第2课时 光合作用的原理
1．下列关于绿色植物光合作用的叙述，错误的是（）
A．光合作用中产生的O2中氧元素源于有机物和CO2
B．光合作用中色素分布在类囊体薄膜上
C．光合作用的过程包括光反应和暗反应
D．光合作用的三碳化合物是在暗反应阶段产生的
2．(2025·茂名高州测试)下图为高等植物光合作用的部分过程示意图。甲、乙表示物质，①②表示反应阶段。下列叙述正确的是（）
A．物质甲是O2，图中①是光合作用的暗反应阶段
B．吸收光能的色素分布在叶绿体的基质中
C．图中①为②提供的物质乙是NADH
D．图中②阶段包括的生理过程有CO2的固定和C3的还原
3．1937年，英国植物学家希尔发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。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作希尔反应。下列相关分析错误的是（）
A．希尔的实验说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水
B．希尔反应可证明光合作用的光反应在叶绿体中进行
C．光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的
D．希尔反应需要光照
4．(2025·广州期末)下表是与光合作用相关的实验探究，下列叙述错误的是（）
组别 实验材料 实验试剂或处理方法 实验记录
1 水绵和 好氧细菌 在没有空气的黑暗环境中，用极细的光束照射水绵 观察细菌分布的部位
2 某种植物 给两组该种植物分别提供HO＋CO2和H2O＋C18O2 测定氧气的相对分子质量
3 小球藻 提供适宜的光照和14CO2 追踪放射性 14C的去向
4 菠菜叶 无水乙醇、层析液等 色素带的宽度、位置与颜色
A．第1组实验说明光合作用的场所是叶绿体且需要光照条件
B．第2组实验证明光合作用产生的O2中氧原子全部来自H2O
C．第3组实验的小球藻细胞中的C3、丙酮酸都可能检测到14C
D．第4组实验中色素带的宽度反映的是色素的溶解度高低
5．下图为叶绿体的结构与功能示意图，下列说法错误的是（）
A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP和NADPH中的化学能
B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C．结构A释放的氧气可进入线粒体中
D．如果突然停止CO2的供应，则短时间内C3的含量将会增加
6．气孔关闭会导致光合作用效率下降，主要原因是（）
A．水光解产生NADPH的量不足
B．暗反应过程中产生的C3数量减少
C．光反应过程中产生的O2不足
D．光反应产生的ATP数量减少
7．(2024·汕头质检)在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程，如下图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是（）
A．过程①的完成与叶绿体中的色素无关
B．过程②发生在类囊体薄膜上并存在能量的转换
C．NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应
D．自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中
8．(2024·深圳宝安区调研)在绿色植物的卡尔文循环中，Rubisco可催化CO2固定生成C3，Rubisco在特定条件下还能催化C5与O2结合发生其他反应。下列叙述正确的是（）
A．激活Rubisco需要黑暗条件
B．催化过程需要消耗ATP
C．Rubisco分布于叶绿体基质
D．Rubisco不具有专一性
9．下图是植物光合作用过程的示意图，其中字母代表物质。请回答下列问题：
(1)在植物叶肉细胞中，图中过程Ⅰ发生的场所是__ __；过程Ⅱ发生的场所是__ __。该过程储存在葡萄糖中的能量最终来自__ __。
(2)物质C、D分别是__ __。叶肉细胞从外界吸收的E首先与细胞内的C5结合，该过程被称为__ __。
10．(2025·佛山期末)卡尔文将带有14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测14C的去向，其部分实验过程及结果如下图所示。下列叙述正确的是（）
反应时间 带14C标记的化合物
30 s 多种
5 s 14C3，14C5，14C6
＜1 s 90% 14C3
A．该实验的自变量是14C标记的化合物种类和反应时间
B．每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻后再进行纸层析
C．该实验可说明CO2先转化为C5和C6，再转化为C3
D．实验过程中，升高14CO2浓度会改变实验结果
11．(2024·汕头金山中学)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光系统，后者含有光合色素，能吸收光并分解水。研究发现，蛋白质LHCⅡ通过与PSⅡ结合来增强对光能的捕获，LHCⅡ与PSⅡ的结合或分离受光强影响(如下图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（）
A．LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光系统对光能的捕获增强
B．培养液缺乏Mg2+，会导致光合色素对光能的捕获减弱
C．弱光条件下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D．PSⅡ光系统分解水可以产生H＋、电子和O2
