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新高中基礎生物學（第二版） 牛津大學出版社 2014

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21 光合作用

21.1 光合作用的基本概念（課本 3，p. 21-3）

� 植物和藻都是自養生物，能透過(1) _______________ 自行製造食物。

� 光合作用是一個利用(2) _______________ 能，把簡單的(3) _______________ 物

（二氧化碳和(4) _______________）製成(5) _______________ 物（例如碳水化合物）

的過程。過程中，植物和藻的(6) _______________ 負責吸收光能。大多數植物的

葉綠素是位於(7) _______________ 內。

� 葉綠素所吸收的光能會轉換成(8) _______________ 能，儲存在生成的碳水化合物

內，過程中釋出副產物—— (9) _______________。

� 光合作用是一種(10) _______________（分解代謝 / 合成代謝）。

� 植物進行光合作用的中間生成物，會與從土壤吸收的(11) _______________ 結合，

製成(12) _______________ 和(13) _______________。

氧（釋放至空氣）

二氧化碳

（來自空氣）

水

（來自土壤）

光

葉綠素

光合作用

中間

生成

物

轉化

為

碳水化合物

脂 質

蛋白質

植物物質

（例如酶、葉

綠素、細胞膜

和細胞壁）

▲ 植物製造所需物質的簡化過程

太陽

�

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21.2 光合作用發生的部位（課本 3，p. 21-5）

� 植物的(1) _______________ 是進行光合作用的主要部位。

A 葉有哪些適應進行光合作用的特徵？（課本 3，p. 21-5）

構 造 特 點 對光合作用的適應

� 闊而扁平 � 提供一個大的(2) ___________

以吸收陽光 葉片

� 薄 � 讓氣體和光較容易到達進行光

合作用的細胞

柵狀葉肉

� 柵狀葉肉細胞緊密地排列，而且

含有大量(3) _____________

� 處於葉的(4) ______________

（上層 / 下層）

� 能有效地吸收更多陽光

海綿葉肉

� 海綿葉肉細胞並非緊密地排列，

細胞之間有很多

(5) _______________

� 細胞含有葉綠體（較柵狀葉肉少）

� 讓氣體可在葉內自由

(6) _______________

� 能有效地吸收陽光

� 覆蓋著含蠟質的薄

(7) _______________

� 可減少(8) _______________ 從

葉流失，以保留水份供光合作

用使用和保持細胞膨脹 上、下

表皮 � 有許多(9) ______________

（下表皮較多）

� 每個氣孔由一對含有葉綠體的

(10) ____________ 包圍著

� 環境適合進行光合作用時，氣

孔會打開；環境不適合時，氣

孔會關閉，從而控制氣體和水

份進出葉

中脈和

葉脈

� 含有維管束，維管束主要由

(11) _______________ 和

(12) _______________ 構成

� 有效地把物質（例如水份和食

物）運送到葉，和從葉運送到

植物其他部位

� 支撐葉和保持葉的形狀

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B 葉綠體有哪些適應進行光合作用的特徵？（課本 3，p. 21-7）

� 葉綠體由(13) _______________ 包圍，當中注滿稱為(14) _______________ (stroma)

