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第二节 光合作用——光能的捕获和转换
第2课时 绿色植物光合作用的过程
第三章 细胞中能量的转换和利用
课标内容要求
核心素养对接
必备知识·自主预习储备
01
叶绿体悬液
草酸铁
释放出了氧气
光合作用在叶绿体中进行
器官(叶片)
细胞器(叶绿体)
最容易
细胞质膜
液泡
细胞顶面
高效率
细胞侧面
叶绿体的类囊体膜上
光合色素
类囊体膜上
光、光合色素和酶
叶绿素
吸收光能
基态叶绿素分子
基态叶绿素
水的裂解
释放电子
电子传递体
氧化型辅酶Ⅱ
NADPH
还原型辅酶Ⅱ
[H]
电能
电能
ATP
NADPH
光合色素吸收光能
耦合在一起的
太阳能
化学能
叶绿体基质
卡尔文
卡尔文循环
卡尔文循环
ATP
NADPH
磷酸丙糖
五碳化合物
三碳化合物
有关酶
物质
能量
生化反应
糖类
酶
生化反应
ATP和[H]
糖分子中的化学能
ADP＋Pi
光反应
暗反应
耦合在一起
光能转换为化学能
叶绿体
捕获能量
转换并储存
化学能
能量转换
无机物
有机物
生态面貌
生物进化
生存
氧化
无机物
化学能
有机物
硝化细菌
铁细菌
物质循环
能量的转换
关键能力·重难探究达成
02
核心点一
核心点二
应用创新·问题情境探究
03
学习效果·随堂评估自测
04
点击右图进入…
课
时
分
层
作
业
谢谢观看 THANK YOU!第2课时 绿色植物光合作用的过程
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 1.生命观念——能初步用结构和功能观，说明叶绿体是光合作用的场所。2.生命观念——用物质和能量观，阐明光合作用的过程。3.科学思维——分析归纳，比较光反应和暗反应。
一、叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所
1．证明实验
(1)实验过程：1937年，英国科学家希尔在研磨绿叶后制取叶绿体悬液，并向悬液中加入草酸铁，然后给予光照后观察。
(2)实验现象：①Fe3＋被还原为Fe2＋。
②离体的叶绿体释放出了氧气。
(3)实验结论：一定程度上证明了光合作用在叶绿体中进行。
(4)该实验意义：使光合作用的研究从器官(叶片)水平进入到了细胞器(叶绿体)水平。
2．在普通光学显微镜下，叶绿体是最容易观察到的细胞器。
3．光照强度对叶肉细胞中叶绿体分布的影响
(1)细胞内的叶绿体一般分布在细胞质膜与液泡之间的细胞质中。
(2)在光照较弱的情况下，叶绿体会汇集到细胞顶面，以最大限度地吸收光能，保证高效率的光合作用。
(3)当光照强度很高时，叶绿体会移动到细胞侧面，以避免强光的伤害。
二、光合作用过程
1．光反应
(1)场所：叶绿体的类囊体膜上(光合色素和与光反应有关的酶就分布在类囊体膜上)。
(2)条件：光、光合色素和酶等。
(3)过程：
①在类囊体膜上，叶绿素等光合色素吸收光能。
②水裂解释放O2，并将电子传递给某些基态叶绿素分子。
③电子传递：光合色素吸收光能，使某些基态叶绿素分子(接受了最初由水的裂解传递而来的电子)受到激发释放电子，电子在不同的物质(电子传递体)之间传递。
④ATP和NADPH的形成：NADP＋(氧化型辅酶Ⅱ)接受电子被还原成NADPH(还原型辅酶Ⅱ，常表示为[H]，在暗反应阶段发挥作用)，能量也由光能转换为电能，再由电能转化为化学能，储存在ATP和NADPH中。
⑤在光反应中，光合色素吸收光能，水裂解释放O2，电子传递，ATP和NADPH的形成是耦合在一起的，共同完成光反应，即将太阳能最终转换为化学能并产生O2。
2．暗反应
(1)场所：叶绿体基质。
(2)发现者：卡尔文及其研究团队。
(3)条件：CO2、ATP、NADPH和酶等。
(4)过程：
①暗反应又称为卡尔文循环，简单地说，卡尔文循环就是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸丙糖(一种三碳糖)的复杂生化反应。
②CO2的固定：绿叶细胞从外界吸收的CO2进入叶绿体基质，与细胞中的一种五碳化合物(C5)结合，形成两个三碳化合物(C3)。
③C3的还原：在有关酶的催化下，C3接受光反应阶段提供的物质和能量，经过一系列生化反应，部分转变为糖类，另一部分又形成C5，继续参与CO2的固定。
④暗反应是由酶催化的一系列复杂的生化反应。在这一过程中，将光反应过程中形成的ATP和[H]中的化学能，转化为储存于糖分子中的化学能。
3．光合作用过程示意图
(1)图中Ⅰ为光反应阶段，Ⅱ为暗反应阶段，二者不仅同时进行，而且耦合在一起，共同完成光合作用过程。
(2)叶绿体中的光合色素吸收太阳能，将光能转换为化学能，形成了推动CO2和H2O合成糖的动力。
4．光合作用
(1)概念：光合作用是绿色植物细胞中的叶绿体从太阳光中捕获能量，并将这些能量在CO2和H2O转变为糖与O2的过程中，转换并储存为糖分子中化学能的过程。
(2)总反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(3)意义
①光合作用是一项复杂的能量转换过程，也是一个无机物转变为有机物的重要途径。
②光合作用对地球表面的生态面貌、大气组成、生物进化乃至所有生物的生存，人类的生产和生活都有至关重要的意义。
5．化能合成作用
(1)概念：通过氧化外界环境中的无机物获得的化学能来合成有机物，这种制造有机物的方式，称为化能合成作用。
(2)生物类型：自然界中的一些微生物，如土壤中的硝化细菌、硫细菌和铁细菌等。
(3)意义：对维持地球上的物质循环和能量的转换、流动也具有一定的作用。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．1937年前后，英国科学家希尔的实验使光合作用的研究从器官水平进入到了细胞器水平。 ( )
2．当光照强度很高时，叶绿体会移动到细胞顶面。 ( )
3．叶绿体中的色素分布在基质中。 ( )
4．光合作用需要的酶只分布在叶绿体基质中。 ( )
5．光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。 ( )
6．光合作用中光反应必须有光才可以进行，暗反应没有光也可长时间进行。 ( )
7．光反应和暗反应不仅同时进行，而且耦合在一起，共同完成光合作用过程。 ( )
8．在光反应阶段中，能量由光能转换成电能，再由电能转换为化学能，只储存在ATP中。 ( )
