高中生物： 54 能量之源——光與光合作用（教案）人教版必修1

1、第4節(jié) 能量之源光與光合作用一、 教學(xué)目標(biāo)1.說出綠葉中色素的種類和作用。2.說出葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能。3.說明光合作用以及對(duì)它的認(rèn)識(shí)過程。4.嘗試探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素。5.說出光合作用原理的應(yīng)用。6.簡述化能合成作用。二、 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）綠葉中色素的種類和作用。（2）光合作用的發(fā)現(xiàn)及研究歷史。（3）光合作用的光反應(yīng)、暗反應(yīng)過程及相互關(guān)系。（4）影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程。（2）探究影響光合作用強(qiáng)度的環(huán)境因素。三、 教學(xué)策略創(chuàng)設(shè)情境：用教材“問題探討”的蔬菜大棚中為提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)而使用不同顏色的光，特別是紅光或藍(lán)紫光的作用導(dǎo)

2、入本節(jié)的學(xué)習(xí)，既結(jié)合了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，又緊扣“能量之源光與光合作用”的課題。講授新課：本節(jié)內(nèi)容從“捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)”開始，學(xué)生對(duì)光合作用有一定知識(shí)基礎(chǔ)，但還很不深入，因此教師要在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上幫助學(xué)生建構(gòu)內(nèi)涵更豐富的光合作用的概念。在學(xué)習(xí)捕獲光能的色素和葉綠體結(jié)構(gòu)的知識(shí)時(shí)，實(shí)驗(yàn)非常重要。關(guān)于色素提取和分離的實(shí)驗(yàn)，除課本所介紹的用具和方法外，也可用成套的微量提取器來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，這樣可以降低操作難度，效果也更明顯。實(shí)驗(yàn)中要讓學(xué)生仔細(xì)觀察分離出的不同色帶，注意色帶的不同顏色、分布順序和寬窄，思考其中的原因。將提取的色素液放在光源和分光棱鏡之間可以發(fā)現(xiàn)在紅光和藍(lán)紫光部分呈現(xiàn)暗帶，說明這部分波長的光

3、被色素吸收。由此讓學(xué)生思考色素吸收的光用來做什么。有條件的學(xué)校還可以讓學(xué)生觀察色素的熒光現(xiàn)象，并簡單介紹熒光現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，讓學(xué)生了解色素吸收了光能的事實(shí)。色素是植物吸收光能的物質(zhì)，但是這些物質(zhì)主要分布在小小的葉綠體內(nèi)，這是科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的?？梢韵葘⒍鞲駹柭膶?shí)驗(yàn)介紹給學(xué)生，讓學(xué)生討論恩格爾曼的兩個(gè)設(shè)計(jì)巧妙的實(shí)驗(yàn)說明了什么問題，然后再讓學(xué)生認(rèn)識(shí)葉綠體的基本結(jié)構(gòu)以及這種結(jié)構(gòu)適于分布色素和多種酶的特點(diǎn)。在介紹光合作用過程之前首先讓學(xué)生了解光合作用研究的歷史，注意讓學(xué)生以教材中展現(xiàn)的光合作用研究歷史中的重要事件為線索，遵循科學(xué)家的探索思路，總結(jié)出光合作用的探究歷程。因?yàn)榻滩纳辖榻B的歷史非常經(jīng)典，

4、所介紹的都是在光合作用探索歷程中所出現(xiàn)的問題和解決的方法，學(xué)生認(rèn)真了解其重要過程，等于沿著科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)思路作了一次思維的探究，這對(duì)于學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握光合作用的具體過程是有必要的。在學(xué)習(xí)光合作用的具體過程時(shí)，重點(diǎn)要學(xué)生掌握光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)過程的區(qū)別和聯(lián)系，特別是其中的物質(zhì)變化和能量變化的過程，發(fā)生的部位和條件也是學(xué)生要弄清楚的內(nèi)容。作為高中學(xué)生，應(yīng)該試圖從化學(xué)反應(yīng)的角度上看待光合作用的過程，從化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的變化去認(rèn)識(shí)水和二氧化碳是如何轉(zhuǎn)變成有機(jī)物糖類等物質(zhì)的。同時(shí)讓學(xué)生明確在這兩個(gè)過程中每一個(gè)物質(zhì)變化的來龍去脈和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化的過程，以便從整體上認(rèn)識(shí)和理解光合作用。在總結(jié)光合作用時(shí)，結(jié)合學(xué)生初中

