(共45张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
第2课时光合作用的原理和应用
一、光合作用的概念
1.概念
2.反应式
叶绿体
光能
二、探索光合作用原理的部分实验
实验过程或依据 实验结论
19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中， 分子的C和 被分开， 被释 放，C与 结合成甲醛，然后甲 醛分子缩合成糖 甲醛对植物有毒害作用，而且
甲醛不能通过光合作用转化成
____
1937年英国植 物学家希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐 或其他氧化剂（悬浮液中有 ， 没有 ），在光照下可以释放出 ____ 离体叶绿体在适当条件下发生
水的光解、产生 的化学反
应称作希尔反应。说明______
_____与糖的合成不是同一个
化学反应
糖
水的光解
实验过程或依据 实验结论
1941年美国科 学家鲁宾和卡 门 光合作用释放的 全部来自
______
1954年美国科 学家阿尔农 在光照下，叶绿体可合成 ，这 一过程总是与水的光解相伴随 光照下叶绿体中发生的水的光
解过程伴随_____的产生
20世纪40年代 美国科学家卡 尔文 用 标记的 供小球藻进行光 合作用，追踪放射性 的去向 卡尔文循环
续表
三、光合作用过程
1.光反应阶段
（1）条件：______。
（2）场所：____________。
（3）物质变化
.将 分解为_________，其中 与 结合形成 。
.使 和 反应形成_____。
（4）能量变化
光能转化为储存在______________中的化学能。
有光
类囊体薄膜
和
和
2.暗反应阶段
（1）条件：__________都能进行。
（2）场所：____________。
（3）过程（卡尔文循环）
的固定： _____。
的还原： 。
（4）能量变化： 、 中活跃的化学能转变为______________________。
有没有光
叶绿体基质
有机物中稳定的化学能
3.光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供______________，暗反应为光反应提供___________________。
和
和 、
四、化能合成作用
1.概念：利用体外环境中的某些____________时所释放的能量来制造有机物的方式。
2.代表生物：__________等。
3.能量转化：__________________________________________转化为有机物中的化学能。
4.物质变化： 和 转化为糖类等有机物。
无机物氧化
硝化细菌
体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量
五、光合作用的应用
1.光合作用的强度（又称光合速率）是指植物在单位时间内通过光合作用___________
_____，是描述光合作用强弱的指标。
2.表示方法
（1）单位时间内光合作用制造有机物的量。
（2）单位时间内光合作用______ 的量。
（3）单位时间内光合作用______ 的量。
制造糖类的数量
消耗
产生
3.影响光合作用强度的因素
原料 水、 ，如环境中 浓度、土壤中水分含量等
动力 光能，如光照的强弱、时间长短以及光质等
场所 叶绿体，如无机营养、病虫害等
酶 影响酶活性的因素，如温度等
4.探究环境因素对光合作用强度的影响实验
（1）实验原理:抽去圆形小叶片内的气体后，叶片在水中______，光照下叶片进行光
合作用产生氧气，氧气充满细胞间隙，叶片又会______。光合作用越强，单位时间内
圆形小叶片上浮的数量越多。
下沉
上浮
（2）实验流程
黑暗
CO2
圆形小叶片浮起的数量
（3）实验现象与结果分析
光照越强，烧杯内圆形小叶片浮起的数量越多，说明在一定范围内，随着光照强度的不断增强，光合作用强度不断增强。
任务1 探索光合作用原理的部分实验
活动1 阅读课本P102~104，分析探索光合作用原理的部分实验
1.1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。这个发现的意义是什么？
提示 基本否定了光合作用中的 来源于 的猜测。
2.希尔的实验说明了什么？
提示 光合作用中 可能是由叶绿体产生的，水的光解与糖的合成不是同一个化学反应。
3.下图是鲁宾和卡门用同位素示踪的方法的实验操作示意图，他们的实验结论是怎样的？
提示 光合作用释放的 中的 全部来源于 ，而不是来源于 。
4.阿尔农的发现是什么？
提示 在光照下，叶绿体可合成 ，这一过程总是伴随着水的光解。
5.卡尔文给小球藻悬浮液通入 ，光照一定时间（从1秒到数分钟）后杀死小球藻，
同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 秒的时间， 已经转化为许多种类的化合
物。想要探究 转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是_________________
___________________________________________________________________________
________。
不断缩短光照时间，当检测到的含放射性的化合物只有一种时，则该化合物就是 转化成的第一个产物
认知生成
1.真核生物中，光合作用中的 由叶绿体产生。
2. 中的 元素来源于 ，而不是来源于 。
3.在光照条件下，叶绿体产生 的同时，水的光解产生 。
