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(共93张PPT)
第16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。
课标要求
考情分析
1.光合作用的原理 2023·湖北·T8　2023·江苏·T19　2022·重庆·T23
2021·广东·T12　2021·湖南·T18　2021·河北·T19
2021·重庆·T6　2020·天津·T5
2.光合作用和细胞呼吸的关系 2023·天津·T9　2022·天津·T16　2021·江苏·T20
2021·山东·T16
内容索引
考点一　　光合作用的原理
考点二　　光合作用与细胞呼吸的关系
课时精练
考点一
光合作用的原理
1.光合作用的概念：绿色植物通过 ，利用 ，将_________
转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。
2.光合作用的反应式：CO2＋H2O (CH2O)＋O2。
叶绿体
光能
二氧化碳
和水
有机物
氧气
3.光合作用的过程
项目 光反应 暗反应
过程模型
实质 光能转化为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物
与光的关系 必须在 下进行 有光、没有光都能进行
场所 在叶绿体内的 上进行 在叶绿体 中进行
光
类囊体薄膜
基质
项目 光反应 暗反应
物质转化
项目 光反应 暗反应
能量转化 光能→_______________ ______________ ATP和NADPH中活跃的化学能→_____________________
关系
ATP和NADPH中
活跃的化学能
有机物中稳定的化学能
4.化能合成作用与光合作用的对比
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 等有机物
能量来源 _____ ___________________________
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌等
糖类
光能
某些无机物氧化时释放的能量
硝化细菌
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
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)“模型法”表示C3和C5等物质含量变化
(1)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中(　　)
提示　光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能。
(2)暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原(　　)
提示　暗反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再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。
×
×
(3)暗反应中14C的转移途径是14CO2―→14C3―→14C5―→(14CH2O)
(　　)
提示　在暗反应阶段中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。
×
光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义，请结合以下信息深度认知光合作用相关原理。
1.如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体
腔中，图中实线为电子的传递过
程，虚线为H＋的运输过程，ATP
合成酶由CF0和CF1两部分组成，则：
(1)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 ；电子(e－)由水释
放出来后，经过一系列的传递体形成
电子流，最终传递给 (电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和
PSⅡ吸收的光能储存在 中。
氧和H＋
NADP＋
NADPH和ATP
(2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有_______________
_______________________________。
(3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有________________________。合成ATP依赖于________________________形成的电化学势能。
PQ运输H＋；合成NADPH消耗H＋
水的光解产生H＋；
运输H＋和催化ATP的合成
类囊体膜两侧的H＋浓度差
2.如图1为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。
(1)其中磷酸丙糖转运器发挥作用时，并
不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的
总含量，由此推测磷酸丙糖转运器维持
叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量不变的原因是_______________________
_____________________________________。
Pi与磷酸丙糖通过磷酸丙
糖转运器严格按照1∶1反向交换进行转运
(2)将离体的叶绿体置于磷酸浓度低的外界悬浮液中，叶绿体CO2的固定速率会减慢，请结合上述(1)中信息推测原因为__________________________
_________________________________
_______________________________________________。
(3)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。
外界磷酸浓度低的不利于磷酸
丙糖的输出，叶绿体中淀粉等光合产
物积累，导致暗反应过程受阻，从而影响CO2的固定
非还原糖较稳定
(4)如图2中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体(NADPH、ADP、C3或C5)中某两种化合物的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的
浓度，则物质甲、乙分别指的是 。 若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是 。
C5、NADPH
ADP、C3
(5)科研人员利用“间隙光”来测定番茄的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如图3所示。
据实验结果部分记录图分析，与连
续光照6小时，再连续黑暗6小时相
比，“间隙光”处理的光合作用效
率 (填“大于”“等于”或“小
于”)连续光照下的光合作用效率，
原因是“间隙光”处理时能 。图3中曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率 (填“更快”或“更慢”)。图3中两条曲线所围成的面积S1 (填“大于”“等于”或“小于”)S2。
大于
充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP
更快
等于
考向一　光合作用的原理
1.(2021·重庆，6)类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图如下。据图分析，下列叙述错误的是
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，
最少要穿过4层膜
B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
√
1
2
水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊
体薄膜的内侧，若被有氧呼吸利用，
则O2在线粒体内膜上被利用，O2从叶
绿体类囊体薄膜开始，穿过叶绿体2
层膜，然后进入同一细胞中的线粒体，再穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误；
1
2
光反应中NADP＋与电子(e－)和质子
(H＋)结合形成NADPH，然后在暗反
应过程中被消耗，B正确；
由图可知，产生的ATP可用于暗反应
以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；
电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。
1
2
2.(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