9．卡尔文循环就是将CO2、ATP和NADPH转变为葡萄糖的复杂生化反应。 ( )
提示：1．√
2．× 当光照强度很高时，叶绿体会移动到细胞侧面，以避免强光的伤害。
3．× 叶绿体中的色素分布在类囊体膜上。
4．× 类囊体膜上和叶绿体基质中都有。
5．√
6．× 暗反应需要光反应提供的[H]和ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。
7．√
8．× 由电能转换成的化学能，储存在ATP和NADPH中。
9．× 卡尔文循环是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸丙糖(一种三碳糖)的复杂生化反应。
光合作用过程
1．光反应与暗反应的比较
(1)区别
项目 光反应(准备阶段) 暗反应(完成阶段)
场所 叶绿体的类囊体膜上 叶绿体的基质中
条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋ 多种酶、NADPH、ATP、CO2、C5
物质变化 水裂解释放O2、电子传递、ATP和NADPH形成 ①CO2固定：CO2＋C52C3②C3的还原：2C3(CH2O)
能量变化 光合色素吸收光能，光能转换为电能，再由电能转换为化学能储存在ATP和NADPH中 ATP和NADPH中的化学能转化为储存于糖分子中的化学能
示意图
(2)联系
①光反应为暗反应提供两种重要物质：NADPH和ATP，NADPH既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：ADP、Pi以及NADP＋。
②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。
2．光合作用过程中的物质变化
(1)光合作用过程中C、O元素转移途径
(2)叶绿体中[H]、ATP、ADP和Pi的运动方向
①[H]和ATP：类囊体膜→叶绿体基质。
②ADP和Pi：叶绿体基质→类囊体膜。
(1)在无光条件下，暗反应能否长期进行？
提示：不能。因为无光条件下，光反应不能进行，光反应的产物ATP和[H]减少，不能满足暗反应的需求，暗反应终将停止。
(2)若暗反应停止，光反应能否持续进行？
提示：不能，若暗反应停止，光反应产生的ATP和[H]积累过多，将抑制光反应的进行。
(3)科学研究表明，光合作用的产物除糖类和O2外，还有蛋白质和脂肪等。如何用实验证明这种观点？
提示：用14C标记参加光合作用的CO2，测定含14C的产物中是否有蛋白质、脂肪等。
1．(2022·江苏苏州期末)希尔反应是探索光合作用原理过程中的一个重要实验，其基本过程是：在离体的叶绿体悬浮液(悬浮液中有H2O，没有CO2)中加入氧化型DCIP(2，6 二氯酚靛酚)，光照下释放O2，产生的电子和H＋可使氧化型DCIP由蓝色转为无色。下列叙述错误的是( )
A．希尔反应模拟了叶绿体光反应阶段的部分变化
B．氧化型DCIP在反应中的作用相当于叶绿体中的NADP＋
C．希尔反应能够说明产物O2中的O元素全部来自水
D．希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应
C [由题干分析可知，希尔反应模拟了叶绿体光反应阶段的部分变化，A正确；反应中产生的电子和H＋可使氧化型DCIP由蓝色转为无色，氧化型DCIP在反应中的作用相当于叶绿体中的NADP＋，B正确；由于缺少加入CO2(被标记)的另一组对照实验，故不确定植物光合作用产生的O2中的O元素是否能来自CO2，C错误；希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。]
2．(2022·江苏苏州期末)如图是绿色植物光合作用的部分过程示意图，①②表示相关物质。下列叙述错误的是( )
A．该过程的发生需要在严格的黑暗条件下
B．CO2与①结合的过程需要特定酶的参与
C．CO2浓度增加在短时间内会加快②的生成
D．从②到(CH2O)的过程中发生了能量转化
A [图示为暗反应阶段，该阶段在有光和无光的条件下均能进行，A错误；图中①为C5，②为C3，CO2与C5结合的过程需要特定酶的参与，B正确；CO2浓度增加可加快二氧化碳的固定，在短时间内不会影响②的还原，因此会加快②的生成，C正确；从②到(CH2O)的过程为C3的还原，该过程中发生了能量转化，即ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能，D正确。]
3．为研究光合作用的过程，科研人员在溶液中加入结构完整的类囊体和叶绿体基质，按图示条件进行Ⅰ、Ⅱ两个阶段的实验，糖类的合成速率如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．为达到图示实验结果，在Ⅰ阶段还应该向溶液中加入NADPH和ATP
B．Ⅰ阶段积累的物质除糖类外，还有C3、ADP、Pi等
C．Ⅰ、Ⅱ阶段合成糖类的场所分别为叶绿体基质和类囊体
D．由图可知，光合作用制造有机物的部分过程并不需要光照
C [Ⅰ阶段无光照，不进行光反应，而暗反应需要光反应提供的NADPH和ATP，故需要加入NADPH和ATP，A正确；Ⅰ阶段发生暗反应，会消耗ATP产生ADP、Pi ，又因为缺少光照，不能为C3的还原提供足够的能量和还原剂，故Ⅰ阶段后期C3的还原较慢，会发生C3的积累，B正确；Ⅰ、Ⅱ阶段合成糖类的场所都是叶绿体基质，C错误；由图可知，光合作用的暗反应阶段有光、无光均可进行，D正确。]
光合作用条件骤变对相关物质含量变化的影响分析
1．改变某一因素(光照强度、CO2浓度)时细胞内中间产物，如C3、C5、[H]、ATP等含量的变化，强调的是突然发生改变时，短时间内的变化。
2．第一步：在熟知光合作用过程的基础上，构建如下模型，明确光合作用过程中物质的来源与去路：
(1)ATP和[H]来源于Ⅰ过程，消耗于Ⅲ过程。
(2)C3来源于Ⅱ过程，消耗于Ⅲ过程。
(3)C5来源于Ⅲ过程，消耗于Ⅱ过程。
第二步：分析外界条件的变化对光合作用过程的影响：
(1)如果光照强度发生变化，则直接影响过程Ⅰ，依次影响过程Ⅲ、Ⅱ。
(2)如果CO2浓度发生变化，则直接影响过程Ⅱ，依次影响过程Ⅲ、Ⅰ。
第三步：根据外界条件的变化，从中间产物的来源(生成)和去路(消耗)两个方面综合分析。因为只考虑瞬时变化，当某一条件突然改变时，首先考虑这个因素所影响的那一环节，其他环节仍按原来的正常速率进行。如突然改变光照强度，其他条件不变时，C3含量的变化为：
