第11讲 光合作用的原理
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。
考点1 光合作用原理的探索
一、探索光合作用原理的部分实验
1．19世纪末，科学界普遍认为：在光合作用中CO2分子中的C与H2O结合成________，然后甲醛分子缩合成糖。
2．1928年：甲醛不能通过光合作用转化成______。
3．1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生________。该反应称作________。
4．1941年，美国鲁宾和卡门：用______________的方法，研究了光合作用中________的来源(如图所示)，该实验证明了光合作用产生的氧气全部来自________，而不是来自________。
该实验中两组试管互为对照，自变量为18O的标记物，因变量为小球藻释放的O2的标记情况，光照、温度、小球藻的数量和生活状况等无关变量均需要保持相同且适宜。
5．1954年，美国阿尔农：在光照下，叶绿体可合成______；1957年，他发现这一过程总是与____________相伴随。
6．20世纪40年代，美国卡尔文：利用__________________法，用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪__________________，最终探明了CO2中的碳转化为有机物的途径。
(人教版必修1 P103思考·讨论T4)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
二、光合作用的概念和反应式
1．光合作用的概念
光合作用是指绿色植物通过__________，利用________，将________________转化成储存着能量的__________，并且释放出________的过程。
2．光合作用的化学反应式
_____________________________________________________________________。
1．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。 ( )
2．鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法 。( )
3．叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。 ( )
1．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别 加入物质 条件 实验现象
A组 DCPIP溶液 适宜温度和光照等条件 产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组 适量磷酸、NaHCO3等 (CH2O)/C3比值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。)
(1)A组气泡中成分是 ，DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是
。
(2)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是
。
2．光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，实验思路是
。
探索光合作用原理的实验
1．(链接人教版必修1 P102－103思考·讨论)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律
B．另一组实验及结果图应为：将O换成H2O，CO2换成C18O2，其余不变
C．该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的O部分来自H2O
D．实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体
2．(链接人教版必修1 P104正文)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如下图。下列相关分析不正确的是( )
A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C．推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸
D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
考点2 光合作用的原理
一、光合作用的过程
1．图解光合作用的过程
2．比较光反应与暗反应阶段
光反应 暗反应
场所 类囊体的薄膜 叶绿体基质
条件 ____________、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、C5、__________、________等
物质变化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3 (CH2O)＋C5
能量变化 光能―→________和________中活跃的化学能 ________和________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________和________，暗反应为光反应提供__________________
[深化拓展]
“过程法”分析各物质变化
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：
二、光合作用的意义
1．光合作用产生的有机物除供植物体自身利用外，还为____________生物提供食物。
2．光能通过驱动光合作用而驱动____________的运转。
1．(人教版必修1 P103相关信息)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个________，经传递，可用于________与______结合形成NADPH。
2．(人教版必修1 P104相关信息)C3是指三碳化合物——________________，C5是指五碳化合物——______________________。
3．(人教版必修1 P104相关信息)光合作用的产物有一部分是________，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入________，再通过韧皮部运输到植株各处。
三、光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 ________等有机物
能量来源 光能 __________________________
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 ____________、硫细菌等
[深化拓展]
1．连续光照和间隔光照下的有机物合成量
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
2．光反应中的光系统和电子传递链
(1)镶嵌在类囊体膜上的光合色素分子有序地排列在一起，它们能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子有很强的夺电子能力，它们从水分子中夺取电子，使水分解成H＋和O2。
(2)色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量将H＋从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP＋，NADP＋获得电子后与H＋结合，生成NADPH。
(3)类囊体膜上镶嵌有ATP合成酶，类囊体腔中的H＋顺浓度梯度经ATP合成酶进入叶绿体基质，推动了ATP的生成。
1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。 ( )
2．只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 ( )
3．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体的薄膜。 ( )
4．暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 ( )
5．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 ( )
1．光合作用的暗反应阶段主要包括：C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。
(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，对小球藻的处理是
。
(2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是 ，做出此判断的依据是
。
2．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验。结果如下图：
