第第五五章章 绿色植物与生物圈绿色植物与生物圈中的碳中的碳氧平衡氧平衡呼吸作用消耗氧呼吸作用消耗氧呼吸作用产生二氧化碳呼吸作用产生二氧化碳二氧化碳二氧化碳+ +水水 + +能量能量呼吸作用过程有机物有机物+ 氧气氧气24002400年前，亚里士多德年前，亚里士多德植物生长的营养来源于土壤植物生长的营养来源于土壤1643年，海尔蒙特 16431643年，比利时科学家海尔蒙特把一棵年，比利时科学家海尔蒙特把一棵2.32.3千克重的柳千克重的柳树苗栽种到一个木桶里，桶里盛有事先称过重量的土壤。树苗栽种到一个木桶里，桶里盛有事先称过重量的土壤。从此，他只用纯净的雨水浇灌树苗。从此，他只用纯净的雨水浇灌树苗。2.3Kg90.0Kg五年五年76.1Kg89.9Kg+73.8Kg-0.1Kg海尔蒙特：海尔蒙特： 水分是植物体建造自身的原料水分是植物体建造自身的原料光合作用需要光合作用需要水水21 1 1 1、蜡烛易熄灭、小白鼠易、蜡烛易熄灭、小白鼠易、蜡烛易熄灭、小白鼠易、蜡烛易熄灭、小白鼠易 窒息而死。窒息而死。窒息而死。窒息而死。2 2 2 2、蜡烛不容易熄灭。、蜡烛不容易熄灭。、蜡烛不容易熄灭。、蜡烛不容易熄灭。3 3 3 3、小白鼠不易窒息而死。、小白鼠不易窒息而死。、小白鼠不易窒息而死。、小白鼠不易窒息而死。131771年，年，普里斯特利普里斯特利普里斯特利：普里斯特利： 绿色植物能够更新由于蜡绿色植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空烛燃烧或动物呼吸而变得污浊的空气气光合作用光合作用有气体参与有气体参与 当其他人重复普里斯特利的实验时，当其他人重复普里斯特利的实验时，有的能够成功，有的总是失败。这是有的能够成功，有的总是失败。这是什么原因呢？什么原因呢？ 后来，荷兰科学家英格豪斯后来，荷兰科学家英格豪斯, ,证实了只有在阳证实了只有在阳光的照射下，普里斯特利的实验才能获得成功。光的照射下，普里斯特利的实验才能获得成功。光合作用光合作用需要光需要光17791779年，英格豪斯年，英格豪斯植物植物“净化净化”空气的条件空气的条件 植物植物“净化净化”空气的场所空气的场所绿色部分绿色部分光光氧气氧气氧气能使带火星的氧气能使带火星的木条复燃木条复燃 光合作用光合作用 产生氧气产生氧气现象：现象：1864年 德国科学家 萨克斯未遮光部分变成蓝色。未遮光部分变成蓝色。光合作用的产物光合作用的产物 淀粉淀粉 18801880年年 德国科学家德国科学家 恩吉尔曼恩吉尔曼现象：现象：分析分析 ：在没有空气的黑暗环境中在没有空气的黑暗环境中好氧细菌只集中在被好氧细菌只集中在被极细极细光束光束照射的叶绿体附近。照射的叶绿体附近。光线照射部位进行光合作光线照射部位进行光合作用产生了氧气。用产生了氧气。18801880年年 德国科学家德国科学家 恩吉尔曼恩吉尔曼在没有空气的光亮环境中在没有空气的光亮环境中现象：现象：集中原因：集中原因：见光见光叶绿体叶绿体部位有氧气的部位有氧气的产生。产生。好氧细菌集中在好氧细菌集中在叶绿体叶绿体所有受光部位所有受光部位。光合作用的场所光合作用的场所叶绿体叶绿体小结：小结：1771年，英国科学家普里斯特利通过实验发现：年，英国科学家普里斯特利通过实验发现：1864年，德国科学家萨克斯通过实验证明：年，德国科学家萨克斯通过实验证明：1880年，德国科学家恩吉尔曼通过实验证明：年，德国科学家恩吉尔曼通过实验证明： 20世纪世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门通过实验证年代，美国科学家鲁宾和卡门通过实验证明：明：植物可以更新空气。植物可以更新空气。绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。 氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所。场所。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。