3．各物质含量的变化中，C5与C3含量的变化是相反的，[H]与ATP的含量变化是一致的。
4．下图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)，下列判断错误的是( )
A．绿色植物能利用a物质将光能转换成活跃的化学能储存在c中
B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂
C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升
B [a为光合色素，能将光能转换成活跃的化学能储存在ATP中，A正确；e为水光解生成的[H]，其含有活跃的化学能，参与暗反应C3的还原，B错误；图中①表示根系从土壤中吸收水分，③表示水的光解生成[H]和氧气，C正确；g CO2供应充足时，突然停止光照，生成[H]和ATP量下降，C3的还原速率下降，C3的消耗减少，另一方面，二氧化碳固定生成C3的速率基本不变，因此，CO2供应充足时，突然停止光照，C3的含量将会上升，D正确。]
5．图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶肉细胞内C3相对含量在24 h内的变化。请据图回答下列问题：
(1)图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则A、B、C、D依次是_______________________。
(2)在图甲Ⅰ上发生的过程称为________，Ⅰ上含有的参与此过程的物质是________。
(3)在图甲Ⅰ上发生的反应与在Ⅱ中发生的反应之间的物质联系是
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(4)图乙中，从________点开始合成有机物，至________点有机物合成终止。
(5)ab段C3含量较高，其主要原因是_______________________________。
(6)g点C3含量极少，其原因是___________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(7)与f点相比，g点时叶绿体中[H]含量较__________(填“高”或“低”)。
[解析] 根据光合作用过程可知，图甲中A、B、C、D依次是H2O、CO2、C3和C5。Ⅰ是叶绿体基粒，在其上发生光反应，叶绿体基粒上含有参与光反应的光合色素和酶。Ⅱ是叶绿体基质，在其内发生暗反应。光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等。图乙中从b点开始C3含量下降，至i点C3含量不再变化，说明光合作用从b点开始，到i点终止。在b点前无光照，不能进行光反应，也不能进行C3的还原，因此在ab段C3含量较高，b点之后，开始进行光合作用，C3含量下降，i点无光照，光合作用停止。g点时植物气孔大量关闭，导致CO2供应不足，C3合成减少，[H]消耗减少，因此g点时叶绿体中[H]含量高于f点时。
[答案] (1)H2O、CO2、C3和C5 (2)光反应 光合色素和酶 (3)光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi等 (4)b i (5)无光不能进行光反应，缺少[H]和ATP，C3不能被还原 (6)气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱 (7)高
在甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞中，叶绿体固定CO2的最初产物是含4个碳的草酰乙酸，然后转化为苹果酸进入维管束鞘细胞的叶绿体中释放CO2(简称C4途径)，再进行卡尔文循环(C3途径)。C4途径起到CO2泵的作用，提高了C4植物利用CO2的能力。
如图所示：
通过材料和图例的分析知，C4途径和C3途径的关系，由此可形成科学思维的学科素养。
(1)甘蔗、玉米等植物中CO2固定形成的产物是什么？(科学思维)
提示：CO2首先进入叶肉细胞的叶绿体中，经固定形成了含4个碳的草酰乙酸，之后CO2通过C4途径后进入C3途径，固定形成三碳化合物。
(2)在炎热的夏季，C4植物有哪些优势？(科学思维)
提示：利用CO2的能力强，光合作用速率高。
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建 要 点 强 化 识 记
1.光合作用的反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。2.光反应的场所是类囊体膜上，产物是O2、NADPH和ATP。3.暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。4.光合作用中的物质转变：(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O)；(2)HO―→18O2。5.光合作用的能量转变：光能―→电能―→ATP和NADPH中的化学能―→糖分子中的化学能。6.光反应和暗反应不仅同时进行，而且耦合在一起，共同完成光合作用过程。7.在光反应中，光合色素吸收光能，水裂解释放O2，电子传递，ATP和NADPH的形成是耦合在一起的，共同完成光反应，即将太阳能最终转换为化学能并产生O2。8.卡尔文循环就是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸丙糖(一种三碳糖)的复杂生化反应。9.叶绿体中的光合色素吸收太阳能，将光能转换为化学能，形成了推动CO2和H2O合成糖的动力。10.叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。光合作用是绿色植物细胞中的叶绿体从太阳光中捕获能量，并将这些能量在CO2和H2O转变为糖与O2的过程中，转换并储存为糖分子中化学能的过程。
1．下列关于高等绿色植物的叙述，错误的是( )
A．植物光合作用释放的O2是在叶绿体类囊体膜上产生的
B．缺Mg导致叶绿素的合成减少，叶片吸收和转化的光能减少
C．植物幼茎的绿色部分能进行光合作用制造糖类等有机物
D．遮光不影响高等植物绿叶中叶绿素含量