(1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有
。
(2)据图推测，光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合作用合成有机物的量与连续光照下的光合作用合成有机物的量 (填“相同”或“不相同”)，理由是
。
光合作用的过程及拓展
1．(链接人教版必修1 P104正文)光合作用的卡尔文循环可分为羧化、还原和再生3个阶段，如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．RuBP是一种五碳化合物
B．图中羧化表示CO2的固定过程
C．CO2浓度突然降低，3-PGA/RuBP的值会暂时减小
D．卡尔文循环的3个阶段均直接受光反应影响
2．(链接人教版必修1 P103图5-14)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是 ( )
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜
B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
光合作用中物质变化的分析
3．(链接人教版必修1 P104思考·讨论、正文)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是( )
A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3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的值增大
C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
人工光合系统
4．(链接人教版必修1 P104正文)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的绿色新型人工体系(ASAP)，流程如图所示。据图判断下列相关叙述错误的是( )
A．图中由CO2经甲醇到C3化合物的过程类似于光合作用中CO2的固定过程
B．图示的ASAP过程与植物细胞中的暗反应一样能循环进行
C．与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉更多
D．该体系有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响
1． (2024·湖南卷节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题：
(1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生____________________；光能转化为电能，再转化为__________________中储存的化学能，用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量__________，从叶绿素的合成角度分析，原因是_________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(答出两点即可)。
2．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题：
净光合速率(μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量(mg·g-1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子 CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受____________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的____________、____________(填科学方法)。
(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图：
结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①___________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
__________________；②________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
3．(2023·重庆卷)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如下表。
光反应 暗反应
光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化 酶含量 Vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶；Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率。
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是____________。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和________________________________。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如下表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是______________________，外因是________________。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和______，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型______(填“高”“低”或“相等”)。
2 / 12第11讲 光合作用的原理
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。
考点1 光合作用原理的探索
一、探索光合作用原理的部分实验
1．19世纪末，科学界普遍认为：在光合作用中CO2分子中的C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖。
2．1928年：甲醛不能通过光合作用转化成糖。
3．1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气。该反应称作希尔反应。
4．1941年，美国鲁宾和卡门：用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源(如图所示)，该实验证明了光合作用产生的氧气全部来自H2O，而不是来自CO2。
该实验中两组试管互为对照，自变量为18O的标记物，因变量为小球藻释放的O2的标记情况，光照、温度、小球藻的数量和生活状况等无关变量均需要保持相同且适宜。
5．1954年，美国阿尔农：在光照下，叶绿体可合成ATP；1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
6．20世纪40年代，美国卡尔文：利用放射性同位素标记法，用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳转化为有机物的途径。
(人教版必修1 P103思考·讨论T4)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
提示：H2OO2＋H＋＋能量
↓
ADP＋Pi―→ATP
二、光合作用的概念和反应式
1．光合作用的概念
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2．光合作用的化学反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
1．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。 (√)
2．鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法。 (×)
提示：鲁宾和卡门实验中所用的18O是稳定性同位素，不是放射性同位素。
3．叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。 (×)
提示：叶绿体中合成ATP和水光解是密切联系的。
1．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别 加入物质 条件 实验现象
A组 DCPIP溶液 适宜温度和 光照等条件 产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组 适量磷酸、 NaHCO3等 (CH2O)/C3比值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。)
