课时分层作业(十一) 光合作用的原理
1．绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示，下列有关叙述错误的是( )
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
A．在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化
B．光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C．产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源
D．释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高
B [绿色植物利用光能，在叶绿体中将无机物CO2和H2O转化为有机物并释放O2，在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP中活跃的化学能，B错误；绿色植物通过光合作用制造的(CH2O)是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存需要O2，光合作用释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高，D正确。]
2．(2025·广东江门期中)C5对CO2和O2都有一定的亲和力，当CO2/O2的值高时，C5与CO2发生图中的①反应，当CO2/O2的值低时，C5与O2发生图中的②反应，C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。下列分析正确的是( )
在叶绿体中：C5＋CO22C3 ①C5＋O2C3＋C2 ②在线粒体中：2C2＋BADC3＋CO2＋NADH＋H＋ ③
A．①过程的发生场所是细胞质基质
B．①过程消耗细胞产生的ATP
C．光呼吸的②③过程增强，光合作用产生的有机物减少
D．有氧呼吸产生NADH的场所有线粒体基质和线粒体内膜
C [①过程是暗反应中CO2的固定，发生的场所是叶绿体基质，而不是细胞质基质，A错误；①过程是CO2的固定，不消耗细胞产生的ATP，B错误；光呼吸过程②会消耗细胞中的C5，使光合作用减弱，导致光合作用产生的有机物减少，C正确；有氧呼吸产生NADH的场所有细胞质基质和线粒体基质，D错误。]
3．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．(2025·广东汕头模拟)如图所示，将草酸铁(含Fe3＋)加入含有离体叶绿体的溶液中，除去空气并给予适宜的光照后，溶液颜色发生变化并产生氧气。在相同条件下，不添加草酸铁时，则不产生氧气。下列有关论述正确的是( )
A．可通过差速离心法提取叶绿体并置于蒸馏水中保存
B．相较于蓝紫光，绿光照射使叶绿体释放氧气量更大
C．颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋相当于叶绿体基质内的NADH
D．实验说明叶绿体中氧气的产生过程与糖类的合成过程相对独立
D [可通过差速离心法提取叶绿体，但是不能将其置于蒸馏水中保存，否则会吸水涨破，A错误；相较于绿光，叶绿体色素对蓝紫光的吸收量更大，用蓝紫光照射使叶绿体释放氧气量更大，B错误；NADH是呼吸作用中的还原剂，颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋不是还原剂，C错误；实验过程中除去空气，没有CO2，不能产生糖类，但有氧气释放，说明这两个过程相对独立，D正确。]
5．阳光穿过森林空隙形成的“光斑”会随太阳移动和枝叶的摆动而移动。如图表示一株生长旺盛的植物在光斑照射前后光合作用过程中与CO2吸收和O2释放有关的变化曲线，此曲线说明( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射开始后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后O2释放曲线的变化说明暗反应对光反应有限制作用
D．CO2曲线AB段变化说明进行暗反应与光照无关
C [由于O2释放速率代表光反应速率，光斑照射前，有O2释放，说明能进行光合作用，A不符合题意；光斑照射开始后，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率相对较慢，说明光反应和暗反应不是同步增加的，B不符合题意；光斑照射后，CO2吸收速率增加的同时，O2释放量下降，说明暗反应对光反应有抑制作用，C符合题意；AB段光斑移开，光照减弱，光反应减弱，O2释放量下降的同时，CO2吸收速率也下降，说明暗反应的进行与光照有关，D不符合题意。]
6．将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化性)、蔗糖和pH＝7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。溶液中的水在光照下被分解，除产生氧气外，产生的另一种物质使溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色。下列说法错误的是( )
A．DCIP颜色由蓝色变成无色的快慢可以反映光反应的速率
B．加蔗糖的目的是使外界溶液具有一定的浓度，避免叶绿体涨破
C．在叶绿体中，接收还原剂的物质是一种三碳化合物
D．氧气是叶绿体在光反应由水分解产生的，DCIP被还原在叶绿体基质中发生
D [氧化剂DCIP可以被NADPH还原，使溶液由蓝色变成无色，NADPH是光反应的产物，因此DCIP颜色由蓝色变成无色的快慢可以反映光反应的速率，A正确；加蔗糖的目的是使外界溶液具有一定的浓度，维持叶绿体一定的渗透压，避免叶绿体涨破，B正确；在叶绿体中，接收还原剂的物质是一种三碳化合物，可以被还原形成五碳化合物和有机物，C正确；氧气是叶绿体在光反应由水分解产生的，DCIP被还原是由NADPH引起的，NADPH是光反应的产物，是在类囊体薄膜上发生的，D错误。]
7．图1为叶绿体中卡尔文循环的三个阶段和碳输出的过程，图2为卡尔文循环中某些酶活性转换的示意图，请据图回答：
