浙科版（2019）生物必修一 第三章第五节课时2　光反应与碳反应的基本过程学案（含解析）

课时2　光反应与碳反应的基本过程
一、光反应将光能转化为化学能,并产生氧气
场所 类囊体膜(光合膜)
物质 变化 (1)水光解:光能将水裂解为H+、O2和电子; (2)NADPH与ATP的合成:H+、e-将NADP+还原为NADPH,并产生ATP,O2被释放到细胞外
能量 变化 光合色素吸收光能,将光能转化为ATP和NADPH中的化学能
光反应为碳反应提供的还原剂是什么物质 提供能量的是什么物质
提示:NADPH;ATP与NADPH。
二、碳反应将二氧化碳还原成糖
场所 叶绿体基质
物质 变化 (1)CO2固定:在酶的催化作用下,1个CO2分子与五碳糖结合,形成1个六碳分子;六碳分子随即分解成2个三碳酸分子。 (2)三碳酸的还原: ①每个三碳酸分子接受来自NADPH和ATP的能量,被NADPH还原形成三碳糖; ②五碳糖的再生。 (3)在叶绿体内,三碳糖作为原料用于淀粉、蛋白质和脂质的合成。大部分三碳糖运至叶绿体外,并且转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用
能量 变化 NADPH和ATP中的能量转变为有机物中的化学能
1.卡尔文循环中三碳酸的还原反应需要光反应提供什么物质
提示:ATP和NADPH。
2.分析蔗糖合成或输出受阻,会引起卡尔文循环减速的原因。
提示:蔗糖合成或输出受阻,三碳糖大量积累于叶绿体基质中,导致光反应中NADPH和ATP的合成受阻,进而造成卡尔文循环减速。
[自主学习检测]——教材基础熟记于心
1.水在光下裂解为氢和O2,水中的氢(H+)在光下将NADP+还原为NADPH。(　×　)
提示:水在光下裂解为H+、O2和电子,H+和e-将NADP+还原为NADPH。
2.光合作用的碳循环虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。(　×　)
提示:光合作用的卡尔文循环虽然不直接需要光,但只有在有光的条件下才能一轮一轮地循环。
3.1个二氧化碳与1个五碳糖结合,形成2个三碳酸,然后2个三碳酸被还原成2个三碳糖。(　√　)
4.卡尔文循环中,ATP在叶绿体基质中将三碳酸还原为三碳糖。(　×　)
提示:三碳酸还原过程中,ATP和NADPH提供能量,还原剂为NADPH。
5.碳反应不需要光,必须在黑暗条件下才能进行。(　×　)
提示:碳反应需要光反应提供ATP和NADPH,发生条件可以是在光照下,也可以不在光照下。
6.光强度突然下降后,短时间内叶绿体内ATP/ADP的值下降,O2的产生停止。(　×　)
提示:光强度突然下降后,短时间内叶绿体内ATP/ADP的值下降,但O2的产生不会停止。
7.某正常进行光合作用的绿色植物,突然间停止光照的瞬间,细胞内五碳糖的含量减少。(　√　)
任务一　理解光反应原理,明确光反应过程
[任务突破]
光反应的误区分析
(1)明确光反应的场所:真核生物中,光反应的场所为类囊体膜——光合膜,原核生物中光反应的场所为光合膜。
(2)明确NADPH和ATP的生成原理:①生成NADPH的反应物为H+、e-及NADP+;②生成ATP的反应物为ADP、Pi,同时需要ATP合成酶催化。
(3)明确光反应的能量转化形式:光反应为吸能反应,能量来源为光能,经过光反应,能量由光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。
(4)明确光反应的生理过程与酶催化的关系:光合色素吸收光能不需要酶的催化,其他反应过程均需要酶的催化。
[迁移应用]
[典例1](2022·宁波高一期末)如图表示植物叶肉细胞叶绿体的类囊体膜上发生的部分代谢过程,其中运输H+的转运蛋白有两种类型,从而实现H+在膜两侧间的穿梭。下列叙述错误的是(　D　)
A.光合色素吸收的光能将水分解为氧、H+和电子
B.H+由类囊体腔进入叶绿体基质的方式是易化扩散