12．(2024·深圳福田中学)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(如下图所示)，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。下列相关叙述正确的是（）
A．消耗等量的CO2，上述路径积累的淀粉和植物体内积累的淀粉一样多
B．图中水电解形成的产物与水光解形成的产物是相同的
C．图中②过程所用酶与植物体内CO2固定所用酶相同
D．上述路径的本质是将光能转化成有机物中稳定的化学能
13．(2025·深圳宝安区期末)下图表示植物细胞光合作用及淀粉与蔗糖合成的调节过程，a～d表示物质。夜间细胞质基质Pi浓度较高，促进磷酸转运体顺浓度将Pi从细胞质基质运入叶绿体，同时将磷酸丙糖运出叶绿体。下列叙述正确的是（）
A．夜间叶绿体基质Pi浓度的改变，减少淀粉产生
B．叶绿体基质中的CO2可以被光反应产生的b和NADPH还原
C．若突然停止光照，短时间内d含量将升高，磷酸丙糖含量将降低
D．降低磷酸转运体的活性可促进蔗糖合成，从而降低CO2固定速率
第2课时 光合作用的原理
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13
答案 A D A D D B B C D C D A
1．A
2．D 解析：光反应中水的光解可产生氧气，物质甲为氧气，①是光反应阶段，A错误；吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，B错误；①为光反应阶段，②为暗反应阶段，①为②提供的物质乙是NADPH，C错误；②是暗反应阶段，该过程的物质变化包括CO2的固定和C3的还原，D正确。
3．A
4．D 解析：观察第1组实验现象，发现好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明了氧气的释放需要光照，产生氧气的场所是叶绿体，A正确；向两组植物分别提供HO＋CO2、H2O＋C18O2，其他条件相同且适宜，则两组植物释放的氧气分别是18O2、O2，通过测定氧气的相对分子质量，可以证明光合作用产生的氧气中的氧原子全部来自H2O，B正确；第3组实验中，小球藻细胞吸收的14CO2与C5生成三碳化合物(C3)，故C3有可能检测到放射性，C3还原为(CH2O)并生成一部分含有放射性的C5，故第3组实验的小球藻细胞中的C3、丙酮酸都可能检测到14C，C正确；第4组实验中色素带的宽度反映的是色素的含量多少，D错误。
5．D 解析：图中结构A表示类囊体膜，甲表示(CH2O)。如果突然停止CO2的供应，将导致暗反应中CO2的固定减弱，而C3的还原不变，因此C3含量减少，D错误。
6．B
7．B 解析：过程①水的光解需要叶绿体色素吸收的光能，A错误；过程②属于光反应，发生在类囊体薄膜上，光能转化为ATP和NADPH中的化学能，B正确；NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原过程，C错误；自养生物蓝细菌为原核生物，没有叶绿体，因此过程①②不一定发生在叶绿体中，D错误。
8．C 解析：CO2固定在有光、无光条件下都可以进行，所以激活Rubisco不需要黑暗条件，A错误；Rubisco催化CO2固定不消耗能量，所以不需要ATP，B错误；Rubisco催化CO2固定生成C3在叶绿体基质中进行，故Rubisco分布在叶绿体基质中，C正确；每一种酶只能催化一种或一类化学反应，具有专一性，D错误。
9．(1)叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 光合色素吸收的光能 (2)ATP、NADPH CO2的固定
10．D 解析：14C标记的化合物种类属于该实验的因变量，A错误；每隔一段时间取出部分小球藻，将其立即加入煮沸的甲醇中杀死，然后提取小球藻中带标记的化合物并通过双向纸层析法分离，B错误；从表格中看出，当反应时间小于1 s时，放射性元素出现在14C3中，所以14CO2最早转化形成的产物是C3，C错误；CO2浓度属于该实验的影响因素，升高14CO2浓度可能会改变14C标记化合物的出现时间，D正确。
11．C 解析：蛋白质LHCⅡ通过与PSⅡ结合来增强对光能的捕获，LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光系统对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，培养液缺乏Mg2＋会导致PSⅡ光系统上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，保证光合作用的正常进行，C错误；PSⅡ光系统能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。
12．D 解析：植物产生淀粉的同时会通过呼吸作用消耗淀粉，题图过程是人工模拟淀粉的生成，不会进行呼吸作用，因此两者二氧化碳消耗相同时，题图路径积累的淀粉多，A错误；水光解形成的产物是O2、H＋和电子，而水电解形成的产物是O2和H2，B错误；②过程为甲醛缩合成为C3化合物，与植物体的暗反应中二氧化碳的固定过程不相同，所用酶也不同，C错误。
13．A 解析：依据题干信息，夜间细胞质基质Pi浓度较高，促进磷酸转运体顺浓度将Pi从细胞质基质运入叶绿体，同时将磷酸丙糖运出叶绿体，即反应物磷酸丙糖浓度降低，反应速度减慢，淀粉生成量减少，A正确；叶绿体基质中的C3可以被光反应产生的b(ATP)和NADPH还原，CO2参与的是CO2的固定过程，B错误；若突然停止光照，则光反应产生的b(ATP)和NADPH减少，进而导致C3的还原速率降低，d(C5)和磷酸丙糖的生成量减少，而CO2的固定速率不变，即C5的消耗量不变，所以C5的含量降低，C错误；磷酸转运体活性较高时，可促进磷酸丙糖转运出叶绿体，用于合成蔗糖，从而提高暗反应中CO2的固定速率，降低磷酸转运体的活性，会使蔗糖的合成速率降低，进而降低暗反应CO2的固定速率，D错误。第2课时 光合作用的原理
