(共102张PPT)
第4节 光合作用与能量转化
第2课时 光合作用的原理
任务一 科学史实——光合作用的部分探
究实验
任务二 光合作用的原理
任务三 环境骤变时叶肉细胞内物质的变
化规律
一、光合作用的概念
1.概念:绿色植物通过________，利用______，将__________和____
转化成储存着能量的有机物，并且释放出______的过程。
2.反应式:
叶绿体
光能
二氧化碳
水
氧气
光能
二、光合作用的过程
光合作用根据是否需要______,分为________和________(碳反应)两
个阶段。
光能
光反应
暗反应
1.光反应阶段(必须有光才能进行)
(1)场所:叶绿体______________。
(2)光合色素吸收的光能的两个用途
类囊体的薄膜
①水的光解：将水分解为_______和____。的形成: 与
______________________结合,形成活泼的还原剂_________________
________,同时储存部分能量。
② 的合成:在有关酶的催化作用下,提供能量促使_____与___反应
形成_____。
氧
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
2.暗反应阶段(不直接依赖光)
(1)场所:____________。
(2)过程(________循环)
①的固定: 在特定酶的作用下与____结合形成_______分子。
叶绿体基质
②的还原: 接受_____和________释放的能量,并且被________还
原,一些接受能量并被还原的 ，在酶的作用下经过一系列的反应转
化为______;另一些接受能量并被还原的 经过一系列变化,又形成
____。
卡尔文
2个
糖类
(1)鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用释放的氧气中的氧来
自于水。( )
√
(2)光反应的过程不需要酶的参与。( )
×
[解析] 光反应过程需要酶和色素的参与。
(3)光合作用光反应的场所是叶绿体内膜。( )
×
[解析] 光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。
(4)光反应完成能量转化过程,暗反应完成物质转变过程。( )
×
[解析] 光反应和暗反应均发生物质转变和能量转变。
(5)光合作用中 的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。( )
×
[解析] 光合作用中 的移动方向是从类囊体薄膜到叶绿体基质。
(6)暗反应中， 既提供能量，也作为还原剂。( )
√
(7)光合作用中光反应必须有光才可以进行，暗反应没有光也可长时
间进行。( )
×
[解析] 暗反应需要光反应提供的和 ，没有光，暗反应不
能长时间进行。
任务一 科学史实——光合作用的部分探究实验
【资料】 阅读教材P102“探索光
合作用原理的部分实验”。
1.19世纪末，科学界普遍认为光合
作用过程如下：
2.1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光
合作用转化成糖。
3.1937年，希尔(英国)实验
(1)希尔的实验表达式
(2)结论：______________________________________________。
离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气
4.1941年，鲁宾(美国)和卡门(美国)实验
(1)实验思路：用____________法来研究光合作用中氧气的来源。
同位素示踪
(2)研究过程
(3)本实验的自变量是_________________。因变量是______________
_______。
(4)结论：__________________________________________。
标记的化合物
氧气的相对分
子质量
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自于水
(5)若只做标记中的实验或只做标记中的 的实验,能否证明
光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水 为什么
[答案] 不能。若只做标记中 的实验,只能证明光合作用释放的
氧气中的氧元素可来自，但不能排除来自 的可能性。若只做
标记中的 的实验,只能证明光合作用释放的氧气中的氧元素不来
自 ，但不能确定来自水。
5.1954年，阿尔农(美国)发现光照下叶绿体可合成_____，1957年他
发现这一过程总是与__________相伴随。
水的光解
［小结］光合作用释放的氧气中的氧元素来自水，氧气的产生和糖
类的合成不是同一个化学反应，而是分阶段进行的。
例1 下图为鲁宾和卡门实验的示
意图,图中A物质和B物质的相对分
子质量之比是( )
A. B. C. D.
[解析] 光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水,故A物质是 ,B物
质是,所以图中A物质和B物质的相对分子质量之比为 ,C正确。
√
例2 ［2024·江苏南通高一期末］ 下列关于探索光合作用原理的部
分实验的叙述，错误的是( )
A.希尔发现，在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐，在黑暗中可以释放
出
B.鲁宾和卡门利用同位素示踪技术，证明了光合作用产物 中的氧
来源于
C.恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
D.与恩格尔曼的水绵实验相比，希尔的实验排除了细胞内其他结构
的影响
√
[解析] 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，
在光照下可以释放出氧气，A错误；鲁宾和卡门用同位素示踪法
(用 分别标记水和二氧化碳)证明了光合作用产物氧气中的氧全部
来自水，B正确；恩格尔曼采用水绵、需氧细菌和极细光束进行对照
实验，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，C正确；希
尔的实验将叶绿体离体，与细胞内其他结构分开，排除了其他结构
在光合作用中可能造成的影响，D正确。
任务二 光合作用的原理
【资料】 1946年后，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，通过一个带有开关的通气管向容器中通入
，密闭容器周围有光源，通过电源开关来控制光照。
实验一：他向密闭容器中通入，当反应进行到时， 出现
在一种五碳化合物和一种六碳糖中，将反应时间缩短到
时，出现在一种三碳化合物 中。
实验二:卡尔文通过改变实验条件探究光合作用过程中固定 的化
合物，他发现，如果突然停止供应，则 的含量快速升高。
卡尔文还通过实验证明反应过程需要消耗与 。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。
(1)实验一说明 中C的转移路径是_ ______________(用文字和箭头
表示)。上述实验中卡尔文是通过控制__________来探究 中碳原
子转移路径的。
反应时间
(2)实验二说明固定 的物质是____。
【模型】 下图为光合作用过程图解。
注:水分解为氧和 的同时,被叶绿体夺去两个电子,电子经传递,可用
于与结合形成 。
1.图解中的 Ⅰ、Ⅱ 阶段分别是指光合作用的________阶段和________
阶段。
光反应
暗反应
2.分析图解，列表比较光反应和暗反应(碳反应)。
比较项目 光反应 暗反应(碳反应)
条件
场所 叶绿体的____________ ____________
色素
、
类囊体薄膜
叶绿体基质
比较项目 光反应 暗反应(碳反应)
物质变化
续表
比较项目 光反应 暗反应(碳反应)
能量变化
实质 光能转变为化学能并释 放______
关系 (1)光反应为暗反应提供________和_____；暗反应为光反 应提供_________________。即两个反应阶段相辅相成, 密切联系 (2)没有光反应,暗反应无法长时间进行；暗反应受阻,光反 应因产物积累也不能正常进行。可见,二者相互制约 、
、
氧气
有机物
、和
续表
3.思考并回答下列问题。
(1)科学家在探究光合作用过程中 和C转移途径时所使用的科学方法
是什么
[答案] 同位素示踪法。
(2)请写出光合作用过程中各元素的转移途径：
(3)若光反应突然停止,暗反应是否立刻停止？试简要说明原因。
[答案] 不是。因为光反应的产物、 还可以使暗反应进行
一段时间。
光合作用的原理
光合作用产生的有机物，不仅供植物体自身利用，还养活了包括你我
在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
例3 如图表示植物光合作用的一个阶段，下列关于该反应阶段的叙
述，错误的是( )
A.该反应的场所是叶绿体基质
B.需要多种酶、、和 等
的参与
C. 的碳原子转移途径是
D.将和 中的化学能转化为
中的化学能
√
[解析] 题图所示为暗反应过程，场所是
叶绿体基质，A正确；题图所示为暗反
应过程，该过程需要多种酶、 和光
反应提供的和 等的参与，B
正确； 的碳原子转移途径：首先经
过的固定转移到中，然后再经过的还原，转移到和 中，
C错误；题图所示为暗反应过程，该过程将和 中活跃的化学
能转化为 中稳定的化学能，D正确。
例4 下图为绿色植物光合作用图解,下列叙述正确的是( )
A.①是光合色素,分布在细胞质基质中
B.②是氧气,在类囊体薄膜上产生
C.③是五碳化合物,能被还原为
D.④是 ,在叶绿体基质中生成
√
[解析] ①是光合色素,分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;②是氧气,
在类囊体薄膜上产生,来自于光反应过程中水的光解,B正确;③是三碳
化合物,被还原后经一系统变化形成、,C错误;④是 ,在叶
绿体的类囊体薄膜上产生,在叶绿体基质中被消耗,D错误。
任务三 环境骤变时叶肉细胞内物质的变化规律
(1)“来源—去路法”分析物质含量的变化(下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示
的固定,Ⅲ表示 的还原)
↓
↓
(2)“模型法”表示、、、 的含量变化
①图A中曲线甲表示____，曲线乙表示__________________.