1
2
(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是_______________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持_____(填“低温”或“常温”)。
1
2
保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂
低温
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是________________________________________________________
___________________________________。
1
2
实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是____________________________________________
______。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是____。
1
2
类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH
升高
水
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________
___________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有______________________________(答两点)。
1
2
NADPH、
ATP和CO2
增加CO2浓度和适当提高环境温度
返回
考点二
光合作用与细胞呼吸的关系
(1)物质方面
NADPH
C6H12O6
H2O
[H]
(2)能量方面
NADPH
ATP
(1)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程(　　)
提示　线粒体是有氧呼吸的主要场所，其中有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此提取完整的线粒体悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸，而提取叶绿体悬浮液可以独立完成光合作用过程，但前提是保证叶绿体的活性。
×
(2)用H218O浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O(　　)
提示　用H218O浇灌植物，植物通过蒸腾作用使H218O出现在周围空气中，经过光合作用光反应阶段，H218O中的18O进入氧气中，经过细胞呼吸，H218O进入CO2中。
√
(3)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)(　　)
提示　只有能进行光合作用的植物细胞才能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。
×
考向二　光合作用与细胞呼吸的关系
3.(2023·天津，9)如图是某种植物光合
作用及呼吸作用部分过程的图，关于
此图说法错误的是
A. 经主动运输进入细胞质基质
B. 通过通道蛋白进入叶绿体基质
C.光反应生成的H＋促进了 进入类囊体
D.光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
√
3
4
据图可知， 进入细胞质基质
或叶绿体基质需要线粒体产生的
ATP供能，都属于主动运输，通道
蛋白只参与协助扩散，A正确，B
错误；
据图可知，光反应中水光解产生的
H＋促进 进入类囊体，C正确；
3
4
据图可知，光反应生成的物质X(O2)促进线粒体的有氧呼吸，产生更多的ATP，有利于
进入叶绿体基质，产生CO2，保证了暗反应的CO2供应，D正确。
3
4
4.(2022·天津，16)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。
(1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于__________和__________等生理过程，为各项生命活动提供能量。
3
4
光合作用
细胞呼吸
(2)蓝细菌可通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还原为D－乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌，以期提高D－乳酸产量，但结果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH被大量用于___________产生ATP，无法为Ldh提供充足的NADH。
有氧呼吸
3
4
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K，以补充ATP产量，使更多NADH用于生成D－乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量，结果如表。
注：数据单位为pmol/OD730。
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
3
4
由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K的ATP含量升高，且有氧呼吸第三阶段________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)，光反应中的水光解__________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)。
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
被抑制
不受影响
3
4
(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程菌L能积累更多D－乳酸，是因为其______(双选)。
A.光合作用产生了更多ATP
B.光合作用产生了更多NADPH
C.有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D.有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
AD
3
4
1.(必修1 P103)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。NADPH的作用是_______
__________________________________________________。
2.(必修1 P104)光合作用的产物有一部分是 ，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，再通过韧皮部运输到植株各处。
暗反应阶段的还原剂；储存部分能量供暗反应阶段利用
可作为
淀粉
筛管
3.(必修1 P106)请根据光合作用的基本过程，填充下图：
2C3
O2
ATP
NADPH
NADP＋
C5
4.请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：_______________________
____________________。
5.(2022·全国甲，29节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是 (答出1点即可)。
返回
C6H12O6＋6O2＋6H2O
自身呼吸消耗或建造植物体结构
课时精练
一、选择题
1.(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是
A.Rubisco存在于细胞质基质中
B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP
D.Rubisco催化C5和CO2结合
√
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Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；
暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；
Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；
Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2.(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。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.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性
