01
问题探讨
你参观或听说过植物工厂吗？植物工厂在人工精密控制光照、温度、湿度、二氧化碳浓度和营养液成分等条件下， 生产蔬菜和其他植物。有的植物工厂完全依靠LED灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源。讨论1.靠人工光源生产蔬菜有什么好处？【答案】用人工光源生产蔬菜，可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产。同时，人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节，以使蔬菜产量达到最大。2.为什么要控制二氧化碳浓度、营养液成分和温度等条件？【答案】影响光合作用的因素很多，既有植物自身条件，也有外界环境条件。二氧化碳浓度、营养液和温度是影响植物生长的重要外部条件，因此要进行控制，以便让植物达到最佳的生长状态。一、捕获光能的色素和结构
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探究•实践
1.滤纸条上有几条色素带？它们是按照什么次序分布的？
【答案】滤纸条上有4条不同颜色的色素带，从上到下依次为：胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)
2.滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？
【答案】滤纸条上的色素带说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散的快慢也不同；同时由于4种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。
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旁栏思考
植物工厂里为什么不用发绿光的光源？【答案】绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法运用到光合作用中制造有机物。
04
思考•讨论
1.恩格尔曼第一个实验的结论是什么【答案】恩格尔曼第一个实验的结论是：氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。2.恩格尔曼在选材、实验设计上有什么巧妙之处？【提示】实验材料选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察，好氧细菌可确定释放氧气多的部位；没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰；用极细的光束照射，叶绿体上有光照多和光照少的部位，相当于一组对比实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果，等等。3.在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？【答案】这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于好氧细菌在此区域分布。4.综合上述资料，你认为叶绿体具有什么功能？【答案】叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。
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练习与应用
一、概念检测
1. 基于对叶绿体的结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
(1)叶绿体中只有叶绿素吸收的光能才能用于光合作用。（×）
(2)叶绿体的类囊体上有巨大的膜面积，有利于充分吸收光能。（√）
(3)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光。 （×）
2.下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是 （A）
A.所有植物细胞中都含有4种色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C. 叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
二、拓展应用
1.海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？
【答案】有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。藻类本身的颜色是反射出来的光，即红藻反射出了红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄色的光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水深的地方。
2.与传统的生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物有哪些优势？又面临哪些困难？你对植物工厂的发展前景持什么观点？请搜集资料，结合自己的思考写一篇综述性短文。
【提示】与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜可以精确控制植物的生长周期、生长环境、上市时间等，但同时面临技术难度大、操控要求高、需要掌握各种不同蔬菜的生理特性等问题。综述性短文只要证据确凿、逻辑清晰、言之有理,就可以的。
二、光合作用的原理和应用
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思考•讨论
1.希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
【答案】不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
2.希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
【答案】希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。
3.分析鲁宾和卡门做的实验，你能得出什么结论？
【答案】光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水，而并不来源于CO2。
4.尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
02
旁栏思考
植物在进行光合作用的同时，还会进行呼吸作用。我们观测到的光合作用指标，如O2的产生量，是植物光合作用实际产生的总O2量吗？
【答案】用这种方法观察到的O2的产生量，实际是光合作用的O2释放量，与植物光合作用实际产生的O2量不同，没有考虑到植物自身呼吸作用对O2的消耗。
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思考•讨论
1.光反应和暗反应在所需条件、进行场所、发生的物质变化和能量转化等方面有什么区别？
2.光反应和暗反应在物质变化和能量转化方面存在什么联系？
【答案】物质*光反应生成的ATP和 NADPH供暗反应C3的还原，而暗反应为光反应提供了ADP、Pi和NADP ；能量*光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能。
04
练习与应用
一、概念检测
1. 依据光合作用的基本原理，判断下列相关表述是否正确。
(1)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水。（√）
(2)光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行。（×）
(3)影响光反应的因素不会影响暗反应。（×）
2.如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 （D）
