第2课时 光合作用的原理
聚焦·学案一 光合作用的探究历程
[学案设计]
(一)认识光合作用的概念及探索历程
1．光合作用的概念理解
2．探索光合作用原理的部分实验
(二)探索光合作用中物质和能量变化的分析
1．光合作用中有机物产生的探索分析
(1)研究碳的转移途径
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。
①请据上述材料，用符号和箭头表示碳的转移途径。
②如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，请说出可能的实验思路。
(2)探索C5和C3的关系
①实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，短时间内C3减少而C5增加；突然停止光照，短时间内C3浓度升高而C5的浓度降低。
②实验结论： 。
2．光合作用中能量的转化分析
(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， 。
(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 。
[迁移训练]
1．概念理解判断
(1)光合作用的场所是叶绿体。( )
(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。( )
(4)阿尔农发现叶绿体可合成ATP，且该过程与水的光解相伴随。( )
2．光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程，众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是( )
A．希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
B．鲁宾和卡门根据实验结果推测出CO2中C的转移途径
C．鲁宾和卡门用同位素标记的方法发现了光合作用中氧气来自水
D．阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现该过程总与水的光解相伴随
3．植物学家希尔发现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)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法错误的是( )
A．绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素a
B．希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜
C．铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂
D．希尔的实验中，将叶绿体离体可排除细胞呼吸对实验的干扰
聚焦·学案二 光合作用的原理及化能合成作用
[学案设计]
(一)准确理解光合作用过程
|探|究|学|习|
1．下图表示光能转换为电能的示意图，A代表处于特殊状态下的叶绿素a，B代表具有吸收和传递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物质。请据图回答下列相关问题：
(1)叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是 ，二是在有关酶的催化作用下，提供能量 。
(2)水分解为 的同时，被叶绿体夺去两个电子，电子经传递，可用于 。
2．光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。下图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
(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？
(2)若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。
(3)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的含量会发生怎样的变化？
|认|知|生|成|
1．光合作用反应式： 。
2．光合作用过程
写出图中序号表示的物质：① ，② ，③ ，④ ，⑤ 。
3．光合作用过程中C、O元素转移途径
4．光反应与暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
场所
条件 光、色素、酶 酶、NADPH、ATP等
物质 变化
能量变化 光能―→ 中活跃的化学能 中活跃的化学能―→ 中稳定的化学能
联系 ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。 ②没有光反应，暗反应无法长时间进行，没有暗反应，有机物无法合成
(二)化能合成作用
概念 利用体外环境中的某些 氧化时所释放的能量来制造 的合成作用
实例 (硝化细菌) 能量来源：将氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸所释放的能量
反应物：
产物：糖类
(三)深化理解环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量短时间内的影响
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”表示物质的含量变化
注：起始值C3高于C5，约是其2倍。
[典例] 光合作用是叶绿体吸收、转化光能的过程，如图为光合作用过程的示意图。下列叙述错误的是( )
A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)
C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去
D．增加光照强度或降低CO2浓度，短时间内C3的含量都将减少
尝试解答：选________
[思维建模]
光合作用过程中相关物质的变化规律
[迁移训练]
1．概念理解判断
(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。( )
(2)光反应为暗反应提供NADPH和ATP。( )
(3)暗反应必须在叶绿体基质中进行。( )
(4)光合作用产生的O2来自CO2和H2O。( )
2．关于叶片光合作用暗反应阶段，下列各项叙述正确的是( )
A．CO2固定过程将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可以直接在相关酶的作用下形成糖等有机物
C．CO2的固定形成的C3在相关酶作用下，可再生成C5
D．CO2浓度骤降后，短时间内C3含量会升高
3．(教材P103“图5 14”发掘训练)如图是绿色植物叶肉细胞中光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述正确的是( )
A．图中a过程发生在叶绿体内膜上，释放的A代表O2
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
C．图中b、c均属于暗反应阶段，在无光条件下才能进行
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
4．(教材P106“楷体字”发掘思考)请从能量来源和物质合成等角度比较光合作用与硝化细菌化能合成作用的相同点与不同点。
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1．光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是
。
2．CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是
。
三、综合检测反馈
1．用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体，再将叶绿体加到含有DCIP(氧化剂)、蔗糖和pH＝7.3的磷酸缓冲液中，照光进行希尔反应，测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果，实验结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A．进行希尔反应时，溶液中的DCIP被还原
B．实验中离体叶绿体中发生水的光解、产生O2
C．O2的产生和糖类的合成在不同阶段进行
D．相同浓度除草剂处理后，品种乙杂草的光合作用受抑制程度更大
2．适宜浓度的药物X溶液喷洒到某植物叶片上，短时间内检测到叶绿体中C3的含量上升，C5的含量下降，则药物X的作用可能是( )