5、已有的知識(shí)基礎(chǔ)，從物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變的高度上認(rèn)識(shí)光合作用的意義。為了更好地認(rèn)識(shí)光合作用原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，可以讓學(xué)生聯(lián)系光合作用的原理來分析、解釋一些生產(chǎn)現(xiàn)象，并組織好學(xué)生完成教材中的探究活動(dòng)環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響。最后，可與光合作用對(duì)比，簡述化能合成作用。四、答案和提示（一）問題探討1.用這種方法可以提高光合作用強(qiáng)度。因?yàn)槿~綠素吸收最多的是光譜中的藍(lán)紫光和紅光。不同顏色的光照對(duì)植物的光合作用會(huì)有影響。2.因?yàn)槿~綠素對(duì)綠光吸收最少，所以不使用綠色的塑料薄膜或補(bǔ)充綠色光源。（二）實(shí)驗(yàn)1.濾紙條上有4條不同顏色的色帶，從上往下依次為：胡蘿卜素（橙黃色）、葉黃素（黃色）、葉綠素a（藍(lán)綠色）、葉

6、綠素b（黃綠色）。這說明綠葉中的色素有4種，它們?cè)趯游鲆褐械娜芙舛炔煌S層析液在濾紙上擴(kuò)散的快慢也不一樣。2.濾紙上的濾液細(xì)線如果觸到層析液，細(xì)線上的色素就會(huì)溶解到層析液中，就不會(huì)在濾紙上擴(kuò)散開來，實(shí)驗(yàn)就會(huì)失敗。（三）資料分析1.恩格爾曼實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是：氧氣是葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所。2.提示：實(shí)驗(yàn)材料選擇水綿和好氧細(xì)菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察，用好氧細(xì)菌可確定釋放氧氣多的部位；沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了氧氣和光的干擾；用極細(xì)的光束照射，葉綠體上可分為光照多和光照少的部位，相當(dāng)于一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)；臨時(shí)裝片暴露在光下的實(shí)驗(yàn)再一次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，等等。3.葉綠體是進(jìn)

7、行光合作用的場所。（四）旁欄思考題提示：持這種觀點(diǎn)的人，很可能是在無光條件下做的這個(gè)實(shí)驗(yàn)。無光時(shí)，植物不進(jìn)行光合作用，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，所以沒有釋放氧氣，而是釋放二氧化碳，也就是使空氣變污濁了。（五）思考與討論11.光合作用的原料是二氧化碳和水，產(chǎn)物是糖類和氧氣，場所是葉綠體，條件是要有光，還需要多種酶等。光合作用的反應(yīng)式是：CO2 + H2O (CH2O) + O22.提示：從人類對(duì)光合作用的探究歷程來看，生物學(xué)的發(fā)展與物理學(xué)和化學(xué)的研究進(jìn)展關(guān)系很密切。例如，直到1785年，由于發(fā)現(xiàn)了空氣的組成，人們才明確綠葉在光下放出的氣體是氧氣，吸收的是二氧化碳，這個(gè)事例說明生物學(xué)的發(fā)展與化學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)

