备课素材知识点：光合作用中问题的释疑 高中生物人教版必修1

这是一份备课素材知识点：光合作用中问题的释疑 高中生物人教版必修1，共7页。试卷主要包含了遮光对光合速率的影响，缺水对光合速率的影响，水的光解是否需要酶的催化，植物光合午休非气孔限制的原因，光合作用是否都产生0 2，响气孔运动的主要因素是否为温度等内容，欢迎下载使用。
1、遮光对光合速率的影响
叶绿体色素可吸收光能进行光反应，产生NADPH、ATP及0 2 ,NADPH和 ATP能推动暗反应进行。因此，很多教师认为遮光主要通过影响光反 应过程来影响光合速率。
有关文献指出， 一般光照下 ，C4植物无光饱和现象，而 C3 植物的光饱和点 仅为全光照的 1/4 ~ 1/2。所以当遮光后，光照强度占全光照的比例大于等于光饱和点时,植物吸收 、转化的光能并不减少，但遮光会降低叶片表面的温度，影响光合作用中酶的活性。这种情况下， 遮光主要通过影响暗反应来影响光合速率。但当 遮光后光照强度小于光饱和点时，既影响光反应， 也影响暗反应,进而影响光合速率。
2、缺水对光合速率的影响
水是光反应的原料，没有水就不能进行光合作用。因此，有教师认为缺水是通过影响光反应来影响光合速率的。
实际上，植物光合作用需要的水不足根从土壤中吸收水的 1 % 。缺水只会间接引起光合速率下降，即使叶片气孔关闭，影 响 C0 2 进入叶肉细胞;还会导致叶片内淀粉水解加强,糖类堆积，光合产物输出受阻。
因此，缺水并不直接影响光反应，而是降低了气孔开度，减少了光合作用 中 C0 2的反应，使暗反应速率下降，从而使光合速率下降;或引起光合产物输出受阻，导致光合速率下降。
3、水的光解是否需要酶的催化
光合作用包括光反应和暗反应过程，人教版《生物学•必修1 •分子与细胞》中指出，暗反应需要多种酶的催化。有教师据此类比推理认为光反应也都是在酶的催化作用下进行的。实际上并非如此，光反应中水的光解是不需要酶催化的。王镜 岩等在《生物化学（下册）》中指出，生氧光合作用中传递给 NADP+ 的电子最终来自水 。PS II 中 P680 被激发时失去1个电子变为P680+ ，它必须获得电子返回到基态以准备捕获光子。从H 2 0 中获得电子时，2 分子H 2 0被裂解，产生4个电子，4个H +和1个0 2分子。1个可见光光子的能量不足以破裂H 2 0分子中的键，H 2 0的光解反应需要4个光子。由此可见,H 2 0的光解并没有在酶的催化作用下进行，只需要足够的光子，这是光激发的以水为最终电子供体，NADP+为最终电子受体的氧化还原反应。
4、光反应产物0 2释放为何要穿过类囊体膜而NADPH不穿过类囊体膜
人教版教材指出光反应的场所为类囊体膜，产物0 2释放出去,NADPH进人叶绿体基质，为暗反应提供还原剂。因此，许多教师认为光反应产物 0 2释放和NADPH进人叶绿体基质均不穿过类囊体膜。实际上并非如此。翟中和等在《细胞生物 学》中指出，光合链中的电子传递体在类囊体膜上的空间分布并非对称。p s n 放氧一端位于类囊体膜的内侧，水的光解释放出的0 2和 H+进人类囊体 腔 ，PS I 的 NADP+还原一端位于类囊体膜的外侧。因此，光反应产物0 2 释放要穿过类囊体膜， 而NADPH进入叶绿体基质无须穿过类囊体膜。
5、光合作用需要的C0 2是否都通过叶片吸收
人教版教材指出，在暗反应阶段，绿叶通过气孔从外界吸收的C0 2与五碳化合物结合，形成三碳化合物。这使许多教师误认为光合作用需要的C0 2 都是植物通过叶片吸收的。潘瑞炽等在《植物 生理学》中指出，陆生植物光合作用所需要的碳源主要是空气中的C0 2，通过叶片的气孔进人叶肉细胞。陆生植物的根部也可以吸收土壤中的0 2或碳酸盐，用于光合作用。实验证明，把菜豆幼苗根部放在含有14C0 2的空气中或含有NaH14C03的营 养液中,在光合产物中能发现l4C。
因此,植物光合作用所需要的C0 2不都是通过叶片吸收的，叶片 利用气孔从空气中吸收C0 2 是植物吸收C0 2 的主要途径，不是唯一途径。植物的根部也可以吸收 C0 2用于光合作用。
6、植物光合午休非气孔限制的原因
在夏季晴朗的中午，许多植物的光合速率会出现暂时性下降。有教师认为，除了中午气温高植物蒸腾作用旺盛、失水过多气孔部分关闭、C0 2供应减少外，气温高会使光合作用有关酶的活性降低， 也会导致光合速率下降。潘瑞炽等在《植物生理 学》中指出，当晴天无云而中午光照强烈时，光合速率有时会形成双峰曲线:一个高峰在上午,一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，出现午休现象。此时水分供应紧张，空气湿度较低，会引起气孔部分关闭，同时也会受光抑制的影响。当光能超过光合系统所能利用数量时，光合功能下降的现象 称为光合作用的光抑制。武维华等在《植物生理学》中指出，在光强超过光饱和点的晴天中午，许多植物都呈现光抑制，表现光合速率下降，出现“光合午休”现象，主要因为在干热的中午，气孔导 度下降，C0 2吸收减少，在这种情况下，光呼吸增强 ，产生光抑制。有文献指出，光合午休的因果关系很复杂，引起光合午休现象的生态因子作为一种外因,引起植物气孔部分关闭和光、暗呼吸加强或光抑制发生,造成净光合速率下降。引起植物光合速率降低的自身因素又分为气孔因素和非气孔因素。在非气孔限制因素中，光抑制的发生和光 呼吸的加强是造成叶片净光合速率下降的主要原 因，并非由于高温抑制了光合作用有关酶的活性。