A．抑制叶绿体中CO2的固定
B．促进叶绿体中C3的还原
C．抑制叶绿体中NADPH的形成
D．促进叶绿体中ATP的合成
3．我国科学家设计了一种人造淀粉合成途径(如图所示)，成功将CO2和H2O转化为淀粉。利用该途径有利于缓解粮食短缺问题。下列说法错误的是( )
A．①过程模拟植物光合作用的光反应，②③④过程模拟植物叶肉细胞的线粒体
B．结合上图，若固定的CO2量相等，人工合成淀粉的量大于植物光合作用有机物的积累量，理由是植物存在呼吸作用，会消耗有机物
C．干旱条件下，很多植物光合速率下降的主要原因是部分气孔关闭，胞间CO2减少
D．人造淀粉合成过程与植物光合作用过程的本质都是将CO2转化为有机物
4．下图甲为正常生长的绿色植物光合作用基本过程；图乙是该植物在夏季晴朗的白天，光合作用强度的曲线图，数字代表相关物质。请据图回答下列问题：
(1)图甲中阶段Ⅰ发生的场所是____________；图中2代表的物质是__________，它在阶段Ⅱ中的作用是________________________。
(2)图甲中物质5是________(填“C3”或“C5”)，图乙BC段光合作用强度明显减弱的原因是________________________________________________________________。
(3)图乙中B点时，该正常生长的植物光合作用强度________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度，此时光合作用固定的CO2来自________________ __________________。
第2课时 光合作用的原理
[学案设计]
(一)1.叶绿体 光能
2．水的光解 H2O CO2 ATP 水的光解 14CO2
(二)1.(1)①提示：
②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。
(2)②C3与C5之间是相互循环的
2．(1)②水光解产生氧气的同时ADP和Pi合成ATP
(2)②ATP和NADPH
[迁移训练]
1．(1)× (2)√ (3)× (4)√
2．选B 希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，A正确；卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径，B错误；鲁宾和卡门运用同位素标记法标记水或CO2中的O元素进行对比实验，发现了光合作用中氧气来自水，C正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP，并且叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，D正确。
3．选C 绿色沉淀部分(主要是叶绿素a和叶绿素b)含量最多的色素是叶绿素a，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，由于吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上，所以希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确；铁盐等氧化剂是氢受体，接受H＋，参与反应，不是催化剂，C错误；希尔实验中将叶绿体离体可排除细胞呼吸产生的CO2对实验的干扰，D正确。
[学案设计]
(一)探究学习：1.(1)将水分解为氧和H＋ 促使ADP与Pi反应形成ATP (2)氧和H＋ NADP＋与H＋结合形成NADPH
2．(1)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)提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。
(3)提示：C3的含量下降，C5的含量上升。
认知生成：1.CO2＋H2O(CH2O)＋O2
2．①NADPH ②2C3 ③ADP＋Pi ④O2 ⑤(CH2O)
4．类囊体的薄膜上 叶绿体基质中 (CH2O)
ATP和NADPH ATP和NADPH (CH2O)
(二)无机物 有机物 CO2和H2O
(三)[典例] 选C 据图分析，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生H＋与O2，①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反应阶段，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正确。暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)，B正确。黑暗条件下，光反应停止，NADPH和ATP不再产生，暗反应将逐渐停止，C错误。增加光照强度，短时间内C3的生成速率不变，而光反应产生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP还原为(CH2O)速率加快，因此C3的含量减少；降低CO2浓度，CO2的固定减弱，生成的C3减少，短时间内C3的还原速率基本不变，所以C3的含量将减少，D正确。
[迁移训练]
1．(1)× (2)√ (3)× (4)×
2．选C 光反应产生的ATP和NADPH参与C3的还原，不参与CO2的固定；CO2固定过程中CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成C3，该过程不消耗ATP，A错误。CO2不可以直接在相关酶的作用下形成糖等有机物，CO2需先固定生成C3，再被NADPH还原生成糖，B错误。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子，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。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。可见CO2的固定形成的C3在相关酶作用下，可再生成C5，C正确。CO2浓度骤降后，CO2固定产生的C3减少，C3的还原速率暂时不变，短时间内C3含量会降低，D错误。
3．选D 据图可知，图中a是水的光解，该过程发生在叶绿体的类囊体薄膜，A可以释放到外界，表示氧气，A错误；F为C5，若光照突然停止，光反应停止，ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，形成的C5减少，CO2含量不变，CO2的固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中C5的含量会减少，B错误；图中b、c均属于暗反应阶段，该过程短时内有光无光都可进行，但不能在长期无光的条件下进行，C错误；E为C3，接受C(ATP)和NADPH释放的能量并被NADPH还原，D正确。
4．相同点是都能将二氧化碳和水合成糖类等有机物。不同点是合成有机物利用的能量不同，光合作用利用的是光能，硝化细菌化能合成作用合成有机物利用的是无机物氧化时释放的能量。
二、融通科学思维
1．暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间；但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行
2．光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行
三、综合检测反馈
1．选D 离体叶绿体加到含有DCIP(氧化剂)、蔗糖和pH＝7.3的磷酸缓冲液中，则进行希尔反应时，溶液中的DCIP被还原，释放O2，A正确；叶绿体的类囊体薄膜是光反应的场所，可发生水的光解、产生O2，B正确；O2的产生发生在光反应阶段，糖类的合成发生在暗反应阶段，C正确；相同浓度除草剂处理下，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲，说明除草剂抑制品种甲杂草类囊体的功能较强，品种甲杂草的光合作用受抑制程度更大，D错误。
2．选C 若药物X溶液抑制叶绿体中CO2的固定，短时间内，则CO2被C5固定形成的C3减少，消耗的C5减少，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，A错误；若药物X溶液促进叶绿体中C3的还原，短时间内，则C3被还原生成的C5增加，消耗的C3增加，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，B错误；若药物X溶液抑制叶绿体中NADPH的形成，短时间内，则被还原的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，C正确；若药物X溶液促进叶绿体中ATP的合成，短时间内，则被还原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，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错误。
