大学植物生理学经典课件

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1、植物生理学植物生理学1.1.水分代谢水分代谢2.2.矿质营养矿质营养3.3.光合作用光合作用4.4.植物激素及调控植物激素及调控一一 植物的水分代谢植物的水分代谢目的 了解水分在植物体内存在的状况及其主要生了解水分在植物体内存在的状况及其主要生 理生态作用理生态作用 掌握植物细胞和根系对水分吸收的主要规掌握植物细胞和根系对水分吸收的主要规 律；律；了解蒸腾作用的生理意义与影响因子；了解蒸腾作用的生理意义与影响因子；了解植物体内水分运输的特点及机理；了解植物体内水分运输的特点及机理； 弄清作物合理灌溉的生理基础。弄清作物合理灌溉的生理基础。要点之一1 1 植物对水分的依赖植物对水分的依赖 1.1

2、 1.1 植物的含水量的测定植物的含水量的测定1.2 1.2 植物体内水分存在的状态植物体内水分存在的状态 自由水自由水（free waterfree water） 距离胶粒较远而可以自由流动的水分。距离胶粒较远而可以自由流动的水分。 束缚水束缚水（bound waterbound water） 靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动的水分。靠近胶粒而被胶粒束缚不易流动的水分。亲水物质亲水物质被吸附的水分子被吸附的水分子自由水自由水束束缚水水植物体内水分状态与代谢的关系植物体内水分状态与代谢的关系1)1) 束缚水一般不参与植物的代谢反应束缚水一般不参与植物的代谢反应。植物细胞和植物细胞和器官主要含束缚水

3、时，则代谢活动非常微弱，如越冬器官主要含束缚水时，则代谢活动非常微弱，如越冬休眠和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，但休眠和干燥种子，仅以极弱的代谢维持生命活动，但抗性却明显增强，能度过不良的逆境条件；抗性却明显增强，能度过不良的逆境条件；2)2) 自由水主要参与植物体内的各种代谢反应自由水主要参与植物体内的各种代谢反应。其含量其含量多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛；多少还影响代谢强度，含量越高，代谢越旺盛；3)3) 自由水束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱和自由水束缚水的比值可作为衡量植物代谢强弱和抗性的生理指标之一抗性的生理指标之一。 1.3 植物体内水分的生理生态作用植物体内

4、水分的生理生态作用 （1 1）水是细胞质的主要成分（水是细胞质的主要成分（含水量一般达含水量一般达70-90）；）；（2 2）水分是代谢过程的反应物和产物（水分是代谢过程的反应物和产物（光合、呼吸等光合、呼吸等）；）；（3 3）细胞细胞分裂及生长都需要水分；分裂及生长都需要水分；（4 4）水分是植物对物质水分是植物对物质吸收吸收和和运输运输及生化反应的及生化反应的溶剂溶剂；（5 5）水分能使植物保持固有的姿态（水分能使植物保持固有的姿态（维持细胞紧张度维持细胞紧张度）；）；（6 6）调节植物体温及其大气湿度、温度等（调节植物体温及其大气湿度、温度等（蒸腾失水蒸腾失水）。）。 要点之二2 2 植

5、物细胞吸收水分的主要方式植物细胞吸收水分的主要方式 A)A)扩散：扩散：指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高指分子的随机热运动所造成的物质从浓度高的区域向浓度低的区域移动。水分子可以扩散方式的区域向浓度低的区域移动。水分子可以扩散方式通过膜脂双分子层进入细胞内。通过膜脂双分子层进入细胞内。B)B)集流：集流：指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动。水分从土壤溶液进入植物及其在木质部的同移动。水分从土壤溶液进入植物及其在木质部的运输就存在集流现象。运输就存在集流现象。C)C)渗透性吸水：渗透性吸水：借助渗透作用，即水分从水势高的系借助渗透作用，即水分