(1)A组气泡中成分是______，DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)B组(CH2O)/C3比值增高的原因是___________________________________
____________________________________________________________________。
提示：(1)O2 光反应阶段产生的NADPH使DCPIP还原(DCPIP被光反应产生的NADPH还原)
(2)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)
2．光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，实验思路是_______________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物
探索光合作用原理的实验
1．(链接人教版必修1 P102－103思考·讨论)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是( )
A．18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律
B．另一组实验及结果图应为：将O换成H2O，CO2换成C18O2，其余不变
C．该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的O部分来自H2O
D．实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体
A [18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律，A正确。另一组实验及结果图应为：将O换成H2O、CO2换成C18O2、换成O2，其余不变，B错误。该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，C错误。小球藻是真核生物，不同于蓝细菌，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D错误。]
2．(链接人教版必修1 P104正文)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如下图。下列相关分析不正确的是( )
A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C．推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸
D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
D [细胞中原有的物质不含14C，用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰，A正确；热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用进行的程度，B正确；放射性最先在3-磷酸甘油酸中出现，推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性物质出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。]
考点2 光合作用的原理
一、光合作用的过程
1．图解光合作用的过程
2．比较光反应与暗反应阶段
光反应 暗反应
场所 类囊体的薄膜 叶绿体基质
条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、C5、ATP、NADPH等
物质 变化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3(CH2O)＋C5
能量 变化 光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和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NADP＋、ADP和Pi
[深化拓展]
“过程法”分析各物质变化
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：
二、光合作用的意义
1．光合作用产生的有机物除供植物体自身利用外，还为所有异养生物提供食物。
2．光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
1．(人教版必修1 P103相关信息)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个__________，经传递，可用于__________与______结合形成NADPH。
提示：电子 NADP＋ H＋
2．(人教版必修1 P104相关信息)C3是指三碳化合物——______________，C5是指五碳化合物——______________________。
提示：3-磷酸甘油酸 核酮糖-1，5-二磷酸(RuBP)
3．(人教版必修1 P104相关信息)光合作用的产物有一部分是__________，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入__________，再通过韧皮部运输到植株各处。
提示：淀粉 筛管
三、光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 糖类等有机物
能量来源 光能 某些无机物氧化时所释放的能量
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 硝化细菌、硫细菌等
[深化拓展]
1．连续光照和间隔光照下的有机物合成量
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
2．光反应中的光系统和电子传递链
(1)镶嵌在类囊体膜上的光合色素分子有序地排列在一起，它们能够捕获光能，将光能传递给位于反应中心的色素分子，该色素分子被激发，释放出一个高能电子。失去电子的色素分子有很强的夺电子能力，它们从水分子中夺取电子，使水分解成H＋和O2。
(2)色素分子失去的电子被类囊体膜上的特殊蛋白质捕获，这些蛋白质利用电子携带的能量将H＋从叶绿体基质泵入类囊体腔，并最终把电子传递给了NADP＋，NADP＋获得电子后与H＋结合，生成NADPH。
(3)类囊体膜上镶嵌有ATP合成酶，类囊体腔中的H＋顺浓度梯度经ATP合成酶进入叶绿体基质，推动了ATP的生成。
1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。 (×)
提示：没有光反应提供的NADPH和ATP，暗反应不能进行。
2．只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 (×)
提示：在暗反应不能进行时，因缺少ADP、Pi和NADP＋，光反应也会停止。
3．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体的薄膜。 (×)
提示：ATP在类囊体的薄膜上产生，移动方向是从类囊体的薄膜到叶绿体基质。
4．暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 (×)
提示：暗反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。
5．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 (×)
提示：14CO2中14C的转移途径为14CO2→14C3
1．光合作用的暗反应阶段主要包括：C5和CO2结合生成C3，C3经一系列变化生成糖类和C5。为确定光合作用暗反应阶段哪个反应间接依赖光，科学家利用小球藻进行实验，结果如图所示。
(1)利用热酒精处理小球藻能终止细胞内的化学反应。欲探究14CO2中14C的转移路径，给小球藻提供14CO2后，对小球藻的处理是________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)暗反应阶段间接依赖光照的反应是______________________________，做出此判断的依据是_____________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
提示：(1)每间隔一段时间，用热酒精终止暗反应进程，提取并鉴定含14C的物质
(2)C3经一系列变化生成糖类和C5 当反应条件由光照变为黑暗时，C3含量升高而C5及各种中间产物的含量下降，说明C3的还原与光照条件有关
2．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验。结果如下图：
(1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有_________________________________