D [光合作用过程中O2在叶绿体类囊体膜上产生，发生在光反应阶段，A正确；Mg是叶绿素的重要组成元素，缺Mg导致叶绿素含量下降，叶片吸收和转化的光能减少，B正确；植物幼茎的绿色部分中含叶绿体，能进行光合作用制造糖类等有机物，C正确；叶绿素的合成与分解都与光照有关，遮光会影响叶绿素含量，D错误。]
2．(多选)下图表示植物光合作用的一个阶段，下列相关叙述错误的是 ( )
A．该阶段的化学反应在叶绿体内膜中完成
B．C3生成(CH2O)需要NADPH、ATP和多种酶
C．提高温度一定能促进(CH2O)的生成
D．该过程为暗反应阶段，包括CO2的固定和C3的还原
AC [图示暗反应阶段的化学反应在叶绿体基质中进行，A错误；C3还原生成(CH2O)的过程需要NADPH、ATP和多种酶，B正确；酶的活性受温度的影响，提高温度不一定能提高酶的活性，若此时的光合作用在最适温度下进行，提高温度反而会减少有机物的生成，C错误；图示暗反应阶段包括CO2的固定和C3的还原，D正确。]
3．如图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是( )
A．a上升、b下降 B．a、b都上升
C．a、b都下降 D．a下降、b上升
B [由题图分析，c是CO2，a和b分别是NADPH、ATP，若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗NADPH和ATP减少，则a、b在叶绿体中含量都将会上升。]
4．如图为光合作用示意图。下列说法不正确的是( )
A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)
C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去
D．增加光照强度或降低CO2浓度，C3的含量都将减少
C [据图分析，类囊体膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生NADPH与O2，①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正确。暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)，B正确。黑暗条件下，光反应停止，NADPH和ATP不再产生，暗反应将逐渐停止，C错误。增加光照强度，短时间内C3的生成速率不变，而光反应产生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP还原为(CH2O)速率加快，因此C3的含量减少；降低CO2浓度，CO2的固定减弱，生成的C3减少，短时间内C3的还原速率基本不变，所以C3的含量将减少，D正确。]
5．改变全球气候变暖的主要措施是减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答下列问题：
(1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示__________阶段，③表示________阶段。
(2)图中表示CO2固定过程的序号是________。
(3)写出图中所示物质，B：________；C: ________。
(4)②阶段为③阶段提供________和________。
(5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在________(用图中字母表示)中的化学能。
[解析] (1)根据光合作用对光照的需求情况，可以将光合作用分为②光反应阶段和③暗反应阶段。(2)图中表示CO2固定过程的是④。(3)图中B是水分子光解后释放的O2，C是光反应生成的ATP。(4)②光反应阶段可以为③暗反应阶段提供NADPH和ATP。(5)图中光合作用经过②光反应阶段和③暗反应阶段，光能A最终转化为储存在有机物F中的稳定的化学能。
[答案] (1)光反应 暗反应 (2)④ (3)O2 ATP (4)NADPH ATP (5)F
12课时分层作业(15) 绿色植物光合作用的过程
题组一 叶绿体是绿色植物光合作用的场所
1．下列有关叶绿体的叙述，正确的是( )
A．叶绿体色素都分布在类囊体膜上
B．叶绿体的色素分布在外膜和内膜上
C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
A [叶绿体由内外双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的囊状结构，在类囊体膜上有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。]
2．如图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是( )
A．①和②具有选择透过性功能
B．③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C．③和④中都有与光合作用有关的酶
D．只有具有叶绿体的细胞才能进行光合作用
D [叶绿体是光合作用的主要场所，有叶绿体可进行光合作用，但是有的生物没有叶绿体也可以进行光合作用，如蓝细菌。]
3．光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A．需要ATP提供能量 B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与 D．会产生氧气
D [光照条件下，叶绿体类囊体上的色素接受光能，进行光反应分解水产生[H]和ATP，释放氧气；光反应过程需要光合色素吸收光能，不需要ATP供能，DCIP被还原。]
题组二 光合作用的过程
4．光合作用过程根据是否需要光能，可以概括地分为光反应和暗反应。下列关于光合作用的叙述正确的是( )
A．暗反应不需要光照，植物在没有光照的环境中也能大量合成(CH2O)
B．光合作用产生O2和ATP的场所均是叶绿体基质
C．停止光照或提高CO2浓度均可在短时间内使C3含量增加
D．ADP在叶绿体中的移动方向是由叶绿体类囊体膜到叶绿体基质
