第2课时 光合作用的原理
知识点一 光合作用的探究历程
1.（2024·云南大理高一月考）蓝色染料2，6-二氯酚靛酚，简称DCPIP，与还原剂混合后变成无色。科研人员从青菜叶肉细胞的叶绿体中分离出类囊体，与2，6-二氯酚靛酚溶液混合，条件适宜时，发现蓝色溶液变成无色，并有气体放出。下列与此实验相关的说法，正确的是（ ）
A.此实验说明光合作用是在叶绿体中进行的，且光合作用过程可以不合成有机物
B.此实验说明光合作用的光反应和暗反应分别在叶绿体的类囊体和基质中进行
C.此实验说明光反应可能在叶绿体内完成，但无法判断放出的气体是氧气
D.要使该实验成功，需要合适的光照条件从而产生NADH
2.（2024·云南昆明高一月考）科学家希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或辅酶Ⅱ（NADP＋）等氧化剂，光照下可以释放出O2，即发生了水的光解。人们将离体的叶绿体在适当条件下进行水的光解并产生O2的化学反应称为希尔反应。下列相关叙述正确的是（ ）
A.希尔实验说明植物产生的氧气中的氧元素全部都来自水
B.辅酶Ⅱ可为离体的叶绿体悬浮液中水的光解提供能量
C.希尔反应强度受光照强度、辅酶Ⅱ数量等因素的影响
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
3.（2024·福建厦门高一月考）鲁宾和卡门用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2；第二组向同种植物提供O和CO2。在其他条件都相同的情况下，分析了两组实验释放的氧气。卡尔文用小球藻做实验：用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，探究CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。下列相关叙述正确的是（ ）
A.小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜
B.鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规律
C.鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放氧气的相对分子质量比为8∶9
D.卡尔文实验中C的转移途径是14CO2→14C5→（14CH2O）＋14C3
知识点二 光合作用的原理
4.光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，下列叙述正确的是（ ）
A.光反应不需要酶，暗反应需要多种酶
B.光反应消耗水，暗反应消耗ATP
C.光反应储存能量，暗反应释放能量
D.光反应固定CO2，暗反应还原CO2
5.睡莲叶片上表皮上的气孔数目多于下表皮，此特点有利于睡莲与外界环境进行气体交换。气孔关闭会导致睡莲叶片光合作用速率下降，其表现在（ ）
A.叶绿体内C5的含量太低
B.暗反应中产生的C3数量不足
C.水光解产生的氧气数量不足
D.暗反应所需还原剂的数量不足
6.将叶绿体悬浮液置于适宜光照下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（ ）
A.可测定叶绿体悬浮液的净光合速率
B.向悬浮液中滴入少量NaHCO3溶液，NADPH含量下降
C.突然改用等强度红光照射，短时间内C3含量上升
D.改变悬浮液的pH对氧气释放无影响
7.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
8.下图表示光合作用过程，其中Ⅰ、Ⅱ代表光合作用的两个阶段，a、b、c表示相关物质，下列说法不正确的是（ ）
A.物质a表示NADPH，物质b为ADP，物质c表示NADP＋
B.物质a仅作为还原剂参与过程Ⅱ，为过程Ⅱ提供能量的仅有ATP
C.过程Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应、暗反应阶段，二者都需要酶的参与
D.白天若将植株遮光处理，则短时间内其叶绿体中NADP＋/NADPH的值会升高
9.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→（CH2O）、C5
D.突然降低CO2浓度，短时间内C5的含量迅速上升
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浓度（H＋）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.叶绿体中合成的光合产物主要通过磷酸转运器以磷酸丙糖的形式运到细胞质基质中，然后转化成蔗糖，其机制如下图所示。若用抑制剂抑制磷酸转运器的活动，下列现象不会出现的是（ ）
A.叶肉细胞吸收CO2的量增加
B.卡尔文循环受到抑制
C.光反应可能不能正常进行
D.叶绿体中淀粉的量增加
12.卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是（ ）
资料 推论
（1）将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90％的放射性物质是一种C3 ①
（2）经过5 s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖 ②
（3）在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态，含有放射性的糖类不断增加 ③
（4）当停止光照时，C3明显增加，C5明显下降 ④
A.推论①：C3是CO2被还原的第一个产物
B.推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖
C.推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物
D.推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物
13.（2024·江苏盐城第一中学高一月考）光合作用的原理是很多科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是（ ）
A.图1所示实验的目的是探究光合产物中O2的来源，其中乙组为对照组
B.卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验均采用了同位素标记法
C.图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照的水绵细胞各个部位
D.图2所示实验需要把载有水绵的需氧细菌的临时装片放在含有空气的黑暗环境中
14.（2024·江苏连云港高一月考）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增强
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
15.光合作用过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回答问题：
（1）叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的 ，吸收光能的 就分布在类囊体的薄膜上。
（2）氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系统（含离体叶绿体）中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了 。
（3）科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不做处理，测定得到下图所示结果。
①据实验结果可知，实验组虽然 几乎被完全抑制，但氧气产生量 ，由此可判断 。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与 过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在 阶段，两者存在一定关联。
第2课时 光合作用的原理
1.C 根据题干中“2，6-二氯酚靛酚是一种蓝色染料能被还原剂还原成无色”，而实验处理后发现“溶液变成无色，并有气体释放”，无法证明光合作用过程是否合成有机物，A错误；根据题干中“从叶绿体中分离出类囊体”，可知光反应在叶绿体类囊体中进行，本实验中没有对照实验，得不出和叶绿体基质的关系，B错误；根据题干中“从叶绿体中分离出类囊体”，可知光反应在叶绿体类囊体中进行，但未对产生气体进行检测，无法得出放出的气体是氧气，C正确；水的光解产生NADPH与氧气，D错误。
2.C 希尔反应不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，也可能来自其他有机物，A错误；辅酶Ⅱ可促进离体的叶绿体悬浮液中水的光解过程，但不能为希尔反应提供能量，B错误；希尔反应强度会受到光照强度、辅酶Ⅱ数量等因素的影响，因为光照和辅酶Ⅱ是光反应发生需要的条件，C正确；希尔反应的悬浮液中只有水，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，D错误。
