光合作用的发现

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1、光合作用的发现有位诗人这样说，绿色植物是窃取天火的普罗米修斯，它所吸收的光和热，不仅养育了 地球上的其他生物，而且使巨大的涡轮机旋转，使诗人的笔挥舞。这里所说的绿色植物的这些重大意义，事实上主要是说它的所进行的光合作用。而关于 光合作用的概念，在初中的时候我们学过，是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化 碳和水转化成储存能量的有机物，并且释放出氧的过程。好，我们来写一下它的表达式。板 书这个表达式很形象地表达出了光合作用的原料是、场所、条件、产物。并很清楚地表 示出了它的大致过程，但是呢，绿色植物的这么一个重要作用的发现，科学家们历经了很长 时间的艰苦研究。那我们今天呢就沿着科学家对光合作

2、用的探究历程来展开光合作用的学 习。好，请同学们用五分钟的时间，阅读课本的52页光合作用的发现的这几个实验。并分 别找出每个实验的时间、人物和结论。等下呢，老师要提问哦。【画表格，并提问让同学们口头回答完成表格，提醒其他同学画下来】好，同学们阅读能力都很强，归纳的也很到位。关于光合作用的探索历经的过程呢，今天我 们主要来学习这几个。对于植物的生长，在很早以前就已经引起人们的关注。因为植物的根系是长在土壤中的， 所以十八世纪中期之前，人们就一直认为，植物体内的营养物质都是从土壤中得到的。那么 根到底从土壤中得到什么呢？那么其中就有一个著名的试验，在17世纪的时候，科学家赫 尔蒙特做了这样一个著名

3、的柳树桶栽实验。他把柳树栽种在木桶中，在培养过程中只浇水， 五年以后，柳树苗增重74.5kg，但是桶里的土壤却只减少0.057kg。根据这样的一个数据， 他因此就推测呢，柳树的增重是因为植物从土壤中吸收的水，因为他只浇水，这是早期人们 对植物生长认识，也就是认为植物生长是从土壤中吸收了水。那时他们并没有想到植物能够 从空气中获得什么东西。这个实验课本上没有，但初中的课本上有，它也是一个很重要的实 验，同学们也要大致了解。那后来呢，直到1771年，英国的一个著名科学家，普利斯特里， 勇于突破当时的认识局限，他做了这样一个试验，主要是研究绿色植物对气体中成分变化的 影响。板书他是怎么做的呢，他将燃

4、烧着的两根蜡烛，用密封的玻璃罩罩着，其中一个玻 璃罩内还放了绿色植物，另一个没放，过了一段时间后，发现，有绿色植物的玻璃罩内的蜡 烛依然燃烧着，而没有绿色植物，熄灭了。另外他又做了类似的试验，将两只小白鼠照在密 闭玻璃罩里，其中一个有绿色植物，另外一个没有。一段时间后发现，没有绿色植物陪伴的 小白鼠已经奄奄一息，而另外一只呢还活蹦乱跳的。那么普利斯特里根据这样的结果得出结 论，他认为有植物存在的时候，空气比较好，也就是植物是可以更新空气的。他的试验一提出，有很多科学家就纷纷做这个试验，可是有的成功了有的没成功。所 以这就很奇怪了，到底是什么因素影响了实验的成败呢？当时的科学家还不能得出个答案，

5、 那同学们认为，是什么原因？光。是光的原因，这些科学家啊，并没有意识到植物更新空气 的这个作用必须要在有光的条件下才能进行。当时并没有太多人去继续深究这个事情。但是 呢，有一个科学家，他就不信邪，坚持不懈地，做了 500多次试验，500多次啊，同学们， 一个实验反复做500多次，需要多少坚忍不拔的毅力和科学探索的精神啊。终于呢，功夫不 负有心人，他成功了，他发现了这个实验的规律，也就是植物只有在光的条件下才能更新气 体。这个问题解决了，那新的问题又来了。植物能在光下更新气体，那么它更新的这个气体究竟是什么呀？为什么有的气体能够 使得蜡烛继续燃烧，使得小白鼠活下来，而有的气体却不能，这个空气当中