下降，PSⅡ光复合体对光能的
捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
√
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叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；
Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体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，C错误；
PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。
3.(2020·天津，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是
A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
√
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绿色植物光反应的场所是类囊体薄膜，产物有O2、NADPH、ATP，暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等有机物，据此推断该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A项正确；
该反应体系不断消耗的物质不仅是CO2，还有水等，B项错误；
类囊体产生的NADPH、ATP参与C3的还原，光反应产生的O2不参与暗反应，C项错误；
该反应体系含有从菠菜中分离的类囊体，类囊体上含有光合作用色素，D项错误。
4.(2024·扬州高三期中)如图所示生理过程中，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质， CF0、CF1构成ATP合成酶。下列说法错误的是
A.PS Ⅱ、PS Ⅰ内含易溶于有机
溶剂的色素
B.PQ转运H＋的过程需要消耗电
子中的能量
C.线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是线粒体内膜
D.小麦光合作用产生的O2被细胞呼吸利用至少需要经过4层磷脂双分子层
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光反应中水的光解产生的O2是发生在叶绿体类囊体薄膜内，O2扩散到邻近的线粒体中被利用至少要经过类囊体膜、叶绿体和线粒体各两层膜，共5层膜，即5层磷脂双分子层，D错误。
5.(2024·郑州高三质检)如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程，下列说法错误的是
A.只有含叶绿素的细胞才能进行
过程①和③
B.过程③④发生的场所分别为叶
绿体基质和线粒体基质
C.过程①中光能转变为活跃的化
学能储存在ATP和NADPH中
D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
√
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过程①表示光反应中水的光解，
过程③表示暗反应，则①和③是
光合作用过程，光反应中需要色
素吸收、传递、转化光能，其中
叶绿素是转化光能必不可少的色
素，A正确；
过程③表示暗反应，发生在叶绿体基质中，过程④包括有氧呼吸的第一、第二阶段，第一阶段发生在细胞质基质中，第二阶段发生在线粒体基质中，B错误；
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过程①光反应中，光能转变成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，二者可被暗反应利用，C正确。
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6.(2024·武汉高三期中)如图为真核细胞中两种传递电子并产生 ATP 的生物膜结构示意图。据图分析，下列有关叙述正确的是
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A.图甲为叶绿体内膜，图乙为线粒体内膜
B.两种膜产生 ATP 的能量直接来源均为 H＋的跨膜运输
C.自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构
D.图甲中NADPH为电子最终受体，图乙中O2为电子最终受体
√
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图甲中利用光能分解水，为光合作用的光反应阶段，所以图甲为叶绿体中的类囊体薄膜，存在于有叶绿体的生物体内，图乙中利用NADH生成水和ATP，应为有氧呼吸第三阶段，所以图乙为线粒体内膜，存在于含线粒体的生物中；自养需氧型生物，如硝化细菌为原核生物，不存在图甲结构和图乙结构，A、C错误；
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由图可知，这两种膜结构上的ATP合成酶在合成ATP时，都需要利用膜两侧的H＋跨膜运输，即H＋的梯度势能转移到ATP中，B正确；
图甲中的NADP＋接受电子变成NADPH，NADP＋为电子最终受体，图乙中O2接受电子变成水，O2为电子最终受体，D错误。
7.(2024·黄石高三期中)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都是由光合色素和蛋白质构成的复合体，其在光反应中的机制如图所示。下列说法错误的是
A.叶绿素和类胡萝卜素都能吸收
红光和蓝紫光
B.水的光解发生在类囊体薄膜，
需要酶的参与
C.植物缺镁对光系统Ⅰ和光系统
Ⅱ都有影响
D.光能先转变成电能再转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
√
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，A错误。
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8.“光斑”是阳光穿过树冠枝叶投射到地面的光点，它会随太阳运动和枝叶摆动而移动。如图表示某一生长旺盛的植物在“光斑”照射前后O2释放速率和CO2吸收速率的变化曲线。下列叙述不正确的是
A.“光斑”照射前，植物进行着较弱
的光合作用
B.“光斑”照射后，短时间内C3含量
增多
C.图示O2释放速率的变化说明暗反应限制了光反应
D.CO2吸收曲线ab段的变化说明暗反应与光照有关
√
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“光斑”照射开始，O2释放速率急
剧增大，CO2吸收速率增大相对较
慢，短时间内C3的还原强于CO2的
固定，故短时间内C3含量减少，B
错误；
“光斑”照射后，CO2吸收速率增加的同时，O2释放速率下降，说明暗反应限制了光反应，C正确；
ab段“光斑”移开，光照减弱，光反应减弱，O2释放速率下降的同时，CO2吸收速率也下降，说明暗反应的进行与光照有关，D正确。
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9.(2024·武汉高三联考)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，其中磷酸丙糖转移蛋白(TPT) 的活性是限制光合速率大小的重要因素。已知：CO2充足时，TPT活性降低；磷酸丙糖与Pi通过TPT的运输严格按1∶1的比例进行转运。据图分析，下列有关叙述正确的是
A.叶肉细胞的光合产物主要是以淀粉形式
运出细胞的
B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反
应产生的ATP
C.若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率，则利于蔗糖的合成
D.农业生产上可以通过增加CO2来提高作物中淀粉和蔗糖的含量
√
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12
由题图可知，叶肉细胞的光合产物
主要是以蔗糖形式运出细胞的，A
错误；
若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运
进叶绿体的速率，则有利于淀粉的合成，C错误；
由于CO2充足时，TPT活性降低，导致磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程受到影响，所以增加CO2，能提高作物中淀粉的含量，但蔗糖的含量会下降，D错误。
1
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二、非选择题
