第2课时 光合作用的原理和应用
课前自主预习案
一、光合作用的概念[填图]
二、光合作用的原理及探索
1．探索光合作用原理的部分实验
科学家
实验过程或依据
实验结论
19世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛缩合成糖
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
1937年英
植物学
家希尔
在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有水，没有二氧化碳)，在光照下可以释放出氧气
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。说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
1941年美
科学家鲁
宾和卡门
光合作用释放的O2全部来自H2O
1954年美
科学家
阿尔农
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
光照下叶绿体中发生的水的光解过程伴随ATP的产生
20世纪
40年代
卡尔文
用14C标记CO2
探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即卡尔文循环
2.光合作用的过程
(1)过程及分析[据图填空]
(2)反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
三、光合作用原理的应用
1．光合作用强度
(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
(2)影响因素和衡量指标：
2．探究环境因素对光合作用强度的影响
实验流程：
1.判断下列有关光合作用叙述的正误
(1)光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上( )
(2)光反应过程中合成了ATP，需要的能量来源于呼吸作用分解的有机物( )
(3)光反应的进行不需要任何酶的参与( )
(4)高等绿色植物白天进行光反应，夜晚进行暗反应( )
(5)光反应为暗反应提供[H]和ATP( )
(6)暗反应必须在无光的条件下进行( )
(7)暗反应需要的ATP是由光合作用合成的糖经过有氧呼吸产生的( )
(8)在离体的叶绿体基质中添加[H]、ATP和CO2后，可以完成暗反应( )
(9)光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行( )
(10)光合作用产生的O2来自CO2和H2O中的O( )
(11)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，产物是有机物和O2( )
(12)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能( )
(13)光合作用强度的影响因素有CO2浓度、温度、光照强度等外界因素( )
(14)光照强度对光合作用强度的影响实验中，可以通过调节台灯与实验装置间的距离来调节光照强度( )
(15)探究实验中，小圆形叶片浮起的原因是叶片进行呼吸作用产生的二氧化碳导致的( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)√ (9)× (10)× (11)√ (12)√ (13)√ (14)√ (15)×
2．将下列生产实例和利用的光合作用原理连接起来
课堂互动探究案
【课程标准】
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，转化并储存为糖分子中的化学能
探究不同环境因素对光合作用的影响
提取和分离叶绿体色素
【素养达成】
1．阅读科学家对光合作用的探究过程，了解人们对光合作用认识的过程。(科学思维)
2．结合实例及教材图5—14，掌握光合作用的光反应和暗反应过程以及二者的关系。(科学思维)
3．认识生命活动不仅具有物质基础，还需要能量驱动，而能量的供应和利用都离不开物质的变化，物质是能量的载体，能量是物质变化的动力，初步建立物质和能量观。(科学思维)
4．联系日常生活实际，思考影响光合作用的环境因素以及光合作用原理的实践应用。(社会责任)
同学们，诗中的“你”是指什么？为什么会给“我”生命的甘露、无穷的能量？
探究点一 光合作用的原理及探索
【师问导学】
一、光合作用原理的探索实验分析
1．实验一：1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。
他将离体的叶绿体加到具有H受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。
由实验一说明：____________________________________________________________。
答案：叶绿体在有H受体的水溶液中光照可产生O2
2．实验二：科学家在黑暗时把叶绿体基粒放在pH＝4的溶液中，让基粒类囊体膜腔的pH值下降至4，然后将基粒移入pH＝8并含有ADP和Pi的缓冲溶液中(如图)。一段时间后，有ATP产生。
上述实验结果表明，基粒类囊体合成ATP的原因是膜内外存在__________________。
据此推测，叶绿体在自然状态下产生ATP的过程中，光能的作用是使水分解产生________，使类囊体膜内外之间产生________。
答案：H＋梯度(H＋浓度差) H＋ H＋梯度(H＋浓度差)
3．实验三：如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的相对分子质量之比是多少？
答案：8：9
4．实验四：1954年美国阿尔农等用离体的叶绿体做实验。
在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和H受体时，体系中就会有ATP和[H]产生。
在黑暗条件下，只要供给了ATP和[H]，叶绿体就能将CO2转变为糖。
上述实验说明：___________________________________________________________。
答案：叶绿体照光条件下，反应体系中有ADP、Pi和H受体存在下可产生ATP和[H]。在黑暗条件下，有ATP和[H]时，叶绿体可将CO2转变为糖
5．实验五：20世纪40年代，卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果，获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。
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，上述实验中卡尔文等是通过控制________来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了____________等技术方法，实验结果说明CO2中C的转移路径是________________(请用“→”表示)。
卡尔文及其同事们在实验过程中发现，在有光照和CO2供应的条件下，C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。
但是，当改变其中一个实验条件后，二者的浓度迅速出现了规律性的变化：停止CO2供应时，C3的浓度急速降低，C5的浓度急速升高。
停止光照时，C3的浓度急速升高，C5的浓度急速降低。
由此可见C3和C5之间的关系是______(请用箭头表示)。
答案：反应时间 同位素示踪法(同位素标记法) CO2→C3→C5、C6
二、结合光反应过程与暗反应过程回答下列问题
1．为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？
答案：因为光反应为暗反应提供的[H]、ATP是有限的。
2．试利用同位素示踪法，分析光合作用过程中各元素的转移途径。
(1)用放射性同位素分别标记H2O中的H和O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？
(2)若标记CO2中的14C，请写出光合作用中14C的转化途径。
(3)试总结光合作用各元素的去向。
答案：(1)O可在释放的O2中检测到；H可在产生的糖类中检测到。
(2)14CO2＋C5―→2C3(只有一个14C)―→(14CH2O)。
(3)光合作用总反应式及各元素去向：
3．结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中C3和C5相对含量发生怎样的变化？
答案：
①停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。
②停止CO2供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。
【智涂笔记】
(1)鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：H218O与C18O2)。
(2)鲁宾、卡门和卡尔文用的实验方法为同位素标记法(同位素示踪法)。
(3)还原剂[H]是指还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，由氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)接受电子和H＋形成。
(4)光合产物主要是糖类(蔗糖、淀粉)，蛋白质、脂肪和有机酸也是光合作用的直接产物。
【师说核心】
1．鲁宾和卡门实验
(1)巧妙之处：两组实验相互对照直观地表现出氧气来自水中的氧，而不是来自二氧化碳中的氧。
(2)自变量为被标记的C18O2和HO，因变量是O2的放射性。
2．卡尔文循环
