光合作用的化学式光合作用的化学式
光合作用
通过初中生物课的学习，我们已经知道，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，并且释放出氧的过程。我们每时每刻都在吸入光合作用释放的氧。 我们每天吃的食物，也都直接或间接地来自光合作用制造的有机物。那么，光合作用是怎样发现的呢？
光合作用的发现 直到18世纪中期，人们一直以为植物体内的全部营养物质，都是从土壤中获得的，并不认为植物体能够从空气中得到什么。 1771年，英国科学家普利斯特利发现，将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内，蜡烛不容易熄灭；将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小鼠也不容易窒息而死。因此，他指出植物可以更...全部
光合作用
通过初中生物课的学习，我们已经知道，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，并且释放出氧的过程。我们每时每刻都在吸入光合作用释放的氧。
我们每天吃的食物，也都直接或间接地来自光合作用制造的有机物。那么，光合作用是怎样发现的呢？
光合作用的发现 直到18世纪中期，人们一直以为植物体内的全部营养物质，都是从土壤中获得的，并不认为植物体能够从空气中得到什么。
1771年，英国科学家普利斯特利发现，将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在一个密闭的玻璃罩内，蜡烛不容易熄灭；将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小鼠也不容易窒息而死。因此，他指出植物可以更新空气。但是，他并不知道植物更新了空气中的哪种成分，也没有发现光在这个过程中所起的关键作用。
后来，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。下面介绍其中几个著名的实验。1864年，德国科学家萨克斯做了这样一个实验：把绿色叶片放在暗处几小时，目的是让叶片中的营养物质消耗掉。
然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片则呈深蓝色。这一实验成功地证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。
1880年，德国科学家恩吉尔曼用水绵进行了光合作用的实验(如图)：把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气并且是黑暗的环境里，然后用极细的光束照射水绵。
通过显微镜观察发现，好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近；如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则集中在叶绿体所有受光部位的周围。恩吉尔曼的实验证明：氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
这个实验在设计上有什么巧妙之处？参考答案 光合作用中释放出的氧到底是来自水，还是来自二氧化碳呢？20世纪30年代，美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了这个问题。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，然后进行两组光合作用实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2；第二组向同种绿色植物提供H2O和C18O2。
在相同的条件下，他们对两组光合作用实验释放出的氧进行了分析，结果表明第一组释放的氧全部是18O2，第二组释放的氧全部是O2。这个实验证明，光合作用释放的氧全部来自水。
叶绿体和其中的色素 叶绿体主要存在于绿色植物的叶肉细胞中，它的表面有双层膜，可以控制物质的进出。
它的内部充满了无色的基质和绿色的基粒。在电子显微镜下观察叶绿体的超薄切片，可以看到每个基粒都是由一个个囊状的结构垛叠而成的，这些由膜围成的囊状结构叫做类囊体(如图)。在类囊体的薄膜上，有进行光合作用的色素，这些色素可以吸收、传递和转化光能。
实际上，光合作用的能量转化就是在类囊体膜上进行的。在类囊体的薄膜上和叶绿体内的基质中有许多种酶，这些酶用来催化光合作用过程中的一系列化学反应。
叶绿体中的色素包括叶绿素和类胡萝卜素两类，每类又分为两种：
将提取出的叶绿体色素溶液放在可见光光束和三棱镜之间，可以看到连续光谱中有些波长的光被吸收了。
叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红橙光(左图)，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这些色素吸收的光，都能用于光合作用。叶绿素a和叶绿素b对绿光的吸收量最少，正是因为如此，绿光被反射出来，叶绿体才呈现绿色。
下面让我们通过实验来观察叶绿体中有哪些色素。
叶绿体中色素的提取和分离
光合作用的过程 光合作用的过程，可以用下面的反应式来概括：CO2＋H2O(CH2O)①＋O2
上述反应式概括出了光合作用的场所、条件、原料和产物，但是，并没有表示出光合作用的具体过程。
实际上，光合作用的过程是 十分复杂的，它包括许多个化学反应。大体上说，根据是否需要光能，光合作用的过程可以分为两个阶段。
