C3；

C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受ATP水解释放的能量并且被还原，经过一系列的变化，形成葡萄糖和C5。

（4）能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中的稳定的化学能。

反应的化学方程式为：6CO2+6H2O---光照+叶绿素---C6H12O6+6O2

三、光合作用的实质

1、物质上，将无机物转换成有机物

2、能量上，将活跃的化学能转化为稳定的化学能

四、光合作用中的光的要求

光合作用主要靠可见波段的光来进行，波长390-410nm紫光可活跃叶绿体运动;波长600-700nm红光，可增强叶绿体的光合作用;波长500-560nm绿光，会被叶绿体反射和透射，使光合作用下降。。所以，凡是落在这一范围内的光都可以进行光合作用(绿光不好)。

光合作用的探究历程

2H2O
光解
吸收
（ CH2O）+ O2 叶绿体
O2 4[H] ATP
还原能
光能
2C3
固定
CO2 C5 (CH2O)
可见光
色素分子
多种酶
酶
ADP+Pi
光反应
暗反应
【总结】：
光反应
水的光解：
H2O →2 [H] + 1/2O2
ATP的合成：
ADP + Pi +
CO2的固定：
暗反应
酶
能量
酶
ATP
CO2 + C5 → 2C3
光能利用率
光合作用效率
1、控制光照强度 2、适当补充CO2 3、适宜的温度 4、矿质元素（合理施肥） 5、水（合理灌溉）
(四)、化能合成作用
1、化能合成作用：
少数菌类利用体外环境中某些无机物氧化时释放的能量来制造有机物。
2、举例：
硝化细菌： NH3
CO2＋H2O HNO2 HNO3 能（CH2O) ＋O2
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。
问题3：释放的O2 来自于H2O还是CO2？
鲁宾和卡门实验
结论：光合作用释放的02来自于水
问题4：有机物合成之谜
20世纪40年代[美国]卡尔文
用 14C标记CO2,供小球藻进行光合作用.探明了CO2中的C在光合作用中转化成(CH2O)的C，称为卡尔文循环。

光合作用的发现

结论：
氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物光合作用的场所。
恩格尔曼的实验
黑暗环境
极细光束
暴露在光下
恩吉尔曼实验设计有哪些巧妙之处？
黑暗环境
极细光束
暴露在光下
选材妙：
水绵具有细长的带状叶绿体，易于观察现象。
好氧细菌的利用，准确显示出氧气产生的部位 1、黑暗无空气的设计；
光合作用制造了淀粉叶绿体是光合作用的场所光合作用释放的氧气来自水探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径(卡尔文循环)
19
萨克斯
恩格尔曼
鲁宾、卡门
卡尔文
四、光合作用的概念和意义
场所：叶绿体原料：二氧化碳水动力：光产物：淀粉氧气
你能用一个化学反应式表示出来吗? CO2 + H2 O
光合作用中产生的氧气到底是来自于水还是二氧化碳？或是两者兼而有之呢？
如果要你来设计，要用什么技术，怎样控制变量呢？
随着科学技术的发展进步，特别是同位素标记法在生物实验中的广泛应用
下面是几位同学的设计，请判断有没有错误 1.将实验分为三组，分别为植物提供:H2O和CO2、H218O和CO2、H2O 和C18O2，第一组为对照组 2.为植物提供H218O和CO2，一组置于光下，另一组置于黑暗环境中， 3.为一组植物提供H218O和CO2，并置于光下，另一组提供H2O和 C18O2，置于暗处

光合作用的研究历程

光合作用是地球上生命系统的基础环节，它能将太阳能量转化为生物化学能，支撑着生命系统的运行。光合作用的研究历程可以追溯到19世纪，随着科学技术的不断发展，人们对光合作用的认识也在不断深化。

一、光合作用的初步探索

19世纪初，人们对光合作用还知之甚少，直到1796年英国科学家英格汉姆才提出了植物吸收光能诱发氧气分离的概念，即光合作用。1838年，瑞典科学家S. E. 塞贝克提出植物在光照下光合作用的本质是水分解，释放出氧气和氢离子，后者进一步被还原形成葡萄糖。这是光合作用的基本反应方程式，被后来的科学家们所深入研究。

二、光合作用反应路径的探索

1905年，德国生物化学家威廉・范特霍夫发现了叶绿素是存在于植物叶片中的绿色色素，具有吸收光子的功能。这一发现为光

合作用的反应路径研究提供了基础，为后续的研究打下了重要基石。

1929年，荷兰生物化学家C. B. van Niel运用化学分析的方法，提出了硫醇菌的光合作用反应路径，指出其产生氧气与碳酸盐还原，与绿色植物产生氧气与水分解的反应途径不同。他的研究打

