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第2课时　光合作用的原理
[学习目标]　1.运用物质和能量观说出光合作用过程中物质和能量的变化。2.利用分析与综合的方法，分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。3.通过分析光合作用发现历程，认同科学研究的基本思路和方法。
1．光合作用的概念
2．光合作用的反应式
化学反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
3．探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
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，然后甲醛分子缩合成糖
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
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)，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门(美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954、1957年阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
4.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件：有光。
②场所：类囊体薄膜。
③物质变化
a．将H2O分解为氧和H＋，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b．使ADP和Pi反应形成ATP。
④能量变化：将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段
①条件：不直接依赖光进行。
②场所：叶绿体基质。
③过程(卡尔文循环)
a．CO2的固定：C5＋CO22C3。
b．C3的还原：2C3(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中稳定的化学能。
(3)光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP＋。
判断正误
(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应(　　)
(2)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(　　)
(3)光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(　　)
(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量(　　)
(5)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
提示　(1)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段不直接依赖光进行，但需要光反应提供NADPH和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。(2)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。(3)暗反应为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
任务：分析光合作用原理的探索实验
1．建构概念——光反应
资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。
提示　
(2)希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O？并说明理由。
提示　不能确定O2全部来自H2O，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。
(3)若要证明O2全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？
提示　可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
(4)推测该实验的实验结果和结论。
提示　实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
(5)根据该实验你可以得出什么结论？
提示　光照条件下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
2．建构概念——暗反应
资料1　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。实验处理为光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再用纸层析分离，最后鉴定放射性物质，结果为：
①向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
②在光照5秒后，卡尔文检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。
③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。
(1)请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。
提示　如图所示
资料2　1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下：
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
(2)通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？
提示　CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。
3．列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体的基质中
反应速度 较快 较缓慢
与光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶
物质变化 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－
能量变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；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
1．光反应的过程
如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PS Ⅱ 和PS Ⅰ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)来源—去路法分析物质含量的变化
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，分析在短时间内相关物质含量的变化：
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化，起始值C3高于C5(约是其2倍)
(3)光合作用过程中相关物质的变化规律
1．下列关于光合作用探究历程中几位科学家的研究方法及结论的叙述，错误的是(　　)
A．希尔利用离体叶绿体和氧化剂证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成是同一个反应
B．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
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用产生的氧气中氧元素全部来自水
D．卡尔文用14C标记CO2发现小球藻的光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3→糖类
答案　A
解析　希尔反应是在离体叶绿体的悬浮液(有H2O、无CO2)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下放氧的化学反应，悬浮液中没有合成糖类所必需的原料，A错误。
2．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
答案　B
解析　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量不变，CO2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。
第1～3题，每题4分；第4～13题，每题5分，共62分。
题组一　光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验
1．将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自(　　)
A．水、矿质元素和空气
B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤
D．光、矿质元素和空气
答案　A
解析　黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；也可以利用大气中的二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物通过光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。
2．(2023·北京八中高一期末)1937年，植物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，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O2，以上实验证明了(　　)
A．光合作用产生的O2来自H2O
B．光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C．光合作用的光反应在类囊体上进行
D．光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
答案　B
解析　判断光合作用产生的O2的来源需要用同位素示踪法，本实验无法判断光合作用产生的O2的来源，A不符合题意；溶液由蓝色变成无色，说明产物中有还原态氢，并放出O2，故说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2，B符合题意；本实验不能判断光合作用的光反应和暗反应的场所，C、D不符合题意。