的膠狀液體。基質含有(15) _______________，也是暫時儲存(16) _______________ 粒

的部位。

� 大量扁平的囊狀構造懸浮在基質中，這些構造稱為(17) _____________ (thylakoid)，

它們一個個地堆叠起來，形成(18) _______________ (granum)。(19) _______________

位於類囊體的膜上。

� 每個葉綠體約有 50 個基粒，每個基粒則含大約 50 個類囊體，這種排列方式可提

供很大的(20) _______________，以容納更多葉綠素來吸收陽光。基粒透過類囊體

的伸延部分互相(21) _______________，讓光合作用的生成物能更有效地在葉綠體

內(22) _______________。

21.3 光合作用的必需條件（課本 3，p. 21-9）

A 怎樣知道植物有沒有進行光合作用？（課本 3，p. 21-9）

1 檢驗澱粉的存在

� 我們可以利用(1) _______________ 試驗來檢驗葉是否含有澱粉。

2 檢驗氧的釋出

� 我們可以利用(2) ________________ 的木條檢驗植物釋出的氣體。

� 參 閱

實驗 21.1 檢驗光合作用中產生的澱粉（碘液試驗）

（課本 3，p. 21-9；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-1）

實驗 21.2 檢驗光合作用中產生的氧

（課本 3，p. 21-10；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-5）

類囊體

基質

外膜

內膜

▲ 葉綠體的立體繪圖，顯示基粒和類囊體

基粒

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B 探究光合作用的必要條件（課本 3，p. 19-11）

� 如果實驗以葉存有澱粉作為植物進行光合作用的證據，那麼在實驗前，必須除去

儲存在植物內的全部澱粉。

� 要除去儲存在葉裏的全部澱粉，可以把植物放在(3) _______________ 處至少

(4) _______________ 小時，然後才進行實驗。這個過程稱為(5) _______________

(destarching)。

1 葉綠素

� 我們可以利用(6) _______________ 來進行實驗，葉的非綠色部分

(7) _______________（含 / 不含）葉綠素。

� 含葉綠素的部分是(8) ______________（實驗 / 對照）裝置。

� 不含葉綠素的部分是(9) ______________（實驗 / 對照）裝置。

▲ 洋紫蘇的斑葉

2 二氧化碳

� 我們可以利用(10) _______________ 除去對照裝置空氣中的二氧化碳。

� 在正常空氣中的葉是(11) _______________（實驗 / 對照）裝置。

� 在沒有二氧化碳的空氣中的葉是(12) _______________（實驗 / 對照）裝置。

3 光

� 我們可以利用黑色畫紙或鋁箔遮蓋葉的一部分來進行實驗。

� 葉沒有被遮蓋的部分是(13) _______________（實驗 / 對照）裝置。

� 葉被遮蓋的部分是(14) _______________（實驗 / 對照）裝置。

� 參 閱

實驗 21.3 探究光合作用是否需要葉綠素

（課本 3，p. 21-12；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-7）

實驗 21.4 探究光合作用是否需要二氧化碳

（課本 3，p. 21-13；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-11）

實驗 21.5 探究光合作用是否需要光

（課本 3，p. 21-14；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-14）

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21.4 光合作用的過程（課本 3，p. 21-16）

� 光合作用涉及許多由不同酶所控制的反應。這些反應大致可分為(1) _____________

(photochemical reaction) 和(2) _______________ (carbon fixation) 兩個階段。

A 光化學反應（課本 3，p. 21-16）

� 光化學反應在葉綠體的(3) _______________ 中發生。由於光化學反應需要

(4) _______________ 才能進行，所以又稱為(5) _______________ (light reaction)。

1 光吸收

� 葉綠體內的葉綠素分子吸收(6) _______________ 能，提高了分子內一些

(7) _______________ 的能量水平。這些受激發的電子傳送到類囊體膜的

(8) _______________ (electron transport chain)。電子傳遞鏈由一連串電子載體組成，

電子從能量水平較(9) _______________（高 / 低）的電子載體流向能量水平較

(10) _______________（高 / 低）的電子載體，過程中逐步釋出能量。

▲ 葉綠素分子吸收光能

原來的能量水平

高能量水平

� 葉綠素吸收光能

� 電子受激發

� 受激發的電子沿電子傳遞鏈傳遞，釋出能量

能量

類囊體膜的葉綠素分子 類囊體

葉綠體

電子傳遞鏈

太陽

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2 ATP 的合成

� 電子傳遞時所釋出的部分能量，會用來把磷酸鹽和(11) _______________（腺苷二

磷酸 adenosine diphoshate）結合，合成(12) _______________（腺苷三磷酸 adenosine

triphosphate），這個過程稱為(13) _______________ (photophosphorylation)。

� 這樣，葉綠素吸收的(14) _______________ 能就轉換成儲存在 ATP 內的

(15) _______________ 能。ATP 為隨後進行的碳固定提供能量。

3 水的光解

� 葉綠素分子吸收的光能也會用來把(16) ___________ 分子分裂成(17) ___________

和(18) ___________，這個過程稱為水的(19) _______________ (photolysis)。

- 氫會被(20) _______________（菸酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 nicotinamide adenine