②图B中曲线甲表示__________________，曲线乙表示____。
③图C中曲线甲表示__________________，曲线乙表示____。
④图D中曲线甲表示____，曲线乙表示__________________。
、、
、、
、、
、、
［注意］起始值高于，且约是 的2倍。
例5 ［2024·江苏南京高一期末］ 正常光照培养绿藻一段时间后，
用黑布遮住培养瓶，绿藻细胞中短时间内可能发生的是( )
A.的产生停止 B. 的固定加快
C. 含量上升 D.有机物合成加快
[解析] 用黑布遮住培养瓶，没有光照，不能进行光反应，导致 的
产生停止，和 不能产生，二者含量下降，导致暗反应减
弱， 的固定减弱，有机物合成减慢，故选A。
√
例6 下图表示某植物叶片暗反应
中和 相对浓度的变化趋势，
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
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的和
B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中和 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
光照强度或者降低 浓度。下列分析正确的是( )
√
[解析] 因为暗反应中和 生
成2分子 ,所以在适宜条件下，叶
肉细胞中是 的2倍，因此，题
图中甲是，乙是 。图中物质
甲与二氧化碳结合形成乙 ，该过程只需要酶的催化，不需要消耗光
反应提供的和 ，A错误；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，
如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度，那么增加， 减少，与
题图的走势不符合，B错误；浓度降低，由于供应量减少， 消
耗减少，而 还原正常进行，所
以 (甲)含量会上升，叶绿体中
和的积累是 浓度降
低导致的结果，C错误；Ⅱ阶段改
变的条件 (降低 浓度)主要影响
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，
D正确。
课外拓展——光合作用过程的特殊途径
1.途径和植物
一些植物对的固定反应是在叶肉细胞的细胞质基质中进行的，在
磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(羧化酶)的催化下将连接到磷酸烯
醇式丙酮酸上，形成四碳化合物——草酰乙酸，这种固定
的方式称为途径。草酰乙酸被转变成其他的四碳酸(苹果酸和天冬
氨酸)后运输到维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中被降解成和丙
酮酸，在维管束鞘细胞中进入卡尔文循环(途径)。由于羧
化酶的活性很高，所以转运到叶肉细胞中的的浓度较高，大约是
空气中的十倍。因此植物具有两条固定的途径，即途径和
途径。植物通常分布在热带地区，光合作用效率较植物高，
对的利用率也较植物高，如玉米就属于植物。
例7 玉米叶片具有特殊的结构，其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可
以利用羧化酶固定较低浓度的 ，并转移到维管束鞘细胞中释
放，参与光合作用的暗反应。据图分析，下列说法不正确的是
( )
甲
A.维管束鞘细胞的叶绿体能进行
正常的光反应
B.维管束鞘细胞中暗反应过程仍需
要和
C. 羧化酶对环境中较低浓度的
具有富集作用
D.玉米特殊的结构和功能，使其
更适应高温干旱环境
√
甲
[解析] 由题图甲可知，维管束鞘
细胞的叶绿体没有基粒，所以维
管束鞘细胞的叶绿体不能进行正
常的光反应，A错误；维管束鞘细
胞中的暗反应过程需要光反应提
供的和 ，B正确；由题
图乙可知，羧化酶可催化 与
低浓度的生成 ，可富集环境
甲
中较低浓度的 ，C正确；在外
界 供应不足时，玉米维管束鞘
细胞周围的叶肉细胞可以利用
羧化酶固定较低浓度的 ，并转
移到维管束鞘细胞中释放，提高
光合效率，使其更适应高温干旱
环境，D正确。
甲
2.景天酸途径( 途径)：发现于景天属植物的一种特殊二氧化碳固
定形式。其特点是在夜间细胞中磷酸烯醇式丙酮酸 作为二氧化
碳接受体，在羧化酶催化下，形成草酰乙酸 ，再还原成苹
果酸，并贮于液泡中；白天苹果酸则由液泡转入叶绿体中进行脱羧
释放二氧化碳，再通过卡尔文循环转变成糖。
例8 ［2024·湖南邵阳高一月考］ 图示为生活在干旱地区的景天科
植物 代谢途径示意图，下列叙述错误的是( )
A.景天科植物形成草酰乙酸 的场所是细胞质基质
B.景天科植物被固定形成 的场所是叶绿体基质
C.甲发生在白天，乙发生在夜晚
D.景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高，酶B活性低
√
[解析] 由题干可知途径是气孔打开时，与
外界进入的 反应生成草酰乙酸 ，并进一
步被还原成苹果酸，该过程发生在细胞质基质，A
正确。二氧化碳被固定形成草酰乙酸的场所是细胞
质基质，被固定形成 的场所在叶绿体基质，B正
确。甲过程气孔打开时，与外界进入的反
应生成草酰乙酸 ，并进一步被还原成苹果酸，
该过程发生在夜晚；乙过程表示气孔关闭时，苹果
酸又可分解释放，释放出的 可进入叶绿体
[解析] 参与卡尔文循环，该过程发生在白天，C错误。夜晚合成苹果
酸，因此甲过程比较旺盛，酶A活性高，酶B活性低，D正确。
备用习题
1.1937年，植物生理学家希尔将叶绿体分离后置于试管中，加入1%的
DCPIP(DCPIP是一种可以接受氢的化合物，被氧化时是蓝色的，被还原
时是无色的)后，将试管置于光下，发现溶液由蓝色变成无色并放出氧气，
以上实验证明了( )
A.光合作用产生的氧气来自于H2O
B.光合作用过程中能产生还原剂和O2
C.光合作用的光反应发生的场所
D.光合作用的暗反应发生的场所
√
[解析] 判断光合作用产生的氧气的来源需用同位素示踪法，本实验无
法判断光合作用产生的氧气的来源，A错误;溶液由蓝色变成无色，并
放出氧气，说明光合作用过程中能产生还原剂和O2，B正确;本实验不
能判断光合作用的光反应的场所，C错误;本实验不能判断光合作用的
暗反应的场所，D错误。
2.基于对叶绿体和光合作用的认识，下列叙述错误的是( )
A.黑暗条件下，叶绿体不能将 ATP 中的能量转化为有机物中的能量
B.叶绿体基质中含有与光合作用有关的酶，有利于 CO2 固定与还原
C.叶绿体中的色素吸收的光能可转换成 ATP 与 NADPH 中的化学能
D.在外界二氧化碳浓度稳定时，叶绿体中的 C3 含量是 C5 含量的两倍
√
[解析] ATP 中的能量转化为有机物中的能量发生在暗反应阶段，而暗
反应阶段可以不需要光照，A错误；叶绿体基质是暗反应发生的场所，
含有与光合作用暗反应有关的酶，有利于 CO2 的固定与还原，B正确；
光反应阶段发生在叶绿体的类囊体薄膜上，其含有的色素能够吸收光
能，并能够将光能转换成 ATP 与 NADPH 中的化学能，C正确；一分
子二氧化碳与一分子五碳化合物生成两分子三碳化合物，因此在外界
二氧化碳浓度稳定时，二氧化碳的固定速率与三碳化合物的还原速率
相等，叶绿体中的三碳化合物含量是五碳化合物含量的两倍，D正确。
3.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，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和NADPH释放的能量并被NADPH