8、展密切相關(guān)。又如，魯賓和卡門利用同位素標(biāo)記法證明光合作用釋放的氧氣來自水，而不是來自二氧化碳；卡爾文用同位素示蹤技術(shù)探明了二氧化碳中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，都說明在科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，相關(guān)學(xué)科的互相促進(jìn)，以及技術(shù)手段的進(jìn)步對(duì)科學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用。（六）思考與討論21.  光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段所需條件必須有光有光無光均可進(jìn)行場所類囊體的薄膜上葉綠體內(nèi)的基質(zhì)中物質(zhì)變化H2O分解成O2和H；形成ATP二氧化碳被固定；C3被H還原，最終形成糖類；ATP轉(zhuǎn)化成ADP和Pi能量轉(zhuǎn)換光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，儲(chǔ)存在ATP中ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為糖類中儲(chǔ)存的化學(xué)能2.物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)階段產(chǎn)生的H

9、，在暗反應(yīng)階段用于還原C3；能量聯(lián)系：光反應(yīng)階段生成的ATP，在暗反應(yīng)階段中將其儲(chǔ)存的化學(xué)能釋放出來，幫助C3形成糖類，ATP中的化學(xué)能則轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存在糖類中的化學(xué)能。（七）第一小節(jié)練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）×；（2）。2.B。3.結(jié)論是：葉綠體主要吸收紅光和藍(lán)光用于光合作用，放出氧氣。拓展題1.植物體吸收光能的色素， 還存在于植物幼嫩的莖和果實(shí)等器官的一些含有光合色素的細(xì)胞中。2.提示：是的。不同顏色的藻類吸收不同波長的光。藻類本身的顏色是反射出來的光，即紅藻反射出了紅光，綠藻反射出綠光，褐藻反射出黃色的光。水層對(duì)光波中的紅、橙部分吸收顯著多于對(duì)藍(lán)、綠部分的吸收，即到達(dá)深水層的光線是相對(duì)富

10、含短波長的光，所以吸收紅光和藍(lán)紫光較多的綠藻分布于海水的淺層，吸收藍(lán)紫光和綠光較多的紅藻分布于海水深的地方。（八）第二小節(jié)練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）；（2）×。2.B。  3.D。  4.C。  5.D。  6.B。7.光合作用中光反應(yīng)階段的能量來源是光能，暗反應(yīng)階段的能量來源是ATP。8.白天若突然中斷二氧化碳的供應(yīng)，葉綠體內(nèi)首先積累起來的物質(zhì)是五碳化合物。拓展題1.（1）根據(jù)圖中的曲線表明，710時(shí)光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，這是因?yàn)樵谝欢囟群投趸脊?yīng)充足的情況下，光合作用的強(qiáng)度是隨著光照加強(qiáng)而增強(qiáng)的。（2）在12時(shí)左右光合作用強(qiáng)度明顯減弱，是因

11、為此時(shí)溫度很高，蒸騰作用很強(qiáng)，氣孔大量關(guān)閉，二氧化碳供應(yīng)減少，導(dǎo)致光合作用強(qiáng)度明顯減弱。（3）1417時(shí)光合作用強(qiáng)度不斷下降的原因，是因?yàn)榇藭r(shí)光照強(qiáng)度不斷減弱。五、參考資料1.光合色素及其化學(xué)結(jié)構(gòu)在葉綠體內(nèi)，類囊體膜上的色素可以分為兩類：一類具有吸收和傳遞光能的作用，包括絕大多數(shù)的葉綠素a，以及全部的葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素；另一類是少數(shù)處于特殊狀態(tài)的葉綠素a，這種葉綠素a能夠捕獲光能，并將受光能激發(fā)的電子傳送給相鄰的電子受體。在類囊體膜中，上述色素并非散亂地分布著，而是與各種蛋白質(zhì)結(jié)合成復(fù)合物，共同形成稱做光系統(tǒng)的大型復(fù)合物（圖17）。在葉綠素的分子結(jié)構(gòu)（圖18）中有一個(gè)卟啉環(huán)，卟啉環(huán)的中

