山東 陳 龍

“光合作用”復(fù)習(xí)策略略談

山東 陳 龍

光合作用是生物界最基本的物質(zhì)代謝和能量代謝，其探究過程使用了豐富的生物學(xué)方法，其原理的應(yīng)用對(duì)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有很重要的指導(dǎo)意義；以光合作用為落腳點(diǎn)的題目可考查考試說明中要求的各方面能力。故 “光合作用”是高考的高頻考點(diǎn)，現(xiàn)從三大方面對(duì)復(fù)習(xí)策略做探索，以饗讀者。

一、構(gòu)建“光合—呼吸”聯(lián)系模型

細(xì)胞內(nèi)的代謝是普遍聯(lián)系的，光合作用和細(xì)胞呼吸也不例外。二者從反應(yīng)物和產(chǎn)物來分析正好相反，可通過構(gòu)建模型綜合掌握二者反應(yīng)過程和原理。

1.反應(yīng)式模型：

【解讀】光合作用和細(xì)胞呼吸在反應(yīng)物和產(chǎn)物上是可逆的，能量上是不可逆的。過程①發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體中，過程②一般只在葉綠體中進(jìn)行；過程①產(chǎn)生的能量部分轉(zhuǎn)移到ATP中，另一部分以熱能的形式散失；過程②產(chǎn)生的（CH2O）中的氧元素全部來自CO2，過程②H2O發(fā)生光解，O2釋放到空氣中；過程①和②中均能產(chǎn)生還原劑[H]，前者還原O2，即與氧結(jié)合產(chǎn)生水，后者還原C3，產(chǎn)生（CH2O）。

2.物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系模型：

【解讀】圖2也是反映了光合作用和細(xì)胞呼吸之間的關(guān)系，與反應(yīng)式模型圖1相比，更加注重對(duì)中間過程描述。①為葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)分解產(chǎn)生丙酮酸和[H]，則Y物質(zhì)為丙酮酸，④為丙酮酸進(jìn)入線粒體和水徹底分解成CO2和[H]，釋放少量能量；③②表示光合作用過程，③為CO2的固定，即CO2+C5→C3，X物質(zhì)為C3，②為C3的還原，最終產(chǎn)生糖類。

3.結(jié)構(gòu)圖示模型：

【解讀】對(duì)葉肉細(xì)胞來講，既可進(jìn)行光合作用，也可進(jìn)行細(xì)胞呼吸，圖3通過CO2的擴(kuò)散方向表示不同條件下光合作用與細(xì)胞呼吸狀況。圖3-A表示線粒體產(chǎn)生的CO2部分進(jìn)入葉綠體參與光合作用，另一部分出細(xì)胞，此時(shí)細(xì)胞呼吸強(qiáng)度大于光合作用強(qiáng)度；圖3-B表示線粒體產(chǎn)生的CO2全部釋放出細(xì)胞，此時(shí)細(xì)胞只進(jìn)行細(xì)胞呼吸；同理，圖3-C表示細(xì)胞呼吸強(qiáng)度=光合作用強(qiáng)度；圖3-D表示細(xì)胞呼吸強(qiáng)度＜光合作用強(qiáng)度。此模型也可以O(shè)2的角度表示，箭頭方向與上圖相反。

二、通過相關(guān)探究過程挖掘?qū)W科方法

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照性原則

光合作用的探究過程涉及若干實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)均通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更科學(xué)。對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)剖析如下：

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單一變量原則

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循單一變量原則，即只能有一個(gè)自變量（需人為加以控制），由此產(chǎn)生的因變量需通過一定的方法加以檢測(cè)或觀察。自變量有時(shí)是是否施加某種影響，有時(shí)是對(duì)若干組實(shí)驗(yàn)材料實(shí)施系列影響，后者對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求更高。如探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響時(shí)，可用同瓦數(shù)的臺(tái)燈不同距離加以照射作為自變量，也可用不同瓦數(shù)的臺(tái)燈相同距離加以照射作為自變量，但不同實(shí)驗(yàn)組的溫度、CO2供應(yīng)等應(yīng)相同；探究不同濃度的CO2或溫度對(duì)光合作用的影響時(shí)仍需遵循單一變量原則。

