课时分层作业(20) 光合作用的原理
题组一 光合作用的探究历程
1．1937年，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O2，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上进行
D．光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
2．下图表示较强光照且温度相同以及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，以下相关实验结论不正确的是( )
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．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
3．探索光合作用原理的研究历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是( )
A．恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光
B．离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应
C．鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自二氧化碳
D．卡尔文探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径
题组二 光合作用的原理
4．在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其( )
A．氧气的释放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖类的合成量
5．如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解，下列分析错误的是( )
A．该过程不需要光，发生的场所为叶绿体基质
B．细胞呼吸过程中也产生物质A，同样具有还原剂的作用
C．CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类、C5
D．突然降低CO2浓度，短时间内C5的含量迅速上升
6．CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是( )
A．CO2供应不足使固定形成的C3减少
B．C3还原所需消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
7．据下面植物叶片光合作用图示判断，相关叙述不正确的是( )
A．NADPH既可作还原剂，也可为暗反应提供能量
B．②不仅用于还原C3，还可用于矿质离子的吸收等
C．⑤过程发生于叶绿体类囊体薄膜上，⑥过程发生于叶绿体基质中
D．若用14C标记CO2来追踪光合作用过程中的碳原子，则14C的转移途径为14CO2→C3→糖类、C5
8．对光合作用的图解分析错误的是( )
A．①将进入线粒体或出细胞，②可为暗反应提供能量
B．突然停止供应CO2，短时间内C3的含量将下降
C．图示NADPH可用于有氧呼吸第三阶段
D．H2O中H的转移途径为H2O→NADPH→C5和糖类
9．开发生物燃料替代化石燃料，可实现节能减排。下图为生物燃料生产装置示意图，据图分析合理的是( )
A．光照时，微藻光反应产生ATP和NADH供给暗反应
B．图中①为CO2，外源添加可增加产物生成量
C．图中②为暗反应阶段产生的酒精等有机物质
D．若夜间停止光照，微藻细胞内的ATP合成将停止
10．下图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高质子(H＋)浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。
(1)图中的A是________，C是________，D是________。
(2)叶绿素a分布于________上，主要吸收____________光。
(3)若反应Ⅱ中E浓度突然降低至一半，短时间内C5的含量将_____________________________________________________________________。
如果追踪E中碳元素的去向，常用________________________法。
(4)过度光照将会激活膜蛋白PSBS，直接抑制反应Ⅰ中______________反应，会导致电子不能传递给____________(填字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。
11．如图为叶绿体的结构与功能示意图，下列相关叙述错误的是( )
A．光反应在结构A上发生
B．若供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲、C5
C．在结构A上产生NADPH的同时会消耗ADP生成ATP
D．若停止光照，则一段时间内C3减少，C5增加
12．如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是( )
A．由图可知PSⅠ和PSⅡ位于类囊体薄膜上
B．从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提供了ATP和NADPH
C．由图可知电子(e－)的最初供体为H2O
D．从图中ATP的产生机制可判断膜内H＋浓度小于膜外
13．(不定项)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，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3-磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外，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．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
14．(不定项)植物对光的吸收是有选择性的，但不同绿色植物对光的吸收光谱基本相同，就红、黄、绿、蓝这几种波长的光而言，叶片对其吸收能力大小为蓝>红>黄>绿。下列相关叙述不正确的是( )
A．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行
B．光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2
C．突然中断光照，短时间内C3的量会减少，(CH2O)的量也会减少
D．用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用黄光照射时产生的有机物更多