还原，D正确。
4.在光合作用的光反应中，叶绿素吸收的光能会被转化成电子进行传递。
电子从光系统I（PSⅡ）通过细胞色素b6f和质体蓝素（PC）转移到光系
统I（PSI），最终生成NADPH。除此之外，PSⅡ还负责光合生物中水的
光依赖性氧化，同时释放氧气和质子（H+），质子可以推动ATP合成，
过程如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.叶绿体类囊体薄膜上有参
与光能转换为化学能的酶
B.破坏PSⅡ会影响光反应中
氧气的释放和ATP的合成
C.若降低A侧的pH，则有利
于光反应过程中产生ATP
D.通过光合电子传递链，光能最终转化到了NADPH和ATP中
√
[解析] 光反应中光能转化为了NADPH和ATP中活跃的化学能，由图可知，
NADPH和ATP在类囊体薄膜上合成，因此叶绿体类囊体薄膜上有参与光能
转换为化学能的酶，A正确；氧气的释放在PSⅡ中发生，说明破坏PSⅡ会直
接影响光合作用过程中氧气的释放，水光解产生的H+由B侧向A侧运输可促
进ATP合成，因此破坏PSⅡ也会影响ATP的合成，B正确；降低A侧pH，会
使膜外侧的H+浓度升高，不利于H+通过协助扩散运输到
膜外，不利于ATP的合成，C错误；
叶绿素吸收光能后，在PSII发生H2O
的光解，释放势能高的e ，通过光合
电子传递链，光能最终转化为ATP和
NADPH中的化学能，D正确。
5.淀粉和蔗糖是西瓜叶片光合作用的两个主要末端产物，蔗糖是光合
产物从叶片向各器官移动的主要形式，淀粉只是一种暂贮形式。蔗糖
从叶片中输出会减少叶肉细胞中淀粉的积累。淀粉和蔗糖生物合成的
两条途径会竞争共同底物磷酸丙糖。磷酸转运器能将磷酸丙糖不断运
到叶绿体外，同时将释放的Pi运回叶绿体基质。下图是西瓜叶肉细胞
中的部分生理过程示意图，请回答下列问题：
(1)图中物质A是 ，物质B产生的场所是 ，物质B还
可参与叶肉细胞的 （填生理活动），物质a
（填名称）可用于CO2参与的________阶段。
H2O
类囊体薄膜
有氧呼吸（或细胞呼吸）
ATP和NADPH
暗反应
[解析] 分析题图可知：物质A是H2O，物质B是O2，a是NADPH和ATP，
b是NADP+、Pi和ADP，O2的产生场所是类囊体薄膜，可以参与叶肉细
胞的有氧呼吸，NADPH和ATP用于暗反应阶段。
(2)当Pi缺乏时，磷酸丙糖从叶绿体中输出 （“增多”或“减少”），
在农业生产上可采取 措施增加蔗糖的合成。
减少
增施适量无机磷肥
[解析] 当Pi缺乏，磷酸转运器不能将磷酸丙糖运出叶绿体，导致输出
量减少；农业生产上可以采取增施适量无机磷肥的措施增加蔗糖的合
成，从而增加蔗糖的合成。
(2)当磷酸转运器的工作效率下降时，可能会导致
（答出2点即可）。
叶绿体内淀粉含量升
高、叶肉细胞内蔗糖含量下降、光合速率下降
[解析] 磷酸转运器可以将磷酸丙糖运出叶绿体，同时将Pi从细胞质中
运入叶绿体，如果磷酸转运器的活性降低，则会造成叶绿体内磷酸丙
糖积累，磷酸丙糖将合成淀粉，造成叶绿体内淀粉含量升高、叶肉细
胞内蔗糖含量下降，同时由于ATP和NADPH积累，抑制了光反应，光
合速率下降。
练习册
［ 题，每题2分，共18分］
知识点一 科学史实—— 光合作用的部分探究实验
1.［2024·天津武清区高一月考］下列关于光合作用探究历程中几位科
学家研究方法及结论的叙述，错误的是( )
A.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体能吸收光能用于光
合作用放氧
B.希尔利用离体叶绿体和氧化剂证明植物光合作用可以合成
C.鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用产生的氧气中的氧元素
全部来自于水
D.阿尔农发现，在光照下，叶绿体可以合成 ，而且这一过程伴随着
水的光解
√
[解析] 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，
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，但是不能证明植物光合作用可以合成 ，B错误。
2.1937年,英国植物学家希尔首次获得了叶片研磨后的离体叶绿体悬
浮液,将此悬浮液含,不含与黄色的高铁 盐混合,照光
后发现叶绿体有气泡放出,溶液由黄色变为浅绿色 。上述过程
( )
A.需要 提供能量 B.不需要光合色素参与
C.产生了氧气 D.在遮光条件下也能发生
[解析] 照光后叶绿体有气泡放出,说明其进行了光合作用产生了 ,
合成了,不需要分解 提供能量,A错误，C正确;进行光合作用需
要光合色素参与,B错误;光反应的发生需要光照,在遮光条件下不能发
生,D错误。
√
知识点二 光合作用的原理
3.［2024·江苏扬州高一期中］关于光反应的叙述，正确的是( )
A.光反应的场所在叶绿体内膜上
B.光反应为暗反应提供了
C.光反应为暗反应提供了和
D.光反应实现了活泼化学能向稳定化学能的转变
√
[解析] 光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，A错误；光反应可以
为暗反应提供和,暗反应可以为光反应提供、
和 ,B正确，C错误；光反应与暗反应都可以完成能量的转化和物质
的转变，光反应实现了从光能到 中活跃的化学能的转变，D错误。
4.［教材P106 T2改编］ 卡尔文用标记的 追踪光合作用中
放射性 的转移途径，其结果为( )
A. 乙醇 糖类 B. 三碳化合物 糖类
C. 五碳化合物 D. 糖类
[解析] 根据暗反应过程可知，先进行二氧化碳的固定碳原子转移到
三碳化合物中，然后进行三碳化合物的还原，所以碳原子又转移到
有机物中，即 三碳化合物 糖类，B正确。
√
5.［2024·河北承德高一期末］如
图为叶绿体结构与功能示意图，
下列说法不正确的是( )
A.光合作用光反应阶段产生 的场所是结构A
B.蓝细菌细胞内不含上述结构，也能发生光合作用
C. 在结构A中产生，在结构B中被消耗，能量储存在甲中
D.如果突然停止光照，短时间内 的含量将会减少
√
[解析] 题图中A为类囊体薄膜，B
为叶绿体基质，光合作用的光反
应阶段中的水光解能产生 ，
光反应的场所为叶绿体的类囊体
薄膜，即图中结构A， 是细
胞呼吸过程中产生的，A错误；蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，但含
有光合色素和与光合作用有关的酶，也能进行光合作用，B正确；A为
类囊体薄膜，B为叶绿体基质，光反应阶段在结构A中产生的 被结构
B中进行的暗反应消耗，经光合作
用，最终将光能转变成稳定的化
学能储存在有机物甲中，C正确；
突然停止光照，光反应停止，
和 不能形成，暗反应
过程中还原形成 的过程受阻，同时二氧化碳与结合形成 的
过程仍然进行，因此短时间内 含量会减少，D正确。
6.［2024·云南丽江高一月考］将单细胞绿藻置于 、适宜的光照
和充足的 条件下进行培养，经过一段时间后，突然停止光照，发
现绿藻体内的 含量突然上升，这是由于( )
①光反应停止，不能形成和
②光反应仍进行，形成和
③暗反应仍进行，与结合，继续形成
的还原停止，由于缺少和，不能继续将 还原成糖
类等有机物，因此积累了许多
A.②③④ B.①②③ C.①③④ D.①②④
√