C [暗反应不需要光照，但暗反应的发生需要光反应为其提供NADPH和ATP，故在没有光照的环境中光合作用不能持续进行，更不能大量合成糖类等有机物，A错误。光合作用产生O2和ATP的场所均是叶绿体的类囊体膜，B错误。停止光照，光反应停止，NADPH和ATP不再合成，C3的还原受阻，但短时间内CO2的固定仍在正常进行，故C3含量增加；提高CO2浓度，CO2的固定加快，但短时间内C3的还原仍在正常进行，故C3含量增加，C正确。ADP是合成ATP的原料，而光合作用中ATP的合成是在类囊体膜上进行的，ATP合成后在叶绿体基质中参与暗反应过程，生成ADP和Pi，故ADP在叶绿体中的移动方向是由叶绿体基质到类囊体膜，D错误。]
5．正在进行光合作用的植物，若突然降低植物周围环境中的CO2浓度，则短时间内，下列有关生理变化的叙述，正确的是( )
A．叶绿体中C5/C3的值上升
B．叶绿体中ATP/ADP的值下降
C．叶绿体中NADPH/NADP＋的值下降
D．光反应速率加快
A [突然降低植物周围环境中的CO2浓度，则暗反应中CO2的固定受阻，短时间内C3的还原仍在正常进行，叶绿体中C3减少，而C5积累，故叶绿体中C5/C3的值上升，A正确；叶绿体中C3减少，导致C3的还原变慢，NADPH和ATP的消耗减少，ATP/ADP和NADPH/NADP＋的值增大，B、C错误；NADPH和ATP的消耗减少，光反应的产物积累，进一步导致光反应速率变慢，D错误。]
6．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，使叶肉细胞处于黑暗环境中，检测到含放射性的三碳化合物的浓度变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是( )
A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．O～a段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降
C．a～b段三碳化合物浓度基本不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．黑暗处理后叶肉细胞叶绿体内无NADPH和ATP的供应导致曲线上升
C [叶肉细胞通过暗反应固定14CO2，场所是叶绿体基质，A项正确；用14CO2“饲喂”叶肉细胞，O～a段叶肉细胞中较多的五碳化合物参与固定14CO2，故其浓度有所下降，B项正确；a～b段三碳化合物浓度基本不变的原因是其产生和消耗速率相等，C项错误；黑暗处理后叶肉细胞叶绿体内无NADPH和ATP的供应，三碳化合物还原的速度减慢，导致曲线上升，D项正确。]
7．(多选)如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述正确的是( )
A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B．①上产生的B物质移动到②参与C3的还原
C．②中产生的NADP＋移动到①上参与水的光解
D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
ABC [光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B正确；②叶绿体基质中产生的NADP＋移动到①类囊体膜上参与水的光解，C正确；①类囊体膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。]
8．光合作用和化能合成作用是自养生物的重要代谢活动，请回答下列问题：
(1)绿色植物的叶绿体是进行光合作用的场所。蓝细菌的细胞不含叶绿体，但含有__________________________等物质，从而能进行光合作用。
(2)除了绿色植物以外，硝化细菌也属于自养生物。硝化细菌能将二氧化碳和水合成为糖类，该过程利用的能量来自_________________________。
(3)如图表示光合作用的简要过程。据图回答下列问题：
在其他条件适宜的情况下，突然停止光照，短时间内磷酸甘油酸的浓度________；在适宜光照条件下，突然停止二氧化碳供应，短时间内二磷酸核酮糖的浓度________，磷酸甘油醛的浓度________。在CO2存在条件下，将植物从暗处移到光照处后，磷酸甘油醛浓度________。(以上空格均填“上升”“下降”或“基本不变”)
[解析] (1)蓝细菌没有叶绿体，但是有吸收光能的色素及光合作用所需的酶，因此能进行光合作用。(2)硝化细菌属于化能自养型生物，能利用氨氧化释放的能量将二氧化碳和水转化成糖类。(3)停止光照，短时间内产生的[H]和ATP减少，磷酸甘油酸被还原的量减少，而磷酸甘油酸的生成速率基本不变，故其浓度上升。突然停止CO2供应，CO2固定消耗的二磷酸核酮糖减少，但短时间内磷酸甘油酸的还原速率基本不变，则磷酸甘油醛的浓度基本不变，二磷酸核酮糖的生成速率也基本不变，故二磷酸核酮糖的浓度上升。将植物从暗处移到光照处后，磷酸甘油酸还原成磷酸甘油醛的反应开始进行，故磷酸甘油醛的浓度上升。
[答案] (1)吸收光能的色素和光合作用所需的酶
(2)氨氧化释放的化学能
(3)上升 上升 基本不变 上升
9．图甲表示光合作用部分过程的图解，图乙表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内含量的变化曲线，请据图回答下列问题：
(1)图甲中A表示的物质是________，它是由______________产生的，其作用主要是_____________________________。
(2)图甲中ATP形成所需的能量最终来自________________________。
若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是________。
(3)图乙中曲线a表示的化合物是____________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是________________________________________________________
______________________________________________________________。
(4)曲线b表示的化合物是____________，在无光照时，其含量下降的原因是__________________________________。
