(共105张PPT)
第5章 细胞的能量供应和利用
第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理
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。
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
1．光合作用的概念和反应式
(1)概念：绿色植物通过_________，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出______的过程。
(2)化学反应式：________________________________。
叶绿体
氧气
2．探索光合作用原理的部分实验
毒害
不能
水的光解
H2O
CO2
14CO2
ATP
水的光解
希尔反应能否说明植物光合作用中的氧气中的氧元素全部来自水？为什么？
提示：不能。因为悬浮液中还有其他物质也有氧元素，希尔反应未排除这一点。
基于对光合作用探究历程的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的场所是叶绿体。 ( )
提示：蓝细菌可进行光合作用，体内没有叶绿体。
2．希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生O2的化学反应。 ( )
×
√
3．鲁宾和卡门利用放射性同位素18O标记CO2和H2O，证明了光合作用产物O2来源于H2O。 ( )
提示：18O为稳定性同位素，不具有放射性。
4．光合作用的产物一定是氧气和葡萄糖。 ( )
提示：光合作用的产物为氧气和糖类(CH2O)。
×
×
任务一 光合作用过程中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？
结合H2O分解产生的2H＋和2e－
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。
推测该实验的实验结果和结论。
提示：实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
任务二 探究碳的转移途径
材料 卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
分析材料可知，14C的转移途径是什么？
提示：14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5。
任务三 光合作用中能量的转化
1．阿尔农实验1
(1)实验过程：离体叶绿体，加入ADP、Pi，给予光照。发现叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。
(2)实验结论：光照下，____________________________________。
水光解产生氧气的同时ADP和Pi合成ATP
2．阿尔农实验2
(1)实验过程：离体叶绿体，在黑暗条件下，供给ATP、NADPH和CO2，发现离体叶绿体中有糖类生成。但在没有ATP、NADPH供给的情况下不能合成糖类。
(2)实验结论：___________________________________________。
黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH
[深化归纳]
1．希尔反应的意义
希尔用离体叶绿体做实验，使得研究水平从细胞水平进入细胞器水平，证明了光合作用在叶绿体中进行；植物放出的氧是水在光下被分解，这种水的光氧化反应与CO2的还原可分开进行，因而划分出光反应和暗反应两个阶段；发现了光反应中有光诱导的电子传递和水的光解及O2释放；发现了水在光反应中起到的是供氢体和电子供体的双重作用。
√
1．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．卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C．鲁宾和卡门用同位素示踪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
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；卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2，每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用双向纸层析法使标记化合物分离，卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)或C5，B错误；鲁宾和卡门运用同位素示踪的方法标记O：他们分别向小球藻提供含18O的水和含18O的CO2，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。]
2．1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图A的装置，得到了图B所示的氧气中18O百分比的三个实验结果。下列叙述正确的是 ( )
A．该实验的自变量为18O标记的反应物类型
B．该装置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的稳定
C．实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的气体，阀门2要保持关闭
D．科学家可根据在水与氧气中18O的百分比的一致性就得出“氧气来自水”的结论
√
C [该实验的自变量为18O标记的水和碳酸氢盐的比值，A错误；该装置加NaHCO3溶液的目的是给小球藻的光合作用提供CO2，B错误；实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的氧气，阀门2要保持关闭，C正确；该实验中存在18O标记的碳酸氢盐，虽然实验结果显示“水与氧气中18O的百分比具有一致性”，但并不能说明氧气中的18O来自水，即不能得出“氧气来自水”的结论，D错误。]
知识点2 光合作用的原理
1．填写阶段名称及序号代表的物质
Ⅰ_________；Ⅱ_________；
①___；②_____；③________；④____；⑤____。
2．光反应阶段
(1)场所：_______________。
(2)叶绿体中色素吸收的光能有两方面用途
①将水分解为氧和H＋，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成________________________。
②使ADP与Pi反应形成_____。
光反应
暗反应
O2
ATP
NADPH
C5
C3
类囊体薄膜
还原型辅酶Ⅱ(NADPH)
ATP
3．暗反应阶段
(1)场所：____________。
(2)过程
①CO2的固定：CO2与C5结合，形成___。
②C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受_____________释放的能量，并且被_________还原。
③C3有两个去向：转化为______；形成C5，继续参与_________。
叶绿体基质
C3
ATP和NADPH
NADPH
糖类
暗反应
4．光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供______________，暗反应为光反应提供_____________________。
NADPH和ATP
NADP＋、ADP和Pi
叶绿体中NADPH和ADP的移动方向分别是怎样的？
提示：NADPH从类囊体薄膜移向叶绿体基质，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
1．(P104相关信息)C3是一种三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸，简称为_______。
2．(P104相关信息)光合作用的产物有_______________，其中______可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
RuBP
淀粉和蔗糖
蔗糖
基于对光合作用原理的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。 ( )
2．光合作用制造的有机物中的氧来自水。 ( )
提示：光合作用制造的有机物中的氧来自CO2。
3．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。 ( )
4．影响光反应的因素不会影响暗反应。 ( )
提示：影响光反应的因素也会影响暗反应。
×
√
√
×
任务四 分析光能的吸收、传递和转化
如图为放大的类囊体薄膜结构模式图。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____________________。
(2)水分解为O2和H＋的同时，被叶绿素夺去e－。e－经传递，可用于_______________________________。
水分解成O2和H＋
ADP和Pi反应生成ATP
NADP＋与H＋结合形成NADPH
任务五 分析光反应和暗反应的关系
材料 在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界里，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，图示为某一高等植物光合作用的过程图解。在暗反应阶段，唯一催化CO2固定形成C3的酶称为Rubisco。
1．暗反应不直接依赖光，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。
2．光合作用的光反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
(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。
3．光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
提示：(1)物质变化
①CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
②三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。
(2)能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。
4．当光反应的产物和CO2充足时，在黑暗条件下，暗反应进行的速度也比光照条件下慢，请依据材料信息中Rubisco提出一种可能的原因。
提示：在黑暗条件下，Rubisco降低活化能的效果降低(Rubisco的激活需要光)。
5．夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？
提示：C3含量减少，C5含量增加。
[深化归纳]
1．光合作用中元素的转移
(1)
(2)
2．环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量瞬间影响的分析
(1)过程分析法：下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化。
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化起始值C3高于C5(约是其2倍)。
√
3．如图表示光合作用过程，①②代表结构，a、b、c代表物质，下列叙述正确的是( )
A．H2O分解时产生的电子可用于形成还原型辅酶Ⅰ
B．CO2以协助扩散的方式通过叶绿体的双层膜
C．放射性14C出现的先后顺序为14CO2→a→b→c
D．若光照强度适当增强，短时间内b含量将下降
D [水分解时产生的电子可用于形成NADPH，是还原型辅酶Ⅱ，A错误；CO2以自由扩散的方式通过叶绿体的双层膜，B错误；图中放射性14C出现的顺序为14CO2→b(C3)→c(有机物)中，C错误；若光照强度适当增强，光反应增强，产生的NADPH和ATP增多，C3还原增加，而C3的形成暂时不变，短时间内b(C3)含量将下降，D正确。]
4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。
回答下列问题：
(1)图中物质A是________(填“C3”或“C5”)。
C3
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是___________________________________________________________
_________________________________________________________；
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是___________________________________________________________
