光合作用中的物质与能量观

从生物学的角度看，物质和能量是不可分割的。物质含有能量，是能量的载体；物质的生成和分解，伴随着能量的储存和释放；能量是推动物质变化的动力；物质和能量是生物体生存和发展的必要条件。从光合作用的基本反应过程可以看出，没有光照提供能量，暗反应无法进行；而仅有光照，不提供物质（CO₂或其他反应物），也不能完成正常的光合作用。因此，光合作用中物质和能量的变化是相辅相成的。

在光合作用中，光以光量子的形式被色素分子吸收，使色素分子从基态被激发到一种高能状态——激发态。激发态的色素分子是不稳定的，于是这些激发态分子中的能量会迅速向临近的分子传递或转化为其他的能量形式，使色素分子从激发态又回到基态。光能被色素分子吸收后，能量会有以下几种去向：（1）转变为热能被释放；（2）以光能的形式（荧光或磷光）释放；（3）迅速向临近的其他色素分子传递；（4）传递到光反应中心，推动光化学反应的进行。植物所吸收的光能中有95%～99%最终传递到光反应中心。光化学反应是在类囊体膜上的蛋白复合体上进行的。反应最终导致了类囊体膜内外产生H⁺浓度差，形成电化学梯度，进而推动ATP合酶催化了ATP的合成。至此，光能已经完成了向ATP中活跃化学能的转化，同时存在一部分能量转化为NADPH中活跃的化学能。在暗反应中，ATP 和NADPH中的能量进一步转化为有机物中稳定的化学能。从物质变化的角度看，光反应过程中，H₂O的光解完成了H⁺的释放，而这正是类囊体内外H⁺浓度差的来源。没有H₂O的存在，光能无法完成向活跃化学能的转化。同时，没有光能的作用，H₂O也无法完成光解。暗反应中，没有ATP和NADPH提供能量，3-磷酸甘油醛（三碳化合物）无法被还原。

从生态系统层而看，光合作用将光能固定在糖类等有机物后，这些有机物携带着能量沿着食物链和食物网进入生态系统，满足了其他生命生存的需求，物质循环和能量流动相辅相成，不可分割。因此，物质和能量的关系在光合作用中表现得淋漓尽致。

来源：人教版高中生物学新教材必修1教师用书

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