6、从水势高的系统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水（最主统通过半透膜向水势低的系统移动进行吸水（最主要方式）要方式）。水分跨过细胞膜的途径 A. 单个水分子通过膜脂双分子层扩散 或通过水通道 B水分集流通过水孔蛋白形成的水通道 AB细胞渗透性吸水的原理细胞渗透性吸水的原理-水势水势 1.溶液的水势溶液的水势A)红墨水扩散现象红墨水扩散现象自由能自由能（可（可用于作功的能量用于作功的能量）。）。化学势化学势：1摩尔物质的摩尔物质的自由能自由能。B)水势的概念水势的概念水势水势（waterpotential， w） -某某一一系系统统中中水水的的化化学学势势与与处处于于相相同同温温度度和和压压力力

7、的的纯纯水水的的化化学学势势之之差差，除除以以水水的的偏偏摩摩尔尔体体积积所所得得的的商商。它它是是水水分分转转移移本领大小的指标。本领大小的指标。 2. 典型植物细胞的水势 对于一个典型的植物细胞，其水势由对于一个典型的植物细胞，其水势由3部分组成，即部分组成，即水势水势=渗透势渗透势+衬质势衬质势+压力势压力势渗渗透透势势（osmoticpotential， ）：溶溶液液中中溶溶质质颗颗粒粒的的存存在在而而引引起起的水势降低值。用负值表示。亦称溶质势（的水势降低值。用负值表示。亦称溶质势（ s）。）。压压力力势势（pressurepotential， p）：由由于于细细胞胞壁壁压压力力的的

8、存存在在而而增增加加的的水水势势值值。一一般般为为正正值值。初初始始质质壁壁分分离离时时， p为为0，剧剧烈烈蒸蒸腾腾时时， p会呈负值。会呈负值。衬衬质质势势（matricpotential， m）：细细胞胞胶胶体体物物质质亲亲水水性性和和毛毛细细管管对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。对自由水束缚而引起的水势降低值，以负值表示。 w ws sp p 0.9 0.9 1.01.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.5 相对体积相对体积 1.5 1.0 0.5 0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5 cellcell水势、溶质势、压力势水势、

9、溶质势、压力势/MPa/MPa初始质壁分离初始质壁分离w=s=-2MPa纯水w=细胞细胞w吸水最大值吸水最大值p=s绝对值绝对值水势的应用水势的应用 水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转水分总是由水势高的部位向水势低的部位运转, ,故故水势可用于水势可用于判断水分迁移的方向判断水分迁移的方向。如：。如：1.1.相相邻邻细细胞胞的的水水分分转转移移：水水分分由由水水势势高高的的细细胞胞沿沿水水势势梯梯度度流向水势低的细胞。流向水势低的细胞。2.2. 植植物物体体内内的的水水分分转转移移：植植株株地地上上部部分分的的水水势势低低于于根根系系，故根系水分可向地上部分运转故根系水分可向地上部分运转

10、。3.3.土土壤壤- -植植物物体体- -大大气气连连续续体体系系的的水水分分转转移移：水水势势从从高高到到低低的的顺顺序序是是：土土壤壤- -根根系系- -叶叶片片- -大大气气，水水分分也也按按此此顺顺序序迁迁移移。 相邻细胞间水分移动方向相邻细胞间水分移动方向多个细胞,植物器官之间,地上比根部低。上部叶比下部叶低在同一叶子中距离 主脉越远则越低；在根部则内部低于外部。 要点之三3植物根系对水分的吸收植物根系对水分的吸收3.1 3.1 根系吸水的途径根系吸水的途径 质外体质外体途径途径：水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快水分经胞壁和细胞间隙移动，不越膜，移动快 共质体共质体途径途径：

11、水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞水分依次从一个细胞经过胞间连丝进入另一细胞 跨膜途径跨膜途径：水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。水分从一个细胞移动到另一个细胞，要经两次膜。 有研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单个有研究表明，水分在细胞膜内的移动又有两种方式：一是单个水分子水分子直接越膜，直接越膜，二是经过一种膜通道蛋白二是经过一种膜通道蛋白水孔蛋白水孔蛋白进行进行. .水孔蛋白：水孔蛋白：是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋白。是一类具有选择性地、高效转运水分的膜通道蛋白。根部吸水的途径根部吸水的途径几个相关的概念质质外外体体：是是一一个个开开放放性性