__________。
暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍
当CO2浓度突然降低时，C5的再生速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________(填“低”或“高”)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(填“高”或“低”)，其原因是_______________________________________________________。
高
低
CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需的ATP和NADPH少
[解析] (1)CO2浓度降低后，直接影响暗反应中CO2的固定，导致C3的量减少，确定物质A是C3，物质B是C5。(2)CO2浓度为1%时，暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍；当CO2浓度突然降低时，C5的再生速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累。(3)CO2浓度为0.003%时，C3和C5的浓度保持稳定后，暗反应保持稳定，根据暗反应中CO2的固定的反应式确定，C3的量应是C5的量的2倍。(4)CO2浓度降低，达到最大光合速率时所需的光照强度降低，因为暗反应减弱，所需的ATP和NADPH减少，光反应强度减弱。
方法技巧 判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来源和去路是否平衡进行分析。
(1)来源 去路，则物质含量相对稳定。
(2)来源不变，去路增加，或来源减少，去路不变，则物质含量减少。
(3)来源不变，去路减少，或来源增加，去路不变，则物质含量增加。
课堂检测 素养测评
√
1．(链接P102思考·讨论)下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是 ( )
A．卡尔文的实验能说明光合作用需要原料CO2
B．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C．阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O
D [卡尔文的实验探究了暗反应过程中CO2中的碳的转移途径，能够说明光合作用需要原料CO2，A正确；希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，B正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现这一过程总是与水的光解相伴随，C正确；鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法分别标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O，D错误。]
2．(链接P103图5-14)下图为光合作用过程的示意图，甲、乙、丙是相关的结构，a～e是相关物质，下列说法错误的是 ( )
A．b是O2，可参与有氧呼吸的第三阶段
B．c是CO2，利用CO2的场所是丙
C．甲是类囊体，其薄膜上的光合色素将光能转化成化学能储存在e和f中
D．暗反应必须在黑暗条件下进行
√
D [由题图可知，b是O2，可以进入线粒体参与有氧呼吸的第三阶段，A正确；c是CO2，丙是叶绿体基质，CO2固定的场所是叶绿体基质，B正确；甲是类囊体，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将光能转化成化学能储存在e(ATP)和f(NADPH)中，C正确；无论有无光照，暗反应都可以进行，黑暗条件下，由于没有持续的光反应提供的ATP和NADPH等，暗反应将不能持续进行，D错误。]
√
3．(链接P106概念检测T2)如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 ( )
A．CO2→叶绿素→ADP
B．CO2→叶绿素→ATP
C．CO2→五碳化合物→糖类
D．CO2→三碳化合物→糖类
D [由暗反应中CO2的固定过程可知，CO2中的碳原子首先转移到三碳化合物中，然后进行三碳化合物的还原，碳原子又转移到有机物中，即碳原子的转移途径为：CO2→三碳化合物→糖类，D正确。]
4．(链接P104思考·讨论)下表为水稻光反应和暗反应的部分比较项目，下列说法正确的是( )
项目 光反应 暗反应
实质 光能转化为化学能，并放出O2 A
条件 B 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可
项目 光反应 暗反应
场所 C 在叶绿体基质中进行
物质转化 ①水的光解 ②ATP的合成 ③NADPH的合成 ①CO2的固定 ②C3的还原
能量转化 光能→活跃的化学能 D
A．A为利用光反应产生的O2同化 CO2形成有机物
B．B为色素、光、水、ADP、NADP＋、Pi，不需要酶
C．C为在叶绿体的内膜上进行
D．D为活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
√
D [暗反应实质上是将利用光反应产生的NADPH和ATP将CO2转化成有机物，A错误；光合作用光反应阶段需要色素、光、水、ADP、NADP＋、Pi，也需要酶的参与，B错误；光合作用光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，C错误；光合作用暗反应过程能量转化是活跃的化学能→有机物中稳定的化学能，D正确。]
5．改变全球气候变暖的主要措施是减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答下列问题：
(1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示______阶段，③表示________阶段。
(2)图中表示CO2固定过程的序号是________。
(3)写出图中所示物质，B________；C________。
(4)②阶段为③阶段提供________和__________。
(5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在________(用图中字母表示)中的化学能。
光反应
暗反应
④
O2
ATP
NADPH
ATP
F
[解析] (1)根据光合作用对光照的需求情况，可以将光合作用分为②光反应阶段和③暗反应阶段。(2)图中表示CO2固定过程的是④。(3)图中B是水分子光解后释放的O2，C是光反应生成的ATP。(4)②光反应阶段可以为③暗反应阶段提供NADPH和ATP。(5)图中光合作用经过②光反应阶段和③暗反应阶段，A光能最终转化为储存在F有机物中的稳定的化学能。
课时分层作业(20) 光合作用的原理
题号
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题组一 光合作用的探究历程
1．植物学家希尔发现将离体叶绿体悬浮液(含H2O不含CO2)与黄色的高铁盐(Fe3+作为氧化剂)混合，照光后发现叶绿体有气泡放出，溶液由黄色变成浅绿色(Fe2+)。下列叙述正确的是( )
11
A．实验说明没有CO2，叶绿体也可以进行光合作用
B．气泡中的物质可在线粒体内膜与NADPH结合产生H2O
C．本实验证明“光合作用中CO2中的C与H2O结合生成甲醛，进而生成(CH2O)”是错误的
D．遮光条件下重复上述实验也有气泡产生
题号
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√
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C [没有CO2，离体叶绿体只是进行了光反应，不能进行完整的光合作用产生有机物，A错误；气泡中的物质为O2，可在线粒体内膜与NADH结合产生H2O，B错误；溶液颜色变化的原因是叶绿体在光照条件下发生光反应，Fe3+被光反应产生的还原性辅酶Ⅱ还原为Fe2+，C正确；遮光条件下叶绿体不能进行光反应，不能产生气泡，D错误。]
题号
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2．下图表示较强光照、温度相同且水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关实验结论不正确的是( )
题号
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A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
√
题号
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题号
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√
3．探索光合作用原理的研究历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是( )
A．恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光
B．离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应
C．鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自二氧化碳
D．卡尔文探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径
题号
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C [恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，用透过三棱镜的光照射水绵，发现需氧细菌主要分布在红光和蓝紫光照射的地方，该实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光，A正确；离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，B正确；鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自水，C错误；卡尔文利用同位素示踪法探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径，D正确。]
题号
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√
题组二 光合作用的原理
4．在实验室中，如果要测定藻类是否完成光反应，最好是检验其
( )
A．氧气的释放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖类的合成量
题号
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A [光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物进行水的光解，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，固定二氧化碳并还原成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定藻类是否完成暗反应，C、D错误。]
题号
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5．下图为植物细胞光合作用过程的图解，下列相关叙述错误的是
( )
题号
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A．图中A物质包含叶绿素和类胡萝卜素，具有吸收光能的作用
B．图中B代表O2，可供植物呼吸所用；C代表ATP，可供植物主动运输所用
C．图中C的运动方向，是从叶绿体的基粒到叶绿体基质
D．图中F过程将储存在ATP中的化学能转化为有机物中的化学能
√
题号
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B [绿叶中色素包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，具有吸收光能的作用，A正确；图中B代表 O2 ，光反应阶段产生的O2可以释放到叶绿体外，供植物呼吸所用，C代表ATP，光反应阶段产生的ATP只供给暗反应利用，不能供植物主动运输所用，B错误；ATP是在光反应阶段产生，供给暗反应利用，则ATP 运动方向是从叶绿体的基粒到叶绿体基质，C正确；F表示暗反应阶段，暗反应过程将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能储存起来，D正确。]