[解析] 将单细胞绿藻置于适宜的光照和充足的 条件下培养，
经过一段时间后，突然停止光照，光反应阶段停止，无法产生
和 ，①正确，②错误；暗反应无光条件也可以进行，故
二氧化碳的固定继续进行，与结合，继续形成 ，③正确；光
反应阶段停止，无法产生和，无法还原，导致 的含
量上升，④正确。综上所述，①③④正确，故选C。
7.［2024·北京海淀区高一期末］下图为光合作用过程示意图，其中
A表示结构，①②③④表示有关物质。下列说法错误的是( )
A.①②③分别是、、
B.的固定是 与④结合的过程
C.中稳定的化学能只来自
D.A的基本支架是磷脂双分子层
√
[解析] 根据光合作用的过程，可知①表示，②表示 ，③表
示，A正确；的固定是与 在酶催化下结合形成
两分子的过程，B正确；光合作用的光反应产生的、 均
可以为三碳化合物的还原提供能量，C错误；A表示叶绿体的类囊体
薄膜，其基本支架是磷脂双分子层，D正确。
8.我国科学家设计了一种如图所示的人造淀粉合成代谢路线 ，
成功将和 转化为淀粉。下列说法错误的是( )
A.①②过程模拟暗反应中的固定，③过程模拟 的还原
B.植物体内的还原过程需要光反应提供和
C.该过程与植物光合作用的本质都是将电能转化成化学能储存于有
机物中
D.利用 产生的淀粉经过水解可以为细胞呼吸提供底物
√
[解析] 分析题图，①②过程模拟暗反应中 的固定，③过程模拟
暗反应中的还原，A正确；在有关酶的催化作用下， 接受光反
应提供的和释放的能量，并且被 还原，该过程为
植物体内 的还原，B正确；植物光合作用的本质是利用光能将二氧
化碳和水转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，C错
误； 是人工合成淀粉的路线，产生的淀粉经过水解可以为细胞
呼吸提供底物，D正确。
9.1954年，阿尔农在无 条件下，给离体的叶绿体照光时发现，当
向反应体系中加入、和时，会生成、 ，这
一过程总是与水的光解相伴随。1963年，贾格道夫等科学家在黑暗
条件下利用离体类囊体进行了如图所示的实验，一段时间后有
产生。以下有关离体类囊体实验的推测，不合理的是( )
A.在黑暗中实验的主要目的是将已有的葡萄糖和淀粉耗尽
B.类囊体合成与其膜内外 的浓度差密切相关
C.、合成可能需要类囊体上 合成酶的催化
D. 从类囊体膜内侧转运到外侧需要转运蛋白的协助
√
[解析] 在黑暗中进行此实验的目的是排除光反应产生 的干扰，A
错误；在黑暗条件下，当类囊体膜外，膜内 ，膜内外
存在的浓度差，加入、，一段时间后会产生 ，故推测
类囊体合成与膜内外的浓度差密切相关，B正确；、 合
成可能需要类囊体上 合成酶的催化，C正确；在黑暗条件下，
当类囊体膜外，膜内，膜内的浓度较高， 从膜
内侧转运到外侧属于协助扩散，需要转运蛋白的协助， 正确。
10.(9分)［2024·福建福州高一月考］ 下图为光合作用过程示意图,图
中①②③代表生理过程。甲、乙、丙代表光合作用过程中有关物质，
回答下列问题：
(1)(4分)过程③发生在叶绿体______。甲是____、乙是______、丙是
________。
基质
[解析] 过程③是光合作用的暗反应过程，发生在叶绿体基质中。①
是水的光解，甲是氧气，②是光反应中和 的合成过程，
乙是，丙是 。
(2)(3分)人类对光合作用原理的探索经历了长期过程，①过程所需要
的能量来自____________吸收的光能，希尔反应中加入的 作为
________，被水光解产生的电子还原为 。阿尔农实验表明离体
叶绿体可以合成，光反应产生的 用于暗反应中的__________
过程。
叶绿体色素
氧化剂
的还原
[解析] ①是水的光解，发生在类囊体的薄膜上，其上有叶绿体色素，
叶绿体色素可以吸收、转化光能；希尔反应中加入的 被水光解
产生的电子还原为，所以希尔反应中加入的 作为氧化剂；
暗反应中的固定不消耗能量， 的还原需要能量和还原剂，光反
应产生的用于暗反应中的 的还原过程。
(3)(2分)树荫下光照强度弱，与阳生植物相比，阴生植物往往叶绿体
基粒结构较大，基粒的类囊体数量多，叶绿素含量也高，其意义是
__________________________________。
可以在较低光照强度下充分吸收光能
[解析] 阴生植物所处的环境中光照强度较弱，与阳生植物相比，阴
生植物往往叶绿体基粒结构较大，基粒的类囊体数量多，叶绿素含
量也高，可以使得阴生植物在较低光照强度下充分吸收光能，有利
于阴生植物的生长发育，是其对环境的一种适应性表现。
11.(10分)［2024·山东济宁高一期末］ 番茄叶肉细胞光合作用的部分
过程如图所示，序号表示过程， 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。
Ⅰ
(1)(3分)图Ⅰ中的 位于叶绿体______；为②过程提供能量的是
_______________________。
基质
甲、乙或、
Ⅰ
[解析] 图Ⅰ中的催化固定， 固定发生在叶绿体基质，
因此 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，乙是，和 都
能为②过程的还原 提供能量。
Ⅰ
(2)(3分)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
适量含有的，则 在光合作用中的转移途径是
_ ______________________________________(结合图Ⅰ，用文字/字母
和箭头回答)；若实验持续30分钟后补充
含有的 ，则短时间内 磷酸甘油
酸的含量将______(填“减少”“不变”或“增加”)。
增加
[解析] 据题图Ⅰ可知，能与核酮糖，二磷酸，结合形成
磷酸甘油酸，磷酸甘油酸能被还原形成和核酮糖，
二磷酸，因此给予适当光照和适量含有的，则 在光合作用
中的转移途径见答案。若实验持续30分
钟后补充含有的 ，则 的供应
量增加，固定增加，短时间内磷
酸甘油酸即 的含量将增加。
(3)(4分)和竞争性与 结合，进而进行光呼吸
(指植物在光下吸收、产生 的现象)，主要过程如图Ⅱ所示。
Ⅱ
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：_______________
__________。
磷酸甘油酸和
适当增加环境中
的浓度
[解析] 据题图Ⅱ可知，光呼吸是与核酮糖， 二磷酸在
作用下形成磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸， 磷酸乙醇酸在线粒体
中转化为 的过程，因此光呼吸可以为光合作用提供磷酸甘油酸
和。由于与核酮糖，二磷酸结合及 与核酮糖，
二磷酸结合都需要参与，即和 竞争性与 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
增加环境中的浓度，
这样 就不能与核酮糖
， 二磷酸结合，进而
降低光呼吸。
【预习梳理】
一、1.叶绿体 光能 二氧化碳 水 氧气
2.光能 (CH2O)
二、光能 光反应 暗反应
1.(1)类囊体的薄膜 (2)①氧(O2) H+ 氧化型辅酶Ⅱ(NADP+) 还原型辅酶Ⅱ(NADPH) ②ADP Pi ATP
2.(1)叶绿体基质
(2)卡尔文 ①C5 2个C3 ②ATP NADPH NADPH 糖类 C5
【预习检测】
(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×
【任务活动】
任务一
[资料]