(1)图1中②过程需要的能量由________________提供，③过程需要的酶位于___________________________________________________________________。
(2)精细的调控机制保障了卡尔文循环中能量的有效利用：
①当叶绿体中核酮糖-1,5-二磷酸含量低时，可通过__________________________方式增加其含量。
②丙糖磷酸通过叶绿体膜上的Pi运转器运入细胞质的同时将等量的Pi运入叶绿体。丙糖磷酸合成蔗糖时会释放Pi，如果蔗糖的输出受阻，则其合成速率会________(填“升高”或“降低”)，造成丙糖磷酸在叶绿体中积累，从而影响卡尔文循环的正常运转。
③卡尔文循环中酶的数量和活性都会受到调控，其酶数量可通过调控________________的表达水平来实现。图2表示卡尔文循环中某些酶在黑暗中硫基会氧化形成________键，从而使酶失活。
(3)图1中①过程的酶催化效率极低，而且该酶是双功能酶，当CO2与O2浓度比例____(填“高”或“低”)时，该酶能催化核酮糖-1,5-二磷酸和O2结合，从而使光合效率降低。
解析：(1)由图分析可知，②过程伴随着ATP水解和NADPH的分解，二者分解时释放能量，因此②过程需要的能量由ATP和NADPH提供。③过程属于暗反应过程，因此需要的酶位于叶绿体基质。(2)①核酮糖-1,5-二磷酸是由丙糖磷酸还原得来，当叶绿体中核酮糖-1,5-二磷酸含量低时，丙糖磷酸可以不输出，增强图中③过程。②丙糖磷酸合成蔗糖时会释放Pi，如果蔗糖的输出受阻，则其合成速率会降低，Pi的释放会减少，丙糖磷酸通过叶绿体膜上的Pi运转器运入细胞质的同时将等量的Pi运入叶绿体，Pi的运输减少，则会造成丙糖磷酸在叶绿体中积累，从而影响卡尔文循环的正常运转。③卡尔文循环中酶的数量和活性都会受到调控，其中酶的数量可以通过调控细胞核和叶绿体基因的表达来实现。由图2可知，某些酶在黑暗中硫基会氧化形成二硫键，从而使酶失活。(3)①过程的酶受CO2与O2浓度的影响，当CO2与O2浓度比例较低时，该酶能催化核酮糖-1,5-二磷酸和O2结合，从而使光合效率降低。
答案：(1)ATP和NADPH 叶绿体基质 (2)①丙糖磷酸不输出循环，从而增强图中③过程 ②降低 ③细胞核和叶绿体基因 二硫 (3)低
8．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机制关闭
D．状态③NPQ机制缓慢关闭过程中ATP含量升高
D [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，色素需要吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C正确；由于NPQ机制关闭过程缓慢，导致色素吸收的光能减少，光反应减弱，导致类囊体内NADPH浓度下降，ATP的合成量也下降，D错误。]
9．我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP)，成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法不正确的是( )
A．自然光合系统只能还原C3，而光敏蛋白可直接还原CO2
B．黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行，而光敏蛋白发挥作用离不开光照
C．光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似
D．该研究为减轻温室效应提供了新思路
B [自然光合系统只能还原C3，由题意可知PSP能够将CO2直接还原，A正确；黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应提供的ATP和NADPH，无法持续进行，B错误；在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，说明光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似，C正确；温室效应是由CO2过量排放导致的，该研究为减轻温室效应提供了新思路，D正确。]
10．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错误；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正确；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正确；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正确。]
11．为探索杜鹃花属植物叶片对光环境变化的适应及响应机制，科技工作者选用植物甲、乙(均为杜鹃花属)，在长期遮阴培养后将其暴露于全光照下一段时间，并进行相关检测，结果如下表所示：
参数 植物甲 植物乙
遮阴 全光照 遮阴 全光照
PSⅡ最大光能转化效率 0.793 0.494 0.817 0.781
最大光合电子传递效率(μmol·m－2·s－1) 64.9 37.8 63.1 74.9
光饱和点(μmol·m－2·s－1) 808.8 818.4 849.4 943.2
下图为杜鹃花叶片叶绿体部分结构及相关反应示意图，其中PSⅠ(光系统Ⅰ)和PSⅡ(光系统Ⅱ)均为蛋白质复合体，是叶绿体进行光吸收的功能单位。
请回答下列问题：
(1)据上图分析，PSⅠ与PSⅡ分布在______(填结构名称)上，在该结构中__________，完成的能量转化过程是________________________________(用文字和箭头表示)。