[解析] (1)光反应为暗反应提供的物质是NADPH和ATP，由此可确定A是NADPH，NADPH是由H2O分解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于三碳化合物的还原。(2)光反应中，光能转化为活跃的化学能储存在ATP中，14CO2的同化途径为14CO2→14C3(三碳化合物)→(14CH2O)。(3)(4)题干中已明确a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量变化，光照停止后，光反应停止，NADPH，NADPH和ATP含量下降，三碳化合物的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍在进行，因此三碳化合物含量相对升高，五碳化合物含量相对下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物。
[答案] (1)NADPH 水在光下分解 还原三碳化合物 (2)光能 (CH2O) (3)三碳化合物 CO2与五碳化合物结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原 (4)五碳化合物 五碳化合物与CO2结合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被还原为五碳化合物
题组三 化能合成作用
10．下列有关化能合成作用的叙述，不正确的是( )
A．硝化细菌通过化能合成作用将CO2和H2O合成糖类等有机物
B．化能合成作用不储存能量，而是释放能量
C．自然界中少数种类的细菌能进行化能合成作用，属于自养生物
D．化能合成作用以周围物质氧化释放的能量来制造有机物
B [自然界中的少数细菌(如硝化细菌)不能像绿色植物那样通过光合作用利用光能产生糖，利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量，将CO2等无机物转变成有机物，并储存能量，这种合成作用就是化能合成作用；能进行化能合成作用的生物属于自养生物。]
11．如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( )
A．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
B．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
C．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
D．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
B [光照强度由强变弱时，ATP和NADPH合成减少，C3还原减慢，C5生成量减少，而C5的消耗(被CO2固定所消耗)暂时不变，所以短时间内C5含量会下降，A错误；C3化合物在有关酶的催化作用下，能形成糖类、水和C5，B正确；CO2的固定实质上是CO2与C5反应生成C3，ATP不参与CO2的固定，ATP用于C3的还原，C错误；CO2不能直接被NADPH还原，需要形成C3后才能被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类，D错误。]
12．植物学家希尔将叶绿体分离后置于试管中，加入1%的DCPIP(DCPIP是一种可以接受氢的化合物，被氧化时是蓝色的，被还原时是无色的)后，将试管置于光下，发现溶液由蓝色变成无色并放出氧气，以上实验证明了( )
A．光合作用产生的氧气来自H2O
B．光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C．光合作用的光反应在类囊体膜上进行
D．光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
B [判断光合作用产生的氧气的来源时需用同位素标记法，本实验无法判断光合作用产生的氧气的来源，A不符合题意；溶液由蓝色变成无色，说明产物中有还原剂，并放出氧气，故说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2，B符合题意；题述实验不能判断光合作用的光反应的场所，C不符合题意；题述实验不能判断光合作用的暗反应的场所，D不符合题意。]
13．(2022·江苏盐城高一下开学考试)用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升。则NaHSO3溶液的作用可能是( )
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．促进叶绿体中ATP的合成
C．抑制叶绿体中NADPH的形成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
B [解答本题时注意抓住题干中所给的信息，即“短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升”，再利用暗反应的过程图解来分析判断NaHSO3溶液的作用。若NaHSO3溶液促进叶绿体中CO2的固定，则CO2被C5固定形成的C3增加，即消耗的C5增加，而短时间内C3被还原的速率基本不变，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，A不符合题意；若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成，则被还原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，而短时间内CO2被C5固定形成C3的速率基本不变，故C3的含量将减少，C5的含量将增加，B符合题意；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中NADPH的形成，则被还原的C3减少，生成的C5减少，而短时间内CO2被C5固定形成C3的速率基本不变，故C3的含量将增加，C5的含量将减少，C不符合题意；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中有机物的输出，则会导致暗反应中C3的还原过程变慢，生成的C5减少，而短时间内CO2被C5固定形成C3的速率基本不变，故C3的含量将增加，C5的含量将减少，D不符合题意。]