dinucleotide）接受，使 NADP 還原成(21) _______________。NADPH 是 NADP

的(22) _______________（氧化 / 還原）形式，它會在隨後進行的碳固定中用

作(23) _______________ 劑，為當中的一些反應提供(24) _______________。

- 氧是分解過程中的(25) _______________，會以(26) _______________ 形式釋放

到大氣中。

葉綠素

吸收光能

合成 ATP

水的光解

推動碳固定的反應

氧釋放到大氣中

基質

類囊體室 類囊體膜

▲ 光化學反應

太陽 （光磷酸化）

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B 碳固定：卡爾文循環（課本 3，p. 21-19）

� 光化學反應所產生的 ATP 和 NADPH，會用來把(27) _______________ 固定到有機

化合物裏，這個階段稱為(28) _______________，在葉綠體的(29) _______________

內發生。

� 由於這階段不需要(30) ______________ 也能進行，所以也稱為(31) ______________

(dark reaction)。

� 碳固定又稱為(32) _______________ (Calvin cycle)，當中涉及一連串反應，並以循環

的形式進行，這階段可分為三個主要步驟：

1 二氧化碳固定和三碳化合物的生成

� 在酶的作用下，(33) _______________ 與一個五碳化合物結合，生成

(34) _______________ 個三碳化合物。換言之，五碳化合物作為二氧化碳的

(35) _______________，把二氧化碳固定在有機化合物中，推動循環過程的開始。

2 三碳化合物的還原和葡萄糖的生成

� 利用光化學反應中合成的(36) _______________ 所供應的能量，以及

(37) ____________ 所供應的氫，三碳化合物(38) _______________（氧化 / 還原）

成另一個三碳化合物—— (39) _______________ (triose phosphate)。過程中產生的 ADP

和 NADP 可再次供應給(40) _______________ 反應。

� 丙糖磷酸是一種糖，是卡爾文循環的初級生成物。兩個丙糖磷酸分子隨後會結合，

生成一個(41) _______________ 分子（六碳）。

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3 二氧化碳受體的再生

� 大多數丙糖磷酸會用來(42) _______________ 五碳的二氧化碳受體。於是，碳固定

的反應便能循環不息地進行，以生成更多葡萄糖。這個再生過程由 ATP 提供

(43) _______________。

二氧化碳固定

三碳化合物

還原

二氧化碳受體

再生

三碳化合物 五碳化合物

丙糖磷酸（三碳）

葡萄糖（六碳）

來自光化學

反應

來自光化學

反應

▲ 卡爾文循環

卡爾文循環

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C 光合作用過程的總結（課本 3，p. 21-22）

� 光化學反應和碳固定由(44) _______________ 和(45) _______________ 連接起來。

� 總結光合作用過程的反應式：

以上反應式顯示，光合作用需要(46) ________ 個二氧化碳分子和(47) ________ 個

水分子，來生成一個(48) _______________ 分子。

� 水分子內的氫原子會在生成的(49) _______________ 內找到，而水分子內的氧原子

會在副產物(50) _______________ 內找到。

6 CO2 + 6 H2O

二氧化碳 水

C6H12O6 + 6 O2

葡萄糖 氧

葉綠素吸收的光能

ATP

NADPH

NADP

ADP + P

光

光化學反應

類囊體

（含有葉綠素）

卡爾文循環

葉綠體

葡萄糖

基質

▲ 光合作用過程的總結

太陽

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21.5 影響光合作用速率的因素（課本 3，p. 21-24）

