第三节 光合作用（A）

　　提问：同学们分析一下，好氧细菌集中于叶绿体所有受光部位的周围，这说明了什么问题呢？

　　（答：氧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场所。）

　　在这个实验中，同学们注意以下几个问题：

　　1．为什么选用水绵做为实验材料？2．为什么选用黑暗并且没有空气的环境？3．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？

　　（引导学生讨论回答：1．选用水绵作为实验材料，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，便于进行观察和分析研究。2．先选用黑暗并且没有空气的环境，是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。3．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。）

　　讲述：恩吉尔曼的实验巧妙地证明了光合作用的场所是叶绿体。

　　由此可见，从1771年到1886年，随着科技手段的进步，人们对光合作用的认识也越来越深刻，到20世纪30年代，随着物理学和化学的发展，一些先进的科学技术手段被广泛采用，如用同位素标记法来研究光合作用的问题，这使人们对光合作用的认识更深入了一步。那么，什么是同位素标记法呢？请同学们阅读课本中的小资料。

　　（学生阅读）

　　20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门，利用同位素标记去成功地进行了另一个光合作用的实验。（用幻灯演示。）这个实险的目的是为了弄清楚在光合作用中产生的氧到底是来自水还是二氧化碳？同学们考虑一下，应标记哪一种元素？如何设计这个实验呢？

　　（引导学生讨论，与学生共同完成实验设计，同时演示幻灯片。幻灯片显示：用氧的同位素¹⁸O分别标记 H₂O和CO₂，使它分别成为H₂¹⁸O和C¹⁸O₂，然后进行两组光合作用的实验：第一组向绿色植物提供H₂¹⁸O和CO₂；第二组向同种绿色植物提供H₂O和 C¹⁸O₂。在相同的条件下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第一组释放的氧全部是¹⁸O₂，第二组释效的氧全部是O₂。）

　　这个实验证明了光合作用中释放的氧全部来自水。

　　由此可以看到。几代科学家历经二百多年，才对光合作用的生理过程有了比较清楚的认识。可见，科学的发展道路是很艰难，这里不仅包含着科学家们的艰辛劳动与智慧，还与社会科学技术的进步与发展密切相关。

　　过渡：前面我们已经了解了光合作用的发现过程，那么，在绿叶这个“绿色工厂”中，光合作用这一生理过程，到底是怎样进厅的呢？

　　在学习这个问题以前，我们还是先来认识一下它的“厂房”——叶绿体。

　　提问：我们在前面已经学习过叶绿体的有关知识，同学们回忆一下，叶绿体存在于植物的哪一个部位？它有什么功能？

　　（答：主要存在于绿色植物的叶肉细胞中，是进行光合作用的细胞器。）”

　　我们曾经学习过叶绿体的结构，哪位同学能说一下叶绿体的结构是怎样的？教师出示叶绿体结构解剖挂图或投影片，引导同学复习。

　　（答：光镜下，叶绿体呈扁平的棉球形或球形。电镜下观察有双层膜，使叶绿体与细胞基质隔开，叶绿体的膜还可以控制物质的进出。叶绿体内部充满了基质和绿色的基粒。）

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　　我们在电子显微镜下观察叶绿体的超薄切片，看到的叶绿体的基粒，是不是一个单纯的圆柱体呢？

　　（答：不是，是由一层一层的结构重叠而成的。）

　　讲述：很好，这个圆柱体是由一个个囊状的结构垛叠而成的。（取出一硬币。）假如这就是一个由膜围成的囊状结构；将其一个个垛叠起来，就形成了一个圆柱体，也就是一个基粒。叶绿体内含有的几个到几十个基粒扩大了叶绿体内的膜面积，同学试想一想，这有什么作用呢？

　　（答：有利于光合作用的一系列化学反应的进行。）

　　提问：同学们思考这样一个问题：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？

　　讲述：（教师与学生讨论，总结出色素的种类、颜色。）叶绿体中的色素分为两大类：叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素又分为两类：叶绿素a，呈蓝绿色；叶绿素b，呈黄绿色。类胡萝卜素也分为两类：胡萝卜素，呈橙黄色；叶黄素，呈黄色。

　　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。

　　但是，叶绿素很容易被破坏。秋天叶绿素会因为“忍受”不了气温下降等因素的影响而分解消失；胡萝卜素和叶黄素则比较稳定，终于在没有叶绿素干扰时“重见天日”。（教师在这里可简要介绍黄栌、枫树“霜叶红于二月花”的原因，指出是由于叶绿素分解时，叶中的糖分大量转变成红色的花青素造成的。）

　　囊状结构上存在的这些色素有什么作用呢？可以吸收、传递和转化光能。

　　叶绿体中4种色素的颜色是与它们吸收光的情况相关的，这可以通过下面的实验来说明。我们可将提取出的叶绿体中的4种色素溶液分别放在可见光与三棱镜之间，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。（演示色素吸收光谱投影片。）

　　提问：同学们观察哪些波长的光吸收量大，哪些波长的光吸收量最少？

　　（答：主要吸收红橙光和蓝紫光，而对绿光吸收量最少。）

　　讲述：色素吸收的光，都能用于光合作用。由于色素对绿光的吸收量最少，绿光会被反射出来，所以叶绿体才呈现出绿色。

　　提问：色素不仅能够吸收光能，还能传递和转化光能。根据结构与功能的统一，同学们可以想一想：光合作用中与光有关反应会发生在什么部位？为什么？

　　（答：发生在囊状结构的薄膜上。因为吸收、传递和转化光能的色素分布于薄膜上。）

　　讲述：细胞内的任何化学反应都需要酶来催化。科学家发现在囊状结构薄膜上不仅分布有色素，还分布有大量的酶。同时在叶绿体内的基质中也分布有多种酶。那么，光合作用是否只在囊状结构的薄膜上进行呢？

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