12、的的连连续续自自由由空空间间，包括细胞壁、胞间隙及导管等。包括细胞壁、胞间隙及导管等。共共质质体体：是是通通过过胞胞间间连连丝丝把把无无数数原原生生质质体联系起来形成的一个连续的整体。体联系起来形成的一个连续的整体。胞间连丝胞间连丝：是贯穿胞壁的管状结构物内：是贯穿胞壁的管状结构物内的连丝微管，其两端与内质网相连接。的连丝微管，其两端与内质网相连接。 2.2根系吸水的动力根系吸水的动力根根压压（rootpressure）：植植物物根根部部的的生生理理活活动动使使液液流流从从根根部部上上升升的的压压力力。伤伤流流和和吐吐水水可可证证明明根根压压的存在的存在蒸腾拉力（蒸腾拉力（transpirat

13、ionalpull）：由于蒸腾作由于蒸腾作用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力用产生的一系列水势梯度使导管中水分上升的力量。量。主要动力主要动力。 2.3根系吸水的影响因素根系吸水的影响因素A)植物本身因素植物本身因素1)根系发达程度根系发达程度2)根系活力强弱根系活力强弱3)根系细胞水势根系细胞水势B)土壤环境条件土壤环境条件1)可用水分多少可用水分多少2)通气状况通气状况3)温度温度4)土壤溶液浓度土壤溶液浓度要点之四要点之四4植物的蒸腾作用植物的蒸腾作用4.1蒸腾作用的概念蒸腾作用的概念蒸腾作用蒸腾作用（transpiration）：水分以气）：水分以气态方式从植物体的表面散失的过

14、程。态方式从植物体的表面散失的过程。4.2蒸腾作用的部位与方式蒸腾作用的部位与方式枝、果枝、果皮孔蒸腾皮孔蒸腾叶叶片片角质层蒸腾角质层蒸腾、气孔蒸腾气孔蒸腾（主要方式主要方式）关于气孔运动及其影响因素植物气孔的开放与关闭植物气孔的开放与关闭淀粉淀粉糖转化学说糖转化学说（Starch-sugarconversiontheory）淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶合成合成活性活性气孔关闭气孔关闭黑暗黑暗保卫细胞保卫细胞呼吸作用呼吸作用产生产生CO2，细胞内，细胞内pHG-1-P合成为淀粉合成为淀粉水势升高水势升高保卫细胞失水膨压保卫细胞失水膨压气孔开放气孔开放光照光照保卫细胞保卫细胞光合作用光合作用消耗消耗

15、CO2，细胞内，细胞内pH淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶水解水解活性活性淀粉水解为淀粉水解为G-1-P水势下降水势下降保卫细胞吸水膨压保卫细胞吸水膨压 影响气孔运动的因素影响气孔运动的因素 影响光合作用、叶子水分状况的因素等均影响光合作用、叶子水分状况的因素等均可影响气孔运动。可影响气孔运动。 内生昼夜节律：内生昼夜节律：随一天的昼夜交替而开闭。随一天的昼夜交替而开闭。 光照：光照：光诱导气孔开放光诱导气孔开放(有些植物除外有些植物除外)，不，不同波长的光对气孔运动有着不同的影响，蓝光同波长的光对气孔运动有着不同的影响，蓝光和红光最有效和红光最有效(与光合作用相似与光合作用相似)。 光促进光合作用，

16、促进苹果酸的形成，促光促进光合作用，促进苹果酸的形成，促进进K+和和Cl-吸收等吸收等 CO2：叶片内部低的叶片内部低的CO2分压可使气孔张开，高的分压可使气孔张开，高的CO2则使气孔关闭。温度和光照很可能是通过影响叶则使气孔关闭。温度和光照很可能是通过影响叶内内CO2浓度而间接影响气孔开关的。浓度而间接影响气孔开关的。温度：温度：在一定温度范围内气孔开度一般随温在一定温度范围内气孔开度一般随温度的升高而增大。在度的升高而增大。在25以上时气孔开度最大，以上时气孔开度最大，30-35时开度会减小。低温下开度减小或关时开度会减小。低温下开度减小或关闭。闭。 叶片含水量：叶片含水量：白天剧烈蒸腾时

