光合作用中幾個爭議性問題的探究

（廣東省惠東縣惠東高級中學 廣東惠州 516321）

光合作用這一章節知識不僅是高中生物《必修1·分子與細胞》教材中的重要知識點，同樣也是整個高中生物學教學中的非常重要一環，在歷年高考全國卷中都是必考內容。1992年，瓦希德和盧卡斯指出：光合作用闡述了有機環境和無機環境之間是如何聯系在一起。學習光合作用可以幫助高中生對生物圈是生態系統這一概念進行初步的理解。因此，光合作用這一章內容不但在整個高中生物教學中處于核心地位，而且學好光合作用對于掌握理解整個生物界的物質循環和能量流動的內容有很大幫助。

但是，由于這一生理過程比較復雜，既有化學反應過程，又有相應的實驗探究，而且有些生化反應過程尚在探索中并沒徹底解釋清楚，也就成為教學中的重點和難點。甚至是在不同的資料中，結論和答案解析也不同，會給學生造成很大的困擾。下面就幾個存在爭議性問題的內容進行探討。

1 水的光解是否需要酶

在光合作用的教學過程中，師生會在不同的參考資料以及配套題目中碰到下面的問題：光能的吸收、傳遞需不需要酶的參與？有很多資料中水的光解的反應式中也沒有酶。那么，這個反應到底需不需要酶的參與呢?

在清華譯本的《生物學》上面有明確的描述：“在光系統Ⅱ中，兩個水分子的O原子與一串Mn原子結合，這些Mn原子埋在酶中并與反應中心連接，反應中心存在某種未知的機制分解水。每次移除電子是為了填充由光激發電子離開反應中心而產生的空缺?！蹦壳斑€沒有對水的光解機理研究清楚，但已知類囊體腔側存在三種多肽（亞基o、p、q）與Mn簇、Cl和Ca離子結合組成放氧復合體（OEC），也稱為水裂解酶，參與氧氣釋放的過程。所以，水的光解是需要酶的。

光反應原理比較復雜，對于不需要參加競賽的高中生來說，他們不必知道OEC的存在，不需要掌握這么專業的知識，教師只要告訴他們需要酶就行。對于教師自己而言，還是要理解得更深入些。

2 農業大棚生產中大棚顏色的選擇

通過學習，學生知道，除了自身原因之外，還有很多環境因素都會導致光合作用效率發生變化。除了光照強度之外，光照還會產生一個重要的影響因素——光質。有人認為：如果提供相同的光照強度，農業大棚生產中大棚應該藍紫色。因為在葉綠體中，兩大類色素（葉綠素和類胡蘿卜素）都可以吸收藍紫光進行光合作用，而對于紅光而言，幾乎只有葉綠素a才可以吸收，綠光大部分植物利用極少，白光里面參雜了綠光，不如直接用藍紫光照射更直接。但是也有人認為應該用白色，因為白光是復合光，紅光和藍紫光它都含有。那么，究竟大棚應該選擇什么顏色？

①根據光的物理特性，藍紫光光波短，紅光光波長，波長越短，光子能量就越大。因此，藍紫光光子的能量比紅光光子的能量高。

②光照強度相同，不同光質所含能量是相同的，光子所含的能量越大，相同能量所需光子的數量越小。而白光是復合光，相同光照強度下，與單純的紅光或者藍紫光相比，白光中紅光和藍紫光的光子數都要少。而光子數越多，色素在轉化光能的過程中激發出的電子就越多，獲得的能量也就越大，光合作用的效率就越大。

③研究發現，藍紫光在光合作用中會耗損部分能量，并不能把全部能量用于電子激發，而紅光幾乎不會。

④根據愛因斯坦的光化學定律，光合色素吸收的光子是1個光子只能激發1個電子，1個電子的激發也只需要1個適當能量的光子。這說明被激發的電子多少是與光子的數量成正相關的。吸收的光子越多，被激發的電子越多，電能也就越多，光合作用的效率相應就會越大。由于在相同的光照強度下，紅光的光子數量比藍紫光光子和白光中可被色素分子利用的光子數量都多，所以在紅光下光合作用效率更高。

由以上分析可知，在光照強度相同的前提下，藍紫光和白光的光合作用效率低于紅光。其實，由于植物種類不一樣，相同植物生長進程不一樣，光質的影響都有差別，并非一定是紅光的作用更好，可能其他光質更有利于其生長。但是，高中階段學生不用理解的特別深，只要了解上面淺顯的結論就可以。

3 線粒體產生的ATP能否進入葉綠體

對于“在葉肉細胞能量代謝中，只要提供氧氣，線粒體就能為葉綠體提供CO2和ATP”，很多學生甚至部分教師都存在爭議。一部分人認為：要完成此過程，不能只提供氧氣，還要提供丙酮酸；在此過程中，葉綠體進行光合作用所需的全部ATP都是由光反應直接提供的，完全用不到線粒體產生的ATP。但是，持不同意見的教師則認為后半句并沒有錯誤。那么，線粒體產生的ATP到底能不能進入葉綠體，甚至是參與暗反應的進行？

在光合作用教學過程中，很多的資料一直是強調葉綠體中的ATP自產自銷，只能用于暗反應，使得有很大一部分學生甚至教師都認為葉綠體內是不需要來自線粒體的ATP的。但是實際上，葉綠體本身是一個半自主自我復制細胞器，除了要進行光合作用外，還要進行其他的生化反應，如能合成蛋白質的過程就需要細胞呼吸提供的ATP，還有內、外物質的運輸等生命活動，都需要外源ATP。哪怕是暗反應中在進行三碳化合物的還原過程時，如果葉綠體光反應過程中產生的ATP不夠用于暗反應過程時，也完全可以從線粒體那里獲取ATP來維持暗反應的進行。因此，線粒體是完全可以為葉綠體提供ATP的。