第第5章章 细胞的能量供应和利用细胞的能量供应和利用“当你点燃一块煤，当你点燃一块煤，你看到的是亿万年前的阳光。你看到的是亿万年前的阳光。”20002000多年前，亚里士多多年前，亚里士多德认为德认为植植物体由物体由 “土土壤汁壤汁”构成，即植物生构成，即植物生长发育所需物质完全来长发育所需物质完全来自土壤。自土壤。一、光合作用的发现一、光合作用的发现五年后五年后+74.4kg0.057kg1642年，范年，范赫尔蒙特赫尔蒙特(J.B. van Helmont)的实验的实验结论：结论：植植物增重来自物增重来自水分水分即植物增加的重量仅仅来自水分即植物增加的重量仅仅来自水分开始时开始时柳树的质量柳树的质量2.3kg干土的质量干土的质量90.8kg只浇雨水只浇雨水年后年后改变量改变量76.7kg90.743kg 你认为赫尔蒙特的实验结论是否你认为赫尔蒙特的实验结论是否正确？他忽视了哪个重要因素？正确？他忽视了哪个重要因素？普利斯特利结论：植物可以更新空气。普利斯特利结论：植物可以更新空气。17711771年年普利斯特利普利斯特利实验实验?17791779年年英根豪斯英根豪斯实验实验结论：只有绿色植物在光照下才能更新空气。结论：只有绿色植物在光照下才能更新空气。重复进行重复进行500500多次多次O2CO218641864年年萨克斯萨克斯实验实验绿色植物释放绿色植物释放2的同时还产生了哪些物质？的同时还产生了哪些物质？18641864年年萨克斯萨克斯实验实验结论：植物光合作用的产物还有结论：植物光合作用的产物还有淀粉淀粉。 3、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 1、让叶片中的营养物质（、让叶片中的营养物质（淀粉）淀粉）消耗掉消耗掉 1 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 2、为什么让叶片的一半曝光，、为什么让叶片的一半曝光，另一半遮光呢？另一半遮光呢？ 3 3这个实验说明了什么问题？这个实验说明了什么问题？2 2、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 1865年光合作用的反应式年光合作用的反应式CO2+H2O(CH2O)n+O2光光18801880年，德国科学家恩吉尔曼利用载有水绵和年，德国科学家恩吉尔曼利用载有水绵和好氧细菌的临时装片寻找光合作用的场所好氧细菌的临时装片寻找光合作用的场所 极极 细细 光光 束束黑暗中黑暗中光照下光照下1 1装片中好氧菌集中在被装片中好氧菌集中在被光束照射到的部位附近。光束照射到的部位附近。2 2装片中好氧菌集中在叶装片中好氧菌集中在叶绿体所有受照射的部位。绿体所有受照射的部位。1 1、为什么选用水绵做为实验材料？、为什么选用水绵做为实验材料？2 2、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？、为什么选用黑暗并且没有空气的环境？ 3 3为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全为什么先用极细光束照射水绵，而后又让水绵完全曝露在光下？曝露在光下？ 1 1、是因为水绵不仅有细而长的带状叶绿体，而且螺、是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，便于进行观察分析研究。旋分布于细胞中，便于进行观察分析研究。2 2、先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实、先选用黑暗并且没有空气的环境，是为了排除实验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。验中光线和氧的影响，确保实验的准确性。、能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完、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，并且氧是由释放出来的是光照引起的，并且氧是由释放出来的叶绿体叶绿体恩格尔曼实验的巧妙之处恩格尔曼实验的巧妙之处光合作用释放的光合作用释放的O O2 2到底是来自到底是来自H H2 2O O，还是还是COCO2 2呢，呢，还是两者兼而有之？还是两者兼而有之？ 鲁宾和卡门实验鲁宾和卡门实验同学们考虑一下，标记哪一种元素？同学们考虑一下，标记哪一种元素？研究方法：研究方法：同位素标记法（同位素标记法（P102）研究问题研究问题：光合作用产生的：光合作用产生的来自来自还是还是？