破了人们对光合作用反应途径的传统观念，为研究生命系统的物

质代谢奠定了基础。

三、光合作用机理的探究

20世纪中期以来，科学技术的快速发展推动了光合作用机理的

深入探究。1951年，英国生物学家R. Hill测定了用光照射的细胞

膜释放氧气时的光谱特性。这一发现证实了塞贝克的研究成果，

使得植物在光照下呼吸能与光合作用发生关联被进一步证实。

1961年，美国科学家Melvin Calvin发表了“碳的路径”实验成果，阐明了植物中一氧化碳化合物和糖类的形成过程。这是对光合作

光合作用的探究历程和过程课件

二、光合作用的原理和应用
光合作用的探究历程和过程
1
一、光合作用的探究历程 1.直到18世纪中期，人们一直以为只有土壤中的水分
是植物建造自身的原料，而没有考虑到植物能否从空
气中得到什么。
2.1771年英国科学家普利斯特利的实验证实：植物可
以更新因蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气。
不足：没有考虑到光照的影响。实验缺少空白对照，
说服力不强。
2
3.1779年，英格豪斯实验结论：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，由于发现了空气的组成，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。） 4.1845年，德国科学家梅耶指出，植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。
16
2. 光反应为暗反应提供的物质是（ B ）
A.［H］和H2O
B.［H］和ATP
C.ATP和CO2
D.H2O和CO2
【解析】光合作用的光反应包括水的光解和ATP的合
成，前者产生［H］，后者生成ATP，产生的［H］
和ATP用于暗反应中C3的还原。
17
3. 将一株植物培养在H218O中并进行光照，过一段时间后18O存在于（ D ） A．光合作用生成的水中 B．仅在周围的水蒸气中 C．仅在植物释放的氧气中 D．植物释放的氧气和周围的水蒸气中

光合作用探究历程

0.6
0.6
请同学们根据上表的数据用描点法画出曲线
CHENLI
16
CO2
光饱和点
· 吸
C
收光补偿点
净光
植物总
量
· O B
· CO2
释A
速率
光合
速
率光照强度
放在黑暗中呼吸所放出的CO2即量呼吸作用
CHENLI
17
CO2 吸收
B 0
c A
C1
a
A点：黑暗时，
b
只进行细胞呼吸
C2
CHENLI
21
图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化。图乙表示水稻 CO2吸收速率与光照强度的关系。有关说法正确的是( )
A．图甲中，光照强度为b时，光合作用速率等于呼吸作用速率 B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位
光能叶绿体
C6H12O6+ 6H2O + 6O2
原料
条件
产物
CO2
水浓分度
光矿温
照
质元
度
素
CHENLI
15
（1）光照强度对光合速率的影响
在一定实验条件下，测得某植物光合作用速率与光照强度之间的关系数据如下表：

光合作用发现历史资料整理知识讲解

光合作用是一种生物化学过程，它利用太阳能将二氧化碳和水转化为

有机物（如葡萄糖）和氧气。光合作用在地球上扮演着至关重要的角色，

维持着地球生态系统的平衡，并提供了人类所需的能量和氧气。

光合作用的发现可以追溯到17世纪末，当时化学家和植物学家开始

对植物中的绿色叶片进行研究。通过实验，他们发现植物在光照下会产生

氧气，并且与呼吸过程有关。这一发现为后来对光合作用的研究奠定了基础。

在18世纪末和19世纪初，研究者们进一步深入研究植物的光合作用。瑞士植物学家尤金·马吕斯·万·纳西尔（Eugene Maillot Van Niel）

是第一个提出“光合作用”这一术语的科学家。他观察到绿色植物只有在

光照下才进行光合作用，并且通过光合作用生成的氧气来自水而不是二氧

化碳。这一发现奠定了光合作用的基本原理。

20世纪初，荷兰植物生理学家雅克布·斯蒂尔（Jacques Loeb）和

美国生理学家雷蒙·林德曼（Raymond Lindeman）对光合作用进行了更深

入的研究。他们确认光合作用的主要反应发生在植物叶绿体中的色素分子上。这些色素分子的一种叫作叶绿素，它能够吸收太阳能。一旦叶绿体吸

收到太阳能，光合作用即开始进行，并将光能转化为化学能。

随着科学技术的进步，研究者们能够更加深入地理解光合作用的机制。他们发现光合作用由两个主要阶段组成：光反应和暗反应。光反应发生在

光合作用开始的初级反应，它需要太阳能和水分子。在光反应中，光能被

吸收并转化为化学能，同时水分子被分解成氧气和氢离子。

暗反应是光合作用的第二阶段，它发生在光反应后。在暗反应中，化学能被转化为葡萄糖等有机物。这一反应需要二氧化碳来提供碳源，并由酶催化。暗反应在植物细胞的叶绿体中进行，它是合成有机物和固定碳的重要过程。