光合作用的发现史光合作用的发现史24002400多年前，多年前，古希腊古希腊亚里士多德亚里士多德 植物的根是一张嘴植物的根是一张嘴16431643年，年，比利时比利时海尔蒙特的实验海尔蒙特的实验 光合作用需要光合作用需要水水17731773年，年，英国英国普里斯特利的实验普里斯特利的实验 光合作用有光合作用有气体气体参参与与17791779年，年，荷兰荷兰英根豪斯的实验英根豪斯的实验 光合作用需要光合作用需要光光和和绿色部绿色部分分18641864年，年，德国德国萨克斯的观察萨克斯的观察 光合作用中合成光合作用中合成碳水化合碳水化合物物18451845年，年，美国美国卡尔文卡尔文 光合作用把光合作用把光能光能 化学能化学能 18801880年，年，德国德国恩吉尔曼恩吉尔曼 光合作用的场所为光合作用的场所为叶绿叶绿素素光合作用动画叶绿素形成与光合作用水草的气泡发生试验水草的气泡发生试验.光合作用的实质：原料：原料：产物：物：条件：条件：二氧化碳、水二氧化碳、水有机物、氧气有机物、氧气光、叶绿体光、叶绿体二氧化碳二氧化碳+水水光能光能叶绿体叶绿体有机物有机物+氧气氧气光合作用吸收二氧化碳光合作用吸收二氧化碳二氧化碳是光合作用的原料吗？ 请你设计实验探究光合作用是否需要请你设计实验探究光合作用是否需要二氧化碳。二氧化碳。提示：提示：NaOHNaOH溶液能够吸收二氧化碳。溶液能够吸收二氧化碳。要将植物在黑暗处要将植物在黑暗处放一昼夜，再移到放一昼夜，再移到光下做实验，这样光下做实验，这样可避免原有叶片中可避免原有叶片中秋景的有机物的干秋景的有机物的干扰。扰。 看图例是否考虑周全？看图例是否考虑周全？看图例是否考虑周全？看图例是否考虑周全？实施实验验证假设：实施实验验证假设：绿色植物光合作用吸收二氧化碳绿色植物光合作用吸收二氧化碳实验设计参考清水清水氢氧化钠氢氧化钠结论：二氧化碳二氧化碳COCO2 2是光合作用的是光合作用的原料原料之一之一清水清水氢氧化钠氢氧化钠氧气氧气氧气能使带火星的木条复燃氧气能使带火星的木条复燃 光合作用光合作用产生氧气产生氧气注意：为了保证观察演示实验的注意：为了保证观察演示实验的成功，要注意如下五点。成功，要注意如下五点。如果如果教室内光线不够充足，可以用事教室内光线不够充足，可以用事前准备好的前准备好的100W100W或或200W200W白炽灯来白炽灯来照射金鱼藻。照射金鱼藻。选用选用500ml 500ml 大号大号烧杯和柄长烧杯和柄长10.5cm10.5cm漏斗。漏斗。要选要选新鲜的金鱼藻。新鲜的金鱼藻。在烧杯的清水在烧杯的清水中可加适量碳酸氢钠，具体做法中可加适量碳酸氢钠，具体做法是每是每100ml 100ml 清水加清水加0.1g0.1g碳酸氢钠。碳酸氢钠。烧杯中的清水不要太冷，可用烧杯中的清水不要太冷，可用20202525的温水，以提高光合的温水，以提高光合作用的速度，促进放氧。作用的速度，促进放氧。尝试设计探究实验计划：尝试设计探究实验计划：“绿色植物光合作用吸收二氧化碳绿色植物光合作用吸收二氧化碳, ,放出氧气放出氧气”光合作用示意图光合作用示意图二氧化碳二氧化碳+ +水水光能叶绿体有机物有机物+ +氧气氧气光合作用在农业生产上的应用-合理密植光合作用的意义光合作用的意义 COCO2 2 2 2O O2 2 2 2光合作用与碳光合作用与碳氧平衡氧平衡：光合作用的过程很复杂，但至光合作用的过程很复杂，但至少我们知道了它需要二氧化碳，少我们知道了它需要二氧化碳，产生氧气。空气中氧气：产生氧气。空气中氧气：20.960%20.960%，二氧化碳：，二氧化碳：0.035%0.035%，这叫做碳这叫做碳氧平衡。植物的出氧平衡。植物的出现才使得其他生物繁衍生息、现才使得其他生物繁衍生息、生机勃勃成为可能。生机勃勃成为可能。是植物的光合作用维持了这样是植物的光合作用维持了这样美好的和谐的一种平衡。美好的和谐的一种平衡。它会不会被打破呢？它会不会被打破呢？气体成分气体成分吸入气体吸入气体呼出气体呼出气体肺泡气体肺泡气体氧气氧气20.96%16.4%14.3%二氧化碳二氧化碳等等0.04%4.1%5.6%氮气氮气79%79.5%80.1%人体气体交换人体气体交换 光合作用的意义光合作用的意义物质转变和能量转变物质转变和能量转变在自然界中所起的作用在自然界中所起的作用物质合物质合成成全球自养植物每年可以生产全球自养植物每年可以生产(4(45)105)101111吨有机物吨有机物“绿色工厂绿色工厂”能量转能量转化化每年转化太阳能每年转化太阳能3103101818千焦千焦“巨型能量转化站巨型能量转化站”环境保环境保护护每年释放氧气每年释放氧气5.35105.35101111吨吨“自动空气净化器自动空气净化器”1 1 1 1、光合作用制造数量巨大的有机物。、光合作用制造数量巨大的有机物。、光合作用制造数量巨大的有机物。