(1)探究方法——同位素标记法：
用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。
(2)结论：
碳的转化途径：14CO2＋C5→14C3→(14CH2O)。
3．光合作用过程图解
4．两者的区别
比较项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
固定CO2，形成有机物
时间长短
短促
较缓慢
需要条件
色素、光照、酶
不需要色素和光，需要多种酶
反应场所
叶绿体类囊体的薄膜上
叶绿体的基质中
物质变化
①水的光解：水分解生成[H]和O2；
②ATP的合成：在相关酶的作用下ADP和Pi形成ATP
①CO2的固定：CO2＋C5→2C3；
②C3的还原：2C3＋[H](CH2O)＋C5
能量变化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
相应产物
O2、ATP和[H]
葡萄糖等有机物
5.两者的联系
(1)光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi，即两个反应阶段相辅相成，密切联系。
(2)没有光反应，暗反应缺乏[H]和ATP，无法进行；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。
6．当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、[H]、ATP含量的变化可以采用下图分析：
(1)改变光照条件
(2)改变CO2浓度
【检测反馈】
1．(合格必考)鲁宾和卡门用HO和CO2作为原料进行光合作用实验，下列符合实验结果的是( )
A．释放的氧气全是O2
B．释放的氧气一部分是O2，一部分是18O2
C．释放的氧气全是18O2
D．释放的氧气大部分是O2 ，少部分是18O2
解析：鲁宾和卡门用H2 18O和CO2作为原料进行光合作用实验，其目的是为了探究光合作用释放出的O2的来源，通过放射性检测，光合作用产生的O2全部来源于水。
答案：C
2．(合格必考)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，参与暗反应必需的物质是( )
A．H2O、CO2、ADP B．CO2、[H]、ATP
C．H2O、CO2、ATP D．[H]、H2O、ADP
解析：暗反应过程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，在此过程中需要CO2、[H]和ATP及多种酶参与反应。
答案：B
3．(合格必考)光合作用的光反应和暗反应依次发生在( )
A．细胞质、细胞核中
B．叶绿体的外膜、内膜上
C．叶绿体的类囊体薄膜上、叶绿体的基质中
D．叶绿体的基质中、叶绿体的类囊体膜上
解析：光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体基质中。
答案：C
4．(合格必考)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A．O2的产生停止
B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降
D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：用黑布将培养瓶罩上，光反应停止，氧气的产生停止，A正确；同时NADPH和ATP的产生停止，使暗反应C3的还原速度减慢，从而导致二氧化碳的固定减慢，B错误；ADP生成ATP减少，使ATP/ADP比值下降，C正确；NADPH的产生减少，NADPH/NADP＋比值下降，D正确。
答案：B
5．(等级选考)玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，如果将它移至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化分别是( )
A．增多 减少 B．减少 增多
C．增多 增多 D．减少 减少
解析：叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，C3和C5处于动态平衡状态；移至暗室后，短时间内由于光反应速度下降，ATP和[H]的合成减少，C3还原成C5的过程受到影响，而C5仍能正常和CO2反应生成C3，故C3增多，C5减少。
答案：A
6．(等级选考)A.Benson与M.Calvin于1949年采用放射性同位素自显影技术对光合作用进行研究。以下是他们研究过程的简述：往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同的光照时间后立即杀死小球藻。从培养液中提出产生的放射性物质进行分析。结果如下：
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
20
12种磷酸化糖类
2
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
3
2
大量3-磷酸甘油酸
请根据上述实验资料分析，下列选项错误的是( )
A．本实验原料只有CO2，暗反应的产物是有机物
B．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3-磷酸甘油酸
C．实验结果还说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
D．从CO2进入叶绿体到产生有机物的整个过程看，产生的有机物主要是磷酸化糖类
解析：光合作用所需要的原料除了二氧化碳还有水，A错误；从表中可以看出，放射性首先出现在3-磷酸甘油酸中，B正确；60 s后，放射性出现在除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等，C正确；从表中可以看出，产生的有机物主要是磷酸化糖类，D正确。
答案：A
7．(等级选考)[2019·东城高一期末]ATP作为细胞中的直接能源物质为细胞生命活动直接提供能量。为了研究ATP合成过程中的能量转换机制，科学家利用提纯的大豆磷脂、某种细菌膜蛋白(Ⅰ)和牛细胞中的ATP合成酶(Ⅱ)构建了ATP体外合成体系，如图所示。请回答问题：
(1)ATP在供能时，远离A的________断裂，将能量释放出来。
(2)科学家利用人工体系模拟了ATP合成时的能量转换过程。在叶绿体中此过程发生的场所为________。
(3)科学家利用人工体系进行了相关实验，如下表。
组别
人工体系
H＋通过
Ⅰ的转运
H＋通过
Ⅱ的转运
ATP
大豆磷脂
构成的囊泡
Ⅰ
Ⅱ
1
＋
＋
＋
有
有
产生
2
＋
－
＋
无
无
不产生
3
＋
＋
－
有
无
不产生
注：“＋”、“－”分别表示人工体系中组分的“有”、“无”
①比较第1组和第2组的结果可知，Ⅰ可以转运H＋进入囊泡。进一步研究发现，第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度________囊泡外。
②比较第1组和第3组的结果可知，伴随图中的________的过程，ADP和Pi合成ATP。
(4)结合图与实验分析，说明人工体系产生ATP的能量转换过程是光能→________→ATP中的化学能。
解析：分析图形，H＋进入囊泡通过Ⅰ过程，需要光，说明该囊泡模拟的是叶绿体的类囊体薄膜；H＋通过Ⅱ出囊泡，形成ATP，说明模拟的是线粒体的内膜。(1)ATP中远离A的高能磷酸键断裂，释放能量，供给各项耗能的生命活动。(2)叶绿体中合成ATP的场所是类囊体薄膜。(3)第1组囊泡内pH比囊泡外低1.8，说明囊泡内的H＋浓度高，大于囊泡外的H＋浓度。②比较第1组和第3组的结果可知，伴随H＋通过Ⅱ向囊泡外转运的过程，ADP和Pi合成ATP。(4)上述实验数据分析可知人工体系产生ATP的能量转换过程是：光能→H＋电化学势能→ATP中的化学能。
答案：
(1)高能磷酸键 (2)类囊体膜(囊状结构薄膜)
(3)①高于(大于) ②H＋通过Ⅱ向囊泡外转运
(4)H＋电化学势能(H＋浓度梯度势能)
探究点二 光合作用原理的应用
【师问导学】
1．光照强度对光合作用强度的影响
如图表示光照强度对光合作用强度的影响曲线，分析曲线讨论并回答：
(1)A点时，光照强度为0，对应的CO2来源于哪些生理过程？其释放量的含义是什么？
(2)B点时，所对应的CO2吸收量和释放量为0，试分析此时光合速率与细胞呼吸速率的关系及B点的含义。
(3)C点时，CO2吸收量达到最高，请讨论C点的含义并分析CO2吸收量达到最高前、后的主要限制因素分别是什么？
答案：(1)A点时，光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，其单位时间内释放的CO2量，可表示此时的细胞呼吸速率。
(2)B点时，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合速率＝呼吸速率，此点为光补偿点。
(3)当达到C点后，光合作用不再随光照强度的升高而增加，称之为光饱和点。CO2吸收量达到最高前的主要限制因素是光照强度，CO2吸收量达到最高后的主要限制因素为温度和CO2浓度。
2．结合细胞呼吸，人们用下面的曲线来表示光照强度和光合作用强度之间的关系，请分析：
(1)图中A、B、C各点代表的生物学意义分别是什么？
(2)OA段的含义是什么？其大小主要受哪种环境因素的影响？
(3)DE段的含义是什么？如果此时想增加光合作用强度，可以采取哪些措施？
(4)若光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，这是在25 ℃测得的曲线，若温度升至30 ℃，曲线中A点、B点将如何变化？
(5)通过实验测得一片叶子在不同光照强度下气体吸收和释放的情况如下图所示。那么曲线中AB段(不包括A、B两点)中哪些过程是存在的(用下图字母表示)?