2020世纪世纪3030年代，年代，鲁宾和卡门鲁宾和卡门（美）的同位（美）的同位素标记实验，如下图所示：素标记实验，如下图所示：这一实验证实了：这一实验证实了：光合作用产生的氧气全部来自水，而不光合作用产生的氧气全部来自水，而不是来自是来自COCO2 2CO2+H2O叶绿体叶绿体光能光能(CH2O)+O2光合作用的总反应式：光合作用的总反应式：19611961年诺贝尔化学奖得主年诺贝尔化学奖得主2020世纪世纪4040年代年代卡尔文卡尔文实验实验14CO2 标记小球藻标记小球藻光合作用光合作用卡尔文循环卡尔文循环一、光合作用的探究历程一、光合作用的探究历程海尔蒙特海尔蒙特建造植物的原料是建造植物的原料是H2O普里斯特利普里斯特利植物可以更新空气植物可以更新空气英根豪斯英根豪斯只有在只有在光光下植物才能更新空气下植物才能更新空气1785年年放出的气体是放出的气体是O2，吸收的是，吸收的是CO2梅耶梅耶植物把光能转化为植物把光能转化为化学能化学能储存起来储存起来萨克斯萨克斯绿色叶片在光下产生了绿色叶片在光下产生了淀粉淀粉恩吉尔曼恩吉尔曼叶绿体叶绿体是光合作用的场所是光合作用的场所鲁宾和卡门鲁宾和卡门光合作用释放的氧全部来自水光合作用释放的氧全部来自水卡尔文卡尔文卡尔文循环卡尔文循环从人类对光合作用探究历程来看，生物从人类对光合作用探究历程来看，生物学的发展与物理学和化学有什么联系学的发展与物理学和化学有什么联系? ?与与技术手段的进步有什么关系？技术手段的进步有什么关系？ 生物学的发展与物理学和化学的研究和进展关系生物学的发展与物理学和化学的研究和进展关系很密切。例如：很密切。例如： 到到17851785年，由于发现了空气的组成，人们才明年，由于发现了空气的组成，人们才明确光合作用放出的气体是确光合作用放出的气体是O O2 2，吸收的是，吸收的是COCO2 2 ； 鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用释放的气体放的气体O O2 2是来自水，而不是来自是来自水，而不是来自COCO2 2 ； 卡尔文用同位素示踪技术探明了卡尔文用同位素示踪技术探明了COCO2 2中的碳在光中的碳在光和作用中的转化成有机物中碳的途径。和作用中的转化成有机物中碳的途径。一种方法：实验一种方法：实验一种精神：探究一种精神：探究一种期待：超越一种期待：超越我的感悟我的感悟分析人类对光合作用的探究历程，你还有分析人类对光合作用的探究历程，你还有哪些感悟？哪些感悟？分布：主要存在绿色植物的叶肉细胞里以及幼嫩茎秆的皮层细胞里。功能：绿色植物进行光合作用的细胞器。色素色素叶绿体基粒的囊状结构的薄膜叶绿体基粒的囊状结构的薄膜位置位置分类分类叶绿素叶绿素类类胡萝卜素胡萝卜素叶绿素叶绿素a a叶绿素叶绿素b b叶黄素叶黄素胡萝卜素胡萝卜素功能功能吸收、吸收、传递、转化光能传递、转化光能含量占含量占1/4含量占含量占3/4( (蓝绿色）蓝绿色）（黄绿色）（黄绿色）（橙黄色）橙黄色）（黄色）黄色）叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光；叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光类胡萝卜素主要吸收蓝紫光二、叶绿体中的色素二、叶绿体中的色素色素可以吸收光能色素可以吸收光能叶绿素中的吸收光谱叶绿素中的吸收光谱0400500600700 nm 50100叶绿素叶绿素b叶绿素叶绿素a叶绿素主要叶绿素主要吸收红橙光吸收红橙光和蓝紫光和蓝紫光为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，为什么春夏两季植物的叶子翠绿醉人，而深秋树叶则金黄斑斓呢？而深秋树叶则金黄斑斓呢？ 叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。由叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。由于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四于叶绿素含量约占总量的四分之三，而类胡萝卜素仅占四分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于分之一，所以通常植物的叶子总是翠绿醉人的。这是由于叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。叶绿素掩盖了类胡萝卜素颜色的缘故。 但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为“忍受忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日重见天日”。1930年，范尼特年，范尼特 (van Niet)CO2+C6H12O6+ 6H2O+CO2+12H2OC6H12O6+ 6H2O+ 6O212H2S12S紫硫细菌紫硫细菌