目标一 光合作用的部分实验探究
光合作用的概念
二、探索光合作用部分原理的实验
1．早期的观念(教材P102“思考·讨论”)
2．对光反应的探索
(1)1937年 希尔 (英国) 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__ __ 希尔反应： 结论： ①__ __产生氧气，但不能说明氧气中的氧全部来自水 ②氧气的产生和糖的合成__ __，而是分阶段进行的
【问题】 氧气中的氧到底是不是全部来自水
(2)1941年 __ __(美国) 用__ __法，研究了光合作用中氧气的来源： 该实验采用了__ __实验。两组互为__ __。自变量是__ __(HO和C18O2)，因变量是__ __ 结论：光合作用释放的氧全部来自__ __
(3)1954、 1957年 阿尔农 (美国) 在光照下，叶绿体可合成__ __，这一过程总是与__ __相伴随
3．卡尔文对暗反应的探索
20世纪 40年代 卡尔文 (美国) 方法：__ __法 追踪检测了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中C的途径——__ __循环 转移途径：__ __
(2024·清远期末)下列几位科学家的相关探究实验中，所用技术方法不同于其他三位的是（）
A．卡尔文探究碳元素在光合作用中的转移途径
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
D．科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径
(2025·广东大湾区期末)下列有关光合作用过程及研究历程的相关叙述，错误的是（）
A．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作希尔反应
B．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2有力地证明了CO2是光合作用的原料
C．用HO培养小球藻，一段时间后可在其产生的糖类和氧气中检测到18O
D．卡尔文用14C标记CO2，一段时间后在C3、C5和(CH2O)中均会检测到14C
目标二 光合作用的原理
一、光合作用的原理
1．光合作用的过程
(1)图示Ⅰ过程是__ __阶段，场所是[__ __ __，该阶段反应的进行离不开⑤上的__ __；Ⅱ过程是__ __阶段，发生在__ __中。
(2)Ⅰ阶段包括__ __、ATP和NADPH的合成。其中序号所代表的物质分别为：①__ __，②__ __，③__ __。
(3)Ⅱ阶段包括__ __、C3的还原和C5的再生过程，其中C3的还原需要Ⅰ阶段提供的__ __。序号④为__ __。
(4)光合作用中的能量转化：__ __→__ __中的化学能→__ __。
[思考]
(1)光反应产生的NADPH的作用：①作为活跃的__ __，参与暗反应阶段；②__ __供暗反应阶段利用。
(2)不给小球藻提供CO2，只给予光照，小球藻能独立地进行光反应吗？为什么？
2．光反应与暗反应的比较
项目 光反应(准备阶段) 暗反应(完成阶段)
场所 叶绿体的__ __ 叶绿体的__ __
条件 光、色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋ 多种酶、NADPH、 ATP、CO2、C5
物质 变化 ①水的光解： 2H2O4H＋＋O2， H＋＋2e－＋ NADP＋NADPH ②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3＋NADPH (CH2O)＋C5
能量 变化 光能转变成ATP和__ __中的化学能 ATP和NADPH中的能量转变成贮存在__ __中的化学能
相互 联系 光反应为暗反应提供__ __；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成，两者共同完成物质和能量的转化
二、光合作用和化能合成作用的比较
光合作用 化能合成作用
区别 能量 来源 __ __ 无机物氧化分解释放的__ __
代表 生物 绿色植物 硝化细菌
相同点 都能将CO2和H2O等无机物__ __
(2024·东莞质检)如图是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。下列相关叙述错误的是（）
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
方法规律 来源—去路法分析物质含量的变化
(1)如图中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)光合作用过程中相关物质的变化规律
一、知识构建评价
二、概念诊断评价
1．希尔的实验能够说明水的光解产生的O2来自水。 （）
2．H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中。 （）
3．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生。（）
4．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。（）
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．暗反应不需要光，故植物可以在黑暗中长时间持续光合作用。（）
7．鲁宾、卡门的实验和卡尔文探究暗反应的实验都运用了放射性同位素示踪法。（）
三、学情随堂评价
1．下列有关科学家探索光合作用的实验叙述，错误的是（）
A．与黑藻相比，水绵更适宜用作探究光合作用场所的材料
B．金鱼藻是水生生物，用于探究光合作用产物O2时，有利于收集气体
C．卡尔文利用小球藻，探明了CO2中的碳在光合作用中转化的途径
