班別 : 姓名 : ( ) 日期 : 21 光合作用 21.1 光合作用的基本概念 ( 課本 3,p. 21-3) 植物和藻都是自養生物, 能透過 (1) 自行製造食物 光合作用是一個利用 (2) 能, 把簡單的 (3) 物 ( 二氧化碳和 (4) ) 製成 (5) 物 ( 例如碳水化合物 ) 的過程 過程中, 植物和藻的 (6) 負責吸收光能 大多數植物的 葉綠素是位於 (7) 內 葉綠素所吸收的光能會轉換成 (8) 能, 儲存在生成的碳水化合物 內, 過程中釋出副產物 (9) 光合作用是一種 (10) ( 分解代謝 / 合成代謝 ) 植物進行光合作用的中間生成物, 會與從土壤吸收的 (11) 結合, 製成 (12) 和 (13) 二氧化碳 ( 來自空氣 ) 太陽 光 氧 ( 釋放至空氣 ) 葉綠素 光合作用 中間生成物轉化為 碳水化合物 脂質 蛋白質 植物物質 ( 例如酶 葉綠素 細胞膜和細胞壁 ) 水 ( 來自土壤 ) 植物製造所需物質的簡化過程 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 33 -
21.2 光合作用發生的部位 ( 課本 3,p. 21-5) 植物的 (1) 是進行光合作用的主要部位 A 葉有哪些適應進行光合作用的特徵?( 課本 3,p. 21-5) 構造特點對光合作用的適應 葉片柵狀葉肉海綿葉肉上 下表皮中脈和葉脈 闊而扁平 薄 柵狀葉肉細胞緊密地排列, 而且含有大量 (3) 處於葉的 (4) ( 上層 / 下層 ) 海綿葉肉細胞並非緊密地排列, 細胞之間有很多 (5) 細胞含有葉綠體 ( 較柵狀葉肉少 ) 覆蓋著含蠟質的薄 (7) 有許多 (9) ( 下表皮較多 ) 每個氣孔由一對含有葉綠體的 (10) 包圍著 含有維管束, 維管束主要由 (11) 和 (12) 構成 提供一個大的 (2) 以吸收陽光 讓氣體和光較容易到達進行光合作用的細胞 能有效地吸收更多陽光 讓氣體可在葉內自由 (6) 能有效地吸收陽光 可減少 (8) 從葉流失, 以保留水份供光合作用使用和保持細胞膨脹 環境適合進行光合作用時, 氣孔會打開 ; 環境不適合時, 氣孔會關閉, 從而控制氣體和水份進出葉 有效地把物質 ( 例如水份和食物 ) 運送到葉, 和從葉運送到植物其他部位 支撐葉和保持葉的形狀 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 34 -
B 葉綠體有哪些適應進行光合作用的特徵?( 課本 3,p. 21-7) 葉綠體由 (13) 包圍, 當中注滿稱為 (14) (stroma) 的膠狀液體 基質含有 (15), 也是暫時儲存 (16) 粒 的部位 大量扁平的囊狀構造懸浮在基質中, 這些構造稱為 (17) (thylakoid), 它們一個個地堆叠起來, 形成 (18) (granum) (19) 位於類囊體的膜上 每個葉綠體約有 50 個基粒, 每個基粒則含大約 50 個類囊體, 這種排列方式可提 供很大的 (20), 以容納更多葉綠素來吸收陽光 基粒透過類囊體 的伸延部分互相 (21), 讓光合作用的生成物能更有效地在葉綠體 內 (22) 類囊體 基質 基粒 外膜 內膜 葉綠體的立體繪圖, 顯示基粒和類囊體 21.3 光合作用的必需條件 ( 課本 3,p. 21-9) A 怎樣知道植物有沒有進行光合作用?( 課本 3,p. 21-9) 1 檢驗澱粉的存在 我們可以利用 (1) 試驗來檢驗葉是否含有澱粉 2 檢驗氧的釋出 我們可以利用 (2) 的木條檢驗植物釋出的氣體 參閱 實驗 21.1 檢驗光合作用中產生的澱粉 ( 碘液試驗 ) ( 課本 3,p. 21-9; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-1) 實驗 21.2 檢驗光合作用中產生的氧 ( 課本 3,p. 21-10; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-5) 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 35 -