15．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为_____________________________________________________________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是___________________
_____________________________________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
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B C C A B D B C B D D A B D ACD
10．(1)O2 ATP NADP＋ (2)类囊体薄膜 红光和蓝紫 (3)升高 同位素示踪 (4)水的光解 D
15．(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5) (2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 人工光合作用系统没有细胞呼吸消耗糖类(或植物细胞呼吸消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
1．B [判断光合作用产生的氧气的来源时，需用同位素示踪法，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O2，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。]
2．C [Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3的质量，A正确；④中小球藻中含有，而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；②与④中H2O均被18O标记，单位时间内消耗等量的水，剩余水的质量也相等，C错误；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放的是，而①中释放的是O2，故剩余质量①大于②，D正确。]
3．C [恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，用透过三棱镜的光照射水绵，发现需氧细菌主要分布在红光和蓝紫光照射的地方，该实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光，A正确；离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，B正确；鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自水，C错误；卡尔文利用同位素示踪法探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径，D正确。]
4．A [光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D错误。]
5．B [该过程是光合作用的暗反应阶段，不需要光，发生的场所为叶绿体基质，A正确；细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用中产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，B错误；暗反应中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被还原生成(CH2O)和C5，故CO2转移途径是CO2→C3→(CH2O)、C5，C正确；突然降低CO2浓度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不变，所以短时间内C5的含量迅速上升，D正确。]
6．D [根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少。]
7．B [NADPH，即图中的①，在C3还原过程中，既可作还原剂，也可提供能量，A正确。②是ATP，可用于C3还原过程中能量的消耗，不可用于矿质离子的吸收等，B错误。⑤过程为光反应过程，发生于叶绿体类囊体薄膜上；⑥过程为暗反应过程，发生于叶绿体基质中，C正确。若用14C标记CO2来追踪光合作用过程中的碳原子，则14C的转移途径为14CO2→C3→糖类、C5，D正确。]
8．C [①为光反应阶段水光解产生的O2，O2可进入线粒体用于有氧呼吸，也可释放到细胞外，②为ATP，可为暗反应C3的还原提供能量，A正确；突然停止供应CO2，短时间内CO2的固定速率下降，而C3的还原速率基本不变，因此C3的含量将下降，B正确；光反应产生的NADPH只能用于暗反应C3的还原，不能用于有氧呼吸第三阶段，C错误；H2O中H的转移途径为H2O→NADPH，而后NADPH可用于C3的还原，因此可能转移到C5和糖类中，D正确。]
9．B [光照时，微藻产生ATP和NADPH供给暗反应，A不合理；图中①为CO2，外源添加CO2可促进海洋微藻的光合作用，进而增加产物生成量，B合理；图中②为呼吸作用产生的酒精等有机物质，C不合理；夜间停止光照，微藻细胞内可以通过呼吸作用合成ATP，D不合理。]
10．(1)叶绿体中光合色素吸收的光能将H2O分解为氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，故A为O2。在ATP合成酶的作用下，能在跨膜H＋浓度梯度的推动下合成ATP，故C是ATP。D和H＋可形成NADPH，因此D是NADP＋。(2)叶绿素a分布于叶绿体的类囊体薄膜上，主要吸收红光和蓝紫光。(3)在暗反应中，E是CO2，CO2的浓度突然降低至一半，C5的消耗量减少，短时间内C5合成量不变，故C5的含量将升高，如果追踪E中碳元素的去向，常用同位素示踪法。(4)激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，因此过度光照将会激活膜蛋白PSBS，直接抑制反应Ⅰ中水的光解。电子、H＋与NADP＋结合，形成NADPH，电子在类囊体膜上的传递减少，会抑制电子、H＋与NADP＋结合的过程，即导致电子不能传递给D，所以过量的光能将不能转变为化学能。
11．D [图中的结构A为基粒，由类囊体堆叠而成，增大了叶绿体的膜面积，是光反应的场所，A正确；若供给14CO2，其先与C5形成C3，再被还原成有机物，所以放射性出现的顺序为CO2→C3→甲、C5，B正确；在结构A发生的是光反应过程，产生NADPH的同时也会产生ATP，因而会消耗ADP生成ATP，C正确；若停止光照，光反应产生的ATP和NADPH减少，则C3还原过程减慢，因而生成的C5减少，而C3生成过程，即CO2的固定过程还在正常进行，因此，一段时间内C3增多，C5减少，D错误。]