D．萨克斯实验前将叶片暗处理几小时，目的是让叶片尽可能多地储存淀粉，使实验现象更明显
2．(2024·广州白云中学)下图是生活在适宜环境中的某植物光合作用部分过程图解，其中A、B、C、D表示四种化合物，a、b表示两个生理过程，下列叙述错误的是（）
A．化合物A是C3
B．该反应是暗反应阶段，有没有光都能进行
C．化合物C有较强的还原性
D．化合物D是储存着能量的有机物
3．(2025·佛山期末)生活在干旱地区的植物甲具有特殊的CO2固定方式。甲晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。下列关于植物甲的叙述，正确的是（）
A．夜晚也能进行光合作用
B．白天仅有叶绿体产生ATP
C．固定的CO2全部来源于苹果酸脱羧
D．固定CO2的方式有利于减少水分散失
4．关于硝化细菌的说法，正确的是（）
A．硝化细菌也可以进行光合作用合成有机物
B．硝化细菌不能进行有氧呼吸
C．硝化细菌属于自养型生物
D．硝化细菌利用光能进行化能合成作用
第2课时 光合作用的原理
新知导学
目标一 光合作用的部分实验探究
一、 ①叶绿体 ②光能 ③CO2和水 ④有机物和氧气 ⑤合成有机物，储存能量
二、 2.水的光解 不是同一个化学反应 鲁宾、卡门 同位素标记 O2 18O2 对比 对照 标记物质 释放的O2的标记情况 H2O ATP 水的光解
3．(放射性)同位素标记 卡尔文 14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5
例1 C 解析：卡尔文探究碳元素在光合作用中的转移途径、鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水，以及科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径的实验，这些都用到了同位素示踪法。
例2 B 解析：鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2有力地证明了光合作用释放的氧气来自水，B错误。用HO培养小球藻，叶绿体进行水的光解产生氧气，可以检测到含有标记的产物是氧气；HO还可参与呼吸作用第二阶段，在CO2中可检测到18O，被标记的CO2可再通过光合作用转移到糖类等有机物中，C正确。通过卡尔文的实验可知，用14C标记CO2，一段时间后C3、C5和(CH2O)中均会检测到14C，D正确。
目标二 光合作用的原理
一、 1.(1)光反应 ⑤ 类囊体薄膜 酶和色素 暗反应 叶绿体基质 (2)水的光解 O2 NADP＋ ADP、Pi (3)CO2的固定 ATP和NADPH C5 (4)光能 ATP和NADPH 糖类中的化学能
[思考] (1)还原剂 储存部分能量 (2)提示：不能。因为没有暗反应，光反应的产物积累会使光反应被抑制。
2．类囊体薄膜 基质 NADPH 有机物 NADPH、ATP
二、 光能 化学能 合成有机物
例3 B 解析：图中a、b、c过程分别为水的光解、C3的还原、CO2的固定，物质A～F分别为O2、NADP＋、ATP、ADP和Pi、C3、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量不变，CO2固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中F(C5)的含量会减少，B错误。
随堂内化
一、①光反应 ②ATP的合成 ③CO2的固定 ④CO2＋H2O(CH2O)＋O2
二、 1.? 2.? 3.? 4.√
5．? 提示：光反应为暗反应提供ATP、NADPH，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。
6．? 提示：暗反应不需要光，但需要光反应提供的NADPH、ATP，而光反应需要光。
7．? 提示：鲁宾、卡门的实验用的是18O，18O没有放射性。
三、 1.D 解析：将绿色叶片先放在暗处几小时的目的是消耗掉其中原有的淀粉等有机物。
2．A 解析：分析题图可知，图中表示光合作用暗反应的过程，暗反应过程包括CO2的固定和C3的还原，因而甲图中A表示C5、B表示C3、C表示NADPH、D为糖类，A错误。
3．D 解析：光合作用需要光反应和暗反应，光反应需要光，夜晚没有光照，无法进行光反应，也就不能进行光合作用，A错误；白天植物进行光合作用和呼吸作用，叶绿体进行光合作用产生ATP，线粒体进行呼吸作用也能产生ATP，B错误；白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，但植物呼吸作用也会产生CO2，所以固定的CO2并不全部来源于苹果酸脱羧，C错误。
4．C 解析：硝化细菌可以利用无机氧化物进行化能合成作用，A、D错误；硝化细菌可以进行有氧呼吸，B错误。(共56张PPT)
第5章
第4节 光合作用与能量转化
细胞的能量供应和利用
第2课时 光合作用的原理
知识目标 素养目标
1．阐明光合作用的原理和实质(重点)； 2．说出光合作用过程中的物质和能量的变化及相互关系(难点) 生命观念：通过对光合作用过程中的物质转变和能量转换过程的学习，认同叶绿体将太阳光能转化为细胞可利用的化学能储存在有机物中，形成生物学的物质和能量观；
科学思维：构建光合作用过程图解，分析光反应与暗反应过程及其相互关系，掌握两个阶段的区别与联系；
科学探究：通过了解光合作用的探索历程，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的
新知导学
一、光合作用的概念
1．概念：光合作用指绿色植物通过________，利用光能，将______________转化成______________________，并且______________的过程。
光合作用的部分实验探究
叶绿体
二氧化碳和水
储存着能量的有机物
释放出氧气
叶绿体
光能