17、失水过多，气白天剧烈蒸腾时失水过多，气孔关闭。雨天叶片含水过多，表面细胞体积膨孔关闭。雨天叶片含水过多，表面细胞体积膨大，挤压保卫细胞，使气孔关闭。叶片水势降大，挤压保卫细胞，使气孔关闭。叶片水势降低时气孔开度减小或关闭。低时气孔开度减小或关闭。 风：风：大风可能加快蒸腾作用，使保卫细胞失大风可能加快蒸腾作用，使保卫细胞失水过多而促进气孔关闭。微风有利于气孔开放和水过多而促进气孔关闭。微风有利于气孔开放和蒸腾蒸腾 植物激素：植物激素：细胞分裂素促进气孔开放，而细胞分裂素促进气孔开放，而ABA促进气孔关闭。干旱时根产生的促进气孔关闭。干旱时根产生的ABA向上运向上运输到地上部，促进保卫细胞膜上输

18、到地上部，促进保卫细胞膜上K+外流通道开外流通道开启，向外运送的启，向外运送的K+量增加，使保卫细胞水势增量增加，使保卫细胞水势增大而失水，从而促进气孔关闭大而失水，从而促进气孔关闭4.3 蒸腾作用的表示方法蒸腾作用的表示方法 1.蒸腾速率蒸腾速率（transpirationalrate）：又称：又称蒸腾蒸腾强度强度，指植物在单位时间内，单位面积通过蒸，指植物在单位时间内，单位面积通过蒸腾作用而散失的水分量。（克平方分米腾作用而散失的水分量。（克平方分米小时）小时）2.蒸腾比率蒸腾比率（transpirationalratio）：植物每消：植物每消耗耗l公斤水时所形成的干物质重量（克）。公斤水

19、时所形成的干物质重量（克）。3.蒸腾系数蒸腾系数（transpirationalcoefficient）：又：又称为称为需水量需水量（waterrequirement），植物制造，植物制造1克干物质所需的水分量（克）。它是蒸腾比率克干物质所需的水分量（克）。它是蒸腾比率的倒数。的倒数。 4.5蒸腾作用的影响因素蒸腾作用的影响因素A)内部因素：内部因素：气孔频度气孔频度（气孔数（气孔数/cm2）、）、气孔大小气孔大小、气气孔开度孔开度等等B)外部因素：外部因素：光照光照、空气相对湿度空气相对湿度、温度温度、风速风速等等要点之五5植物体内水分的运输植物体内水分的运输5.1水分运输的途径水分运输的途

20、径5.2水分运输的速度水分运输的速度 水分在导管的运输速度一般为水分在导管的运输速度一般为3-45m/h。 土壤水 根毛 根皮层 根中柱鞘 根导管 茎导管 叶柄导管 叶脉导管 叶肉细胞 叶细胞间隙 气孔下腔 气孔 大气根系吸收的水分根系吸收的水分向上运输的途径向上运输的途径 5.3 水分沿导管或管胞上升的动力水分沿导管或管胞上升的动力 水分上升的动力：根压和蒸腾拉力 水分上升的原因：蒸腾内聚力张力学说 （1）水柱有张力，（0.53MPa） （2）水分子间有较大的内聚力（20 MPa）， 内聚力张力 （3）水分子对导管壁有很强的附着力蒸腾蒸腾-内聚力内聚力-张力学说张力学说（transpirat

21、ion-cohesion-tensiontheory），又简称为），又简称为内聚力学说：内聚力学说： 由由H. H. Dixon H. H. Dixon 提出。提出。 主要论点：主要论点：叶片因蒸腾失水而从导管或叶片因蒸腾失水而从导管或管胞吸水，使导管或管胞的水柱产生张力，管胞吸水，使导管或管胞的水柱产生张力，由于水分子内聚力大于张力，保证水柱的由于水分子内聚力大于张力，保证水柱的连续而使水分不断上升。连续而使水分不断上升。要点之六6合理灌溉的生理基础合理灌溉的生理基础（1）作物需水规律：作物需水规律：不同作物或同一作物不同不同作物或同一作物不同时期需水量不同时期需水量不同如：如：C C3 3