C.NADPH是活泼的还原剂,同时也储存一部分能量
D.叶绿体基质的pH低于类囊体腔内的pH
解析:在光反应阶段中光合色素吸收的光能将水分解为氧、H+和电子;由图可知,类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质,因此H+由类囊体腔进入叶绿体基质的方式是易化扩散;NADPH是活泼的还原剂,同时也储存一部分能量,用于碳反应中三碳酸的还原;类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质,所以叶绿体基质的pH高于类囊体腔内的pH。
任务二　碳反应的原理及过程
[任务突破]
辨析碳反应的误区
(1)确定C原子的转移路径:通过同位素示踪法可追踪碳原子的转移路径,即14CO2中的C依次进入三碳酸→三碳糖→有机物。
(2)辨析碳反应过程中与三碳糖有关的“大多数”和“少数”。
①卡尔文循环中,3分子CO2进入卡尔文循环推动生成6分子三碳糖,其中“大多数”(5分子)三碳糖仍然留在卡尔文循环中用于五碳糖的再生,“少数”(1分子)三碳糖离开卡尔文循环用于有机物的生成。
②离开卡尔文循环的三碳糖,“大多数”运至叶绿体外合成蔗糖供植物细胞利用,“少数”留在叶绿体内作为淀粉、脂质和蛋白质的合成原料。
[迁移应用]
[典例2] (2022·金华十校高一期末)用14C标记的CO2追踪光合作用过程中碳原子的转移路径,发现其转移路径是CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖。下列叙述错误的是(　D　)
A.CO2→三碳酸的过程需要五碳糖的参与
B.三碳酸→三碳糖的过程需要ATP和NADPH供能
C.三碳糖→蔗糖的过程在细胞溶胶中发生
D.CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖的过程称为卡尔文循环
解析:CO2→三碳酸的过程为CO2的固定,需要五碳糖的参与;三碳酸→三碳糖的过程需要光反应提供的ATP和NADPH供能;三碳糖合成蔗糖的过程在细胞溶胶中发生;二氧化碳被还原为糖的过程称为卡尔文循环,包括CO2→三碳酸→三碳糖路径,蔗糖的合成不属于卡尔文循环。
任务三　分析光反应与碳反应的关系
[任务突破1]
列表比较光反应与碳反应的区别与联系
项目 光反应 碳反应
场所 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质
条件 光合色素、光、酶、水 酶、ATP、NADPH、CO2
时间 短促 较缓慢
物质 变化 ①水在光下裂解为H+、O2和电子(e-); ②H+和e-将NADP+还原为NADPH; ③吸收光能产生ATP,O2被释放到叶绿体(或细胞)外 ①CO2的固定:CO2+五碳糖→2个三碳酸; ②三碳酸分子的还原:三碳酸+NADPH+ATP→三碳糖分子+NADP++ADP+Pi; ③五碳糖的再生:三碳糖分子→五碳糖
能量 变化 光能→ATP、NADPH中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系 光反应为碳反应提供NADPH和ATP;碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+,二者紧密联系,缺一不可
[迁移应用]
[典例3-1](2022·绍兴适应性考试)在离体条件下,亲水性Fecy或亲脂性DCIP可作为电子受体替代NADP+,氧化态DCIP为蓝紫色,接受氢的还原态DCIP为无色,研究人员将离体双层膜局部受损的叶绿体悬浮液均分到三支试管中,并抽去空气进行如下实验:
组别 材料 加入物质 条件 实验现象
A组 双层膜局 部受损的 叶绿体 DCIP 溶液 适宜温 度和光 照等 条件 产生了一定量O2且DCIP溶液变为无色
B组 Fecy 溶液 产生了一定量O2
C组 NADP+ 溶液 NADPH减少
请回答下列问题。