题号
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√
6．在适宜条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用相同强度的绿光照射，短时间内相关物质的变化，不会发生的是( )
A．O2释放减慢 B．C3含量下降
C．NADPH含量下降 D．C5含量下降
题号
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B [光源由白光变为相同强度的绿光后，光反应速率变慢，所以水的光解变慢，O2释放减慢，A不符合题意；光反应为暗反应提供NADPH、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3的还原减弱，则C3消耗量减少，C3剩余含量的相对增多，B符合题意；由于光反应变慢，所以水的光解变慢，产生的NADPH减少，导致NADPH含量下降，C不符合题意；光反应为暗反应提供NADPH、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3的还原减弱，则C5生成量减少，而C5固定CO2生成C3的过程不受影响，所以C5含量下降，D不符合题意。]
题号
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√
7．下图是某同学画的光合作用过程图，其中涉及的环境条件或物质用甲、乙、丙、丁表示。则下列说法正确的是( )
A．图中色素包括叶绿素、类胡萝卜素和花青素
B．图中所示的酶主要存在于类囊体薄膜上
C．甲、乙、丙、丁分别对应的是光能、O2、ATP、C3
D．若CO2浓度突然下降，则C5的含量短时间内会减少
题号
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C [花青素存在于液泡中，A错误；图中所示的酶是和暗反应有关的酶，主要存在叶绿体基质中，B错误；甲和H2O是光反应的原料，乙和NADPH及丙是光反应的产物，乙被排出，丙和ADP相互转换，所以甲为光能，乙是O2，丙是ATP，除此之外暗反应还需要CO2参与，①是CO2固定，丁是C3，C正确；若CO2浓度突然下降，CO2固定速度减慢，C5消耗速度减慢，C3还原速度暂时不变，C5生成速度不变，则C5的含量短时间内会增加，D错误。]
题号
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√
8．以小球藻为实验材料进行以下实验：给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间(从1 秒到数分钟)后分别杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验是通过改变光照时间来探究碳转移途径的
B．各种含14C物质出现的顺序可以说明暗反应产物出现的顺序
C．要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能延长光照时间
D．该实验用了放射性同位素示踪法
题号
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C [根据题意可知，该实验在不同的时间杀死小球藻，统计碳转移途径，A正确；碳是有机物最基本的元素，14C可以标记暗反应产物出现的顺序，B正确；仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物，因此，要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能缩短光照时间，C错误；该实验用14C标记CO2来研究C的转移途径，运用了放射性同位素示踪法，D正确。]
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9．(不定项)绿色植物进行光合作用可以合成淀粉，我国科学家成功设计出了一条无绿色植物参与也能利用二氧化碳和水合成淀粉的路线(如图所示)，其中①过程是利用无机催化剂催化完成的，②③④则是在酶的催化下完成的。下列相关叙述不正确的是( )
题号
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A．图中水电解形成的产物与水光解形成的产物是相同的
B．上述路径的本质是将光能转化成有机物中活跃的化学能
C．①过程为CO2的固定，也可由叶绿体基质中的某种酶催化
D．消耗等量的CO2，上述路径积累的淀粉比植物体内积累的淀粉多
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√
√
√
ABC [水光解形成的产物是O2、H＋和电子，图中水电解形成的产物是O2和H2，A错误；题述路径并未形成含活跃化学能的有机物，因此该路径的本质是将光能转化成有机物中稳定的化学能，B错误；①过程是CO2与H2反应生成甲醛，不是CO2的固定，不可由叶绿体基质中的某种酶催化，C错误；植物进行呼吸作用会消耗淀粉，题述过程是人工模拟淀粉的生成，不会进行呼吸作用消耗有机物，因此两者CO2消耗相同时，题述路径积累的淀粉多，D正确。]
题号
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10．(不定项)植物对光的吸收是有选择性的，但不同绿色植物对光的吸收光谱基本相同，就红、黄、绿、蓝这几种波长的光而言，叶片对其吸收能力大小为蓝>红>黄>绿。下列相关叙述不正确的是 ( )
A．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行
B．光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2
C．突然中断光照，短时间内C3的量会减少，(CH2O)的量也会减少
D．用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用黄光照射时产生的有机物更多
题号
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√
√
√
ACD [光反应必须在光照下进行，暗反应并非必须在暗处才能进行，A错误；光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2，B正确；突然中断光照，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，短时间内C3的量会增加，(CH2O)的量会减少，C错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用蓝光照射时产生的有机物更多，D错误。]
题号
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11．(13分)番茄叶肉细胞光合作用的部分过程如图1所示，序号表示过程，Rubisco是①过程需要的酶；甲、乙是参与②过程的两种物质，其中乙是一种还原剂。回答下列问题。
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(1)图1中的Rubisco位于叶绿体_________；为②过程提供能量的是______________。
(2)某科研人员将一株番茄放入密闭玻璃罩中，给予适当光照和适量含有14C的CO2，则14C在光合作用中的转移途径是__________________________________(结合图1，用文字/字母和箭头回答)；若实验持续30分钟后补充含有14C的CO2，则短时间内3-磷酸甘油酸的含量将_______(填“减少”“不变”或“增加”)。
题号
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基质
甲、乙
14CO2→3-磷酸甘油酸→(14CH2O)(3分)
增加
(3)O2和CO2竞争性与Rubisco结合，进而进行光呼吸，主要过程如图2所示。
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光呼吸可以为光合作用提供________________________，从改变环境条件的角度提出一个能降低水稻光呼吸速率的建议：__________
__________________。
3-磷酸甘油酸和CO2
适当增加
环境中的CO2浓度
[解析] (1)图1中的Rubisco催化CO2固定，CO2固定发生在叶绿体基质，因此Rubisco位于叶绿体基质；甲、乙是参与②过程的两种物质，其中乙是一种还原剂，说明甲是ATP，乙是NADPH，ATP和NADPH都能为②过程提供能量。(2)据图1可知，CO2能与核酮
糖-1，5-二磷酸结合形成3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸能被还原形成(CH2O)和核酮糖-1，5-二磷酸，因此14C在光合作用中的转移途径是14CO2→3-磷酸甘油酸→(14CH2O)；若实验持续30分钟后补充含有
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14C的CO2，则CO2的供应量增加，CO2固定速率增加，短时间内3-磷酸甘油酸(即C3)的含量将增加。(3)据图2可知，光呼吸是O2与核酮糖-1，5-二磷酸在Rubisco作用下形成3-磷酸甘油酸和CO2的过程，因此光呼吸可以为光合作用提供3-磷酸甘油酸和CO2。由于O2与核酮糖-1，5-二磷酸及CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合都需要Rubisco参与，即O2和CO2竞争性与Rubisco结合，因此从改变环境条件的角度提出一个能降低水稻光呼吸速率的建议：适当增加环境中的CO2浓度，这样就能减少O2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，进而降低光呼吸速率。
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(教师用书独具)
1．2020年马克斯·普朗克联同多位科学家在《科学》上发文，他们通过将菠菜的“捕光器”与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体。这种叶绿体可在细胞外工作、收集阳光，并利用由此产生的能量将CO2转化成富含能量的分子。有机物的转化过程如图所示，下列叙述正确的是( )
A．物质X是NADH，CO2浓度下降物质X的含量上升
B．通过添加不同的酶可能会制备出合成不同有机物的叶绿体
C．“捕光器”上的光合色素只能将光能转化为ATP中活跃的化学能
D．叶肉细胞和人造叶绿体合成等量的有机物时向外界释放的O2量相等
√
B [由图可知，物质X表示NADPH，CO2浓度下降导致CO2固定受到抑制，生成的C3减少，C3的还原变慢，则物质X的含量上升，A错误；通过将菠菜的“捕光器”与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体，说明通过添加不同的酶可能会制备出合成不同有机物的叶绿体，B正确；“捕光器”上的光合色素能将光能转化为ATP和物质X(NADPH)中的化学能，进行光反应，C错误；叶肉细胞和人造叶绿体合成等量的有机物时向外界释放的O2量相比，由于人造叶绿体不存在呼吸作用消耗O2，故人造叶绿体释放的O2多，D错误。]
2．开发生物燃料替代化石燃料，可实现节能减排。下图为生物燃料生产装置示意图，据图分析合理的是( )
A．光照时，微藻光反应产生ATP和NADH供给暗反应
B．图中①为CO2，外源添加可增加产物生成量
C．图中②为暗反应阶段产生的酒精等有机物质
D．若夜间停止光照，微藻细胞内的ATP合成将停止
√
B [光照时，微藻产生ATP和NADPH供给暗反应，A不合理；图中①为CO2，外源添加CO2可促进海洋微藻的光合作用，进而增加产物生成量，B合理；图中②为呼吸作用产生的酒精等有机物质，C不合理；夜间停止光照，微藻细胞内可以通过呼吸作用合成ATP，D不合理。]
3．如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是
( )
A．由图可知PSⅠ和PSⅡ位于类囊体薄膜上
B．从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提供了ATP和NADPH
C．由图可知电子(e－)的最初供体为H2O
D．从图中ATP的产生机制可判断膜内H＋浓度小于膜外
√
D [图中PSⅠ和PSⅡ可吸收光能，说明二者分布于类囊体薄膜上，A正确；光反应为暗反应提供了ATP和NADPH，B正确；由图可知，电子(e－)来自H2O的分解，即电子(e－)的最初供体为H2O，C正确；由图可知，H＋由膜内向膜外运输的同时合成ATP，说明膜内H＋浓度高于膜外，膜两侧H＋的电化学梯度为合成ATP提供能量，D错误。]
4．下图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高质子(H＋)浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。