、光合作用制造数量巨大的有机物。（据估计，地球上的绿色（据估计，地球上的绿色植物每年大约制造四五千亿吨有机物，这远远超过了地球上每年植物每年大约制造四五千亿吨有机物，这远远超过了地球上每年工业产品的总产量。）工业产品的总产量。）2 2 2 2、将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。、将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。、将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。、将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。3 3 3 3、使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。、使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。、使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。、使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。（据估计，全世（据估计，全世界所有生物呼吸作用和燃烧各种燃料所消耗的氧，平均为界所有生物呼吸作用和燃烧各种燃料所消耗的氧，平均为10000 10000 t ts(s(吨每秒吨每秒) )。以这样的消耗氧的速度计算，大气中的氧大约只。以这样的消耗氧的速度计算，大气中的氧大约只需二千年就会用完。）需二千年就会用完。）4 4 4 4、对生物的进化具有重要的作用。、对生物的进化具有重要的作用。、对生物的进化具有重要的作用。、对生物的进化具有重要的作用。（在距今（在距今2020亿至亿至3030亿年以前，亿年以前，蓝藻在地球上出现以后，地球的大气中才逐渐含有氧，从而使地蓝藻在地球上出现以后，地球的大气中才逐渐含有氧，从而使地球上其他进行有氧呼吸的生物得以发生和发展。由于大气中的一球上其他进行有氧呼吸的生物得以发生和发展。由于大气中的一部分氧转化成臭氧部分氧转化成臭氧(O(O3 3) )。臭氧在大气上层形成的臭氧层，能够有。臭氧在大气上层形成的臭氧层，能够有效地滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，从而使效地滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，从而使水生生物开始逐渐能够在陆地上生活。经过长期的生物进化过程，水生生物开始逐渐能够在陆地上生活。经过长期的生物进化过程，最后才出现广泛分布在自然界的各种动植物。）最后才出现广泛分布在自然界的各种动植物。）森森 林林 覆覆 盖盖 率率 本世纪初全球森林面积本世纪初全球森林面积只有只有80008000年前的年前的30%30%大气中二氧化碳含大气中二氧化碳含量不断上升量不断上升乱砍乱伐、过度放牧等使森林绿地急剧减少，吸碳制氧量大幅下降乱砍乱伐、过度放牧等使森林绿地急剧减少，吸碳制氧量大幅下降人口、工业、交通工具等迅速增加，耗氧排碳量高速增长人口、工业、交通工具等迅速增加，耗氧排碳量高速增长人类如果不控制温室气体尤其人类如果不控制温室气体尤其是二氧化碳气体的排放量是二氧化碳气体的排放量, ,到到20252025年年, ,地球表面平均温度将地球表面平均温度将升高升高1, 1, 全球温度升高全球温度升高1133可能导致海平面上升可能导致海平面上升6060厘厘米米100100厘米，美国的纽约、厘米，美国的纽约、日本的东京、泰国曼谷、中国日本的东京、泰国曼谷、中国的上海等的上海等3030多个特大城市将受多个特大城市将受到严重影响。以中国为例到严重影响。以中国为例, ,到到20502050年年, , 中国沿海可能有近中国沿海可能有近4848个城市个城市,9.2,9.2万平方千米的土地万平方千米的土地将受到淹没的危险将受到淹没的危险, ,大约有大约有67006700万人口将要背井离乡。万人口将要背井离乡。温温 室室 效效 应应氧气氧气二氧化碳二氧化碳呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用光合作用光合作用 光合作用光合作用 燃燃料料燃燃烧烧燃燃料料燃燃烧烧呼呼吸吸作作用用呼呼吸吸作作用用