(2)由上表可知，植物________(填“甲”或“乙”)对全光照的适应能力更强，判断依据是____________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)PSⅡ吸收光能的分配有三个去路： PSⅡ光化学反应所利用的能量a、PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散b和非调节性的能量耗散c，c值较大表明PSⅡ光化学反应没有发挥作用，c值过大将对PSⅡ产生结构破坏。科研人员拟从光能分配角度再次验证第(2)小题的结论，请以长期遮阴处理的植物甲、乙为实验材料，设计实验并书写实验思路(检测方法不做要求)：_______________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)据图分析可知，PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将水分解为氧气和H＋，同时产生的电子经传递，可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH。另一方面，在ATP合成酶的作用下，H＋浓度梯度提供分子势能，促使ADP与Pi反应形成ATP。PSⅠ与PSⅡ参与光反应过程，发生在叶绿体类囊体的薄膜上。(2)分析表中数据可知，植物甲在全光照条件下光的饱和点、PSⅡ最大光能转化效率、最大光合电子传递效率都比植物乙低，而植物乙在遮阴下最大光合电子传递效率、光饱和点均有明显降低，说明植物乙对全光照的适应能力更强。(3)由题可知，本题主要探究PSⅡ吸收光能的分配去向，来验证对全光照适应能力越强的植物，PSⅡ光能转化效率也越大，根据材料选取长期遮阴处理的植物甲和乙，分别测定遮阴条件及全光照条件下植物甲、乙PSⅡ吸收光能的分配去向并进行比较。
答案：(1)叶绿体 类囊体的薄膜(类囊体) 光能→电能→ATP、NADPH中的化学能 (2)乙 植物甲在全光照条件下光的饱和点、PSⅡ最大光能转化效率、最大光合电子传递效率都比植物乙低，而植物乙在遮阴下最大光合电子传递效率、光饱和点均有明显降低，说明植物乙对全光照的适应能力更强 (3)选取长期遮阴处理的植物甲和乙，分别测定遮阴条件及全光照条件下植物甲、乙PSⅡ吸收光能的分配去向并进行比较
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第11讲 光合作用的原理
必修1 分子与细胞
第二单元 细胞代谢
课标要求 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 光合作用原理的探究
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：C与H2O结合成______。
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____________。
甲醛
糖
氧气
希尔反应
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CO2。
同位素示踪
氧气
H2O
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。
ATP
水的光解
放射性同位素标记
放射性14C的去向
(必修1 P102“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
_____________________________________________。
叶绿体
光能
二氧化碳和水
有机物
氧气
1．离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中，经光照可产生氧气。( )
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。
4．光合作用一定在叶绿体中进行。( )
提示：蓝细菌的光合作用不在叶绿体中进行。
√
×
×
×
卡尔文在光照下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______________________________________________________________________________________________________________________________________。
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
(2025·广东梅州模拟)将离体叶绿体置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中制成悬浮液，加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，光照条件下可以释放出O2，该反应称为希尔反应。结合所学知识，分析下列说法正确的是( )
A．希尔实验说明植物产生的O2中的氧元素全部都来自水
B．光合作用整个过程都直接需要光照
C．希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持叶绿体的正常形态
D．希尔反应证明了水的光解与糖的合成是同一个化学反应
探究光合作用原理的实验
√
C [希尔反应的结果仅说明了离体的叶绿体在适当的条件下可以发生水的光解，产生氧气，该实验不能排除叶绿体中其他物质的干扰，A错误；光合作用的暗反应过程不需要光照，B错误；希尔反应中加入一定浓度的蔗糖溶液，是为了维持叶绿体内外的渗透压平衡，从而维持叶绿体正常的形态和功能，C正确；希尔反应中有H2O，没有CO2，光照条件下也可以释放出O2，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，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 ____________、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、C5、________、_______________等
光、色素
ATP
NADPH
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__________________________
ATP
NADPH
ATP
NADPH
NADPH
ATP
NADP＋、ADP和Pi
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。