10.(2024·宜昌高三联考)光合作用过程十分复杂，包括一系列化学反应。以下是科学家探索光合作用原理的部分实验。回答下列问题：
(1)20世纪初英国的布莱克曼把化学动力学方法引入到对光合作用的研究中：
①光照强度保持恒定，持续增加CO2浓度，发现光合速率先增大，达到一定程度后保持不变，此时增大光照强度，光合速率会随之增大，这说明______________________________。菠菜植株中能固定CO2的物质是_______________。
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12
光照强度是光合作用的限制因子
C5(五碳化合物)
②CO2浓度保持恒定，持续增大光照强度，发现光合速率先增大，达到一定程度后不再增加，此时增大CO2浓度，光合速率会随之增大，这说明______________________________。绿色植物吸收和转化光能的具体场所是______________________。
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CO2浓度是光合作用的限制因子
(叶绿体的)类囊体薄膜
(2)大约20年后，德国的瓦伯格等用藻类进行闪光实验。在光能量相同的前提下设置两组实验，第1组连续照光，第2组用闪光照射，中间间隔一定暗期；发现第2组光合效率是第1组的200%～400%。该实验阐明了光合作用中存在两个反应，请从光合作用光反应和暗反应的过程对实验现象进行解释：__________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________。
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在光能量相同的前提下，闪光照射时使光反应阶段产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，提高了暗反应中C3的还原，进而提高了藻类的光合作用效率
(3)后来科学家为验证瓦伯格的发现，以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等相同且适宜并稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下，请补充完整实验设计步骤：
A组：__________________，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%；
B组：__________________________________，每次光照和黑暗的时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%；
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先光照后黑暗处理
先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms；光合作用产物的相对含量为94%；
D组(对照组)：_________________，光合作用产物的相对含量为100%。
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光照时间为135 s
11.(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
(1)图b表示图a中的_________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会______(填“加快”或“减慢”)。
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类囊体膜
NADPH
减慢
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光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应
速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
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注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
叶绿体类型 相对值 实验项目 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以_______(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是___________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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Fecy
实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于______________________________，从而提高光反应速率。
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类囊体上的色素吸收、转化光能
在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶
绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对
值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b
对实验结果进行解释：_______________
___________________________________
_______________________________________________________________________________________________________。
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ATP的合成依赖
于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯
度通过类囊体膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
根据图b可知，ATP的合成依赖于水
光解的电子传递和氢离子顺浓度梯
度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，
叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受
损程度依次增大，因此ATP的产生
效率逐渐降低。
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12.(2023·江苏，19)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①～④表示场所。请回答下列问题：
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(1)光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在______(从①～④中选填)；NADPH可用于CO2固定产物的还原，其场所有_______(从①～④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、________________(填写2种)等。
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④
①④
K＋、Mal(苹果酸)
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叶绿体是光合作用的场所，所以光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在④中，即叶绿体中；NADPH可用于CO2固定产物的还原，由图示可知，该过程可以发生在叶绿体中，也发生在细胞质基质中。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、K＋和Mal等，其中K＋和Mal影响细胞液的渗透压，进而影响保卫细胞的吸水力，影响气孔的开闭。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP的场所有________(从①～④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为________进入线粒体，经过TCA循环产生的_____________
最终通过电子传递链氧化产生ATP。