(1)图中的A是__________，C是__________，D是__________。
(2)叶绿素a分布于___________上，主要吸收____________光。
(3)若反应Ⅱ中E浓度突然降低至一半，短时间内C5的含量将__________。如果追踪E中碳元素的去向，常用________________法。
(4)过度光照将会激活膜蛋白PSBS，直接抑制反应Ⅰ中______________反应，会导致电子不能传递给_____(填字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。
O2
ATP
NADP＋
类囊体薄膜
红光和蓝紫
升高
同位素示踪
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CO2，CO2的浓度突然降低至一半，C5的消耗量减少，短时间内C5合成量不变，故C5的含量将升高，如果追踪E中碳元素的去向，常用同位素示踪法。(4)激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终
将过量的光能转换成热能释放，因此过度光照将会激活膜蛋白PSBS，直接抑制反应Ⅰ中水的光解。电子、H＋与NADP＋结合，形成NADPH，电子在类囊体膜上的传递减少，会抑制电子、H＋与NADP＋结合的过程，即导致电子不能传递给D，所以过量的光能将不能转变为化学能。第2课时 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。
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
1．光合作用的概念和反应式
(1)概念：绿色植物通过________，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出________的过程。
(2)化学反应式：_________________________________________。
2．探索光合作用原理的部分实验
希尔反应能否说明植物光合作用中的氧气中的氧元素全部来自水？为什么？
基于对光合作用探究历程的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的场所是叶绿体。 ( )
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．光合作用的产物一定是氧气和葡萄糖。 ( )
光合作用过程中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？
2．1941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，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成O和C18O2。然后，进行了两组实验：
推测该实验的实验结果和结论。
探究碳的转移途径
材料 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，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
分析材料可知，14C的转移途径是什么？
光合作用中能量的转化
1．阿尔农实验1
(1)实验过程：离体叶绿体，加入ADP、Pi，给予光照。发现叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。
(2)实验结论：光照下，_________________________________________________
_____________________________________________________________________。
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：_________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
[深化归纳]
1．希尔反应的意义
希尔用离体叶绿体做实验，使得研究水平从细胞水平进入细胞器水平，证明了光合作用在叶绿体中进行；植物放出的氧是水在光下被分解，这种水的光氧化反应与CO2的还原可分开进行，因而划分出光反应和暗反应两个阶段；发现了光反应中有光诱导的电子传递和水的光解及O2释放；发现了水在光反应中起到的是供氢体和电子供体的双重作用。
2．鲁宾和卡门实验的设计方法及变量分析
(1)鲁宾和卡门设计实验的对照方法：相互对照。
(2)鲁宾和卡门实验的自变量为被标记的C18O2和O，因变量是产生O2的情况。
1．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．卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C．鲁宾和卡门用同位素示踪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
2．1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图A的装置，得到了图B所示的氧气中18O百分比的三个实验结果。下列叙述正确的是 ( )
A．该实验的自变量为18O标记的反应物类型
B．该装置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的稳定
C．实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的气体，阀门2要保持关闭
D．科学家可根据在水与氧气中18O的百分比的一致性就得出“氧气来自水”的结论
知识点2 光合作用的原理
1．填写阶段名称及序号代表的物质
Ⅰ__________；Ⅱ__________；①__________；②__________；③__________；④__________；⑤__________。
2．光反应阶段
(1)场所：______________。
(2)叶绿体中色素吸收的光能有两方面用途
①将水分解为氧和H＋，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成________________。
②使ADP与Pi反应形成________。
3．暗反应阶段
(1)场所：____________。
(2)过程
①CO2的固定：CO2与C5结合，形成________。
②C3的还原：在有关酶的催化作用下，C3接受________________释放的能量，并且被________还原。
③C3有两个去向：转化为________；形成C5，继续参与________。
4．光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供____________，暗反应为光反应提供__________________。
叶绿体中NADPH和ADP的移动方向分别是怎样的？
1．(P104相关信息)C3是一种三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸，简称为________。
2．(P104相关信息)光合作用的产物有____________，其中____________可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
基于对光合作用原理的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。 ( )
2．光合作用制造的有机物中的氧来自水。 ( )
3．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。 ( )
4．影响光反应的因素不会影响暗反应。 ( )
分析光能的吸收、传递和转化
如图为放大的类囊体薄膜结构模式图。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______________________。
(2)水分解为O2和H＋的同时，被叶绿素夺去e－。e－经传递，可用于_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
分析光反应和暗反应的关系
材料 在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界里，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，图示为某一高等植物光合作用的过程图解。在暗反应阶段，唯一催化CO2固定形成C3的酶称为Rubisco。
1．暗反应不直接依赖光，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
2．光合作用的光反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
3．光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
4．当光反应的产物和CO2充足时，在黑暗条件下，暗反应进行的速度也比光照条件下慢，请依据材料信息中Rubisco提出一种可能的原因。
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？
[深化归纳]
1．光合作用中元素的转移
(1)
(2)
2．环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量瞬间影响的分析
(1)过程分析法：下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化。
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化起始值C3高于C5(约是其2倍)。
3．如图表示光合作用过程，①②代表结构，a、b、c代表物质，下列叙述正确的是( )
A．H2O分解时产生的电子可用于形成还原型辅酶Ⅰ
B．CO2以协助扩散的方式通过叶绿体的双层膜
C．放射性14C出现的先后顺序为14CO2→a→b→c
D．若光照强度适当增强，短时间内b含量将下降
4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。
回答下列问题：
(1)图中物质A是________________(填“C3”或“C5”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________；
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是____________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________(填“低”或“高”)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的____________(填“高”或“低”)，其原因是____________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来源和去路是否平衡进行分析。
(1)来源去路，则物质含量相对稳定。
(2)来源不变，去路增加，或来源减少，去路不变，则物质含量减少。
(3)来源不变，去路减少，或来源增加，去路不变，则物质含量增加。
1．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。
3．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。4．光合作用中的物质转变：
(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O)和14C5。
O―→18O2。
5．光合作用的能量转变：光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
1．(链接P102思考·讨论)下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是 ( )
A．卡尔文的实验能说明光合作用需要原料CO2
B．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C．阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O
2．(链接P103图5-14)下图为光合作用过程的示意图，甲、乙、丙是相关的结构，a～e是相关物质，下列说法错误的是 ( )
A．b是O2，可参与有氧呼吸的第三阶段
B．c是CO2，利用CO2的场所是丙
C．甲是类囊体，其薄膜上的光合色素将光能转化成化学能储存在e和f中
D．暗反应必须在黑暗条件下进行