A 光強度的影響（課本 3，p. 21-24）

� 開始時，光合作用速率隨著光強度增加

而按比例(1) _______________，因為提

供給光化學反應的(2) _______________

正不斷增加。

� 光強度增加至(3) _______________

(saturation point) 時，光合作用速率維持

不變。這是因為光合作用速率正受其他

因素(4) _______________。在飽和點時

的光強度，稱為(5) _______________ 光

強度。

B 二氧化碳濃度的影響（課本 3，p. 21-25）

� 開始時，光合作用速率隨著二氧化碳濃度增加而

按比例(6) _______________，因為供給卡爾文循環

的(7) _______________ 愈來愈多。

� 當二氧化碳濃度進一步增加時，光合作用速率維持

(8) _______________。這是因為光合作用速率正受

其他因素限制。

� 參 閱

實驗 21.6 探究光強度對光合作用速率的影響

（課本 3，p. 21-24；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-17）

實驗 21.7 設計實驗以探究二氧化碳濃度對光合作用速率的影響

（課本 3，p. 21-26；校本評核實驗作業 3 • 4，p. 21-22）

速率受光強度

限制

速率受其他因素

限制

光合

作用

速率

飽和點

最適光強度

光強度

▲ 光強度與光合作用速率的關係

光合

作用

速率

▲ 二氧化碳濃度與光合

作用速率的關係

二氧化碳濃度

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怎樣知道光合作用速率受甚麼因素限制？

� 沒有光，光合作用不能進行。

� 光合作用速率隨光強度增加而(9) _______________（上升 / 下降）。這時，

(10) _______________ 是限制因素。

� 光合作用速率受光以外的因素限制，速率因而維持(11) _______________。

� 二氧化碳濃度增加使光合作用速率(12) _______________（上升 / 下降），因此

(13) _______________ 是曲線 A 中光合作用速率維持不變時的限制因素。

� 光合作用速率受(14) _______________ 以外的其他因素限制，速率因而再次維持

不變。

C 限制因素概念的應用（課本 3，p. 21-28）

� 透過興建(15) _______________ (greenhouse)，農民可

控制溫度、光強度和二氧化碳濃度等環境因素，以

調節農作物的光合作用速率，從而改善生產力和

(16) _______________ 農作物的質素。

▲ 溫室

光合

作用

速率

光強度

低二氧化碳濃度

（曲線 A）

高二氧化碳濃度

（曲線 B）

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21.6 光合作用生成物的去向（課本 3，p. 21-31）

� 光合作用的初級生成物是(1) _______________。它和其他光合作用的中間生成物可

轉化為植物生長所需的不同生物分子。

1 碳水化合物

� 丙糖磷酸會迅即合成為(2) _______________。一些葡萄糖會為進行光合作用的細胞

提供(3) _______________。

� 大多數透過光合作用形成的葡萄糖會迅速合成為(4) _______________。由於澱粉不

溶於(5) ___________，即使葉大量儲存澱粉，也不會影響細胞的(6) _____________，

因此適合作儲存之用。

� 澱粉會分解成(7) _______________，經(8) _______________ 轉運到植物的其他部

位，例如根。雖然蔗糖能溶於水，但它的活性相對較(9) _______________，因此

適合作運輸之用。

� 一些葡萄糖會用來合成(10) _______________，這是(11) _______________ 的主要

成分。

2 脂 質

� 光合作用的一些中間生成物會用來合成(12) ____________ 和(13) _____________，

兩者結合便形成脂質。

� 脂質可用來製造(14) _______________，或在某些植物中作為能量儲備。

3 蛋白質

� 光合作用的中間生成物也會跟(15) _____________ 結合，形成(16) _____________，

這是蛋白質的基本構件。

� 蛋白質對(17) _______________、修補破損組織和酶的合成都十分重要。蛋白質也

是(18) _______________ 的主要成分。

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21.7 光合作用的重要性（課本 3，p. 21-33）

