立冬的图片-亘古的思念

光合作用简介
光合作用（Photosynthesis）是植物、藻类利 用叶绿素和某些细菌利用其
细胞本身，在可见光的照射下，将二氧化碳和水（细菌为硫化氢和水）转化 为
有机物，并释放出氧气（细菌释放氢气）的生化过程。植物之所以被称为食物
链的生产者，是 因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能
量。通过食用，食物链的消费者可以吸收到 植物及细菌所贮存的能量，效率为
10%～20%左右。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它 们赖以生存的
关键。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。
光合作用的详细机制
植物利用阳光的能量，将二氧化碳转换成淀粉，以供植物及动物作为食物
的来源。叶绿体由 于是植物进行光合作用的地方，因此叶绿体可以说是阳光传
递生命的媒介。
原理：
植物与动物不同，它们没有消化系统，因此它们必须依靠其他的方式来进
行对营养的摄取。 就是所谓的自养生物。对于绿色植物来说，在阳光充足的白
天，它们将利用阳光的能量来进行光合作用， 以获得生长发育必需的养分。
这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下，把经 有气孔
进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为淀粉，同时释放氧气。
CO₂+H₂O（ 光照、酶、 叶绿体）==(CH₂O)+O₂
（上式中等号两边的水不 能抵消，虽然在化学上式子显得很特别。原因是左边
的水，是植物吸收所得，而且用于制造氧气和提供电 子和氢离子。而右边的水
分子的氧原子则是来自二氧化碳。为了更清楚地表达这一原料产物起始过程，< br>人们更习惯在等号左右两边都写上水分子，或者在右边的水分子右上角打上星
号。）
光合作用可分为光反应和碳反应（旧称暗反应）两个阶段。
影响光和作用的外界条件
1.光照
光合作用是一个光生物化学反应，所以光合速率随着光照强度的增加而加
快。但超过一定范围之后，光合速率的增加变慢，直到不再增加。光合速率可
以用CO₂的吸收量来表 示，CO₂的吸收量越大，表示光合速率越快。

2.二氧化碳
CO₂是绿色植物光合作用的原料，它的浓度高低影响了光合作用暗反应的进
行。在一定范 围内提高CO₂的浓度能提高光合作用的速率，CO₂浓度达到一定值
之后光合作用速率不再增加，这是 因为光反应的产物有限。
3.温度
温度对光合作用的影响较为复杂。由于光合作用包 括光反应和暗反应两个
部分，光反应主要涉及光物理和光化学反应过程，尤其是与光有直接关系的步骤，不包括酶促反应，因此光反应部分受温度的影响小，甚至不受温度影响；
而暗反应是一系列酶促 反应，明显地受温度变化影响和制约。
当温高于光合作用的最适温度时，光合速率明显地表现出 随温度年升而下
降，这是由于高温引起催化暗反应的有关酶钝化、变性甚至遭到破坏，同时高
温 还会导致叶绿体结构发生变化和受损；高温加剧植物的呼吸作用，而且使二
氧化碳溶解度的下降超过氧溶 解度的下降，结果利于光呼吸而不利于光合作用；
在高温下，叶子的蒸腾速率增高，叶子失水严重，造成 气孔关闭，使二氧化碳
供应不足，这些因素的共同作用，必然导致光合速率急剧下降。当温度上升到热限温度，净光合速率便降为零，如果温度继续上升，叶片会因严重失水而萎
蔫，甚至干枯死亡。
4.矿质元素
矿质元素直接或间接影响光合作用。例如，N是构成叶绿素、酶、ATP的 化
合物的元素，P是构成ATP的元素，Mg是构成叶绿素的元素。
5.水分
水 分既是光合作用的原料之一，又可影响叶片气孔的开闭，间接影响CO₂
的吸收。缺乏水时会使光合速率 下降。
光合作用的发现历程
发现年表：
公元前，古希腊哲学家亚里士多德认为：植物生长所需的物质全来源于土
中。
1627 年，荷兰人范·埃尔蒙做了盆栽柳树称重实验，得出植物的重量主要
不是来自土壤而是来自水的推论。他 没有认识到空气中的物质参与了有机物的
形成。

1771年，英国的普里斯特利发现植物可以恢复因蜡烛燃烧而变“坏”了的
空气。他做了一个有名的实 验，他把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密
闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠很快也死了 。接着，他把一盆植物
和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里，他发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭。他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一个密闭的玻璃
罩里。他发现植物和小 白鼠都能够正常地活着，于是，他得出了结论：植物能
够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空 气。但他并没有发现光的重
要性。
1779年，荷兰的英格豪斯证明：植物体只有绿叶才可以更新空气，并且在
阳光照射下才成功。
1785年，随着空气组成成分的发现，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。
1804年，法国的索叙尔通过定量研究进一步证实：二氧化碳和水是植物生
长的原料。
1845年，德国的迈尔发现：植物把太阳能转化成了化学能。
1864年，德国 的萨克斯发现光合作用产生淀粉。他做了一个试验：把绿色
植物叶片放在暗处几个小时，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，一半遮光。过一段时间后，用典蒸汽处理发现遮光的部分 没有
发生颜色的变化，曝光的那一半叶片则呈深蓝色。这一实验成功的证明绿色叶
片在光和作用 中产生淀粉。
1880年，美国的恩格尔曼发现叶绿体是进行光合作用的场所，氧是由叶绿体释放出来的。他把载有水绵（水绵的叶绿体是条