答案：
(1)A点：光照强度为零，只进行细胞呼吸。B点：光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点。C点：光合作用达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点。
(2)OA段代表呼吸作用强度。其大小主要受温度的影响。
(3)DE段光合作用强度达到饱和，不再随光照强度的增强而增加。可以通过调整温度和增加CO2浓度等措施增加光合作用强度。
(4)A点下移，B点右移。
(5)c、d、e、f。
3．其他环境因素对光合作用的影响
(1)温度：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度，据此请在坐标系中画出温度和光合作用强度的关系曲线(一般植物的适宜温度在35 ℃左右)。
(2)二氧化碳浓度
在一定范围内，植物光合速率随CO2浓度的增大而____________；但达到一定浓度时，再增加CO2浓度，光合速率也____________。
(3)矿质元素：缺少N会影响酶的合成，缺少P会影响________的合成；缺少Mg会影响________的合成。
答案：(1)如图所示 (2)增加 不再增加 (3)ATP 叶绿素
4．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图，请据图分析：
(1)光照强度为a时，曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明什么？此时造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是什么？
(2)光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是什么？
(3)光照强度为c时，每条曲线都呈现水平状态，说明什么？
答案：
(1)光照强度为a时，曲线Ⅰ和Ⅱ重合说明温度不是限制因素，光照强度才是限制因素。此时造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同。
(2)温度的不同。
(3)此时每条曲线都达到了光饱和点，光合作用不再上升。
【智涂笔记】
本实验中易产生的两个认识误区
(1)本实验中所测的数值并不代表光合作用的真实值，而是光合作用的净产值，即光合作用强度减去呼吸作用强度。
(2)叶片浮起之前并不是不进行光合作用，而是光合速率小于呼吸速率或者是产生的氧气量较少。
[归纳拓展] 关于环境因素影响光合速率的两点提醒
(1)温度改变对光合作用的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
(2)CO2浓度对光合作用的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用。
【师说核心】
一、探究环境因素对光合作用强度的影响实验
1．实验原理
叶片含有空气，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验中沉水叶片的制备
(1)小圆形叶片的制备：用打孔器在生长旺盛的绿叶上打出小圆形叶片。
(2)沉水：用注射器抽出叶片内气体，放入黑暗处盛有清水的烧杯中，小圆形叶片全部沉到水底。
(3)黑暗目的：防止光合作用的进行。
3．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响，排除温度的影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
4．实验结果分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图：
二、环境因素对光合速率影响的分析
1．单因子变量对光合速率的影响
(1)光照强度(如图)
①曲线分析：
项目
曲线点、段
进行的生理过程
气体转移情况
对应的生理
状态模型
A点
只进行呼吸作用
吸收O2、
释放CO2
AB段
呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸作用>光合作用
吸收O2、
释放CO2
B点
呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸作用＝光合作用
不与外界进
行气体交换
B点以后
呼吸作用、光合作用同时进行且呼吸作用<光合作用
吸收CO2、
释放O2
②应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示。间作套种农作物，可合理利用光能。
(2)CO2浓度
①曲线分析：
图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
(3(温度
①曲线分析：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。
②应用：冬季，温室栽培白天可适当提高温度；晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。
2．多因子变量对光合速率的影响
(1(曲线分析：
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
三、光合作用与细胞呼吸的相关计算
下面图中，Oa段表示植物呼吸速率，Od段表示植物表观光合速率(即净光合速率)，Oa＋Od段表示真正光合速率(即实际光合速率或总光合速率)，它们的关系为：真正光合速率＝表观光合速率＋呼吸速率。具体表述为：
1．光合作用消耗的CO2总量＝从外界吸收的CO2量＋呼吸作用产生的CO2量。
2．光合作用产生的O2量＝释放到外界的O2量＋呼吸作用消耗的O2量。
3．一昼夜有机物的积累量(用CO2量表示)＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2总量。
【检测反馈】
1．(合格必考)光合作用强度可以用多种指标表示，以下不适合的是( )
A．植物体鲜重增加量
B．植物体干重增加量
C．O2释放量
D．CO2吸收量
解析：植物光合作用消耗CO2，产生有机物和O2，因此，光合作用强度的指标可以是B、C、D选项中的指标。植物体鲜重增加量主要是水分的增加，不能作为光合作用强度的指标。
答案：A
2．(合格必考)下列四个处理中，沉入底部的叶片小块最先浮起的是( )
解析：叶片沉入水底是由于细胞间隙的空气被抽取掉。所以哪一个叶片最先产生大量的氧气，充入到细胞间隙中，哪一个叶片就最先浮上来。由于自来水中含有CO2,25 ℃的温度较为适宜，光照是光合作用必需的条件，所以C选项所示的叶片最先浮起来。
答案：C
3．(合格必考)如图表示某种植物光照强度与光合作用强度的关系。P点的生物学含义是( )
A．无光合作用，有呼吸作用
B．光合作用与呼吸作用达到动态平衡
C．无呼吸作用，有光合作用
D．光合作用与呼吸作用都不进行
解析：由曲线可看出，在一定的光照强度范围内，植物光合作用强度随光照强度的增大而增大，光照强度达到一定程度后，光合作用强度不再增加。图中光照强度达到P点时，光合速率与呼吸速率相等。
答案：B
4．(合格必考)下面是一位同学根据实验结果绘制的一组曲线，你认为不正确的是( )
解析：温度会通过影响光合作用中酶的活性来影响光合作用，高温使酶失活而导致光合作用强度下降，所以D选项应该是一条先升高后下降的曲线。
答案：D
5．(等级选考)已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合速率与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( )
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
解析：图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用速率。据题意，由于光合作用酶和细胞呼吸酶的最适温度不同，当温度由30 ℃降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用速率增大，d点上移。b点表示光合作用速率＝细胞呼吸速率，在25 ℃时细胞呼吸作用速率降低，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸速率相等，需降低光照强度以使光合作用速率减弱，即b点左移。
答案：C
6．(等级选考)[2019·丰台高一期末]研究人员对名贵中药铁皮石斛的栽培条件进行了相关研究，实验结果如下：
处理
L1
L2
L3
W1
W2
W3
W1
W2
W3
W1
W2
W3
干重/g
2.91
3.43
2.31
2.58
3.79
2.86
1.93
2.34
2.41
注：①L1、L2和L3分别代表光照强度为360、240和120 μmol/(m2·s－1)。
②W1、W2和W3分别代表基质含水量为基质最大持水量的100%、70%和40%。