CO2和水
有机物和氧气
合成有机物，储存能量
目标
一
[问题] 光合作用释放的氧气，是来自原料中的水还是二氧化碳？
光合作用是如何将无机物转化为有机物的？
二、探索光合作用部分原理的实验
1．早期的观念(教材P102“思考·讨论”)
19世 纪末 科学界普遍认为：甲醛→糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有________作用；
甲醛不能通过光合作用转化成糖
毒害
2．对光反应的探索
(1)1937年 希尔 (英国) 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____________
希尔反应：
思考1：希尔的实验能否确定O2全部来自H2O
____________________________________________
释放氧气
不能，反应体系中还可能存在其他氧元素供体
(1)1937年 希尔 (英国)
思考2：希尔的实验是否能说明水的光解与糖的合成是两个相对独立的反应？
____________________________________________
结论：
①____________产生氧气，但不能说明氧气中的氧全部来自水
②氧气的产生和糖的合成______________________，而是分阶段进行的
能，理由是该实验体系中没有合成糖必需的CO2
水的光解
不是同一个化学反应
【问题】 氧气中的氧到底是不是全部来自水
(2)1941年 ____________ (美国) 用______________法，研究了光合作用中氧气的来源：
思考：该实验采用了什么实验方法？如何对照
该实验采用了________实验。两组互为________。自变量是______ ______( 和C18O2)，因变量是_____________________
结论：光合作用释放的氧全部来自______
鲁宾、卡门
同位素标记
O2
18O2
对比
对照
标记
物质
释放的O2的标记情况
H2O
(3)1954、1957年 阿尔农(美国)
在光照下，叶绿体可合成_______，这一过程总是与____________相伴随
ATP的合成与希尔反应的关系：
ATP
水的光解
3．卡尔文对暗反应的探索
卡尔文往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻(一种单细胞的绿藻)不同时间的光照，供小球藻进行光合作用，然后用热酒精杀死小球藻，分别测定不同光照时间下，小球藻中的放射性物质，追踪CO2中C的转移路径，结果如下：
实验组别 光照时间/s 放射性物质(14C)分布
1 2 三碳化合物
2 20 12种磷酸化糖类
3 60 除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
(1)该实验与鲁宾、卡门的实验都采用了______________法。
(2)根据实验结果分析，光合作用过程中CO2首先固定在_________________中。
(3)光合作用产生的糖类物质还能转化为__________________等。
同位素标记
三碳化合物(C3)
氨基酸、有机酸
总结
20世纪40年代 卡尔文(美国) 方法：______________________法
追踪检测了CO2中的C在光合作用中转化成有机物中C的途径——__________循环
转移途径：_________________________________
(放射性)同位素标记
卡尔文
14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5
(2024·清远期末)下列几位科学家的相关探究实验中，所用技术方法不同于其他三位的是 ( )
A．卡尔文探究碳元素在光合作用中的转移途径
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
D．科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径
1
C
解析：卡尔文探究碳元素在光合作用中的转移途径、鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水，以及科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径的实验，这些都用到了同位素示踪法。
(2025·广东大湾区期末)下列有关光合作用过程及研究历程的相关叙述，错误的是 ( )
A．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作希尔反应
B．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2有力地证明了CO2是光合作用的原料
D．卡尔文用14C标记CO2，一段时间后在C3、C5和(CH2O)中均会检测到14C
2
B
一、光合作用的原理
1．光合作用的过程
光合作用的原理
目标
二
光反应阶段：
类囊体薄膜上
的色素分子
可见光
H2O
O2
NADP+
酶
吸收
光解
H+
NADPH
氧化型辅酶Ⅱ
还原型辅酶Ⅱ
ADP+Pi
ATP
酶
过程：
①水的光解：
③ATP的形成：
H2O O2 + H+
光
色素
NADP＋＋H+ →NADPH
ADP+Pi ATP
光、酶
色素
能量转化：
光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能
②NADPH的合成：
暗反应阶段：
2C3
C5
NADPH
ADP + Pi
（CH2O）
ATP
多种酶
参加催化
酶
CO2
还原
固定
供能
NADP+
供能
酶
1．光合作用的过程
过程：
能量转化：
①CO2的固定：
②C3的还原：
CO2＋C5 2C3
酶
ATP、NADPH中活跃的化学能
2C3 (CH2O)+C5