光反应阶段 光合作用第一个阶段中的化学反应，必须有光能才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。
光反应阶段的化学反应是在叶绿体内的类囊体上进行的。
在光反应阶段中，叶绿体中的色素吸收光能，这些光能有两方面的用途：一方面是将水分子分解成氧和氢［H］，氧直接以分子的形式释放出去，而氢则被传递到叶绿体内的基质中，作为活泼的还原剂，参与到第二个阶段中的化学反应中去；另一方面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。
这里，光能转变为化学能并且储存在ATP中。这些ATP也参与到第二个阶段中的化学反应中去(如图)。
暗反应阶段 光合作用第二个阶段中的化学反应，没有光能也可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。
暗反应阶段中的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。在暗反应阶段中，绿叶从外界吸收来的二氧化碳，化学性质不活泼，不能直接被氢还原。在暗反应阶段中，它必须首先与植物体内的一种含有五个碳原子的化合物(简称五碳化合物，用C5表示)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五碳化合物分子固定以后，很快形成两个含有三个碳原子的化合物(简称三碳化合物，用C3表示)。在有关酶的催化作用下，一些三碳化合物接受ATP释放出的能量并且被氢还原，然后经过一系列复杂的变化，形成糖类。
另一些三碳化合物则经过复杂的变化，又形成五碳化合物，从而使暗反应阶段的化学反应不断地进行下去。长期以来，人们以为光合作用的产物只是糖类和氧，而蛋白质和脂肪等有机物都是植物体利用糖类再度合成的。
事实上，一部分蛋白质和脂肪也是光合作用的直接产物(合成蛋白质时，还需要含氮的化合物)。所以，确切地说，光合作用的产物是有机物和氧。由此可见，光反应阶段和暗反应阶段是一个整体，在光合作用的过程中，二者是紧密联系、缺一不可的。
光合作用的重要意义 光合作用为包括人类在内的几乎所有生物的生存提供了物质来源和能量来源。因此，光合作用对于人类和整个生物界都具有非常重要的意义。光合作用的意义可以概括为以下几个方面；第一，制造有机物。
绿色植物通过光合作用制造有机物的数量是非常巨大的。据估计，地球上的绿色植物每年大约制造四五千亿吨有机物，这远远超过了地球上每年工业产品的总产量。所以，人们把地球上的绿色植物比作庞大的“绿色工厂”。
绿色植物的生存离不开自身通过光合作用制造的有机物。人类和动物的食物也都直接或间接地来自光合作用制造的有机物。 哪些工业原料来自光合作用制造的有机物？ 第二，转化并储存太阳能。绿色植物通过光合作用将太阳能转化成化学能，并储存在光合作用制造的有机物中。
地球上几乎所有的生物，都是直接或间接利用这些能量作为生命活动的能源的。煤炭、石油、天然气等燃料中所含有的能量，归根到底都是古代的绿色植物通过光合作用储存起来的。第三，使大气中的氧和二氧化碳的含量相对稳定。
据估计，全世界所有生物通过呼吸作用消耗的氧和燃烧各种燃料所消耗的氧，平均为10000 t／s(吨每秒)。以这样的消耗氧的速度计算，大气中的氧大约只需二千年就会用完。然而，这种情况并没有发生。这是因为绿色植物广泛地分布在地球上，不断地通过光合作用吸收二氧化碳和释放氧，从而使大气中的氧和二氧化碳的含量保持着相对的稳定。
臭氧层的破坏对动植物和人体有什么危害？怎样保护臭氧层？ 第四，对生物的进化具有重要的作用。在绿色植物出现以前，地球的大气中并没有氧。只是在距今20亿至30亿年以前，绿色植物在地球上出现并逐渐占有优势以后，地球的大气中才逐渐含有氧，从而使地球上其他进行有氧呼吸的生物得以发生和发展。
由于大气中的一部分氧转化成臭氧(O3)。臭氧在大气上层形成的臭氧层，能够有效地滤去太阳辐射中对生物具有强烈破坏作用的紫外线，从而使水生生物开始逐渐能够在陆地上生活。经过长期的生物进化过程，最后才出现广泛分布在自然界的各种动植物。
植物栽培与光能的合理利用 光能是绿色植物进行光合作用的动力。在植物栽培中，合理利用光能，可以使绿色植物充分地进行光合作用。合理利用光能主要包括延长光合作用的时间和增加光合作用的面积两个方面。
延长光合作用的时间 延长全年内单位土地面积上绿色植物进行光合作用的时间，是合理利用光能的一项重要措施。例如，同一块土地由一年之内只种植和收获一次小麦，改为一年之内收获一次小麦后，又种植并收获一次玉米，可以提高单位面积的产量。
增加光合作用的面积 合理密植是增加光合作用面积的一项重要措施。合理密植是指在单位面积的土地上，根据土壤肥沃程度等情况种植适当密度的植物。如果种植得太稀，光能就得不到充分的利用；如果种植得太密，植株互相遮挡，植物也不会茁壮地生长。
总之，无论是栽种农作物，还是植树、养花，种植的密度都应当合理。
一、填充题在光合作用中，有机物是在______阶段形成的，氧是在______阶段形成的，ATP是在______阶段形成的。
二、选择题1．在暗反应阶段中，二氧化碳中碳原子的转移途径是[ ]A．二氧化碳→叶绿体→ATP；B．二氧化碳→五碳化合物→糖类；C．二氧化碳→叶绿体→糖类；D．二氧化碳→三碳化合物→糖类。
2．左图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图。图中A物质和B物质的相对分子质量的比是[ ]A．1∶2；B．8∶9；C．2∶1；D．9∶8。三、填表题设计表格，列表对比光反应阶段和暗反应阶段在所需条件、物质变化和能量变化三个方面的主要区别。
参考答案
。收起