3.C 小球藻细胞和黑藻叶细胞均属于真核细胞，二者均有核膜，A错误；18O不具有放射性，不能通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规律，B错误；鲁宾和卡门的实验中第一组释放的氧气为16O2，第二组释放的氧气为18O2，二者相对分子质量比为8∶9，C正确；卡尔文实验中14C的转移途径是14CO2→14C3→（14CH2O）＋14C5，D错误。
4.B 光反应需要酶，例如ATP的合成需要ATP合成酶，暗反应也需要酶，A错误；光反应将光能转化为ATP中活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转变成稳定的化学能，储存能量，C错误；光反应不固定CO2，暗反应固定CO2，D错误。
5.B 气孔关闭，使二氧化碳浓度降低，影响二氧化碳的固定，导致C3含量降低，短时间内叶绿体内C5的含量升高，A不符合题意，B符合题意；气孔关闭不会影响水的光解，因此短时间内产生氧气和NADPH的数量不变，暗反应所需还原剂的数量不变，C、D不符合题意。
6.B 离体叶绿体只进行光合作用，释放出的氧气为实际光合作用产生的氧气，所以该实验可测定叶绿体悬浮液的实际光合速率（总光合速率），A错误；向悬浮液中滴入少量NaHCO3溶液，可使溶液中用于光合作用的CO2含量增加，生成的C3增加，进而使C3被还原时消耗的NADPH增加，导致NADPH含量下降，B正确；突然改用等强度红光照射，则叶绿体色素吸收利用的光能增多，导致光反应产生的NADPH和ATP增加，使C3的还原增强，消耗的C3增加，短时间内C3的生成量不变，所以短时间内C3含量下降，C错误；产生氧气的光反应需要酶的催化，而酶的活性受pH影响，因此改变悬浮液的pH对氧气释放有影响，D错误。
7.B 物质b表示ATP。
8.B 光反应中，H2O的光解产生O2和NADPH，因此物质a是NADPH，物质b表示ADP，物质c表示NADP＋，A正确；物质a是NADPH，在暗反应过程中不仅仅作为还原剂，还作为能源物质参与过程Ⅱ，B错误；图中过程Ⅰ能够吸收、传递、转换光能，属于光合作用的光反应阶段，过程Ⅱ产生了有机物，因而表示暗反应阶段，二者均需要酶的催化，C正确；白天若将植株遮光处理，则光反应速率会下降，产生的NADPH和ATP的数量减少，短时间内NADPH的消耗不变，因而叶绿体中NADP＋/NADPH的值会升高，D正确。
9.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），光合作用中产生的物质A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的消耗量减少，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。
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
解析：（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是二氧化碳，二氧化碳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，如果追踪反应Ⅱ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.A 若用抑制剂抑制磷酸转运器的活动，则磷酸丙糖转运到细胞质基质中的量减少，故在叶绿体积累，导致光合作用减弱，叶肉细胞吸收CO2的量减少，导致暗反应即卡尔文循环受到抑制，消耗ATP和NADPH减少，进而影响光反应的正常进行，磷酸丙糖外运减少，促进叶绿体内磷酸丙糖转化成淀粉。
12.A 根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知，C3是CO2被固定的第一个产物，A符合题意；结合（1）（2）可知，C3进一步反应生成C5和葡萄糖，B不符合题意；根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知，C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物，C不符合题意；根据光照停止时，C3明显增加，C5明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，且C3转化为C5需要依赖光反应的产物，D不符合题意。
13.B 图1中甲组向植物提供H2O和C18O2，释放的是O2，乙组向植物提供O和CO2，释放的是18O2，两组形成相互对照，两组都为实验组，A错误；卡尔文采用同位素示踪法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径，图1所示的实验也采用了同位素示踪法，探明了光合作用过程中氧气的来源，B正确；图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照的叶绿体部位，进而证明了叶绿体是产生氧气的部位，C错误；图2所示实验需要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，然后才能根据需氧细菌的移动监测氧气产生的部位，D错误。
14.D 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错误；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（e－）和O2，D正确。
15.（1）基粒 光合色素 （2）氧气 （3）①CO2的固定 与对照组无显著差异 水的光解与CO2的固定过程相对独立 ②水的光解 光反应
解析：（1）叶绿体内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的基粒，其上分布有吸收光能的光合色素。（2）由于氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且在叶片匀浆—肌红蛋白系统观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了氧气。（3）①从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2的固定过程相对独立。②ATP和氧气都是在光反应阶段产生的，从图中看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。
1 / 5第2课时 光合作用的原理
导学 聚焦 1.建构光合作用的光反应和暗反应的过程及影响因素模型。 2.通过对光合作用过程的认识，建立生物学的物质观和能量观
知识点（一） 光合作用的探究历程
1.光合作用概念
2.光合作用原理的部分探索历程
【思考】 鲁宾、卡门和卡尔文实验运用的共同的科学方法是什么？
3.判断下列相关表述的正误
（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）鲁宾和卡门利用同位素18O分别标记CO2和H2O，证明了光合作用产物O2来源于H2O。（ ）
探讨一 光合作用中O2产生的探索
1.希尔实验
（1）希尔反应中在离体叶绿体悬浮液中加入了氧化剂，这样做的目的是 ，用化学反应式表示 。
（2）希尔的实验说明水的光解产生氧气，能否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？能否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？
2.鲁宾和卡门实验
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：
鲁宾、卡门实验的实验思路是什么？本实验说明了什么问题？
探讨二 光合作用中能量的转化
3.阿尔农实验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。
实验结论：光照下， 。
4.阿尔农实验2
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供给的情况下则不能合成糖类。
实验结论：黑暗条件下， 。
1.（2024·江苏信阳高级中学高一月考）下列有关科学史和科学研究方法的说法不正确的是（ ）
A.卡尔文等用小球藻进行实验，最终探明了CO2→C3→（CH2O）
B.希尔制取叶绿体悬浮液并加入草酸铁，光照后发现存在还原性物质将Fe3＋还原成Fe2＋
C.鲁宾和卡门用放射性同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自CO2
D.恩格尔曼用水绵进行实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
2.1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。他发现即使不提供CO2，只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量铁盐溶液（作氧化剂），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但能够放出O2。1941年，几名美国科学家制备了少量的含18O的水和碳酸氢盐。在适宜光照条件下，他们将3组小球藻进行相应处理，一段时间后检测光合产物氧气中18O的比例，实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A.希尔的实验中，将叶绿体离体可排除呼吸作用对实验的干扰
