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光合作用的原理和应用

1. 光合作用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着能量的有机物,并且释放出氧气的过程。(必修一101页)

2. 1771年,英国科学家普利斯特利通过实验证实,植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。但是,他没有发现光在植物更新空气中的作用,而是将空气的更新归因于植物的生长。(必修一101页)

3. 有人重复普利斯特利的实验,却得到完全相反的结论,认为植物跟动物一样能使空气变污浊。(必修一101页)

4. 1779年,荷兰科学家英格豪斯做了500多次植物更新空气的实验,结果发现:普利斯特利的实验只有在阳光照射下才能成功;植物体只有绿叶才能更新污浊的空气。(必修一101页)

5. 直到1785年,由于发现了空气的组成,人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气,吸收的是二氧化碳。(必修一101页)

6. 1845年,德国科学家梅耶根据能量转化与守恒定律明确指出,植物在进行光合作用时,把光能转换成化学能储存起来。(必修一101页)

7. 1864年,德国植物学家萨克斯做了一个实验:他把绿叶先在暗处放置几小时,目的是消耗掉叶片中的营养物质。然后,他让叶片一半曝光,另一半遮光。过一段时间后,他用碘蒸气处理这片叶,发现曝光的一半呈深蓝色,遮光的一半则没有颜色变化。这一实验成功地证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉。(必修一102页)

8. 1941年,美国科学家鲁宾和卡门利用同位素标记法进行了探究。他们用氧的同位素18O 分别标记 H2O 和 CO2 ,使它们分别成为 H218O 和 C18O2 。然后进行两组实验:第一组向植物提供 H2O 和 C18O2 ;第二组向同种植物提供 H218O 和 CO2。在其他条件都相同的情况下,他们分析了两组实验释放的氧气。结果表明,第一组释放的氧气全部是 O2 ;第二组释放的氧气全部是 18O2 。这一实验有力地证明光合作用释放的氧气来自水。(必修一102页)

9. 同位素可用于追踪物质的运行和变化规律。用同位素标记的化合物,化学性质不会改变。科学家通过追踪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。(必修一102页)

10. 美国科学家卡尔文等用小球藻(一种单细胞的绿藻)做实验:用 14C 标记的 14CO2 ,供小球藻进行光合作用,然后追踪检测其放射性,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。(必修一102页)

11. 光合作用的过程,可以用下面的化学反应式来概括,其中的 (CH2O) 表示糖类

(必修一103页)

12. 光合作用第一个阶段中的化学反应,必须有光才能进行,这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段的化学反应是在类囊体的薄膜上进行的。(必修一103页)

13. 叶绿体中光合色素吸收的光能,有两方面用途:一是将水分解成氧和 [H] ,氧直接以分子的形式释放出去,[H] 则被传递到叶绿体内的基质中,作为活泼的还原剂,参与到暗反应阶段的化学反应中去;二是在有关酶的催化作用下,促成 ADP 与 Pi 发生化学反应,形成 ATP 。这样,光能转变为储存在 ATP 中的化学能。这些 ATP 将参与光合作用第二个阶段的化学反应。(必修一103页)

14. 这里的 [H] 是一种十分简化的表示方式。这一过程实际上是辅酶 Ⅱ(NADP+)与电子和质子 ( H+ ) 结合,形成还原型辅酶 Ⅱ(NADPH)。(必修一103页)

15.

(必修一103页)

16. 光合作用第二个阶段中的化学反应,有没有光都可以进行。这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。(必修一104页)

17. 在暗反应阶段中,绿叶通过气孔从外界吸收进来的二氧化碳,不能直接被 [H] 还原。它必须首先植物体内的 C5(一种五碳化合物)结合,这个过程叫做二氧化碳的固定。一个二氧化碳分子被一个 C5 分子固定以后,很快形成两个 C3 (一种三碳化合物)分子。在有关酶的催化作用下,C3 接受 ATP 释放的能量并且被 [H] 还原。随后,一些接受能量并被还原的 C3 经过一系列变化,形成糖类另一些接受能量并被还原的 C3 则经过一系列的化学变化,又形成 C5,从而使暗反应阶段的化学反应持续地进行下去。(必修一104页)

18. 在光合作用的过程中,光反应阶段与暗反应阶段既有区别又紧密联系,是缺一不可的整体。(必修一104页)

19. 农业生产上许多增加农作物产量的措施,是为了提高光合作用的强度(简单地说,是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量)。例如,控制光照的强弱和温度的高低,适当增加作物环境中二氧化碳的浓度,等等。(必修一104页)

20. 空气中二氧化碳的浓度,土壤中水分的多少,光照的长短与强弱,光的成分以及温度的高低等,都是影响光合作用强度的外界因素。(必修一104页)

21. 光合作用的强度可以通过测定一定时间内原料消耗产物生成的数量来定量地表示。(必修一104-105页)

22. 绿色植物以光为能源、以二氧化碳和水为原料合成糖类,糖类中储存着由光能转换来的能量。因此,绿色植物属于自养生物。相反,人、动物、真菌以及大多数细菌,细胞中没有叶绿素,不能进行光合作用,它们只能利用环境中现成的有机物来维持自身的生命活动,它们属于异养生物。(必修一105页)

23. 除了绿色植物,自然界中少数种类的细菌,虽然细胞内没有叶绿素,不能进行光合作用,但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量制造有机物,这种合成作用叫做化能合成作用,这些细菌也属于自养生物。(必修一105页)

24. 生活在土壤中的硝化细菌,不能利用光能,但是能将土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2),进而将亚硝酸氧化成硝酸(HN03)。硝化细菌能够利用这两个化学反应中释放出的化学能将二氧化碳和水合成为糖类,这些糖类可供硝化细菌维持自身的生命活动。

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