3．选A ①为水裂解产生H＋、e－、O2，模拟的是光合作用的光反应阶段；②③④过程模拟植物叶肉细胞的暗反应阶段，发生在叶肉细胞的叶绿体基质中，A错误。由于植物存在呼吸作用，会将光合作用产生的有机物降解，因此若固定的CO2量相等，人工合成淀粉的量大于植物光合作用有机物的积累量，B正确。CO2是暗反应的原料，干旱条件下，温度过高，蒸腾作用过强，水分供应不足，部分气孔关闭以减少水分散失，导致CO2供应不足，暗反应速率下降，光合速率下降，C正确；人造淀粉合成过程与植物光合作用过程的本质都是将CO2转变为有机物的过程，D正确。
4．解析：(1)图甲中，阶段Ⅰ表示光反应阶段，发生的场所在叶绿体的类囊体薄膜；物质2是NADPH，它在阶段Ⅱ中的作用是作为(C3还原时的)还原剂，并提供能量。(2)图甲中物质5是CO2与C5反应生成的C3；气孔是CO2进出的通道，而CO2是暗反应的原料，图乙BC段光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2进入叶片组织受阻，致使光合作用暗反应受到限制。(3)据图分析，图乙中B点时，该植物光合作用强度大于呼吸作用强度，此时光合作用固定的CO2来自呼吸作用产生的CO2和从外界环境中吸收的CO2。
答案：(1)叶绿体的类囊体薄膜 NADPH(还原型辅酶Ⅱ)
作为(C3还原时的)还原剂，并提供能量 (2)C3 此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2进入叶片组织受阻，致使光合作用暗反应受到限制 (3)大于 呼吸作用产生的CO2和从外界环境中吸收的CO2(共86张PPT)
第2课时
光合作用的原理
CONTENTS
目录
1
2
3
4
聚焦·学案一 光合作用的探究历程
聚焦·学案二 光合作用的原理及化能合成作用
课时跟踪检测
随堂小结 ——即时回顾与评价
NO.1
聚焦·学案一 光合作用的
探究历程
学案设计
(一)认识光合作用的概念及探索历程
1．光合作用的概念理解
2．探索光合作用原理的部分实验
续表
(二)探索光合作用中物质和能量变化的分析
1．光合作用中有机物产生的探索分析
(1)研究碳的转移途径
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。
①请据上述材料，用符号和箭头表示碳的转移途径。
提示：
②如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，请说出可能的实验思路。
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。
(2)探索C5和C3的关系
①实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，短时间内C3减少而C5增加；突然停止光照，短时间内C3浓度升高而C5的浓度降低。
②实验结论：__________________________。
C3与C5之间是相互循环的
2．光合作用中能量的转化分析
(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，_______________________________________。
(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_______________。
水光解产生氧气的同时ADP和Pi合成ATP
ATP和NADPH
迁移训练
1．概念理解判断
(1)光合作用的场所是叶绿体。 ( )
(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。 ( )
(4)阿尔农发现叶绿体可合成ATP，且该过程与水的光解相伴随。 ( )
×
√
×
√
2．光合作用的科学研究经历了漫长的探索过程，众多科学家作出了重要贡献。下列说法错误的是( )
A．希尔反应能说明植物光合作用中水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应
B．鲁宾和卡门根据实验结果推测出CO2中C的转移途径
C．鲁宾和卡门用同位素标记的方法发现了光合作用中氧气来自水
D．阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现该过程总与水的光解相伴随
√
解析：希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，A正确；卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径，B错误；鲁宾和卡门运用同位素标记法标记水或CO2中的O元素进行对比实验，发现了光合作用中氧气来自水，C正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP，并且叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随，D正确。
3．植物学家希尔发现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)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法错误的是( )
A．绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素a
B．希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜
C．铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂
D．希尔的实验中，将叶绿体离体可排除细胞呼吸对实验的干扰
√
解析：绿色沉淀部分(主要是叶绿素a和叶绿素b)含量最多的色素是叶绿素a，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，由于吸收光能的4种色素分布在类囊体的薄膜上，所以希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确；铁盐等氧化剂是氢受体，接受H＋，参与反应，不是催化剂，C错误；希尔实验中将叶绿体离体可排除细胞呼吸产生的CO2对实验的干扰，D正确。
NO.2
聚焦·学案二 光合作用的原理及化能合成作用
学案设计
(一)准确理解光合作用过程
|探|究|学|习|
1．下图表示光能转换为电能的示意图，A代表处于特殊状态下的叶绿素a，B代表具有吸收和传递光能作用的色素，C和D代表传递电子的物质。请据图回答下列相关问题：
(1)叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是______________
____，二是在有关酶的催化作用下，提供能量____________________
_________。
(2)水分解为__________的同时，被叶绿体夺去两个电子，电子经传递，可用于_______________________________。
将水分解为氧和
H＋
促使ADP与Pi反应
形成ATP
氧和H＋
NADP＋与H＋结合形成NADPH
2．光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。下图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
(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)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)。
(3)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的含量会发生怎样的变化？
提示：C3的含量下降，C5的含量上升。
|认|知|生|成|
1．光合作用反应式：_______________________________
2．光合作用过程
写出图中序号表示的物质：①_________，②____，③__________，④____，⑤_________。
NADPH
2C3
ADP＋Pi
O2
(CH2O)
3．光合作用过程中C、O元素转移途径
4．光反应与暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
场所 _______________ _______________
条件 光、色素、酶 酶、NADPH、ATP等
物质变化