3．(链接P106概念检测T2)如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 ( )
A．CO2→叶绿素→ADP
B．CO2→叶绿素→ATP
C．CO2→五碳化合物→糖类
D．CO2→三碳化合物→糖类
4．(链接P104思考·讨论)下表为水稻光反应和暗反应的部分比较项目，下列说法正确的是( )
项目 光反应 暗反应
实质 光能转化为化学能，并放出O2 A
条件 B 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可
场所 C 在叶绿体基质中进行
物质转化 ①水的光解 ②ATP的合成 ③NADPH的合成 ①CO2的固定 ②C3的还原
能量转化 光能→活跃的化学能 D
A．A为利用光反应产生的O2同化 CO2形成有机物
B．B为色素、光、水、ADP、NADP＋、Pi，不需要酶
C．C为在叶绿体的内膜上进行
D．D为活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
5．改变全球气候变暖的主要措施是减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答下列问题：
(1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示______阶段，③表示________阶段。
(2)图中表示CO2固定过程的序号是______________。
(3)写出图中所示物质，B____________；C______________。
(4)②阶段为③阶段提供________和________。
(5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在________(用图中字母表示)中的化学能。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第2课时 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。
知识点1 探索光合作用原理的部分实验
1．光合作用的概念和反应式
(1)概念：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)化学反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
2．探索光合作用原理的部分实验
希尔反应能否说明植物光合作用中的氧气中的氧元素全部来自水？为什么？
提示：不能。因为悬浮液中还有其他物质也有氧元素，希尔反应未排除这一点。
基于对光合作用探究历程的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的场所是叶绿体。 (×)
提示：蓝细菌可进行光合作用，体内没有叶绿体。
2．希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生O2的化学反应。 (√)
3．鲁宾和卡门利用放射性同位素18O标记CO2和H2O，证明了光合作用产物O2来源于H2O。 (×)
提示：18O为稳定性同位素，不具有放射性。
4．光合作用的产物一定是氧气和葡萄糖。 (×)
提示：光合作用的产物为氧气和糖类(CH2O)。
光合作用过程中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，这样做的目的是结合H2O分解产生的2H＋和2e－，用化学反应式表示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。
2．1941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，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成O和。然后，进行了两组实验：
推测该实验的实验结果和结论。
提示：实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
探究碳的转移途径
材料 卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，他向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
分析材料可知，14C的转移途径是什么？
提示：14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5。
光合作用中能量的转化
1．阿尔农实验1
(1)实验过程：离体叶绿体，加入ADP、Pi，给予光照。发现叶绿体生成ATP，且同时水光解产生氧气。
(2)实验结论：光照下，水光解产生氧气的同时ADP和Pi合成ATP。
2．阿尔农实验2
(1)实验过程：离体叶绿体，在黑暗条件下，供给ATP、NADPH和CO2，发现离体叶绿体中有糖类生成。但在没有ATP、NADPH供给的情况下不能合成糖类。
(2)实验结论：黑暗条件下，CO2合成糖类需要ATP和NADPH。
[深化归纳]
1．希尔反应的意义
希尔用离体叶绿体做实验，使得研究水平从细胞水平进入细胞器水平，证明了光合作用在叶绿体中进行；植物放出的氧是水在光下被分解，这种水的光氧化反应与CO2的还原可分开进行，因而划分出光反应和暗反应两个阶段；发现了光反应中有光诱导的电子传递和水的光解及O2释放；发现了水在光反应中起到的是供氢体和电子供体的双重作用。
2．鲁宾和卡门实验的设计方法及变量分析
(1)鲁宾和卡门设计实验的对照方法：相互对照。
(2)鲁宾和卡门实验的自变量为被标记的C18O2和O，因变量是产生O2的情况。
1．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．卡尔文根据实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)→C5
C．鲁宾和卡门用同位素示踪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
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；卡尔文为研究光合作用中碳的去向，在充足的光照条件下向小球藻的培养液中通入14C标记的CO2，每隔一定时间取样，并提取样品中的标记化合物，浓缩后再点样用双向纸层析法使标记化合物分离，卡尔文根据上述实验结果推测出CO2中C的转移途径为CO2→C3→(CH2O)或C5，B错误；鲁宾和卡门运用同位素示踪的方法标记O：他们分别向小球藻提供含18O的水和含18O的CO2，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。]
2．1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图A的装置，得到了图B所示的氧气中18O百分比的三个实验结果。下列叙述正确的是 ( )
A．该实验的自变量为18O标记的反应物类型
B．该装置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的稳定
C．实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的气体，阀门2要保持关闭
D．科学家可根据在水与氧气中18O的百分比的一致性就得出“氧气来自水”的结论
C [该实验的自变量为18O标记的水和碳酸氢盐的比值，A错误；该装置加NaHCO3溶液的目的是给小球藻的光合作用提供CO2，B错误；实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的氧气，阀门2要保持关闭，C正确；该实验中存在18O标记的碳酸氢盐，虽然实验结果显示“水与氧气中18O的百分比具有一致性”，但并不能说明氧气中的18O来自水，即不能得出“氧气来自水”的结论，D错误。]
知识点2 光合作用的原理
1．填写阶段名称及序号代表的物质
Ⅰ光反应；Ⅱ暗反应；
①O2；②ATP；③NADPH；④C5；⑤C3。
2．光反应阶段
(1)场所：类囊体薄膜。
(2)叶绿体中色素吸收的光能有两方面用途
①将水分解为氧和H＋，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。
②使ADP与Pi反应形成ATP。
3．暗反应阶段
(1)场所：叶绿体基质。
(2)过程
①CO2的固定：CO2与C5结合，形成C3。
②C3的还原：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。
③C3有两个去向：转化为糖类；形成C5，继续参与暗反应。
4．光反应与暗反应之间的联系
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。
叶绿体中NADPH和ADP的移动方向分别是怎样的？
提示：NADPH从类囊体薄膜移向叶绿体基质，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
1．(P104相关信息)C3是一种三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸，简称为RuBP。
2．(P104相关信息)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，其中蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
基于对光合作用原理的认识，判断下列表述是否正确。
1．光合作用的光反应和暗反应阶段在叶绿体的不同部位进行。 (√)
2．光合作用制造的有机物中的氧来自水。 (×)
提示：光合作用制造的有机物中的氧来自CO2。
3．光合作用的光反应阶段完成了光能到活跃化学能的转换。 (√)
4．影响光反应的因素不会影响暗反应。 (×)
提示：影响光反应的因素也会影响暗反应。
分析光能的吸收、传递和转化
如图为放大的类囊体薄膜结构模式图。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：一是将水分解成O2和H＋，二是提供能量促使ADP和Pi反应生成ATP。
(2)水分解为O2和H＋的同时，被叶绿素夺去e－。e－经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。
分析光反应和暗反应的关系
材料 在植物工厂里，人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。在自然界里，则是万物生长靠太阳。太阳光能的输入、捕获和转化，是生物圈得以维持运转的基础。光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，图示为某一高等植物光合作用的过程图解。在暗反应阶段，唯一催化CO2固定形成C3的酶称为Rubisco。
1．暗反应不直接依赖光，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？
提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。
2．光合作用的光反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
提示：(1)物质变化
①水的光解：2H2O4H＋＋4e－＋O2
②NADPH的形成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH
③ATP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。
3．光合作用的暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
提示：(1)物质变化
①CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
②三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类等。
(2)能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。
4．当光反应的产物和CO2充足时，在黑暗条件下，暗反应进行的速度也比光照条件下慢，请依据材料信息中Rubisco提出一种可能的原因。
提示：在黑暗条件下，Rubisco降低活化能的效果降低(Rubisco的激活需要光)。
5．夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？
提示：C3含量减少，C5含量增加。
[深化归纳]
1．光合作用中元素的转移
(1)
(2)
2．环境条件骤变对光合作用中间代谢产物含量瞬间影响的分析
(1)过程分析法：下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化。
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化起始值C3高于C5(约是其2倍)。
3．如图表示光合作用过程，①②代表结构，a、b、c代表物质，下列叙述正确的是( )