所有异养
生命世界
1．(必修1 P104“相关信息”)______是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，______是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。
2．(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。
C3
C5
淀粉
筛管
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。
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．光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。( )
提示：光合作用过程中产生的ATP只用于暗反应。
5．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。( )
×
提示：转移途径为：
×
研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的完全培养液中，其他条件相同且适宜。培养一段时间后，检测并比较两组菠菜幼苗的干物质的量，B组明显少于A组，原因是________________________
___________________________________________________________
_______________________________。
Mg2＋是合成叶绿素的原料，缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少
1．(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是( )
A．Rubisco存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco需要黑暗条件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
1
光合作用的过程
√
D [Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。]
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)。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
√
3．下图是水生植物黑藻在光照强度等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是( )
2
环境骤变对光合作用物质含量的影响
A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，叶绿体基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低
√
D [水的光解、O2的释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A错误；t2→t3，光照充足，限制光合速率的因素为CO2浓度，若t2时刻增加光照，光合速率不会提高，B错误；t3→t4，CO2浓度增加，暗反应增强，一定程度上促进了光反应的进行，C错误；突然停止光照，光反应不再继续进行，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低，D正确。]
“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：
4．某课题组构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)，该循环利用多种生物的相关酶组合，最终将CO2转化为乙醇酸，提高了CO2固定效率。课题组还利用液滴微流控技术，将该循环与菠菜的叶绿体类囊体结合在一起，构建了人造叶绿体如图所示。据此回答下列问题：
3
光合作用过程的拓展
(1)在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是____________；卡尔文循环包含CO2的固定和__________两个基本过程，这与CETCH循环有所不同。
(2)CETCH循环正常进行时，除需要相关酶组合的催化外，还需要提供的物质是________________________(任写两种即可)。根据题干信息分析，人造叶绿体固定CO2的效率明显高于天然叶绿体，最可能的原因是______________________________________________
__________________________________________________________
_________________________________________________________。
(3)在光合作用固定 CO2量相等的情况下，该人造叶绿体系统中有机物的积累量____________(填“高于”“低于”或“等于”)菠菜，原因是____________________________________________________
___________________________________________________________
_________________________________________________________。
(4)有同学认为人造叶绿体具有广阔的应用前景，请举例说明：___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________(答出两点即可)。