例1 下图表示较强光照、温度相同且水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光
合作用的实验示意图。一段时间后，下列相关比较不正确的是( )。
A. 的质量大于 的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C. 的质量大于 的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
[解析] 和 是 ， 和 是 ，因此 的质量大于 的质量， 的质量等
于 的质量，A正确，C不正确；④中小球藻含有 ，①中小球藻含有 ，
故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量，B正确；在试管①和②原有质量相等的
情况下，②中释放出的是 ，①中释放出的是 ，故剩余质量①大于②，D正确。
√
对点练1 希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有 时，给予叶绿体光照，就能
放出 ，同时使电子受体还原。希尔反应式： 氧化态电子受体 还原态电子
受体 。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给 时，
既积累 也积累 ；进一步实验，撤去光照，供给 ，发现 和
被消耗，并产生有机物。由以上信息不能推断的是( )。
B
A.光合作用释放的 来自水
B. 和 的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上
C.希尔反应与 合成有机物的过程是两个过程
D.光合作用的需光过程为 合成有机物提供 和
[解析] 由题中的信息（希尔反应式）可知，光合作用过程中产生的 来自参与反应的水，A不符合题意；从希尔反应和阿尔农发现的叙述，得不到 和 的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上的信息，B符合题意；希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行，在光下积累 和 ，在暗处可以进行有机物的合成，C不符合题意；希尔反应只有在光下才能积累 和 ，在暗处可以进行有机物的合成， 和 在合成有机物过程中被消耗，D不符合题意。
任务2 深化理解光合作用的过程
活动2 阅读课本P103～104光合作用的过程，回答下列问题并完成表格
1.为什么光反应阶段发生在类囊体薄膜上，而暗反应阶段发生在叶绿体基质中？
提示 在类囊体薄膜上有吸收光能的色素、与光反应相关的酶，在叶绿体基质中有与暗反应相关的酶。
2.完成表格
项目 光反应 暗反应
条件 ________________ __________________ _____________________________
________
反应场所 ______________________ ______________
外界条件:光照；
内部条件:色素、酶
外界条件:有无光照都可以；内部条件:酶
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
项目 光反应 暗反应
物质变化 （1）水的光解： _ ____________________________ 的合成： _ ____________________________ （2） 的合成:__________________ （1） 的固定:_ _____________
（2） 的还原:
_ ____________________________
续表
项目 光反应 暗反应
能量变化 _____________________________ _______ _____、 中活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
联系 ____________________________________________________________ ______________________
实质 ____________________
光能 、 中活跃的化学能
光反应为暗反应提供 和 ，暗反应为光反应提供 、 和
物质合成、能量储存
续表
3.暗反应在有光、无光条件下都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
提示 不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的 和
。
4.若标记 中的 ，请写出光合作用过程中 的转化途径。
提示 。
5.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，绿藻细胞的叶绿
体内 、 、 、 的含量如何变化
提示 减少， 减少， 增加， 减少。
6.夏季中午，气孔关闭会导致 供应不足，短时间内叶绿体中 和 会发生怎样的
变化？
提示 下降， 上升。
认知生成
环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
条件 和 合 成量 模型分析
光照由强到 弱， 供应 不变 增加 减少 减少或没有 减少
条件 和 合 成量 模型分析
光照由弱到 强， 供应 不变 减少 增加 增加 增加
续表
条件 和 合 成量 模型分析
光照不变， 由充足到 不足 减少 增加 增加 减少
续表
条件 和 合 成量 模型分析
光照不变， 由不足到 充足 增加 减少 减少 增加
续表