光合作用的发展历程

1.17世纪，人们开始注意到植物生长与光的作用有关。例如，英国

化学家普里斯特利（Joseph Priestley）于1765年发现了植物可以通过光合作用将二氧化碳转化为氧气。

2.18世纪的科学进步促进了对人体器官和过程的了解，特别是植物

的绿色物质、光、二氧化碳和水之间的关系。

3.18世纪后期至19世纪，随着新化学体系的建立和新生物学理论

的兴起，对光合作用的研究逐渐深入。

4.19世纪末至20世纪初，光合作用的氧化还原反应机制和光合作

用的能量转换路径开始受到重视。

5.光合作用研究的重大突破：

6.1932年，英国科学家鲁宾斯坦（Martin Lowry）提出了ATP作为

细胞内能量物质的观点。

7.1934年，美国科学家查默斯戈尔德（Melvin Calvin）领导的团队

研究了暗反应的过程，并揭示了卡尔文循环的存在，从而完善了对光合作用基本过程的认识。

8.20世纪末至21世纪初，光合作用的研究继续深入，特别是在光

合作用过程中如何利用光能的问题上取得了新的进展。

光合作用的探究历程

关于植物光合作用的研究，早在17世纪初就开始了。当时，有一位名叫赫尔蒙特的比利时医生就做过这样一个有趣的试验。他把十分容易生根成活的一段柳树枝条种植在一个大瓦盆里。在种植之前，他称量了柳树枝条的质量（2.27kg）和瓦盆中干燥沙土的质量（90.8kg）。此后，只向盆中浇雨水，不再添加其他东西。5年以后，当赫尔蒙特再次进行称量时，柳树枝条已经长成重达76.86kg的柳树，而瓦盆中干燥沙土的质量仅仅减少了千分之一左右。柳树增加的质量远远大于土壤减少的质量。所以，根据这个试验，赫尔蒙特认为，使柳树生长并增加质量的物质，主要来源于雨水，而不是土壤。这个结论在今天看来虽然并不十分科学和严谨，但是，它开创了人们使用定量的方法来研究生物学的先例，是对生物学研究的一个重要贡献。

[背景材料：海尔蒙特（Jan Baptist van Helmont），比利时化学家，生物学家，医生。他在化学理论和实践上都有卓越贡献，从而成为炼金术向近代化学转变时期的代表人物。他所做的柳树实验也是生物研究上划时代的工作。

海尔蒙特有一个著名的实验，就是把两百磅的土壤烘干称重，然后在土里种下5磅重的柳树种子，收集雨水灌溉；五年后柳树长成169磅3盎司重，土壤再烘干称重，只少了2盎司。这证明树木的重量增加来自雨水而非土壤。世界各地生物课本都会提到这一段记载。接着他继续写道：

『根据圣经创世记第一章，上帝创造世界的第一天，就创造了天，创造了地，也创造了水，水一定是非常重要的。我的柳树实验，是要证明上帝创造世界的第三天，上帝说：『天下的水要聚在一处，使旱地露出来。』事就这样成了。上帝说：『地要发生青草和结种子的菜蔬，并结果子的树木，各从其类，果子都包着核。』事就这样成了。这件事就是：树木只要有种子，只要有水，就能供给植物生长所需。』这段记载说明了，海尔蒙特研究柳树实验的动机是为了印证圣经创世记第一章。这段记载却没被收录在我国的任何一本生物课本里，

人教版高中生物必修一课件：光合作用的探究历程 (共20张PPT)

光合作用的探究历程
叶绿体场所原料
二氧化碳水
光
光
合
条件
作
用
产物
有机物氧气
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。
光合作用的探究历程思维导图法
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海尔蒙特的实验结论：
水是植物体建造自身的原料
海尔蒙特的实验设计有什么不足的地方？
光能转变为化学能，储存在什么物质中呢？
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?
1864年，德国科学家萨克斯的实验
1864年，德国科学家萨克斯的实验
萨克斯的实验结论
植物在光下光合作用产生淀粉
光
H2O+CO2
叶绿体
（CH2O）+ O2
光合作用释放的O2是来CO2还是H2O？
他们两位科学家知道植物更新了空气中的什么成份吗？为什么？
H2O+气体（ CO2 ）光
干物质（
）
+ 气体（ O2）
绿色植物
➢1785年，发现了空气的组成，人们才明确绿叶在光下放出的是O2，吸收的是CO2
在这一过程中，光能哪里去了呢？
1845年德国科学家梅耶根据物理学的能量转化和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转化为了化学能储存起来。

光合作用的探索历程

光合作用的发现历程教学参考

光合作用发现历程

生物必修一：光合作用的探索历程

光合作用的原理和应用

光合作用的探究历程和过程

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光合作用的探究历程

光合作用的发现

光合作用的研究历程

光合作用的探究历程和过程 课件

光合作用探究历程

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光合作用的发展历程

光合作用的探究历程

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