對“能量之源——光與光合作用”一節(jié)教材中幾個(gè)問題的認(rèn)識(shí)

劉東奇

人教版新課標(biāo)生物教材必修1中《能量之源——光與光合作用》一節(jié)是高中生物知識(shí)體系中重要的基礎(chǔ)知識(shí)，但教材中有些知識(shí)表述不夠全面，使教師對教材的把握有一定的難度。下面總結(jié)了以下幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)予以闡述。

1恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)方式

按照教材的敘述，恩格爾曼的水綿實(shí)驗(yàn)的一組中把載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中，然后用極細(xì)的光束照射水綿。并通過示意圖可以看出另一組的設(shè)計(jì)是：將載有水綿和好氧細(xì)菌的臨時(shí)裝片放在完全曝光環(huán)境中，實(shí)驗(yàn)的自變量是光照的有無。根據(jù)單一變量原則，曝光環(huán)境中的一組實(shí)驗(yàn)也應(yīng)該是在沒有空氣的環(huán)境中。另外，本實(shí)驗(yàn)的因變量為好氧細(xì)菌所集中的位置。通過檢測因變量可以準(zhǔn)確地判斷出水綿產(chǎn)生氧氣的部位。無關(guān)變量為將制好的臨時(shí)裝片放在沒有空氣的黑暗環(huán)境中。沒有空氣的環(huán)境可以讓好氧細(xì)菌集中到產(chǎn)生氧氣的部位，黑暗的環(huán)境可以保證光照部位所產(chǎn)生的效應(yīng)。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了兩組對照實(shí)驗(yàn)：一是完全黑暗狀態(tài)(實(shí)驗(yàn)組)和完全曝光狀態(tài)(對照組)的對照(即教材中左圖和右圖的一組對照)，從而可以得出光是光合作用的條件這一結(jié)論；二是在黑暗狀態(tài)下的一組實(shí)驗(yàn)中(即教材左圖)的局部用極細(xì)的光束進(jìn)行曝光，將光束曝光處(對照組)和未曝光處(實(shí)驗(yàn)組)形成對照，可以判斷產(chǎn)生氧氣的部位是葉綠體，從而得出葉綠體是光合作用的場所的結(jié)論。

以上兩組對照實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)組的判斷是遵循了減法原理。即與常態(tài)相比，人為去除了光照這一因素。

2塑料大棚所用的塑料薄膜的顏色

利用太陽光能的塑料大棚所使用的塑料薄膜常見的有無色和淺藍(lán)色兩種。無色薄膜可以透過所有波長的光，即白光。淺藍(lán)色薄膜可以透過藍(lán)紫色光。不同波長的光，光合作用的效率是不同的。在不同的光質(zhì)下，不但光合作用的強(qiáng)弱有差異，而且光合作用的產(chǎn)物也不完全一樣。例如，植物在藍(lán)紫光的照射下生長，其光合作用產(chǎn)物中蛋白質(zhì)和脂肪的含量就會(huì)增加；而在紅光的照射下生長，其光合作用產(chǎn)物中糖類的含量就會(huì)比較多。因此，白光可以使植物進(jìn)行較全面的生長。另外，淺藍(lán)色塑料薄膜影響了陽光的穿透率，影響光照的強(qiáng)度和輻射溫度，而無色薄膜給予了塑料大棚內(nèi)更高的輻射溫度，在低溫季節(jié)對棚內(nèi)植物的生長更有利。所以，塑料大棚使用無色塑料薄膜為最好。

當(dāng)然，使用何種顏色的塑料薄膜還要看所培養(yǎng)的植物類型。對于棚內(nèi)植物的快速生長來說，使用無色塑料薄膜較好。但是，光照可以直接抑制植物的生長，并且在一定范圍內(nèi)的隨光照強(qiáng)度的增加而增大。光對生長的抑制作用主要是藍(lán)紫光，特別是紫外光。所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，在低溫的情況下，利用淺藍(lán)色塑料薄膜覆蓋育秧比無色塑料薄膜的效果好，秧苗生長茁壯，分蘗早而多，鮮重、干重均高，就是因?yàn)闇\藍(lán)色的塑料薄膜既能吸收大量橙紅光，使膜內(nèi)溫度升高，又能透過400～500 nm波長的藍(lán)紫光，抑制秧苗生長，使植株矮壯。所以，對于育苗來說，使用淺藍(lán)色塑料薄膜較好。

3光合作用的暗反應(yīng)中的三碳化合物、五碳化合物的化學(xué)本質(zhì)及暗反應(yīng)產(chǎn)物

根據(jù)教材上光合作用過程的圖解(圖5-15)，這是以C₂植物為例來講述光合作用過程的。教材上對于光合作用的產(chǎn)物通過前面薩克斯的實(shí)驗(yàn)證明有淀粉，光合作用的總反應(yīng)式和過程中都是(CH20)。而實(shí)際上，光合作用的過程是極其復(fù)雜的，首先，進(jìn)入葉綠體的CO₂與其受體RuBP(核酮糖-1，5-二磷酸)結(jié)合后經(jīng)水解生成3-PGA(3－磷酸甘油酸)。CO₂被固定，無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。在葉綠體基質(zhì)中，利用光反應(yīng)中生成的ATP與NADPH(即[H])將3-PGA進(jìn)一步還原為磷酸丙糖。葉綠體中的光合產(chǎn)物主要以磷酸丙糖的形式運(yùn)出到細(xì)胞質(zhì)中，再轉(zhuǎn)化成蔗糖。當(dāng)胞質(zhì)中蔗糖的利用減慢、外運(yùn)受阻、胞質(zhì)游離的無機(jī)磷酸水平下降時(shí)，磷酸丙糖外運(yùn)減少，而在葉綠體內(nèi)積累，葉綠體基質(zhì)內(nèi)磷酸丙糖的積累可促進(jìn)葉綠體基質(zhì)中淀粉的合成。從這一過程可以看出，光合作用的暗反應(yīng)中的三碳化合物是3－PGA、五碳化合物是RuBP，暗反應(yīng)的直接產(chǎn)物是磷酸丙糖，間接產(chǎn)物是蔗糖和淀粉。其實(shí)，光合作用是非常復(fù)雜的過程，中間的很多產(chǎn)物都可以通過其他代謝途徑產(chǎn)生不同的有機(jī)物，本文不再敘述。

4光合色素分布于類囊體薄膜的外位置

教材99頁有這樣一句話：“這些囊狀結(jié)構(gòu)稱為類囊體，吸收光能的四種色素，就分布在類囊體的薄膜上?！卑凑者@句話字面意思理解，多數(shù)學(xué)生和教師都容易理解為分布在類囊體的薄膜外側(cè)。這里的膜上到底是類囊體外膜、內(nèi)膜還是膜內(nèi)呢?葉綠素分子鑲嵌于類囊體膜中間，但其光反應(yīng)中水的光解應(yīng)發(fā)生于類囊體內(nèi)膜上，因此氧氣的逸出需要穿過類囊體薄膜，而光合磷酸化(NADPH的生成)發(fā)生于類囊體的外膜，生成后直接進(jìn)入葉綠體基質(zhì)。因此，教材中的“吸收光能的四種色素，就分布在類囊體的薄膜上”，應(yīng)理解為四種色素鑲嵌于類囊體薄膜中。