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①②
丙酮酸
[H](或NADH)
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研究证实气孔运动需要ATP，图中叶绿体合成有机物需要消耗ATP，而ATP由细胞质基质进入到叶绿体中，因而可推测气孔运动需要的ATP来源于细胞呼吸，细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，即图中的①②。
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保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸的第二、三阶段，经过TCA循环产生的[H](NADH)最终通过电子传递链氧化产生ATP，即有氧呼吸的第三阶段。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活细胞膜上的AHA，消耗ATP将H＋泵出膜外，形成跨膜的_________，驱动细胞吸收K＋等离子。
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H＋浓度差
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蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活细胞膜上的AHA，消耗ATP将H＋泵出膜外，形成跨膜的H＋浓度差，并提供电化学势能驱动细胞吸收K＋等离子，进而提高细胞液浓度，促进细胞吸水，进而表现为气孔张开。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降(溶质浓度提高)，导致保卫细胞__________，促进气孔张开。
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吸水膨胀
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细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，进入到细胞液中，使细胞内水势下降(溶质浓度提高)，导致保卫细胞吸水膨胀，促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有_______。
A.淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B.光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C.光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D.长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
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ABD
结合图2可知，黑暗时突变体ntt1淀粉粒面积远小于WT，突变体ntt1叶绿体失去运入ATP的能力，据此推测保卫细胞淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP，A正确；
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保卫细胞叶绿体中淀粉合成和分解与气孔开闭有关，结合图1可以看出，光照条件会促进保卫细胞淀粉粒的水解，光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关，B正确；
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突变体ntt1在光照条件下叶绿体中含有淀粉粒说明其能进行光合作用，光照条件下突变体ntt1的淀粉粒面积几乎无变化，可能是存在某种平衡，C错误；
结合图示可以看出，较长时间光照可使WT淀粉粒面积增大，因而推测，长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉，D正确。
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返回第16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。
考情分析 1.光合作用的原理 2023·湖北·T8　2023·江苏·T19　2022·重庆·T23 2021·广东·T12　2021·湖南·T18　2021·河北·T19 2021·重庆·T6　2020·天津·T5
2.光合作用和细胞呼吸的关系 2023·天津·T9　2022·天津·T16　2021·江苏·T20 2021·山东·T16
考点一　光合作用的原理
1．光合作用的概念：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．光合作用的反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
3．光合作用的过程
项目 光反应 暗反应
过程模型
实质 光能转化为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物
与光的关系 必须在光下进行 有光、没有光都能进行
场所 在叶绿体内的类囊体薄膜上进行 在叶绿体基质中进行
物质转化 ①水的光解： H2O2H＋＋O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3C5＋(CH2O) ③ATP的水解： ATPADP＋Pi＋能量 ④NADPH的分解： NADPHNADP＋＋H＋＋2e－
能量转化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
关系
4.化能合成作用与光合作用的对比
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 糖类等有机物
能量来源 光能 某些无机物氧化时释放的能量
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 硝化细菌、硫细菌等
归纳总结　环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
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)“模型法”表示C3和C5等物质含量变化
判断正误
(1)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中(　×　)
提示　光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能。
(2)暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原(　×　)
提示　暗反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再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。
(3)暗反应中14C的转移途径是14CO2―→14C3―→14C5―→(14CH2O)(　×　)
提示　在暗反应阶段中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。
光合作用涉及光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等重要反应步骤，对实现自然界的能量转换、维持大气的碳—氧平衡具有重要意义，请结合以下信息深度认知光合作用相关原理。
1．如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，则：
(1)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－，使水分解为氧和H＋；电子(e－)由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，最终传递给NADP＋(电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和PSⅡ吸收的光能储存在NADPH和ATP中。
(2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有水的光解产生H＋；PQ运输H＋；合成NADPH消耗H＋。
(3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有运输H＋和催化ATP的合成。合成ATP依赖于类囊体膜两侧的H＋浓度差形成的电化学势能。
2．如图1为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。