(1)在叶绿体的　　　　　　上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-,光能转化成电能,最终转化为　　　　　　和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,碳反应速率减慢,则光反应中电子传递速率会　　　　(填“加快”或“减慢”)。
(2)若改用双层膜结构完整的叶绿体进行实验,A、B两组产生的O2量都将减少,推测　　　组产生的O2量减少更多,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)A组实验能证明O2来源于H2O而不是CO2,理由是①DCIP溶液由蓝紫色变无色证明　　　　　　　　　　　　;②抽去试管中的空气,排除了　　　　　　　　的可能。
(4)研究人员欲通过检测NADPH的含量变化来证明其参与了碳反应,设置了C组实验,则C组应增加的实验条件是　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜(类囊体膜)上进行,光反应具体反应步骤:①水的光解,水在光下分解成氧气、H+和电子;②NADPH和ATP的生成,ADP与Pi接受光能变成ATP,H+和e-将NADP+还原为NADPH,此过程将光能变为NADPH和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低,碳反应速率减慢,ATP和NADPH积累,即光反应产物积累,光反应减慢,即光反应中电子传递速率会减慢。
(2)在离体条件下,亲水性Fecy或亲脂性DCIP可作为电子受体替代NADP+,光反应中水能分解成O2、H+和e-,H+和e-与NADP+反应生成NADPH,若改用双层膜结构完整的叶绿体进行实验,B组中亲水性Fecy比A组中亲脂性DCIP更难通过完整的叶绿体双层膜,电子受体减少更多,H+和e-积累,水分解减慢,产生的氧气更少。
(3)据题意可知,氧化态DCIP为蓝紫色,接受氢的还原态DCIP为无色,DCIP溶液由蓝紫色变无色证明产生了氢。空气中含有二氧化碳,抽去试管中的空气,这样A组实验中只有水,排除了O2来源于CO2的可能。
(4)若想通过检测NADPH的含量变化来证明其参与了碳反应,则需要创造碳反应的条件,二氧化碳是碳反应的原料,同时为了避免光反应持续产生NADPH,因此在C组实验的基础上需要通入CO2并黑暗处理,然后再检测NADPH含量的变化。
答案:(1)类囊体膜　NADPH　减慢　(2)B　亲水性Fecy比亲脂性DCIP更难通过完整的叶绿体双层膜　(3)产生了氢　O2来源于CO2　(4)通入CO2并黑暗处理
[任务突破2]
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化。
如图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示三碳酸的还原,当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时,分析相关物质含量在短时间内的变化。
(2)“模型法”表示三碳酸和五碳糖的含量变化。
提醒:平衡状态下三碳酸的起始值高于五碳糖,约是其2倍。
[迁移应用]
[典例3-2] 下列关于光合作用中改变反应条件而引起的变化,正确的是(　C　)
A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值减小
B.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
C.突然将黄光改变为白光,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
D.突然将白光改变为黄光,会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值增大