A．H2O分解时产生的电子可用于形成还原型辅酶Ⅰ
B．CO2以协助扩散的方式通过叶绿体的双层膜
C．放射性14C出现的先后顺序为14CO2→a→b→c
D．若光照强度适当增强，短时间内b含量将下降
D [水分解时产生的电子可用于形成NADPH，是还原型辅酶Ⅱ，A错误；CO2以自由扩散的方式通过叶绿体的双层膜，B错误；图中放射性14C出现的顺序为14CO2→b(C3)→c(有机物)中，C错误；若光照强度适当增强，光反应增强，产生的NADPH和ATP增多，C3还原增加，而C3的形成暂时不变，短时间内b(C3)含量将下降，D正确。]
4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。
回答下列问题：
(1)图中物质A是________(填“C3”或“C5”)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________；
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的________(填“低”或“高”)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(填“高”或“低”)，其原因是_________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
[解析] (1)CO2浓度降低后，直接影响暗反应中CO2的固定，导致C3的量减少，确定物质A是C3，物质B是C5。(2)CO2浓度为1%时，暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍；当CO2浓度突然降低时，C5的再生速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累。(3)CO2浓度为0.003%时，C3和C5的浓度保持稳定后，暗反应保持稳定，根据暗反应中CO2的固定的反应式确定，C3的量应是C5的量的2倍。(4)CO2浓度降低，达到最大光合速率时所需的光照强度降低，因为暗反应减弱，所需的ATP和NADPH减少，光反应强度减弱。
[答案] (1)C3 (2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍 当CO2浓度突然降低时，C5的再生速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累 (3)高 (4)低 CO2浓度低时，暗反应的强度低，所需的ATP和NADPH少
判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来源和去路是否平衡进行分析。
(1)来源去路，则物质含量相对稳定。
(2)来源不变，去路增加，或来源减少，去路不变，则物质含量减少。
(3)来源不变，去路减少，或来源增加，去路不变，则物质含量增加。
1．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。
3．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。4．光合作用中的物质转变：
(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O)和14C5。
O―→18O2。
5．光合作用的能量转变：光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
1．(链接P102思考·讨论)下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是 ( )
A．卡尔文的实验能说明光合作用需要原料CO2
B．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C．阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法同时标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O
D [卡尔文的实验探究了暗反应过程中CO2中的碳的转移途径，能够说明光合作用需要原料CO2，A正确；希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，B正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现这一过程总是与水的光解相伴随，C正确；鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法分别标记CO2和H2O，证明光合作用释放的O2来自H2O，D错误。]
2．(链接P103图5-14)下图为光合作用过程的示意图，甲、乙、丙是相关的结构，a～e是相关物质，下列说法错误的是 ( )
A．b是O2，可参与有氧呼吸的第三阶段
B．c是CO2，利用CO2的场所是丙
C．甲是类囊体，其薄膜上的光合色素将光能转化成化学能储存在e和f中
D．暗反应必须在黑暗条件下进行
D [由题图可知，b是O2，可以进入线粒体参与有氧呼吸的第三阶段，A正确；c是CO2，丙是叶绿体基质，CO2固定的场所是叶绿体基质，B正确；甲是类囊体，类囊体薄膜上的光合色素吸收光能，将光能转化成化学能储存在e(ATP)和f(NADPH)中，C正确；无论有无光照，暗反应都可以进行，黑暗条件下，由于没有持续的光反应提供的ATP和NADPH等，暗反应将不能持续进行，D错误。]
3．(链接P106概念检测T2)如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是 ( )
A．CO2→叶绿素→ADP
B．CO2→叶绿素→ATP
C．CO2→五碳化合物→糖类
D．CO2→三碳化合物→糖类
D [由暗反应中CO2的固定过程可知，CO2中的碳原子首先转移到三碳化合物中，然后进行三碳化合物的还原，碳原子又转移到有机物中，即碳原子的转移途径为：CO2→三碳化合物→糖类，D正确。]
4．(链接P104思考·讨论)下表为水稻光反应和暗反应的部分比较项目，下列说法正确的是( )
项目 光反应 暗反应
实质 光能转化为化学能，并放出O2 A
条件 B 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可
场所 C 在叶绿体基质中进行
物质转化 ①水的光解 ②ATP的合成 ③NADPH的合成 ①CO2的固定 ②C3的还原
能量转化 光能→活跃的化学能 D
A．A为利用光反应产生的O2同化 CO2形成有机物
B．B为色素、光、水、ADP、NADP＋、Pi，不需要酶
C．C为在叶绿体的内膜上进行
D．D为活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
D [暗反应实质上是将利用光反应产生的NADPH和ATP将CO2转化成有机物，A错误；光合作用光反应阶段需要色素、光、水、ADP、NADP＋、Pi，也需要酶的参与，B错误；光合作用光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行，C错误；光合作用暗反应过程能量转化是活跃的化学能→有机物中稳定的化学能，D正确。]
5．改变全球气候变暖的主要措施是减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答下列问题：
(1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示______阶段，③表示________阶段。
(2)图中表示CO2固定过程的序号是________。
(3)写出图中所示物质，B________；C________。
(4)②阶段为③阶段提供________和________。
(5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在________(用图中字母表示)中的化学能。
[解析] (1)根据光合作用对光照的需求情况，可以将光合作用分为②光反应阶段和③暗反应阶段。(2)图中表示CO2固定过程的是④。(3)图中B是水分子光解后释放的O2，C是光反应生成的ATP。(4)②光反应阶段可以为③暗反应阶段提供NADPH和ATP。(5)图中光合作用经过②光反应阶段和③暗反应阶段，A光能最终转化为储存在F有机物中的稳定的化学能。
[答案] (1)光反应 暗反应 (2)④ (3)O2 ATP (4)NADPH ATP (5)F
课时分层作业(20) 光合作用的原理
题组一 光合作用的探究历程
1．植物学家希尔发现将离体叶绿体悬浮液(含H2O不含CO2)与黄色的高铁盐(Fe3+作为氧化剂)混合，照光后发现叶绿体有气泡放出，溶液由黄色变成浅绿色(Fe2+)。下列叙述正确的是( )
A．实验说明没有CO2，叶绿体也可以进行光合作用
B．气泡中的物质可在线粒体内膜与NADPH结合产生H2O
C．本实验证明“光合作用中CO2中的C与H2O结合生成甲醛，进而生成(CH2O)”是错误的
D．遮光条件下重复上述实验也有气泡产生
C [没有CO2，离体叶绿体只是进行了光反应，不能进行完整的光合作用产生有机物，A错误；气泡中的物质为O2，可在线粒体内膜与NADH结合产生H2O，B错误；溶液颜色变化的原因是叶绿体在光照条件下发生光反应，Fe3+被光反应产生的还原性辅酶Ⅱ还原为Fe2+，C正确；遮光条件下叶绿体不能进行光反应，不能产生气泡，D错误。]
2．下图表示较强光照、温度相同且水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关实验结论不正确的是( )
A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
C [Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3的质量，A正确；④中小球藻含有O)，而①中小球藻含有(CH2O)，故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量，B正确；②与④中H2O均被18O标记，单位时间内等量小球藻消耗等量的水，剩余水的质量也相等，C错误；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放的是，而①中释放的是O2，故剩余质量①大于②，D正确。]
3．探索光合作用原理的研究历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是( )
A．恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光
B．离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应
C．鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自二氧化碳
D．卡尔文探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径
C [恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，用透过三棱镜的光照射水绵，发现需氧细菌主要分布在红光和蓝紫光照射的地方，该实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光，A正确；离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，B正确；鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自水，C错误；卡尔文利用同位素示踪法探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径，D正确。]
题组二 光合作用的原理
4．在实验室中，如果要测定藻类是否完成光反应，最好是检验其( )
A．氧气的释放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖类的合成量
A [光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物进行水的光解，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，固定二氧化碳并还原成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定藻类是否完成暗反应，C、D错误。]
5．下图为植物细胞光合作用过程的图解，下列相关叙述错误的是( )
A．图中A物质包含叶绿素和类胡萝卜素，具有吸收光能的作用
B．图中B代表O2，可供植物呼吸所用；C代表ATP，可供植物主动运输所用
C．图中C的运动方向，是从叶绿体的基粒到叶绿体基质
D．图中F过程将储存在ATP中的化学能转化为有机物中的化学能