B 探究光合作用的必要條件 ( 課本 3,p. 19-11) 如果實驗以葉存有澱粉作為植物進行光合作用的證據, 那麼在實驗前, 必須除去 儲存在植物內的全部澱粉 要除去儲存在葉裏的全部澱粉, 可以把植物放在 (3) 處至少 (4) 小時, 然後才進行實驗 這個過程稱為 (5) (destarching) 1 葉綠素 我們可以利用 (6) 來進行實驗, 葉的非綠色部分 (7) ( 含 / 不含 ) 葉綠素 含葉綠素的部分是 (8) ( 實驗 / 對照 ) 裝置 不含葉綠素的部分是 (9) ( 實驗 / 對照 ) 裝置 洋紫蘇的斑葉 2 二氧化碳 我們可以利用 (10) 除去對照裝置空氣中的二氧化碳 在正常空氣中的葉是 (11) ( 實驗 / 對照 ) 裝置 在沒有二氧化碳的空氣中的葉是 (12) ( 實驗 / 對照 ) 裝置 3 光 我們可以利用黑色畫紙或鋁箔遮蓋葉的一部分來進行實驗 葉沒有被遮蓋的部分是 (13) ( 實驗 / 對照 ) 裝置 葉被遮蓋的部分是 (14) ( 實驗 / 對照 ) 裝置 參閱 實驗 21.3 探究光合作用是否需要葉綠素 ( 課本 3,p. 21-12; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-7) 實驗 21.4 探究光合作用是否需要二氧化碳 ( 課本 3,p. 21-13; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-11) 實驗 21.5 探究光合作用是否需要光 ( 課本 3,p. 21-14; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-14) 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 36 -
21.4 光合作用的過程 ( 課本 3,p. 21-16) 光合作用涉及許多由不同酶所控制的反應 這些反應大致可分為 (1) (photochemical reaction) 和 (2) (carbon fixation) 兩個階段 A 光化學反應 ( 課本 3,p. 21-16) 光化學反應在葉綠體的 (3) 中發生 由於光化學反應需要 (4) 才能進行, 所以又稱為 (5) (light reaction) 1 光吸收 葉綠體內的葉綠素分子吸收 (6) 能, 提高了分子內一些 (7) 的能量水平 這些受激發的電子傳送到類囊體膜的 (8) (electron transport chain) 電子傳遞鏈由一連串電子載體組成, 電子從能量水平較 (9) ( 高 / 低 ) 的電子載體流向能量水平較 (10) ( 高 / 低 ) 的電子載體, 過程中逐步釋出能量 太陽 電子受激發 高能量水平 能量 受激發的電子沿電子傳遞鏈傳遞, 釋出能量 電子傳遞鏈 葉綠素吸收光能 類囊體 原來的能量水平 類囊體膜的葉綠素分子 葉綠體 葉綠素分子吸收光能 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 37 -
2 ATP 的合成 電子傳遞時所釋出的部分能量, 會用來把磷酸鹽和 (11) ( 腺苷二 磷酸 adenosine diphoshate) 結合, 合成 (12) ( 腺苷三磷酸 adenosine triphosphate), 這個過程稱為 (13) (photophosphorylation) 這樣, 葉綠素吸收的 (14) 能就轉換成儲存在 ATP 內的 (15) 能 ATP 為隨後進行的碳固定提供能量 3 水的光解 葉綠素分子吸收的光能也會用來把 (16) 分子分裂成 (17) 和 (18), 這個過程稱為水的 (19) (photolysis) - 氫會被 (20) ( 菸酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 nicotinamide adenine dinucleotide) 接受, 使 NADP 還原成 (21) NADPH 是 NADP 的 (22) ( 氧化 / 還原 ) 形式, 它會在隨後進行的碳固定中用作 (23) 劑, 為當中的一些反應提供 (24) - 氧是分解過程中的 (25), 會以 (26) 形式釋放到大氣中 太陽 合成 ATP ( 光磷酸化 ) 推動碳固定的反應 葉綠素吸收光能 水的光解 基質 類囊體膜 類囊體室 光化學反應 氧釋放到大氣中 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 38 -
B 碳固定 : 卡爾文循環 ( 課本 3,p. 21-19) 光化學反應所產生的 ATP 和 NADPH, 會用來把 (27) 固定到有機 化合物裏, 這個階段稱為 (28), 在葉綠體的 (29) 內發生 由於這階段不需要 (30) 也能進行, 所以也稱為 (31) (dark reaction) 碳固定又稱為 (32) (Calvin cycle), 當中涉及一連串反應, 並以循環的形式進行, 這階段可分為三個主要步驟 : 1 二氧化碳固定和三碳化合物的生成 在酶的作用下,(33) 與一個五碳化合物結合, 生成 (34) 個三碳化合物 換言之, 五碳化合物作為二氧化碳的 (35), 把二氧化碳固定在有機化合物中, 推動循環過程的開始 2 三碳化合物的還原和葡萄糖的生成 利用光化學反應中合成的 (36) 所供應的能量, 以及 (37) 所供應的氫, 三碳化合物 (38) ( 氧化 / 還原 ) 成另一個三碳化合物 (39) (triose phosphate) 過程中產生的 ADP 和 NADP 可再次供應給 (40) 反應 丙糖磷酸是一種糖, 是卡爾文循環的初級生成物 兩個丙糖磷酸分子隨後會結合, 生成一個 (41) 分子 ( 六碳 ) 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 39 -