(1)其中磷酸丙糖转运器发挥作用时，并不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量，由此推测磷酸丙糖转运器维持叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量不变的原因是Pi与磷酸丙糖通过磷酸丙糖转运器严格按照1∶1反向交换进行转运。
(2)将离体的叶绿体置于磷酸浓度低的外界悬浮液中，叶绿体CO2的固定速率会减慢，请结合上述(1)中信息推测原因为外界磷酸浓度低的不利于磷酸丙糖的输出，叶绿体中淀粉等光合产物积累，导致暗反应过程受阻，从而影响CO2的固定。
(3)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是非还原糖较稳定。
(4)如图2中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体(NADPH、ADP、C3或C5)中某两种化合物的含量，T1～T3则表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的浓度，则物质甲、乙分别指的是C5、NADPH。 若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是ADP、C3。
(5)科研人员利用“间隙光”来测定番茄的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如图3所示。据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时相比，“间隙光”处理的光合作用效率大于(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合作用效率，原因是“间隙光”处理时能充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP。图3中曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率更快(填“更快”或“更慢”)。图3中两条曲线所围成的面积S1等于(填“大于”“等于”或“小于”)S2。
考向一　光合作用的原理
1．(2021·重庆，6)类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图如下。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜
B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
答案　A
解析　水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜的内侧，若被有氧呼吸利用，则O2在线粒体内膜上被利用，O2从叶绿体类囊体薄膜开始，穿过叶绿体2层膜，然后进入同一细胞中的线粒体，再穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。
2．(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。
(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是___________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持______________(填“低温”或“常温”)。
(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_________________________。
(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是___________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________________。
(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有______________________
______________________________________________________________________(答两点)。
答案　(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂　低温　(2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差　(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高　水　(4)NADPH、ATP和CO2　增加CO2浓度和适当提高环境温度
考点二　光合作用与细胞呼吸的关系
(1)物质方面
(2)能量方面
判断正误
(1)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程(　×　)
提示　线粒体是有氧呼吸的主要场所，其中有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此提取完整的线粒体悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸，而提取叶绿体悬浮液可以独立完成光合作用过程，但前提是保证叶绿体的活性。
(2)用H218O浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O(　√　)
提示　用H218O浇灌植物，植物通过蒸腾作用使H218O出现在周围空气中，经过光合作用光反应阶段，H218O中的18O进入氧气中，经过细胞呼吸，H218O进入CO2中。
(3)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)(　×　)
提示　只有能进行光合作用的植物细胞才能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。
考向二　光合作用与细胞呼吸的关系
3．(2023·天津，9)如图是某种植物光合作用及呼吸作用部分过程的图，关于此图说法错误的是(　　)
A．HCO经主动运输进入细胞质基质
B．HCO通过通道蛋白进入叶绿体基质
C．光反应生成的H＋促进了HCO进入类囊体
D．光反应生成的物质X保障了暗反应的CO2供应
答案　B
解析　据图可知，HCO进入细胞质基质或叶绿体基质需要线粒体产生的ATP供能，都属于主动运输，通道蛋白只参与协助扩散，A正确，B错误；据图可知，光反应中水光解产生的H＋促进HCO进入类囊体，C正确；据图可知，光反应生成的物质X(O2)促进线粒体的有氧呼吸，产生更多的ATP，有利于HCO进入叶绿体基质，产生CO2，保证了暗反应的CO2供应，D正确。
4．(2022·天津，16)利用蓝细菌将CO2转化为工业原料，有助于实现“双碳”目标。
(1)蓝细菌是原核生物，细胞质中同时含有ATP、NADPH、NADH(呼吸过程中产生的[H])和丙酮酸等中间代谢物。ATP来源于__________和__________等生理过程，为各项生命活动提供能量。
(2)蓝细菌可通过D－乳酸脱氢酶(Ldh)，利用NADH将丙酮酸还原为D－乳酸这种重要的工业原料。研究者构建了大量表达外源Ldh基因的工程蓝细菌，以期提高D－乳酸产量，但结果并不理想。分析发现，是由于细胞质中的NADH被大量用于_______________产生ATP，无法为Ldh提供充足的NADH。
(3)蓝细菌还存在一种只产生ATP不参与水光解的光合作用途径。研究者构建了该途径被强化的工程菌K，以补充ATP产量，使更多NADH用于生成D－乳酸。测定初始蓝细菌、工程菌K中细胞质ATP、NADH和NADPH含量，结果如表。
注：数据单位为pmol/OD730。
菌株 ATP NADH NADPH
初始蓝细菌 626 32 49
工程菌K 829 62 49
由表可知，与初始蓝细菌相比，工程菌K的ATP含量升高，且有氧呼吸第三阶段________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)，光反应中的水光解__________(填“被抑制”“被促进”或“不受影响”)。
(4)研究人员进一步把Ldh基因引入工程菌K中，构建工程菌L。与初始蓝细菌相比，工程菌L能积累更多D－乳酸，是因为其________(双选)。
A．光合作用产生了更多ATP
B．光合作用产生了更多NADPH
C．有氧呼吸第三阶段产生了更多ATP
D．有氧呼吸第三阶段节省了更多NADH
答案　(1)光合作用　细胞呼吸　(2)有氧呼吸　(3)被抑制　不受影响　(4)AD
1．(必修1 P103)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。NADPH的作用是可作为暗反应阶段的还原剂；储存部分能量供暗反应阶段利用。
2．(必修1 P104)光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