12．D [图中PSⅠ和PSⅡ可吸收光能，说明二者分布于类囊体薄膜上，A正确；光反应为暗反应提供了ATP和NADPH，B正确；由图可知，电子(e－)来自H2O的分解，即电子(e－)的最初供体为H2O，C正确；由图可知，H＋由膜内向膜外运输的同时合成ATP，说明膜内H＋浓度高于膜外，膜两侧H＋的电化学梯度为合成ATP提供能量，D错误。]
13．ABD [本实验研究CO2在光合作用过程中的转移途径，属于暗反应阶段，A正确；每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，使反应停止，才能测定放射性物质的分布，B正确；CO2进入叶绿体后，首先与RuBP结合形成3 磷酸甘油酸，C错误；由于在氨基酸、有机酸中出现了放射性，因此说明光合作用产生的有机物包括氨基酸、有机酸等，D正确。]
14．ACD [光反应必须在光照下进行，暗反应并非必须在暗处才能进行，A错误；光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2，B正确；突然中断光照，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，短时间内C3的量会增加，(CH2O)的量会减少，C错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用蓝光照射时产生的有机物更多，D错误。]
15．(1)分析图示可知，模块1为将光能转化为电能的过程，模拟的是色素吸收光能的过程，模块2模拟的是电解水产生氧分子和氢离子，并合成ATP的过程，因此两个模块模拟的是光反应过程。模块3模拟的是暗反应过程。(2)模块3模拟暗反应过程，气泵泵入的是CO2，其中甲表示C5，乙表示C3，若正常运转过程中气泵突然停转，则输入暗反应系统中的CO2浓度下降，CO2的固定减少，则C3的含量会减少。若气泵停转的时间较长，则暗反应过程为光反应提供的ADP、Pi和NADP＋不足，会导致模块2中的能量转换效率下降。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量与植物的总光合作用量相等，由于该系统未模拟细胞呼吸，不会通过细胞呼吸消耗糖类，而植物会发生细胞呼吸，因此该系统积累的糖类高于植物。(4)干旱条件下，植物的光合作用速率降低的主要原因是植物为了防止水分散失会关闭气孔，叶片气孔开放程度降低，CO2吸收量减少。
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第2课时 光合作用的原理
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
1．光合作用的概念和反应式
(1)概念：绿色植物通过______，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出____的过程。
(2)化学反应式：______________________________。
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
叶绿体
氧气
2．探索光合作用原理的部分实验
毒害
不能
水的光解
H2O
CO2
14CO2
ATP
水的光解
希尔反应能否说明植物光合作用中的氧气中的氧元素全部来自水？为什么？
提示：不能。因为悬浮液中还有其他物质也有氧元素，希尔反应未排除这一点。
基于对光合作用探究历程的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的场所是叶绿体。 ( )
提示：蓝细菌可进行光合作用，体内没有叶绿体。
2．希尔反应是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。 ( )
×
√
3．鲁宾和卡门利用放射性同位素18O标记CO2和H2O，证明了光合作用产物O2来源于H2O。 ( )
提示：18O为稳定性同位素，不具有放射性。
4．光合作用的产物一定是氧气和葡萄糖。 ( )
提示：光合作用的产物为氧气和糖类(CH2O)。
×
×
探究一：光合作用过程中O2产生的探索
1．1937年，英国植物学家希尔将叶绿体的悬浮液(悬浮液中有H2O，没有CO2)与铁盐或其他氧化剂混合，在光照下释放出了氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应叫作希尔反应。
希尔反应一般可用下式表示：
4Fe3+＋2H2O―→4Fe2+＋O2＋4H＋(条件为光照)或2NADP＋＋2H2O―→2NADPH＋O2＋2H＋(条件为光照)
希尔的实验能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？为什么？
提示：能说明。理由是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。
2．如图是鲁宾和卡门利用小球藻进行光合作用实验的示意图：
(1)图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少？
提示：8∶9。
(2)在鲁宾和卡门的实验中，用18O同时标记H2O和CO2可行吗？为什么？
提示：不可行，若同时标记H2O和CO2，则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。
探究二：探究碳的转移途径
卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
分析材料可知，14C的转移途径是什么？
提示：14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5。
探究三：光合作用中能量的转化
1．阿尔农实验1
(1)实验过程：离体叶绿体，加入ADP、Pi，给予光照。发现叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。
(2)实验结论：光照下，_____________________________________。
水光解产生氧气的同时ADP和Pi合成ATP
2．阿尔农实验2
(1)实验过程：离体叶绿体，在黑暗条件下，供给ATP、NADPH和CO2，发现离体叶绿体中有糖类生成。但在没有ATP、NADPH供给的情况下不能合成糖类。
(2)实验结论：______________________________________________。
黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH
[深化归纳]
1．希尔反应的意义
希尔用离体叶绿体做实验，使得研究水平从细胞水平进入细胞器水平，证明了光合作用在叶绿体中进行；植物放出的氧是水在光下被分解，这种水的光氧化反应与CO2的还原可分开进行，因而划分出光反应和暗反应两个阶段；发现了光反应中有光诱导的电子传递和水的光解及O2释放；发现了水在光反应中起到的是供氢体和电子供体的双重作用。
[对点练习]
