绿色植物的“专利”

绿色植物的“专利”

在普通中学里，生物学课程，初中有植物学、动物学和生理卫生；高中有生物学课程。初中植物学里，有专题章节，要向学生讲解“光合作用”的问题，并要做“光合作用”的实验给学生演示。在讲其它学课如动物学、生理卫生和高中生物学课程中，也有多处要联系到复习讲解光合作用问题，以加强知识的系统性、连惯性和巩固性。因此，“光合作用”课题，在中学全生物学课程教学中，占有很重要的位置。今天，我就以“绿色植物的‘专利’——光合作用”为题，讲一些过去教学中的认识和看法，供普通中学生物学科教师同仁和同行，共同来讨论研究，并加以批评帮助和指导。

一、为什么说“光合作用”是绿色植物的“专利”？

这里说的“光合作用”是绿色植物的“专利”，所指的比较简单：是因为只有绿色植物，才能进行光化合作用制造有机物质并释放氧气，其它一切非绿色植物和动物，以及人类本身都不能够进行“光合作用”制造有机物释放氧气，所以说“光合作用”是绿色植物的“专利”。

二、什么是“光合作用”？

光合作用，是绿色植物吸收阳光的能量，同化二氧化碳和水，制造有机物质并释放氧的过程。可以下式表示：

CO2+2H2O（CH2O）+O2↑+H2O

光合作用由光反应（光所引起的化学反应）和暗反应（若干酶所催化的化学反应）所组成。是地球上利用日光能量最重要的过程，和规模最大的由二氧化碳和水等无机物质制造碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物质的过程；粮食、蔬菜、水果、煤炭中所含的能量，都是通过光合作用贮藏起来的。大气中的氧也来源于光合作用。绝大多数生物（包括人类）都直接或间接依靠光合作用所提供的有机物质和能量而生存。

三、绿色植物有哪些结构特征适合于光合作用？

1、绿色植物体内的叶绿体细胞，是进行光合作用制造食物的工厂。

所有的绿色植物，其茎、枝、叶都是绿色的。是绿色的、就是含有大量叶绿素的叶绿体细胞。叶绿体细胞在叶片中含量最多。绿色植物细胞中，广泛存在的有色质体，就是叶绿体。叶绿体中有大量的叶绿素。叶绿素是存在于植物细胞叶绿体中的一类极重要的绿色色素，是植物进行光合作用时吸收和传递光能的主要物质。叶绿体形如双凸透镜，直径3-5微米，外包双层薄膜，内部为膜层形成许多扁囊堆积成基粒（grana），其间充满胶状基质（stroma）。每一基粒含有百万以上叶绿素分子和酶，能利用二氧化碳和光能，进行光合作用，合成有机物，产生

淀粉和油脂。因此，叶绿体是制造食物的工厂。叶绿体常密集在核的附近，或靠近细胞壁，能随光线的强弱而移位，并能分裂增殖。叶绿体的基质中含有环状双股脱氧核糖核酸分子和70S核糖体。叶绿体在遗传上有相对的独立性，并能合成自己的蛋白质，但与整个细胞协调统一。叶绿本在藻类中呈特殊形态，连结成整体，如衣藻的叶绿体为环状，水绵的呈螺旋带状，星月藻呈星状等。

这是说的绿色植物具有叶绿体和叶绿素物质才能进行光化合作用。也是最重要和最主要的。

2、绿色植物根、茎、枝、叶结构，适合于光合作用。

根茎枝叶结构适合于光合作用的特点很多：一是根茎枝叶上都有很多气室气孔，适于其光合作用和呼吸作用。植物从根部渗透吸收来的水分和无机盐及二氧化碳；从茎枝叶气室和气孔吸进的水和二氧化碳，叶绿体在光照下进行了光化合作用，制成有机物运输植物各部营养和贮藏，并释放了大量氧气到空气中；二是叶片为绿色扁平体。叶片的全形，叶尖、叶缘、叶基的形状和叶脉的分布，因植物种类而异，在描述植物的性状和鉴定植物种类有重要意义。叶子单叶的形状多样，主要有：针形（松）、条形（水杉）、披针形（柳）、椭园形（山茶）、卵形（车前）、心形（紫荆）、肾形（天竺葵）和圆形（莲）等，叶片结构上，由表皮、叶肉和叶脉组成。叶肉为基本组织，细胞内含叶绿体，为进行光合作用的主要组织，且细胞间隙发达，借助于表皮的气孔，沟通叶内外气体交流，水分亦随之蒸散，是叶子蒸腾作用主要器官。叶扁平伸张面积大，有利于吸收阳光多而进行光合作用；三是叶片在茎枝上有排列的次序叫叶序。植物叶序排列有三种：（如图1、2、3）