解析:突然中断CO2供应,使碳反应中二氧化碳固定减少,而三碳酸还原仍在进行,导致三碳酸减少,五碳糖增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值增大;突然中断CO2供应使三碳酸减少,因此三碳酸还原利用的ATP减少,导致ATP积累增多,而ADP含量减少,会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大;突然将黄光改变为白光,会导致光反应吸收的光能增加,光反应产生的ATP和NADPH增加,而ADP相对含量减少,因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大;突然将白光改变为黄光,会导致光反应产生的ATP和NADPH减少,这将抑制碳反应中三碳酸的还原,导致五碳糖减少,三碳酸增多,因此会暂时引起叶绿体基质中五碳糖/三碳酸的值减小。
基础达标练
1.在碳反应中,第一个反应产物是(　D　)
A.三碳糖 B.五碳糖
C.三碳酸 D.六碳分子
解析:在碳反应中,1个CO2分子被五碳糖固定形成1个六碳分子,但六碳分子极不稳定,会随即分解为2个三碳酸分子,因此第一个反应产物是六碳分子。
2.在碳反应中,ATP和NADPH直接用于(　D　)
A.葡萄糖的合成 B.三碳酸的合成
C.再生五碳糖 D.三碳酸的还原
解析:光反应产生ATP和NADPH,在碳反应中,ATP和NADPH直接用于三碳酸的还原。
(2022·山河联盟高一考试)阅读下列材料,完成下面3、4小题。
叶绿体是存在于植物细胞中进行光合作用的细胞器。蓝细菌是一种原核生物,细胞中含有附着光合色素的光合膜,可以进行光合作用。
3.下列关于蓝细菌的叙述,正确的是(　B　)
A.含有叶绿体 B.是一种自养生物
C.拟核区有染色质 D.有核糖体和线粒体
4.图甲是叶绿体结构模式图,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位;图乙是光合作用的碳反应过程示意图,其中①②表示不同的物质。下列叙述正确的是(　B　)
A.图甲中光合色素存在于结构Ⅱ中
B.图乙的过程发生在图甲的结构Ⅱ中
C.图乙中的过程在光照下无法进行
D.图乙中离开循环的物质②主要留在叶绿体内
解析:3.蓝细菌是原核生物,没有叶绿体;蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素,可以进行光合作用,属于自养生物;蓝细菌是原核生物,不具有染色质;蓝细菌是原核生物,不具有线粒体。
4.光合色素存在于图甲中结构Ⅲ基粒的类囊体膜上;图乙是碳反应过程,发生在图甲的结构Ⅱ叶绿体基质中;图乙是碳反应过程,该阶段不需要光照,但并非在光照下无法进行;图乙中,物质①②为两种三碳化合物,物质①的名称是三碳酸,该物质在光反应产物ATP和NADPH的作用下形成物质②三碳糖,三碳糖主要运送到叶绿体外转变成蔗糖,供植物体所有细胞利用。
5.如图是利用小球藻探究光合作用时的实验示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比为(　A　)
A.8∶9 B.2∶1
C.1∶2 D.9∶8
解析:根据光反应的过程可知,氧气中的氧来自水,所以A物质是16O2,B物质是18O2,图中A物质和B物质的相对分子质量之比为32∶36=8∶9。
6.科学家提取植物细胞中的叶绿体,用高速离心法打破叶绿体膜后,分离出类囊体和基质,在不同条件下进行实验(如表所示),用来研究光合作用过程,下列选项中关于各试管得到的产物情况,错误的是(　D　)
试管 叶绿体 结构 光照 C18O2 ATP、 NADPH 三碳酸
甲 类囊体 + + - -
乙 基质 - + + -
丙 基质 + - + +
丁 类囊体 和基质 + + - -
注:表中的“+”表示添加,“-”表示不添加。
A.甲试管不会产生18O2 B.乙试管可得到三碳糖
C.丙试管可能得到淀粉 D.丁试管可得到蔗糖