酶
NADPH
ATP
(1)图示Ⅰ过程是__________阶段，场所是[____ ] ______________，该阶段反应的进行离不开⑤上的____________；Ⅱ过程是__________阶段，发生在_________ _______中。
(2)Ⅰ阶段包括____________、ATP和NADPH的合成。其中序号所代表的物质分别为：①_____，②_________，③___________。
光反应
⑤
类囊体薄膜
酶和色素
暗反应
叶绿体
基质
水的光解
O2
NADP＋
ADP、Pi
(3)Ⅱ阶段包括____________、C3的还原和C5的再生过程，其中C3的还原需要Ⅰ阶段提供的________________。序号④为_____。
(4)光合作用中的能量转化：________→______________中的化学能→________ __________。
CO2的固定
ATP和NADPH
C5
光能
ATP和NADPH
糖类中
的化学能
[思考]
(1)光反应产生的NADPH的作用：①作为活跃的__________，参与暗反应阶段；②________________供暗反应阶段利用。
(2)不给小球藻提供CO2，只给予光照，小球藻能独立地进行光反应吗？为什么？
提示：不能。因为没有暗反应，光反应的产物积累会使光反应被抑制。
还原剂
储存部分能量
2．光反应与暗反应的比较
类囊体薄膜
基质
项目 光反应(准备阶段) 暗反应(完成阶段)
能量变化 光能转变成ATP和_________中的化学能 ATP和NADPH中的能量转变成贮存在__________中的化学能
相互 联系 光反应为暗反应提供______________；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成，两者共同完成物质和能量的转化
NADPH
有机物
NADPH、ATP
二、光合作用和化能合成作用的比较
光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 ________ 无机物氧化分解释放的__________
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同点 都能将CO2和H2O等无机物______________
光能
化学能
合成有机物
(2024·东莞质检)如图是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。下列相关叙述错误的是( )
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
3
C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
B
解析：图中a、b、c过程分别为水的光解、C3的还原、CO2的固定，物质A～F分别为O2、NADP＋、ATP、ADP和Pi、C3、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量不变，CO2固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中F(C5)的含量会减少，B错误。
方法规律 来源—去路法分析物质含量的变化
(1)如图中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：
方法规律 来源—去路法分析物质含量的变化
(2)光合作用过程中相关物质的变化规律
随堂内化
一、知识构建评价
光反应
ATP的合成
CO2的固定
二、概念诊断评价
1．希尔的实验能够说明水的光解产生的O2来自水。 ( )
2．H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中。 ( )
3．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生。 ( )
4．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。 ( )
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。 ( )
提示：光反应为暗反应提供ATP、NADPH，ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质。
×
×
×
√
×
6．暗反应不需要光，故植物可以在黑暗中长时间持续光合作用。 ( )
提示：暗反应不需要光，但需要光反应提供的NADPH、ATP，而光反应需要光。
7．鲁宾、卡门的实验和卡尔文探究暗反应的实验都运用了放射性同位素示踪法。 ( )
提示：鲁宾、卡门的实验用的是18O，18O没有放射性。
×
×
三、学情随堂评价
1．下列有关科学家探索光合作用的实验叙述，错误的是 ( )
A．与黑藻相比，水绵更适宜用作探究光合作用场所的材料
B．金鱼藻是水生生物，用于探究光合作用产物O2时，有利于收集气体
C．卡尔文利用小球藻，探明了CO2中的碳在光合作用中转化的途径
D．萨克斯实验前将叶片暗处理几小时，目的是让叶片尽可能多地储存淀粉，使实验现象更明显
D
解析：将绿色叶片先放在暗处几小时的目的是消耗掉其中原有的淀粉等有机物。
2．(2024·广州白云中学)下图是生活在适宜环境中的某植物光合作用部分过程图解，其中A、B、C、D表示四种化合物，a、b表示两个生理过程，下列叙述错误的是 ( )
A．化合物A是C3
B．该反应是暗反应阶段，有没有光都能进行
C．化合物C有较强的还原性
D．化合物D是储存着能量的有机物
A
解析：分析题图可知，图中表示光合作用暗反应的过程，暗反应过程包括CO2的固定和C3的还原，因而甲图中A表示C5、B表示C3、C表示NADPH、D为糖类，A错误。