B.美国科学家的实验中碳酸氢盐的作用是为小球藻提供CO2
C.两个实验的结果都能确定光合作用释放的O2中的氧原子仅来自水
D.美国科学家的实验中，O2中18O的比例不受光合作用反应时间影响
知识点（二） 光合作用的原理
1.光合作用的过程
① ② ③ ④ ⑤
2.光反应与暗反应的比较
光反应 暗反应
场所
条件 需要光
物质 变化 H2OH＋＋O2＋能量； NADP＋＋H＋＋能量 ； ADP＋Pi＋能量 CO2＋C5 ； 2C3 ＋C5
能量 变化 光能→ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→ 中的化学能
3.判断下列相关表述的正误
（1）光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。（ ）
（2）光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转化。（ ）
（3）光合作用过程产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。（ ）
（4）暗反应必须在无光的条件下进行。（ ）
（5）光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。（ ）
（6）14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→（14CH2O）（ ）
探讨一 分析光能的吸收、传递和转化，提高理解能力
1.如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生O2、H＋和e－。
（1）叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是将 ，二是提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。
（2）水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去e－。e－经传递，可用于 。
探讨二 通过光合作用中有机物产生的探索，提高科学探究能力
2.研究碳的转移途径
美国的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碳循环途径。
（1）请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。
3.探索C5和C3的关系
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3浓度急速减少而C5浓度急速增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度急速降低。
实验结论： 。
探讨三 分析光反应和暗反应的关系，形成系统观
4.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）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？
（2）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？
（3）暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
（4）若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。
（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？
1.光反应与暗反应的联系图解
（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。
2.光合作用中元素的转移
（1）
（2）
3.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
C3起始值高于C5（约是其2倍）
1.（2024·重庆巴蜀中学高一月考）如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）。有关叙述不正确的是（ ）
A.②、③将光能转变成了活跃的化学能
B.其他条件不变，g的量瞬时减少，短时内d、f增加
C.将H2O物质用18O标记，一段时间后在CO2中可检测到18O
D.④、⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中
2.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是（ ）
A.图中甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C.Ⅱ阶段甲相对浓度上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
规律方法
光合作用过程中相关物质的变化规律
（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，原因是什么？
（2）CO2不足使暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？
1.（2024·黑龙江大庆实验中学高一月考）下列关于探索光合作用原理的实验的叙述，错误的是（ ）
A.恩格尔曼的水绵实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
B.希尔的实验证明了光合作用产生的氧气中的氧元素来自水
C.鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法探明了CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的
D.阿尔农发现在光照下叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随
2.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体铁盐或其他氧化剂，在光照条件下，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应反应式是：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离体叶绿体，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.光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
3.如图为叶绿体的结构与功能示意图，请据图判断下列有关说法中不正确的是（ ）
A.叶片呈绿色是由于Ⅰ上含有大量叶绿素
B.能够将光能转换为稳定的化学能的过程是在Ⅰ上完成的
C.Ⅱ中CO2被固定并还原成图中的甲物质
D.Ⅰ、Ⅱ上酶的种类、功能不相同
4.（2024·河南周口高一月考）依据光合作用的基本原理，下列相关表述正确的是（ ）
A.光合作用释放的氧气中的氧元素来自水
B.光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行
C.光合作用的两个阶段均有NADPH和ATP产生
D.光合作用中固定CO2的是一种三碳化合物
5.光合作用过程包括光反应和暗反应，下图表示光反应与暗反应的关系，据图判断下列叙述不正确的是（ ）
A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B.停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D.植物在暗处可大量合成（CH2O）
6.将单细胞绿藻置于25 ℃、适宜的光照及充足的CO2条件下培养，经过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内C3的含量突然上升，以下原因符合的是（ ）
A.暗反应停止，不能形成NADPH和ATP
B.暗反应仍进行，C3继续大量形成C5
C.光反应仍进行，形成NADPH和ATP，促进了C3的形成并得到积累
D.光反应停止，不能继续形成NADPH和ATP，C3不能被还原，积累了C3
7.如图表示光合作用过程示意图。请据图回答下列问题：
（1）H2O在光下分解产生的气体是 （填图中序号）。
（2）CO2与C5结合的过程叫作 。
（3）暗反应阶段需要光反应阶段为其提供 和 （填图中序号）。
第2课时 光合作用的原理
【核心要点·巧突破】
知识点（一）
自主学习
1. 叶绿体 二氧化碳 水 氧气
2. H2O CO2 ATP 水的光解
思考：同位素示踪法。
3.（1）× （2）√ （3）√
互动探究
1.（1）结合H2O光解产生的2H＋、1/2O2和2e－ NADP＋＋2H＋＋2e－NADPH＋H＋
（2）提示：希尔实验不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，因为该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。希尔反应能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，因为悬浮液中没有合成糖的另一种必需原料——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联。