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
能量变化 光能―→_______________中活跃的化学能 __________________中活跃的化学能―→_________中稳定的化学能
联系 ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。 ②没有光反应，暗反应无法长时间进行，没有暗反应，有机物无法合成 ATP和NADPH
ATP和NADPH
(CH2O)
续表
(二)化能合成作用
概念 利用体外环境中的某些_______氧化时所释放的能量来制造_______的合成作用
实例 (硝化 细菌) 能量来源：将氨氧化成亚硝酸，进而将亚硝酸氧化成硝酸所释放的能量
反应物：__________
产物：糖类
无机物
有机物
CO2和H2O
(三)深化理解环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量短时间内的影响
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”表示物质的含量变化
注：起始值C3高于C5，约是其2倍。
[典例] 光合作用是叶绿体吸收、转化光能的过程，如图为光合作用过程的示意图。下列叙述错误的是( )
A．①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)
C．黑暗条件下，光反应停止，暗反应将持续不断地进行下去
D．增加光照强度或降低CO2浓度，短时间内C3的含量都将减少
√
[解析] 据图分析，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生H＋与O2，①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；光合作用的暗反应阶段，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A正确。暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)，B正确。黑暗条件下，光反应停止，NADPH和ATP不再产生，暗反应将逐渐停止，C错误。增加光照强度，短时间内C3的生成速率不变，而光反应产生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP还原为(CH2O)速率加快，因此C3的含量减少；降低CO2浓度，CO2的固定减弱，生成的C3减少，短时间内C3的还原速率基本不变，所以C3的含量将减少，D正确。
[思维建模]
光合作用过程中相关物质的变化规律
迁移训练
1．概念理解判断
(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。 ( )
(2)光反应为暗反应提供NADPH和ATP。 ( )
(3)暗反应必须在叶绿体基质中进行。 ( )
(4)光合作用产生的O2来自CO2和H2O。 ( )
×
√
×
×
2．关于叶片光合作用暗反应阶段，下列各项叙述正确的是( )
A．CO2固定过程将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可以直接在相关酶的作用下形成糖等有机物
C．CO2的固定形成的C3在相关酶作用下，可再生成C5
D．CO2浓度骤降后，短时间内C3含量会升高
√
解析：光反应产生的ATP和NADPH参与C3的还原，不参与CO2的固定；CO2固定过程中CO2在特定酶的作用下，与C5结合形成C3，该过程不消耗ATP，A错误。CO2不可以直接在相关酶的作用下形成糖等有机物，CO2需先固定生成C3，再被NADPH还原生成糖，B错误。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子，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。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。可见CO2的固定形成的C3在相关酶作用下，可再生成C5，C正确。CO2浓度骤降后，CO2固定产生的C3减少，C3的还原速率暂时不变，短时间内C3含量会降低，D错误。
3．(教材P103“图5-14”发掘训练)如图是绿色植物叶肉细胞中光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述正确的是( )
A．图中a过程发生在叶绿体内膜上，释放的A代表O2
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
C．图中b、c均属于暗反应阶段，在无光条件下才能进行
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
√
解析：据图可知，图中a是水的光解，该过程发生在叶绿体的类囊体薄膜，A可以释放到外界，表示氧气，A错误；F为C5，若光照突然停止，光反应停止，ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，形成的C5减少，CO2含量不变，CO2的固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中C5的含量会减少，B错误；图中b、c均属于暗反应阶段，该过程短时内有光无光都可进行，但不能在长期无光的条件下进行，C错误；E为C3，接受C(ATP)和NADPH释放的能量并被NADPH还原，D正确。
4．(教材P106“楷体字”发掘思考)请从能量来源和物质合成等角度比较光合作用与硝化细菌化能合成作用的相同点与不同点。
答案：相同点是都能将二氧化碳和水合成糖类等有机物。不同点是合成有机物利用的能量不同，光合作用利用的是光能，硝化细菌化能合成作用合成有机物利用的是无机物氧化时释放的能量。
随堂小结 ——即时回顾与评价
NO.3
一、建构概念体系
二、融通科学思维
1．光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是______________________________________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________。
暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间；但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行
2．CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是____________
____________________________________________________________________________________________________。
光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行
三、综合检测反馈
1．用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体，再将叶绿体加到含有DCIP(氧化剂)、蔗糖和pH＝7.3的磷酸缓冲液中，照光进行希尔反应，测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果，实验结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A．进行希尔反应时，溶液中的DCIP被还原
B．实验中离体叶绿体中发生水的光解、产生O2
C．O2的产生和糖类的合成在不同阶段进行
D．相同浓度除草剂处理后，品种乙杂草的光合作用受抑制程度更大
√
解析：离体叶绿体加到含有DCIP(氧化剂)、蔗糖和pH＝7.3的磷酸缓冲液中，则进行希尔反应时，溶液中的DCIP被还原，释放O2，A正确；叶绿体的类囊体薄膜是光反应的场所，可发生水的光解、产生O2，B正确；O2的产生发生在光反应阶段，糖类的合成发生在暗反应阶段，C正确；相同浓度除草剂处理下，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲，说明除草剂抑制品种甲杂草类囊体的功能较强，品种甲杂草的光合作用受抑制程度更大，D错误。
2．适宜浓度的药物X溶液喷洒到某植物叶片上，短时间内检测到叶绿体中C3的含量上升，C5的含量下降，则药物X的作用可能是( )
A．抑制叶绿体中CO2的固定
B．促进叶绿体中C3的还原
C．抑制叶绿体中NADPH的形成
D．促进叶绿体中ATP的合成
√