7、光合作用是否都产生0 2
人教版“分子与细胞”模块中对光合作用过程 的描述为光合作用会释放氧气。许多教师认为光合作用都会产生0 2。王镜岩等在《生物化学》中指出，在光合细菌中氢供体是多种多样的，如绿色和紫色硫细菌利用H2S、S作为氢供体，非硫细菌利用H2 或其他物质（如异丙醇、乳酸等）作为 氢供体，过程如图 1 所示。
据图1可知，光合细菌也是利用光能裂解氢供 体 ，把C0 2还原为有机物，与绿色植物不同的是氢供体不是0 2,释放的不是0 2。蓝细菌与髙等植物光合作用都是以H20作为氢供体，释放0 2。 由此可见，光合作用不都产生0 2，硫细菌光合作用裂解硫化氢产生硫，裂解水同时需要亚硫酸根反应产生硫酸根，非硫细菌裂解氢产生水，裂解异丙醇或乳酸产生丙酮和水。
8、光反应产生的ATP是否只能为暗反应提供能量
人教版《生物学•必修1 •分子与细胞》指出， 光合作用中光反应产生的ATP将参与第 2 个阶段合成有机物的化学反应，这使得许多教师误认为光合作用光反应产生的ATP只能被暗反应使用。实际上 ,光反应产生的ATP不只是作为暗反应的直接能源物质。潘瑞炽等在《植物生理学》中指出， 保卫细胞膜上有ATP质子泵，分解由氧化磷酸化或光合磷酸化产生的ATP，将 H +分泌至保卫细胞外 ，使保卫细胞的pH增大，同时使保卫细胞膜超极化。
由此可见，光反应产生的ATP不只为暗反应提供能量，至少还能为保卫细胞分泌H +提供能量。
9、响气孔运动的主要因素是否为温度
正午温度过高会使植物的蒸腾作用过强，植物为保持体内水分而关闭部分气孔，导致光合作用所需的C0 2供应不足。这使得许多教师认为温度是影响气孔运动的主要因素。潘瑞炽等在《植物生理学》中指出，影响气孔运动的主要因素是光照，能促进糖、苹果酸的形成和K +的积累。通常，气孔在光照下张开，在黑暗中关闭。在光照中，红光是光合作用的有效光谱,植物光合作用产生的淀粉可分解为可溶性还原糖，使保卫细胞水势减小，保卫细胞吸水膨胀，气孔开放。蓝光也可使气孔开放， 因为蓝光能激活保卫细胞膜上的H+ -ATP 酶 ，释放H +到细胞质中，降低 PH，细胞质膨胀，气孔张开。温度也会影响气孔运动,不过没有光照那么明显。由此可见，影响气孔运动的主要因素不是温度而是光照，且自然光中红光和蓝光起主要作用。
10、 类囊体是否只存在于真核细胞的叶绿体中
光合作用分为光反应和暗反应，光反应的场所是类囊体膜。人教版《生物学•必修 1 •分子与细胞》中关于叶绿体的类囊体描述为:叶绿体内部有 许多基粒，每个基粒都是由许多囊状结构堆叠而 成 ，这些囊状结构称为类囊体。
因此，许多教师认为类囊体只存在于真核细胞的叶绿体中。潘瑞炽等在《植物生理学》中指出，凡是光合细胞（不论原核细胞还是真核细胞）都具有类囊体。因此，类囊体不只存在于真核细胞的叶绿体中，也存在于能够进光合作用的原核细胞中。
11、希尔反应为何需要额外氧化剂
教材光合作用一节中介绍了希尔反应，离体叶绿体的悬浮液中加人铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放0 2。植物的光合作用过程并不需要额外添加氧化剂，叶绿体中的 NADP +可作为接受电子的氧化剂。为何希尔反应中需要提供额外的氧化剂？这是由于在制备离体叶绿体悬浮液时，需将植物叶片剪碎，然后加人少许二氧化硅和蔗糖溶液进行研磨，最后进行过滤。经过实际操作，获得的叶绿体可能已经破碎 ，其中NADP+可能遗失，导致破碎的叶绿体悬浮液中缺乏氧化剂。此外，反应体系中不提供C0 2,暗反应不能进行，不能产生NADP+ ,无法为光反应提供最终电子受体。因此，希尔反应中需加人氧化剂。
12、光反应中水为何在光下分解
教材中关于光合作用水在光下分解的描述为： 叶绿体中光合色素吸收光能将水分解为氧和H+的同时，被叶绿体夺去两个电子。有教师认为光合色素吸收光能时，先发生水分解为氧和H+ ,后被叶绿体夺去电子，也有教师认为先被叶绿体夺去电子, 后发生水的分解。实际上，当光照在类囊体膜上时，能量会被psn 和 psI 中的色素吸收并分别传到各自的反应中心P680 (特殊状态的叶绿素）和 P700(特殊状态的叶绿素）。此时这两个反应中心的电子被激发传递到各自的电子受体，在 psn 的 反应中心产生氧化态的叶绿素，它必须通过Z和 Mn中心夺得水中的电子传递给电子受体，这时水失去电子而分解为H +和0 2。因此，水在光下分解时，是叶绿素吸收光能先失去电子，再从水中获得电子，而水因为失去电子分解为0 2和 H+。