12、間結(jié)合了一個(gè)鎂原子。卟啉環(huán)具有雙鍵和單鍵交錯(cuò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使葉綠素分子對(duì)一定波長內(nèi)的光具有較強(qiáng)的吸收能力。葉綠素分子還具有一個(gè)長的疏水性尾部，有利于葉綠素穩(wěn)定地分布在類囊體膜中。胡蘿卜素是含有11個(gè)碳碳雙鍵的化合物，有12種同分異構(gòu)體，常見的是-胡蘿卜素，葉黃素則是-胡蘿卜素的衍生物。2.光合色素將能量匯集到反應(yīng)中心光系統(tǒng)由捕光系統(tǒng)和光反應(yīng)中心組成。其中，捕光系統(tǒng)又被形象地稱做天線，它由數(shù)百個(gè)葉綠素等色素分子組成。這些色素分子有序地排列，使捕獲的光能能夠從一個(gè)葉綠素分子傳遞給另一個(gè)葉綠素分子，并最終將能量匯集到光系統(tǒng)的反應(yīng)中心。反應(yīng)中心是由蛋白質(zhì)和一對(duì)特殊的葉綠素分子組成的跨膜復(fù)合體。在這個(gè)復(fù)合

13、體中，能量被捕獲并用于激發(fā)這對(duì)特殊的葉綠素分子中的電子。受激發(fā)的電子被迅速傳遞給相鄰的電子受體，失去電子的葉綠素分子在相關(guān)酶的作用下，獲得水中氧元素的電子而恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，水被氧化成氧氣，并釋放出H+。3.受激發(fā)的電子沿光合鏈傳遞，電子傳遞驅(qū)動(dòng)ATP和NADPH的合成從反應(yīng)中心葉綠素分子中激發(fā)的電子，沿著類囊體膜中的一系列電子傳遞體轉(zhuǎn)移，組成光合鏈。光合鏈中能量的變化有兩次起落，涉及兩個(gè)光系統(tǒng)。從圖19的左方看，光系統(tǒng)（由于歷史的原因而被誤稱為光系統(tǒng)）的色素吸收光能以后，產(chǎn)生一個(gè)高能電子，并將高能電子傳送到電子傳遞體Q（質(zhì)體醌），傳遞到Q上的高能電子就好像接力賽跑中的接力棒一樣，依次傳遞給細(xì)胞

14、色素bf復(fù)合物（由細(xì)胞色素蛋白和血紅素基團(tuán)組成的復(fù)合物）、質(zhì)體藍(lán)素（一種分子量較小的含銅蛋白質(zhì)）。電子傳遞驅(qū)動(dòng)類囊體膜內(nèi)的質(zhì)子泵，在類囊體膜的兩側(cè)建立了質(zhì)子梯度。利用建立起的質(zhì)子梯度，類囊體膜上的ATP合成酶合成了ATP。光系統(tǒng)反應(yīng)中心的色素失去電子后則由水中氧元素獲得電子，水則被分解成氧氣和質(zhì)子。這種由光照引起的電子傳遞與磷酸化作用相偶聯(lián)而生成ATP的過程稱為光合磷酸化。圖19電子傳遞鏈類似于光系統(tǒng)，光系統(tǒng)的色素吸收光能以后，產(chǎn)生一個(gè)高能電子，傳送到鐵氧還蛋白（一種分子量較小的含有鐵硫中心的蛋白質(zhì)），光系統(tǒng)反應(yīng)中心的葉綠素所失去的電子則由質(zhì)體藍(lán)素所傳遞的電子補(bǔ)充，激發(fā)的電子最后到達(dá)NADP+

15、，生成NADPH。至此，光合作用形成了還原力強(qiáng)大的物質(zhì)NADPH和高能物質(zhì)ATP，為二氧化碳的固定和還原打下了基礎(chǔ)。4.二氧化碳的固定和還原二氧化碳的固定和還原是在葉綠體的基質(zhì)中進(jìn)行的，主要通過卡爾文循環(huán)。由于卡爾文循環(huán)的最初產(chǎn)物是3磷酸甘油酸（PGA），是含3個(gè)碳原子的化合物，因此又稱三碳循環(huán)。首先，二氧化碳與1，5-二磷酸核酮糖（RUBP）結(jié)合，再加上水，生成2分子的3-磷酸甘油酸。這一反應(yīng)是由葉綠體基質(zhì)中的核糖二磷酸羧化氧化酶催化的。在ATP和NADPH的參與下，3-磷酸甘油酸進(jìn)一步被還原為3-磷酸甘油醛。一部分3-磷酸甘油醛經(jīng)過一系列生化反應(yīng)，重新生成1，5-二磷酸核酮糖，維持卡爾文循