3．(必修1 P106)请根据光合作用的基本过程，填充下图：
4．请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
5．(2022·全国甲，29节选)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是自身呼吸消耗或建造植物体结构(答出1点即可)。
课时精练
一、选择题
1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是(　　)
A．Rubisco存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco需要黑暗条件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
答案　D
解析　Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2．(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。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．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强
B．Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱
C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获
D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
答案　C
解析　叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体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，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。
3．(2020·天津，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　)
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
答案　A
解析　绿色植物光反应的场所是类囊体薄膜，产物有O2、NADPH、ATP，暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等有机物，据此推断该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A项正确；该反应体系不断消耗的物质不仅是CO2，还有水等，B项错误；类囊体产生的NADPH、ATP参与C3的还原，光反应产生的O2不参与暗反应，C项错误；该反应体系含有从菠菜中分离的类囊体，类囊体上含有光合作用色素，D项错误。
4．(2024·扬州高三期中)如图所示生理过程中，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质， CF0、CF1构成ATP合成酶。下列说法错误的是(　　)
A．PS Ⅱ、PS Ⅰ内含易溶于有机溶剂的色素
B．PQ转运H＋的过程需要消耗电子中的能量
C．线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是线粒体内膜
D．小麦光合作用产生的O2被细胞呼吸利用至少需要经过4层磷脂双分子层
答案　D
解析　光反应中水的光解产生的O2是发生在叶绿体类囊体薄膜内，O2扩散到邻近的线粒体中被利用至少要经过类囊体膜、叶绿体和线粒体各两层膜，共5层膜，即5层磷脂双分子层，D错误。
5．(2024·郑州高三质检)如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程，下列说法错误的是(　　)
A．只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③
B．过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质
C．过程①中光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中
D．有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
答案　B
解析　过程①表示光反应中水的光解，过程③表示暗反应，则①和③是光合作用过程，光反应中需要色素吸收、传递、转化光能，其中叶绿素是转化光能必不可少的色素，A正确；过程③表示暗反应，发生在叶绿体基质中，过程④包括有氧呼吸的第一、第二阶段，第一阶段发生在细胞质基质中，第二阶段发生在线粒体基质中，B错误；过程①光反应中，光能转变成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，二者可被暗反应利用，C正确。
6．(2024·武汉高三期中)如图为真核细胞中两种传递电子并产生 ATP 的生物膜结构示意图。据图分析，下列有关叙述正确的是(　　)
A．图甲为叶绿体内膜，图乙为线粒体内膜
B．两种膜产生 ATP 的能量直接来源均为 H＋的跨膜运输
C．自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构
D．图甲中NADPH为电子最终受体，图乙中O2为电子最终受体
答案　B
解析　图甲中利用光能分解水，为光合作用的光反应阶段，所以图甲为叶绿体中的类囊体薄膜，存在于有叶绿体的生物体内，图乙中利用NADH生成水和ATP，应为有氧呼吸第三阶段，所以图乙为线粒体内膜，存在于含线粒体的生物中；自养需氧型生物，如硝化细菌为原核生物，不存在图甲结构和图乙结构，A、C错误；由图可知，这两种膜结构上的ATP合成酶在合成ATP时，都需要利用膜两侧的H＋跨膜运输，即H＋的梯度势能转移到ATP中，B正确；图甲中的NADP＋接受电子变成NADPH，NADP＋为电子最终受体，图乙中O2接受电子变成水，O2为电子最终受体，D错误。
7．(2024·黄石高三期中)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都是由光合色素和蛋白质构成的复合体，其在光反应中的机制如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．叶绿素和类胡萝卜素都能吸收红光和蓝紫光
B．水的光解发生在类囊体薄膜，需要酶的参与
C．植物缺镁对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都有影响
D．光能先转变成电能再转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
答案　A
解析　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，A错误。
8．“光斑”是阳光穿过树冠枝叶投射到地面的光点，它会随太阳运动和枝叶摆动而移动。如图表示某一生长旺盛的植物在“光斑”照射前后O2释放速率和CO2吸收速率的变化曲线。下列叙述不正确的是(　　)
A．“光斑”照射前，植物进行着较弱的光合作用
B．“光斑”照射后，短时间内C3含量增多
C．图示O2释放速率的变化说明暗反应限制了光反应
D．CO2吸收曲线ab段的变化说明暗反应与光照有关
答案　B
解析　“光斑”照射开始，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率增大相对较慢，短时间内C3的还原强于CO2的固定，故短时间内C3含量减少，B错误；“光斑”照射后，CO2吸收速率增加的同时，O2释放速率下降，说明暗反应限制了光反应，C正确；ab段“光斑”移开，光照减弱，光反应减弱，O2释放速率下降的同时，CO2吸收速率也下降，说明暗反应的进行与光照有关，D正确。
9．(2024·武汉高三联考)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，其中磷酸丙糖转移蛋白(TPT) 的活性是限制光合速率大小的重要因素。已知：CO2充足时，TPT活性降低；磷酸丙糖与Pi通过TPT的运输严格按1∶1的比例进行转运。据图分析，下列有关叙述正确的是(　　)
A．叶肉细胞的光合产物主要是以淀粉形式运出细胞的
B．暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C．若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率，则利于蔗糖的合成
D．农业生产上可以通过增加CO2来提高作物中淀粉和蔗糖的含量
答案　B