3.(2)离体叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气
4.(1)同位素示踪 (2)O2 18O2
(3)18O标记的化合物 氧气的相对分子质量
(4)光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自于水
(5)不能。若只做标记H2O中O的实验,只能证明光合作用释放的氧气中的氧元素可来自H2O,但不能排除来自CO2的可能性。若只做标记CO2中的O的实验,只能证明光合作用释放的氧气中的氧元素不来自CO2,但不能确定来自水。
5.ATP 水的光解
反馈评价
例1 C 例2 A
任务二
[资料]
(1) 反应时间 (2)C5
[模型]
1.光反应 暗反应
2.色素 H2O NADP+ ATP、NADPH 类囊体薄膜 叶绿体基质 H+ ATP NADP+ C3 ATP、NADPH ATP、NADPH 氧气 有机物 NADPH ATP ADP、Pi和NADP+
3.(1)同位素示踪法。 (2)18O2 C3 14C3 NADPH
(3)不是。因为光反应的产物ATP、NADPH还可以使暗反应进行一段时间。
反馈评价
例3 C 例4 B
任务三
(1)↑ ↓ ↓ ↑ (2)①C3 C5、NADPH、ATP ②C5、NADPH、ATP C3 ③C5、NADPH、ATP C3 ④C3 C5、NADPH、ATP
反馈评价
例5 A 例6 D
课外拓展
例7 A 例8 C
【练习册】
1.B 2.C 3.B 4.B 5.A 6.C 7.C 8.C 9.A
10.(1)基质 O2 ATP NADPH
(2)叶绿体色素 氧化剂 C3的还原
(3)可以在较低光照强度下充分吸收光能
11.(1)基质 甲、乙(或ATP、NADPH)
(2) 增加
(3)3-磷酸甘油酸和CO2 适当增加环境中的CO2浓度第4节 第2课时 光合作用的原理
【预习梳理】
一、1.叶绿体 光能 二氧化碳 水 氧气
2.光能 (CH2O)
二、光能 光反应 暗反应
1.(1)类囊体的薄膜
(2)①氧(O2) H+ 氧化型辅酶Ⅱ(NADP+) 还原型辅酶Ⅱ(NADPH) ②ADP Pi ATP
2.(1)叶绿体基质
(2)卡尔文 ①C5 2个C3 ②ATP NADPH NADPH 糖类 C5
【预习检测】
(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×
[解析] (2)光反应过程需要酶和色素的参与。
(3)光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜。
(4)光反应和暗反应均发生物质转变和能量转变。
(5)光合作用中ATP的移动方向是从类囊体薄膜到叶绿体基质。
(7)暗反应需要光反应提供的NADPH和ATP,没有光,暗反应不能长时间进行。
【任务活动】
任务一
[资料] 3.(2)离体叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气
4.(1)同位素示踪
(2)O2 18O2
(3)18O标记的化合物 氧气的相对分子质量
(4)光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自于水
(5)不能。若只做标记H2O中O的实验,只能证明光合作用释放的氧气中的氧元素可来自H2O,但不能排除来自CO2的可能性。若只做标记CO2中的O的实验,只能证明光合作用释放的氧气中的氧元素不来自CO2,但不能确定来自水。
5.ATP 水的光解
反馈评价
例1 C [解析] 光合作用释放的氧气中的氧元素来源于水,故A物质是16O2,B物质是18O2,所以图中A物质和B物质的相对分子质量之比为8∶9,C正确。
例2 A [解析] 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,在光照下可以释放出氧气,A错误;鲁宾和卡门用同位素示踪法(用18O分别标记水和二氧化碳)证明了光合作用产物氧气中的氧全部来自水,B正确;恩格尔曼采用水绵、需氧细菌和极细光束进行对照实验,直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧,C正确;希尔的实验将叶绿体离体,与细胞内其他结构分开,排除了其他结构在光合作用中可能造成的影响,D正确。
任务二
[资料] (1) 反应时间
(2)C5
[模型] 1.光反应 暗反应
2.色素 H2O NADP+ ATP、NADPH 类囊体薄膜 叶绿体基质 H+ ATP NADP+ C3 ATP、NADPH ATP、NADPH 氧气 有机物 NADPH ATP ADP、Pi和NADP+
3.(1)同位素示踪法。
(2)18O2 C3 14C3 NADPH
(3)不是。因为光反应的产物ATP、NADPH还可以使暗反应进行一段时间。
反馈评价
例3 C [解析] 题图所示为暗反应过程,场所是叶绿体基质,A正确;题图所示为暗反应过程,该过程需要多种酶、CO2和光反应提供的NADPH和ATP等的参与,B正确;CO2的碳原子转移途径:首先经过CO2的固定转移到C3中,然后再经过C3的还原,转移到(CH2O)和C5中,C错误;题图所示为暗反应过程,该过程将ATP和NADPH中活跃的化学能转化为(CH2O)中稳定的化学能,D正确。
例4 B [解析] ①是光合色素,分布在叶绿体的类囊体薄膜上,A错误;②是氧气,在类囊体薄膜上产生,来自于光反应过程中水的光解,B正确;③是三碳化合物,被还原后经一系列变化形成(CH2O)、C5,C错误;④是ATP,在叶绿体的类囊体薄膜上产生,在叶绿体基质中被消耗,D错误。
任务三
(1)↑ ↓ ↓ ↑
(2)①C3 C5、NADPH、ATP
②C5、NADPH、ATP C3
③C5、NADPH、ATP C3
④C3 C5、NADPH、ATP
反馈评价
例5 A [解析] 用黑布遮住培养瓶,没有光照,不能进行光反应,导致O2的产生停止,NADPH和ATP不能产生,二者含量下降,导致暗反应减弱,CO2的固定减弱,有机物合成减慢,故选A。
例6 D [解析] 因为暗反应中C5和CO2生成2分子C3,所以在适宜条件下,叶肉细胞中C3是C5的2倍,因此,题图中甲是C5,乙是C3。图中物质甲C5与二氧化碳结合形成乙C3,该过程只需要酶的催化,不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH,A错误;植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么C3增加,C5减少,与题图的走势不符合,B错误;CO2浓度降低,由于CO2供应量减少,C5消耗减少,而C3还原正常进行,所以C5(甲)含量会上升,叶绿体中NADPH和ATP的积累是CO2浓度降低导致的结果,C错误;Ⅱ阶段改变的条件(降低CO2浓度)主要影响暗反应的进行,所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低,D正确。
课外拓展
例7 A [解析] 由题图甲可知,维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒,所以维管束鞘细胞的叶绿体不能进行正常的光反应,A错误;维管束鞘细胞中的暗反应过程需要光反应提供的ATP和NADPH,B正确;由题图乙可知,PEP羧化酶可催化C3与低浓度的CO2生成C4,可富集环境中较低浓度的CO2,C正确;在外界CO2供应不足时,玉米维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2,并转移到维管束鞘细胞中释放,提高光合效率,使其更适应高温干旱环境,D正确。