(1)干重是植物光合作用有机物的积累量，如果用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用的碳原子，这种碳原子的转移途径是________________________(用汉字或化学符号及箭头表示)。
(2)该实验研究了________对该植物光合作用的影响。
(3)据表分析，该植物在________(用表格中的字母填空)条件下的生长状况最好。
(4)进一步研究发现，在土壤含水量低的情况下植物细胞内可溶性糖的含量提高，表明植株可以通过积累可溶性糖从而提高________________________， 这是植株的一种保护性反应。
(5)为保证该植物的产量，请提出在强光条件下的栽培建议：________________________________。
解析：(1) 14C标记的CO2是光合作用暗反应的原料。在光合作用的暗反应阶段，14CO2和C5结合形成14C3,14C3在ATP提供能量的前提下被[H]还原为C5和糖类(CH2O)，其中14C3转移到糖类中，即14C的转移途径为14CO2(二氧化碳)→14C3(三碳化合物)→糖类。(2)表中的L1、L2和L3分别代表不同的光照强度，W1、W2和W3分别代表不同基质含水量，由此并结合题意可知：该实验研究了光照强度和土壤含水量对该植物光合作用的影响。(3)表中信息显示：在光照强度为L2、土壤基质含水量为W2时，该植物的干重最大，此时该植物的生长状况最好。(4)在土壤含水量低的情况下，植物细胞内可溶性糖的含量提高后会使渗透压升高，从而提高细胞的渗透调节能力(细胞的吸水能力)。(5)分析表中信息可知，在光照强度一定、基质含水量为70%左右(W2)时，该植物的干重最大。可见，为保证该植物的产量，在强光条件下应将栽培植物所处的土壤含水量控制在70%左右(W2)。
答案：
(1)14CO2(二氧化碳)→14C3(三碳化合物)→糖类
(2)光照强度和土壤含水量 (3)L2、W2
(4)细胞的渗透调节能力(细胞的吸水能力)
(5)将土壤含水量控制在70%左右(W2)
7．(等级选考)如图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图，下列有关叙述正确的是( )
A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、暗反应速率增强
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低
解析：光合作用中水的光解发生在叶绿体类囊体膜上而不是叶绿体基质中，A项错误；图示t2→t3，限制光合作用的主要因素是CO2浓度而不是光照强度，在t2时刻增加光照，光合速率不再提高，B项错误；充足光照条件下，在t3时刻补充CO2，光照强度不变，暗反应增强消耗光反应产物[H]和ATP增加，一定程度增强了光反应速率，C项错误；将充足光照下的植物置于暗处，短时间内叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原后的直接产物含量降低，D项正确。
答案：D
【网络建构】
【主干落实】
1．光合作用的实质是合成有机物，储存能量；而呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量。
2．光合作用的反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
3．光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、[H]和ATP。
4．暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等有机物质。
5．光合作用中的物质转变：
(1)14CO2―→14C3―→(14CH2O)；
(2)HO―→18O2。
6．光合作用的能量转变：光能―→ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。
7．在一定范围内，随着光照强度或CO2浓度的增大，光合速率逐渐增大，但超过一定范围后，光合速率不再增大。
8．提高光合作用强度的两种措施是：(1)控制光照强弱和温度的高低；(2)适当增加环境中的CO2浓度。
课后分层检测案20 光合作用的原理和应用
授课提示：对应学生用书171页
【合格考全员做】(学业水平一、二)
1．2,6-二氯酚靛酚是一种蓝色染料，能被还原剂还原成无色，从叶绿体中分离出类囊体，置于2,6-二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放。此实验证明( )
A．光合作用在类囊体上进行
B．光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C．光反应能产生还原剂和O2
D．光合作用与叶绿体基质无关
解析：光反应场所是类囊体薄膜，但不能说明光合作用的场所是类囊体，A错误；本题中也无法证明光合作用产物O2中的氧元素来自CO2，并且氧气中的氧元素来源于水，B错误；由于“类囊体置于2,6-二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有氧气释放”本实验可以证明光反应能产生还原剂和O2，C正确；本实验中没有对照实验得不出和叶绿体基质的关系，D错误。故选C项。
答案：C
2．在光合作用过程中，光能最初用于( )
A．CO2的固定
B．C3的还原
C．将水分解为O2和[H]
D．将淀粉分解为葡萄糖
解析：光能被转化成ATP中活跃的化学能，同时分解水产生[H]和O2。
答案：C
3．在光合作用中，不需要酶参与的过程是( )
A．CO2的固定 B．叶绿素吸收光能
C．C3的还原 D．ATP的形成
解析：CO2的固定和C3的还原过程都需要酶的参与；ATP的形成也需要相应的酶参与；而叶绿素吸收光能不需要酶的参与。
答案：B
4．在实验室中，如果要测定藻类植物是否能完成光反应，最好是检验( )
A．葡萄糖的合成 B．二氧化碳的消耗
C．叶绿体的含量 D．氧气的释放
解析：光合作用的光反应产生了氧气，而二氧化碳的消耗和葡萄糖的产生在光合作用的暗反应阶段。
答案：D
5．光合作用过程中，与光反应相比，暗反应阶段的特点是( )
A．需要光、叶绿体色素和酶
B．在酶、ATP和[H]的作用下完成CO2的固定和C3的还原，最终形成有机物
C．把水光解为[H]和O2
D．把光能转化为储存在糖类中的化学能
解析：暗反应阶段是一系列的酶促反应，主要的物质变化是CO2的固定和C3的还原。
答案：B
6．光合作用过程中，水的光解及三碳化合物形成糖类所需要的能量分别来自( )
A．细胞呼吸产生的ATP和光能
B．都是细胞呼吸产生的ATP
C．光能和光反应产生的ATP
D．都是光反应产生的ATP
解析：光合作用中水的光解发生在光反应阶段，需要光能作能源；三碳化合物在暗反应中被还原，其动力来自光反应产生的ATP，还原剂是光反应产生的[H]。
答案：C
7．在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量的变化是( )
A．C3和C5都迅速减少
B．C3和C5都迅速增加
C．C3迅速增加，C5迅速减少
D．C3迅速减少，C5迅速增加
解析：突然停止光照，光反应停止，[H]和ATP产生停止，由于暗反应中C3还原继续进行，消耗[H]和ATP，随着[H]和ATP的减少，C3还原减慢甚至停止，但CO2的固定依然进行，因此在短时间内C3积累，C5减少。
答案：C
8．离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是( )
A．C3增多、C5减少 B．C3增多、C5增多
C．C3减少、C5增多 D．C3减少、C5减少
解析：在光合作用暗反应过程中，CO2首先与C5结合，形成2个C3，最后经一系列的循环后又产生C5。所以叶绿体在光照下进行光合作用时，C3和C5含量都维持在相对平衡的状态。如果突然中断CO2的供应，CO2固定减弱，所以C3减少而C5增多。
答案：C
9．为了研究光合作用，生物小组的同学把菠菜叶磨碎，分离出细胞质基质和全部叶绿体。然后又把部分叶绿体磨碎分离出叶绿素和叶绿体基质，分别装在四支试管内，并进行光照，如图所示。哪一支试管能检测到光合作用的光反应过程( )
A．甲 B．乙
C．丙 D．丁
解析：光合作用的光反应过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要叶绿素和酶。
答案：B
10．生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率并未随之增加，主要限制因素是( )
A．呼吸作用和暗反应 B．光反应 C．暗反应 D．呼吸作用
解析：生长于较弱光照条件下的植物光反应弱，生成的ATP和[H]少，即使提高CO2浓度，暗反应的速率也不会提高，光合速率并未随之增加。
答案：B
11．如图表示叶绿体的结构和功能，请回答：
(1)与光合作用有关的色素分布在图中[ ]________上。
(2)光反应是在________________上进行的，暗反应是在[ ]________________________中进行的。