题组二　光合作用的原理
3．在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其(　　)
A．氧气的释放量 B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量 D．糖类的合成量
答案　A
解析　光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A符合题意，B不符合题意；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D不符合题意。
4．(2023·珠海高一期末)在高等植物光合作用的暗反应中，催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列相关叙述正确的是(　　)
A．Rubisco存在于叶绿体基粒片层上
B．Rubisco催化C5和CO2结合
C．Rubisco需要在黑暗条件下发挥作用
D．Rubisco催化反应消耗ATP
答案　B
解析　催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，该过程发生在叶绿体基质中，据此可推测，该酶存在于叶绿体基质中，A错误； CO2固定在有光、无光条件下都可以进行，所以Rubisco不需要在黑暗条件下发挥作用，C错误；Rubisco催化CO2固定不消耗能量，所以不需要ATP，D错误。
5．(2024·三明高一检测)如图为大豆叶片进行光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5
C．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
答案　B
解析　CO2的固定实质上是CO2与C5反应生成C3，ATP不参与CO2的固定，A错误；CO2不能直接被NADPH还原，CO2需要形成C3后才能被NADPH和ATP还原，再经过一系列的变化形成糖类，C错误；光照强度由强变弱时，ATP和NADPH合成减少，C3还原减慢，C5生成的量减少，而短时间内C5的消耗暂时不变，所以短时间内C5含量会减少，D错误。
6．光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系。据图判断，下列叙述不正确的是(　　)
A．光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C．ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D．植物在暗处可大量合成(CH2O)
答案　D
解析　植物在暗处，由于没有光照，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的(CH2O)减少，D错误。
7．CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，下列叙述中最直接的原因是(　　)
A．CO2供应不足使固定形成的C3减少
B．C3还原所消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
答案　D
解析　根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少，D符合题意。
8．(2024·山东淄博第四中学高一期末)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是(　　)
A．红光，ADP增多 B．红光，C3增多
C．绿光，NADPH增多 D．绿光，C5减少
答案　D
解析　叶绿体中的色素主要吸收利用红光和蓝紫光，若由白光突然改用光照强度相同的红光，光反应增强，产生NADPH和ATP的速率加快，消耗的ADP增多，ADP减少，C3还原加快，因此未被还原的C3减少，A、B错误；若突然改用光照强度与白光相同的绿光，光反应减弱，产生NADPH和ATP的速率减慢，C3还原减慢，生成的C5减少，而二氧化碳固定速率暂时不变，因此C5含量减少，C错误，D正确。
9．(2024·聊城高一期末)拟南芥的叶肉细胞中，含有的PSⅡ和 PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述不正确的是(　　)
A．PSⅡ中的色素吸收光能后，可将 H2O 分解为 O2 和 H＋ ，产生的电子传递给 PSⅠ用于NADP＋和 H＋结合形成 NADPH的过程
B．在ATP 合成酶的作用下，H＋逆浓度梯度转运提供能量，促进 ADP 和 Pi 合成 ATP
C．光反应过程实现了能量由光能转换为 ATP 和 NADPH 中化学能的过程
D．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备 PSⅡ和 PSⅠ
答案　B
解析　据题图可知，在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供的势能促进ADP和Pi合成ATP，B错误；自然界中能发生光合作用的生物不一定具备PSⅡ和PSⅠ，但一定含有光合色素，D正确。
10．如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是(　　)
答案　B
解析　根据光合作用的反应过程，如果突然停止供给CO2，暗反应中CO2的固定受到抑制，NADPH的消耗量减少；但光反应正常进行，NADPH的产生速率不变，故NADPH的量增多。随着时间延长，由于叶绿体内部因素的限制，NADPH含量达到最大后将不再增加。
11．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，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是(　　)
A．完成过程①需要叶绿体色素，有无光照都可进行
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
答案　B
解析　过程①是水在光下分解，需要叶绿体中的色素分子吸收的光能，故此过程必须在光照环境下才能发生，A错误；过程②表示NADPH的形成，发生在类囊体薄膜上，同时此过程把光能转化成化学能储存在NADPH中，B正确；暗反应过程中，NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应，C错误；过程①②不一定在叶绿体中进行，如自养生物蓝细菌为原核生物并没有叶绿体，也能发生过程①②，D错误。
12．(多选)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。
实验组别 光照时间(s) 放射性物质分布
1 2 大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是(　　)
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
答案　C
解析　CO2进入叶绿体后，首先与C5生成3－磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误。
13．大豆与根瘤菌是互利共生关系，如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径。据图分析，下列有关叙述错误的是(　　)
A．催化PGA合成的酶存在于叶绿体类囊体中，催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中
B．根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成
C．叶绿体中合成ATP的能量来自光能，根瘤中合成ATP的能量主要源于糖类的分解
D．大多数植物长距离运输的主要有机物是蔗糖而不是葡萄糖，原因之一是蔗糖是非还原糖，性质较稳定
答案　A
解析　催化PGA(C3)合成的酶存在于叶绿体基质中，CO2进入叶绿体基质形成PGA，然后PGA被还原形成TP，TP被运出叶绿体，在细胞质基质中TP合成为蔗糖，由此可知，催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中，A错误；葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，且蔗糖为非还原糖，性质较稳定，D正确。
14．(16分)光合作用的过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回答下列问题：
(1)叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的__________，吸收光能的________就分布在类囊体的薄膜上。
(2)氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系统(含离体叶绿体)中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了______________________________。
上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。
(3)科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不做处理，测定得到如图所示结果。
①据实验结果可知，实验组虽然_________________________________________________
几乎被完全抑制，但氧气产生量________________________________，由此可判断________________________________________________________________________。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与________过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在________阶段，两者存在一定关联。
答案　(1)基粒　光合色素　(2)氧气　(3)①CO2的固定　与对照组无显著差异　水的光解与CO2的固定过程相对独立　②水的光解　光反应
解析　(3)①从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2的固定过程相对独立。②ATP和氧气的产生都是在光反应阶段产生的，从图中可以看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。
15．(22分)(2023·巴中高一期末)如图是光合作用过程的图解。请据图回答下列问题：
(1)图中Ⅰ和Ⅱ分别表示光合作用过程的__________和__________阶段，发生的场所分别是____________、__________；光合作用过程中能量的转化过程是由__________转化为___________________，再转化为_______________________________________________。