解析：若药物X溶液抑制叶绿体中CO2的固定，短时间内，则CO2被C5固定形成的C3减少，消耗的C5减少，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，A错误；若药物X溶液促进叶绿体中C3的还原，短时间内，则C3被还原生成的C5增加，消耗的C3增加，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，B错误；若药物X溶液抑制叶绿体中NADPH的形成，短时间内，则被还原的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，C正确；若药物X溶液促进叶绿体中ATP的合成，短时间内，则被还原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，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错误。
3．我国科学家设计了一种人造淀粉合成途径(如图所示)，成功将CO2和H2O转化为淀粉。利用该途径有利于缓解粮食短缺问题。下列说法错误的是( )
A．①过程模拟植物光合作用的光反应，②③④过程模拟植物叶肉细胞的线粒体
B．结合上图，若固定的CO2量相等，人工合成淀粉的量大于植物光合作用有机物的积累量，理由是植物存在呼吸作用，会消耗有机物
C．干旱条件下，很多植物光合速率下降的主要原因是部分气孔关闭，胞间CO2减少
D．人造淀粉合成过程与植物光合作用过程的本质都是将CO2转化为有机物
√
解析：①为水裂解产生H＋、e－、O2，模拟的是光合作用的光反应阶段；②③④过程模拟植物叶肉细胞的暗反应阶段，发生在叶肉细胞的叶绿体基质中，A错误。由于植物存在呼吸作用，会将光合作用产生的有机物降解，因此若固定的CO2量相等，人工合成淀粉的量大于植物光合作用有机物的积累量，B正确。CO2是暗反应的原料，干旱条件下，温度过高，蒸腾作用过强，水分供应不足，部分气孔关闭以减少水分散失，导致CO2供应不足，暗反应速率下降，光合速率下降，C正确；人造淀粉合成过程与植物光合作用过程的本质都是将CO2转变为有机物的过程，D正确。
4．下图甲为正常生长的绿色植物光合作用基本过程；图乙是该植物在夏季晴朗的白天，光合作用强度的曲线图，数字代表相关物质。请据图回答下列问题：
(1)图甲中阶段Ⅰ发生的场所是____________；图中2代表的物质是__________，它在阶段Ⅱ中的作用是____________________________。
(2)图甲中物质5是________(填“C3”或“C5”)，图乙BC段光合作用强度明显减弱的原因是_________________________________________。
(3)图乙中B点时，该正常生长的植物光合作用强度________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用强度，此时光合作用固定的CO2来自________________________________。
解析：(1)图甲中，阶段Ⅰ表示光反应阶段，发生的场所在叶绿体的类囊体薄膜；物质2是NADPH，它在阶段Ⅱ中的作用是作为(C3还原时的)还原剂，并提供能量。(2)图甲中物质5是CO2与C5反应生成的C3；气孔是CO2进出的通道，而CO2是暗反应的原料，图乙BC段光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2进入叶片组织受阻，致使光合作用暗反应受到限制。(3)据图分析，图乙中B点时，该植物光合作用强度大于呼吸作用强度，此时光合作用固定的CO2来自呼吸作用产生的CO2和从外界环境中吸收的CO2。
答案：(1)叶绿体的类囊体薄膜 NADPH(还原型辅酶Ⅱ) 作为(C3还原时的)还原剂，并提供能量 (2)C3 此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2进入叶片组织受阻，致使光合作用暗反应受到限制 (3)大于 呼吸作用产生的CO2和从外界环境中吸收的CO2
课时跟踪检测
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A级 强基固本
1．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确( )
A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位
B．希尔发现离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解并产生氧气
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳
D．卡尔文的实验说明光合作用需要原料二氧化碳
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解析：鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中氧气来自水，C错误。
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2．下图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质与B物质的相对分子质量的比是(注：C、H、O、18O的相对原子质量分别是12、1、16、18)( )
√
A．1∶2 B．2∶1
C．8∶9 D．9∶8
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解析：A为16O2，B为18O2，A物质与B物质的相对分子质量的比是32∶36＝8∶9。
3．离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是( )
A．C3增多、C5减少 B．C3增多、C5增多
C．C3减少、C5增多 D．C3减少、C5减少
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解析：如果突然中断CO2气体的供应，CO2的固定这个反应变弱，生成物C3的量减少，短时间内光照不变，产生的ATP和NADPH不变，C3还原速率不变，故C3含量减少；CO2固定过程C5的消耗减少，短时间内光照不变，产生的ATP和NADPH不变，C3还原产生的C5不变，故C5相对含量增多，C正确。
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4．叶绿体中的类囊体有两种存在形式。一种是多个堆叠在一起形成基粒；另一种没有发生堆叠，贯穿在两个或两个以上基粒之间，被称为基质类囊体，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统
B．两种类囊体的比例会影响叶绿体对光能的捕获和转化
C．基粒类囊体的存在可以增大受光面积，提高光能利用率
D．基质类囊体上镶嵌有许多酶，是进行光合作用暗反应的场所
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解析：叶绿体中紧密堆叠的类囊体被称为基粒类囊体，而与基粒相连的非堆叠的类囊体则被称为基质类囊体，两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统，A正确；叶绿体中的光合色素分布在堆叠区的类囊体，光合色素能捕获光能，因此堆叠区与非堆叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，B正确；叶绿体中的光合色素可分布在堆叠区的类囊体膜上，类囊体堆叠形成基粒扩展了受光面积，可提高光能的利用率，C正确；光合作用暗反应进行的场所是叶绿体的基质，D错误。
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5．如图为光合作用反应过程示意图，有关叙述正确的是( )
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A．甲过程中光能转变成ATP
B．乙过程为甲过程提供ATP
C．干旱初期，甲过程产生的NADPH相对含量不会明显降低
D．乙过程中碳原子转移途径是CO2→C5→C3→(CH2O)
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解析：甲过程表示光反应阶段中水的光解，光反应阶段可以将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，A错误；乙过程代表暗反应阶段，可以为甲过程(光反应阶段)提供NADP＋、ADP和Pi，B错误；干旱会引起气孔关闭，影响CO2的吸收，从而影响暗反应阶段中CO2的固定，由于光照没有明显变化且胞间存在一定数量的CO2等原因，所以在干旱初期，甲过程产生的NADPH相对含量不会明显降低，C正确；乙过程代表暗反应阶段，其中碳原子转移途径是CO2→C3→(CH2O)，D错误。
