光合作用
基礎光合作用在葉綠體進行：光化學反應於類囊體把光能轉為 ATP 和 NADPH 並放出氧，碳固定（卡爾文循環）在基質把二氧化碳造成葡萄糖；光強度、二氧化碳濃度和溫度都會限定光合速率，溫室種植正是利用這原理增產。
- 光合作用以二氧化碳和水為原料、光能為動力合成葡萄糖並放出氧，養活幾乎所有生物。
- 葉的結構配合功能：闊而薄、柵欄組織葉綠體多、海綿組織留氣隙、氣孔交換氣體、葉脈送水。
- 光化學反應在類囊體膜進行：葉綠素吸光、水分解，產生 NADPH 和 ATP，放出氧，必須有光。
文體小知識：科學知識說明文——由葉與葉綠體的結構講起，說明光化學反應與碳固定（卡爾文循環）的分工，並解釋影響光合速率的因素與溫室增產原理。
§課文原文 Passage
1綠色植物是自養生物，能以二氧化碳和水為原料，利用光能合成葡萄糖等有機物，並放出氧，這個過程就是光合作用。它合成的糖儲存了化學能，直接或間接養活地球上幾乎所有生物；放出的氧則維持大氣的含氧量，是所有需氧生物的命脈。
2光合作用在葉綠體內進行。葉片闊而薄，既充分受光，又縮短氣體擴散距離；上表皮之下是排列緊密的柵欄葉肉組織，細胞含最多葉綠體；葉綠體內有許多疊成基粒的類囊體膜，葉綠素正位於這些膜上，負責吸收光能。葉的下表皮有大量氣孔，讓二氧化碳擴散進入。
3光合作用分兩個階段。第一階段是光化學反應，在類囊體膜上進行：葉綠素吸收光能，把水分解成氫和氧，氫用於生成 NADPH，同時產生 ATP，氧則經氣孔散出體外。這一階段必須有光才能發生，它把光能轉為暫存的化學能。
4第二階段是碳固定，即卡爾文循環，在葉綠體基質進行：二氧化碳與五碳化合物（二氧化碳受體）結合，生成三碳化合物；三碳化合物利用光化學反應提供的 ATP 和 NADPH，被還原成葡萄糖；其後五碳受體再生，循環得以不斷運轉。可見碳固定完全依賴光化學反應的產品。
5光合作用的必須條件是光、二氧化碳、水和葉綠素；影響光合速率的主要因素是光強度、二氧化碳濃度和溫度。農民在溫室通入二氧化碳、補充光照，正是針對這些因素提高產量。光合作用產生的糖還可轉換為澱粉、纖維素和氨基酸等其他生物分子。
1重點摘要 Summary
光合作用在葉綠體進行：光化學反應於類囊體把光能轉為 ATP 和 NADPH 並放出氧，碳固定（卡爾文循環）在基質把二氧化碳造成葡萄糖；光強度、二氧化碳濃度和溫度都會限定光合速率，溫室種植正是利用這原理增產。
2生字卡 Vocabulary
綠色植物利用光能，把二氧化碳和水合成葡萄糖並放出氧的過程。
植物細胞內含葉綠素、進行光合作用的細胞器。
葉綠體內疊成基粒的膜狀結構，葉綠素位於其上，是光化學反應的場所。
類囊體膜上的光合色素，吸收紅光和藍光供光合作用使用，反射綠光所以葉片呈綠色。
光合作用第一階段：葉綠素吸收光能把水分解，產生 NADPH、ATP 並放出氧。
二氧化碳與五碳化合物結合、轉為有機物的過程，發生在葉綠體基質。
在葉綠體基質進行的碳固定循環，用 ATP 和 NADPH 把二氧化碳還原成葡萄糖。
葉表皮上由兩個保衛細胞圍成的小孔，讓二氧化碳進入，氧和水汽散出。
光強度、二氧化碳濃度或溫度之中，最終決定光合速率上限的因素。
3逐步講解 Steps
- 第一步：光合作用的意義與總反應綠色植物是自養生物，能夠利用光能，把二氧化碳和水這兩種簡單的無機物合成葡萄糖等有機物，同時放出氧，這就是光合作用。以式子表示：二氧化碳＋水，在光和葉綠素的作用下，生成葡萄糖＋氧。光合作用合成的糖儲存化學能，養活植物自身，也經食物鏈養活所有動物。舉個例子：把水草放進盛滿水的燒杯，放在陽光下，葉片切口很快冒出一串氣泡，用帶火星的木條檢驗可證實是氧。
- 第二步：葉的結構適應葉是光合作用的主力器官，結構處處配合功能。葉片闊而薄，既可吸收充足光照，又縮短氣體擴散的距離；上表皮之下是排列緊密的柵欄葉肉組織，細胞含最多葉綠體，搶先攔截陽光；較鬆散的海綿葉肉組織之間留有大量空氣隙，方便氣體流動；下表皮的氣孔讓二氧化碳進入，葉脈則把水分運到每一個細胞。舉個例子：對着陽光看樹葉，可見葉脈的網絡把葉面分成許多小區，正是為了把水送到每一處。
- 第三步：葉綠體與類囊體葉綠體是光合作用的場所，呈扁平橢圓形，內部有疊成基粒的類囊體膜，浸泡在液態基質之中。葉綠素等光合色素整齊地嵌在類囊體膜上，主要吸收紅光和藍光，反射綠光，所以葉片呈綠色。舉個例子：秋天葉柄基部形成離層，切斷水分供應，葉綠素先行分解，原本被掩蓋的黃色和橙色色素便顯露出來，葉片轉黃——這正說明生長季節裏葉綠素含量佔壓倒性優勢。