2.提示：用同位素示踪法来研究光合作用中氧气的来源。光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水。
3.水光解的同时ADP和Pi合成ATP
4.CO2合成糖类需要ATP和NADPH
学以致用
1.C 卡尔文等用小球藻进行同位素示踪的实验，最终探明了CO2中的碳到三碳化合物再到有机物的过程，A正确；希尔制取叶绿体悬浮液并加入草酸铁（铁盐），光照后发现存在还原性物质将Fe3＋还原成Fe2＋，离体的叶绿体释放了氧气，B正确；鲁宾和卡门用同位素示踪的方法证明了光合作用释放的氧气来自水，且18O是稳定性同位素，不具有放射性，C错误；恩格尔曼用水绵进行实验，以好氧细菌为指示生物证明了叶绿体能吸收光能（红光和蓝紫光）用于光合作用放出氧气，D正确。
2.C 由于希尔实验的环境不提供CO2，因此该实验只能证明O2来自水，但没有证明O2是否能来源于CO2。
知识点（二）
自主学习
1.NADPH 2C3 ADP＋Pi O2 （CH2O）
2.类囊体的薄膜上 叶绿体基质中 不需要光 NADPH ATP 2C3 （CH2O） （CH2O）
3.（1）×
（2）√ 提示：光反应阶段实现了光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。
（3）× 提示：光合作用过程产生的ATP只能用于暗反应，不能用于其他各项生命活动。
（4）× （5）×
（6）× 提示：14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→（14CH2O）＋14C5。
互动探究
1.（1）水分解为氧和H＋ （2）NADP＋与H＋结合形成NADPH
2.（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。
3.C3与C5之间是相互循环的
4.（1）提示：①物质变化
a.水的光解：2H2O4H＋＋4e－＋O2
b.NADPH的形成：NADP＋＋2H＋＋2e－NADPH＋H＋
c.ATP的生成：ADP＋Pi＋能量ATP
②能量变化
光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中，均用于暗反应。
（2）提示：①物质变化
a.CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
b.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。
②能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。
（3）提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。
（4）提示：14CO214C3（14CH2O）＋14C5。
（5）提示：C3下降，C5上升。
学以致用
1.B ②表示ATP的合成，③表示光合色素吸收的光能将水分解为氧和H＋，H＋与NADP＋结合，形成NADPH，故②、③将光能转变成了活跃的化学能，A正确；g为二氧化碳，d代表ADP，f为NADP＋，若CO2的量瞬时减少，CO2被C5固定形成C3的量减少，C3的还原减慢，ATP和NADPH的消耗减少，剩余量增多，短时内ADP、NADP＋减少，B错误；将H2O物质用18O标记，在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸和水反应形成二氧化碳和[H]，故一段时间后在CO2中可检测到18O，C正确；④表示二氧化碳的固定，⑤表示三碳化合物的还原，⑥表示暗反应过程中糖类等有机物的形成，④、⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中，D正确。
2.D 根据题意和题图可知，甲是C5，乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
【过程评价·勤检测】
网络构建
（1）提示：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）提示：光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋。
课堂演练
1.C 恩格尔曼的实验，通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，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，在光照下可释放氧气，说明离体叶绿体在适当条件下能进行水的光解，产生氧气，B正确；鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法分别标记二氧化碳和水中的氧进行实验，通过检测产生的氧气的相对质量，证明光合作用释放的O2来自水，C错误；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。
2.B 从希尔反应和阿尔农的发现，得不到信息：NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上。
3.B 叶片呈绿色是由于Ⅰ基粒上含有大量叶绿素，A正确；在Ⅰ基粒上光能转换为ATP和NADPH中活跃的化学能，在Ⅱ叶绿体基质中ATP和NADPH中活跃的化学能转换为稳定的化学能，B错误；Ⅱ中CO2被固定并还原成图中的甲（糖类）物质，C正确；Ⅰ上的酶是参与光反应的酶；Ⅱ上的酶是参与暗反应的酶，故Ⅰ、Ⅱ上酶的种类、功能不相同，D正确。
4.A 光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，A正确；光反应只能在光照条件下进行，暗反应有光和无光时都能进行，B错误；光反应阶段产生NADPH和ATP，而暗反应不产生，C错误；光合作用中固定CO2的是一种五碳化合物，D错误。
5.D 植物在暗处，由于没有光照不能进行光反应，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生少量的（CH2O）后停止。
6.D 突然停止光照，光反应阶段停止，无法继续产生NADPH和ATP，短时间内C3的消耗减少，合成暂不变，C3含量上升。
7.（1）① （2）CO2的固定 （3）② ③（可颠倒顺序）
解析：（1）H2O在光下分解产生的气体是①O2。（2）暗反应中CO2与C5结合产生C3，这一过程叫作CO2的固定。（3）暗反应阶段需要光反应阶段产生的NADPH及ATP，进行C3的还原。
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第2课时 光合作用的原理
导
学 聚
焦 1.建构光合作用的光反应和暗反应的过程及影响因素模型。
2.通过对光合作用过程的认识，建立生物学的物质观和能量观
核心要点·巧突破
01
过程评价·勤检测
02
课时训练·提素能
03
目录
CONTENTS
核心要点·巧突破
01
精准出击 高效学习
知识点（一） 光合作用的探究历程
1. 光合作用概念
2. 光合作用原理的部分探索历程
【思考】 鲁宾、卡门和卡尔文实验运用的共同的科学方法是
什么？
提示：同位素示踪法。
3. 判断下列相关表述的正误
（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）鲁宾和卡门利用同位素18O分别标记CO2和H2O，证明了光合
作用产物O2来源于H2O。 （ √ ）
×
√
√
探讨一 光合作用中O2产生的探索
1. 希尔实验
（1）希尔反应中在离体叶绿体悬浮液中加入了氧化剂，这样做的
目的是 ，用化学
反应式表示 。
结合H2O光解产生的2H＋、1/2O2和2e－
NADP＋＋2H＋＋2e－ NADPH＋H＋
（2）希尔的实验说明水的光解产生氧气，能否说明植物光合作用
产生的氧气中的氧元素全部都来自水？能否说明水的光解与
糖的合成不是同一个化学反应？
提示：希尔实验不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元
素全部来自水，因为该实验没有排除叶绿体中其他物质的干
扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。希尔反应能说明水
的光解与糖的合成不是同一个化学反应，因为悬浮液中没有
合成糖的另一种必需原料——CO2，说明水的光解并非必须
与糖的合成相关联。
2. 鲁宾和卡门实验
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：
鲁宾、卡门实验的实验思路是什么？本实验说明了什么问题？
提示：用同位素示踪法来研究光合作用中氧气的来源。光合作用释
放的氧气中的氧元素全部来自水。
探讨二 光合作用中能量的转化
3. 阿尔农实验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。
实验结论：光照下， 。
4. 阿尔农实验2
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
的情况下则不能合成糖类。
