淺析高中生物教學的兩個疑難問題

【摘" " 要】主動運輸需要載體同時需要消耗能量，可以實現細胞內外物質的濃度差。光合作用實現將無機物二氧化碳和水合成有機物。

【關鍵詞】主動運輸;光合作用;ATP

中圖分類號：G4" " " 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2018.08.179

一、問題一：主動運輸所需能量是否均是由ATP 提供

（一）主動運輸的概念

從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種方式叫主動運輸。教科書上給我們展現了主動運輸示意圖，其中所需能量是由ATP 提供，所以很多學生也一直認為主動運輸所需能來均是由 ATP 提供。

主動運輸所需的能量還有其他形式嗎？先展現 1 個例題

來分析。例 1.圖 2 為物質進出細胞示意圖，下列相關說法錯誤的是 （ C ）

A.載體③具有運輸和催化的作用

B.載體①參與的運輸方式屬于協助擴散

C.載體②的作用是使細胞內的 Na+濃度高于細胞外

D.溶質分子甲進入細胞與細胞內外 Na+的濃度有關

本題載體②運輸溶質分子甲為主動運輸卻并未有 ATP 的功能，其能量來自膜兩則 Na+的濃度差。通過本例題我們就會發現主動運輸所需能量除了 ATP 還有其他的形式。

（二）主動運輸的分類[1]

根據主動運輸過程所需能量來源的不同，可將主動運輸歸納為：有ATP 直接提供能量（ATP 驅動泵）和間接提供能量（藕聯轉運蛋白）以及光能驅動 3 中基本類型。

（1） ATP 驅動泵

ATP 驅動泵是 ATP 酶，直接利用水解 ATP 提供的能量，

實現離子或小分子逆濃度梯度或電化學梯度的跨膜運動。這種主動運輸是一種耦聯的化學反應，離子或小分子逆電化學梯度“上山”運動（需要能量），與 ATP 水解（釋放能量） 相耦聯。由于這種主動運輸直接利用水解 ATP 提供能量，所以又稱初級主動運輸。每秒轉運的離子數為 100～103 不等。

（2）耦聯轉運蛋白

耦聯轉運蛋白介導各種離子和分子的跨膜運動。這類轉運蛋白包括 2 種基本類型：同向轉運蛋白和反向轉運蛋白。這兩類轉運蛋白使一種離子或分子逆濃度的運動與一種或 多種不同離子順濃度梯度的運動耦聯起來。由于這兩類轉運蛋白能同時轉運兩種不同的溶質，所以又稱為協同轉運蛋 白。協同轉運蛋白同時轉運兩種不同溶質，所利用的能量儲存在其中一種溶質的電化學梯度中，因此協同轉運蛋白介導的主動運輸又稱次級主動運輸。

（3）光驅動泵

光驅動泵主要在細菌細胞中發現，對溶質的主動運輸與光能的輸入相耦聯，如菌紫紅質利用光能驅動H+的轉運。

綜上所述我們不難發現主動運輸所需的能量除了ATP 還有其他的形式。

二、問題二：植物體光合作用是否會產生水

（一）光合作用的概念

光合作用是指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程[2]

在生物必修一課本P103 用反應式 CO2+H2O

光能

" " " " " " " "→

葉綠體

（CH2O）+O2 來概括，所以很多學生也一直認為光合作用無水的產生。下面我們來看一個例題。

例 2 在下列生理過程中，能產生水的是（ D ）

①光合作用 ②無氧呼吸 ③需氧呼吸 ④氨基酸縮合成多肽 ⑤淀粉水解成葡萄糖。

A. ①③ B. ①②⑤ C. ②③④ D. ①③④ 解析：①光合作用的暗反應階段的生成物有水;

②無氧呼吸過程不產生水;

③有氧呼吸的第三階段的產物是水;

④氨基酸脫水縮合反應過程中一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基反應生成一分子水;

⑤淀粉水解成葡萄糖，水是反應物，不是生成物。通過此例題我們會發現光合作用也會產生水。

（二）光合作用產生的水來自源

光合作用劃分為光反應階段和暗反應階段，光反應包括水的光解和ATP 的合成整個過程無水產生，暗反應包括二氧化碳的固定和三碳的還原，課本主要強調這兩個過程因此也沒有寫出完整的暗反應過程所以就會讓人覺得無水的生成。實際上暗反應是可以產生水的，這也是被證明的。例如[3]， 光合作用所釋放的 O2，究竟是來自水，還是來自CO2，在 20世紀 40 年代才弄清楚。那時已經產生了 18O，可以用 18O 標記的 H2O 和 CO2 進行實驗。結果發現，只有供給 H18O 時，光合作用釋放的氧氣才是 18O2 ，如下式所示：

18 光 18 18

6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2 O+6O2

6CO2+12H18O→光 C6H12O6+6H2O+618O2

所以光合作用的總方程式，如果以葡萄糖為產物，就應該每

6 分子 CO2 要和 12 分子水發生反應;則應為

6CO2+12H2O*→光 C6H12O6+6H2O+6O*2

據此反應是我們不難看出光合作用會產生水，并且水的產生來源于暗反應過程。

通過這兩個問題的探討給我的教學帶來了很多的啟發， 那就是在教學過程中我們要做有心人不拘泥于課本，同時要有嚴謹治學的態度，鉆研教材同時要更深層次的去挖掘教 材，以求能幫學生更好的理解和掌握相應的知識。

參考文獻

[1]翟中和，王喜忠，丁明孝.細胞生物學[M].北京：高等教育出版社，2003：108-109.

[2]朱正威，趙占良.普通高中課程標準實驗教科書：生物·必修 1·分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2007：101.

[3]吳相鈺，陳守良，葛明德.普通生物學[M].北京：高等教育出版社，2014：70.