14．(2022·安徽淮南高一上期末考试)向正进行光合作用的叶绿体悬液中分别加入a、b、c、d四种物质，则下列关于叶绿体中短时间内某些物质含量的变化，说法不正确的是( )
A．若a能抑制ATP合成，则加入a可使C3含量上升
B．若b能抑制CO2的固定，则加入b可使NADPH、ATP含量上升
C．若c能促进NADPH和ATP的产生，则加入c可使C5含量下降
D．若d能促进(CH2O)的合成，则加入d可使NADPH、ATP含量下降
C [若a能抑制ATP的合成，则叶绿体中C3的还原受阻，短时间内CO2的固定仍在正常进行，C3的来源正常，去路受阻，C3含量上升，A正确；若b能抑制CO2的固定，则CO2的固定受阻，C3含量下降，导致C3的还原受阻，NADPH和ATP的消耗量减少，NADPH和ATP的含量上升，B正确；若c能促进NADPH和ATP的产生，则C3的还原增强，短时间内CO2的固定仍在正常进行，C5的来源增多，去路正常，C5含量上升，C错误；因(CH2O)是C3还原的产物，若d能促进(CH2O)的合成，则C3的还原增强，NADPH和ATP的消耗量增加，NADPH和ATP的含量下降，D正确。]
15．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。请据图回答下列问题：
(1)图中物质A是____________(填“C3化合物”或“C5化合物”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比物质A的浓度低，原因是__________________________________________________________________
______________________________________________________________，
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________________________________________________________。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比物质B的浓度________(填“低”或“高”)。
[解析] (1)CO2浓度降低时，短时间内C3化合物产生减少而消耗基本不变，C3化合物的浓度降低，故物质A代表的是C3化合物。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol C5化合物结合形成2 mol C3化合物，即C3化合物的浓度是C5化合物浓度的2倍。CO2浓度迅速下降到0.003%后，C5化合物的产生量不变而消耗量减少，故C5化合物的浓度升高。(3)该植物继续处于CO2浓度为0.003%时，因光反应产物NADPH和ATP的积累而抑制光反应过程，在达到相对稳定时，C3化合物的浓度仍是C5化合物浓度的2倍。
[答案] (1)C3化合物
(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5化合物的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3化合物的分子数是C5化合物的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5化合物的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5化合物积累 (3)高
8课时分层作业(15) 绿色植物光合作用的过程
题组一 叶绿体是绿色植物光合作用的场所
1．下列有关叶绿体的叙述，正确的是( )
A．叶绿体色素都分布在类囊体膜上
B．叶绿体的色素分布在外膜和内膜上
C．光合作用的酶只分布在叶绿体基质中
D．光合作用的酶只分布在外膜、内膜和基粒上
2．如图为叶绿体结构示意图，下列有关叶绿体结构与功能的叙述错误的是( )
A．①和②具有选择透过性功能
B．③上既有光合色素又有与光合作用有关的酶
C．③和④中都有与光合作用有关的酶
D．只有具有叶绿体的细胞才能进行光合作用
3．光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A．需要ATP提供能量 B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与 D．会产生氧气
和ATP，释放氧气；光反应过程需要光合色素吸收光能，不需要ATP供能，DCIP被还原。]
题组二 光合作用的过程
4．光合作用过程根据是否需要光能，可以概括地分为光反应和暗反应。下列关于光合作用的叙述正确的是( )
A．暗反应不需要光照，植物在没有光照的环境中也能大量合成(CH2O)
B．光合作用产生O2和ATP的场所均是叶绿体基质
C．停止光照或提高CO2浓度均可在短时间内使C3含量增加
D．ADP在叶绿体中的移动方向是由叶绿体类囊体膜到叶绿体基质
5．正在进行光合作用的植物，若突然降低植物周围环境中的CO2浓度，则短时间内，下列有关生理变化的叙述，正确的是( )
A．叶绿体中C5/C3的值上升
B．叶绿体中ATP/ADP的值下降
C．叶绿体中NADPH/NADP＋的值下降
D．光反应速率加快
6．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，使叶肉细胞处于黑暗环境中，检测到含放射性的三碳化合物的浓度变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是( )
A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．O～a段叶肉细胞中五碳化合物浓度有所下降
C．a～b段三碳化合物浓度基本不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．黑暗处理后叶肉细胞叶绿体内无NADPH和ATP的供应导致曲线上升
7．(多选)如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述正确的是( )