例2 下图为高等绿色植物光合作用过程的示意图，下列说法正确的是( )。
D
A.①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基
质中
B.②是 ，可参与有氧呼吸的第二阶段
C.③是三碳化合物，能被氧化为
D.④是 ，在类囊体薄膜上生成
[解析] 据图可知，①是光合色素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；②是 ，
可参与有氧呼吸的第三阶段，与有氧呼吸第一、二阶段产生的 结合生成水，释
放大量的能量，B错误；③是三碳化合物，在由光反应阶段提供的 和 的作
用下被还原为 ，C错误。
对点练2 下图为绿色植物光合作用过程示意图（图中 为物质，①～⑥为反应过程，
物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示）。下列有关叙述错误的是( )。
B
A.图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
B. 为 ， 为
C.将 物质用 标记，最终在 中能
检测到
D.图中 物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色
植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
[解析] 图中 分别代表光合色素、 、 、 、 、 、 ，①～⑥分别代表水分的吸收、 的合成、水的光解、 的固定、 的还原、有机
物的合成，A正确，B错误； ，
C正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D正确。
例3 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. 的产生停止 B. 的固定加快
C. 的值下降 D. 的值下降
[解析] 黑暗处理后，光反应停止， 的产生停止。 和 是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后， 和 的产生减少，且仍被暗反应所消耗，则产生的 和 增多，暗反应产生的 减少， 的固定减慢。
&1& 光合作用过程中相关物质的变化规律
对点练3 下图表示在夏季晴朗的白天，植物细胞内 和 的相对
含量随一种环境因素的改变而变化的情况。下列对这种环境因素改
变的分析，正确的是( )。
D
A.突然停止光照 B.突然增加 浓度
C.降低环境温度 D.增加光照强度
[解析] 突然停止光照，光反应产生的 和 减少，被还原的 减少，生成的
减少，而 被 固定形成 的过程不变，故 的含量将增加， 的含量将减少，
A错误；突然增加 浓度， 被 固定形成的 增加，消耗的 增加，故 的
含量将减少，B错误；降低环境温度，光合作用的过程均会变慢，故参与反应的 、
的含量都将减少，C错误；增加光照强度，光反应产生的 和 增加，被还
原的 增加，生成的 增加，而 被 固定形成 的过程不变，故 的含量将
减少， 的含量将增加，D正确。
素能提升 植物和 植物（科学解释能力）
对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说，在暗反应阶段，一个二氧化碳被一个五
碳化合物 固定以后，形成的是两个三
碳化合物 。但是科学家在研究玉米、甘蔗等原产地在热带地区的绿色植物的光合
作用时发现，在这类绿色植物的光合作用中，二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳
原子的有机物 中，然后才转移到 中。科学家将这类植物叫作 植物，将其固
定二氧化碳的途径，叫作 途径；将仅有 参与二氧化碳固定的植物叫作 植物，
将其固定二氧化碳的途径，叫作 途径。
在 植物中，叶片中构成维管束鞘的细胞中的叶绿体以 途径固定二氧化碳，
而在叶肉细胞中主要以 途径固定二氧化碳。维管束鞘细胞呼吸放出的二氧化碳可以
被叶肉细胞通过 途径来固定，其过程是：在有关酶的催化下，一个二氧化碳被磷酸
烯醇式丙酮酸（PEP）所固定，形成一个 ， 通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管
束鞘细胞，在酶的催化作用下，生成丙酮酸和二氧化碳。二氧化碳在维管束鞘细胞中
进入 途径。丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的作用下，转化成
磷酸烯醇式丙酮酸，继续固定二氧化碳。 循环和 循环的关系见下图。
途径的生物学意义在于，热带植物为了防止水分过多蒸发，常常关闭叶片上的气孔，
空气中的二氧化碳不易进入细胞，这时 植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的
二氧化碳进行光合作用。 途径中能够固定二氧化碳的酶对二氧化碳有很高的亲和力，
使叶肉细胞能有效地固定和浓缩二氧化碳，供维管束鞘细胞内叶绿体中的 途径利用。
课堂小结
课堂小测
判断正误。
（1）与暗反应阶段有关的酶分布在叶绿体内膜和叶绿体基质中。( )
×
（2）光反应为暗反应提供 和 。( )
√
（3）光合作用产生的 来自 和 。( )
×
（4）影响光合作用强度的外界因素有 浓度、温度、光照强度等。( )
√
（5） 浓度主要是通过影响暗反应过程来影响光合作用的。( )
√第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理和应用
【自主预习】
一、光合作用的概念
1.概念
2.反应式