6．在大豆的叶肉细胞内能进行如图所示的①②过程，下列相关叙述正确的是( )
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A．利用大豆幼嫩叶片提取叶绿素，该色素在生物膜甲上有分布
B．停止光照，图中①过程会先停止，②过程随即也会停止
C．大豆叶肉细胞内①过程消耗的O2，不可能来自②过程产生的O2
D．突然停止CO2供应，叶绿体中NADPH的量短时间内会升高
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解析：由图可知，①过程代表有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜上，②过程代表水的光解，发生在类囊体薄膜上。提取叶绿素应选用成熟叶片，该色素在生物膜乙上有分布，A错误；停止光照，图中②过程会先停止，但①过程不会停止，B错误；大豆叶肉细胞内呼吸作用消耗的O2，可能来自自身光合作用，C错误；突然停止CO2供应，C3含量下降，C3的还原减慢，叶绿体中ATP和NADPH堆积，其含量短时间内会升高，D正确。
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7．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，结果如表。
实验组别 光照时间/s 放射性物质分布
1 2 3-磷酸甘油酸(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
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根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是( )
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组照光后需将小球藻进行处理将其杀死，再测定放射性物质分布
C．实验结果说明14CO2中的14C经转移可进入氨基酸、有机酸中
D．CO2进入叶绿体后，最先形成的主要物质是多种磷酸化糖类
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解析：本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，防止细胞内化学反应的持续进行而使碳元素转移干扰实验结果，才能测定放射性物质分布，B正确；60 s后，放射性出现在磷酸化糖类和氨基酸、有机酸等中，说明14CO2中的14C经转移可进入氨基酸、有机酸中，C正确；CO2进入叶绿体后，最先形成的主要物质是3-磷酸甘油酸(三碳化合物)，D错误。
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8．甜瓜是一种重要的经济作物。甜瓜叶绿体内进行的光合作用过程如图所示。磷酸转运器是叶绿体膜上的重要蛋白质。在有光条件下，磷酸转运器将磷酸丙糖不断运出叶绿体用于蔗糖的合成，同时将释放的Pi运回叶绿体。温室种植甜瓜常需要补光以增加产量。以下说法错误的是( )
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A．物质D是ATP，光反应将全部光能转化为D中的化学能
B．酶的活性是影响场所Ⅰ处光合速率的因素之一
C．若其他条件不变，光照强度突然变强，则短时间内物质F的相对含量将增加
D．若磷酸转运器的活性受抑制，则甜瓜的光合速率会受影响
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解析：物质D是ATP和NADPH，光反应将光能转化为ATP和NADPH中的化学能，A错误；场所Ⅰ为叶绿体基质，是暗反应的场所，暗反应阶段的化学反应需要酶的催化，酶的活性是影响场所Ⅰ处光合速率的因素之一，B正确；物质F为C5，若其他条件不变，光照强度突然变强，光反应产生的ATP和NADPH增多，C3还原增加，而CO2的固定速率(C5的消耗速率)暂时不变，则短时间内C5的相对含量将增加，C正确；若磷酸转运器的活性受抑制，叶绿体内磷酸丙糖的浓度增加，从叶绿体外运进的磷酸减少，淀粉积累增多，从而导致卡尔文循环被抑制，甜瓜的光合速率将降低，D正确。
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9．(17分)图甲是大豆叶肉细胞中光合作用过程示意图。PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能和进行电子传递。光反应中经过一系列的电子传递，在图中膜两侧建立H＋电化学梯度。图中数字表示生理过程，字母表示物质。图乙为农科所研究温度对大豆光合作用与呼吸作用的影响时所绘制的曲线。请回答下列问题：
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(1)图甲中PSⅠ和PSⅡ所在膜结构的名称为______，过程③表示__________，过程③的进行需要光反应提供________________。
(2)图甲中物质A代表________，若由适宜光照突然转至黑暗环境，短时间内A的变化情况是__________，图甲产生的O2进入同一细胞被利用至少穿过________层膜。
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(3)图甲中物质C的化学本质是________，其作用有________________。
(4)据图乙可知大豆生长的最适温度是__________，白天，37 ℃时该植物产生ATP的场所有____________________，此时光合作用吸收的CO2来自___________________________。
解析：(1)PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子传递，所以其所在膜结构的名称为类囊体。过程②表示CO2的固定；过程③为C3的还原，进行过程③需要光反应提供NADPH和ATP。(2)图甲中物质A代表C5(五碳化合物)，
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由适宜光照突然转至黑暗环境，光照不足，光反应产生ATP和NADPH不足，暗反应C3的还原受到影响，C3被还原产生的C5减少，而C5还参与CO2的固定被消耗，因此短时间内C5的含量下降，图甲产生的O2位于类囊体内，由叶绿体进入同一细胞的线粒体，至少穿过的膜为：1层类囊体膜、2层叶绿体膜、2层线粒体膜，因此图甲产生的O2进入同一细胞被利用至少穿过5层膜。(3)图甲中物质C属于膜蛋白，化学本质是蛋白质，据图分析其作用有催化ATP的合成、运输H＋。
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(4)据图乙可知，35 ℃时植物光合作用强度最大，而呼吸作用强度相对较小，单位时间内，植物积累有机物最多，故大豆生长的最适温度是35 ℃；白天，37 ℃时该植物既要进行光合作用，也要进行呼吸作用，故此时产生ATP的场所有细胞质基质、叶绿体、线粒体。此时，光合作用强度大于细胞呼吸强度，故光合作用吸收的CO2来自自身呼吸作用产生的CO2和从外界吸收的CO2。
答案：(1)类囊体 C3的还原 NADPH和ATP (2)C5(五碳化合物)
减少 5 (3)蛋白质 催化ATP的合成、运输H＋ (4)35 ℃ 细胞质基质、叶绿体、线粒体 自身呼吸作用产生的CO2和从外界吸收的CO2
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B级 发展提能
10．生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。白天的时候苹果酸含量下降，而糖类含量增多，夜晚则相反。下图为该植物的气孔开闭，CO2吸收量、液泡有机酸含量在24 h内的变化。下列有关叙述错误的是( )
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A．a、b曲线分别表示CO2吸收量、有机酸含量
B．将植物甲的叶片分组，分别置于正常环境和干旱环境中培养，测定叶肉细胞的苹果酸含量，可验证该植物固定CO2的方式
C．白天和夜间每隔一段时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的苹果酸含量，可验证该植物固定CO2的方式
D．这类植物晚上气孔打开，吸收CO2生成苹果酸，白天气孔关闭，苹果酸发生反应释放的CO2用于光合作用