___________________________________________________________________。
(2)据图推测，光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合作用合成有机物的量与连续光照下的光合作用合成有机物的量__________(填“相同”或“不相同”)，理由是__________________________________________________
____________________________________________________________________。
提示：(1)NADP＋、ADP、Pi
(2)不相同 闪光照射，暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP
光合作用的过程及拓展
1．(链接人教版必修1 P104正文)光合作用的卡尔文循环可分为羧化、还原和再生3个阶段，如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．RuBP是一种五碳化合物
B．图中羧化表示CO2的固定过程
C．CO2浓度突然降低，3-PGA/RuBP的值会暂时减小
D．卡尔文循环的3个阶段均直接受光反应影响
D [在羧化阶段，RuBP与CO2结合，而光合作用过程中CO2与五碳化合物结合生成三碳化合物，故RuBP为一种五碳化合物，A正确。在羧化阶段，RuBP与CO2结合，表示CO2的固定过程，B正确。当CO2浓度突然降低，CO2的固定过程受阻，RuBP的量会暂时增加，3-PGA的量会暂时减少，故3-PGA/RuBP的值会暂时减小，C正确。光反应产生的NADPH和ATP应用于暗反应，即卡尔文循环中的还原和再生2个阶段直接受光反应的影响，而羧化阶段间接受光反应的影响，D错误。]
2．(链接人教版必修1 P103图5-14)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是( )
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜
B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
A [O2在叶绿体类囊体的薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。]
光合作用中物质变化的分析
3．(链接人教版必修1 P104思考·讨论、正文)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是( )
A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3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的值增大
C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
B [突然中断CO2供应，使暗反应中CO2的固定减少，而C3还原仍在进行，因此会暂时导致C3减少，C5增多，即会引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，B正确；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收较少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改为红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，D错误。]
人工光合系统
4．(链接人教版必修1 P104正文)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的绿色新型人工体系(ASAP)，流程如图所示。据图判断下列相关叙述错误的是( )
A．图中由CO2经甲醇到C3化合物的过程类似于光合作用中CO2的固定过程
B．图示的ASAP过程与植物细胞中的暗反应一样能循环进行
C．与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉更多
D．该体系有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响
B [图中由CO2经甲醇到C3化合物的过程类似于光合作用中CO2的固定过程，A正确。图示的ASAP过程不能循环进行，B错误。固定CO2的量相等时，植物光合作用、ASAP两种途径合成淀粉的量相同，而植物有呼吸作用消耗糖类，ASAP途径没有呼吸作用这一过程消耗糖类，因此与植物细胞固定等量的CO2相比，该体系积累的淀粉更多，C正确。在能量供给充足的条件下，该人工体系对土地、淡水的依赖程度较低，可节约耕地和淡水资源；此外该体系不需要农药、化肥等，有助于减少农药、化肥等对环境造成的负面影响，D正确。]
1． (2024·湖南卷节选)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题：
(1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生____________；光能转化为电能，再转化为________________________中储存的化学能，用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量__________，从叶绿素的合成角度分析，原因是________________________________________________________________
_____________________________________________________(答出两点即可)。
[解析] (1)植物光反应过程中水分解会产生O2和H＋，H＋和NADP＋结合产生NADPH。该过程中光能转化为电能，电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，而Mg和N是合成叶绿素的原料，因此最终会影响叶绿素的合成。
[答案] (1)O2和H＋ ATP和NADPH
(2)降低 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等的吸收，使叶绿素合成减少
2．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题：
净光合速率 (μmol·m-2·s-1) 叶绿素含量 (mg·g-1)
WT 24.0 4.0
KO 20.3 3.2
OE 27.7 4.6
(1)旗叶从外界吸收1分子 CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受____________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为___________________________________________________________________。
(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的____________、____________(填科学方法)。
(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率__________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图：
结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；②____________________________________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析] (1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成2分子3-磷酸甘油酸(C3)，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1，5-二磷酸(C5)和糖类等有机物。(2)与某品种水稻的野生型(WT)相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的减法原理；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。(3)题图和表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT 组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT 组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大，究其原因有①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与 WT 组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。