解析：(1)在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是类囊体(薄膜)。卡尔文循环包括CO2的固定和C3的还原两个基本过程。(2)CETCH循环正常进行时，因CO2固定效率高，除需要相关酶组合的催化和相应底物外，还需要不断地提供ATP、NADPH、C3、C5，ATP和NADPH用于暗反应阶段C3的还原，C5和C3用于暗反应中不断吸收二氧化碳和制造有机物。CETCH循环利用的是多种生物的相关酶组合，可以选择比天然的酶催化(固定CO2)效率更高的酶，达到固定CO2效率更高的效果。(3)在光合作用固定CO2量相等的情况下，该人工叶绿体合成的有机物不会通过细胞呼吸消耗，因而有机物的积累量远远高于菠菜。(4)可用人造叶绿体吸收大气中的CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等。
答案：(1)类囊体 C3的还原 (2)ATP、NADPH、C3、C5(任写两种) 与天然叶绿体相比，人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶的催化效率高 (3)高于 菠菜进行细胞呼吸要消耗有机物 (4)吸收CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等第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 光合作用原理的探究
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：C与H2O结合成甲醛。
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。
(必修1 P102“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。
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．离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中，经光照可产生氧气。( √ )
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。
4．光合作用一定在叶绿体中进行。( × )
提示：蓝细菌的光合作用不在叶绿体中进行。
卡尔文在光照下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。
探究光合作用原理的实验
(2025·广东梅州模拟)将离体叶绿体置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中制成悬浮液，加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，光照条件下可以释放出O2，该反应称为希尔反应。结合所学知识，分析下列说法正确的是( )
A．希尔实验说明植物产生的O2中的氧元素全部都来自水
B．光合作用整个过程都直接需要光照
C．希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持叶绿体的正常形态
D．希尔反应证明了水的光解与糖的合成是同一个化学反应
C [希尔反应的结果仅说明了离体的叶绿体在适当的条件下可以发生水的光解，产生氧气，该实验不能排除叶绿体中其他物质的干扰，A错误；光合作用的暗反应过程不需要光照，B错误；希尔反应中加入一定浓度的蔗糖溶液，是为了维持叶绿体内外的渗透压平衡，从而维持叶绿体正常的形态和功能，C正确；希尔反应中有H2O，没有CO2，光照条件下也可以释放出O2，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，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ATP③还原型辅酶Ⅱ的形成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3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
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．(必修1 P104“相关信息”)C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)。
2．(必修1 P104“相关信息”)光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
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。
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．光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。( × )
提示：光合作用过程中产生的ATP只用于暗反应。
5．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。( × )
提示：转移途径为：14CO2→14C314C5(14CH2O)
研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的完全培养液中，其他条件相同且适宜。培养一段时间后，检测并比较两组菠菜幼苗的干物质的量，B组明显少于A组，原因是Mg2＋是合成叶绿素的原料，缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少。
光合作用的过程
1．(2021·广东卷)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是( )
A．Rubisco存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco需要黑暗条件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
D [Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。]
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)。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