例8 C [解析] 由题干可知CAM途径是气孔打开时,PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸(OAA),并进一步被还原成苹果酸,该过程发生在细胞质基质,A正确。二氧化碳被固定形成草酰乙酸的场所是细胞质基质,被固定形成C3的场所在叶绿体基质,B正确。甲过程气孔打开时,PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸(OAA),并进一步被还原成苹果酸,该过程发生在夜晚;乙过程表示气孔关闭时,苹果酸又可分解释放CO2,释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环,该过程发生在白天,C错误。夜晚合成苹果酸,因此甲过程比较旺盛,酶A活性高,酶B活性低,D正确。第4节 第2课时 光合作用的原理
1.B [解析] 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,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,但是不能证明植物光合作用可以合成ATP,B错误。
2.C [解析] 照光后叶绿体有气泡放出,说明其进行了光合作用产生了O2,合成了ATP,不需要分解ATP提供能量,A错误,C正确;进行光合作用需要光合色素参与,B错误;光反应的发生需要光照,在遮光条件下不能发生,D错误。
3.B [解析] 光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,A错误;光反应可以为暗反应提供NADPH 和ATP,暗反应可以为光反应提供NADP+、ADP和Pi,B正确,C错误;光反应与暗反应都可以完成能量的转化和物质的转变,光反应实现了从光能到ATP中活跃的化学能的转变,D错误。
4.B [解析] 根据暗反应过程可知,先进行二氧化碳的固定碳原子转移到三碳化合物中,然后进行三碳化合物的还原,所以碳原子又转移到有机物中,即14CO2→三碳化合物→糖类,B正确。
5.A [解析] 题图中A为类囊体薄膜,B为叶绿体基质,光合作用的光反应阶段中的水光解能产生NADPH,光反应的场所为叶绿体的类囊体薄膜,即图中结构A,NADH是细胞呼吸过程中产生的,A错误;蓝细菌是原核生物,没有叶绿体,但含有光合色素和与光合作用有关的酶,也能进行光合作用,B正确;A为类囊体薄膜,B为叶绿体基质,光反应阶段在结构A中产生的ATP被结构B中进行的暗反应消耗,经光合作用,最终将光能转变成稳定的化学能储存在有机物甲中,C正确;突然停止光照,光反应停止,NADPH和ATP不能形成,暗反应过程中C3还原形成C5的过程受阻,同时二氧化碳与C5结合形成C3的过程仍然进行,因此短时间内C5含量会减少,D正确。
6.C [解析] 将单细胞绿藻置于25 ℃适宜的光照和充足的CO2条件下培养,经过一段时间后,突然停止光照,光反应阶段停止,无法产生NADPH和ATP,①正确,②错误;暗反应无光条件也可以进行,故二氧化碳的固定继续进行,CO2与C5结合,继续形成C3,③正确;光反应阶段停止,无法产生NADPH和ATP,无法还原C3,导致C3的含量上升,④正确。综上所述,①③④正确,故选C。
7.C [解析] 根据光合作用的过程,可知①表示O2,②表示NADP+,③表示ADP+Pi,A正确;CO2的固定是CO2与④C5在酶催化下结合形成两分子C3的过程,B正确;光合作用的光反应产生的ATP、NADPH均可以为三碳化合物的还原提供能量,C错误;A表示叶绿体的类囊体薄膜,其基本支架是磷脂双分子层,D正确。
8.C [解析] 分析题图,①②过程模拟暗反应中CO2的固定,③过程模拟暗反应中C3的还原,A正确;在有关酶的催化作用下,C3接受光反应提供的ATP和NADPH释放的能量,并且被NADPH还原,该过程为植物体内C3的还原,B正确;植物光合作用的本质是利用光能将二氧化碳和水转化为有机物,同时将光能转化为有机物中的化学能,C错误;ASAP是人工合成淀粉的路线,产生的淀粉经过水解可以为细胞呼吸提供底物,D正确。
9.A [解析] 在黑暗中进行此实验的目的是排除光反应产生ATP的干扰,A错误;在黑暗条件下,当类囊体膜外pH=8,膜内pH=4,膜内外存在H+的浓度差,加入ADP、Pi,一段时间后会产生ATP,故推测类囊体合成ATP与膜内外H+的浓度差密切相关,B正确;ADP、Pi合成ATP可能需要类囊体上ATP合成酶的催化,C正确;在黑暗条件下,当类囊体膜外pH=8,膜内pH=4,膜内的H+浓度较高,H+从膜内侧转运到外侧属于协助扩散,需要转运蛋白的协助, D正确。
10.(1)基质 O2 ATP NADPH
(2)叶绿体色素 氧化剂 C3的还原
(3)可以在较低光照强度下充分吸收光能
[解析] (1)过程③是光合作用的暗反应过程,发生在叶绿体基质中。①是水的光解,甲是氧气,②是光反应中NADPH和ATP的合成过程,乙是ATP,丙是NADPH。(2)①是水的光解,发生在类囊体的薄膜上,其上有叶绿体色素,叶绿体色素可以吸收、转化光能;希尔反应中加入的Fe3+被水光解产生的电子还原为Fe2+,所以希尔反应中加入的Fe3+作为氧化剂;暗反应中CO2的固定不消耗能量,C3的还原需要能量和还原剂,光反应产生的ATP用于暗反应中的C3的还原过程。(3)阴生植物所处的环境中光照强度较弱,与阳生植物相比,阴生植物往往叶绿体基粒结构较大,基粒的类囊体数量多,叶绿素含量也高,可以使得阴生植物在较低光照强度下充分吸收光能,有利于阴生植物的生长发育,是其对环境的一种适应性表现。
11.(1)基质 甲、乙(或ATP、NADPH)
(2) 增加
(3)3-磷酸甘油酸和CO2 适当增加环境中的CO2浓度
[解析] (1)图Ⅰ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(C3的还原)提供能量。(2)据题图Ⅰ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见答案。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固定增加,短时间内3-磷酸甘油酸(即C3)的含量将增加。(3)据题图Ⅱ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2-磷酸乙醇酸,2-磷酸乙醇酸在线粒体中转化为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-1,5-二磷酸结合及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O2就不能与核酮糖-1,5-二磷酸结合,进而降低光呼吸。第4节 第2课时 光合作用的原理
一、光合作用的概念
1.概念:绿色植物通过 ,利用 ,将 和 转化成储存着能量的有机物,并且释放出 的过程。
2.反应式:CO2+H2O +O2
二、光合作用的过程
光合作用根据是否需要 ,分为 和 (碳反应)两个阶段。
1.光反应阶段(必须有光才能进行)
(1)场所:叶绿体 。
(2)光合色素吸收的光能的两个用途
①水的光解:将水分解为 和 。NADPH的形成:H+与 结合,形成活泼的还原剂 ,同时储存部分能量。