3．(2025·佛山期末)生活在干旱地区的植物甲具有特殊的CO2固定方式。甲晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。下列关于植物甲的叙述，正确的是 ( )
A．夜晚也能进行光合作用
B．白天仅有叶绿体产生ATP
C．固定的CO2全部来源于苹果酸脱羧
D．固定CO2的方式有利于减少水分散失
D
解析：光合作用需要光反应和暗反应，光反应需要光，夜晚没有光照，无法进行光反应，也就不能进行光合作用，A错误；白天植物进行光合作用和呼吸作用，叶绿体进行光合作用产生ATP，线粒体进行呼吸作用也能产生ATP，B错误；白天气孔关闭，苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，但植物呼吸作用也会产生CO2，所以固定的CO2并不全部来源于苹果酸脱羧，C错误。
4．关于硝化细菌的说法，正确的是 ( )
A．硝化细菌也可以进行光合作用合成有机物
B．硝化细菌不能进行有氧呼吸
C．硝化细菌属于自养型生物
D．硝化细菌利用光能进行化能合成作用
C
解析：硝化细菌可以利用无机氧化物进行化能合成作用，A、D错误；硝化细菌可以进行有氧呼吸，B错误。
课时作业
1．下列关于绿色植物光合作用的叙述，错误的是 ( )
A．光合作用中产生的O2中氧元素源于有机物和CO2
B．光合作用中色素分布在类囊体薄膜上
C．光合作用的过程包括光反应和暗反应
D．光合作用的三碳化合物是在暗反应阶段产生的
A
2．(2025·茂名高州测试)下图为高等植物光合作用的部分过程示意图。甲、乙表示物质，①②表示反应阶段。下列叙述正确的是 ( )
A．物质甲是O2，图中①是光合作用的暗反应阶段
B．吸收光能的色素分布在叶绿体的基质中
C．图中①为②提供的物质乙是NADH
D．图中②阶段包括的生理过程有CO2的固定和C3的还原
D
解析：光反应中水的光解可产生氧气，物质甲为氧气，①是光反应阶段，A错误；吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，B错误；①为光反应阶段，②为暗反应阶段，①为②提供的物质乙是NADPH，C错误；②是暗反应阶段，该过程的物质变化包括CO2的固定和C3的还原，D正确。
3．1937年，英国植物学家希尔发现，将离体的叶绿体加入具有氢受体(如NADP＋)的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体有氧气放出，生成NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。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作希尔反应。下列相关分析错误的是 ( )
A．希尔的实验说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水
B．希尔反应可证明光合作用的光反应在叶绿体中进行
C．光合作用中O2的释放和CO2的利用，是可以暂时分离的
D．希尔反应需要光照
A
4．(2025·广州期末)下表是与光合作用相关的实验探究，下列叙述错误的是 ( )
A．第1组实验说明光合作用的场所是叶绿体且需要光照条件
B．第2组实验证明光合作用产生的O2中氧原子全部来自H2O
C．第3组实验的小球藻细胞中的C3、丙酮酸都可能检测到14C
D．第4组实验中色素带的宽度反映的是色素的溶解度高低
D
5．右图为叶绿体的结构与功能示意图，下列说法错误的是 ( )
A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP和NADPH中的化学能
B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C．结构A释放的氧气可进入线粒体中
D．如果突然停止CO2的供应，则短时间内C3的含量将会增加
D
解析：图中结构A表示类囊体膜，甲表示(CH2O)。如果突然停止CO2的供应，将导致暗反应中CO2的固定减弱，而C3的还原不变，因此C3含量减少，D错误。
6．气孔关闭会导致光合作用效率下降，主要原因是 ( )
A．水光解产生NADPH的量不足
B．暗反应过程中产生的C3数量减少
C．光反应过程中产生的O2不足
D．光反应产生的ATP数量减少
B
7．(2024·汕头质检)在光合作用的探究历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程，如下图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是 ( )
A．过程①的完成与叶绿体中的色素无关
B．过程②发生在类囊体薄膜上并存在能量的转换
C．NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应
D．自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中
B
解析：过程①水的光解需要叶绿体色素吸收的光能，A错误；过程②属于光反应，发生在类囊体薄膜上，光能转化为ATP和NADPH中的化学能，B正确；NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原过程，C错误；自养生物蓝细菌为原核生物，没有叶绿体，因此过程①②不一定发生在叶绿体中，D错误。
8．(2024·深圳宝安区调研)在绿色植物的卡尔文循环中，Rubisco可催化CO2固定生成C3，Rubisco在特定条件下还能催化C5与O2结合发生其他反应。下列叙述正确的是 ( )
A．激活Rubisco需要黑暗条件 B．催化过程需要消耗ATP
C．Rubisco分布于叶绿体基质 D．Rubisco不具有专一性
C