实验结论：黑暗条件下， 。
水光解的同时ADP和Pi合成ATP
CO2合成糖类需要ATP和NADPH
1. （2024·江苏信阳高级中学高一月考）下列有关科学史和科学研究
方法的说法不正确的是（ ）
A. 卡尔文等用小球藻进行实验，最终探明了CO2→C3→（CH2O）
B. 希尔制取叶绿体悬浮液并加入草酸铁，光照后发现存在还原性物
质将Fe3＋还原成Fe2＋
C. 鲁宾和卡门用放射性同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来
自CO2
D. 恩格尔曼用水绵进行实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用
放氧
解析： 卡尔文等用小球藻进行同位素示踪的实验，最终探明了
CO2中的碳到三碳化合物再到有机物的过程，A正确；希尔制取叶
绿体悬浮液并加入草酸铁（铁盐），光照后发现存在还原性物质将
Fe3＋还原成Fe2＋，离体的叶绿体释放了氧气，B正确；鲁宾和卡门
用同位素示踪的方法证明了光合作用释放的氧气来自水，且18O是
稳定性同位素，不具有放射性，C错误；恩格尔曼用水绵进行实
验，以好氧细菌为指示生物证明了叶绿体能吸收光能（红光和蓝紫
光）用于光合作用放出氧气，D正确。
2. 1937年，英国植物学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。他
发现即使不提供CO2，只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量铁
盐溶液（作氧化剂），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但能够放
出O2。1941年，几名美国科学家制备了少量的含18O的水和碳酸氢
盐。在适宜光照条件下，他们将3组小球藻进行相应处理，一段时
间后检测光合产物氧气中18O的比例，实验结果如图所示。下列相
关叙述错误的是（ ）
A. 希尔的实验中，将叶绿体离体可排除呼吸作用对实验的干扰
B. 美国科学家的实验中碳酸氢盐的作用是为小球藻提供CO2
C. 两个实验的结果都能确定光合作用释放的O2中的氧原子仅来自水
D. 美国科学家的实验中，O2中18O的比例不受光合作用反应时间影响
解析： 由于希尔实验的环境不提供CO2，因此该实验只能证明
O2来自水，但没有证明O2是否能来源于CO2。
知识点（二） 光合作用的原理
1. 光合作用的过程
① ② ③ ④
⑤
NADPH
2C3
ADP＋Pi
O2
（CH2O）
2. 光反应与暗反应的比较
光反应 暗反应
场
所
条
件 需要光
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
不需要光
光反应 暗反应
物
质 变
化 CO2＋C5 ；
2C3 ＋
C5
能
量 变
化 光能→ATP和NADPH 中的化学能 ATP和NADPH中的化学能
→ 中的化学能
NADPH
ATP
2C3
（CH2O）
（CH2O）
3. 判断下列相关表述的正误
（1）光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。 （ × ）
（2）光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转化。
（ √ ）
提示：光反应阶段实现了光能转化为ATP和NADPH中活跃的
化学能。
（3）光合作用过程产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供
能量。 （ × ）
提示：光合作用过程产生的ATP只能用于暗反应，不能用于
其他各项生命活动。
×
√
×
（4）暗反应必须在无光的条件下进行。 （ × ）
（5）光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O。 （ × ）
（6）14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→（14CH2O）
（ × ）
提示：14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→（14CH2O）＋
14C5。
×
×
×
探讨一 分析光能的吸收、传递和转化，提高理解能力
1. 如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PSⅡ和PSⅠ是色素和一些
蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生
O2、H＋和e－。
（1）叶绿体中光合色素吸收的光能，有两个用途：一是将
，二是提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。
（2）水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去e－。e－经传递，可
用于 。
水分
解为氧和H＋
NADP＋与H＋结合形成NADPH
探讨二 通过光合作用中有机物产生的探索，提高科学探究能力
2. 研究碳的转移途径
美国的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碳循环途径。
（1）请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。
3. 探索C5和C3的关系
实验现象：如果光照下突然中断CO2供应，C3浓度急速减少而
C5浓度急速增加；突然停止光照，C3浓度急速升高而C5的浓度
急速降低。
实验结论： 。
C3与C5之间是相互循环的
探讨三 分析光反应和暗反应的关系，形成系统观
4. 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）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？
提示：①物质变化
a.水的光解：2H2O 4H＋＋4e－＋O2
b.NADPH的形成：NADP＋＋2H＋＋2e－ NADPH＋H＋
c .ATP的生成：ADP＋Pi＋能量 ATP
②能量变化
光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中，均用于
暗反应。
（2）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
a.CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化
合物。
b.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。
②能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化
学能。
（3）暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条
件下进行吗？
提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺
少光反应提供的NADPH和ATP。
（4）若标记CO2中的14C，请写出光合作用过程中14C的转化途径。
提示：14CO2 14C3 （14CH2O）＋14C5。
（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下降，C5上升。
1. 光反应与暗反应的联系图解
（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。
2. 光合作用中元素的转移
（1）
（2）
3. 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
C3起始值高于C5（约是其2倍）
1. （2024·重庆巴蜀中学高一月考）如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）。有关叙述不正确的是（ ）
A. ②、③将光能转变成了活跃的化学能
B. 其他条件不变，g的量瞬时减少，短时内d、f增加
C. 将H2O物质用18O标记，一段时间后在CO2中可检测到18O
D. ④、⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中
解析： ②表示ATP的合成，③表示光合色素吸收的光能将水分
解为氧和H＋，H＋与NADP＋结合，形成NADPH，故②、③将光能
转变成了活跃的化学能，A正确；g为二氧化碳，d代表ADP，f为
NADP＋，若CO2的量瞬时减少，CO2被C5固定形成C3的量减少，C3
的还原减慢，ATP和NADPH的消耗减少，剩余量增多，短时内
ADP、NADP＋减少，B错误；将H2O物质用18O标记，在有氧呼吸
的第二阶段，丙酮酸和水反应形成二氧化碳和[H]，故一段时间后
在CO2中可检测到18O，C正确；④表示二氧化碳的固定，⑤表示三
碳化合物的还原，⑥表示暗反应过程中糖类等有机物的形成，④、
⑤、⑥过程都发生在叶绿体基质中，D正确。
2. 如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是（ ）