16、環(huán)，另一部分被運(yùn)入細(xì)胞質(zhì)（圖20），迅速轉(zhuǎn)化為葡萄糖-1-磷酸和果糖-6-磷酸。這兩者經(jīng)過進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化，形成磷酸蔗糖并經(jīng)過水解而變成蔗糖。葉綠體中的3-磷酸甘油醛主要被轉(zhuǎn)化為淀粉。這些淀粉可以暫時(shí)儲(chǔ)存在葉綠體的基質(zhì)中，然后水解成葡萄糖，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。從圖中的循環(huán)過程可以看出，每當(dāng)3個(gè)二氧化碳分子進(jìn)入該循環(huán)，就能凈生成1個(gè)3-磷酸甘油醛分子，同時(shí)凈消耗9分子ATP和6分子的NADPH。5.光合作用反應(yīng)過程概要光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)階段。在光反應(yīng)中，葉綠素吸收光能，葉綠素分子中的電子被激發(fā)到較高的能級(jí)。被激發(fā)的電子沿著分布在類囊體膜上的一系列電子傳遞體轉(zhuǎn)移。在傳遞過程中，質(zhì)子被泵送到類囊

17、體腔內(nèi)，在類囊體膜兩側(cè)形成質(zhì)子梯度，用來驅(qū)動(dòng)ATP的合成。沿著電子載體傳遞的電子最后提供給NADP+，將NADP+還原為NADPH。葉綠素分子失去的電子則由水分子中氧原子中的電子來補(bǔ)充，水分子中的氧原子則被氧化為氧氣。上述反應(yīng)都發(fā)生在葉綠體的類囊體中。由光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH，為暗反應(yīng)提供能量和還原力，通過卡爾文循環(huán)，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖類。暗反應(yīng)起始于葉綠體基質(zhì)，延續(xù)到細(xì)胞質(zhì)。最終，在植物的葉片中生成有機(jī)物，并以蔗糖的形式進(jìn)一步運(yùn)輸?shù)街参矬w的其他組織。6.光呼吸在固定二氧化碳的反應(yīng)中，催化二氧化碳與1，5-二磷酸核酮糖結(jié)合的酶是核糖二磷酸羧化氧化酶。這種酶不僅能催化二氧化碳與二磷酸核酮

18、糖的反應(yīng)，還能催化氧氣與二磷酸核酮糖的反應(yīng)，生成3-磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸。3-磷酸甘油酸參加糖類的合成，磷酸乙醇酸可轉(zhuǎn)化成甘氨酸或通過其他代謝途徑釋放出二氧化碳。上述過程，即植物消耗氧氣，將二磷酸核酮糖轉(zhuǎn)化成二氧化碳的過程，稱做光呼吸。在光呼吸中，沒有ATP或NADPH的生成，是一個(gè)消耗能量的過程?？茖W(xué)家嘗試?yán)没蚬こ谈脑旌颂嵌姿狒然趸傅幕?，希望使其成為沒有光呼吸作用的酶。7.C3植物和C4植物對(duì)于小麥、水稻等大多數(shù)綠色植物來說，在暗反應(yīng)階段，一個(gè)二氧化碳被一個(gè)五碳化合物（C5）固定以后，形成的是兩個(gè)三碳化合物（C3）。但是，科學(xué)家在研究玉米、甘蔗等原產(chǎn)在熱帶地區(qū)綠色植物的光合作用

