關於光反應和暗反應中能量關係的兩個認識誤區

2021-01-20 生物銘師堂

「光合作用暗反應過程所利用的ATP，只能來自於光反應」這一觀點是中學教學中普遍存在的錯誤認識。

在高等院校的植物生理教科書中，通常只介紹光合作用的光反應過程產生ATP和[H](NADPH),同化二氧化碳的過程(暗反應)消耗ATP和[H]，卻並未討論這兩個過程中，能量產生與消耗之間的平衡關係。研究表明，非環式的光合電子傳遞鏈產生的ATP和[H]比例為2.6:2，而在葉綠體中固定二氧化碳需要ATP與[H]的比例是3:2，甚至更高，因此，如果[H]全部用於暗反應，則需要額外補充ATP，通常這些額外的ATP，可由葉綠體外的細胞質基質中運入，最終的來源可能是線粒體，因此暗反應需要的能量，並不都來源於光反應。


「光反應產生的能量只能用於暗反應」也是常見的錯誤認識，除了直接參與暗反應外，葉綠體中的能量至少還參與以下3個重要過程：（1）由葉綠體DNA所編碼的基因，很多是與光合作用相關的酶，通過轉錄、翻譯合成這些酶都需要葉綠體內存在的能量量參與完成；（2）參與光合作用的酶，有一部分是由細胞核編碼，在細胞質中合成的，他們必須轉運到葉綠體中，葉綠體內的ATP是這些蛋白轉運載體唯一的能量來源；（3）光反應過程中，ATP合酶會不斷的消耗，葉綠體中的能量必須有一部分用來合成新的ATP合酶，由此可見，光反應產生的ATP，必須有部分能量用於暗反應以外的代謝過程。


[例]（2016江蘇卷，32）為了選擇適宜栽種的作物品種，研究人員在相同的條件下分別測定了3個品種S1、S2、S3的光補償點和光飽和點，結果如圖1和圖2。請回答以下問題：

（1）最適宜在果樹林下套種的品種是        ，最適應較高光強的品種是         。

（2）增加環境中CO2濃度後，測得S2的光飽和點顯著提高，但S3的光飽和點卻沒有顯著改變，原因可能是：在超過原光飽和點的光強下，S2的光反應產生了過剩的       ，而S3在光飽和點時可能           （填序號）。

①光反應已基本飽和  ②暗反應已基本飽和  ③光、暗反應都已基本飽和

（3）葉綠體中光反應產生的能量既用於固定CO2，也參與葉綠體中生物大分子      的合成。

（4）在光合作用過程中，CO2與RuBP（五碳化合物）結合的直接產物是磷酸丙糖（TP），TP的去向主要有三個。下圖為葉肉細胞中部分代謝途徑示意圖。

澱粉是暫時存儲的光合作用產物，其合成場所應該在葉綠體的        。澱粉運出葉綠體時先水解成TP或         ，後者通過葉綠體膜上的載體運送到細胞質中，合成由       糖構成的蔗糖，運出葉肉細胞。


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▼

（1）S2  S3  （2）[H]和ATP   ①②③  （3）核酸、蛋白質

（4）基質    葡萄糖    葡萄糖和果糖


參考文獻：沈帆、王妍、李建宏，等.光合作用相關試題辨析[J].中學生物教學.2018（3）：57-58.




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