- 第四步：光化學反應光化學反應在類囊體膜上進行，必須有光才能發生。葉綠素吸收光能後，把水分解為氫和氧，稱為水的光解：氫交給載體生成 NADPH，光能同時把 ADP 轉為 ATP，氧則經氣孔散出體外。這一階段把光能轉為化學能，暫存在 ATP 和 NADPH 之中，供下一階段使用。舉個例子：把一片葉的一半用鋁箔遮光，數小時後用碘液檢驗，見光部分變藍黑色而遮光部分不變色，證明光是光合作用的必須條件。
- 第五步：碳固定——卡爾文循環碳固定即卡爾文循環，在葉綠體基質進行，本身不直接需要光。二氧化碳與五碳化合物（二氧化碳受體）結合，生成三碳化合物；三碳化合物利用光化學反應提供的 ATP 和 NADPH，被還原成葡萄糖；其後五碳受體再生，循環不斷運轉。可見碳固定完全依賴光化學反應的產品，兩個階段分工緊密。舉個例子：把二氧化碳當作原料，ATP 和 NADPH 當作動力與工人，光化學反應一停工，碳固定的生產線也很快要停擺。
- 第六步：必須條件與影響速率的因素光合作用的必須條件有四項：光、二氧化碳、水和葉綠素，缺一便無法進行。影響光合速率的因素主要是光強度、二氧化碳濃度和溫度：光強度或二氧化碳濃度低時，提高它們可使光合速率上升，到達某一點後不再增加，表示另一因素成為瓶頸；溫度則透過影響碳固定中的酶起作用，過高會令酶變性。舉個例子：夏天正午光強，但葉片失水過多而關閉氣孔，二氧化碳供應受阻，光合速率反而下跌。
- 第七步：溫室增產與產物轉換光合作用的產品遠不止葡萄糖：葡萄糖可轉換為澱粉儲存於葉綠體或貯藏器官，轉換為纖維素構成細胞壁，與氮結合可合成氨基酸和蛋白質，也能轉為脂質。農業上，溫室通入二氧化碳、補充光照、維持適溫，都是針對限定因素提高產量。舉個例子：稻米和小麥的穀粒儲滿澱粉，這些澱粉正是葉片把光合作用製成的糖運往果實後轉換儲存的成果，養活了全球一半以上的人口。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：某農場以溫室種植番茄。研究發現，在冬天清晨只增加光照時，光合速率上升有限；當同時把溫室內二氧化碳濃度由大氣水平的 0.04% 提高至 0.1%，光合速率顯著增加，番茄產量明顯提高。試解釋提高二氧化碳濃度能增產的原因，並指出光化學反應與碳固定在此過程中的分工。
- 二氧化碳是碳固定的原料：濃度提高後，二氧化碳與五碳受體結合更快，三碳化合物生成增多，卡爾文循環整體加快。
- 循環加快令光化學反應提供的 ATP 和 NADPH 得到更充分利用，葡萄糖生成量增加，糖分運往果實，產量因此提高。
- 冬天清晨只加強光照而速率上升有限，是因為當時二氧化碳濃度成為限定因素，光是足了，碳固定的原料卻不夠。
- 先補足二氧化碳後，光強度與酶的條件仍良好，兩個階段都暢順運作，速率才顯著上升，可見各因素須互相配合。
- 答案：提高二氧化碳濃度為碳固定提供充足原料，令卡爾文循環加快、葡萄糖生成增多，糖分運往果實使產量提高。分工方面：光化學反應在類囊體膜吸收光能、把水分解，產生 ATP 和 NADPH 並放出氧；碳固定在基質利用這些產物把二氧化碳還原成葡萄糖。答資料題時，應把結果歸因於限定因素的改變，並點出兩階段的依賴關係。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1光合作用的四項必須條件是什麼？
Q2光化學反應在葉綠體哪個部位進行？產生哪些物質？
Q3為什麼卡爾文循環被稱為碳固定？
Q4入夜後，植物還會繼續放氧嗎？為什麼？
Q5溫室種植時通入二氧化碳為什麼能增產？
8重點回顧 Recap
- 光合作用以二氧化碳和水為原料、光能為動力合成葡萄糖並放出氧，養活幾乎所有生物。
- 葉的結構配合功能：闊而薄、柵欄組織葉綠體多、海綿組織留氣隙、氣孔交換氣體、葉脈送水。
- 光化學反應在類囊體膜進行：葉綠素吸光、水分解，產生 NADPH 和 ATP，放出氧，必須有光。
- 碳固定（卡爾文循環）在基質進行：二氧化碳與五碳受體結合成三碳化合物，靠 ATP 和 NADPH 還原成葡萄糖，依賴光化學反應。
- 光強度、二氧化碳濃度和溫度限定光合速率；溫室增產就是逐項解除限定，產物可轉為澱粉、纖維素和氨基酸。