A. 图中甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B. 图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C. Ⅱ阶段甲相对浓度上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D. Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析： 根据题意和题图可知，甲是C5，乙是C3，Ⅱ阶段改变的
条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所
以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
规律方法
光合作用过程中相关物质的变化规律
过程评价·勤检测
02
反馈效果 筑牢基础
（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，原因是什么？
提示：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不足使暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？
提示：光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋。
1. （2024·黑龙江大庆实验中学高一月考）下列关于探索光合作用原
理的实验的叙述，错误的是（ ）
A. 恩格尔曼的水绵实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用
放氧
B. 希尔的实验证明了光合作用产生的氧气中的氧元素来自水
C. 鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法探明了CO2中的碳是如何转化为
有机物中的碳的
D. 阿尔农发现在光照下叶绿体合成ATP的过程总是与水的光解相伴随
解析： 恩格尔曼的实验，通过观察需氧细菌在水绵表面的分
布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，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，在光照下可释
放氧气，说明离体叶绿体在适当条件下能进行水的光解，产生氧
气，B正确；鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法分别标记二氧化碳
和水中的氧进行实验，通过检测产生的氧气的相对质量，证明光合
作用释放的O2来自水，C错误；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。
2. 希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体铁
盐或其他氧化剂，在光照条件下，就能放出O2，同时使电子受体
还原。希尔反应反应式是：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离体叶
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. 光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
解析： 从希尔反应和阿尔农的发现，得不到信息：NADPH和
ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上。
3. 如图为叶绿体的结构与功能示意图，请据图判断下列有关说法中不
正确的是（ ）
A. 叶片呈绿色是由于Ⅰ上含有大量叶绿素
B. 能够将光能转换为稳定的化学能的过程是在Ⅰ上完成的
C. Ⅱ中CO2被固定并还原成图中的甲物质
D. Ⅰ、Ⅱ上酶的种类、功能不相同
解析： 叶片呈绿色是由于Ⅰ基粒上含有大量叶绿素，A正确；在
Ⅰ基粒上光能转换为ATP和NADPH中活跃的化学能，在Ⅱ叶绿体基
质中ATP和NADPH中活跃的化学能转换为稳定的化学能，B错误；
Ⅱ中CO2被固定并还原成图中的甲（糖类）物质，C正确；Ⅰ上的酶
是参与光反应的酶；Ⅱ上的酶是参与暗反应的酶，故Ⅰ、Ⅱ上酶的种
类、功能不相同，D正确。
4. （2024·河南周口高一月考）依据光合作用的基本原理，下列相关
表述正确的是（ ）
A. 光合作用释放的氧气中的氧元素来自水
B. 光反应只能在光照条件下进行，暗反应只能在黑暗条件下进行
C. 光合作用的两个阶段均有NADPH和ATP产生
D. 光合作用中固定CO2的是一种三碳化合物
解析： 光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，A正确；光反
应只能在光照条件下进行，暗反应有光和无光时都能进行，B错
误；光反应阶段产生NADPH和ATP，而暗反应不产生，C错误；光
合作用中固定CO2的是一种五碳化合物，D错误。
5. 光合作用过程包括光反应和暗反应，下图表示光反应与暗反应的关
系，据图判断下列叙述不正确的是（ ）
A. 光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B. 停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C. ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D. 植物在暗处可大量合成（CH2O）
解析： 植物在暗处，由于没有光照不能进行光反应，产生的
ATP和NADPH不足，导致暗反应产生少量的（CH2O）后停止。
6. 将单细胞绿藻置于25 ℃、适宜的光照及充足的CO2条件下培养，经
过一段时间后，突然停止光照，发现绿藻体内C3的含量突然上升，
以下原因符合的是（ ）
A. 暗反应停止，不能形成NADPH和ATP
B. 暗反应仍进行，C3继续大量形成C5
C. 光反应仍进行，形成NADPH和ATP，促进了C3的形成并得到积累
D. 光反应停止，不能继续形成NADPH和ATP，C3不能被还原，积累
了C3
解析： 突然停止光照，光反应阶段停止，无法继续产生
NADPH和ATP，短时间内C3的消耗减少，合成暂不变，C3含量
上升。
7. 如图表示光合作用过程示意图。请据图回答下列问题：
（1）H2O在光下分解产生的气体是 （填图中序号）。
解析：H2O在光下分解产生的气体是①O2。
①
（2）CO2与C5结合的过程叫作 。
解析：暗反应中CO2与C5结合产生C3，这一过程叫作CO2的固定。
（3）暗反应阶段需要光反应阶段为其提供 和
（填图中序号）。
解析：暗反应阶段需要光反应阶段产生的NADPH及ATP，进行C3的还原。
CO2的固定
②
③（可颠倒顺
序）
课时训练·提素能
03
分级练习 巩固提升
知识点一 光合作用的探究历程
1. （2024·云南大理高一月考）蓝色染料2，6-二氯酚靛酚，简称
DCPIP，与还原剂混合后变成无色。科研人员从青菜叶肉细胞的叶
绿体中分离出类囊体，与2，6-二氯酚靛酚溶液混合，条件适宜
时，发现蓝色溶液变成无色，并有气体放出。下列与此实验相关的
说法，正确的是（ ）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
A. 此实验说明光合作用是在叶绿体中进行的，且光合作用过程可以
不合成有机物
B. 此实验说明光合作用的光反应和暗反应分别在叶绿体的类囊体和
基质中进行
C. 此实验说明光反应可能在叶绿体内完成，但无法判断放出的气体
是氧气
D. 要使该实验成功，需要合适的光照条件从而产生NADH
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
解析： 根据题干中“2，6-二氯酚靛酚是一种蓝色染料能被还原
剂还原成无色”，而实验处理后发现“溶液变成无色，并有气体释
放”，无法证明光合作用过程是否合成有机物，A错误；根据题干
中“从叶绿体中分离出类囊体”，可知光反应在叶绿体类囊体中进
行，本实验中没有对照实验，得不出和叶绿体基质的关系，B错
误；根据题干中“从叶绿体中分离出类囊体”，可知光反应在叶绿
体类囊体中进行，但未对产生气体进行检测，无法得出放出的气体
是氧气，C正确；水的光解产生NADPH与氧气，D错误。
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2. （2024·云南昆明高一月考）科学家希尔在离体叶绿体的悬浮液中
加入铁盐或辅酶Ⅱ（NADP＋）等氧化剂，光照下可以释放出O2，
即发生了水的光解。人们将离体的叶绿体在适当条件下进行水的光
解并产生O2的化学反应称为希尔反应。下列相关叙述正确的是
（ ）
A. 希尔实验说明植物产生的氧气中的氧元素全部都来自水
B. 辅酶Ⅱ可为离体的叶绿体悬浮液中水的光解提供能量
C. 希尔反应强度受光照强度、辅酶Ⅱ数量等因素的影响
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
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解析： 希尔反应不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全
部来自H2O，也可能来自其他有机物，A错误；辅酶Ⅱ可促进离体
的叶绿体悬浮液中水的光解过程，但不能为希尔反应提供能量，B
错误；希尔反应强度会受到光照强度、辅酶Ⅱ数量等因素的影响，