1 為生態系提供食物的基本來源

� 大多數生物都直接或間接地依賴植物作為食物。植物是(1) _______________，為

地球上其他生物提供食物的基本來源。

2 維持生態系的能量流

� 植物吸收(2) ______________ 的光能，透過光合作用轉換成(3) _____________ 能，

儲存在植物體內。化學能沿(4) _______________ 傳遞，最後以(5) _______________

的形式散失到四周。

3 保持大氣中氧和二氧化碳的平衡

� 生物的(6) _______________ 不斷消耗氧，並釋出二氧化碳。這些消耗了的氧可由

植物的(7) _______________ 所釋出的氧補充。因此，光合作用對保持大氣中氧的

平衡十分重要。

� 同時，植物進行(8) _______________ 時會吸入大氣的二氧化碳，使大氣的二氧化

碳濃度降低。這過程能抵消大氣中因(9) _______________ 所增加的二氧化碳。

光合作用

呼吸作用

大氣中的二氧化碳 大氣中的氧

二氧化碳被植物

吸入，以進行 釋放氧

釋放二氣化碳 氧用於

▲ 大氣中氧和二氧化碳的平衡

太陽

的光能

生產者

（例如植物）

分解者

熱 熱

熱 ▲ 生態系的能量流

消費者

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參考答案

第 21 章 光合作用

21.1

1 光合作用 2 光 3 無機 4 水 5 有機

6 葉綠素 7 葉綠體 8 化學 9 氧 10 合成代謝

11 礦物質 12 脂質 / 蛋白質 13 蛋白質 / 脂質

21.2

1 葉 2 表面積 3 葉綠體 4 上層 5 氣室

6 擴散 7 角質層 8 水份 9 氣孔 10 保衛細胞

11 木質部 / 韌皮部 12 韌皮部 / 木質部 13 雙層膜

14 基質 15 酶 16 澱粉 17 類囊體 18 基粒

19 葉綠素 20 表面積 21 連結 22 運送

21.3

1 碘液 2 有餘燼 3 黑暗 4 24 5 脫澱粉

6 斑葉 7 不含 8 實驗 9 對照 10 氫氧化鉀

11 實驗 12 對照 13 實驗 14 對照

21.4

1 光化學反應 2 碳固定 3 類囊體 4 光 5 光反應

6 光 7 電子 8 電子傳遞鏈 9 高 10 低

11 ADP 12 ATP 13 光磷酸化 14 光 15 化學

16 水 17 氫 / 氧 18 氧 / 氫 19 光解 20 NADP

21 NADPH 22 還原 23 還原劑 24 氫 25 副產物

26 氣態 27 碳 28 碳固定 29 基質 30 光

31 暗反應 32 卡爾文循環 33 二氧化碳 34 兩 35 受體

36 ATP 37 NADPH 38 還原 39 丙糖磷酸 40 光化學

41 葡萄糖 42 再生 43 能量 44 ATP / NADPH 45 NADPH / ATP

46 六 47 六 48 葡萄糖 49 葡萄糖 50 氧

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21.5

1 上升 2 能量 3 飽和點 4 限制 5 最適

6 上升 7 受質 8 不變 9 上升 10 光強度

11 不變 12 上升 13 二氧化碳濃度 14 二氧化碳濃度 15 溫室

16 改良

21.6

1 丙糖磷酸 2 葡萄糖 3 能量 4 澱粉 5 水

6 水勢 7 蔗糖 8 韌皮部 9 低 10 纖維素

11 細胞壁 12 甘油 / 脂肪酸 13 脂肪酸 / 甘油 14 細胞膜 15 礦物質

16 氨基酸 17 生長 18 細胞膜

21.7

1 生產者 2 太陽 3 化學 4 食物鏈 5 熱

6 呼吸作用 7 光合作用 8 光合作用 9 呼吸作用