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(共41张PPT)
第2单元
细胞的代谢
第10课时　光合作用的过程
内容索引
核心体系
学习目标
活动方案
检测反馈
学 习 目 标
1. 概述叶绿体的结构和功能，体会生物体结构与功能相适应的观念。2. 说明光合作用探究历程，分析相关实验现象。3. 概述光合作用的过程。
核 心 体 系
活 动 方 案
下图是叶绿体的结构模式图，请据图完成下列填空。
活动一 概述叶绿体的结构和功能，体会生物体结构与功能相适应的观念
外膜
暗反应
基粒
类囊体
光合色素
光反应
光合作用的场所
为了探究光合作用的过程，许多科学家进行了探索，下面列举了六位科学家和他们得出的实验结论或观点。请思考并回答相关问题。
(1) 请将科学家的名字和他们得出的结论或观点用连线连起来。
科学家　　　　　 实验结论或观点
①恩格尔曼　 a. 水在叶绿体中光解，产生O2
②希尔　 b. 光合作用释放的O2来自水
③鲁宾和卡门　 c. 叶绿体中水光解过程伴随ATP合成
④阿尔农　 d. 光合产物中的碳来自CO2
⑤卡尔文　 e. 光合作用释放O2的部位是叶绿体
活动二 说明光合作用探究历程，分析相关实验现象
(2) 恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明什么？
【答案】 排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。说明光合色素主要吸收红光和蓝紫光。
(3) 希尔的实验是否能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水？
【答案】 不能，仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也没有观察到氧元素的转移。
(4) 鲁宾和卡门的实验方法和思路是什么？
【答案】 同位素标记法。分别标记H2O和CO2中的氧，探究O2的来源。
下面是光合作用过程图解，请在图解的右侧总结光合过程中的物质和能量变化。
(1) 在图解下方总结光反应和暗反应之间的关系。
活动三 概述光合作用的过程
【答案】 略。
(2) 从图解中可以看出光反应和暗反应之间的关系是什么？
【答案】 光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供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，光反应也会受到抑制。
检 测 反 馈
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1 控制实验条件对生物科学研究至关重要。下列实验中相关处理错误的是(　　)
选项 生物学研究 实验条件
A 恩格尔曼研究叶绿体的功能 先将含水绵的临时装片放在没有空气的黑暗小室中
B 希尔探索光合作用原理 充足的H2O和适宜浓度的CO2
C 观察细胞质的流动 先将黑藻放在光照、室温条件下培养后再观察
D 卡尔文探明卡尔文循环 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用
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【答案】 B
【解析】 为排除空气对好氧细菌分布的影响，应先将含水绵的临时装片放在没有空气的黑暗小室中，A正确；希尔反应在充足的H2O和无CO2的条件下进行，B错误；将黑藻放在光照、室温条件下培养后，新陈代谢旺盛，更容易观察到细胞质流动，C正确；卡尔文用14C 标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性的去向，最终探明了14CO2中的碳是如何转化为有机物中的碳的，暗反应的过程即卡尔文循环，D正确。
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2 2021年，中国科学家在人工合成淀粉上获得重大突破。下图表示人工合成淀粉的过程。相关叙述错误的是(　　)
A. 人工合成淀粉过程中应加入各种相应的酶，反应才能高效完成
B. 人工合成淀粉可以先利用太阳能发电，然后利用电能制氢，再用于合成反应
C. 叶肉细胞内类似CO2→有机C1→C3中间体的过程需要光反应提供NADPH和ATP
D. 与植物光合作用固定CO2量相等的情况下，人工合成淀粉量大于植物积累淀粉量
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【答案】 C
【解析】 光合作用的卡尔文循环需要多种酶的催化作用下才能高效完成，图中人工固定CO2合成糖类的反应过程与卡尔文循环相似，因此人工合成淀粉过程中应加入各种相应的催化酶，A正确；从图中可以看出，人工合成淀粉利用了太阳能发电，然后利用电能将水分解成O2和H2，用于合成淀粉的过程，B正确；人工合成淀粉新途径中有CO2→有机C1→C3中间体的过程，绿色植物叶肉细胞内类似于该过程的是CO2的固定，不需要光反应提供NADPH和ATP，C错误；在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成糖类相等，人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)，因此人工合成淀粉过程中积累的淀粉量更多，D正确。
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3 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
【答案】 C
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4 下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列判断错误的是(　　)
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A. 图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
B. c为ATP，f为NADPH
C. 将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性
D. 图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
【答案】 B
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5 下图表示光合作用和呼吸作用过程中CO2和[H]的变化，①～⑧表示生理过程，有关叙述正确的是(　　)
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A. 过程⑤⑥均需要[H]和ATP提供还原剂和能量
B. 过程④发生在线粒体中，过程③和过程⑧发生的场所一致
C. 过程①发生在叶绿体内的类囊体薄膜上，过程⑦也会产生[H]
D. 洋葱鳞片叶表皮细胞也可以进行①过程和④过程
【答案】 C