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解析：黑暗条件下，气孔打开，CO2吸收增加，用于合成苹果酸，有机酸含量增加。光照增强气孔逐渐关闭，CO2吸收减少，苹果酸分解加快，产生CO2用于暗反应。两条曲线中，a曲线上升在前，所以a曲线表示的是CO2吸收在24 h内的变化，b曲线则表示的是有机酸在24 h内的变化，A正确；验证该植物固定CO2的方式的自变量是白天和晚上，不是干旱环境和正常环境，B错误，C正确；这类植物晚上气孔打开，吸收CO2生成苹果酸，白天气孔关闭，苹果酸发生反应释放CO2用于光合作用，D正确。
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11．(14分)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可抑制电子在类囊体膜上的传递，最终过量的光能不能被利用。请回答下列问题：
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(1)图中物质C是__________。叶绿素a主要吸收____________光。采用纸层析法分离色素时，注意滤纸上的滤液细线要高于____________。
(2)若图中物质E浓度突然降低至一半，则短时间内C5的含量将________。追踪物质E中碳元素的去向常用______________法。
(3)据图中信息可以推测，________Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中______的供应都将有利于维持类囊体腔内的H＋浓度，从而有利于膜蛋白PSBS发挥作用。过度光照将会激活膜蛋白PSBS，其对植物生长的意义是__________________________。
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解析：(1)分析题图可知，H＋通过Z蛋白顺浓度梯度运出类囊体，该过程可以促进物质C(ATP)的合成。叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光。采用纸层析法分离色素时，注意滤纸上的滤液细线要高于层析液液面，避免光合色素溶解在层析液中，不能随层析液在滤纸条上扩散。(2)分析题图可知，物质E表示CO2，若图中CO2浓度突然降低至一半，则暗反应过程中C5的去路减弱，但短时间内C5的来源不受影响，则短时间内C5的含量将升高。追踪CO2中碳元素的去向常用同位素标记法。
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(3)分析题意可知，H＋通过Z蛋白顺浓度梯度运出类囊体，所以抑制Z蛋白的活性将有利于维持类囊体腔内的H＋浓度；同时H＋和物质D(NADP＋)反应生成NADPH，所以阻断卡尔文循环中CO2的供应可以减少NADPH的消耗，因此将有利于维持类囊体腔内的H＋浓度。过度光照将会激活膜蛋白PSBS，导致电子不能传递给物质D(NADP＋)，抑制光反应中水的光解，导致过量的光能不能转变为化学能，从而防止强光对植物细胞造成损伤。
答案：(1)ATP 红光和蓝紫 层析液液面 (2)升高 同位素标记
(3)降低(或抑制) 物质E(或CO2) 可防止强光对植物造成损伤课时跟踪检测(二十一) 光合作用的原理
A级 强基固本
1．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确( )
A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位
B．希尔发现离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解并产生氧气
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳
D．卡尔文的实验说明光合作用需要原料二氧化碳
2．下图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质与B物质的相对分子质量的比是(注：C、H、O、18O的相对原子质量分别是12、1、16、18)( )
A．1∶2 B．2∶1 C．8∶9 D．9∶8
3．离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是( )
A．C3增多、C5减少 B．C3增多、C5增多
C．C3减少、C5增多 D．C3减少、C5减少
4．叶绿体中的类囊体有两种存在形式。一种是多个堆叠在一起形成基粒；另一种没有发生堆叠，贯穿在两个或两个以上基粒之间，被称为基质类囊体，如图所示。下列叙述错误的是( )
A．两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统
B．两种类囊体的比例会影响叶绿体对光能的捕获和转化
C．基粒类囊体的存在可以增大受光面积，提高光能利用率
D．基质类囊体上镶嵌有许多酶，是进行光合作用暗反应的场所
5．如图为光合作用反应过程示意图，有关叙述正确的是( )
A．甲过程中光能转变成ATP
B．乙过程为甲过程提供ATP
C．干旱初期，甲过程产生的NADPH相对含量不会明显降低
D．乙过程中碳原子转移途径是CO2→C5→C3→(CH2O)
6．在大豆的叶肉细胞内能进行如图所示的①②过程，下列相关叙述正确的是( )
A．利用大豆幼嫩叶片提取叶绿素，该色素在生物膜甲上有分布
B．停止光照，图中①过程会先停止，②过程随即也会停止
C．大豆叶肉细胞内①过程消耗的O2，不可能来自②过程产生的O2
D．突然停止CO2供应，叶绿体中NADPH的量短时间内会升高
7．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，结果如表。
实验组别 光照时间/s 放射性物质分布
1 2 3-磷酸甘油酸(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，下列叙述错误的是( )
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组照光后需将小球藻进行处理将其杀死，再测定放射性物质分布
C．实验结果说明14CO2中的14C经转移可进入氨基酸、有机酸中
D．CO2进入叶绿体后，最先形成的主要物质是多种磷酸化糖类
8．甜瓜是一种重要的经济作物。甜瓜叶绿体内进行的光合作用过程如图所示。磷酸转运器是叶绿体膜上的重要蛋白质。在有光条件下，磷酸转运器将磷酸丙糖不断运出叶绿体用于蔗糖的合成，同时将释放的Pi运回叶绿体。温室种植甜瓜常需要补光以增加产量。以下说法错误的是( )
A．物质D是ATP，光反应将全部光能转化为D中的化学能
B．酶的活性是影响场所Ⅰ处光合速率的因素之一
C．若其他条件不变，光照强度突然变强，则短时间内物质F的相对含量将增加
D．若磷酸转运器的活性受抑制，则甜瓜的光合速率会受影响
9.
得分
(17分)图甲是大豆叶肉细胞中光合作用过程示意图。PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能和进行电子传递。光反应中经过一系列的电子传递，在图中膜两侧建立H＋电化学梯度。图中数字表示生理过程，字母表示物质。图乙为农科所研究温度对大豆光合作用与呼吸作用的影响时所绘制的曲线。请回答下列问题：
(1)图甲中PSⅠ和PSⅡ所在膜结构的名称为______，过程③表示__________，过程③的进行需要光反应提供________________。
(2)图甲中物质A代表________，若由适宜光照突然转至黑暗环境，短时间内A的变化情况是__________，图甲产生的O2进入同一细胞被利用至少穿过________层膜。
(3)图甲中物质C的化学本质是________，其作用有________________。
(4)据图乙可知大豆生长的最适温度是__________，白天，37 ℃时该植物产生ATP的场所有____________________，此时光合作用吸收的CO2来自___________________________。
B级 发展提能
10．生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。白天的时候苹果酸含量下降，而糖类含量增多，夜晚则相反。下图为该植物的气孔开闭，CO2吸收量、液泡有机酸含量在24 h内的变化。下列有关叙述错误的是( )
A．a、b曲线分别表示CO2吸收量、有机酸含量
B．将植物甲的叶片分组，分别置于正常环境和干旱环境中培养，测定叶肉细胞的苹果酸含量，可验证该植物固定CO2的方式
C．白天和夜间每隔一段时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的苹果酸含量，可验证该植物固定CO2的方式
D．这类植物晚上气孔打开，吸收CO2生成苹果酸，白天气孔关闭，苹果酸发生反应释放的CO2用于光合作用
11.
