什么是光合作用
光合作用[1][2](Photosynthesis)，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物，并释放出氧气(或氢气)的生化过程。光合作用是一系列复杂的代谢反应的总和，是生物界赖以生存的基础，也是地球碳氧循环的重要媒介。光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)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。而在地球上的碳-氧循环，（保持氧气和二氧化碳含量的相对稳定）光合作用是必不可少的。
一、叶绿体中文解释
光合作用(Photosynthesis)是绿色植物利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)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。而在地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的。
二、光合作用原理
(1)光反应
1.水的光解:2H2O→4[H]+O2(为暗反应提供氢)
2.ATP的形成:ADP+Pi+光能—→ATP(为暗反应提供能量)
(2)暗反应
1.CO2的固定:CO2+C5→2C3
2.C3化合物的还原:2C3+[H]+ATP→(CH2O)+C5
1、光合作用:发生范围(绿色植物)、场所(叶绿体)、能量来源(光能)、原料(二氧化碳和水)、产物(储存能量的有机物和氧气)。
三、相关知识
1、光合作用的发现
①1771年英国科学家普利斯特莱发现,将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内,蜡烛不容易熄灭;将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内,小鼠不容易窒息而死,证明:植物可以更新空气。
②1864年,德国科学家萨克斯把绿叶放在暗处理的绿色叶片一半曝光,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。证明:绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。
③1880年,德国科学家思吉尔曼用水绵进行光合作用的实验。证明:叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所,氧是叶绿体释放出来的。
④20世纪30年代美国科学家鲁宾卡门采用同位素标记法研究了光合作用。第一组相植物提供H₂18O和CO₂,释放的是18O2;第二组提供H₂O和C18O,释放的是O₂。光合作用释放的氧全部来自于水。
2、叶绿体的色素
①分布:基粒片层结构的薄膜上。
②色素的种类:高等植物叶绿体含有以下四种色素。
A、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,包括叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色);
B、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,包括胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。
3、叶绿体的酶
分布在叶绿体基粒片层膜上(光反应阶段的酶)和叶绿体的基质中(暗反应阶段的酶)。
4光反应与暗反应的区别与联系
①场所:光反应在叶绿体基粒片层膜(类囊体膜）上,暗反应在叶绿体的基质中。
②条件:光反应需要光、叶绿素等色素、酶,暗反应需要许多有关的酶。
③物质变化:光反应发生水的光解和ATP的形成,暗反应发生CO₂的固定和C₃化合物的还原。
④能量变化:光反应中光能→ATP中活跃的化学能,在暗反应中ATP中活跃的化学能→CH2O中稳定的化学能。
⑤联系:光反应产物[H]是暗反应中CO2的还原剂,ATP为暗反应的进行提供了能量,暗反应产生的ADP和Pi为光反应形成ATP提供了原料。
6、光合作用的意义
①提供了物质来源和能量来源。②维持大气中氧和二氧化碳含量的相对稳定。③对生物的进化具有重要作用。总之,光合作用是生物界最基本的物质代谢和能量代谢。
7、影响光合作用的因素
有光照(包括光照的强度、光照的时间长短)、二氧化碳浓度、温度(主要影响酶的作用)和水等。这些因素中任何一种的改变都将影响光合作用过程。如:在大棚蔬菜等植物栽种过程中,可采用白天适当提高温度、夜间适当降低温度(减少呼吸作用消耗有机物)的方法,来提高作物的产量。再如,二氧化碳是光合作用不可缺少的原料,在一定范围内提高二氧化碳浓度,有利于增加光合作用的产物。当低温时暗反应中(CH₂O)的产量会减少,主要由于低温会抑制酶的活性;适当提高温度能提高暗反应中(CH₂O)的产量,主要由于提高了暗反应中酶的活性。
8、光合作用过程
可以分为两个阶段,即光反应和暗反应。前者的进行必须在光下才能进行,并随着光照强度的增加而增强,后者有光、无光都可以进行。暗反应需要光反应提供能量和[H],在较弱光照下生长的植物,其光反应进行较慢,故当提高二氧化碳浓度时,光合作用速率并没有随之增加。光照增强,蒸腾作用随之增加,从而避免叶片的灼伤,但炎热夏天的中午光照过强时,为了防止植物体内水分过度散失,通过植物进行适应性的调节,气孔关闭。虽然光反应产生了足够的ATP和〔H〕,但是气孔关闭,CO₂进入叶肉细胞叶绿体中的分子数减少,影响了暗反应中葡萄糖的产生。
9、在光合作用中
光合作用是指绿色植物利用光能，把二氧化碳和水合成为贮存了能量的有机物，同时释放出氧气的过程。
a、由强光变成弱光时,产生的[H]、ATP数量减少,此时C3还原过程减弱,而CO₂仍在短时间内被一定程度的固定,因而C3含量上升,C5含量下降,(CH₂O)的合成率也降低。
b、CO₂浓度降低时,CO2固定减弱,因而产生的C3数量减少,C5的消耗量降低,而细胞的C₃仍被还原,同时再生,因而此时,C3含量降低,C5含量上升。
植物光合作用过程：二氧化碳+水 →有机物（储存着能量）+氧气
四、影响条件
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。
当温度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上升而下降，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。