②ATP的合成:在有关酶的催化作用下,提供能量促使 与 反应形成 。
2.暗反应阶段(不直接依赖光)
(1)场所: 。
(2)过程( 循环)
①CO2的固定:CO2在特定酶的作用下与 结合形成 分子。
②C3的还原:C3接受 和 释放的能量,并且被 还原,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 ;另一些接受能量并被还原的C3经过一系列变化,又形成 。
(1)鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用释放的氧气中的氧来自于水。 ( )
(2)光反应的过程不需要酶的参与。 ( )
(3)光合作用光反应的场所是叶绿体内膜。 ( )
(4)光反应完成能量转化过程,暗反应完成物质转变过程。 ( )
(5)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。 ( )
(6)暗反应中,NADPH既提供能量,也作为还原剂。 ( )
(7)光合作用中光反应必须有光才可以进行,暗反应没有光也可长时间进行。 ( )
任务一 科学史实——光合作用的部分探究实验
【资料】阅读教材P102“探索光合作用原理的部分实验”。
1.19世纪末,科学界普遍认为光合作用过程如下:
2.1928年,科学家发现甲醛对植物有毒害作用,而且甲醛不能通过光合作用转化成糖。
3.1937年,希尔(英国)实验
(1)希尔的实验表达式
(2)结论:
。
4.1941年,鲁宾(美国)和卡门(美国)实验
(1)实验思路:用 法来研究光合作用中氧气的来源。
(2)研究过程
(3)本实验的自变量是 。因变量是 。
(4)结论: 。
(5)若只做标记H2O中O的实验或只做标记CO2中的O的实验,能否证明光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水 为什么
5.1954年,阿尔农(美国)发现光照下叶绿体可合成 ,1957年他发现这一过程总是与 相伴随。
[小结]光合作用释放的氧气中的氧元素来自水,氧气的产生和糖类的合成不是同一个化学反应,而是分阶段进行的。
例1下图为鲁宾和卡门实验的示意图,图中A物质和B物质的相对分子质量之比是 ( )
A.1∶2B.2∶1C.8∶9D.9∶8
例2[2024·江苏南通高一期末]下列关于探索光合作用原理的部分实验的叙述,错误的是 ( )
A.希尔发现,在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐,在黑暗中可以释放出O2
B.鲁宾和卡门利用同位素示踪技术,证明了光合作用产物O2中的氧来源于H2O
C.恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
D.与恩格尔曼的水绵实验相比,希尔的实验排除了细胞内其他结构的影响
任务二 光合作用的原理
【资料】1946年后,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,通过一个带有开关的通气管向容器中通入CO2,密闭容器周围有光源,通过电源开关来控制光照。
实验一:他向密闭容器中通入14CO2,当反应进行到5s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0.5s时,14C出现在一种三碳化合物(C3)中。
实验二:卡尔文通过改变实验条件探究光合作用过程中固定CO2的化合物,他发现,如果突然停止供应CO2,则C5的含量快速升高。
卡尔文还通过实验证明反应过程需要消耗ATP与NADPH。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。
(1)实验一说明CO2中C的转移路径是 (用文字和箭头表示)。上述实验中卡尔文是通过控制 来探究CO2中碳原子转移路径的。
(2)实验二说明固定CO2的物质是 。
【模型】下图为光合作用过程图解。
注:水分解为氧和H+的同时,被叶绿体夺去两个电子,电子经传递,可用于NADP+与H+结合形成NADPH。
1.图解中的Ⅰ、Ⅱ阶段分别是指光合作用的 阶段和 阶段。
2.分析图解,列表比较光反应和暗反应(碳反应)。
比较 项目 光反应 暗反应(碳反应)
条件 光能、 、酶、 、ADP、Pi、 多种酶、CO2及光反应阶段产生的
场所 叶绿体的
物质 变化 水的光解: H2O1/2O2+2 +2e- ATP的形成: ADP+Pi+能量 NADPH的形成: +2e-+H+NADPH CO2的固定: CO2+C52 C3的还原:
能量 变化 光能→ 中活跃的化学能 中活跃的化学能→化合物中稳定的化学能
实质 光能转变为化学能并释放 固定CO2形成 ,储存化学能
关系 (1)光反应为暗反应提供 和 ;暗反应为光反应提供 。即两个反应阶段相辅相成,密切联系 (2)没有光反应,暗反应无法长时间进行;暗反应受阻,光反应因产物积累也不能正常进行。可见,二者相互制约
3.思考并回答下列问题。
(1)科学家在探究光合作用过程中O和C转移途径时所使用的科学方法是什么
(2)请写出光合作用过程中各元素的转移途径:
(3)若光反应突然停止,暗反应是否立刻停止 试简要说明原因。
光合作用的原理
光合作用产生的有机物,不仅供植物体自身利用,还养活了包括你我在内的所有异养生物。光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
例3如图表示植物光合作用的一个阶段,下列关于该反应阶段的叙述,错误的是 ( )
A.该反应的场所是叶绿体基质
B.需要多种酶、NADPH、ATP和CO2等的参与
C.CO2的碳原子转移途径是CO2→C5→(CH2O)
D.将ATP和NADPH中的化学能转化为(CH2O)中的化学能
例4下图为绿色植物光合作用图解,下列叙述正确的是 ( )
A.①是光合色素,分布在细胞质基质中
B.②是氧气,在类囊体薄膜上产生
C.③是五碳化合物,能被还原为(CH2O)
D.④是ATP,在叶绿体基质中生成
任务三 环境骤变时叶肉细胞内物质的变化规律
(1)“来源—去路法”分析物质含量的变化(下图中Ⅰ表示光反应,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示C3的还原)
(2)“模型法”表示C3、C5、NADPH、ATP的含量变化
①图A中曲线甲表示 ,曲线乙表示 。
②图B中曲线甲表示 ,曲线乙表示 。
③图C中曲线甲表示 ,曲线乙表示 。
④图D中曲线甲表示 ,曲线乙表示 。
[注意]起始值C3高于C5,且C3约是C5的2倍。
例5[2024·江苏南京高一期末]正常光照培养绿藻一段时间后,用黑布遮住培养瓶,绿藻细胞中短时间内可能发生的是 ( )
A.O2的产生停止
B.CO2的固定加快
C.ATP含量上升
D.有机物合成加快
例6下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势,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。下列分析正确的是 ( )
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
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