解析　由题图可知，叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的，A错误；若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率，则有利于淀粉的合成，C错误；由于CO2充足时，TPT活性降低，导致磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程受到影响，所以增加CO2，能提高作物中淀粉的含量，但蔗糖的含量会下降，D错误。
二、非选择题
10．(2024·宜昌高三联考)光合作用过程十分复杂，包括一系列化学反应。以下是科学家探索光合作用原理的部分实验。回答下列问题：
(1)20世纪初英国的布莱克曼把化学动力学方法引入到对光合作用的研究中：
①光照强度保持恒定，持续增加CO2浓度，发现光合速率先增大，达到一定程度后保持不变，此时增大光照强度，光合速率会随之增大，这说明__________________________。菠菜植株中能固定CO2的物质是__________。
②CO2浓度保持恒定，持续增大光照强度，发现光合速率先增大，达到一定程度后不再增加，此时增大CO2浓度，光合速率会随之增大，这说明______________________。绿色植物吸收和转化光能的具体场所是________________。
(2)大约20年后，德国的瓦伯格等用藻类进行闪光实验。在光能量相同的前提下设置两组实验，第1组连续照光，第2组用闪光照射，中间间隔一定暗期；发现第2组光合效率是第1组的200%～400%。该实验阐明了光合作用中存在两个反应，请从光合作用光反应和暗反应的过程对实验现象进行解释：__________________________________________________。
(3)后来科学家为验证瓦伯格的发现，以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等相同且适宜并稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下，请补充完整实验设计步骤：
A组：____________________，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%；
B组：__________________________________，每次光照和黑暗的时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%；
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms；光合作用产物的相对含量为94%；
D组(对照组)：____________________，光合作用产物的相对含量为100%。
答案　(1)①光照强度是光合作用的限制因子　C5(五碳化合物)　②CO2浓度是光合作用的限制因子　(叶绿体的)类囊体薄膜　(2)在光能量相同的前提下，闪光照射时使光反应阶段产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，提高了暗反应中C3的还原，进而提高了藻类的光合作用效率
(3)先光照后黑暗处理　先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理　光照时间为135 s
11．(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
叶绿体类型 相对值 实验项目 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是___________________________________________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于____________________________________________________________________，
从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：________________________。
答案　(1)类囊体膜　NADPH　减慢　(2)①Fecy　实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用　②类囊体上的色素吸收、转化光能　③ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
解析　(1)光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。(2)②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。
12．(2023·江苏，19)气孔对植物的气体交换和水分代谢至关重要，气孔运动具有复杂的调控机制。图1所示为叶片气孔保卫细胞和相邻叶肉细胞中部分的结构和物质代谢途径。①～④表示场所。请回答下列问题：
(1)光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在________(从①～④中选填)；NADPH可用于CO2固定产物的还原，其场所有________(从①～④中选填)。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、________________(填写2种)等。
(2)研究证实气孔运动需要ATP，产生ATP的场所有________(从①～④中选填)。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为________进入线粒体，经过TCA循环产生的________最终通过电子传递链氧化产生ATP。
(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活细胞膜上的AHA，消耗ATP将H＋泵出膜外，形成跨膜的__________，驱动细胞吸收K＋等离子。
(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，使细胞内水势下降(溶质浓度提高)，导致保卫细胞____________，促进气孔张开。
(5)保卫细胞叶绿体中的淀粉合成和分解与气孔开闭有关，为了研究淀粉合成与细胞质中ATP的关系，对拟南芥野生型WT和NTT突变体ntt1(叶绿体失去运入ATP的能力)保卫细胞的淀粉粒进行了研究，其大小的变化如图2。下列相关叙述合理的有________。
A．淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP
B．光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关
C．光照条件下突变体ntt1几乎不能进行光合作用
D．长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉
答案　(1)④　①④　K＋、Mal(苹果酸)　(2)①②　丙酮酸　[H](或NADH)　(3)H＋浓度差
(4)吸水膨胀　(5)ABD
解析　(1)叶绿体是光合作用的场所，所以光照下，光驱动产生的NADPH主要出现在④中，即叶绿体中；NADPH可用于CO2固定产物的还原，由图示可知，该过程可以发生在叶绿体中，也发生在细胞质基质中。液泡中与气孔开闭相关的主要成分有H2O、K＋和Mal等，其中K＋和Mal影响细胞液的渗透压，进而影响保卫细胞的吸水力，影响气孔的开闭。(2)研究证实气孔运动需要ATP，图中叶绿体合成有机物需要消耗ATP，而ATP由细胞质基质进入到叶绿体中，因而可推测气孔运动需要的ATP来源于细胞呼吸，细胞呼吸的场所是细胞质基质和线粒体，因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，即图中的①②。保卫细胞中的糖分解为PEP，PEP再转化为丙酮酸进入线粒体参与有氧呼吸的第二、三阶段，经过TCA循环产生的[H](NADH)最终通过电子传递链氧化产生ATP，即有氧呼吸的第三阶段。(3)蓝光可刺激气孔张开，其机理是蓝光激活细胞膜上的AHA，消耗ATP将H＋泵出膜外，形成跨膜的H＋浓度差，并提供电化学势能驱动细胞吸收K＋等离子，进而提高细胞液浓度，促进细胞吸水，进而表现为气孔张开。(4)细胞中的PEP可以在酶作用下合成四碳酸OAA，并进一步转化成Mal，进入到细胞液中，使细胞内水势下降(溶质浓度提高)，导致保卫细胞吸水膨胀，促进气孔张开。(5)结合图2可知，黑暗时突变体ntt1淀粉粒面积远小于WT，突变体ntt1叶绿体失去运入ATP的能力，据此推测保卫细胞淀粉大量合成需要依赖呼吸作用提供ATP，A正确；保卫细胞叶绿体中淀粉合成和分解与气孔开闭有关，结合图1可以看出，光照条件会促进保卫细胞淀粉粒的水解，光照诱导WT气孔张开与叶绿体淀粉的水解有关，B正确；突变体ntt1在光照条件下叶绿体中含有淀粉粒说明其能进行光合作用，光照条件下突变体ntt1的淀粉粒面积几乎无变化，可能是存在某种平衡，C错误；结合图示可以看出，较长时间光照可使WT淀粉粒面积增大，因而推测，长时间光照可使WT叶绿体积累较多的淀粉，D正确。

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