22、植物比植物比C C4 4植物多植物多1 12 2倍倍水分临界期：水分临界期：植物对水分不足最敏感、最易受植物对水分不足最敏感、最易受 害的时期。害的时期。小麦小麦 ：孕穗期和开始灌浆至乳熟末期孕穗期和开始灌浆至乳熟末期豆类、花生：豆类、花生：开花期开花期果树：果树：开花至果实生长初期开花至果实生长初期（2）合理灌溉的指标）合理灌溉的指标形态指标形态指标： （A）生长速率下降（B）幼叶调萎（C）茎叶变红生理指标：生理指标：叶片水势、细胞汁液浓度或渗透势、气孔开度等（3）合理灌溉增产的原因合理灌溉增产的原因 可改善各种生理作用，特别是光合作用；能改变栽培环境的土壤条件和气候条件（满足生态需水）；防

23、止土壤干旱（满足生理需水）。（4）灌溉的方法）灌溉的方法 A）漫灌(wild flooding irrigation)：是我国目前应用最为广泛的灌溉方法，其最大缺点是造成水资源的浪费,还会造成土壤冲刷,肥力流失,土地盐碱化等诸多弊端。 B）喷灌(spray irrigation)：就是借助动力设备把水喷到空中成水滴降落到植物和土壤上。这种方法既可解除大气干旱和土壤干旱，保持土壤团粒结构，防止土壤盐碱化，又可节约用水。 C）滴灌(drip irrigation)：是通过埋入地下或设置于地面的塑料管网络，将水分输送到作物根系周围，水分（也可添加营养物质）从管上的小孔缓慢地滴出，让作物根系经常处于保

24、持在良好的水分、空气、营养状态下。矿质元素的概念矿质元素的概念除除 C、H、O 以外，以外，主要主要由由根系根系从从土壤土壤中吸收的元素。中吸收的元素。植物必需的矿质元素种类植物必需的矿质元素种类大量元素：大量元素：N、P、S、K、Ca、Mg微量元素微量元素:Cl、Fe、Mn、B、Zn、Mo、Cu、Ni如何来验证如何来验证Mg元素是植物所必需的矿质元素？元素是植物所必需的矿质元素？溶液培养法溶液培养法用含有用含有全部全部或或部分部分矿质元素的营养液矿质元素的营养液培养植物的方法。培养植物的方法。请自行设计实验方案：请自行设计实验方案：无土栽培取材取材选取若干选取若干长势良好、大小相似长势良好、

25、大小相似的玉米幼苗的玉米幼苗等分为两组等分为两组配制培养液配制培养液分别配制分别配制完全完全培养液、培养液、缺镁缺镁培养液培养液培养培养观察实验现象观察实验现象A A组组B B组组完全培养液完全培养液等量等量缺镁培养液缺镁培养液+适宜、相同适宜、相同的环境中的环境中添加镁元素添加镁元素B B组组B B1 1组组B B2 2组组+Mg不做任何处理不做任何处理继续培养，继续培养， 观察观察正常生长全营养液全营养液Mg元素元素生长不正常正常生长结论：Mg元素是植物生长的必需矿质元素缺缺Mg完全完全营养液营养液缺镁的缺镁的老叶老叶变黄，新叶仍绿色变黄，新叶仍绿色缺铁的缺铁的新叶新叶黄化，老叶仍保持绿色

26、黄化，老叶仍保持绿色思考：思考：根吸收水和吸收矿质元素是不是同一过程？根吸收水和吸收矿质元素是不是同一过程？结论：结论：材料二：科学家曾用菜豆做过实验，发现菜豆的吸水量增加约材料二：科学家曾用菜豆做过实验，发现菜豆的吸水量增加约1倍时，倍时，K+、Ca2+、NO3-和和PO43-等矿质元素离子的吸收量同原来等矿质元素离子的吸收量同原来各自的吸收量相比，只增加各自的吸收量相比，只增加0.1-0.7倍。倍。白天白天 晚上晚上水水P吸吸收收量量材料一：材料一：甘蔗对甘蔗对P和水的吸收和水的吸收材料材料: 科学实验证实，通常情况下，根细胞中的科学实验证实，通常情况下，根细胞中的K等矿质等矿质元素离子的