A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B．①上产生的B物质移动到②参与C3的还原
C．②中产生的NADP＋移动到①上参与水的光解
D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
8．光合作用和化能合成作用是自养生物的重要代谢活动，请回答下列问题：
(1)绿色植物的叶绿体是进行光合作用的场所。蓝细菌的细胞不含叶绿体，但含有__________________________等物质，从而能进行光合作用。
(2)除了绿色植物以外，硝化细菌也属于自养生物。硝化细菌能将二氧化碳和水合成为糖类，该过程利用的能量来自_________________________。
(3)如图表示光合作用的简要过程。据图回答下列问题：
在其他条件适宜的情况下，突然停止光照，短时间内磷酸甘油酸的浓度________；在适宜光照条件下，突然停止二氧化碳供应，短时间内二磷酸核酮糖的浓度________，磷酸甘油醛的浓度________。在CO2存在条件下，将植物从暗处移到光照处后，磷酸甘油醛浓度________。(以上空格均填“上升”“下降”或“基本不变”)
9．图甲表示光合作用部分过程的图解，图乙表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物和三碳化合物在细胞内含量的变化曲线，请据图回答下列问题：
(1)图甲中A表示的物质是________，它是由______________产生的，其作用主要是_____________________________。
(2)图甲中ATP形成所需的能量最终来自________________________。
若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是________。
(3)图乙中曲线a表示的化合物是____________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是________________________________________________________
______________________________________________________________。
(4)曲线b表示的化合物是____________，在无光照时，其含量下降的原因是__________________________________。
题组三 化能合成作用
10．下列有关化能合成作用的叙述，不正确的是( )
A．硝化细菌通过化能合成作用将CO2和H2O合成糖类等有机物
B．化能合成作用不储存能量，而是释放能量
C．自然界中少数种类的细菌能进行化能合成作用，属于自养生物
D．化能合成作用以周围物质氧化释放的能量来制造有机物
11．如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( )
A．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
B．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
C．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
D．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
12．植物学家希尔将叶绿体分离后置于试管中，加入1%的DCPIP(DCPIP是一种可以接受氢的化合物，被氧化时是蓝色的，被还原时是无色的)后，将试管置于光下，发现溶液由蓝色变成无色并放出氧气，以上实验证明了( )
A．光合作用产生的氧气来自H2O
B．光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C．光合作用的光反应在类囊体膜上进行
D．光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
13．(2022·江苏盐城高一下开学考试)用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升。则NaHSO3溶液的作用可能是( )
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．促进叶绿体中ATP的合成
C．抑制叶绿体中NADPH的形成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
14．(2022·安徽淮南高一上期末考试)向正进行光合作用的叶绿体悬液中分别加入a、b、c、d四种物质，则下列关于叶绿体中短时间内某些物质含量的变化，说法不正确的是( )
A．若a能抑制ATP合成，则加入a可使C3含量上升
B．若b能抑制CO2的固定，则加入b可使NADPH、ATP含量上升
C．若c能促进NADPH和ATP的产生，则加入c可使C5含量下降
D．若d能促进(CH2O)的合成，则加入d可使NADPH、ATP含量下降
15．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。请据图回答下列问题：
(1)图中物质A是____________(填“C3化合物”或“C5化合物”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比物质A的浓度低，原因是__________________________________________________________________
______________________________________________________________，
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________________________________________________________。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比物质B的浓度________(填“低”或“高”)。
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