因为光照和辅酶Ⅱ是光反应发生需要的条件，C正确；希尔反应的
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，D错误。
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3. （2024·福建厦门高一月考）鲁宾和卡门用16O的同位素18O分别标
记H2O和CO2，然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和
C18O2；第二组向同种植物提供 O和CO2。在其他条件都相同
的情况下，分析了两组实验释放的氧气。卡尔文用小球藻做实验：
用14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，探究CO2中的碳在光
合作用中转化成有机物中碳的途径。下列相关叙述正确的是（ ）
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A. 小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜
B. 鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规
律
C. 鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放氧气的相对分子质量比
为8∶9
D. 卡尔文实验中C的转移途径是14CO2→14C5→（14CH2O）＋14C3
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解析： 小球藻细胞和黑藻叶细胞均属于真核细胞，二者均有核
膜，A错误；18O不具有放射性，不能通过检测同位素的放射性来
追踪物质变化规律，B错误；鲁宾和卡门的实验中第一组释放的氧
气为16O2，第二组释放的氧气为18O2，二者相对分子质量比为
8∶9，C正确；卡尔文实验中14C的转移途径是14CO2→14C3→
（14CH2O）＋14C5，D错误。
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知识点二 光合作用的原理
4. 光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，下列叙述正确的是
（ ）
A. 光反应不需要酶，暗反应需要多种酶
B. 光反应消耗水，暗反应消耗ATP
C. 光反应储存能量，暗反应释放能量
D. 光反应固定CO2，暗反应还原CO2
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解析： 光反应需要酶，例如ATP的合成需要ATP合成酶，暗反
应也需要酶，A错误；光反应将光能转化为ATP中活跃的化学能，
暗反应将活跃的化学能转变成稳定的化学能，储存能量，C错误；
光反应不固定CO2，暗反应固定CO2，D错误。
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5. 睡莲叶片上表皮上的气孔数目多于下表皮，此特点有利于睡莲与外
界环境进行气体交换。气孔关闭会导致睡莲叶片光合作用速率下
降，其表现在（ ）
A. 叶绿体内C5的含量太低
B. 暗反应中产生的C3数量不足
C. 水光解产生的氧气数量不足
D. 暗反应所需还原剂的数量不足
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解析： 气孔关闭，使二氧化碳浓度降低，影响二氧化碳的固
定，导致C3含量降低，短时间内叶绿体内C5的含量升高，A不符合
题意，B符合题意；气孔关闭不会影响水的光解，因此短时间内产
生氧气和NADPH的数量不变，暗反应所需还原剂的数量不变，
C、D不符合题意。
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6. 将叶绿体悬浮液置于适宜光照下，一段时间后发现有氧气放出。下
列相关说法正确的是（ ）
A. 可测定叶绿体悬浮液的净光合速率
B. 向悬浮液中滴入少量NaHCO3溶液，NADPH含量下降
C. 突然改用等强度红光照射，短时间内C3含量上升
D. 改变悬浮液的pH对氧气释放无影响
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解析： 离体叶绿体只进行光合作用，释放出的氧气为实际光合
作用产生的氧气，所以该实验可测定叶绿体悬浮液的实际光合速率
（总光合速率），A错误；向悬浮液中滴入少量NaHCO3溶液，可
使溶液中用于光合作用的CO2含量增加，生成的C3增加，进而使C3
被还原时消耗的NADPH增加，导致NADPH含量下降，B正确；突
然改用等强度红光照射，则叶绿体色素吸收利用的光能增多，导致
光反应产生的NADPH和ATP增加，使C3的还原增强，消耗的C3增
加，短时间内C3的生成量不变，所以短时间内C3含量下降，C错
误；产生氧气的光反应需要酶的催化，而酶的活性受pH影响，因
此改变悬浮液的pH对氧气释放有影响，D错误。
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7. 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
解析： 物质b表示ATP。
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8. 下图表示光合作用过程，其中Ⅰ、Ⅱ代表光合作用的两个阶段，a、
b、c表示相关物质，下列说法不正确的是（ ）
A. 物质a表示NADPH，物质b为ADP，物质c表示NADP＋
B. 物质a仅作为还原剂参与过程Ⅱ，为过程Ⅱ提供能量的仅有ATP
C. 过程Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应、暗反应阶段，二者都需要酶的参与
D. 白天若将植株遮光处理，则短时间内其叶绿体中NADP＋/NADPH的值会升高
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解析： 光反应中，H2O的光解产生O2和NADPH，因此物质a是
NADPH，物质b表示ADP，物质c表示NADP＋，A正确；物质a是
NADPH，在暗反应过程中不仅仅作为还原剂，还作为能源物质参
与过程Ⅱ，B错误；图中过程Ⅰ能够吸收、传递、转换光能，属于光
合作用的光反应阶段，过程Ⅱ产生了有机物，因而表示暗反应阶
段，二者均需要酶的催化，C正确；白天若将植株遮光处理，则光
反应速率会下降，产生的NADPH和ATP的数量减少，短时间内
NADPH的消耗不变，因而叶绿体中NADP＋/NADPH的值会升高，
D正确。
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9. 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→（CH2O）、C5
D. 突然降低CO2浓度，短时间内C5的含量迅速上升
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解析： 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），光合作用中产生的物质A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的消耗量减少，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。
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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浓度（H＋）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。
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（1）图中的A是 ，C是 ，D是 。
解析：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 上，主要吸收 光。
解析：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。
O2
ATP
NADP＋
类囊体薄膜
红光和蓝紫
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（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。
解析：在暗反应中，E是二氧化碳，二氧化碳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，如果追踪反应Ⅱ中碳元素的去向，常用同位素示踪法。
升
高
同位素示踪
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（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。
解析：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。
