＂光合作用＂一节教学中几个问题的探讨

生物学教学２０１５年（第４０卷）第１２期　・６５・　“光合作用＂一节教学中几个问题的探讨　许　晖　（浙江省温州中学３２５０１４）　摘要本文结合高中生物学教学实际，对人教版和浙科版必修１教材“光合作用”一节中的三处表述进行解读，对光合产物、环　境因素等几个常见教学问题进行探讨。　关键词光合作用环境因素教学问题　１　藻类不属于植物吗　浙科版必修１中提到“进行光合作用的生物主要　包括植物和藻类”。植物为什么没有包括藻类呢？这　是因为浙科版教材体系采用了美国生态学家魏泰克　（Ｒ．Ｈ．Ｗｈｉｔｔａｋｅｒ）在１９６９年提出的五界分类系统（图　１）。在五界分类系统中，原生生物界包括一切真核的　单细胞生物和没有发生典型细胞分化的多细胞生物。　例如，衣藻、眼虫、草履虫、变形虫和团藻等；植物界包　括苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物四大基本　类群…。　真菌界　植物界　动物界　＼＼Ｉ／／　原生生物界　｝　原核生物界　图１魏泰克的五界分类系统示意图　五界分类系统在生物发展史方面，显示了生物进　化的三个阶段，即原核细胞阶段、真核单细胞阶段和真　核多细胞阶段。在各界生物的相互关系方面，反映出　真核多细胞生物进化的三个方向，即制造有机物进行　自养的植物是自然界的生产者；摄取有机物进行异养　的动物是自然界的消费者；分解并吸收有机物进行异　养的真菌是自然界的分解者。　２还有一个磷酸基团去哪儿了　浙科版必修１中提到“每个三碳酸分子接受来自　ＮＡＤＰＨ的氢和来自ＡＴＰ的磷酸基团，形成三碳糖”，　并配有“卡尔文循环示意图”。３一磷酸甘油酸接受来　自ＡＴＰ的一个磷酸基团后应该带有２个磷酸基团，为　什么形成的三碳糖（３一磷酸甘油醛）只有一个磷酸基　团呢？这是因为教材把卡尔文循环中如下两个反应合　并为一个反应了【　Ｊ：　３一磷酸甘油酸＋ＡＴＰ一１，３一二磷酸甘油酸＋　ＡＤＰ　１，３一二磷酸甘油酸＋ＮＡＤＰＨ＋Ｈ　一３一磷酸　甘油醛＋ＮＡＤＰ　＋Ｐｉ　３叶绿体内ＲｕＢＰ浓度稳定不变吗　浙科版必修１中介绍“其中５个三碳糖分子在卡　尔文循环中经过一系列复杂的变化，再生为ＲｕＢＰ（五　碳化合物），从而保证卡尔文循环继续进行。另一个三　碳糖分子则离开卡尔文循环，或在叶绿体内被利用，或　运到叶绿体外”。那么，３个ＣＯ２分子经卡尔文循环一　定输出１个三碳糖分子吗？事实上，当叶绿体内ＲｕＢＰ　浓度较小时，最初形成的三碳糖优先（可以全部）用于　ＲｕＢＰ的再生，以加速ＣＯ２的固定过程，从而使卡尔文　循环具有自身催化的特点。只有当卡尔文循环处于稳　定状态后，多余的三碳糖才会从叶绿体输出，或是在叶　绿体内合成为淀粉　Ｊ。由此可见，“５＋１”模式只是卡　尔文循环在稳定状态时的光合产物分配方案。　在什么情况下，叶绿体内ＲｕＢＰ浓度会较小呢？　卡尔文循环产生的中间产物是循环持续进行所必需　的，中间产物浓度大小与卡尔文循环速率呈正相　关【３Ｊ３。在光强度较小或胞问ｃＯ２浓度较低时，卡尔文　循环都会较慢，ＲｕＢＰ浓度较小。　４光照强度是怎样影响光合作用强度的　人教版必修１中提到“空气中二氧化碳的浓度，土　壤中水分的多少，光照的长短与强弱，光的成分以及温　度的高低等，都是影响光合作用强度的外界因素”。光　照强度是怎样影响光合作用强度（光合速率）的呢？　如图２所示，Ｏ２释放速率可代表光反应强度，ＣＯ２吸　收速率可代表碳反应强度。两条曲线重合表明光反应　与碳反应是平衡的，卡尔文循环也是稳定的。两条曲　线不重合表明光反应与碳反应不平衡，卡尔文循环正　在进行调节。若以ＣＯ２吸收速率代表光合作用强度，　那么图中Ａ—Ｂ段的光合作用强度逐渐增大，Ｃ—Ｄ段　的光合作用强度逐渐减小。究其原因，Ａ—Ｂ段叶绿体　内ＲｕＢＰ浓度较小，ＲｕＢＰ加速再生需要一个过程，因　而了碳反应的快速增强。ｃ—Ｄ段光反应产物的　生成量减少，但由于原先强光下光合作用的因素　是碳反应，光反应产物会有所积累，故此时碳反应逐渐　减弱。由此可见，在环境条件发生改变后的光合作用　调整阶段，光照强度可以影响光合作用强度。　