19、時(shí)發(fā)現(xiàn)，在這類綠色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先轉(zhuǎn)移到含有四個(gè)碳原子的有機(jī)物（C4）中，然后才轉(zhuǎn)移到C3中?？茖W(xué)家將這類植物叫做C4植物，將其固定二氧化碳的途徑，叫做C4途徑；將僅有C3參與二氧化碳固定的植物叫做C3植物，將其固定二氧化碳的途徑，叫做C3途徑。上文中介紹的二氧化碳的固定過程即為C3途徑。下面詳細(xì)介紹C4途徑。在C4植物中，葉片中構(gòu)成維管束鞘的細(xì)胞中的葉綠體以C3途徑固定二氧化碳，而在葉肉細(xì)胞中主要為C4途徑。維管束鞘的細(xì)胞呼吸放出的二氧化碳可以被葉肉細(xì)胞通過C4途徑來固定，其過程是：在有關(guān)酶的催化下，一個(gè)二氧化碳被磷酸烯醇式丙酮酸所固定，生成含有四個(gè)碳原子的化合物草酰乙酸

20、。生成的草酰乙酸被NADPH還原成蘋果酸，蘋果酸通過胞間連絲，從葉肉細(xì)胞轉(zhuǎn)移到維管束鞘的細(xì)胞，在酶的催化作用下，生成丙酮酸和二氧化碳。二氧化碳在維管束鞘的細(xì)胞中進(jìn)入上文介紹的C3途徑。丙酮酸則再次進(jìn)入葉肉細(xì)胞中的葉綠體內(nèi)，在有關(guān)酶的作用下，轉(zhuǎn)化成磷酸烯醇式丙酮酸，繼續(xù)固定二氧化碳。C4循環(huán)和C3循環(huán)的關(guān)系見圖21。C4途徑的生物學(xué)意義在于：熱帶植物為了防止水分過多蒸發(fā)，常常關(guān)閉葉片上的氣孔，這樣空氣中的二氧化碳不易進(jìn)入細(xì)胞。這時(shí)，C4植物能夠利用葉片內(nèi)細(xì)胞間隙中含量很低的二氧化碳進(jìn)行光合作用。這是因?yàn)镃4途徑中能夠固定二氧化碳的那種酶對(duì)二氧化碳有很高的親和力，使葉肉細(xì)胞能有效地固定和濃縮二氧化

21、碳，供維管束鞘細(xì)胞內(nèi)葉綠體中的C3途徑利用。8.光合作用研究的新進(jìn)展2004年3月18日，國際權(quán)威科學(xué)雜志自然，以主題論文的方式發(fā)表了由中國科學(xué)院生物物理所、植物研究所合作完成的研究成果“菠菜主要捕光復(fù)合物（LHC-II）2.72 A分辨率的晶體結(jié)構(gòu)”。該晶體的結(jié)構(gòu)彩圖被選作當(dāng)期雜志的封面照片。LHC-II指的是什么呢？我們知道，綠色植物的光合作用離不開葉綠體的光系統(tǒng)，而光系統(tǒng)又是由捕光系統(tǒng)和光反應(yīng)中心組成的。植物捕光系統(tǒng)中的捕光蛋白復(fù)合物，就像一塊塊太陽能板，負(fù)責(zé)接受太陽能并將其傳遞給光反應(yīng)中心。我國科學(xué)家研究的LHC-II則是綠色植物中含量最豐富的主要捕光復(fù)合物。這一復(fù)合物是由蛋白質(zhì)分子、

22、葉綠素分子、類胡蘿卜素分子和脂質(zhì)分子所組成的一個(gè)復(fù)雜分子體系，它們被鑲嵌在生物膜中，具有很強(qiáng)的疏水性，難以分離和結(jié)晶。測(cè)定這樣的膜蛋白復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)，是國際公認(rèn)的高難課題，也是一個(gè)國家結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究水平的重要標(biāo)志。這一研究成果使我國在高等植物L(fēng)HC-II三維結(jié)構(gòu)測(cè)定方面成功地超越了德國和日本等發(fā)達(dá)國家的多家實(shí)驗(yàn)室。國際同行評(píng)價(jià)：“這是光合作用研究領(lǐng)域的一大突破，對(duì)于理解植物光合作用中所發(fā)生的捕光和能量傳遞過程必不可少。”科學(xué)家相信，破解LHCII蛋白復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)之謎，可以為人類徹底認(rèn)識(shí)并進(jìn)而控制光合作用奠定基礎(chǔ)。9.化能自養(yǎng)型微生物起初，人們認(rèn)為只有綠色植物才能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，后