解析:甲试管进行的是光反应,氧气中氧来源于水而不是C18O2,所以得到的是O2,不会产生18O2;乙试管有CO2、ATP、NADPH,会在叶绿体基质中进行碳反应,碳反应发生二氧化碳的固定和三碳酸的还原,由于具有二氧化碳和有关的酶,可以得到三碳糖;丙试管虽然没有二氧化碳,但是具有三碳酸和ATP、NADPH,因此可以进行三碳酸的还原,可能得到淀粉;蔗糖在叶绿体外产生,故丁试管不能得到蔗糖。
7.对光合作用的研究发现:叶绿体接受光照后,类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象的原因叙述正确的是(　D　)
A.NADPH分解释放H+引起
B.大量CO2进入叶绿体基质引起
C.与ATP水解后产生磷酸有关
D.该现象与H2O的光解有关
解析:NADPH是在类囊体膜上形成的,且其参与的三碳酸还原发生在叶绿体基质中;CO2进入叶绿体基质,与类囊体无关;叶绿体类囊体膜上合成ATP,而ATP水解产生磷酸发生在叶绿体基质中,不会导致类囊体腔中的pH明显下降;叶绿体类囊体膜上发生水的光解产生大量的H+,造成类囊体腔内pH下降。
8.正常生长的绿藻,照光培养一段时间后,用黑布迅速将培养瓶罩上,此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　B　)
A.O2的产生停止 B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP的值下降 D.NADPH含量减少
解析:用黑布将培养瓶罩上,光反应停止,氧气的产生停止,同时NADPH和 ATP 的产生停止,使碳反应中三碳酸的还原速度减慢,从而导致二氧化碳的固定减慢;ADP生成 ATP减少,使ATP/ADP的值下降;光反应停止,NADPH的含量减少。
9.(2022·宁波高一期末)研究人员从菠菜中分离类囊体,将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴,从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原,并不断产生有机物乙醇酸。下列叙述正确的是(　B　)
A.产生乙醇酸的场所在类囊体膜上
B.该反应体系需不断消耗CO2和水
C.类囊体产生的ATP和NADPH参与CO2固定
D.与叶绿体相比,该反应体系不含光合色素
解析:乙醇酸是在光合作用碳反应阶段产生的,碳反应场所在叶绿体基质中,所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质;该反应体系中能进行光合作用整个过程,光反应需要消耗水,碳反应需不断消耗CO2;类囊体产生的ATP和NADPH参与三碳酸的还原,不参与CO2固定;该体系含有类囊体,类囊体膜上有光合色素。
10.(2023·浙江宁波高一九校联考)如图为光合作用部分过程,磷酸丙糖是光合作用碳反应的产物,它可在叶绿体内转为淀粉。已知焦磷酸化酶可催化淀粉的合成,该酶活性受叶绿体内三碳酸的调节。叶绿体在白天会形成淀粉粒,黑暗夜间淀粉粒消失。据图推测错误的是(　D　)
A.每固定1分子CO2,将生成2分子三碳酸
B.若突然增强光照,短时间内五碳糖含量增加
C.饥饿处理会促进淀粉转化麦芽糖和葡萄糖
D.三碳酸对焦磷酸化酶具有抑制作用
解析:CO2与五碳糖生成三碳酸,每固定1分子CO2,将生成2分子三碳酸;若突然增强光照,短时间内光反应产生的NADPH和ATP增加,还原三碳酸,生成的五碳糖增加,由于消耗五碳糖生成三碳酸速率基本不变,故五碳糖含量增加;由图可知,黑暗条件下淀粉转化为葡萄糖和麦芽糖,因此饥饿处理(黑暗处理)会促进淀粉转化麦芽糖和葡萄糖;已知焦磷酸化酶催化淀粉的合成,叶绿体在白天会形成淀粉粒,夜间淀粉粒消失,因此三碳酸对焦磷酸化酶有活化作用。
11.(2022·舟山高一质量检测)下图为光合作用的基本过程的示意图,其中字母表示物质。请回答下列问题。