B [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；18O2HOC18O2(CHO)，C正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D正确。]
环境骤变对光合作用物质含量的影响
3．下图是水生植物黑藻在光照强度等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是( )
A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，叶绿体基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低
D [水的光解、O2的释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A错误； t2→t3，光照充足，限制光合速率的因素为CO2浓度，若t2时刻增加光照，光合速率不会提高，B错误； t3→t4，CO2浓度增加，暗反应增强，一定程度上促进了光反应的进行，C错误；突然停止光照，光反应不再继续进行，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低，D正确。]
“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：
光合作用过程的拓展
4．某课题组构建了一种非天然的CO2转化循环(CETCH循环)，该循环利用多种生物的相关酶组合，最终将CO2转化为乙醇酸，提高了CO2固定效率。课题组还利用液滴微流控技术，将该循环与菠菜的叶绿体类囊体结合在一起，构建了人造叶绿体如图所示。据此回答下列问题：
(1)在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是____________；卡尔文循环包含CO2的固定和__________两个基本过程，这与CETCH循环有所不同。
(2)CETCH循环正常进行时，除需要相关酶组合的催化外，还需要提供的物质是________________________(任写两种即可)。根据题干信息分析，人造叶绿体固定CO2的效率明显高于天然叶绿体，最可能的原因是______________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)在光合作用固定 CO2量相等的情况下，该人造叶绿体系统中有机物的积累量____________(填“高于”“低于”或“等于”)菠菜，原因是____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)有同学认为人造叶绿体具有广阔的应用前景，请举例说明：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________(答出两点即可)。
解析：(1)在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是类囊体(薄膜)。卡尔文循环包括CO2的固定和C3的还原两个基本过程。(2)CETCH循环正常进行时，因CO2固定效率高，除需要相关酶组合的催化和相应底物外，还需要不断地提供ATP、NADPH、C3、C5，ATP和NADPH用于暗反应阶段C3的还原，C5和C3用于暗反应中不断吸收二氧化碳和制造有机物。CETCH循环利用的是多种生物的相关酶组合，可以选择比天然的酶催化(固定CO2)效率更高的酶，达到固定CO2效率更高的效果。(3)在光合作用固定CO2量相等的情况下，该人工叶绿体合成的有机物不会通过细胞呼吸消耗，因而有机物的积累量远远高于菠菜。(4)可用人造叶绿体吸收大气中的CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等。
答案：(1)类囊体 C3的还原 (2)ATP、NADPH、C3、C5(任写两种) 与天然叶绿体相比，人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶的催化效率高 (3)高于 菠菜进行细胞呼吸要消耗有机物 (4)吸收CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等
课时分层作业(十一)
1．绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示，下列有关叙述错误的是( )
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
A．在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化
B．光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C．产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源
D．释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高
B [绿色植物利用光能，在叶绿体中将无机物CO2和H2O转化为有机物并释放O2，在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP中活跃的化学能，B错误；绿色植物通过光合作用制造的(CH2O)是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存需要O2，光合作用释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高，D正确。]
2．(2025·广东江门期中)C5对CO2和O2都有一定的亲和力，当CO2/O2的值高时，C5与CO2发生图中的①反应，当CO2/O2的值低时，C5与O2发生图中的②反应，C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。下列分析正确的是( )