CO2+H2O (CH2O)+O2
二、探索光合作用原理的部分实验
实验过程或依据 实验结论
19世纪末 科学界普遍认为,在光合作用中,CO2分子的C和O被分开,O2被释放,C与H2O结合成甲醛,然后甲醛分子缩合成糖 甲醛对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成 糖
1937年英国植物学家希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出 O2 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生O2的化学反应称作希尔反应。说明 水的光解 与糖的合成不是同一个化学反应
1941年美国科学家鲁宾和卡门 光合作用释放的O2全部来自 H2O
1954年美国科学家阿尔农 在光照下,叶绿体可合成ATP,这一过程总是与水的光解相伴随 光照下叶绿体中发生的水的光解过程伴随 ATP 的产生
20世纪40年代美国科学家卡尔文 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用,追踪放射性14C的去向 卡尔文循环
三、光合作用过程
1.光反应阶段
(1)条件: 有光 。
(2)场所: 类囊体薄膜 。
(3)物质变化
a.将H2O分解为 O2和H+ ,其中H+与NADP+结合形成NADPH。
b.使ADP和Pi反应形成 ATP 。
(4)能量变化
光能转化为储存在 ATP和NADPH 中的化学能。
2.暗反应阶段
(1)条件: 有没有光 都能进行。
(2)场所: 叶绿体基质 。
(3)过程(卡尔文循环)
a.CO2的固定:C5+CO2 2C3 。
b.C3的还原:2C3(CH2O)+C5。
(4)能量变化:NADPH、ATP中活跃的化学能转变为 有机物中稳定的化学能 。
3.光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供 NADPH和ATP ,暗反应为光反应提供 ADP和Pi、NADP+ 。
四、化能合成作用
1.概念:利用体外环境中的某些 无机物氧化 时所释放的能量来制造有机物的方式。
2.代表生物: 硝化细菌 等。
3.能量转化: 体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量 转化为有机物中的化学能。
4.物质变化:CO2和H2O转化为糖类等有机物。
五、光合作用的应用
1.光合作用的强度(又称光合速率)是指植物在单位时间内通过光合作用 制造糖类的数量 ,是描述光合作用强弱的指标。
2.表示方法
(1)单位时间内光合作用制造有机物的量。
(2)单位时间内光合作用 消耗 CO2的量。
(3)单位时间内光合作用 产生 O2的量。
3.影响光合作用强度的因素
原料 水、CO2,如环境中CO2浓度、土壤中水分含量等
动力 光能,如光照的强弱、时间长短以及光质等
场所 叶绿体,如无机营养、病虫害等
酶 影响酶活性的因素,如温度等
4.探究环境因素对光合作用强度的影响实验
(1)实验原理:抽去圆形小叶片内的气体后,叶片在水中 下沉 ,光照下叶片进行光合作用产生氧气,氧气充满细胞间隙,叶片又会 上浮 。光合作用越强,单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。
(2)实验流程
(3)实验现象与结果分析
光照越强,烧杯内圆形小叶片浮起的数量越多,说明在一定范围内,随着光照强度的不断增强,光合作用强度不断增强。
【合作探究】
任务1 探索光合作用原理的部分实验
活动1 阅读课本P102~104,分析探索光合作用原理的部分实验
1.1928年,科学家发现甲醛对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。这个发现的意义是什么
【提示】 基本否定了光合作用中的O2来源于CO2的猜测。
2.希尔的实验说明了什么
【提示】 光合作用中O2可能是由叶绿体产生的,水的光解与糖的合成不是同一个化学反应。
3.下图是鲁宾和卡门用同位素示踪的方法的实验操作示意图,他们的实验结论是怎样的
【提示】 光合作用释放的O2中的O全部来源于H2O,而不是来源于CO2 。
4.阿尔农的发现是什么
【提示】 在光照下,叶绿体可合成ATP,这一过程总是伴随着水的光解。
5.卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2,光照一定时间(从1秒到数分钟)后杀死小球藻,同时提取产物并分析。实验发现,仅仅30 秒的时间,CO2已经转化为许多种类的化合物。想要探究CO2转化成的第一个产物是什么,可能的实验思路是 。
【提示】 不断缩短光照时间,当检测到的含放射性的化合物只有一种时,则该化合物就是CO2转化成的第一个产物
认知生成
1.真核生物中,光合作用中的O2由叶绿体产生。
2.O2中的O元素来源于H2O,而不是来源于CO2。
3.在光照条件下,叶绿体产生ATP的同时,水的光解产生O2。
例1 下图表示较强光照、温度相同且水和小球藻的质量相等的条件下,小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后,下列相关比较不正确的是( )。
A.Y2的质量大于Y3的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.Y4的质量大于Y2的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
【答案】 C