[答案] (1)ATP 和 NADPH 核酮糖-1，5-二磷酸(C5)和糖类等有机物 (2)减法原理 加法原理 (3)增大 与 WT 组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用 与 WT 组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率
3．(2023·重庆卷)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。
(1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如下表。
光反应 暗反应
光能转 化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化 酶含量 Vmax
野生型 0.49 180.1 4.6 129.5
突变体 0.66 199.5 7.5 164.5
注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶；Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率。
①类囊体薄膜电子传递的最终产物是__________。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和____________________。
②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是_________________ ____________________________________________________________________。
(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如下表。
田间光照产量 田间遮阴产量
野生型 6.93 6.20
突变体 7.35 3.68
①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是______________________，外因是______________________。
②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和______，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。
③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型______(填“高”“低”或“相等”)。
[解析] (1)①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上反应。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段(CO2的固定)，在这个反应中 CO2，在CO2固定酶的作用下与C5(一种五碳化合物)结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快，因此突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变体水稻的光合速率高于野生型。(2)①根据光合作用的分析可知，只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况、光照强度等；叶绿体是光合作用的场所，叶绿体的结构、叶绿体中光合色素的含量也会影响光合作用。根据题干可知在遮阴情况下突变体水稻产量明显低于野生型，因此推测这种结果的内因是突变体自身叶绿素含量太低，外因是光照强度太低。②蔗糖是光合作用的主要产物，也是植物光合作用远距离运输的主要形式。所以水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。③根据以上结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。
[答案] (1)NADPH C5(或核酮糖-1，5-二磷酸或RuBP) 突变体的光反应与暗反应速率都比野生型快 (2)突变体叶绿素含量太低 光照强度太低 蔗糖 高
(教师用书独具)
(2024·江苏卷节选改编)科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图，图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题：
(1)图1中H＋从类囊体膜内侧到外侧只能通过ATP合成酶，而O2能自由通过类囊体膜，说明类囊体膜具有的特性是________________________。暗反应中C3在______________________的作用下转变为(CH2O)，此过程发生的区域位于蓝细菌的________________________中。
(2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是______(填“甲”或“乙”)，理由为__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析] (1)类囊体膜允许某些物质通过，而限制另一些物质通过，这体现了类囊体膜具有选择透过性。暗反应中，C3在光反应产生的ATP和NADPH的作用下，被还原为糖类等有机物，蓝细菌是原核生物，此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。(2)光合作用产生氧气，而呼吸作用消耗氧气。一般来说，光合作用在一定温度范围内随温度升高而增强，产生的氧气增多；呼吸作用在一定温度范围内随温度升高而增强，消耗的氧气增多。但通常光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样植物才能积累有机物，正常生长，所以图2中蓝细菌光合放氧的曲线是乙。
[答案] (1)选择透过性 ATP和NADPH 细胞质基质 (2)乙 常温下光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样植物才能积累有机物，正常生长
课时分层作业(十一) 光合作用的原理
1．(2024·河北张家口模拟)如图是某植物细胞进行光合作用的过程，下列有关叙述正确的是( )
A．光合作用产物Ⅱ中的O部分来自水
B．物质Ⅰ在暗反应中可充当还原剂，但不能供能
C．若外界中物质Ⅲ浓度适当升高，物质Ⅰ的含量会暂时降低
D．给植物提供O，一段时间后放射性会出现在O2中
C [光合作用产物Ⅱ为光反应阶段水光解产生的O2，其中的O全部来自水，A错误；物质Ⅰ为NADPH，可以在暗反应中充当还原剂，也能为暗反应供能，B错误；若外界中物质Ⅲ(CO2)浓度升高，C3合成增多，C3转化成有机物时会消耗更多的物质Ⅰ(NADPH)，而光反应强度暂时不变，因此物质Ⅰ的含量会暂时下降，C正确；18O 属于稳定同位素，18O2不具有放射性，D错误。]
2．如图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解丙糖磷酸积累对卡尔文循环的抑制
A [过程①表示CO2的固定，CO2的固定不消耗光反应提供的ATP和NADPH，消耗ATP和NADPH的是C3的还原过程。]
3．(2024·辽宁沈阳名校联考)下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。下列有关说法正确的是( )
A．甲为叶绿体，乙为细胞质基质
B．a、b、c依次为O2、NADPH、ADP
C．该过程合成的ATP大部分运出叶绿体外，用于绿色植物的各种生命活动
D．适宜条件下，当外界CO2含量升高时，a的产生速率会增加
D [据图分析，甲处进行了水的光解，为类囊体薄膜，乙为叶绿体基质，A错误；a为水光解的产物O2 ，b为类囊体薄膜上合成的NADPH，c为ATP合成所需的ADP和Pi，B错误；光合作用过程中合成的ATP，会被叶绿体自身消耗，用于光合作用的暗反应，还原三碳化合物，C错误；当外界CO2 含量升高时，暗反应速率加快，光反应速率也会加快， a(O2)的释放速率加快，D正确。]
4．(2024·湖北鄂州期末)植物学家希尔发现，离体的叶绿体中加入“氢接受者”，比如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验：
溶液种类 A试管 B试管 C试管 D试管
叶绿体悬浮液 1 mL / 1 mL /
DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL
0.5 mol/L蔗糖溶液 4 mL 5 mL 4 mL 5 mL
光照条件 光照 光照 黑暗 黑暗
上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色
下列实验分析不合理的是( )
A．实验结束后A组试管中叶绿体有(CH2O)的产生
B．实验过程中A试管还能观察到有气泡产生
C．A与C的比较可以说明光是氢产生的条件
D．B和D试管作为对照实验，说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色