6、到底有什么成分 啊？当时啊，人们都还不知道空气中气体的成分，所以就又开始对空气中的成分进行研究， 后来空气中的成分组成研究出来后，才逐渐知道了，在普利斯特里的那个实验中，能够使得 蜡烛燃烧，使小白鼠活下来的是氧气，而不能使得蜡烛燃烧使得小白鼠活下来的主要是二氧 化碳，而所谓的更新空气，就是将二氧化碳转化成氧气，因此可以说绿色植物在光的作用下， 能够产生氧气。到这里，人们发现了绿色植物有这样的一个重要作用，那到底这样的一个重要作用它 是如何进行的，它为什么需要光，为什么能产生氧气，出来氧气外它还能产生什么吗？它具 体涉及到什么物质的变化和能量的变化呢？等等等等。对于这个绿色植物的这个作用， 科学

7、家们还有太多的疑惑，还存在太多问题。那么呢，经过科学家们的不断努力，才逐渐解 开这些疑惑，逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物，并弄清楚它们的作用机理。这 个过程是科学家们不断探究的历程，充满艰辛和挑战，科学家们凭着对科学的热爱和坚忍不 拔的精神，才取得后来这些重大的成就。那今天我们就选取几个经典的实验，跟着科学家一 起去探索。首先，我们知道，光合作用需要在光的条件下进行，那么这个光被吸收进来之后哪去了?根 据能量守恒的定律，这个光能不可能凭空消失不见了啊，一定得有个去向吧？于是有科学家 就提出假设了，提出假设，认为呢植物把光能转化成化学能储存在有机物里了。那提出了假 设是不是的用实验去证

8、实啊。于是1864年，德国的一位科学家，萨克斯，做了这样一个实 验。他把绿色叶片先放在黑暗出放置一段时间，目的是让叶片中的营养物质全部消耗掉然后 呢把这个叶片一半放置在光下，曝光，另一半用黑纸包着，遮光，过一段时间之后，把这个 叶片用碘蒸气处理，发现，遮光的那一半叶片呈现的是碘的颜色，另外那一半曝光的叶片呢 呈现蓝色，用碘处理呈现蓝色，说明什么？说明有淀粉吧。也就是这个实验证明了绿色植物 光合作用产生了淀粉，有机物。（C6H12O6）.这个试验结果证明了前面我们的假设。那在这个 过程中，我们可以总结出科学家探究实验的一般过程，首先通过现象提出问题，然后做出假 设，做出假设之后就设计相应的实验去

9、验证，然后呢，通过对实验的分析，最后得出了结论， 也就是是判定假设否成立。板书 科学探究实验的一般过程提出问题、做出假设、设计 实验、分析实验、得出结论这样的一个科学探究的过程，是同学们今后设计实验，做科学 研究的一个重要的参考方法。同学们要有这个初步的认识。好，说回光合作用的发现。我们一直在说植物在进行光合作用，那么准确的说，应该是植物的哪个部分在进行光 合作用，也就是光合作用的场所是在哪里。叶片里的叶绿体。最初科学家们也是不知道。他 们做了各种假设，然后设计很多实验去寻找答案。其中呢，英国的一位科学家，恩格尔曼， 提出了这样的一个假设，植物的光合作用场所是叶绿体中进行，并且在1880年的时

10、候，它 做了一个实验去证实他的假设。他做了一个载有水绵和好养细菌的临时装片放在没有空气的 黑暗环境里，（所谓的好养细菌呢，就是喜欢氧气，哪里氧气多就往哪里跑的这样一种细菌。） 然后用极细的光束照射水绵。而通过显微镜观察呢发现，水绵中被光照到那部分的叶绿体周 围集中了大多的好氧细菌，也就是说好氧细菌都纷纷往被光照到的叶绿体那里集中。而当它 把刚才那个装片完全暴露在光下时，发现好氧细菌则分布在叶绿体的受光部位。这说明了什 么？说明了是叶片的哪个细胞器产生量氧气？叶绿体。叶绿体产生了氧气，也就是说它是光 合作用的场所。那么请同学们分析一下，在这个试验中，为什么选用水绵作为材料呢？同时为什么要 把装片