（1）互生叶序，每节生一叶，如桃；蚕豆等；（2）对生叶序，每节生两叶，相对排列，如丁香、薄荷等；（3）轮生叶序，每节生叶三枚或三枚以上，作辐射排列，如夹竹桃、金鱼藻等。叶序在描述植物的性状和鉴定植物的种类有重要意义。更重要的是，各种叶序结构排列，都能使植物本身，不能自身遮档自身阳光，有利于充分暴露在阳光下进行光合作用。这也是植物为自己生存发展长期自然选择的结果。

以上所说的，都为说明植物根、茎、枝、叶的结构特点适合于光合作用。

四、绿色植物“光合作用”的重大意义和作用？

1、“光合作用”为一切生物的生存发展创造物质基础。

前面已经说了，绿色植物能吸收阳光能量制造各类碳水化合物，蛋白质，脂肪等有机物。粮食、水果、蔬菜、煤炭中所含的能量等，都是通过光合作用贮藏起来的。这就为绿色植物本身、和一切动物、人类的生长、发育、繁殖和发展创造了物质条件。试想：绿色植物本身、动物、人类等一切生物，如果没有了绿色植物，没有粮食、果树、蔬菜、药用等绿色植物，生物、生命能生存发展吗？这说明绿色植物的光合作用在地球上是至高无上的重要了。

2、“光合作用”促使地球上氧气和二氧化碳气的循环不息，物质不灭。

绿色植物利用阳光能量，把吸收来的水和二氧化碳，进行化能合成作用，产生有机，并释放氧气，是空气中的氧气的主要来源。空气中二氧化碳气减少主要靠绿色植物。这就促进了空气中氧气和二氧化碳气的不断循环。否则人和动物及一切生物怎样生存发展？氧气和二氧化碳的循环，以下图表示。

3、“光合作用”制造和生成各类有机物引起和促进各类生物的新陈代谢，使生命得以生存繁殖和发展。

由于绿色植物的“光合作用”制造和生成各类有机物，为生物生存打下物质基础，也就为各类生物（包括绿色植物本身）进行“新陈代谢”创造基本条件。“新陈代谢”是生命的基本特征之一，是维持生物体的生长、繁殖、运动等生命活动过程中化学变化的总称。通过代谢，生物体同环境不断地进行物质和能量交换。其方向和速度受着各因素的调节，以适应生物体内外环境的变化。生物体将从食物中摄取的养料转化成自身的组成物质，并储存能量，称为“同化作用”（或组成代谢）。反之，生物体将自身的组成物质分解以释放能量或排出体外，称为“异化作用“（或分解代谢）。代谢是酶所催化的，具有复杂的中间过程，例如葡萄糖在生物体内氧化成水和二氧化碳要经过许多化学变化，这些过程总称为“中间代谢”。新陈代谢失调会产生疾病。新陈代谢一旦停止，生命也就终止。恩格斯指出：“生命是蛋白质的存在方式，这个存在方式的基本因素在于和它周围的外部自然界的不断的新陈代谢，而这种新陈代谢一停止，生命就随之停止，结果便是蛋白质的分解”。（《自然辩证法》人民出版社1991年版第277页）

由于全地球上绿色植物的光合作用产生大量氧气排放在空气中，产生大量有机物质，供植物、动物人和类利用，这就引发和促进大范围的物质循环。可用下图形式来加以表示：

（物质循环图）

五、保护环境，维护自然环境生态平衡

为了自然环境的生态平衡，人类必须自觉主动地去参与，去维护，才能更有利于永久保持动植物、微生物和人类之间的生态平衡。生态平衡了，生物间就安然无事了。我例举两个事例来说明以下。我记得我上学时候，老师给我讲过一个生物学家，在地球旅行到一处，发现有一个地区红三叶草大面积生长茂盛，同时这地区还有蜜蜂很多，此外也有野猫不少。当初红三叶草、蜜蜂、野猫、百姓放牧，相处都不错维持平衡。过了几年后再去一看，大片红三叶草牧地没了，成零星荒灌木丛，百姓也不放牧了，开荒地种庄稼了，后来一调查访问，找出了主要原因，红三叶草开花结种子靠蜜蜂传粉，蜜蜂要到处在草间营造蜂巢，蜂巢香甜味美，野猫以蜜蜂巢为食，蜂巢被野猫吃了，捣毁了，蜜蜂也跑了，红三叶草也无法被传粉授精结种子。红三叶草没了生态平衡被破坏，三种生物也就在此地无法生存了。