得分
(14分)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可抑制电子在类囊体膜上的传递，最终过量的光能不能被利用。请回答下列问题：
(1)图中物质C是__________。叶绿素a主要吸收____________光。采用纸层析法分离色素时，注意滤纸上的滤液细线要高于____________。
(2)若图中物质E浓度突然降低至一半，则短时间内C5的含量将________。追踪物质E中碳元素的去向常用______________法。
(3)据图中信息可以推测，________Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中______的供应都将有利于维持类囊体腔内的H＋浓度，从而有利于膜蛋白PSBS发挥作用。过度光照将会激活膜蛋白PSBS，其对植物生长的意义是__________________________。
课时跟踪检测(二十一)
1．选C 鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中氧气来自水，C错误。
2．选C A为16O2，B为18O2，A物质与B物质的相对分子质量的比是32∶36＝8∶9。
3．选C 如果突然中断CO2气体的供应，CO2的固定这个反应变弱，生成物C3的量减少，短时间内光照不变，产生的ATP和NADPH不变，C3还原速率不变，故C3含量减少；CO2固定过程C5的消耗减少，短时间内光照不变，产生的ATP和NADPH不变，C3还原产生的C5不变，故C5相对含量增多，C正确。
4．选D 叶绿体中紧密堆叠的类囊体被称为基粒类囊体，而与基粒相连的非堆叠的类囊体则被称为基质类囊体，两种类囊体相互连接形成了一个连续的膜系统，A正确；叶绿体中的光合色素分布在堆叠区的类囊体，光合色素能捕获光能，因此堆叠区与非堆叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，B正确；叶绿体中的光合色素可分布在堆叠区的类囊体膜上，类囊体堆叠形成基粒扩展了受光面积，可提高光能的利用率，C正确；光合作用暗反应进行的场所是叶绿体的基质，D错误。
5．选C 甲过程表示光反应阶段中水的光解，光反应阶段可以将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，A错误；乙过程代表暗反应阶段，可以为甲过程(光反应阶段)提供NADP＋、ADP和Pi，B错误；干旱会引起气孔关闭，影响CO2的吸收，从而影响暗反应阶段中CO2的固定，由于光照没有明显变化且胞间存在一定数量的CO2等原因，所以在干旱初期，甲过程产生的NADPH相对含量不会明显降低，C正确；乙过程代表暗反应阶段，其中碳原子转移途径是CO2→C3→(CH2O)，D错误。
6．选D 由图可知，①过程代表有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜上，②过程代表水的光解，发生在类囊体薄膜上。提取叶绿素应选用成熟叶片，该色素在生物膜乙上有分布，A错误；停止光照，图中②过程会先停止，但①过程不会停止，B错误；大豆叶肉细胞内呼吸作用消耗的O2，可能来自自身光合作用，C错误；突然停止CO2供应，C3含量下降，C3的还原减慢，叶绿体中ATP和NADPH堆积，其含量短时间内会升高，D正确。
7．选D 本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，防止细胞内化学反应的持续进行而使碳元素转移干扰实验结果，才能测定放射性物质分布，B正确；60 s后，放射性出现在磷酸化糖类和氨基酸、有机酸等中，说明14CO2中的14C经转移可进入氨基酸、有机酸中，C正确；CO2进入叶绿体后，最先形成的主要物质是3 磷酸甘油酸(三碳化合物)，D错误。
8．选A 物质D是ATP和NADPH，光反应将光能转化为ATP和NADPH中的化学能，A错误；场所Ⅰ为叶绿体基质，是暗反应的场所，暗反应阶段的化学反应需要酶的催化，酶的活性是影响场所Ⅰ处光合速率的因素之一，B正确；物质F为C5，若其他条件不变，光照强度突然变强，光反应产生的ATP和NADPH增多，C3还原增加，而CO2的固定速率(C5的消耗速率)暂时不变，则短时间内C5的相对含量将增加，C正确；若磷酸转运器的活性受抑制，叶绿体内磷酸丙糖的浓度增加，从叶绿体外运进的磷酸减少，淀粉积累增多，从而导致卡尔文循环被抑制，甜瓜的光合速率将降低，D正确。
9．解析：(1)PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子传递，所以其所在膜结构的名称为类囊体。过程②表示CO2的固定；过程③为C3的还原，进行过程③需要光反应提供NADPH和ATP。(2)图甲中物质A代表C5(五碳化合物)，由适宜光照突然转至黑暗环境，光照不足，光反应产生ATP和NADPH不足，暗反应C3的还原受到影响，C3被还原产生的C5减少，而C5还参与CO2的固定被消耗，因此短时间内C5的含量下降，图甲产生的O2位于类囊体内，由叶绿体进入同一细胞的线粒体，至少穿过的膜为：1层类囊体膜、2层叶绿体膜、2层线粒体膜，因此图甲产生的O2进入同一细胞被利用至少穿过5层膜。(3)图甲中物质C属于膜蛋白，化学本质是蛋白质，据图分析其作用有催化ATP的合成、运输H＋。(4)据图乙可知，35 ℃时植物光合作用强度最大，而呼吸作用强度相对较小，单位时间内，植物积累有机物最多，故大豆生长的最适温度是35 ℃；白天，37 ℃时该植物既要进行光合作用，也要进行呼吸作用，故此时产生ATP的场所有细胞质基质、叶绿体、线粒体。此时，光合作用强度大于细胞呼吸强度，故光合作用吸收的CO2来自自身呼吸作用产生的CO2和从外界吸收的CO2。
答案：(1)类囊体 C3的还原 NADPH和ATP (2)C5(五碳化合物) 减少 5 (3)蛋白质 催化ATP的合成、运输H＋ (4)35 ℃ 细胞质基质、叶绿体、线粒体 自身呼吸作用产生的CO2和从外界吸收的CO2
10．选B 黑暗条件下，气孔打开，CO2吸收增加，用于合成苹果酸，有机酸含量增加。光照增强气孔逐渐关闭，CO2吸收减少，苹果酸分解加快，产生CO2用于暗反应。两条曲线中，a曲线上升在前，所以a曲线表示的是CO2吸收在24 h内的变化，b曲线则表示的是有机酸在24 h内的变化，A正确；验证该植物固定CO2的方式的自变量是白天和晚上，不是干旱环境和正常环境，B错误，C正确；这类植物晚上气孔打开，吸收CO2生成苹果酸，白天气孔关闭，苹果酸发生反应释放CO2用于光合作用，D正确。
11．解析：(1)分析题图可知，H＋通过Z蛋白顺浓度梯度运出类囊体，该过程可以促进物质C(ATP)的合成。叶绿素a主要吸收红光和蓝紫光。采用纸层析法分离色素时，注意滤纸上的滤液细线要高于层析液液面，避免光合色素溶解在层析液中，不能随层析液在滤纸条上扩散。(2)分析题图可知，物质E表示CO2，若图中CO2浓度突然降低至一半，则暗反应过程中C5的去路减弱，但短时间内C5的来源不受影响，则短时间内C5的含量将升高。追踪CO2中碳元素的去向常用同位素标记法。(3)分析题意可知，H＋通过Z蛋白顺浓度梯度运出类囊体，所以抑制Z蛋白的活性将有利于维持类囊体腔内的H＋浓度；同时H＋和物质D(NADP＋)反应生成NADPH，所以阻断卡尔文循环中CO2的供应可以减少NADPH的消耗，因此将有利于维持类囊体腔内的H＋浓度。过度光照将会激活膜蛋白PSBS，导致电子不能传递给物质D(NADP＋)，抑制光反应中水的光解，导致过量的光能不能转变为化学能，从而防止强光对植物细胞造成损伤。
答案：(1)ATP 红光和蓝紫 层析液液面 (2)升高 同位素标记 (3)降低(或抑制) 物质E(或CO2) 可防止强光对植物造成损伤