11、放在没空气的黑暗环境中进行？ （1、因为水绵可以清晰地观察到叶绿体，这个试验 要证明光合作用在叶绿体中进行，所以我们必须选用能够清晰地看到叶绿体的植物作为材 料。2由于我们他要证实有氧气放出来，那么就要断绝空气中氧的来源，了排除外界气体 的干扰，以增加实验的说服力吧。好，那么恩格尔曼 的这个试验就能成功地证明了，氧气是由叶绿体释放出来的，叶 绿体是绿色植物进行光合作用的产所。好了，知道了氧气由叶绿体释放，那么另外一个问题又出现了。光合作用的原料有水 和二氧化碳，两者都有氧元素，那么叶绿体释放的这个氧气的氧它到底是来自水，还是二氧 化碳呢？20世纪30年代，美国的两位科学家，鲁宾和卡门，用一种特

12、殊的方法。叫同位素 标记法去研究这个问题。同位素示踪法同学们听说过吗？知道是怎么回事吗？（书上面有啊。 53页。同位素用于追踪物质运行和变化时叫做示踪元素，用示踪元素标记的化合物化学性 质不变，人们可以根据这种化合物的放射性对有关的一系列化学反应进行追踪，这种科学研 究方法叫做同位素标记法。也就是利用这个元素的化学性，能够很容易跟踪，然后看看这种 元素在生物体内在生化变化的过程中，它的来龙去脉）。那我们具体来看看鲁宾和卡门是怎 么做这个试验的。他们用同位素18O分别标记水和二氧化碳。然后分别进行两组光合作用 的实验。第一组向绿色植物中提供含有放射性同位素18O的水和普通氧的二氧化碳，第二 组呢

13、则反过来，也就是提供含普通氧的水和含放射性同位素18O的二氧化碳。让这两组植 物在相同的条件下进行光合作用，然后对释放出来的氧进行元素的分析。结果发现第一组实 验，也就是用含18O的水的这个试验释放出来的氧全部是含有放射性同位素180,而第二 组实验，释放出来的氧全部是含普通氧元素的氧气。这个试验结果说明了什么?说明了光合 作用产生的氧气来自于水。从光合作用发现到现在，还不包括光合作用发现以前，从发现到现在，历经了 200多年。 在这两百多年里，许许多多的科学家为探究光合作用付出了艰辛的努力，进行了成千上万个 实验，整个光合作用的机理才慢慢被破解。在这个过程中，有六次重大成就获得了诺贝尔奖。

14、我们今天讲的这几个只是这个过程其中的一点点小的部分，但我们也能从中感受到了科学家 们科学严谨的态度，勇于探索不断追求的精神，以及其中巧妙的十分具有创意的实验方法。 他们的这些东西至今还被人们津津乐道，也都是值得我们学习的。但是呢，其实对于光合作 用我们还有很多细微的未解的东西，比如一些色素分子产生的变化我们到现在还没能弄清 楚，而对于光合作用的利用也还待于去开发探索。我们人类一直梦想着可以在工厂里生产粮 食，也就是利用光合作用的原理，在工厂中，利用太阳能，生产出粮食，不需要在农田中种 植。或者说把传统农业和现代工业结合起来，提高粮食产量，彻底解决我们面临的粮食问题。 有人预测在这个实际之内能够

15、解决，然而这还需要走很长的路，这条路也会很艰辛。这就需 要我们这一代人的共同的努力了。那最后，我们再来回忆一下这节课是主要内容。主要是光合作用的发现历程。首先再次重温 了光合作用的概念，知道了它的表达式，知道它的原料、条件、场所和产物。通过几个经典 实验的学习，知道了科学家们如何凭着对科学的热爱和坚忍不拔的精神克服了一个又一个难 题，最后才逐渐破解光合作用的奥秘。那我们再次来回顾这几个重要的结论，第一，普利斯 特里的试验证明植物能够更新空气，萨克斯证明了绿色叶片在光合作用中能够产生淀粉。恩 格尔曼发现氧是由叶绿体释放出来的，因此得出叶绿体是光合作用的场所。鲁宾和卡门用同 位素示踪法标记氧，最终证明了氧气全部来源于水。