對“能量之源——光與光合作用”一節教材中幾個問題的認識

劉東奇

人教版新課標生物教材必修1中《能量之源——光與光合作用》一節是高中生物知識體系中重要的基礎知識，但教材中有些知識表述不夠全面，使教師對教材的把握有一定的難度。下面總結了以下幾個知識點予以闡述。

1恩格爾曼的實驗設置對照實驗方式

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

本實驗設置了兩組對照實驗：一是完全黑暗狀態(實驗組)和完全曝光狀態(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論；二是在黑暗狀態下的一組實驗中(即教材左圖)的局部用極細的光束進行曝光，將光束曝光處(對照組)和未曝光處(實驗組)形成對照，可以判斷產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論。

以上兩組對照實驗中實驗組的判斷是遵循了減法原理。即與常態相比，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色兩種。無色薄膜可以透過所有波長的光，即白光。淺藍色薄膜可以透過藍紫色光。不同波長的光，光合作用的效率是不同的。在不同的光質下，不但光合作用的強弱有差異，而且光合作用的產物也不完全一樣。例如，植物在藍紫光的照射下生長，其光合作用產物中蛋白質和脂肪的含量就會增加；而在紅光的照射下生長，其光合作用產物中糖類的含量就會比較多。因此，白光可以使植物進行較全面的生長。另外，淺藍色塑料薄膜影響了陽光的穿透率，影響光照的強度和輻射溫度，而無色薄膜給予了塑料大棚內更高的輻射溫度，在低溫季節對棚內植物的生長更有利。所以，塑料大棚使用無色塑料薄膜為最好。

當然，使用何種顏色的塑料薄膜還要看所培養的植物類型。對于棚內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，并且在一定范圍內的隨光照強度的增加而增大。光對生長的抑制作用主要是藍紫光，特別是紫外光。所以在農業生產上，在低溫的情況下，利用淺藍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，就是因為淺藍色的塑料薄膜既能吸收大量橙紅光，使膜內溫度升高，又能透過400～500 nm波長的藍紫光，抑制秧苗生長，使植株矮壯。所以，對于育苗來說，使用淺藍色塑料薄膜較好。

3光合作用的暗反應中的三碳化合物、五碳化合物的化學本質及暗反應產物

根據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物通過前面薩克斯的實驗證明有淀粉，光合作用的總反應式和過程中都是(CH20)。而實際上，光合作用的過程是極其復雜的，首先，進入葉綠體的CO₂與其受體RuBP(核酮糖-1，5-二磷酸)結合后經水解生成3-PGA(3－磷酸甘油酸)。CO₂被固定，無機物轉化為有機物。在葉綠體基質中，利用光反應中生成的ATP與NADPH(即[H])將3-PGA進一步還原為磷酸丙糖。葉綠體中的光合產物主要以磷酸丙糖的形式運出到細胞質中，再轉化成蔗糖。當胞質中蔗糖的利用減慢、外運受阻、胞質游離的無機磷酸水平下降時，磷酸丙糖外運減少，而在葉綠體內積累，葉綠體基質內磷酸丙糖的積累可促進葉綠體基質中淀粉的合成。從這一過程可以看出，光合作用的暗反應中的三碳化合物是3－PGA、五碳化合物是RuBP，暗反應的直接產物是磷酸丙糖，間接產物是蔗糖和淀粉。其實，光合作用是非常復雜的過程，中間的很多產物都可以通過其他代謝途徑產生不同的有機物，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：“這些囊狀結構稱為類囊體，吸收光能的四種色素，就分布在類囊體的薄膜上。”按照這句話字面意思理解，多數學生和教師都容易理解為分布在類囊體的薄膜外側。這里的膜上到底是類囊體外膜、內膜還是膜內呢?葉綠素分子鑲嵌于類囊體膜中間，但其光反應中水的光解應發生于類囊體內膜上，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)發生于類囊體的外膜，生成后直接進入葉綠體基質。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”，應理解為四種色素鑲嵌于類囊體薄膜中。