【解析】 Y1和Y3是O2,Y2和Y4是18O2,因此Y2的质量大于Y3的质量,Y2的质量等于Y4的质量,A正确,C不正确;④中小球藻含有(CO),①中小球藻含有(CH2O),故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量,B正确;在试管①和②原有质量相等的情况下,②中释放出的是18O2,①中释放出的是O2,故剩余质量①大于②,D正确。
对点练1 希尔从细胞中分离出叶绿体,并发现在没有CO2时,给予叶绿体光照,就能放出O2,同时使电子受体还原。希尔反应式:H2O+氧化态电子受体→还原态电子受体+1/2O2。在希尔反应的基础上,阿尔农又发现在光下的叶绿体,不供给CO2时,既积累NADPH也积累ATP;进一步实验,撤去光照,供给CO2,发现NADPH和ATP被消耗,并产生有机物。由以上信息不能推断的是( )。
A.光合作用释放的O2来自水
B.NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上
C.希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D.光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
【答案】 B
【解析】 由题中的信息(希尔反应式)可知,光合作用过程中产生的O2来自参与反应的水,A不符合题意;从希尔反应和阿尔农发现的叙述,得不到NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上的信息,B符合题意;希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行,在光下积累NADPH和ATP,在暗处可以进行有机物的合成,C不符合题意;希尔反应只有在光下才能积累NADPH和ATP,在暗处可以进行有机物的合成,NADPH和ATP在合成有机物过程中被消耗,D不符合题意。
任务2 深化理解光合作用的过程
活动2 阅读课本P103~104光合作用的过程,回答下列问题并完成表格
1.为什么光反应阶段发生在类囊体薄膜上,而暗反应阶段发生在叶绿体基质中
【提示】 在类囊体薄膜上有吸收光能的色素、与光反应相关的酶,在叶绿体基质中有与暗反应相关的酶。
2.完成表格
项目 光反应 暗反应
条件
反应 场所
物质 变化 (1)水的光解: NADPH的合成: (2)ATP的合成: (1)CO2的固定: (2)C3的还原:
能量 变化
联系
实质
【提示】
项目 光反应 暗反应
条件 外界条件:光照; 内部条件:色素、酶 外界条件:有无光照都可以;内部条件:酶
反应 场所 叶绿体类囊体的薄膜上 叶绿体基质中
物质 变化 (1)水的光解:2H2O4H++O2 +4e- NADPH的合成:NADP++H++2e-NADPH (2)ATP的合成:ADP+PiATP (1)CO2的固定:CO2+C52C3 (2)C3的还原:2C3(CH2O)+C5
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 光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应为光反应提供ADP、Pi 和NADP+
实质 物质合成、能量储存
3.暗反应在有光、无光条件下都能进行,那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗
【提示】 不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应,暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。
4.若标记CO2中的14C,请写出光合作用过程中14C的转化途径。
【提示】 14CO2→14C3→(14CH2O)。
5.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,绿藻细胞的叶绿体内ATP、NADPH、C3、C5的含量如何变化
【提示】 ATP减少,NADPH减少,C3增加,C5减少。
6.夏季中午,气孔关闭会导致CO2供应不足,短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化
【提示】 C3下降,C5上升。
认知生成
环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
条件 C3 C5 NADPH 和ATP (CH2O) 合成量 模型分析
光照由 强到弱, CO2供 应不变 增加 减少 减少 或没有 减少
光照由 弱到强, CO2供 应不变 减少 增加 增加 增加
光照不 变,CO2 由充足 到不足 减少 增加 增加 减少
光照不 变,CO2 由不足 到充足 增加 减少 减少 增加
例2 (不定项)下图为高等绿色植物光合作用过程的示意图,下列说法正确的是( )。
A.①是光合色素,分布在叶绿体和细胞质基质中
B.②是O2,可参与有氧呼吸的第二阶段
C.③是三碳化合物,能被氧化为(CH2O)
D.④是ATP,在类囊体薄膜上生成
【答案】 D
【解析】 据图可知,①是光合色素,分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;②是O2,可参与有氧呼吸的第三阶段,与有氧呼吸第一、二阶段产生的NADH结合生成水,释放大量的能量,B错误;③是三碳化合物,在由光反应阶段提供的NADPH和ATP的作用下被还原为(CH2O),C错误。