在叶绿体中：C5＋CO22C3 ①C5＋O2C3＋C2 ②在线粒体中：2C2＋BADC3＋CO2＋NADH＋H＋ ③
A．①过程的发生场所是细胞质基质
B．①过程消耗细胞产生的ATP
C．光呼吸的②③过程增强，光合作用产生的有机物减少
D．有氧呼吸产生NADH的场所有线粒体基质和线粒体内膜
C [①过程是暗反应中CO2的固定，发生的场所是叶绿体基质，而不是细胞质基质，A错误；①过程是CO2的固定，不消耗细胞产生的ATP，B错误；光呼吸过程②会消耗细胞中的C5，使光合作用减弱，导致光合作用产生的有机物减少，C正确；有氧呼吸产生NADH的场所有细胞质基质和线粒体基质，D错误。]
3．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．(2025·广东汕头模拟)如图所示，将草酸铁(含Fe3＋)加入含有离体叶绿体的溶液中，除去空气并给予适宜的光照后，溶液颜色发生变化并产生氧气。在相同条件下，不添加草酸铁时，则不产生氧气。下列有关论述正确的是( )
A．可通过差速离心法提取叶绿体并置于蒸馏水中保存
B．相较于蓝紫光，绿光照射使叶绿体释放氧气量更大
C．颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋相当于叶绿体基质内的NADH
D．实验说明叶绿体中氧气的产生过程与糖类的合成过程相对独立
D [可通过差速离心法提取叶绿体，但是不能将其置于蒸馏水中保存，否则会吸水涨破，A错误；相较于绿光，叶绿体色素对蓝紫光的吸收量更大，用蓝紫光照射使叶绿体释放氧气量更大，B错误；NADH是呼吸作用中的还原剂，颜色变化是由于Fe3＋被还原，Fe3＋不是还原剂，C错误；实验过程中除去空气，没有CO2，不能产生糖类，但有氧气释放，说明这两个过程相对独立，D正确。]
5．阳光穿过森林空隙形成的“光斑”会随太阳移动和枝叶的摆动而移动。如图表示一株生长旺盛的植物在光斑照射前后光合作用过程中与CO2吸收和O2释放有关的变化曲线，此曲线说明( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射开始后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后O2释放曲线的变化说明暗反应对光反应有限制作用
D．CO2曲线AB段变化说明进行暗反应与光照无关
C [由于O2释放速率代表光反应速率，光斑照射前，有O2释放，说明能进行光合作用，A不符合题意；光斑照射开始后，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率相对较慢，说明光反应和暗反应不是同步增加的，B不符合题意；光斑照射后，CO2吸收速率增加的同时，O2释放量下降，说明暗反应对光反应有抑制作用，C符合题意；AB段光斑移开，光照减弱，光反应减弱，O2释放量下降的同时，CO2吸收速率也下降，说明暗反应的进行与光照有关，D不符合题意。]
6．将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化性)、蔗糖和pH＝7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。溶液中的水在光照下被分解，除产生氧气外，产生的另一种物质使溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色。下列说法错误的是( )
A．DCIP颜色由蓝色变成无色的快慢可以反映光反应的速率
B．加蔗糖的目的是使外界溶液具有一定的浓度，避免叶绿体涨破
C．在叶绿体中，接收还原剂的物质是一种三碳化合物
D．氧气是叶绿体在光反应由水分解产生的，DCIP被还原在叶绿体基质中发生
D [氧化剂DCIP可以被NADPH还原，使溶液由蓝色变成无色，NADPH是光反应的产物，因此DCIP颜色由蓝色变成无色的快慢可以反映光反应的速率，A正确；加蔗糖的目的是使外界溶液具有一定的浓度，维持叶绿体一定的渗透压，避免叶绿体涨破，B正确；在叶绿体中，接收还原剂的物质是一种三碳化合物，可以被还原形成五碳化合物和有机物，C正确；氧气是叶绿体在光反应由水分解产生的，DCIP被还原是由NADPH引起的，NADPH是光反应的产物，是在类囊体薄膜上发生的，D错误。]
7．图1为叶绿体中卡尔文循环的三个阶段和碳输出的过程，图2为卡尔文循环中某些酶活性转换的示意图，请据图回答：
(1)图1中②过程需要的能量由________________提供，③过程需要的酶位于___________________________________________________________________。
(2)精细的调控机制保障了卡尔文循环中能量的有效利用：
①当叶绿体中核酮糖-1,5-二磷酸含量低时，可通过__________________________方式增加其含量。
②丙糖磷酸通过叶绿体膜上的Pi运转器运入细胞质的同时将等量的Pi运入叶绿体。丙糖磷酸合成蔗糖时会释放Pi，如果蔗糖的输出受阻，则其合成速率会________(填“升高”或“降低”)，造成丙糖磷酸在叶绿体中积累，从而影响卡尔文循环的正常运转。
③卡尔文循环中酶的数量和活性都会受到调控，其酶数量可通过调控________________的表达水平来实现。图2表示卡尔文循环中某些酶在黑暗中硫基会氧化形成________键，从而使酶失活。
(3)图1中①过程的酶催化效率极低，而且该酶是双功能酶，当CO2与O2浓度比例____(填“高”或“低”)时，该酶能催化核酮糖-1,5-二磷酸和O2结合，从而使光合效率降低。
解析：(1)由图分析可知，②过程伴随着ATP水解和NADPH的分解，二者分解时释放能量，因此②过程需要的能量由ATP和NADPH提供。③过程属于暗反应过程，因此需要的酶位于叶绿体基质。(2)①核酮糖-1,5-二磷酸是由丙糖磷酸还原得来，当叶绿体中核酮糖-1,5-二磷酸含量低时，丙糖磷酸可以不输出，增强图中③过程。②丙糖磷酸合成蔗糖时会释放Pi，如果蔗糖的输出受阻，则其合成速率会降低，Pi的释放会减少，丙糖磷酸通过叶绿体膜上的Pi运转器运入细胞质的同时将等量的Pi运入叶绿体，Pi的运输减少，则会造成丙糖磷酸在叶绿体中积累，从而影响卡尔文循环的正常运转。③卡尔文循环中酶的数量和活性都会受到调控，其中酶的数量可以通过调控细胞核和叶绿体基因的表达来实现。由图2可知，某些酶在黑暗中硫基会氧化形成二硫键，从而使酶失活。(3)①过程的酶受CO2与O2浓度的影响，当CO2与O2浓度比例较低时，该酶能催化核酮糖-1,5-二磷酸和O2结合，从而使光合效率降低。