(1)图中A表示　　 　 　,若B为还原剂,则C表示　　 　　,
F表示　　 　　,G表示　　 　　。
(2)光反应发生的场所是　　　　　。光反应生成的　　　　　　(填物质名称)释放能量驱动碳反应,且三碳酸被　　　　(填物质名称)还原。
(3)碳反应的场所是　　　　　　。用14C标记CO2追踪光合作用中的碳原子,其转移途径是CO2→　　　　→(CH2O)。
(4)在适宜的光照条件下,若适当提高蔬菜大棚中CO2的浓度,绿色蔬菜光合作用的速率会　　　　(填“加快”或“减慢”或“不变”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)图中A为水在光下的分解产物,且可释放到外界,故表示O2;图中B、C可用于碳反应,B为NADPH,则C为ATP。F是二氧化碳的固定产物,表示三碳酸,G可与二氧化碳反应生成三碳酸,故表示五碳糖。
(2)光反应发生的场所是类囊体膜。光反应生成的NADPH和ATP释放能量驱动碳反应,且三碳酸被NADPH(还原剂)还原。
(3)碳反应的场所是叶绿体基质。用14C标记CO2追踪光合作用中的碳原子,则会发生反应二氧化碳的固定→三碳酸的还原[生成(CH2O)等],故其转移途径是CO2→三碳酸→(CH2O)。
(4)因为CO2作为原料参与碳反应,适当提高蔬菜大棚中CO2的浓度会加快碳反应速率,所以绿色蔬菜光合作用的速率会加快。
答案:(1)O2　ATP　三碳酸　五碳糖　(2)类囊体膜　NADPH和ATP　NADPH　(3)叶绿体基质　三碳酸　(4)加快　CO2作为原料参与碳反应,提高CO2浓度会加快碳反应速率,所以光合作用的速率会加快
12.如图表示黑藻叶肉细胞内光合作用的部分代谢过程,其中PSⅡ和PSⅠ是由叶绿素等光合色素和多种蛋白质组成的光系统,A和B代表某种相关的物质。请回答下列问题。
(1)PSⅡ和PSⅠ位于叶肉细胞的　　　　　　上,其中的光合色素是一类　　　　　　(填“脂溶性”或“水溶性”)物质,这些光合色素的作用是　 　　　　　　　　。
(2)M侧水裂解产生A、H+和电子(e-),该过程　　　　(填“需要”或“不需要”)有关酶的参与,图中高能电子e-的最终受体是　　　　,M侧H+浓度　　　(填“高于”或“低于”)N侧。
(3)B是膜上的一种蛋白质,由图可知,该蛋白质的具体作用是
　　　　　　　　　　(答出两点)。
解析:(1)PSⅡ和PSⅠ是由叶绿素等光合色素和多种蛋白质组成的光系统,位于叶肉细胞的类囊体膜上,其中的光合色素是一类脂溶性物质,易溶于有机溶剂。这些光合色素能吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成。
(2)M侧水裂解产生A(O2)、H+和电子(e-),该过程需要有关酶的参与,e-、H+将NADP+还原为NADPH,故高能电子e-的最终受体是NADP+,M侧H+向N侧顺浓度梯度运输并催化ATP合成,故M侧H+浓度高于N侧。
(3)B是膜上的一种蛋白质,由题图可知,该蛋白质能运输H+并催化ATP的合成。
答案:(1)类囊体膜　脂溶性　吸收可见光,将光能转化为化学能,用于有机物的合成
(2)需要　NADP+　高于
(3)运输H+、催化ATP的合成
综合提升练
13.如图为植物叶肉细胞光合作用的碳反应、蔗糖与淀粉合成代谢示意图。图中叶绿体内膜上的磷酸转运器转运出1分子三碳糖的同时转运进1分子Pi(无机磷酸)。下列叙述中错误的是(　D　)
A.蔗糖既可用于该细胞的细胞呼吸,也可运输至非光合细胞被利用
B.若磷酸转运器的活性受到抑制,则经此转运器转运进叶绿体的磷酸会减少
C.若合成三碳糖的速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则利于淀粉的合成
D.若提供C18O2,则图示物质中会出现18O的只有三碳糖、淀粉