(3)光反应的生理意义是：光反应所产生的[③]________和[ ]________________是暗反应所必需的。
(4)暗反应包括[⑥]____________和[ ]____________。
答案：
(1)[②]类囊体的薄膜
(2)类囊体的薄膜 [⑧]叶绿体的基质
(3)[H] [④]ATP
(4)CO2的固定 [⑤]C3的还原
12．为缓解能源危机这一全球性问题，开发和利用新能源受到广泛关注。研究发现，小球藻在高氮条件下光合作用强，油脂积累少；在低氮条件下生长较慢，但能积累更多油脂。为获得油脂生产能力强的小球藻，制造生物质燃料，科研人员进行了实验。
请回答问题：
(1)小球藻通过光反应将________能转变成不稳定的化学能，经过在叶绿体基质中进行的________反应，将这些能量储存在有机物中。
(2)科研人员进行了图1所示的实验，发现培养基上的藻落(由一个小球藻增殖而成的群体)中，只有一个为黄色(其中的小球藻为X)，其余均为绿色(其中的小球藻为Y)。
小球藻X的出现可能是EMS(一种化学诱变剂)导致小球藻发生了基因突变，不能合成________，因而呈黄色。为初步检验上述推测，可使用________观察并比较小球藻X和Y的叶绿体颜色。
(3)为检测油脂生产能力，研究者进一步实验，结果如图2所示。
据图可知，高氮条件下________________________，说明小球藻X更适合用于制造生物质燃料。
答案：(1)光 暗(碳)
(2)叶绿素 显微镜
(3)小球藻X的油脂生产能力高于Y
【等级考选学做】(学业水平三、四)
13．下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是( )
A．光合作用和呼吸作用总是同时进行的
B．光合作用产生的ATP主要用于呼吸作用
C．光合作用形成的糖类在细胞呼吸中被利用
D．光合作用与细胞呼吸分别在植物的叶肉细胞和根细胞中进行
解析：光合作用只有在有光的条件下进行，呼吸作用在有光和无光的条件下都能进行，所以在有光的条件下能够进行光合作用和呼吸作用，在黑暗中只能进行呼吸作用，故A错误；光合作用产生的ATP只用于暗反应的C3还原，不能用于其他的生命活动，故B错误；光合作用合成的糖类可用于呼吸作用被分解，故C正确；活细胞都能进行呼吸作用，光合作用只能在绿色植物的含叶绿体组织细胞中进行，故D错误。
答案：C
14．将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0。之后保持不变。在上述整时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是( )
A．降低至一定水平时再升高
B．持续保持相对稳定状态
C．降低至一定水平时保持不变
D．升高至一定水平时保持相对稳定
解析：密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行有氧呼吸，植物净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率，净光合速率只要大于0，则光合作用消耗的CO2量就大于有氧呼吸释放的CO2量；根据题意，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变。说明密闭容器内的CO2浓度从光照开始就下降，当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时，密闭容器内的CO2浓度停止下降，保持不变。
答案：C
15．现有四个实验装置，若要验证植物的光合作用需要二氧化碳，则应选用的装置组合是( )
A．①和② B．①和③
C．②和③ D．③和④
解析：在探究光合作用过程的实验中，确认实验目的、实验变量非常关键。本实验的目的是“验证植物的光合作用需要二氧化碳”，自变量是有无二氧化碳，无关变量必须相同且适宜。因此，实验装置必须置于光照条件下，由图示可以看出，①③均有光照，保证了无关变量不干扰实验结果。二者唯一不同的是小烧杯外的溶液：①中的NaOH溶液具有除去二氧化碳的作用，③中的清水不具此作用。对比①③，有二氧化碳的③中能进行光合作用，不含二氧化碳的①中不能进行光合作用。
答案：B
16．科学家提取植物细胞中的叶绿体，用高速离心法打破叶绿体膜后，分离出类囊体和基质，在不同条件下进行实验(如下表所示)，用来研究光合作用过程，下列选项中各试管得到的产物情况正确的是( )
试管
叶绿体结构
光照
C18O2
ATP、[H]
C5
甲
类囊体
＋
＋
－
－
乙
基质
－
＋
＋
＋
丙
基质
＋
＋
－
＋
丁
基质和类囊体
＋
＋
－
＋
注：表中的“＋”表示“添加”，“－”表示“不添加”。
A．甲试管可得到18O2
B．乙试管可得到C3
C．丙试管可得到葡萄糖和淀粉
D．丁试管可得到乳糖
解析：光合作用产生的O2来源于水的光解，甲试管中没有H18O2，所以没有18O2；乙试管中有C18O2和C5，可得到C3；丙试管不含ATP、[H]，所以得不到葡萄糖和淀粉；乳糖是动物细胞内合成的二糖。
答案：B
17．离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，下列关于一段时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化的示意图中，正确的是( )
解析：离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，突然中断CO2的供应使C3合成减少，一段时间内暗反应逐渐减弱，暗反应消耗的ATP也逐渐减少，故ATP相对含量逐渐增加；随着暗反应的减弱，光反应也逐渐减弱，所以叶绿体内O2含量逐渐减少。
答案：B
18．如图表示3株脱淀粉(经充分“饥饿”处理)的长势相同的同种植株放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验目的的叙述中最准确的是( )
A．证明光合作用的必需条件是CO2
B．证明光合作用的速率随CO2浓度的增大而增大
C．证明过多的CO2抑制光合作用
D．证明NaOH能促进光合作用
解析：三组装置的不同点是CO2浓度不同，所以本实验的目的是研究不同CO2浓度条件下植物的光合作用情况。
答案：B
19．如图表示较强光照且温度相同以及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，以下相关比较不正确的是( )
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
答案：C
20．在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是( )
A．ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ATP则向相反方向运动
B．ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动
C．ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动
D．ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP的运动方向则正好相反
解析：叶绿体是进行光合作用的场所，光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行，此过程中消耗来自叶绿体基质的ADP，产生ATP，供暗反应阶段C3的还原，所以叶绿体中ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP则由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动。
答案：D
21．如图表示某地夏季一密闭大棚内一昼夜间CO2浓度的变化。下列能正确表示e点时单位时间内棚内植株消耗的CO2总量与消耗的O2总量之比(体积比)的是( )
解析：e点时CO2的量不再增加，超过e点后CO2的含量下降，说明此时光合速率等于细胞呼吸速率，即光合作用吸收的CO2量等于细胞呼吸消耗的O2的量。
答案：B
22．将如图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下，细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
A．黑暗条件下，①增大、④减小
B．光强低于光补偿点时，①、③增大
C．光强等于光补偿点时，②、③保持不变
D．光强等于光饱和点时，②减小、④增大
解析：图示细胞为叶肉细胞，在黑暗条件下、密闭容器中，该细胞不进行光合作用，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2，因此①增大、④减小。光强低于光补偿点时，光合作用和细胞呼吸同时进行，但细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞吸收O2，放出CO2，此时在密闭容器中①增大、③减小。光强等于光补偿点时，细胞呼吸强度等于光合作用强度，因此细胞吸收O2速度等于放出CO2速度，即②、③保持不变。光强等于光饱和点时，光合作用强度最大，细胞光合作用吸收CO2速度大于细胞呼吸吸收O2的速度，因此②减小、④增大。