（水绵）

状，螺旋盘绕在细胞内）和好氧细菌的临时装片放在没有空气的暗环境里，然
后用极细光束照射水绵通 过显微镜观察发现，好氧细菌向叶绿体被光照的部位

集中：如果上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光
部位的周围。
1897年，首次在教科书中称它为光合作用。
1939年，美国科学家鲁宾和卡 门采用同位素标记法研究了“光合作用中释
放出的氧到底来自水，还是来自二氧化碳”这个问题，得到了 ：氧气全部来自
于水的结论。
20世纪40年代，美国的卡尔文等科学家用小球藻做实 验：用C14标记的
二氧化碳（其中碳为C14）供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，这一途径
被成为卡尔文循环。
21世纪初，合成生物学的兴起，人工设计与合成生物代谢反应链成为改造
生物的转基因系统生 物技术，2003年美国贝克利大学成立合成生物学系，开展
光合作用的生物工程技术开发，同时美国私 立文特尔研究所展开藻类合成生物
学的生物能源技术开发，将使光合作用技术开发在太阳能产业领域带来 一场变
革。
光合作用的原理研究与应用
研究光合作用，对农业生产，环保等领 域起着基础指导的作用。知道光反
应暗反应的影响因素，可以趋利避害，如建造温室，加快空气流通，以 使农作
物增产。人们又了解到二磷酸核酮糖羧化酶的两面性，即既催化光合作用，又
会推动光呼 吸，正在尝试对其进行改造，减少后者，避免有机物和能量的消耗，
提高农作物的产量。
当了解到光合作用与植物呼吸的关系后，人们就可以更好的布置家居植物
摆设。比如晚上就不应把植物放 到室内，以避免因植物呼吸而引起室内氧气浓
度降低。
农业生产的目的是为了以较少的 投入，获得较高的产量。根据光合作用的
原理，改变光合作用的某些条件，提高光合作用强度（指植物在 单位时间内通
过光合作用制造糖的数量），是增加农作物产量的主要措施。这些条件主要是
指光 照强度、温度、CO₂浓度等。如何调控环境因素来最大限度的增加光合作用
强度，是现代农业的一个重 大课题。
农业上应用的例子有：合理密植、立体种植、适当增加二氧化碳浓度、适

当延长光照时间等。
光合作用的简单实验
【设计】 光合作用是绿色植物在光下把二氧化碳和水合成有机物（淀粉等），
同时放出氧气的过程。本实验应用对 比的方法，使学生认识：（1）绿叶能制造
淀粉；（2）绿叶必须在光的作用下才能制造出淀粉。
【器材】 天竺葵一盆、烧杯、锥形瓶、酒精灯、三脚架、石棉网、棉絮、
镊子、白瓷盘、 酒精、碘酒、厚一些的黑纸、曲别针。
【步骤】
1.将天竺葵放在黑暗处一二天，使叶内的淀粉尽可能多地消耗掉。
2.第三天，取出放在黑暗 处的天竺葵，选择几片比较大、颜色很绿的叶子，
用黑纸将叶的正反面遮盖。黑纸面积约等于叶片面积的 二分之一，正反面的黑
纸形状要一样，并且要对正，用曲别针夹紧（如图）。夹好后，把天竺葵放在阳光下晒4～6小时。
3.上课时，采下一片经遮光处理的叶和另一片未经遮光处理的叶（ 为了便
于区别，可使一片叶带叶柄，另一片叶不带叶柄），放在沸水中煮3分钟，破
坏它们的叶 肉细胞。
4.把用水煮过的叶子放在装有酒精的锥形瓶中（酒精量不超过瓶内容积的
二 分之一），瓶口用棉絮堵严。将锥形瓶放在盛着沸水的烧杯中，给酒精隔水
加热（如图），使叶绿素溶解 在酒精中。待锥形瓶中的绿叶已褪色，变成黄白
色时，撤去酒精灯，取出叶片。把叶片用水冲洗后放在白 瓷盘中。
5.将叶片展开铺平，用1∶10的碘酒稀释液，均匀地滴在二张叶片上。过
一会儿可以观察到：受到阳光照射的叶子全部变成蓝色；经遮光处理过的叶子，
它的遮光部分没变蓝，只 有周围受光照射的部分变蓝。由此可以说明，绿叶能
制造淀粉，绿叶只有在光的照射下才能制造出淀粉。
【注意】
1.碘的浓度过大时，叶片的颜色不显蓝，而显深褐色。对存放时间过久 的
碘酒，因酒精蒸发使碘的浓度增大，可适当多加一些水稀释。
2.酒精燃点低，一定要在烧杯中隔水加热，千万不要直接用明火加热，以
免着火。
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

< br>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？
【分析】
阳光
水＋二氧化碳→→氧气＋有机物
叶绿体 （储存有能量）
光合作用的意义
1.一切生物体和人类物质的来源（所需有机物最终由绿色植物提供）
2.一切生物体和人类能量的来源（地球上大多数能量都来自太阳能）
3.一切生物体和人类氧气的来源（使大气中氧气、二氧化碳的含量相对稳定）