B [绿叶中色素包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，具有吸收光能的作用，A正确；图中B代表 O2 ，光反应阶段产生的O2可以释放到叶绿体外，供植物呼吸所用，C代表ATP，光反应阶段产生的ATP只供给暗反应利用，不能供植物主动运输所用，B错误；ATP是在光反应阶段产生，供给暗反应利用，则ATP 运动方向是从叶绿体的基粒到叶绿体基质，C正确；F表示暗反应阶段，暗反应过程将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能储存起来，D正确。]
6．在适宜条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用相同强度的绿光照射，短时间内相关物质的变化，不会发生的是( )
A．O2释放减慢 B．C3含量下降
C．NADPH含量下降 D．C5含量下降
B [光源由白光变为相同强度的绿光后，光反应速率变慢，所以水的光解变慢，O2释放减慢，A不符合题意；光反应为暗反应提供NADPH、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3的还原减弱，则C3消耗量减少，C3剩余含量的相对增多，B符合题意；由于光反应变慢，所以水的光解变慢，产生的NADPH减少，导致NADPH含量下降，C不符合题意；光反应为暗反应提供NADPH、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3的还原减弱，则C5生成量减少，而C5固定CO2生成C3的过程不受影响，所以C5含量下降，D不符合题意。]
7．下图是某同学画的光合作用过程图，其中涉及的环境条件或物质用甲、乙、丙、丁表示。则下列说法正确的是( )
A．图中色素包括叶绿素、类胡萝卜素和花青素
B．图中所示的酶主要存在于类囊体薄膜上
C．甲、乙、丙、丁分别对应的是光能、O2、ATP、C3
D．若CO2浓度突然下降，则C5的含量短时间内会减少
C [花青素存在于液泡中，A错误；图中所示的酶是和暗反应有关的酶，主要存在叶绿体基质中，B错误；甲和H2O是光反应的原料，乙和NADPH及丙是光反应的产物，乙被排出，丙和ADP相互转换，所以甲为光能，乙是O2，丙是ATP，除此之外暗反应还需要CO2参与，①是CO2固定，丁是C3，C正确；若CO2浓度突然下降，CO2固定速度减慢，C5消耗速度减慢，C3还原速度暂时不变，C5生成速度不变，则C5的含量短时间内会增加，D错误。]
8．以小球藻为实验材料进行以下实验：给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间(从1 秒到数分钟)后分别杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验是通过改变光照时间来探究碳转移途径的
B．各种含14C物质出现的顺序可以说明暗反应产物出现的顺序
C．要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能延长光照时间
D．该实验用了放射性同位素示踪法
C [根据题意可知，该实验在不同的时间杀死小球藻，统计碳转移途径，A正确；碳是有机物最基本的元素，14C可以标记暗反应产物出现的顺序，B正确；仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物，因此，要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能缩短光照时间，C错误；该实验用14C标记CO2来研究C的转移途径，运用了放射性同位素示踪法，D正确。]
9．(不定项)绿色植物进行光合作用可以合成淀粉，我国科学家成功设计出了一条无绿色植物参与也能利用二氧化碳和水合成淀粉的路线(如图所示)，其中①过程是利用无机催化剂催化完成的，②③④则是在酶的催化下完成的。下列相关叙述不正确的是( )
A．图中水电解形成的产物与水光解形成的产物是相同的
B．上述路径的本质是将光能转化成有机物中活跃的化学能
C．①过程为CO2的固定，也可由叶绿体基质中的某种酶催化
D．消耗等量的CO2，上述路径积累的淀粉比植物体内积累的淀粉多
ABC [水光解形成的产物是O2、H＋和电子，图中水电解形成的产物是O2和H2，A错误；题述路径并未形成含活跃化学能的有机物，因此该路径的本质是将光能转化成有机物中稳定的化学能，B错误；①过程是CO2与H2反应生成甲醛，不是CO2的固定，不可由叶绿体基质中的某种酶催化，C错误；植物进行呼吸作用会消耗淀粉，题述过程是人工模拟淀粉的生成，不会进行呼吸作用消耗有机物，因此两者CO2消耗相同时，题述路径积累的淀粉多，D正确。]
10．(不定项)植物对光的吸收是有选择性的，但不同绿色植物对光的吸收光谱基本相同，就红、黄、绿、蓝这几种波长的光而言，叶片对其吸收能力大小为蓝>红>黄>绿。下列相关叙述不正确的是 ( )
A．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行
B．光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2
C．突然中断光照，短时间内C3的量会减少，(CH2O)的量也会减少
D．用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用黄光照射时产生的有机物更多
ACD [光反应必须在光照下进行，暗反应并非必须在暗处才能进行，A错误；光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2，B正确；突然中断光照，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，短时间内C3的量会增加，(CH2O)的量会减少，C错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用蓝光照射时产生的有机物更多，D错误。]
11．(13分)番茄叶肉细胞光合作用的部分过程如图1所示，序号表示过程，Rubisco是①过程需要的酶；甲、乙是参与②过程的两种物质，其中乙是一种还原剂。回答下列问题。
(1)图1中的Rubisco位于叶绿体___________________________________；
为②过程提供能量的是______________。
(2)某科研人员将一株番茄放入密闭玻璃罩中，给予适当光照和适量含有14C的CO2，则14C在光合作用中的转移途径是________________________(结合图1，用文字/字母和箭头回答)；若实验持续30分钟后补充含有14C的CO2，则短时间内3-磷酸甘油酸的含量将______________(填“减少”“不变”或“增加”)。
(3)O2和CO2竞争性与Rubisco结合，进而进行光呼吸，主要过程如图2所示。
光呼吸可以为光合作用提供________________________，从改变环境条件的角度提出一个能降低水稻光呼吸速率的建议：_______________________________
_____________________________________。
[解析] (1)图1中的Rubisco催化CO2固定，CO2固定发生在叶绿体基质，因此Rubisco位于叶绿体基质；甲、乙是参与②过程的两种物质，其中乙是一种还原剂，说明甲是ATP，乙是NADPH，ATP和NADPH都能为②过程提供能量。(2)据图1可知，CO2能与核酮糖-1，5-二磷酸结合形成3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸能被还原形成(CH2O)和核酮糖-1，5-二磷酸，因此14C在光合作用中的转移途径是14CO2→3-磷酸甘油酸→(14CH2O)；若实验持续30分钟后补充含有14C的CO2，则CO2的供应量增加，CO2固定速率增加，短时间内3-磷酸甘油酸(即C3)的含量将增加。(3)据图2可知，光呼吸是O2与核酮糖-1，5-二磷酸在Rubisco作用下形成3-磷酸甘油酸和CO2的过程，因此光呼吸可以为光合作用提供3-磷酸甘油酸和CO2。由于O2与核酮糖-1，5-二磷酸及CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合都需要Rubisco参与，即O2和CO2竞争性与Rubisco结合，因此从改变环境条件的角度提出一个能降低水稻光呼吸速率的建议：适当增加环境中的CO2浓度，这样就能减少O2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，进而降低光呼吸速率。
[答案] (除标注外，每空2分，共13分)(1)基质 甲、乙 (2)14CO2→3-磷酸甘油酸→(14CH2O)(3分) 增加 (3)3-磷酸甘油酸和CO2 适当增加环境中的CO2浓度
(教师用书独具)
1．2020年马克斯·普朗克联同多位科学家在《科学》上发文，他们通过将菠菜的“捕光器”与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体。这种叶绿体可在细胞外工作、收集阳光，并利用由此产生的能量将CO2转化成富含能量的分子。有机物的转化过程如图所示，下列叙述正确的是( )
A．物质X是NADH，CO2浓度下降物质X的含量上升
B．通过添加不同的酶可能会制备出合成不同有机物的叶绿体
C．“捕光器”上的光合色素只能将光能转化为ATP中活跃的化学能
D．叶肉细胞和人造叶绿体合成等量的有机物时向外界释放的O2量相等
B [由图可知，物质X表示NADPH，CO2浓度下降导致CO2固定受到抑制，生成的C3减少，C3的还原变慢，则物质X的含量上升，A错误；通过将菠菜的“捕光器”与9种不同生物体的酶结合起来，制造了人造叶绿体，说明通过添加不同的酶可能会制备出合成不同有机物的叶绿体，B正确；“捕光器”上的光合色素能将光能转化为ATP和物质X(NADPH)中的化学能，进行光反应，C错误；叶肉细胞和人造叶绿体合成等量的有机物时向外界释放的O2量相比，由于人造叶绿体不存在呼吸作用消耗O2，故人造叶绿体释放的O2多，D错误。]
2．开发生物燃料替代化石燃料，可实现节能减排。下图为生物燃料生产装置示意图，据图分析合理的是( )
A．光照时，微藻光反应产生ATP和NADH供给暗反应
B．图中①为CO2，外源添加可增加产物生成量
C．图中②为暗反应阶段产生的酒精等有机物质
D．若夜间停止光照，微藻细胞内的ATP合成将停止
B [光照时，微藻产生ATP和NADPH供给暗反应，A不合理；图中①为CO2，外源添加CO2可促进海洋微藻的光合作用，进而增加产物生成量，B合理；图中②为呼吸作用产生的酒精等有机物质，C不合理；夜间停止光照，微藻细胞内可以通过呼吸作用合成ATP，D不合理。]
3．如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是( )
A．由图可知PSⅠ和PSⅡ位于类囊体薄膜上
B．从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提供了ATP和NADPH
C．由图可知电子(e－)的最初供体为H2O
D．从图中ATP的产生机制可判断膜内H＋浓度小于膜外
D [图中PSⅠ和PSⅡ可吸收光能，说明二者分布于类囊体薄膜上，A正确；光反应为暗反应提供了ATP和NADPH，B正确；由图可知，电子(e－)来自H2O的分解，即电子(e－)的最初供体为H2O，C正确；由图可知，H＋由膜内向膜外运输的同时合成ATP，说明膜内H＋浓度高于膜外，膜两侧H＋的电化学梯度为合成ATP提供能量，D错误。]
4．下图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高质子(H＋)浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。
(1)图中的A是__________，C是__________，D是__________。
(2)叶绿素a分布于________上，主要吸收____________光。
(3)若反应Ⅱ中E浓度突然降低至一半，短时间内C5的含量将__________。如果追踪E中碳元素的去向，常用________________法。
(4)过度光照将会激活膜蛋白PSBS，直接抑制反应Ⅰ中______________反应，会导致电子不能传递给____________(填字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。
[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CO2，CO2的浓度突然降低至一半，C5的消耗量减少，短时间内C5合成量不变，故C5的含量将升高，如果追踪E中碳元素的去向，常用同位素示踪法。(4)激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，因此过度光照将会激活膜蛋白PSBS，直接抑制反应Ⅰ中水的光解。电子、H＋与NADP＋结合，形成NADPH，电子在类囊体膜上的传递减少，会抑制电子、H＋与NADP＋结合的过程，即导致电子不能传递给D，所以过量的光能将不能转变为化学能。
[答案] (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