对点练2 下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a~g为物质,①~⑥为反应过程,物质转换用实线表示,能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是( )。
A.图中①表示水分的吸收,③表示水的光解
B.c为ATP,f为NADPH
C.将b物质用18O标记,最终在(CH2O)中能检测到18O
D.图中a物质主要吸收红光和蓝紫光,绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
【答案】 B
【解析】 图中a~g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH、NADP+、CO2,①~⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成,A正确,B错误;18O2 O C18O2(CO),C正确;光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用,D正确。
例3 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( )。
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP的值下降
D.NADPH/NADP+的值下降
【答案】 B
【解析】 黑暗处理后,光反应停止,O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物,同时也是暗反应的原料,黑暗处理后,ATP和NADPH的产生减少,且仍被暗反应所消耗,则产生的ADP和NADP+增多,暗反应产生的C5减少,CO2的固定减慢。
【解题技巧】 光合作用过程中相关物质的变化规律
对点练3 下图表示在夏季晴朗的白天,植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变而变化的情况。下列对这种环境因素改变的分析,正确的是( )。
A.突然停止光照
B.突然增加CO2浓度
C.降低环境温度
D.增加光照强度
【答案】 D
【解析】 突然停止光照,光反应产生的NADPH和ATP减少,被还原的C3减少,生成的C5减少,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的含量将增加,C5的含量将减少,A错误;突然增加CO2浓度,CO2被C5固定形成的C3增加,消耗的C5增加,故C5的含量将减少,B错误;降低环境温度,光合作用的过程均会变慢,故参与反应的C3、C5的含量都将减少,C错误;增加光照强度,光反应产生的NADPH和ATP增加,被还原的C3增加,生成的C5增加,而CO2被C5固定形成C3的过程不变,故C3的含量将减少,C5的含量将增加,D正确。
素能提升 C3植物和C4植物(科学解释能力)
对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说,在暗反应阶段,一个二氧化碳被一个五碳化合物(C5)固定以后,形成的是两个三
碳化合物(C3)。但是科学家在研究玉米、甘蔗等原产地在热带地区的绿色植物的光合作用时发现,在这类绿色植物的光合作用中,二氧化碳中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物(C4)中,然后才转移到C3中。科学家将这类植物叫作C4植物,将其固定二氧化碳的途径,叫作C4途径;将仅有C3参与二氧化碳固定的植物叫作C3植物,将其固定二氧化碳的途径,叫作C3途径。
在C4植物中,叶片中构成维管束鞘的细胞中的叶绿体以C3途径固定二氧化碳,而在叶肉细胞中主要以C4途径固定二氧化碳。维管束鞘细胞呼吸放出的二氧化碳可以被叶肉细胞通过C4途径来固定,其过程是:在有关酶的催化下,一个二氧化碳被磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)所固定,形成一个C4,C4通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞,在酶的催化作用下,生成丙酮酸和二氧化碳。二氧化碳在维管束鞘细胞中进入C3途径。丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内,在有关酶的作用下,转化成磷酸烯醇式丙酮酸,继续固定二氧化碳。C4循环和C3循环的关系见下图。
C4植物光合作用特点示意图
C4途径的生物学意义在于,热带植物为了防止水分过多蒸发,常常关闭叶片上的气孔,空气中的二氧化碳不易进入细胞,这时C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的二氧化碳进行光合作用。C4途径中能够固定二氧化碳的酶对二氧化碳有很高的亲和力,使叶肉细胞能有效地固定和浓缩二氧化碳,供维管束鞘细胞内叶绿体中的C3途径利用。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断正误。 (1)与暗反应阶段有关的酶分布在叶绿体内膜和叶绿体基质中。 (×) (2)光反应为暗反应提供NADPH和ATP。 (√) (3)光合作用产生的O2来自CO2和H2O。 (×) (4)影响光合作用强度的外界因素有CO2浓度、温度、光照强度等。 (√) (5)CO2浓度主要是通过影响暗反应过程来影响光合作用的。 (√)
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