光合作用

发生的部位

光合作用在含有绿色色素叶绿素的叶绿体中进行。叶中，大多数叶绿体位于近上表面的栅栏叶肉，接收到最多的光。

每个叶绿体内有两个工作区域。光反应在叠成堆的膜结构，基粒，上进行，叶绿素就固定在那里；暗反应则在包围基粒的液态基质中进行。

叶片为这两个区域提供支持：下表皮的气孔让二氧化碳进入，海绵叶肉的气腔让气体扩散到每个细胞，叶脉中的木质部输送水分，韧皮部把糖运往植物其他部位。

输入与输出

• 输入：二氧化碳，经气孔进入叶片，再经气腔扩散到叶肉细胞。
• 输入：水，由根吸收，经木质部向上运至叶片。
• 输入：光能，由叶绿体基粒中的叶绿素吸收。
• 输出：葡萄糖，最先形成的稳定糖类，之后转化为蔗糖以便运输，或转化为淀粉储存。
• 输出：氧气，作为水分解的副产物释放，经气孔扩散出去。
• 中间产物：光反应中生成的 ATP 与氢载体，在暗反应中被消耗。

步骤

1. 二氧化碳经气孔扩散进入气腔，再进入叶肉细胞；水经木质部到达。
2. 基粒中的叶绿素吸收光能，主要是红光与蓝光波段。
3. 在光反应中，这些能量把水分子分解（光解）为氢与氧。
4. 氧作为副产物被释放；氢被载体分子接收。
5. 部分吸收的能量用于把 ADP 与磷酸合成 ATP。
6. 在暗反应中，于基质内，二氧化碳被固定，并利用 ATP 与氢结合，生成葡萄糖。
7. 葡萄糖或立即用于呼吸作用，或转化为蔗糖经韧皮部运输，或以淀粉粒的形式储存在叶绿体中。

为何重要及如何调控

光合作用是几乎每条食物链的起点，也是动物呼吸所需氧气的来源。其速率受光照强度、二氧化碳浓度与温度影响。

光合速率由供应最短缺的那个因素决定，这个因素称为限制因素。在光线昏暗的清晨，光照强度限制速率；提高光照可以提高速率，直到空气中仅约 0.04% 的二氧化碳成为新的限制。

温度之所以重要，是因为暗反应由酶驱动：速率随温度升高直到最适温度，然后因酶变性而急剧下降。农民在温室里运用这一知识，通过补充二氧化碳、加温与人工照明，使任何一个因素都不至于拖慢作物生长。

如何考查

你可能被要求写出文字方程式、说出原料与产物、解释某因素如何改变速率，或解读光合速率图像。

实验题通常围绕 2 个经典装置。第一个是把灯移到不同距离，计数黑藻等水生植物释放的氧气泡数，考查你对操纵变量与反应变量的处理。

第二个是淀粉检验：先把植物放在暗处 2 天以除去储存的淀粉（脱淀粉），用锡箔部分遮盖一片叶，光照一天后把叶片煮沸、在温热的乙醇中脱色，再滴加碘液。只有未遮盖的部分变成蓝黑色，说明形成淀粉需要光。

常见误解

考试风格例题

题目。一名学生把一枝黑藻放入盛有碳酸氢钠溶液的烧杯中，分别在灯距植物 10 cm、20 cm、40 cm 和 80 cm 时计数每分钟释放的气泡数，结果为每分钟 42、30、12 和 4 个气泡。

(a) 说出气泡中的气体及产生它的过程。(b) 解释为何灯移远时气泡数下降。

(c) 说明为何要在水中加入碳酸氢钠。(d) 推测若把灯再移近，10 cm 处的气泡数为何不再上升。

参考答案。(a) 气体是氧气，由光合作用产生。

(b) 灯移远会降低到达植物的光照强度，于是叶绿素吸收的光能减少，光反应中被分解的水减少，光合速率下降，释放的氧气泡变少。(c) 碳酸氢钠提供二氧化碳，使它不会成为限制因素。

(d) 在极高的光照强度下，光不再是限制因素；速率此时受二氧化碳浓度或温度等其他因素限制，因此再增加光也不会带来进一步上升。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题