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。希尔反应是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。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是( )
A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2
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
√
B [由题中的信息(希尔反应式)可知，光合作用过程中产生的O2来自参加反应的水，A正确；从希尔反应和阿尔农发现的叙述不能得出NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上的结论，B错误；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正确；希尔反应只有在光下才能进行，在暗处是不能进行的，在光下积累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正确。]
2．1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图A的装置，得到了图B所示的氧气中18O百分比的三个实验结果。下列叙述正确的是( )
A．该实验的自变量为18O标记的反应物类型
B．该装置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的稳定
C．实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的气体，阀门2要保持关闭
D．科学家可根据在水与氧气中18O的百分比的一致性就得出“氧气来自水”的结论
√
C [该实验的自变量为18O标记的水和碳酸氢盐的比率，A错误；该装置加NaHCO3溶液的目的是给小球藻的光合作用提供CO2，B错误；实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的氧气，阀门2要保持关闭，C正确；该实验中存在18O标记的碳酸氢盐，虽然实验结果显示“水与氧气中18O的百分比具有一致性”，但并不能说明氧气中的18O来自水，即不能得出“氧气来自水”的结论，D错误。]
1．填写阶段名称及序号代表的物质
Ⅰ______；Ⅱ______；
①___；②______；③__________；
④___；⑤___。
知识点2 光合作用的原理
光反应
暗反应
O2
ATP
NADPH
C5
C3
2．光反应阶段
(1)场所：__________。
(2)叶绿体中色素吸收的光能有两方面用途：
①将水分解为氧和H＋，H＋与NADP＋结合形成____________________________。
②使ADP与Pi反应形成______。
类囊体薄膜
还原型辅酶Ⅱ
(NADPH)
ATP
3．暗反应阶段
(1)场所：__________。
(2)过程：
①CO2的固定：CO2与C5结合，形成___。
②C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受_______________释放的能量，并且被__________还原。
③C3有两个去向：转化为____；形成C5，继续参与______。
叶绿体基质
C3
ATP和NADPH
NADPH
糖类
暗反应
CO2＋H2O
(CH2O)＋O2
NADPH和ATP
NADP＋、ADP和Pi
叶绿体中NADPH和ADP的移动方向分别是怎样的？
提示：NADPH从类囊体薄膜移向叶绿体基质，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
基于对光合作用原理的认识，判断下列表述是否正确。
1．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。 ( )
2．光合作用制造的有机物中的氧来自水。 ( )
提示：光合作用制造的有机物中的氧来自CO2。
√
×
3．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。 ( )
4．影响光反应的因素不会影响暗反应。 ( )
提示：影响光反应的因素也会影响暗反应。
√
×
在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界里，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，图示为某一高等植物光合作用的过程图解。在暗反应阶段，唯一催化CO2固定形成C3的酶称为Rubisco。
1．暗反应不直接依赖光，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。
2．光合作用的光反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
3．光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
提示：(1)物质变化
CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。
(2)能量变化
ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。
4．当光反应的产物和CO2充足时，在黑暗条件下，暗反应进行的速度也比光照条件下慢，请依据材料信息Rubisco提出一种可能的原因。
提示：在黑暗条件下，Rubisco降低活化能的效果降低(Rubisco的激活需要光)。
5．夏季中午，气孔关闭后，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含量减少，C5含量增加。
[深化归纳]
1．光合作用中元素的转移
(1)
(2)
2．环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量瞬间影响的分析
(1)过程分析法
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3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C3和C5的含量变化起始值C3高于C5(约是其2倍)
[对点练习]
3．上海世博会E区是“世博零碳馆”。整个小区只使用可再生资源产生的能源，不需要向大气排放CO2。如图为某绿色植物细胞中部分物质转化过程示意图(a～g表示物质，①～③表示反应过程)。下列有关叙述不正确的是( )
A．“零碳馆”植物吸收的CO2与g结
合生成C3
B．物质b和d分别为ATP和NADPH
C．突然停止“零碳馆”的光照，短时间内d和f均减少
D．过程②和过程③均发生在叶绿体基质中
√
C [“零碳馆”植物吸收的CO2与g(C5)结合生成C3，A正确；c(ADP)和Pi生成物质b为ATP，H2O光解产生a(O2)和H＋，H＋和e(NADP＋)生成d(NADPH)，B正确；突然停止“零碳馆”的光照，短时间内b、d不再产生，f还原速率降低，但CO2的固定短时间不受影响，因此f会增加，C错误；过程②和过程③均为暗反应过程，都发生在叶绿体基质中，D正确。]