５　光合产物是糖类等有机物　光合产物主要是糖类，包括单糖（葡萄糖和果　糖）、二糖（蔗糖）和多糖（淀粉），其中以蔗糖和淀粉最　为普遍。不同植物的主要光合产物不同，例如棉花、大　豆的光合产物是淀粉；洋葱、大蒜的光合产物是葡萄糖　・６６・　生物学教学２０１５年（第４０卷）第１２期　对以海藻酸钠为载体的酵母细胞固定化实验的解读　侯松涛　（江苏省丹阳市第六中学２１２３ｏ０）吴志强　摘要关键词（安徽省芜湖市第十二中学￣ｏｏ２）　本文介绍在以海藻酸钠为载体进行的酵母细胞固定化过程中，氯化钙浓度、海藻酸钠浓度、交联时间、温度等因素对固定　海藻酸钠包埋法细胞固定化　化实验的影响。　酵母细胞固定化是将活酵母细胞高度密集于载体　上，并不断地进行生长繁殖，形成高浓度的生物催化　剂，从而大大加快反应速度，使反应器生产能力大幅度　提高的一项现代生物工程技术。细胞固定化常用方法　１　氯化钙在固定化细胞形成中的作用　海藻酸钠微溶于水，是一种无生物毒性的亲水性　物质。分子式为［Ｃ６Ｈ７０６Ｎａ］ｎ，由Ｂ—Ｄ一甘露糖醛酸　（简称Ｍ单元）和ｏＬ—Ｌ一古罗糖醛酸（简称Ｇ单元）两　种结构单元构成。这两种结构单元以三种方式（ＭＭ　段、ＧＧ段和ＭＧ段）通过仅一１，４糖苷键链接，聚合形　成一种无支链的线性嵌段共聚物（图１）。　有载体结合法、交联法和包埋法等。其中，包埋法是最　常用的一种方法，其利用多孔性载体、凝胶网格结构或　半透性薄膜将细胞包裹起来，使得小分子底物和产物　可以自由进出，而细胞却不会扩散到周围介质中去。　包埋细胞首先要选择合适的包埋载体，对载体的要求　主要有：固定化过程简单，易于成型，对微生物无毒性，　物理、化学稳定性好，不易被分解等。　在人教版高中生物学教材选修１中，明确用包埋　法固定细胞常用的有明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤　Ｈ　Ｈ　Ｃｏ０Ｎ　Ｈ　Ｈ　（Ｍ）　（Ｇ　（Ｍ）　图１海藻酸钠的分子组成　维素和聚丙烯酰胺等不溶于水的多孔性载体。而在教　材中又提到“海藻酸钠在水中溶解的速度较慢”。学　生对此易产生疑惑：海藻酸钠是可以溶于水的，那么它　海藻酸钠粉末遇水后通过水合作用迅速粘合在一　起形成黏性团块，然后缓慢地完全水化并溶解形成黏　稠状胶体溶液。将其加人氯化钙溶液中后，海藻酸钠　又为何能成为细胞固定化载体呢？　Ｇ单元中一价钠离子与溶液中二价钙离子在羧基部位　度和ＣＯ２浓度。当ＣＯ２浓度或温度高时，光合作用的　光饱和点就提高；反之，就下降。例如，当温度低时，即　使光照很充足，植物的生长也不可能快【４　Ｊ。另外，自　然界中，各个生态因子间的相互作用会产生复杂的结　果，不同因子的组合可以形成相似的生态效应。例如，　同样的光合作用强度既可以发生于强光照和低ＣＯ２　浓度配合的条件下，也可出现于弱光照和高ＣＯ２浓度　光冀ｃ｛增强　光照强度恢复　配合的条件下［５ｌ。由此可见，对光合作用来说，在一　定范围内，一个生态因子的不足可以通过另一个生态　因子更加优越来进行补偿。　主要参考文献　图２光照强度变化对光合作用的影响　和果糖；而水稻、小麦则以积累蔗糖为主【引。　长期以来，糖类曾被认为是光合作用的唯一产物，　其他物质都是植物利用糖类再度合成的。实际上，有　［１］吴相钰，陈守良，葛明德．２００９．陈阅增普通生物学（第３版），北　京：高等教育出版社，５　部分非糖类物质是光合作用的直接产物。例如，当　为小球藻供应Ｈ　ＣＯ２，在未产生糖类以前，就发现带有　一［２］王镜岩，朱圣庚，徐长法．２００２．生物化学（第３版）下册．北京：高　等教育出版社，２２０　［３］潘瑞炽，王小菁，李娘辉．２０１２．植物生理学（第７版）．北京：高等　教育出版社，９５～１０２　放射性的氨基酸（如丙氨酸、甘氨酸）和有机酸（如丙　酮酸、苹果酸）出现　３。所以确切地说，光合产物主要　是糖类等有机物。　６影响光合作用的生态因子之间的互相补偿　影响光合作用最大的环境因素有３种：光强度、温　［４］周云龙．２００４．植物生物学（第２版）．北京：高等教育出版社，１７８　—１７９　［５】杨世杰．２００５．植物生物学．北京：科学出版社，４ＯＯ￣４０１