27、浓度元素离子的浓度, 已高于土壤溶液中的浓度，但植物的根已高于土壤溶液中的浓度，但植物的根仍然吸收这些必需的矿质离子。仍然吸收这些必需的矿质离子。低浓度低浓度高浓度高浓度能量能量讨论：讨论：矿质元素是以哪种方式进入根细胞的？矿质元素是以哪种方式进入根细胞的？问：如果用化学药品抑制根的呼吸作用，根对矿质元素的吸问：如果用化学药品抑制根的呼吸作用，根对矿质元素的吸收就会中断。为什么？收就会中断。为什么？ 将将等等量量的的NH4+、 Po43-、 K+、Ca2+共共同同置置于于5000ml水水中中，再再放放入入新新鲜鲜水水稻稻根根，几几小小时时后后测测定定混混合合液液中中上上述述四四种种离离子子和和

28、水水的含量变化如下表：的含量变化如下表：项目项目 水水NH4+K+Ca2+Po43-减少减少0%83%72%97%84%问问:Ca2+比比K+减少量明显大的原因：减少量明显大的原因：根对不同矿质元素的吸收量不同，与细胞膜上的载体有关根对不同矿质元素的吸收量不同，与细胞膜上的载体有关水分的吸收水分的吸收矿质元素的吸收矿质元素的吸收区区别别吸收方式吸收方式吸收的动力吸收的动力来源来源运载工具运载工具联联系系渗透作用（自由扩散）渗透作用（自由扩散） 主动运输主动运输呼吸作用（呼吸作用（ATP）细胞膜上的载体细胞膜上的载体蒸腾作用蒸腾作用细胞内、外溶液的浓细胞内、外溶液的浓度差度差不需要不需要矿质元素

29、一定要溶解于水中，才能被根部吸收矿质元素一定要溶解于水中，才能被根部吸收矿质元素被根细胞吸收后，又会影响细胞内、外溶矿质元素被根细胞吸收后，又会影响细胞内、外溶液的浓度，从而影响根对水分的渗透吸收液的浓度，从而影响根对水分的渗透吸收矿质元素随水分的运输而运输的矿质元素随水分的运输而运输的相相对对独独立立矿矿质质元元素素的的存存在在形形式式呈离子状态呈离子状态 如：如：K、Na形成不稳定化合物形成不稳定化合物 如：如：N、P、Mg形成稳定化合物形成稳定化合物 如：如：Fe、Ca可再度利用可再度利用不再度利用不再度利用（ ）部位先缺乏）部位先缺乏（ ）部位先缺乏）部位先缺乏老叶老叶新叶新叶1 1、

30、不同的植物对各种必需的矿质元素的需要不同。、不同的植物对各种必需的矿质元素的需要不同。2 2、同一种植物在不同的生长发育时期，对、同一种植物在不同的生长发育时期，对K K、P P等等各种必需的矿质元素的需要量也不同。各种必需的矿质元素的需要量也不同。小麦不同生长发育时期对小麦不同生长发育时期对P的需要量的需要量小麦不同生长发育时期对小麦不同生长发育时期对K的需要量的需要量 合理施肥合理施肥 根据植物的需肥规律，根据植物的需肥规律，适时地、适时地、适量地适量地施肥，以便使植物体茁壮施肥，以便使植物体茁壮生长，并且获得生长，并且获得少肥高效少肥高效的结果。的结果。光光合合作作用用 (photosy

31、nthesis) 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 （photosynthesis）一、光合作用的探究历程一、光合作用的探究历程 光合作用被称为光合作用被称为“地球上最重要的化地球上最重要的化学反应学反应”。人类对光合作用的科学研究。人类对光合作用的科学研究至少已经进行了至少已经进行了300300多年多年1642164216421642年，比利时科学家范年，比利时科学家范年，比利时科学家范年，比利时科学家范 赫尔蒙特赫尔蒙特揭开了揭开了光合作用研究的序幕光合作用研究的序幕思考与讨论：思考与讨论：1.赫尔蒙特的实验装置是赫尔蒙