21世纪教育网(www.21cnjy.com)课时分层作业(20)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C C C A B B C C ABC ACD
11．(除标注外，每空2分，共13分)(1)基质 甲、乙 →3-磷酸甘油酸→(14CH2O)(3分) 增加 (3)3-磷酸甘油酸和CO2 适当增加环境中的CO2浓度
1．C [没有CO2，离体叶绿体只是进行了光反应，不能进行完整的光合作用产生有机物，A错误；气泡中的物质为O2，可在线粒体内膜与NADH结合产生H2O，B错误；溶液颜色变化的原因是叶绿体在光照条件下发生光反应，Fe3+被光反应产生的还原性辅酶Ⅱ还原为Fe2+，C正确；遮光条件下叶绿体不能进行光反应，不能产生气泡，D错误。]
2．C [Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3的质量，A正确；④中小球藻含有O)，而①中小球藻含有(CH2O)，故④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量，B正确；②与④中H2O均被18O标记，单位时间内等量小球藻消耗等量的水，剩余水的质量也相等，C错误；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放的是，而①中释放的是O2，故剩余质量①大于②，D正确。]
3．C [恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，用透过三棱镜的光照射水绵，发现需氧细菌主要分布在红光和蓝紫光照射的地方，该实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光，A正确；离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称为希尔反应，B正确；鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自水，C错误；卡尔文利用同位素示踪法探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径，D正确。]
4．A [光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物进行水的光解，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，固定二氧化碳并还原成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定藻类是否完成暗反应，C、D错误。]
5．B [绿叶中色素包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，具有吸收光能的作用，A正确；图中B代表 O2 ，光反应阶段产生的O2可以释放到叶绿体外供植物呼吸所用，C代表ATP，光反应阶段产生的ATP只供给暗反应利用，不能供植物主动运输所用，B错误；ATP是在光反应阶段产生，供给暗反应利用，则ATP 运动方向是从叶绿体的基粒到叶绿体基质，C正确；F表示暗反应阶段，暗反应过程将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能储存起来，D正确。]
6．B [光源由白光变为相同强度的绿光后，光反应速率变慢，所以水的光解变慢，O2释放减慢，A不符合题意；光反应为暗反应提供NADPH、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3的还原减弱，则C3消耗量减少，C3剩余含量相对增多，B符合题意；由于光反应变慢，所以水的光解变慢，产生的NADPH减少，导致NADPH含量下降，C不符合题意；光反应为暗反应提供NADPH、ATP去还原C3，光反应减弱后，导致C3的还原减弱，则C5生成量减少，而C5固定CO2生成C3的过程不受影响，所以C5含量下降，D不符合题意。]
7．C [花青素存在于液泡中，A错误；图中所示的酶是和暗反应有关的酶，主要存在叶绿体基质中，B错误；甲和H2O是光反应的原料，乙和NADPH及丙是光反应的产物，乙被排出，丙和ADP相互转换，所以甲为光能，乙是O2，丙是ATP，除此之外暗反应还需要CO2参与，①是CO2固定，丁是C3，C正确；若CO2浓度突然下降，CO2固定速度减慢，C5消耗速度减慢，C3还原速度暂时不变，C5生成速度不变，则C5的含量短时间内会增加，D错误。]
8．C [根据题意可知，该实验在不同的时间杀死小球藻，统计碳转移途径，A正确；碳是有机物最基本的元素，14C可以标记暗反应产物出现的顺序，B正确；仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物，因此，要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能缩短光照时间，C错误；该实验用14C标记CO2来研究C的转移途径，运用了放射性同位素示踪法，D正确。]
9．ABC [水光解形成的产物是O2、H＋和电子，图中水电解形成的产物是O2和H2，A错误；题述路径并未形成含活跃化学能的有机物，因此该路径的本质是将光能转化成有机物中稳定的化学能，B错误；①过程是CO2与H2反应生成甲醛，不是CO2的固定，不可由叶绿体基质中的某种酶催化，C错误；植物进行呼吸作用会消耗淀粉，题述过程是人工模拟淀粉的生成，不会进行呼吸作用消耗有机物，因此两者CO2消耗相同时，题述路径积累的淀粉多，D正确。]
10．ACD [光反应必须在光照下进行，暗反应并非必须在暗处才能进行，A错误；光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2，B正确；突然中断光照，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，短时间内C3的量会增加，(CH2O)的量会减少，C错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用蓝光照射时产生的有机物更多，D错误。]
11．(1)图1中的Rubisco催化CO2固定，CO2固定发生在叶绿体基质，因此Rubisco位于叶绿体基质；甲、乙是参与②过程的两种物质，其中乙是一种还原剂，说明甲是ATP，乙是NADPH，ATP和NADPH都能为②过程提供能量。(2)据图1可知，CO2能与核酮糖-1，5-二磷酸结合形成3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸能被还原形成(CH2O)和核酮糖-1，5-二磷酸，因此14C在光合作用中的转移途径是14CO2→3-磷酸甘油酸→(14CH2O)；若实验持续30分钟后补充含有14C的CO2，则CO2的供应量增加，CO2固定速率增加，短时间内3-磷酸甘油酸(即C3)的含量将增加。(3)据图2可知，光呼吸是O2与核酮糖-1，5-二磷酸在Rubisco作用下形成3-磷酸甘油酸和CO2的过程，因此光呼吸可以为光合作用提供3-磷酸甘油酸和CO2。由于O2与核酮糖-1，5-二磷酸及CO2与核酮糖-1，5-二磷酸结合都需要Rubisco 参与，即O2和CO2竞争性与Rubisco结合，因此从改变环境条件的角度提出一个能降低水稻光呼吸速率的建议：适当增加环境中的CO2浓度，这样就能减少O2与核酮糖-1，5-二磷酸结合，进而降低光呼吸速率。课时分层作业(20) 光合作用的原理
(本套共11小题，共35分。第1～8小题，每小题2分；第9、10小题，每小题3分；第11小题13分。)
题组一 光合作用的探究历程
1．植物学家希尔发现将离体叶绿体悬浮液(含H2O不含CO2)与黄色的高铁盐(Fe3+作为氧化剂)混合，照光后发现叶绿体有气泡放出，溶液由黄色变成浅绿色(Fe2+)。下列叙述正确的是( )
A．实验说明没有CO2，叶绿体也可以进行光合作用
B．气泡中的物质可在线粒体内膜与NADPH结合产生H2O
C．本实验证明“光合作用中CO2中的C与H2O结合生成甲醛，进而生成(CH2O)”是错误的
D．遮光条件下重复上述实验也有气泡产生
2．下图表示较强光照、温度相同且水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关实验结论不正确的是( )
A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．试管①的质量大于试管②的质量
3．探索光合作用原理的研究历程中，许多科学家设计了巧妙的实验。下列说法错误的是( )
A．恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用主要利用红光和蓝紫光
B．离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气，称作希尔反应
C．鲁宾和卡门采用同位素示踪法证明释放的氧气中的氧来自二氧化碳
D．卡尔文探明了暗反应阶段二氧化碳中的碳转化为有机物中碳的途径
题组二 光合作用的原理
4．在实验室中，如果要测定藻类是否完成光反应，最好是检验其( )
A．氧气的释放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖类的合成量
5．下图为植物细胞光合作用过程的图解，下列相关叙述错误的是( )
A．图中A物质包含叶绿素和类胡萝卜素，具有吸收光能的作用
B．图中B代表O2，可供植物呼吸所用；C代表ATP，可供植物主动运输所用
C．图中C的运动方向，是从叶绿体的基粒到叶绿体基质
D．图中F过程将储存在ATP中的化学能转化为有机物中的化学能
6．在适宜条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用相同强度的绿光照射，短时间内相关物质的变化，不会发生的是( )
A．O2释放减慢 B．C3含量下降
C．NADPH含量下降 D．C5含量下降
7．下图是某同学画的光合作用过程图，其中涉及的环境条件或物质用甲、乙、丙、丁表示。则下列说法正确的是( )
A．图中色素包括叶绿素、类胡萝卜素和花青素
B．图中所示的酶主要存在于类囊体薄膜上
C．甲、乙、丙、丁分别对应的是光能、O2、ATP、C3
D．若CO2浓度突然下降，则C5的含量短时间内会减少
8．以小球藻为实验材料进行以下实验：给小球藻悬浮液通入14CO2，光照一定时间(从1 秒到数分钟)后分别杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验是通过改变光照时间来探究碳转移途径的
B．各种含14C物质出现的顺序可以说明暗反应产物出现的顺序
C．要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能延长光照时间
D．该实验用了放射性同位素示踪法
9．(不定项)绿色植物进行光合作用可以合成淀粉，我国科学家成功设计出了一条无绿色植物参与也能利用二氧化碳和水合成淀粉的路线(如图所示)，其中①过程是利用无机催化剂催化完成的，②③④则是在酶的催化下完成的。下列相关叙述不正确的是( )
A．图中水电解形成的产物与水光解形成的产物是相同的
B．上述路径的本质是将光能转化成有机物中活跃的化学能
C．①过程为CO2的固定，也可由叶绿体基质中的某种酶催化
D．消耗等量的CO2，上述路径积累的淀粉比植物体内积累的淀粉多
10．(不定项)植物对光的吸收是有选择性的，但不同绿色植物对光的吸收光谱基本相同，就红、黄、绿、蓝这几种波长的光而言，叶片对其吸收能力大小为蓝>红>黄>绿。下列相关叙述不正确的是 ( )
A．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行
B．光合作用过程中产生的(CH2O)中的氧来自CO2
C．突然中断光照，短时间内C3的量会减少，(CH2O)的量也会减少
D．用相同强度的蓝光和黄光照射植物，用黄光照射时产生的有机物更多
11．(13分)番茄叶肉细胞光合作用的部分过程如图1所示，序号表示过程，Rubisco是①过程需要的酶；甲、乙是参与②过程的两种物质，其中乙是一种还原剂。回答下列问题。
(1)图1中的Rubisco位于叶绿体________________________________________；
为②过程提供能量的是_______________________________________________。
(2)某科研人员将一株番茄放入密闭玻璃罩中，给予适当光照和适量含有14C的CO2，则14C在光合作用中的转移途径是______________________________(结合图1，用文字/字母和箭头回答)；若实验持续30分钟后补充含有14C的CO2，则短时间内3-磷酸甘油酸的含量将________(填“减少”“不变”或“增加”)。
(3)O2和CO2竞争性与Rubisco结合，进而进行光呼吸，主要过程如图2所示。
光呼吸可以为光合作用提供________________________，从改变环境条件的角度提出一个能降低水稻光呼吸速率的建议：_________________________________
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