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6 原产热带地区的玉米等C4植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)催化CO2与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结合形成草酰乙酸(C4)，草酰乙酸被NDPH还原成苹果酸，苹果酸通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，在酶的催化下生成丙酮酸和CO2，CO2被核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP，C5)固定进入C3途径(卡尔文循环)；丙酮酸再次进入叶肉细胞叶绿体，转化为PEP继续固定CO2。上述途径可以保证较低CO2浓度下植物对CO2的利用。下列相关说法错误的是(　　)
A. 玉米等C4植物的维管束鞘细胞中能进行光合作用的暗反应
B. 上述途径中催化RuBP固定CO2的酶比PEPC的活性更强
C. 同位素标记法可追踪CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所
D. 上述CO2的固定途径是植物对高温环境水分过度蒸发的适应
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【答案】 B
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【解析】 由题意“苹果酸通过胞间连丝从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，在酶的催化下生成丙酮酸和CO2，CO2被核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP，C5)固定进入C3途径(卡尔文循环)”可知，玉米等C4植物的维管束鞘细胞中能进行光合作用的暗反应，A正确；PEPC固定CO2的能力要强于RUBP，催化PEPC固定CO2的酶比RuBP的活性更强，B错误；要验证CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以采用同位素标记法，利用同位素可用于追踪物质的运行和变化规律，C正确；高温环境下蒸发过度，植物气孔部分关闭，导致胞间CO2浓度降低，而PEPC羧化酶仍可以高效固定CO2，保持其光合速率不受明显影响，故上述CO2的固定途径是植物对高温环境水分过度蒸发的适应，D正确。
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7 (多选)活化状态的Rubisco能催化CO2固定。黑暗条件下，Rubisco与C5结合呈钝化状态。光照条件下，光激活Rubisco活化酶，使Rubisco构象发生变化释放C5暴露出活性位点，然后Rubisco活性位点与CO2结合后再与类囊体排出的Mg2＋结合，形成活化状态的Rubisco，过程如下图所示。相关叙述正确的有(　　)
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A. Rubisco活化酶吸收、传递、转换光能后被激活
B. 光能驱动H＋从类囊体薄膜外向类囊体内腔移动
C. 类囊体内腔中的pH下降有利于Mg2＋释放到基质
D. CO2和Mg2＋既是Rubisco的活化剂也是Rubisco的催化底物
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【答案】 BC
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【解析】 Rubisco活化酶受光激活发挥催化作用，它不是光合色素，不能吸收、传递、转换光能，A错误；图示表明，光能驱动H＋从类囊体薄膜外向类囊体内腔移动，此过程使类囊体内腔中的pH下降，利于 Mg2＋释放到基质，B、C正确；Rubisco活性位点与CO2结合后再与类囊体排出的Mg2＋结合，形成活化状态的Rubisco，由此说明CO2和Mg2＋是Rubisco的活化剂，活化状态的Rubisco能催化CO2固定，因此CO2是Rubisco的催化底物，Mg2＋不是Rubisco的催化底物，D错误。
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8 (多选)下列关于生物学史实的相关叙述，正确的有(　　)
A. 验证光合作用释放的O2全部来自H2O的实验中应用了放射性同位素示踪技术
B. 范·海尔蒙特基于柳枝扦插实验，认为植物生长的养料来自土壤、水和空气
C. 英国科学家普里斯特利指出植物可以更新空气
D. 萨克斯利用天竺葵为实验材料，证明光合作用的场所是叶绿体
【答案】 AC
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9 西瓜在栽培中常受到弱光逆境胁迫，研究发现，5－氨基乙酰丙酸(ALA)处理暗适应的西瓜叶片后，弱光逆境下的西瓜叶片的净光合速率有所提高。
(1) 叶绿体中的_________________具有吸收、传递、转换光能的作用，转换后的光能可储存到__________和NADPH中，前者为暗反应中_____________________提供能量。
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色素分子(叶绿素)
ATP
糖类的合成(C3的还原)
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(2) 光能被吸收后有三个去路：①储存于光反应的产物中、②以热的形式散失、③以更长波长的叶绿素荧光散失。实验研究中常用叶绿素荧光参数描述光合作用生理状况。其中F0是在只引发荧光不引起光反应的很弱的光照下测得的叶绿素荧光参数，F0的大小可以反映叶绿素含量的多少，Fm是在关闭光反应时的叶绿素的最大荧光参数；(Fm－F0)/ Fm表示光反应的最大光能转换效率。经检测，ALA处理西瓜叶片叶绿素荧光数值如下表所示，遮阴显著影响西瓜叶片叶绿素荧光__________(填“F0值”或“Fm值”)，说明遮阴条件下__________含量增加，但ALA处理对西瓜叶片叶绿素荧光的作用是________________(填“显著提高”“显著降低”或“无显著影响”)。
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F0值
叶绿素
无显著影响
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处理 F0 Fm (Fm－F0)/Fm
未遮阴 0.312 6 1.618 7 0.806 8
遮阴 0.368 9 1.727 1 0.785 9
ALA处理＋遮阴 0.363 4 1.678 9 0.783 1
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(3) 用ALA处理西瓜，测定其净光合作用速率和胞间CO2浓度，结果如下：
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实验结果说明，ALA的作用是_________________________________ _____________________________。