32、特的实验装置是“完全密封完全密封”的吗的吗？2.实验设计中忽略了什么？实验设计中忽略了什么？你同意赫尔蒙特的观点吗？赫尔蒙特赫尔蒙特指出：指出：植物获得的物质只是来源于植物获得的物质只是来源于水。水。1771年，英国科学家普里斯特利年，英国科学家普里斯特利的实验1 231 1、蜡烛易熄灭、小白鼠易窒息而死。、蜡烛易熄灭、小白鼠易窒息而死。、蜡烛易熄灭、小白鼠易窒息而死。、蜡烛易熄灭、小白鼠易窒息而死。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、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。普里斯特利指出：普里斯特

33、利指出：植物可以更新空气。植物可以更新空气。思考与讨论：思考与讨论：普里斯特利的实验是出于怎样的假设？他的实普里斯特利的实验是出于怎样的假设？他的实验验有时成功，有时失败，可能是什么原因呢？有时成功，有时失败，可能是什么原因呢？荷兰科学家英格豪斯荷兰科学家英格豪斯的实验的实验 黑暗黑暗光下光下太阳太阳 1779年,英格豪斯经过500多次实验,证明了光照光照是这一实验成功的必要条件是这一实验成功的必要条件。直到1785年发现空气组成后,人们才明白植物在光下释放了氧气。植物在光下释放了氧气。 1845年，德国科学家梅耶年，德国科学家梅耶根据能量转换和守恒定律指出，植物在光合作用时把光能转化成化学能

34、储存起来。 光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？思考与讨论：思考与讨论：1、实验前为什么要对天竺葵先进行暗处理？、实验前为什么要对天竺葵先进行暗处理？2、为什么让叶片一半曝光，另一半遮光？、为什么让叶片一半曝光，另一半遮光？3、用碘液检验光合作用的何种产物？、用碘液检验光合作用的何种产物？4、这个实验说明了什么？、这个实验说明了什么？1864年，德国科学家萨克斯年，德国科学家萨克斯的实验的实验实验步骤实验步骤黑暗处理一半照光、一半遮光酒精脱色碘液显色 实验目的实验目的叶片原有的淀粉消耗掉叶片原有的淀粉消耗掉自身对照自身对照除去绿色色素的干扰除去绿色色素的干扰证明被检测叶片含淀粉证明被检测叶片

35、含淀粉结论：植物在光下制造了淀粉。结论：植物在光下制造了淀粉。（1 1）先选用黑暗并且没有空气的环境，是为）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，确保了排除实验前环境中光线和氧的影响，确保实验的准确性。实验的准确性。（2 2）先选极细光束，用好氧性细菌检测，能）先选极细光束，用好氧性细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全爆光的水绵与之对照，从而证明了实验完全爆光的水绵与之对照，从而证明了实验结果完全是光照引起的，氧是叶绿体释放出结果完全是光照引起的，氧是叶绿体释放出来的。来的。（3 3）结论：叶绿体是进行光合作

36、用的场所。结论：叶绿体是进行光合作用的场所。 请利用所学知识和实验方法，设计实验请利用所学知识和实验方法，设计实验证明植物光合作用需要：证明植物光合作用需要：1 1、水、水2 2、二氧化碳、二氧化碳自主探究自主探究: :证明光合作用需要水证明光合作用需要水证明光合作用需要水证明光合作用需要水思考与讨论：思考与讨论：实验中为什么要切断叶脉？实验中为什么要切断叶脉？暗处光下脱色碘液思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：思考与讨论：1 1、此实验设计的目的是什么？、此实验设计的目的是什么？、此实验设计的目的是什么？、此实验设计的目的是什么？2 2、这个实验说明了什么？、这个实验说明了什么？、这个实验说

37、明了什么？、这个实验说明了什么？1212暗处NaHCO3溶液溶液21浓浓KOH溶液溶液光下光下12脱色碘液光合作用场所：光合作用场所：光合作用条件：光合作用条件：光合作用原料：光合作用原料：光合作用产物：光合作用产物：叶绿体光二氧化碳、水 有机物、氧气（储存能量）（储存能量）小结： 据此，你能用一个反应式来表达光合作据此，你能用一个反应式来表达光合作用的过程吗？用的过程吗？(CH2O)光合作用光合作用O2来自来自CO2，还是还是H2OH2OCO2O2（CH2O）进一步探究：1839年，美国科学家鲁宾和卡门年，美国科学家鲁宾和卡门实验实验实验结果预测实验结果预测： 当实验中标记的是H218O时，