4．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。
回答下列问题：
(1)图中物质A是________(填“C3”或“C5”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是___________________________________________________________
_______________________________________；
C3
暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍
当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累
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B的________(填“低”或“高”)。
高
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(填“高”或“低”)，其原因是
_______________________________________________________。
CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需的ATP和NADPH少
低
[解析] (1)CO2浓度降低后，直接影响暗反应中CO2的固定，导致C3的量减少，确定物质A是C3，物质B是C5。(2)CO2浓度为1%时，暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍；当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累。(3)CO2浓度为0.003%时，C3和C5的浓度保持稳定后，暗反应保持稳定，根据暗反应中CO2的固定的反应式确定，C3的量应是C5的量的2倍。(4)CO2浓度降低，达到最大光合速率时所需的光照强度降低，因为暗反应减弱，所需的ATP和NADPH减少，光反应强度减弱。
方法技巧 判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来源和去路是否平衡进行分析。
(1)来源 去路，则物质含量相对稳定。
(2)来源不变，去路增加，或来源减少，去路不变，则物质含量减少。
(3)来源不变，去路减少，或来源增加，去路不变，则物质含量增加。
1．下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是( )
A．卡尔文的实验能说明光合作用需要原料CO2
B．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C．阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D．鲁宾和卡门利用同位素同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O
课堂检测 素养测评
2
4
3
题号
1
5
√
D [卡尔文的实验探究了暗反应过程中CO2中的碳的转移途径，能够说明光合作用需要原料CO2，A正确；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氧气，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，B正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现这一过程总是与水的光解相伴随，C正确；鲁宾和卡门利用同位素分别标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O，D错误。]
2
4
3
题号
1
5
2．下图为光合作用过程的示意图，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列说法不正确的是( )
A．物质a表示NADPH
B．物质b表示C3
C．阶段Ⅰ表示光反应阶段
D．阶段Ⅰ发生在叶绿体类囊体薄膜上
√
2
4
3
题号
1
5
B [由图可知，物质b为ATP，B错误。]
3．如图是光合作用的过程图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是( )
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶
绿体中F的含量会增加
C．c过程是CO2的固定，发生在叶
绿体的基质中
D．E接受C和NADPH释放的能量
并被NADPH还原
√
2
4
3
题号
1
5
B [图中a过程表示光反应，发生在类囊体薄膜上，A正确；若光照突然停止，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，影响C3的还原，而短时间内不影响CO2的固定，叶绿体中F(C5)的含量会减少，B错误；c过程是CO2的固定，发生在叶绿体的基质中，C正确；E(C3)接受C(ATP)和NADPH释放的能量并被NADPH还原，D正确。]
2
4
3
题号
1
5
4．地球上几乎所有生物生命活动所需的能量都是由光合作用固定的太阳能提供的，基于光合作用原理的叙述合理的是( )
A．绿色植物的光反应需要光照和酶
B．暗反应不需要光，因此夜间植物也能长时间进行暗反应
C．光反应为暗反应提供能量，不提供物质
D．光反应产生的NADPH用于暗反应中CO2的固定
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4
3
题号
1
5
√
A [绿色植物光合作用的光反应需要光照和酶，A合理；暗反应不需要光，但需要光反应提供ATP和NADPH，夜间没有光照无法进行光反应，因此不能长时间进行暗反应，B不合理；光反应为暗反应提供物质和能量，C不合理；光反应产生的NADPH用于暗反应中C3的还原，D不合理。]
2
4
3
题号
1
5
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：
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4
3
题号
1
5
(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。
2
4
3
题号
1
5
光反应
暗反应
④
O2
ATP
NADPH
ATP
F
[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。
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3
题号
1
5