答案：(1)ATP和NADPH 叶绿体基质 (2)①丙糖磷酸不输出循环，从而增强图中③过程 ②降低 ③细胞核和叶绿体基因 二硫 (3)低
8．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机制关闭
D．状态③NPQ机制缓慢关闭过程中ATP含量升高
D [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，色素需要吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C正确；由于NPQ机制关闭过程缓慢，导致色素吸收的光能减少，光反应减弱，导致类囊体内NADPH浓度下降，ATP的合成量也下降，D错误。]
9．我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP)，成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法不正确的是( )
A．自然光合系统只能还原C3，而光敏蛋白可直接还原CO2
B．黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行，而光敏蛋白发挥作用离不开光照
C．光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似
D．该研究为减轻温室效应提供了新思路
B [自然光合系统只能还原C3，由题意可知PSP能够将CO2直接还原，A正确；黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应提供的ATP和NADPH，无法持续进行，B错误；在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，说明光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似，C正确；温室效应是由CO2过量排放导致的，该研究为减轻温室效应提供了新思路，D正确。]
10．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错误；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正确；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正确；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正确。]
11．为探索杜鹃花属植物叶片对光环境变化的适应及响应机制，科技工作者选用植物甲、乙(均为杜鹃花属)，在长期遮阴培养后将其暴露于全光照下一段时间，并进行相关检测，结果如下表所示：
参数 植物甲 植物乙
遮阴 全光照 遮阴 全光照
PSⅡ最大光能转化效率 0.793 0.494 0.817 0.781
最大光合电子传递效率(μmol·m－2·s－1) 64.9 37.8 63.1 74.9
光饱和点(μmol·m－2·s－1) 808.8 818.4 849.4 943.2
下图为杜鹃花叶片叶绿体部分结构及相关反应示意图，其中PSⅠ(光系统Ⅰ)和PSⅡ(光系统Ⅱ)均为蛋白质复合体，是叶绿体进行光吸收的功能单位。
请回答下列问题：
(1)据上图分析，PSⅠ与PSⅡ分布在______(填结构名称)上，在该结构中__________，完成的能量转化过程是________________________________(用文字和箭头表示)。
(2)由上表可知，植物________(填“甲”或“乙”)对全光照的适应能力更强，判断依据是____________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)PSⅡ吸收光能的分配有三个去路： PSⅡ光化学反应所利用的能量a、PSⅡ调节性热耗散等形式的能量耗散b和非调节性的能量耗散c，c值较大表明PSⅡ光化学反应没有发挥作用，c值过大将对PSⅡ产生结构破坏。科研人员拟从光能分配角度再次验证第(2)小题的结论，请以长期遮阴处理的植物甲、乙为实验材料，设计实验并书写实验思路(检测方法不做要求)：____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)据图分析可知，PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将水分解为氧气和H＋，同时产生的电子经传递，可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH。另一方面，在ATP合成酶的作用下，H＋浓度梯度提供分子势能，促使ADP与Pi反应形成ATP。PSⅠ与PSⅡ参与光反应过程，发生在叶绿体类囊体的薄膜上。(2)分析表中数据可知，植物甲在全光照条件下光的饱和点、PSⅡ最大光能转化效率、最大光合电子传递效率都比植物乙低，而植物乙在遮阴下最大光合电子传递效率、光饱和点均有明显降低，说明植物乙对全光照的适应能力更强。(3)由题可知，本题主要探究PSⅡ吸收光能的分配去向，来验证对全光照适应能力越强的植物，PSⅡ光能转化效率也越大，根据材料选取长期遮阴处理的植物甲和乙，分别测定遮阴条件及全光照条件下植物甲、乙PSⅡ吸收光能的分配去向并进行比较。
答案：(1)叶绿体 类囊体的薄膜(类囊体) 光能→电能→ATP、NADPH中的化学能 (2)乙 植物甲在全光照条件下光的饱和点、PSⅡ最大光能转化效率、最大光合电子传递效率都比植物乙低，而植物乙在遮阴下最大光合电子传递效率、光饱和点均有明显降低，说明植物乙对全光照的适应能力更强 (3)选取长期遮阴处理的植物甲和乙，分别测定遮阴条件及全光照条件下植物甲、乙PSⅡ吸收光能的分配去向并进行比较
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