A [蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2，无NADPH还原C3，实验结束后A组试管中叶绿体无(CH2O)的产生，A不合理；离体叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP)光照后依然能够释放氧气，所以能观察到A试管中有气泡产生，B合理；A(有光照)与C(无光照)比较(其他条件均相同)可以说明光是氢产生的条件，C合理；设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色，D合理。 ]
5．(2024·江苏盐城模拟)下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素a，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是( )
A．乙侧的H＋完全来自甲侧
B．生物膜M属于叶绿体内膜
C．CF0和CF1与催化ATP的合成、转运H＋有关，很可能是蛋白质
D．该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中的CO2的固定
C [根据光反应阶段的物质变化可知，乙侧的H＋除来自甲侧，还来自乙侧的水的光解过程，A错误；叶绿素存在叶绿体的类囊体薄膜上，即膜M为(叶绿体)类囊体(薄)膜，其不属于叶绿体内膜，B错误；CF0和CF1是复杂的蛋白质，其在图中所示生理过程中的作用是催化ATP的合成、转运H＋，C正确；该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中的三碳化合物的还原过程，D错误。]
6．(2024·广东广州模拟)植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如图所示。下列叙述错误的是( )
A．NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段
B．状态②时通过NPQ避免叶绿体受创
C．叶绿体中ATP的合成量下降可能导致NPQ机制打开
D．状态①②③时，植物仍在进行光合作用
C [由题中信息“在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段，A正确；植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，状态②时通过NPQ避免叶绿体受创，B正确；叶绿体中ATP的合成量下降，光反应减弱，色素吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C错误；状态①②③时，植物仍在进行光合作用，D正确。]
7．(2024·广东实验中学检测)植物进行光合作用时，CO2与C5结合后被RuBP羧化酶(Rubisco)催化生成1分子不稳定的C6化合物，并立即分解为2分子C3化合物。Rubisco在催化反应前必须被激活，CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2+结合而被活化，光照时叶绿体基质中的H＋和Mg2+浓度升高也可调节Rubisco的活性。下列相关分析错误的是( )
A．CO2既是Rubisco的底物，又是活性调节物质，降低CO2浓度短时间内可使C5含量增多
B．适当增强光照时，叶绿体基质中Rubisco活性增强，催化C3合成速率加快
C．激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程需光反应提供ATP和NADPH
D．对正常进行光合作用的植物停止光照后，C3的消耗速率将会降低
C [CO2与C5结合后能被Rubisco催化，而且CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2+结合而被活化，故CO2既是Rubisco的底物，又是活性调节物质。降低CO2浓度会使CO2固定速率减慢，消耗的C5减少，而短时间内C3还原生成C5的速率不变，故C5含量会增多，A正确。增强光照时叶绿体基质中的H＋浓度升高使Rubisco的活性增强，进而对CO2与C5结合后的催化效率更高，生成C6化合物更快， C3合成速率加快，B正确。激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程不需光反应提供ATP和NADPH，NADPH、ATP用于暗反应阶段C3的还原过程，C错误。对正常进行光合作用的植物停止光照后，光反应停止，无NADPH、ATP生成，暗反应速率降低，C3的消耗速率将会降低，D正确。]
8．(2024·济宁一中检测)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，激活的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，防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法错误的是( )
A．H＋扩散经过Z蛋白时，B物质被用来合成了C物质
B．叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D后生成NADPH
C．强光照通过激活膜蛋白PSBS，抑制水的光解，进而抑制电子传递和ATP的合成
D．当光反应产物积累时，会产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降
C [由图可知，B是ADP和Pi，C是ATP。当H＋顺浓度梯度经过Z蛋白运输时，利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP，即B物质被用来合成了C物质，A正确；叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D(NADP＋)同时结合H＋合成NADPH，B正确；激活的PSBS 抑制电子在类囊体膜上的传递，从而抑制水的光解，C错误；当光反应产物积累时，会产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降，D正确。]
9．(不定项)(2024·辽宁名校联考)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。下列有关说法正确的是( )
A．模块1和2模拟的是发生在叶绿体类囊体薄膜上进行的过程
B．模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等
C．甲、乙两种物质分别是三碳化合物和五碳化合物
D．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更多
ABD [从图中分析，模块1和2模拟的是H2O的分解和能量转换，属于光反应过程，在叶绿体类囊体薄膜上进行，A正确；从图中分析，模块3模拟的是暗反应过程，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ 等，B正确；甲与CO2结合形成三碳化合物，因此甲是五碳化合物，乙是三碳化合物，C错误；该系统只合成糖类，不消耗糖类，所以该系统积累的糖类更多，D正确。]
10．(不定项)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述正确的是( )
A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
B．Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
BD [叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A错误；Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。]
11．(10分)(2024·山东菏泽一模)研究发现，常春藤可吸收并同化家装过程中的污染气体甲醛，其细胞内部分物质代谢如下图所示。请回答下列问题：
(1)常春藤的色素分布在______________________(细胞器)中。甲醛经气孔进入叶肉细胞，在________________________(场所)中被同化生成己酮糖-6-磷酸，卡尔文循环中第一个光合还原产物是______________________(具体名称)。
(2)研究表明，甲醛胁迫可使常春藤细胞的膜脂和蛋白质受到氧化损伤。为探究常春藤对不同浓度甲醛的耐受性，科研人员分别测定了叶片气孔导度(气孔的开放程度)、甲醛脱氢酶(FALDH，甲醛代谢过程中的关键酶)活性的相对值，以及可溶性糖含量的变化，结果如下图：
①常春藤经2 mmol·L-1甲醛处理后细胞中可溶性糖含量较高，可能原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②6 mmol·L-1甲醛处理第3天后，常春藤细胞由于____________________，使得光合强度降低，可溶性糖含量显著减少。
③结果显示，常春藤对低浓度甲醛具有一定的耐受性，其机制是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