3 二氧化碳受體的再生 大多數丙糖磷酸會用來 (42) 五碳的二氧化碳受體 於是, 碳固定 的反應便能循環不息地進行, 以生成更多葡萄糖 這個再生過程由 ATP 提供 (43) 二氧化碳固定 五碳化合物 卡爾文循環 三碳化合物 來自光化學反應 二氧化碳受體再生 丙糖磷酸 ( 三碳 ) 三碳化合物還原 來自光化學反應 葡萄糖 ( 六碳 ) 卡爾文循環 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 40 -
C 光合作用過程的總結 ( 課本 3,p. 21-22) 光化學反應和碳固定由 (44) 和 (45) 連接起來 總結光合作用過程的反應式 : 6 CO 2 + 6 H 2 O 二氧化碳 水 葉綠素吸收的光能 C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 葡萄糖 氧 以上反應式顯示, 光合作用需要 (46) 個二氧化碳分子和 (47) 個 水分子, 來生成一個 (48) 分子 水分子內的氫原子會在生成的 (49) 內找到, 而水分子內的氧原子 會在副產物 (50) 內找到 太陽 光 ATP NADPH 光化學反應 卡爾文循環 類囊體 ( 含有葉綠素 ) NADP ADP + P 基質 葉綠體 葡萄糖 光合作用過程的總結 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 41 -
21.5 影響光合作用速率的因素 ( 課本 3,p. 21-24) A 光強度的影響 ( 課本 3,p. 21-24) 開始時, 光合作用速率隨著光強度增加 而按比例 (1), 因為提 速率受光強度限制 速率受其他因素限制 供給光化學反應的 (2) 正不斷增加 光強度增加至 (3) (saturation point) 時, 光合作用速率維持 光合作用速率 飽和點 不變 這是因為光合作用速率正受其他 因素 (4) 在飽和點時 的光強度, 稱為 (5) 光 強度 最適光強度 光強度與光合作用速率的關係 光強度 B 二氧化碳濃度的影響 ( 課本 3,p. 21-25) 開始時, 光合作用速率隨著二氧化碳濃度增加而 按比例 (6), 因為供給卡爾文循環的 (7) 愈來愈多 當二氧化碳濃度進一步增加時, 光合作用速率維持 (8) 這是因為光合作用速率正受 光合作用速率 其他因素限制 二氧化碳濃度 二氧化碳濃度與光合作用速率的關係 參閱 實驗 21.6 探究光強度對光合作用速率的影響 ( 課本 3,p. 21-24; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-17) 實驗 21.7 設計實驗以探究二氧化碳濃度對光合作用速率的影響 ( 課本 3,p. 21-26; 校本評核實驗作業 3 4,p. 21-22) 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 42 -
怎樣知道光合作用速率受甚麼因素限制? 光合作用速率 高二氧化碳濃度 ( 曲線 B) 低二氧化碳濃度 ( 曲線 A) 光強度 沒有光, 光合作用不能進行 光合作用速率隨光強度增加而 (9) ( 上升 / 下降 ) 這時, (10) 是限制因素 光合作用速率受光以外的因素限制, 速率因而維持 (11) 二氧化碳濃度增加使光合作用速率 (12) ( 上升 / 下降 ), 因此 (13) 是曲線 A 中光合作用速率維持不變時的限制因素 光合作用速率受 (14) 以外的其他因素限制, 速率因而再次維持不變 C 限制因素概念的應用 ( 課本 3,p. 21-28) 透過興建 (15) (greenhouse), 農民可 控制溫度 光強度和二氧化碳濃度等環境因素, 以 調節農作物的光合作用速率, 從而改善生產力和 (16) 農作物的質素 溫室 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 43 -