答案：B
23．为研究棉花去棉铃(果实)后对叶片光合作用的影响，研究者选取至少具有10个棉铃的植株，去除不同比例棉铃，3天后测定叶片的CO2固定速率以及蔗糖和淀粉的含量。结果如图：
(1)光合作用暗(碳)反应利用光反应产生的ATP和________，在________中将CO2转化为三碳化合物，进而形成淀粉和蔗糖。
(2)由图1可知，随着去除棉铃的百分率的提高，叶片光合速率________。本实验中对照组(空白对照组)植株的CO2固定速率相对值是________。
(3)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中________增加。已知叶片光合产物会运到棉铃等器官并被利用，因此去除棉铃后，叶片光合产物利用量减少，________降低，进而在叶片中积累。
(4)综合上述结果可推测，叶片中光合产物的积累会________光合作用。
(5)一种验证上述推测的方法为：去除植株上的棉铃并对部分叶片遮光处理，使遮光叶片成为需要光合产物输入的器官，检测________叶片的光合产物含量和光合速率。与只去除棉铃植株的叶片相比，若检测结果是____________________________________，则支持上述推测。
解析：
(1)光反应为暗(碳)反应提供了[H]和ATP，暗(碳)反应的场所是叶绿体基质。
(2)根据图1可以看出叶片光合速率随去除棉铃的百分率的提高而下降。图1中去除棉铃的百分率为“0”是空白对照组，植株的CO2固定速率相对值是28。
(3)由图2可知，去除棉铃后，植株叶片中的蔗糖和淀粉的含量提高，说明光合产物的输出量下降，导致光合产物在叶片中积累。
(4)根据题图可以看出随着去除棉铃的百分率的提高，叶片光合速率下降，而光合产物在叶片中积累，说明叶片中光合产物的积累会抑制光合作用。
(5)与只去除棉铃植株的叶片相比，如果检测到未遮光的叶片中光合产物下降且光合速率上升，则说明叶片光合产物的积累会抑制光合作用。
答案：(1)[H] 叶绿体基质 (2)逐渐下降 28 (3)淀粉和蔗糖的含量 输出量 (4)抑制 (5)未遮光 光合产物含量下降，光合速率上升
24．观赏植物蝴蝶兰可通过改变 CO2 吸收方式以适应环境变化。长期干旱条件下，蝴蝶兰在夜间吸收 CO2并贮存在细胞中。
(1)依图a分析，长期干旱条件下的蝴蝶兰在0～4时________(选填“有”或“无”)ATP和[H]的合成，原因是________________；此时段________(选填“有”或“无”)光合作用的暗反应发生，原因是 ________________；10～16 时无明显 CO2 吸收的直接原因是________。
(2)从图b可知，栽培蝴蝶兰应避免________，以利于其较快生长。此外，由于蝴蝶兰属阴生植物，栽培时还需适当________。
解析：(1)0～4时，无光照，光合作用不能进行，但可以进行呼吸作用，合成ATP和[H]；此时段叶绿体内不能合成ATP和[H]，暗反应无法进行；10～16时，在长期干旱条件下，植物为了减少水分的蒸发，关闭气孔，导致CO2吸收受阻。(2)从图b中可以看出，正常情况下比长期干旱时有机物的积累量大，所以为了利于蝴蝶兰的生长应避免长期干旱，又因蝴蝶兰属阴生植物，所以栽培还需适当遮光。
答案：(1)有 呼吸作用合成 无 叶绿体在无光时不能合成ATP和[H] 气孔关闭
(2)长期干旱(或长期缺水) 遮光
【素养养成练】
25．用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验。请分析回答下列问题：
(1)实验A中离体的叶绿体能合成糖类，碳酸氢钠溶液所起的作用是________________。若要使该实验中没有糖类产生，烧杯中液体应改为________________________。
(2)若要使实验B中离体的叶绿体内糖类合成速度明显加快，在光照和CO2条件不变且适宜的情况下，可考虑采用________________的方法。
(3)若要使实验C中离体的叶绿体产生糖类，锥形瓶内至少应加入________和________。
(4)科学家鲁宾和卡门利用小球藻作实验材料，用18O分别标记H2O和CO2，最终证明光合作用释放的O2来自H2O；科学家卡尔文用14C标记CO2供小球藻进行光合作用，探明了卡尔文循环途径。以上科学家在实验中共同使用了________________技术。
解析：(1)植物体合成糖类是叶绿体进行了光合作用的结果，而光合作用需要CO2，碳酸氢钠溶液的作用是提供CO2；如果将碳酸氢钠溶液换成氢氧化钠溶液，因为氢氧化钠溶液可以吸收玻璃罩中的CO2，所以光合作用不能进行，没有糖类生成。(2)影响光合作用的因素有光照强度、CO2浓度、温度、矿质离子和水等，其中适当提高温度可以增强酶的活性，因为实验B的装置中只有离体的叶绿体，不用考虑呼吸作用消耗，且实验B装置所处温度较低(10℃)，所以适当提高温度可以使糖类合成速度明显加快。矿质离子虽然可以影响光合作用，但因实验材料是离体的叶绿体，没有完整的细胞结构，或实验B中本来就不缺乏矿质离子，所以添加矿质离子后不会明显改变光合速率；题图实验中实验材料置于水中，光合作用利用的水很少，所以加水也不会明显提高光合速率。(3)实验C中离体的叶绿体置于黑暗处，不能进行光反应，也就不能为暗反应提供ATP和[H]，所以其暗反应不能进行，如果要使实验C中产生糖类，则锥形瓶中至少应加入ATP和[H]。(4)研究光合作用过程中物质变化、元素转移的情况时可以用同位素标记法进行示踪。
答案：(1)提供CO2 氢氧化钠溶液(碱液) (2)适当提高温度 (3)ATP [H] (4)同位素示踪(同位素标记)
单元排查强化
【主干知识理脉络】
【易错易混早防范】
易错点1 误认为具有分泌功能的细胞才能产生酶
点拨 活细胞(除哺乳动物成熟红细胞外)都可以产生酶。
易错点2 误认为酶只在细胞内起催化作用
点拨 酶可在细胞内、细胞外、体外发挥作用(如消化酶)。
易错点3 误认为酶具有调节、催化等多种功能
点拨 起“催化”作用是酶的“唯一”功能。
易错点4 误认为暗反应不需要光也能长期进行
点拨 光反应在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；暗(碳)反应在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物[H]和ATP，因此在无光条件下不能长期进行。
易错点5 误认为有氧呼吸全过程都需要O2
点拨 有氧呼吸的第一、二阶段不需要O2，只有第三阶段需要O2。
易错点6 误认为哺乳动物红细胞无线粒体，不能进行细胞呼吸
点拨 真核细胞若无线粒体，则不能进行有氧呼吸，但其生命活动离不开能量供应，必须通过无氧呼吸产生能量以供各项生命活动所利用，哺乳动物成熟红细胞可进行无氧呼吸产生乳酸并释放能量。
易错点7 误认为所有生物有氧呼吸的场所都是线粒体
点拨 (1)原核生物无线粒体，其有氧呼吸的场所是细胞质基质和细胞膜。
(2)真核生物有氧呼吸的场所是细胞质基质和线粒体。
易错点8 误认为O2浓度为零时，呼吸强度为“0”，ATP产生量为“0”
点拨 O2浓度为零时，细胞呼吸强度并不为零，因为此时细胞进行无氧呼吸，也可以产生ATP。
易错点9 误认为光合速率、光能利用率与光合作用效率是一回事
点拨 ①光合速率：光合作用的指标，通常以每小时每平方分米叶面积吸收CO2毫克数表示。
②光能利用率：指植物光合作用所累积的有机物中所含能量占照射在同一地面上的日光能量的比率。提高的途径有延长光合时间、增加光合面积，提高光合作用效率。
③光合作用效率：植物通过光合作用制造有机物中所含有的能量与光合作用中吸收的光能的比值，提高的途径有光照强弱的控制，CO2的供应，必需矿质元素的供应。
易错点10 误认为光合作用暗反应中C5可参与(CH2O)生成
点拨 光合作用暗反应中C5的作用在于固定CO2形成C3，14CO2中的14C转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)，中间没有C5参与，C5的作用为C5＋CO2→2C3→(CH2O)、C5，C5被用于再次固定CO2，不能理解为C5生成(CH2O)。
易错点11 误认为无氧呼吸两个阶段都产生ATP
点拨 无氧呼吸过程共产生2个ATP，而这2个ATP只产自第一阶段，第二阶段不产生ATP。
易错点12 误认为线粒体中只能分解有机物，不能合成有机物
点拨 线粒体中不仅能分解有机物，也能合成诸如三磷酸腺苷(ATP)这类有机物。不可将ATP与“能量”等同看待，ATP是一类高能磷酸化合物。另外，线粒体含有少量DNA、RNA，可半自主遗传，能合成部分蛋白质。
易错点13 误认为植物细胞无氧呼吸的产物都是酒精
点拨 绝大多数植物细胞无氧呼吸的产物是酒精，但有些植物细胞如马铃薯块茎、玉米胚、甜菜块根等，其无氧呼吸的产物却是乳酸。
易错点14 误认为人体产生CO2的场所是细胞质基质和线粒体