水的光
解
D
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11. 叶绿体中合成的光合产物主要通过磷酸转运器以磷酸丙糖的形式运到细胞质基质中，然后转化成蔗糖，其机制如图所示。若用抑制剂抑制磷酸转运器的活动，下列现象不会出现的是（ ）
A. 叶肉细胞吸收CO2的量增加
B. 卡尔文循环受到抑制
C. 光反应可能不能正常进行
D. 叶绿体中淀粉的量增加
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解析： 若用抑制剂抑制磷酸转运器的活动，则磷酸丙糖转运
到细胞质基质中的量减少，故在叶绿体积累，导致光合作用减
弱，叶肉细胞吸收CO2的量减少，导致暗反应即卡尔文循环受到
抑制，消耗ATP和NADPH减少，进而影响光反应的正常进行，磷
酸丙糖外运减少，促进叶绿体内磷酸丙糖转化成淀粉。
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12. 卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过
程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些
推论，下列推论不合理的是（ ）
资料 推论
（1）将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90％的放射性物质是一种C3 ①
（2）经过5 s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖 ②
（3）在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态，含有放射性的糖类不断增加 ③
（4）当停止光照时，C3明显增加，C5明显下降 ④
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A. 推论①：C3是CO2被还原的第一个产物
B. 推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖
C. 推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物
D. 推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物
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解析： 根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知，C3是CO2
被固定的第一个产物，A符合题意；结合（1）（2）可知，C3进
一步反应生成C5和葡萄糖，B不符合题意；根据C3的含量维持稳
定而含放射性的糖类不断增加可知，C3是暗反应的中间产物，糖
类是终产物，C不符合题意；根据光照停止时，C3明显增加，C5
明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，且C3转化为C5需要依
赖光反应的产物，D不符合题意。
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13. （2024·江苏盐城第一中学高一月考）光合作用的原理是很多科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是（ ）
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A. 图1所示实验的目的是探究光合产物中O2的来源，其中乙组为对照
组
B. 卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验均采用了同位素标记法
C. 图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照的水绵细胞各个部位
D. 图2所示实验需要把载有水绵的需氧细菌的临时装片放在含有空气
的黑暗环境中
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解析：图1中甲组向植物提供H2O和C18O2，释放的是O2，乙组向植物提供O和CO2，释放的是18O2，两组形成相互对照，两组都为实验组，A错误；卡尔文采用同位素示踪法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径，图1所示的实验也采用了同位素示踪法，探明了光合作用过程中氧气的来源，B正确；图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照的叶绿体部位，进而证明了叶绿体是产生氧气的部位，C错误；图2所示实验需要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，然后才能根据需氧细菌的移动监测氧气产生的部位，D错误。
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14. （2024·江苏连云港高一月考）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（ ）
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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增强
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
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解析：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错误；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（e－）和O2，D正确。
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15. 光合作用过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回
答问题：
（1）叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，
可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结
构堆叠而成的 ，吸收光能的 就分布在类囊
体的薄膜上。
解析：叶绿体内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的基粒，其上分布有吸收光能的光合色素。
基粒
光合色素
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（2）氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测
定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系
统（含离体叶绿体）中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，
观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了
。
解析：由于氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且在叶片匀浆—肌红蛋白系统观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了氧气。
氧
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（3）科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑
制剂处理，对照组不做处理，测定得到下图所示结果。
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①据实验结果可知，实验组虽然 几乎被完全抑
制，但氧气产生量 ，由此可判断
。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP
合成过程并不与 过程同时进行。后续研究表明，
这两个过程均发生在 阶段，两者存在一定关联。
CO2的固定
与对照组无显著差异
水
的光解与CO2的固定过程相对独立
水的光解
光反应
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解析：①从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2的固定过程相对独立。②ATP和氧气都是在光反应阶段产生的，从图中看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。
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