21.6 光合作用生成物的去向 ( 課本 3,p. 21-31) 光合作用的初級生成物是 (1) 它和其他光合作用的中間生成物可 轉化為植物生長所需的不同生物分子 1 碳水化合物 丙糖磷酸會迅即合成為 (2) 一些葡萄糖會為進行光合作用的細胞提供 (3) 大多數透過光合作用形成的葡萄糖會迅速合成為 (4) 由於澱粉不溶於 (5), 即使葉大量儲存澱粉, 也不會影響細胞的 (6), 因此適合作儲存之用 澱粉會分解成 (7), 經 (8) 轉運到植物的其他部 位, 例如根 雖然蔗糖能溶於水, 但它的活性相對較 (9), 因此 適合作運輸之用 一些葡萄糖會用來合成 (10), 這是 (11) 的主要 成分 2 脂質 光合作用的一些中間生成物會用來合成 (12) 和 (13), 兩者結合便形成脂質 脂質可用來製造 (14), 或在某些植物中作為能量儲備 3 蛋白質 光合作用的中間生成物也會跟 (15) 結合, 形成 (16), 這是蛋白質的基本構件 蛋白質對 (17) 修補破損組織和酶的合成都十分重要 蛋白質也是 (18) 的主要成分 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 44 -
21.7 光合作用的重要性 ( 課本 3,p. 21-33) 1 為生態系提供食物的基本來源 大多數生物都直接或間接地依賴植物作為食物 植物是 (1), 為 地球上其他生物提供食物的基本來源 2 維持生態系的能量流 植物吸收 (2) 的光能, 透過光合作用轉換成 (3) 能, 儲存在植物體內 化學能沿 (4) 傳遞, 最後以 (5) 的形式散失到四周 熱 熱 太陽的光能 生產者 ( 例如植物 ) 消費者 分解者 生態系的能量流 熱 3 保持大氣中氧和二氧化碳的平衡 生物的 (6) 不斷消耗氧, 並釋出二氧化碳 這些消耗了的氧可由 植物的 (7) 所釋出的氧補充 因此, 光合作用對保持大氣中氧的 平衡十分重要 同時, 植物進行 (8) 時會吸入大氣的二氧化碳, 使大氣的二氧化 碳濃度降低 這過程能抵消大氣中因 (9) 所增加的二氧化碳 二氧化碳被植物吸入, 以進行 大氣中的二氧化碳 釋放二氣化碳 光合作用 呼吸作用 釋放氧 大氣中的氧 氧用於 大氣中氧和二氧化碳的平衡 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 45 -
參考答案 第 21 章 光合作用 21.1 1 光合作用 2 光 3 無機 4 水 5 有機 6 葉綠素 7 葉綠體 8 化學 9 氧 10 合成代謝 11 礦物質 12 脂質 / 蛋白質 13 蛋白質 / 脂質 21.2 1 葉 2 表面積 3 葉綠體 4 上層 5 氣室 6 擴散 7 角質層 8 水份 9 氣孔 10 保衛細胞 11 木質部 / 韌皮部 12 韌皮部 / 木質部 13 雙層膜 14 基質 15 酶 16 澱粉 17 類囊體 18 基粒 19 葉綠素 20 表面積 21 連結 22 運送 21.3 1 碘液 2 有餘燼 3 黑暗 4 24 5 脫澱粉 6 斑葉 7 不含 8 實驗 9 對照 10 氫氧化鉀 11 實驗 12 對照 13 實驗 14 對照 21.4 1 光化學反應 2 碳固定 3 類囊體 4 光 5 光反應 6 光 7 電子 8 電子傳遞鏈 9 高 10 低 11 ADP 12 ATP 13 光磷酸化 14 光 15 化學 16 水 17 氫 / 氧 18 氧 / 氫 19 光解 20 NADP 21 NADPH 22 還原 23 還原劑 24 氫 25 副產物 26 氣態 27 碳 28 碳固定 29 基質 30 光 31 暗反應 32 卡爾文循環 33 二氧化碳 34 兩 35 受體 36 ATP 37 NADPH 38 還原 39 丙糖磷酸 40 光化學 41 葡萄糖 42 再生 43 能量 44 ATP / NADPH 45 NADPH / ATP 46 六 47 六 48 葡萄糖 49 葡萄糖 50 氧 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 46 -
21.5 1 上升 2 能量 3 飽和點 4 限制 5 最適 6 上升 7 受質 8 不變 9 上升 10 光強度 11 不變 12 上升 13 二氧化碳濃度 14 二氧化碳濃度 15 溫室 16 改良 21.6 1 丙糖磷酸 2 葡萄糖 3 能量 4 澱粉 5 水 6 水勢 7 蔗糖 8 韌皮部 9 低 10 纖維素 11 細胞壁 12 甘油 / 脂肪酸 13 脂肪酸 / 甘油 14 細胞膜 15 礦物質 16 氨基酸 17 生長 18 細胞膜 21.7 1 生產者 2 太陽 3 化學 4 食物鏈 5 熱 6 呼吸作用 7 光合作用 8 光合作用 9 呼吸作用 新高中基礎生物學 ( 第二版 ) - 47 -