解析:蔗糖属于能源物质,既可用于该细胞的细胞呼吸,也可运输至非光合细胞被细胞呼吸利用;磷酸转运器的活性受抑制,会导致三碳糖在叶绿体内积累,同时转运至叶绿体基质的Pi减少;合成三碳糖的速率超过Pi转运进叶绿体的速率,说明叶绿体内三碳糖增加,有利于淀粉的合成;若提供C18O2,二氧化碳参与碳反应中二氧化碳的固定和三碳酸的还原,则图示物质中会出现18O的有三碳糖、淀粉和蔗糖。
14.科学家向小球藻培养液中通入14CO2,给予实验装置不同时间光照,结果如表所示。
实验组别 光照时间/s 放射性物质分布
1 2 大量三碳酸(三碳化合物)
2 20 12种磷酸化糖类
3 60 除上述12种磷酸化糖类外,还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析,下列叙述正确的是(　A　)
A.碳反应最初形成的主要是三碳酸
B.本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段
C.三碳酸可直接转化成氨基酸、有机酸等
D.实验结果说明光合作用产物是糖类
解析:由表格可知,碳反应最初形成的主要是三碳酸(三碳化合物);由题意可知本实验用的是同位素示踪法探究二氧化碳中的碳元素的去向,故本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段;三碳酸要先转化成12种磷酸化糖类,然后才转化成氨基酸、有机酸等;表格中的数据说明光合作用除了产生糖类外,还产生氨基酸、有机酸等其他有机物。
15.(2022·绍兴高一期末调测)菠菜常用来作为“光合色素的提取与分离”活动的实验材料,光合产物在菠菜细胞中的利用示意图如下。请回答下列问题。
(1)光合色素分布于菠菜叶肉细胞叶绿体的　　 　　上,需要通过研磨破坏　　　　　　　　　　 　　　　(填结构)共三层膜,有利于95%的酒精接触溶解色素。为了防止研磨时叶绿素遭到破坏,应向研钵中加入少许的　　 　　(填试剂)中和酸性物质。提取色素后通过　　　 　(填方法)进行分离,滤纸条上最下端的色素带颜色是　　 　　。
(2)进行卡尔文循环时CO2首先与　　　 　结合生成三碳酸,然后被　　　 　还原为三碳糖,三碳酸还原为三碳糖的过程从能量变化的角度分析属于　　 　　反应。
(3)三碳糖在叶绿体外能够转化为X,以便运输到植物体其他细胞被利用。X表示　　　 　。
(4)白天叶肉细胞进行光合作用合成有机物的量远多于其细胞呼吸的消耗,才能保证菠菜正常生长,作出这一判断的理由是菠菜正常生长需要有机物的积累,　 。
解析:(1)光合色素用于光反应中吸收、传递和转化光能,所以分布在叶绿体的类囊体膜上。研磨菠菜叶肉细胞时,首先需要破坏细胞膜,其次需要破坏叶绿体的膜,而叶绿体是具有双层膜的细胞器,所以研磨共破坏三层膜。研磨时需要加入少量碳酸钙,以防止叶绿素被破坏,提取出色素后要用纸层析法进行分离。滤纸条上的色素由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,则最下端的色素带是叶绿素b,颜色是黄绿色。
(2)进行卡尔文循环时CO2首先与五碳糖结合生成三碳酸,然后被光反应提供的NADPH还原为三碳糖,在三碳酸还原为三碳糖的过程中,三碳酸分子接受ATP和NADPH水解释放的能量,被NADPH还原为三碳糖,故该变化属于吸能反应。
(3)叶绿体中一部分三碳糖离开叶绿体,进入细胞溶胶合成蔗糖,能为植物体内的其他细胞利用,故X表示蔗糖。
(4)植物除了有能够进行光合作用的细胞,还有不能进行光合作用的细胞,如根、茎等细胞。叶肉细胞只能在白天进行光合作用,而在晚上只能进行呼吸作用,所以叶肉细胞在白天进行光合作用合成有机物的量要远多于其细胞呼吸消耗的量,才能积累下有机物供其晚上呼吸消耗以及供给其他不能进行光合作用的细胞的呼吸消耗,这样才能积累有机物使菠菜正常生长。
答案:(1)类囊体膜　细胞膜、叶绿体内膜与外膜　碳酸钙(CaCO3)　纸层析法　黄绿色　(2)五碳糖　NADPH　吸能　(3)蔗糖　(4)光合作用合成的有机物还用于黑暗条件下叶肉细胞的呼吸消耗以及根、茎等不能进行光合作用的细胞的呼吸消耗