3.同位素標(biāo)記法和雙向紙層析法

放射性同位素可用于追蹤物質(zhì)的運(yùn)行規(guī)律。用放射性同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會(huì)改變?？茖W(xué)家通過追蹤放射性同位素標(biāo)記的化合物，可以弄清化學(xué)反應(yīng)的詳細(xì)過程。這種方法叫作同位素標(biāo)記法。此法在研究“分泌蛋白的合成和運(yùn)輸”時(shí)已接觸過，美國(guó)科學(xué)家卡爾文以小球藻為實(shí)驗(yàn)材料，用14C標(biāo)記的14CO2供小球藻光合作用，最終探明了碳在光合作用中的途徑。具體操作是，在不同時(shí)間內(nèi)阻斷細(xì)胞內(nèi)的酶促反應(yīng)，利用雙向紙層析法分離放射性產(chǎn)物，探測(cè)14C的去向，因?qū)W過紙層析法分離色素，在此提出雙向紙層析法，學(xué)生不難理解且拓展了思維。

三、注重對(duì)“原理的應(yīng)用”的拓展

新教材對(duì)光合作用原理的應(yīng)用闡述較少，只是簡(jiǎn)明提出光照的強(qiáng)弱、溫度的高低、二氧化碳的濃度可影響光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而影響農(nóng)作物的產(chǎn)量，外加“探究光照強(qiáng)弱對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響”實(shí)驗(yàn)。光合作用強(qiáng)度是光照、溫度、二氧化碳和礦質(zhì)元素等多種環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，其表述通常以坐標(biāo)曲線的形式表示，對(duì)學(xué)生的能力要求較高。相關(guān)因素作用曲線及解讀：

1.

A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度為0，只進(jìn)行細(xì)胞呼吸，釋放CO2；B點(diǎn)光合速率=呼吸速率，CO2既不吸收也不釋放，為光補(bǔ)償點(diǎn)；AB段表示光合速率小于呼吸速率；B點(diǎn)以后光合速率大于呼吸速率；C點(diǎn)以后CO2的吸收速率不再上升，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度為光飽和點(diǎn)。若此圖表示陽生植物的CO2吸收情況，陰生植物對(duì)應(yīng)的曲線應(yīng)當(dāng)左移，且最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱軸點(diǎn)下移。

2.

光合作用由一系列的酶催化，溫度會(huì)通過影響酶的活性影響光合作用，對(duì)某種植物來講，存在光合作用的最適溫度。

3.

CO2作為反應(yīng)物，其濃度高低會(huì)影響光合作用。B為補(bǔ)償點(diǎn)，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO2濃度為CO2飽和點(diǎn)。A點(diǎn)及曲線趨勢(shì)分析同光照強(qiáng)度的影響。

4.

N、P、K等礦質(zhì)元素通過參與有關(guān)化合物的合成、葉綠體有關(guān)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建、光合產(chǎn)物的運(yùn)輸?shù)冗^程影響光合速率，如濃度過高會(huì)影響根的吸水對(duì)植物造成傷害而影響光合速率。

農(nóng)作物種植要“正其行，通其風(fēng)”是為了保證CO2的供應(yīng)；大棚蔬菜的種植在陰天可通過補(bǔ)光促進(jìn)其光合作用；農(nóng)作物施用有機(jī)肥可為植物長(zhǎng)期持續(xù)地提供CO2和必要的礦質(zhì)元素；合理密植可減少地上部分對(duì)光照的競(jìng)爭(zhēng)和根系對(duì)水和礦質(zhì)元素的競(jìng)爭(zhēng)。以上原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中要綜合應(yīng)用，使作物經(jīng)濟(jì)效益最大化。

（作者單位：山東省新泰市教學(xué)研究室）