课外拓展——光合作用过程的特殊途径1.C4途径和C4植物一些植物对CO2的固定反应是在叶肉细胞的细胞质基质中进行的,在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEP羧化酶)的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上,形成四碳化合物——草酰乙酸,这种固定CO2的方式称为C4途径。草酰乙酸被转变成其他的四碳酸(苹果酸和天冬氨酸)后运输到维管束鞘细胞,在维管束鞘细胞中被降解成CO2和丙酮酸,CO2在维管束鞘细胞中进入卡尔文循环(C3途径)。由于PEP羧化酶的活性很高,所以转运到叶肉细胞中的CO2的浓度较高,大约是空气中的十倍。因此C4植物具有两条固定CO2的途径,即C3途径和C4途径。C4植物通常分布在热带地区,光合作用效率较C3植物高,对CO2的利用率也较C3植物高,如玉米就属于C4植物。例7玉米叶片具有特殊的结构,其维管束鞘细胞周围的叶肉细胞可以利用PEP羧化酶固定较低浓度的CO2,并转移到维管束鞘细胞中释放,参与光合作用的暗反应。据图分析,下列说法不正确的是 ( )甲A.维管束鞘细胞的叶绿体能进行正常的光反应B.维管束鞘细胞中暗反应过程仍需要ATP和NADPHC.PEP羧化酶对环境中较低浓度的CO2具有富集作用D.玉米特殊的结构和功能,使其更适应高温干旱环境2.景天酸途径(CAM途径):发现于景天属植物的一种特殊二氧化碳固定形式。其特点是在夜间细胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)作为二氧化碳接受体,在PEP羧化酶催化下,形成草酰乙酸(OAA),再还原成苹果酸,并贮于液泡中;白天苹果酸则由液泡转入叶绿体中进行脱羧释放二氧化碳,再通过卡尔文循环转变成糖。例8[2024·湖南邵阳高一月考]图示为生活在干旱地区的景天科植物CAM代谢途径示意图,下列叙述错误的是( )
A.景天科植物形成草酰乙酸(OAA)的场所是细胞质基质
B.景天科植物CO2被固定形成C3的场所是叶绿体基质
C.甲发生在白天,乙发生在夜晚
D.景天科植物原产地夏季夜晚酶A活性高,酶B活性低第4节 第2课时 光合作用的原理
[1~9题,每题2分,共18分]
知识点一 科学史实—— 光合作用的部分探究实验
1.[2024·天津武清区高一月考] 下列关于光合作用探究历程中几位科学家研究方法及结论的叙述,错误的是 ( )
A.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
B.希尔利用离体叶绿体和氧化剂证明植物光合作用可以合成ATP
C.鲁宾和卡门利用同位素标记法证明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自于水
D.阿尔农发现,在光照下,叶绿体可以合成ATP,而且这一过程伴随着水的光解
2.1937年,英国植物学家希尔首次获得了叶片研磨后的离体叶绿体悬浮液,将此悬浮液(含H2O,不含CO2)与黄色的高铁(Fe3+)盐混合,照光后发现叶绿体有气泡放出,溶液由黄色变为浅绿色(Fe2+)。上述过程 ( )
A.需要ATP提供能量
B.不需要光合色素参与
C.产生了氧气
D.在遮光条件下也能发生
知识点二 光合作用的原理
3.[2024·江苏扬州高一期中] 关于光反应的叙述,正确的是 ( )
A.光反应的场所在叶绿体内膜上
B.光反应为暗反应提供了NADPH
C.光反应为暗反应提供了ADP和Pi
D.光反应实现了活泼化学能向稳定化学能的转变
4.[教材P106 T2改编] 卡尔文用14C标记的14CO2追踪光合作用中放射性14C的转移途径,其结果为( )
A.14CO2→乙醇→糖类
B.14CO2→三碳化合物→糖类
C.14CO2→五碳化合物→ATP
D.14CO2→NADPH→糖类
5.[2024·河北承德高一期末] 如图为叶绿体结构与功能示意图,下列说法不正确的是 ( )
A.光合作用光反应阶段产生NADH的场所是结构A
B.蓝细菌细胞内不含上述结构,也能发生光合作用
C.ATP在结构A中产生,在结构B中被消耗,能量储存在甲中
D.如果突然停止光照,短时间内C5的含量将会减少
6.[2024·云南丽江高一月考] 将单细胞绿藻置于25 ℃、适宜的光照和充足的CO2条件下进行培养,经过一段时间后,突然停止光照,发现绿藻体内的C3含量突然上升,这是由于 ( )
①光反应停止,不能形成NADPH和ATP
②光反应仍进行,形成ATP和NADPH
③暗反应仍进行,CO2与C5结合,继续形成C3
④C3的还原停止,由于缺少NADPH和ATP,不能继续将C3还原成糖类等有机物,因此积累了许多C3
A.②③④
B.①②③
C.①③④
D.①②④
7.[2024·北京海淀区高一期末] 下图为光合作用过程示意图,其中A表示结构,①②③④表示有关物质。下列说法错误的是 ( )
A.①②③分别是O2、NADP+、ADP+Pi
B.CO2的固定是CO2与④结合的过程
C.(CH2O)中稳定的化学能只来自NADPH
D.A的基本支架是磷脂双分子层
8.我国科学家设计了一种如图所示的人造淀粉合成代谢路线(ASAP),成功将CO2和H2转化为淀粉。下列说法错误的是 ( )
A.①②过程模拟暗反应中CO2的固定,③过程模拟C3的还原
B.植物体内C3的还原过程需要光反应提供NADPH和ATP
C.该过程与植物光合作用的本质都是将电能转化成化学能储存于有机物中
D.利用ASAP产生的淀粉经过水解可以为细胞呼吸提供底物
9.1954年,阿尔农在无CO2条件下,给离体的叶绿体照光时发现,当向反应体系中加入ADP、Pi和NADP+时,会生成ATP、NADPH,这一过程总是与水的光解相伴随。1963年,贾格道夫等科学家在黑暗条件下利用离体类囊体进行了如图所示的实验,一段时间后有ATP产生。以下有关离体类囊体实验的推测,不合理的是( )
A.在黑暗中实验的主要目的是将已有的葡萄糖和淀粉耗尽
B.类囊体合成ATP与其膜内外H+的浓度差密切相关
C.ADP、Pi合成ATP可能需要类囊体上ATP合成酶的催化
D.H+从类囊体膜内侧转运到外侧需要转运蛋白的协助
10.(9分)[2024·福建福州高一月考] 下图为光合作用过程示意图,图中①②③代表生理过程。甲、乙、丙代表光合作用过程中有关物质,回答下列问题:
(1)(4分)过程③发生在叶绿体 。甲是 、乙是 、丙是 。
(2)(3分)人类对光合作用原理的探索经历了长期过程,①过程所需要的能量来自 吸收的光能,希尔反应中加入的Fe3+作为 ,被水光解产生的电子还原为Fe2+。阿尔农实验表明离体叶绿体可以合成ATP,光反应产生的ATP用于暗反应中的 过程。
(3)(2分)树荫下光照强度弱,与阳生植物相比,阴生植物往往叶绿体基粒结构较大,基粒的类囊体数量多,叶绿素含量也高,其意义是 。
11.(10分)[2024·山东济宁高一期末] 番茄叶肉细胞光合作用的部分过程如图所示,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。
Ⅰ
(1)(3分)图Ⅰ中的Rubisco位于叶绿体 ;为②过程提供能量的是 。
(2)(3分)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Ⅰ,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)(4分)O2和CO2竞争性与Rubisco结合,进而进行光呼吸(指植物在光下吸收O2、产生CO2的现象),主要过程如图Ⅱ所示。
Ⅱ
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: 。