请结合以上研究分析遮阴条件下西瓜胞间CO2浓度升高的原因可能是_____________________________________________________________ ___________________________________________________。
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ALA可以减弱遮阴对净光合作用速率
下降和胞间CO2浓度升高的影响
遮阴条件下西瓜叶片的气孔开度不受影响，但遮阴条件影响了光合作用暗反应酶的活性，导致碳同化减弱，胞间CO2浓度升高
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(4) 若要研究ALA对盐胁迫下的无土栽培的西瓜光合作用速率的影响，实验组的处理为______。
A. 正常营养液中加入氯化钠，保持其浓度为 75 mmol/L
B. 正常营养液中加入ALA，保持其浓度为50 mg/L
C. 正常营养液中加入氯化钠(浓度保持在75 mmol/L)和ALA(浓度保持在50 mg/L)
D. 正常营养液中加入一定量的清水
(5) 研究发现ALA是叶绿素合成的前体，请结合以上研究判断ALA________(填“是”或“不是”)植物激素，理由是_______________ __________________________________________________________________。
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ABC
不是
因为ALA在植物
细胞内参与了叶绿素的合成反应，不是作为信息分子调节细胞的生命活动
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10 下图1表示绿色植物光合作用光反应过程中质子(H＋)和电子(e－)的传递情况，实线代表H＋传递，虚线代表e－传递，PQ既可传递e－，又可传递H＋。请回答下列问题。
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图1
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(1) 类囊体膜的主要成分有____________，该生物膜具有流动性，主要表现为________________________和____________________。
(2) 少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为________；e－经光系统Ⅱ→PQ→细胞色素b6f→PC→光系统Ⅰ等最终传递给________，合成NADPH；伴随着e－的传递，H＋通过________方式从叶绿体基质转运至类囊体腔积累，形成一定的H＋梯度，驱动ATP合成，最终实现光能转换为________。
(3) 当植物处于NADP＋缺乏状态时将启动循环电子转运，该状态下叶绿体中________(填“能”或“不能”)合成ATP。
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(4) 光呼吸是植物绿色组织在光下吸收O2并释放CO2的过程，属于光合作用能量损耗的一个副反应。天然光合作用的效率较低，这与光呼吸消耗以及两个光系统间对光吸收的竞争限制有关。某科研团队将太阳能光伏电池与光合电子传递链相结合，明显提高了蓝细菌固定CO2的效率(如图2所示)。
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图2
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据图2分析，该项改造能有效提高蓝细菌光合效率的原因主要有_____________________________________________________________。
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【答案】 (1)脂质和蛋白质　磷脂分子可以侧向自由移动　蛋白质大多也能运动　(2)O2和H＋　NADP＋　主动运输　(活跃的)化学能　(3)能　(4)既能解除光系统间对光吸收的竞争限制又能在一定程度上抑制光呼吸
【解析】 (2) 处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为氧和H＋；e－可与NADP＋合成NADPH；结合题意分析可知，H＋从叶绿体基质转运至类囊体腔是逆浓度梯度进行的，属于主动运输；经过光反应过程，实现了光能向活跃的化学能的转变过程。
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11 黑藻是水鳖科的沉水植物，低浓度CO2会诱导其光合途径由C3型(固定CO2最初产物是C3)向C4型(固定CO2最初产物是C4)转变。下图是黑藻光合作用过程中碳的固定和转移途径。请回答下列问题。
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(1) 黑藻细胞中固定CO2的场所有_____________、___________。黑藻细胞中生成丙酮酸的生理过程除图示外，还有__________________。
(2) 低浓度CO2条件下，用14CO2培养黑藻，14C的主要转移途径是CO2→______________________________→(CH2O)，图中C3的还原需要__________(填场所)产生的_________________提供能量。
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细胞质基质
叶绿体基质
有氧呼吸第一阶段
草酰乙酸→苹果酸→CO2→C3
类囊体
ATP和NADPH
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(3) 为了探究低浓度CO2诱导黑藻光合途径改变的机理，研究人员将实验组的黑藻在密闭玻璃缸中培养20 d，同时设置对照组。测定PEPC的酶活力，并提取RNA采用RT-PCR扩增PEPC基因后进行电泳，结果如下：
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①实验组密闭培养的目的是______________________。对照组中自变量控制的方法是_____________________________________________。
②据实验结果分析，黑藻能利用低浓度CO2的机制是_____________ ___________________________________________________。
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营造低浓度CO2环境
向培养液中加入适量的NaHCO3(或通入适量的CO2)
低CO2条件诱
导PEPC基因表达，PEPC酶活力高，固定CO2能力增强
谢谢观看
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