[解析] (1)花青素存在于液泡中，叶绿体的光合色素分布于类囊体薄膜上；甲醛经气孔进入叶肉细胞，在叶绿体基质中被同化生成己酮糖-6-磷酸，由图可知，卡尔文循环中CO2与核酮糖-1，5-二磷酸反应的第一个光合还原产物是3-磷酸甘油醛。(2)①常春藤经2 mmol·L-1 甲醛处理后细胞中可溶性糖含量较高，可能原因是甲醛被常春藤吸收后在甲醛脱氢酶作用下生成CO2，为光合作用提供原料，使得可溶性糖含量增加。②甲醛胁迫可使常春藤细胞的膜脂和蛋白质受到氧化损伤，处理第3天后，常春藤细胞由于叶绿体膜结构受损，使得光合强度降低。③降低气孔导度，减少甲醛的吸收；提高FALDH的活性，增强对甲醛的代谢能力，所以常春藤对低浓度甲醛具有一定的耐受性。
[答案] (除标注外，每空2分，共10分)(1)叶绿体、液泡(1分) 叶绿体基质(1分) 3-磷酸甘油醛 (2)甲醛被常春藤吸收后在甲醛脱氢酶作用下生成CO2，为光合作用提供原料，使得可溶性糖含量增加 叶绿体膜结构受损 降低气孔导度，减少甲醛的吸收；提高FALDH的活性，增强对甲醛的代谢能力
12．(11分)(2024·湖南九校联考)叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。
注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合成酶复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，电子传递，H＋输送及ATP合成等过程。
据图回答下列问题：
(1)光反应过程中，ATP的形成与光系统______ (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。
(2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体(供给电子的物质)是______。 通过光合电子传递链，光能最终转化为____________________中的化学能。
(3)图中ATP合成酶的作用是________________________；线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是________________________。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有_____________________________________________________
_____________________________________________________________________(共3点)。
(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降，其原因可能是_______________________________________________________________。
[解析] (1)光反应过程中，PSⅡ发生H2O的光解，使B侧H＋浓度增加，产生的e－通过电子传递体，再通过PSⅠ传到A侧，最终将电能变为NADPH中的活跃化学能。(2)叶绿素a接受光的照射后被激发，在PSⅡ发生H2O的光解，释放势能高的电子，电子的最终供体是H2O，最终受体是NADPH，因此，通过光合电子传递链，光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能。(3)图中ATP合成酶的作用是催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输。线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是线粒体内膜。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋。(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。则DBMIB会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失，故若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降。
[答案] (除标注外，每空2分，共11分)(1)Ⅱ(1分) (2)水(1分) ATP和NADPH(1分) (3)催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输 线粒体内膜 水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋ (4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失
2 / 25课时分层作业(十一) 光合作用的原理
1．(2024·河北张家口模拟)如图是某植物细胞进行光合作用的过程，下列有关叙述正确的是( )
A．光合作用产物Ⅱ中的O部分来自水
B．物质Ⅰ在暗反应中可充当还原剂，但不能供能
C．若外界中物质Ⅲ浓度适当升高，物质Ⅰ的含量会暂时降低
D．给植物提供O，一段时间后放射性会出现在O2中
2．如图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解丙糖磷酸积累对卡尔文循环的抑制
3．(2024·辽宁沈阳名校联考)下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。下列有关说法正确的是( )
A．甲为叶绿体，乙为细胞质基质
B．a、b、c依次为O2、NADPH、ADP
C．该过程合成的ATP大部分运出叶绿体外，用于绿色植物的各种生命活动
D．适宜条件下，当外界CO2含量升高时，a的产生速率会增加
4．(2024·湖北鄂州期末)植物学家希尔发现，离体的叶绿体中加入“氢接受者”，比如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验：
溶液种类 A试管 B试管 C试管 D试管
叶绿体悬浮液 1 mL / 1 mL /
DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL
0.5 mol/L蔗糖溶液 4 mL 5 mL 4 mL 5 mL
光照条件 光照 光照 黑暗 黑暗
上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色
下列实验分析不合理的是( )
A．实验结束后A组试管中叶绿体有(CH2O)的产生
B．实验过程中A试管还能观察到有气泡产生
C．A与C的比较可以说明光是氢产生的条件
D．B和D试管作为对照实验，说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色
5．(2024·江苏盐城模拟)下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素a，M表示某种生物膜，其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法正确的是( )
A．乙侧的H＋完全来自甲侧
B．生物膜M属于叶绿体内膜
C．CF0和CF1与催化ATP的合成、转运H＋有关，很可能是蛋白质
D．该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中的CO2的固定
6．(2024·广东广州模拟)植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如图所示。下列叙述错误的是( )
A．NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段
B．状态②时通过NPQ避免叶绿体受创
C．叶绿体中ATP的合成量下降可能导致NPQ机制打开
D．状态①②③时，植物仍在进行光合作用
7．(2024·广东实验中学检测)植物进行光合作用时，CO2与C5结合后被RuBP羧化酶(Rubisco)催化生成1分子不稳定的C6化合物，并立即分解为2分子C3化合物。Rubisco在催化反应前必须被激活，CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2+结合而被活化，光照时叶绿体基质中的H＋和Mg2+浓度升高也可调节Rubisco的活性。下列相关分析错误的是( )
A．CO2既是Rubisco的底物，又是活性调节物质，降低CO2浓度短时间内可使C5含量增多
B．适当增强光照时，叶绿体基质中Rubisco活性增强，催化C3合成速率加快
C．激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程需光反应提供ATP和NADPH
D．对正常进行光合作用的植物停止光照后，C3的消耗速率将会降低
8．(2024·济宁一中检测)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，激活的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，防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法错误的是( )
A．H＋扩散经过Z蛋白时，B物质被用来合成了C物质
B．叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D后生成NADPH
C．强光照通过激活膜蛋白PSBS，抑制水的光解，进而抑制电子传递和ATP的合成