解析：CO2固定在有光、无光条件下都可以进行，所以激活Rubisco不需要黑暗条件，A错误；Rubisco催化CO2固定不消耗能量，所以不需要ATP，B错误；Rubisco催化CO2固定生成C3在叶绿体基质中进行，故Rubisco分布在叶绿体基质中，C正确；每一种酶只能催化一种或一类化学反应，具有专一性，D错误。
9．右图是植物光合作用过程的示意
图，其中字母代表物质。请回答下列问题：
(1)在植物叶肉细胞中，图中过程Ⅰ发生的场所是____________________；过程Ⅱ发生的场所是_____________。该过程储存在葡萄糖中的能量最终来自_________ ______________。
(2)物质C、D分别是________________。叶肉细胞从外界吸收的E首先与细胞内的C5结合，该过程被称为____________。
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
光合色素
吸收的光能
ATP、NADPH
CO2的固定
10．(2025·佛山期末)卡尔文将带有14C标记的CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测14C的去向，其部分实验过程及结果如下图所示。下列叙述正确的是 ( )
A．该实验的自变量是14C标记的化合物种类和反应时间
B．每隔一定时间取样，并立即杀死小球藻后再进行纸层析
C．该实验可说明CO2先转化为C5和C6，再转化为C3
D．实验过程中，升高14CO2浓度会改变实验结果
D
反应时间 带14C标记的化合物
30 s 多种
5 s 14C3，14C5，14C6
＜1 s 90% 14C3
解析：14C标记的化合物种类属于该实验的因变量，A错误；每隔一段时间取出部分小球藻，将其立即加入煮沸的甲醇中杀死，然后提取小球藻中带标记的化合物并通过双向纸层析法分离，B错误；从表格中看出，当反应时间小于1 s时，放射性元素出现在14C3中，所以14CO2最早转化形成的产物是C3，C错误；CO2浓度属于该实验的影响因素，升高14CO2浓度可能会改变14C标记化合物的出现时间，D正确。
11．(2024·汕头金山中学)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光系统，后者含有光合色素，能吸收光并分解水。研究发现，蛋白质LHCⅡ通过与PSⅡ结合来增强对光能的捕获，LHCⅡ与PSⅡ的结合或分离受光强影响(如下图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是 ( )
A．LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光系统对光能的捕获增强
B．培养液缺乏Mg2+，会导致光合色素对光能的捕获减弱
C．弱光条件下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D．PSⅡ光系统分解水可以产生H＋、电子和O2
C
解析：蛋白质LHCⅡ通过与PSⅡ结合来增强对光能的捕获，LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光系统对光能的捕获增强，A正确；Mg2+是叶绿素的组成成分，培养液缺乏Mg2+会导致PSⅡ光系统上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，保证光合作用的正常进行，C错误；PSⅡ光系统能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。
12．(2024·深圳福田中学)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(如下图所示)，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。下列相关叙述正确的是 ( )
A．消耗等量的CO2，上述路径积累的淀粉和植物体内积累的淀粉一样多
B．图中水电解形成的产物与水光解形成的产物是相同的
C．图中②过程所用酶与植物体内CO2固定所用酶相同
D．上述路径的本质是将光能转化成有机物中稳定的化学能
D
解析：植物产生淀粉的同时会通过呼吸作用消耗淀粉，题图过程是人工模拟淀粉的生成，不会进行呼吸作用，因此两者二氧化碳消耗相同时，题图路径积累的淀粉多，A错误；水光解形成的产物是O2、H＋和电子，而水电解形成的产物是O2和H2，B错误；②过程为甲醛缩合成为C3化合物，与植物体的暗反应中二氧化碳的固定过程不相同，所用酶也不同，C错误。
13．(2025·深圳宝安区期末) 右图表示植物细胞光合作用及淀粉与蔗糖合成的调节过程，a～d表示物质。夜间细胞质基质Pi浓度较高，促进磷酸转运体顺浓度将Pi从细胞质基质运入叶绿体，同时将磷酸丙糖运出叶绿体。下列叙述正确的是 ( )
A．夜间叶绿体基质Pi浓度的改变，减少淀粉产生
B．叶绿体基质中的CO2可以被光反应产生的b和NADPH还原
C．若突然停止光照，短时间内d含量将升高，磷酸丙糖含量将降低
D．降低磷酸转运体的活性可促进蔗糖合成，从而降低CO2固定速率
A
解析：依据题干信息，夜间细胞质基质Pi浓度较高，促进磷酸转运体顺浓度将Pi从细胞质基质运入叶绿体，同时将磷酸丙糖运出叶绿体，即反应物磷酸丙糖浓度降低，反应速度减慢，淀粉生成量减少，A正确；叶绿体基质中的C3可以被光反应产生的b(ATP)和NADPH还原，CO2参与的是CO2的固定过程，B错误；若突然停止光照，则光反应产生的b(ATP)和NADPH减少，进而导致C3的还原速率降低，d(C5)和磷酸丙糖的生成量减少，而CO2的固定速率不变，即C5的消耗量不变，所以C5的含量降低，C错误；磷酸转运体活性较高时，可促进磷酸丙糖转运出叶绿体，用于合成蔗糖，从而提高暗反应中CO2的固定速率，降低磷酸转运体的活性，会使蔗糖的合成速率降低，进而降低暗反应CO2的固定速率，D错误。
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