点拨 人和其他动物细胞，其无氧呼吸产物为乳酸，不产生CO2，故细胞中CO2产生的唯一场所是线粒体。
【基础排查过三关】
第一关：测基础 判正误
1．酶都是在核糖体上以氨基酸为原料合成的(×)
2．若要长期保存酶，应将其放在低温环境下(√)
3．酶在催化反应完成后立即被降解为氨基酸(×)
4．水稻细胞内合成的某物质，能够在常温下高效分解淀粉，该物质含有羧基(√)
5．溶酶体内的水解酶是由核糖体合成的(√)
6．酶通过为反应物供能和降低活化能来提高化学反应速率(×)
7．在细胞质内合成的酶也可在细胞核内发挥作用(√)
8．在缺氧的条件下，细胞质基质也能形成ATP(√)
9．几乎所有ATP中的能量最终都来自光能(√)
10．ATP与ADP在细胞中不停地进行转化(√)
11．ATP中含有一个高能磷酸键(×)
12．酶的种类具有物种差异性，而ATP却无物种差异性(√)
13．酶、ATP都与细胞代谢密切相关，但两者的合成并无直接关系(×)
14．与激素及载体蛋白等一样，酶起到调节作用后并不失活(×)
15．在探究温度对酶活性的影响的实验中，温度和pH是自变量(×)
16．在探究光照强度对植物光合速率的影响的实验中，CO2的浓度、温度、植物种类等是无关变量(√)
17．在探究氧气浓度对酵母菌细胞呼吸速率的影响的实验中，温度可以随便控制(×)
18．种子风干脱水后呼吸强度增强(×)
19．土壤淹水可导致根系发生无氧呼吸(√)
20．破伤风杆菌在有氧条件下能大量繁殖(×)
21．高等生物都进行有氧呼吸，低等生物都进行无氧呼吸(×)
22．肌肉细胞中的线粒体比脂肪细胞含量多，是因为肌肉收缩需要消耗大量的能量(√)
23．活细胞中的线粒体往往可以定向地运动到代谢比较旺盛的部位(√)
24．有氧呼吸的三个阶段都有ATP产生，但第三阶段产生的ATP最多(√)
25．水是有氧呼吸的产物，也是有氧呼吸的反应物(√)
26．各种细胞进行有氧呼吸的主要场所都是线粒体(×)
27．人长时间剧烈运动时，骨骼肌细胞中每摩尔葡萄糖生成ATP的量比安静时多(×)
28．细胞呼吸的结果如果没有水的产生，就一定是无氧呼吸(√)
29．人体剧烈运动时，CO2/O2＞1，即CO2既可在线粒体又可在细胞质基质中产生(×)
30．根尖分生区细胞产生ATP的场所有线粒体和细胞质基质(√)
31．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光(√)
32．叶绿体是绿色植物光合作用的场所，光合色素就分布在叶绿体的类囊体薄膜上，而与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中(√)
33．光照越弱，阴生植物光合作用越强；光照越强，阳生植物光合作用越强(×)
34．某一光照强度下，检测到新鲜叶片没有与外界进行气体交换，则可判断出此叶片没有进行光合作用(×)
35．光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，暗反应是在叶绿体基质中进行的(√)
36．细胞呼吸中的[H]和光合作用中的[H]实质上不是一种物质(√)
37．叶绿体与线粒体增大膜面积的方式相同，且都具有流动性(×)
38．降低光照将直接影响到光反应的进行，从而影响暗反应；改变CO2浓度则直接影响暗反应的进行(√)
39．线粒体产生的二氧化碳扩散到同一细胞的叶绿体中被利用(不考虑类囊体薄膜)，穿过4层生物膜，扩散到相邻细胞的叶绿体中被利用，穿过6层生物膜(√)
40．化能合成作用也能像光合作用一样将无机物合成为有机物，但所需要的能量来源不同(√)
41．小麦种子萌发过程中有氧呼吸逐渐减弱(×)
42．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变(×)
43．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短(×)
44．向离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应(√)
45．绿色植物的光反应可以在暗处进行，暗反应也可以在光下进行(×)
46．即使给予叶绿素提取液适宜的温度、光照和CO2，也无法检测到有O2生成(√)
47．大豆根吸收矿质元素所需的ATP可以直接来源于光合作用(×)
48．水果贮存时充入N2和CO2的目的主要是抑制无氧呼吸，延长水果的贮存时间(×)
49．绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以用无水乙醇分离绿叶中的色素(×)
50．绿叶中的色素有4种，它们在滤纸条上从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b(√)
第二关：练规范 强素质
1．上世纪科学家发现了一种RNaseP酶，是由20%的蛋白质和80%的RNA组成的。如果将这种酶中的蛋白质除去，并提高Mg2＋的浓度，他们发现留下来的RNA仍然具有与这种酶相同的催化活性，这一结果表明
________________________________________________________________________。
答案：RNA具有生物催化作用
2．有氧呼吸总反应式：
________________________________________________________________________。
答案：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量
3．有氧呼吸第一阶段反应式：
________________________________________________________________________。
答案：C6H12O62C3H4O3＋4[H]＋能量(少)
4．有氧呼吸第二阶段反应式：
________________________________________________________________________。
答案：2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20[H]＋能量(少)
5．有氧呼吸第三阶段反应式：
________________________________________________________________________。
答案：24[H]＋6O212H2O＋能量(多)
6．产生乳酸的无氧呼吸总反应式：
________________________________________________________________________。
答案：C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量(少)
7．产生酒精的无氧呼吸总反应式：
________________________________________________________________________。
答案：C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量(少)
8．产生乳酸的第二阶段反应式：
________________________________________________________________________。
答案：2C3H4O3＋4[H]2C3H6O3
9．产生酒精的第二阶段的反应式：
________________________________________________________________________。
答案：2C3H4O3＋4[H]2C2H5OH＋2CO2
10．光合作用的总反应式：
________________________________________________________________________。
答案：CO2＋H2O(CH2O)＋O2
11．水的光解反应式：
________________________________________________________________________。
答案：H2O2[H]＋O2
12．光合作用过程中ATP形成的反应式：
________________________________________________________________________。
答案：ADP＋Pi＋能量ATP
13．CO2的固定反应式：
________________________________________________________________________。
答案：CO2＋C52C3
14．C3的还原反应式：__________________________________。
答案：2C3(CH2O)＋C5
第三关：练规范 提能力
1．甲、乙两种酶用同一种蛋白酶处理，酶活性与处理时间的关系如下图所示，请据图回答：
(1)甲、乙两种酶的化学本质分别是什么？请说出判断依据。