23、來發(fā)現(xiàn)，即使沒有葉綠素的參與，某些微生物也能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，這類微生物稱做化能自養(yǎng)型微生物。這類微生物通過氧化如氫氣、硫化氫、二價(jià)鐵離子或亞硝酸鹽等無機(jī)物，奪取無機(jī)物中的電子，通過電子傳遞鏈合成ATP和NADPH，再利用ATP和NADPH完成二氧化碳的還原和固定。廣泛地分布在土壤和水域環(huán)境中的硫化細(xì)菌、硝化細(xì)菌、氫細(xì)菌與鐵細(xì)菌等都屬于這類微生物。例如，氫細(xì)菌通過將氫氣氧化為水，硫細(xì)菌通過將硫化氫氧化為硫酸鹽，硝化細(xì)菌通過將氨氧化為亞硝酸鹽，或?qū)喯跛猁}氧化為硝酸鹽，來驅(qū)動(dòng)二氧化碳的固定，完成有機(jī)物的合成。10.光質(zhì)對(duì)光合作用的影響光合作用的強(qiáng)弱與光質(zhì)有關(guān)。在可見光光譜的范圍內(nèi)，不同波長

24、的光，光合作用的效率是不同的。由于葉綠體中色素吸收光的高峰是在紅光和藍(lán)紫光部分，所以，在能量相等的情況下，紅光和藍(lán)紫光光合作用的效率要高于黃綠光?？茖W(xué)研究表明，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。人們根據(jù)上述科學(xué)原理，在需要人工補(bǔ)充光照的溫室和塑料大棚中栽培農(nóng)作物時(shí)，就可以根據(jù)所需要的光合作用產(chǎn)物的類型，來選擇適合的光源以及玻璃或塑料薄膜了。例如，冷光鏑燈的光譜成分接近于太陽光，且輻射出的熱能比較少，是一種比較好的人工光源

25、；又如，氙燈的可見光部分也近似于太陽光，但其紫外線和紅外線則比太陽光的多，使用時(shí)應(yīng)隔以玻璃或水層以吸收其紫外線或紅外線。相比之下，日光燈的藍(lán)紫光和綠光比太陽光的多而紅光比太陽光的少；普通的白熾燈則藍(lán)紫光比太陽光的少而紅外光比太陽光多?？茖W(xué)家通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，藍(lán)色塑料薄膜育秧時(shí)有壯秧的效果，這一結(jié)果現(xiàn)已在不少地區(qū)的水稻育秧生產(chǎn)中得到應(yīng)用。自我檢測(cè)的答案和提示一、概念檢測(cè)判斷題1.。  2.×。  3.。選擇題1.D。  2.D。畫概念圖二、知識(shí)遷移提示：松土是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)傳統(tǒng)的耕作措施。松土可以增加土壤的透氣性，能促進(jìn)土壤中枯枝落葉、動(dòng)物遺體和糞便等有機(jī)物的分解，從而有利于農(nóng)作物生長。但是，松土容易造成水土流失，可能成為沙塵暴的一種誘發(fā)因素?？茖W(xué)研究表明，產(chǎn)生沙塵的地表物質(zhì)以直徑為0.0050.06 mm的粉塵為主，這些粉塵主要來自農(nóng)田。由于松土促進(jìn)了土壤微生物的有氧呼吸，增加了二氧化碳的分解和排放，從而使溫室效應(yīng)和全球氣候變暖問題變得更加嚴(yán)重。此外，松土還增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本。為此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)當(dāng)提倡免耕法。免耕法又叫保護(hù)性