38、,收集到的O2放射性有无，可能有几种情况? 相应的结论是什么?CO2H218O(1)(1)全部具有放射性全部具有放射性(2)(2)全部没有放射性全部没有放射性(3)(3)一部分有放射性一部分有放射性, ,一部分没有一部分没有 放射性放射性CO2+H218O光光（CH2O）+18O218O2 同位素标记法同位素标记法 放射性同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用放射性同位素标记的化合物，化学性质不会改变。科学家通过追踪放射性同位素标记的化合物，可以弄清化学反应的详细过程。这种方法叫做同位素标记法。 进入20世纪40年代，科学家开始用放射性同位素14C研究光合作用中有机物的合成过程。 美国科学家

39、卡尔文等用小球藻做实验：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径称为卡尔文循环。M.Calvin300多年的时间和6次诺贝尔奖,记载了人类走过的光合作用研究之路，一代又一代科学家的不懈探索，人类一步步揭开光合作用的秘密。光合作用还有许多有待研究的问题，需要我们为之努力，继续探究,或许不久的将来，未知的领域就在你的手中突破。光合作用的过程光合作用的过程C3C5 光反应：光反应： 必须有光才能必须有光才能进行，由光合色素进行，由光合色素将光能转变成化学将光能转变成化学能并形成能并形成 ATP和和NADPH，

40、 放出放出O2的过程。的过程。 该反应在叶绿该反应在叶绿体基粒类囊体膜上体基粒类囊体膜上进行。进行。C3C5 暗反应：暗反应： 有光无光都可进有光无光都可进行，是利用行，是利用ATP和和NADPH的化学能的化学能使使CO2还原成糖类还原成糖类等有机物的过程。等有机物的过程。 该反应在叶绿体该反应在叶绿体基质中进行。基质中进行。C3C5 请据图简请据图简述光合作用的述光合作用的过程及光反应过程及光反应和暗反应的联和暗反应的联系。系。 光反应 暗反应场所条件物质变化能量变化需色素、光、酶需多种酶催化类囊体的薄膜上叶绿体的基质中2H2O 4H + O2ADP+Pi+能量 ATP光酶CO2 + C5

41、2C3C3 （CH2O）酶酶H、ATP光能ATP中活 跃化学能ATP中活跃化学能有机物中稳定化学能比较光反应和暗反应比较光反应和暗反应 光合作用的过程中，光反应和暗反应既有光合作用的过程中，光反应和暗反应既有区别又紧密联系，是一个不可分割的整体。区别又紧密联系，是一个不可分割的整体。 农业生产上许多增农业生产上许多增加农作物产量的措施，加农作物产量的措施，是为了提高光合作用的是为了提高光合作用的强度。如控制光照的强强度。如控制光照的强弱和温度的高低，适当弱和温度的高低，适当增加作物环境中的二氧增加作物环境中的二氧化碳浓度，等等。化碳浓度，等等。光合作用原理的应用光合作用原理的应用u 生长素的生

42、理作用生长素的生理作用（1 1）既能促进生长，也能抑制生长；）既能促进生长，也能抑制生长；（2 2）既能促进发芽，也能抑制发芽；）既能促进发芽，也能抑制发芽；（3 3）既能防止落花落果，也能疏花疏果。）既能防止落花落果，也能疏花疏果。表现出两重性表现出两重性010-1010-810-610-410-2c/molL-1促促进进生生长长抑抑制制生生长长根根芽芽茎茎对生长素的敏感度对生长素的敏感度：敏感度：双子叶植物单子叶植物敏感度：双子叶植物单子叶植物植植物物根根的的向向地地性性和和茎茎的的背背地地性性根部：根部：生长素浓度：生长素浓度：CD茎部：茎部：生长素浓度：生长素浓度：AB生长速度：生长速度：AMAMEMCMD，这表明低浓度的生长素促进水稻根的生长,高浓度的生长素抑制水稻根的生长。