________________________________________________________________________。
(2)乙酶活性改变的机制是什么？其活性能否恢复？
________________________________________________________________________。
(3)欲让甲、乙两种酶的变化趋势换位，应加入何类酶？
________________________________________________________________________。
答案：
(1)观察曲线图可知，甲酶的活性始终保持不变，表明甲酶能抵抗该种蛋白酶的降解，则甲酶的化学本质不是蛋白质而是RNA，乙酶能被蛋白酶破坏，活性降低，则乙酶为蛋白质
(2)乙酶被降解的过程中其空间结构会发生改变，从而使其活性丧失，这种活性的改变不可逆转，故无法恢复
(3)RNA水解酶
2．高温、低温或过酸、过碱对酶活性的影响其本质相同吗？为什么？
________________________________________________________________________。
答案：不同，过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏，使酶永久失活；低温使酶活性明显下降，但酶的空间结构稳定，在适宜温度下其活性可以恢复
3．温度和pH对酶促反应速率的影响与底物浓度和酶浓度对酶促反应速率影响的本质有什么不同？
________________________________________________________________________。
答案：温度和pH影响酶促反应速率的原因是影响了酶的活性；底物浓度和酶浓度影响酶促反应速率的原因是影响了酶分子和底物分子的结合，酶的活性并没有改变
4．回答有关ATP问题：
(1)人体内ATP的含量很少，但在剧烈运动时，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP，以供运动之需，但人体内ATP总含量并没有太大变化，请分析原因：
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________________________________________________________________________。
(2)植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都以ATP作为能量“货币”，由此说明了什么？
________________________________________________________________________。
(3)为什么不能认为ATP与ADP的相互转化过程是可逆反应？
________________________________________________________________________。
答案：
(1)ATP与ADP时刻不停地发生快速相互转化，并且处于动态平衡之中
(2)生物界具有统一性，也说明种类繁多的生物有着共同的起源
(3)ATP与ADP的相互转化过程中，物质可重复利用，但所需的酶、能量的来源和去路及反应场所都不完全相同，故不可以将其看作可逆反应
5．有氧呼吸过程是否含有无氧呼吸的步骤？联想到地球的早期大气中氧的缺乏以及原核细胞没有线粒体，这对你有什么启示？
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答案：有氧呼吸与无氧呼吸的第一个阶段完全相同：都不需要氧；都与线粒体无关。联想到地球的早期以及原核细胞的结构，可以作出这样的推测：在生物进化史上先出现无氧呼吸而后才出现有氧呼吸，即有氧呼吸是由无氧呼吸发展变化而形成的。先出现原核细胞而后出现真核细胞，即真核细胞是由原核细胞进化而来的
6．有氧呼吸中葡萄糖能直接被线粒体利用吗？为什么？
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答案：不能，因为线粒体膜上不含运输葡萄糖的载体蛋白，葡萄糖不能进入线粒体
7．人体剧烈运动时，吸收的氧气与释放的CO2量相等吗？为什么？
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答案：相等，因为人体无氧呼吸的产物是乳酸，无CO2产生，而有氧呼吸吸入氧气的量等于释放的CO2的量
8．动物细胞无氧呼吸产生乳酸，多数植物细胞无氧呼吸产生酒精和CO2，有些植物细胞无氧呼吸产生乳酸，其原因是什么？
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答案：无氧呼吸的产物不同的原因是酶的种类不同，根本上是基因不同
9．为什么高等植物的叶片一般呈现绿色？说出你的理由。
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答案：因为叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来，所以叶片一般呈现绿色
10．如图是恩格尔曼实验装置改装示意图，光线先通过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射玻片上的水绵，一段时间后，水绵周围好氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。
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答案：三棱镜将光分为七色光，叶绿体色素提取液主要吸收红光和蓝紫光，故透过三棱镜再通过叶绿体色素提取液后照射到水绵上的光，没有红光和蓝紫光，使水绵不同部位的光合作用变化不大，产生氧气的量大致相同，因此水绵周围好氧细菌分布无显著变化
11．叶绿体中C3的分子数量为什么多于C5的分子数量？
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答案：暗反应CO2固定时，每消耗1分子C5，产生2分子C3；C3还原时，每还原2分子C3，产生1分子C5，因此当暗反应速率达到稳定时，C3化合物的分子数是C5化合物的2倍
12．回答光合作用和呼吸作用的问题。
(1)光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用有什么不同？
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(2)植物在生长过程中，光合作用产生的ATP的量与细胞呼吸过程中产生的ATP的量哪一个量多？为什么？
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(3)光反应产生的[H]与细胞呼吸产生的[H]是否是同一类物质？
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答案：
(1)光反应阶段产生的ATP主要用于暗反应阶段C3的还原。细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动
(2)光合作用产生的ATP的量远多于细胞呼吸产生的ATP的量。光合作用中产生的ATP中的能量转移到有机物中，植物体内的有机物只有一部分用于细胞呼吸，且通过细胞呼吸释放出的能量只有一部分转移到ATP中
(3)不是。光反应产生的[H]为NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，细胞呼吸产生的[H]为NADH(还原型辅酶Ⅰ)
13．解释下列原因：
(1)夏季连续阴天，大棚中作物提高产量应采取哪些措施？
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(2)大棚生产中，为什么多施有机肥能够提高作物的产量？
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(3)土壤中缺乏N，植物的光合作用就会受影响，请分析原因：
________________________________________________________________________。
答案：
(1)白天适当补充光照，夜晚适当降温，可以提高作物产量
(2)有机肥中的有机物被微生物分解产生了CO2和无机盐，能够增加大棚中的CO2浓度并为作物提供矿质营养
(3)N是组成ATP、NADPH、酶以及类囊体薄膜等与光合作用有关的物质或结构的重要元素
14．若将某种植物密闭在无O2，但其他条件适宜的小室中，光照培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增强，原因是
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答案：该植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增强
课件101张PPT。第2课时 光合作用的原理和应用
