2019高考生物光合作用中生成水的問(wèn)題

　　關(guān)于光合作用中生成水的問(wèn)題

　　一、光合作用總反應式的確定

　　18世紀以前，人們都認為植物是從土壤中獲得生長(cháng)所需的全部元素的。1771年英國化學(xué)家普利斯特利(J.Priestley)發(fā)現將薄荷枝條和燃燒的蠟燭放在一個(gè)密閉的鐘罩里，蠟燭不易熄滅；將小鼠與植物放在同一鐘罩里，小鼠也不易窒息死亡。因此，他提出植物可以"凈化"空氣，現在就把1771年定為發(fā)現光合作用的年代。以后又經(jīng)許多人的研究(見(jiàn)緒論)，到了19世紀末，人們寫(xiě)出了如下的光合作用的總反應式：

　　6CO2+6H2O → C6H12O6＋6O2 (4-1)

　　從(4-1)式中可以看出：光合作用本質(zhì)上是一個(gè)氧化還原過(guò)程。其中CO2是氧化劑，CO2中的碳是氧化態(tài)的，而C6H12O6中的碳是相對還原態(tài)的，CO2被還原到糖的水平。H2O 是還原劑，作為CO2還原的氫的供體。(4-1)式用了幾十年，后來(lái)又把它簡(jiǎn)化成下式：

　　CO2+H2O → (CH2O)＋O2 (△G°′＝4.78×105J) (4-2)

　　(4-2)式用(CH2O)表示一個(gè)糖類(lèi)分子的基本單位，比較簡(jiǎn)潔。用葉綠體代替綠色植物，說(shuō)明葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。由于葡萄糖燃燒時(shí)釋放2870 kJ·mol-1的能量，因而每固定1mol CO2(即12g碳)就意味著(zhù)轉化和貯存了約478kJ的能量。

　　應該注意到光合作用反應式中所有的反應物和產(chǎn)物都含有氧，而上面兩式并沒(méi)有指出釋放的O2是來(lái)自CO2還是H2O。很多年來(lái)，人們一直以為光能將CO2分解成O2和C，C與H2O 結合成(C H2O )，然而以下三方面研究證實(shí)了光合作用釋放的O2來(lái)自于H2O 。

　　1.細菌光合作用 能進(jìn)行光合作用的細菌稱(chēng)之為光合細菌(photosynthetic bacteria)。光合細菌包括藍細菌、紫細菌和綠細菌等。其中藍細菌的光合過(guò)程與真核生物相似，紫細菌和綠細菌則不能分解水而需利用有機物或還原的硫化物等作為還原劑。例如：紫色硫細菌(purple-sulfur bacteria)和綠色硫細菌(green-sulfur bacteria)利用H2S為氫供體，在光下同化CO2：

　　CO2+2H2S → (CH2O)+2S+H2O (4-3)

　　光合細菌在光下同化CO2而沒(méi)有O2的釋放。因此，細菌光合作用是指光合細菌利用光能，以某些無(wú)機物或有機物作供氫體，將CO2還原成有機物的過(guò)程。

　　1931年微生物學(xué)家尼爾(C.B.Van Niel)將細菌光合作用與綠色植物的光合作用加以比較，提出了以下光合作用的通式：

　　CO2+2H2A → (CH2O)+2A+H2O (4-5)

　　這里的H2A代表一種還原劑，可以是H2S、有機酸等，對綠色植物而言，H2A就是H2O，2A就是O2。綠色植物光合作用中的最初光化學(xué)反應是把水分解成氧化劑(OH)與還原劑(H)。還原劑(H)可以把CO2還原成有機物質(zhì)；氧化劑(OH)則會(huì )通過(guò)放出O2而重新形成H2O。

　　綠色植物和光合細菌都能利用光能將CO2合成有機物，它們是光養生物。從廣義上講，所謂光合作用，是指光養生物利用光能把CO2合成有機物的過(guò)程。