D．当光反应产物积累时，会产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降
9．(不定项)(2024·辽宁名校联考)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。下列有关说法正确的是( )
A．模块1和2模拟的是发生在叶绿体类囊体薄膜上进行的过程
B．模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等
C．甲、乙两种物质分别是三碳化合物和五碳化合物
D．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更多
10．(不定项)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述正确的是( )
A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
B．Mg2+含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
11．(10分)(2024·山东菏泽一模)研究发现，常春藤可吸收并同化家装过程中的污染气体甲醛，其细胞内部分物质代谢如下图所示。请回答下列问题：
(1)常春藤的色素分布在______________________(细胞器)中。甲醛经气孔进入叶肉细胞，在________________________(场所)中被同化生成己酮糖-6-磷酸，卡尔文循环中第一个光合还原产物是______________________(具体名称)。
(2)研究表明，甲醛胁迫可使常春藤细胞的膜脂和蛋白质受到氧化损伤。为探究常春藤对不同浓度甲醛的耐受性，科研人员分别测定了叶片气孔导度(气孔的开放程度)、甲醛脱氢酶(FALDH，甲醛代谢过程中的关键酶)活性的相对值，以及可溶性糖含量的变化，结果如下图：
①常春藤经2 mmol·L-1甲醛处理后细胞中可溶性糖含量较高，可能原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
②6 mmol·L-1甲醛处理第3天后，常春藤细胞由于____________________，使得光合强度降低，可溶性糖含量显著减少。
③结果显示，常春藤对低浓度甲醛具有一定的耐受性，其机制是_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
12．(11分)(2024·湖南九校联考)叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。
注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合成酶复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，电子传递，H＋输送及ATP合成等过程。
据图回答下列问题：
(1)光反应过程中，ATP的形成与光系统______ (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。
(2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体(供给电子的物质)是______。 通过光合电子传递链，光能最终转化为____________________中的化学能。
(3)图中ATP合成酶的作用是________________________；线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是________________________。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有_____________________________________________________
_____________________________________________________________________(共3点)。
(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降，其原因可能是__________________________________________________________________。
7 / 7课时分层作业(十一)
1．C 2．A 3．D
4．A [蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2，无NADPH还原C3，实验结束后A组试管中叶绿体无(CH2O)的产生，A不合理；离体叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP)光照后依然能够释放氧气，所以能观察到A试管中有气泡产生，B合理；A(有光照)与C(无光照)比较(其他条件均相同)可以说明光是氢产生的条件，C合理；设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色，D合理。 ]
5．C [根据光反应阶段的物质变化可知，乙侧的H＋除来自甲侧，还来自乙侧的水的光解过程，A错误；叶绿素存在叶绿体的类囊体薄膜上，即膜M为(叶绿体)类囊体(薄)膜，其不属于叶绿体内膜，B错误；CF0和CF1是复杂的蛋白质，其在图中所示生理过程中的作用是催化ATP的合成、转运H＋，C正确；该场所产生的NADPH和ATP将参与暗反应中的三碳化合物的还原过程，D错误。]
6．C [由题中信息“在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段，A正确；植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，状态②时通过NPQ避免叶绿体受创，B正确；叶绿体中ATP的合成量下降，光反应减弱，色素吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C错误；状态①②③时，植物仍在进行光合作用，D正确。]
7．C [CO2与C5结合后能被Rubisco催化，而且CO2可与Rubisco的活性中心结合使其与Mg2+结合而被活化，故CO2既是Rubisco的底物，又是活性调节物质。降低CO2浓度会使CO2固定速率减慢，消耗的C5减少，而短时间内C3还原生成C5的速率不变，故C5含量会增多，A正确。增强光照时叶绿体基质中的H＋浓度升高使Rubisco的活性增强，进而对CO2与C5结合后的催化效率更高，生成C6化合物更快， C3合成速率加快，B正确。激活的Rubisco催化合成不稳定C6的过程不需光反应提供ATP和NADPH，NADPH、ATP用于暗反应阶段C3的还原过程，C错误。对正常进行光合作用的植物停止光照后，光反应停止，无NADPH、ATP生成，暗反应速率降低，C3的消耗速率将会降低，D正确。]
8．C [由图可知，B是ADP和Pi，C是ATP。当H＋顺浓度梯度经过Z蛋白运输时，利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP，即B物质被用来合成了C物质，A正确；叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D(NADP＋)同时结合H＋合成NADPH，B正确；激活的PSBS 抑制电子在类囊体膜上的传递，从而抑制水的光解，C错误；当光反应产物积累时，会产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降，D正确。]
9．ABD [从图中分析，模块1和2模拟的是H2O的分解和能量转换，属于光反应过程，在叶绿体类囊体薄膜上进行，A正确；从图中分析，模块3模拟的是暗反应过程，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ 等，B正确；甲与CO2结合形成三碳化合物，因此甲是五碳化合物，乙是三碳化合物，C错误；该系统只合成糖类，不消耗糖类，所以该系统积累的糖类更多，D正确。]
10．BD [叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A错误；Mg2+是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。]
11．(除标注外，每空2分，共10分)(1)叶绿体、液泡(1分) 叶绿体基质(1分) 3 磷酸甘油醛 (2)甲醛被常春藤吸收后在甲醛脱氢酶作用下生成CO2，为光合作用提供原料，使得可溶性糖含量增加 叶绿体膜结构受损 降低气孔导度，减少甲醛的吸收；提高FALDH的活性，增强对甲醛的代谢能力
12．(除标注外，每空2分，共11分)(1)Ⅱ(1分) (2)水(1分) ATP和NADPH(1分) (3)催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输 线粒体内膜 水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋ (4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失
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