(2)图中①③代表的物质分别是__________________________________________________。
(3)图中B过程表示C3的_______________________________________________________。
若光照突然停止，则短时间内叶绿体中C3的含量会__________。
(4)夏季晴朗的白天12时左右，由于叶片气孔导度减小，图中__________过程首先受到影响，导致光合作用强度减弱。
答案　(1)光反应　暗反应　类囊体薄膜　叶绿体基质　光能　ATP、NADPH中活跃的化学能　有机物中稳定的化学能　(2)O2、ATP　(3)还原　增加　(4)Ⅱ(或A)(共66张PPT)
第2课时
光合作用的原理
第5章　细胞的能量供应和利用
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学习目标
1.运用物质和能量观说出光合作用过程中物质和能量的变化。
2.利用分析与综合的方法，分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。
3.通过分析光合作用发现历程，认同科学研究的基本思路和方法。
1.光合作用的概念
梳理　教材新知
叶绿体
光能
2.光合作用的反应式
化学反应式： 。
3.探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
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， 被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有 作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
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_________________
O2
毒害
可以释放出氧气
时间/发现者 内容
1941年鲁宾、卡门(美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自____
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
水
ATP
水的
光解
4.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件： 。
②场所： 。
③物质变化
a.将H2O分解为 ，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b.使ADP和Pi反应形成 。
④能量变化：将光能转化为储存在 中的化学能。
有光
类囊体薄膜
氧和H＋
ATP
ATP和NADPH
(2)暗反应阶段
①条件： 进行。
②场所： 。
③过程(卡尔文循环)
不直接依赖光
叶绿体基质
2C3
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为 。
有机物中稳定的化学能
(3)光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供___________
。
NADPH和ATP
ADP和Pi、
NADP＋
(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应(　　)
(2)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　光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段不直接依赖光进行，但需要光反应提供NADPH和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。
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。
(3)光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(　　)
(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量(　　)
(5)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)(　　)
√
×
提示　暗反应为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
×
任务：分析光合作用原理的探索实验
1.建构概念——光反应
资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。
探究　核心知识
提示　
(2)希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O？并说明理由。
提示　不能确定O2全部来自H2O，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。
(3)若要证明O2全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？
提示　可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
(4)推测该实验的实验结果和结论。
提示　实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
(5)根据该实验你可以得出什么结论？
提示　光照条件下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
2.建构概念——暗反应
资料1　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。实验处理为光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再用纸层析分离，最后鉴定放射性物质，结果为：
①向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
②在光照5秒后，卡尔文检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。
③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。
(1)请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。
提示　如图所示
资料2　1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下：
(2)通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？
提示　CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
3.列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所 ______________________ _______________
反应速度 ______ ________
与光的关系 必须在 下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶
叶绿体的类囊体薄膜上
叶绿体的基质中
较快
较缓慢
光
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 能量变化 ________________________________________ __________________________________________________________________________
联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供 ；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供 和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；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
光能→ATP和NADPH
中活跃的化学能
NADPH和ATP
ADP、Pi
ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
核心归纳
1.光反应的过程
如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。
PS Ⅱ 和PS Ⅰ是色素和一些蛋白形成的
色素复合体，上面的色素可以吸收光能，
分解水产生氧气、氢离子和电子，有的
膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。
核心归纳
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)来源—去路法分析物质含量的变化
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，分析在短时间内相关物质含量的变化：
核心归纳
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化，起始值C3高于C5(约是其2倍)
核心归纳
(3)光合作用过程中相关物质的变化规律
1.下列关于光合作用探究历程中几位科学家的研究方法及结论的叙述，错误的是
A.希尔利用离体叶绿体和氧化剂证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成是同
一个反应
B.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
C.鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用产生的氧气中氧元素全部来自水
D.卡尔文用14C标记CO2发现小球藻的光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3
→糖类
√
落实　思维方法
希尔反应是在离体叶绿体的悬浮液(有H2O、无CO2)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下放氧的化学反应，悬浮液中没有合成糖类所必需的原料，A错误。
2.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
√
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量不变，CO2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。
网络构建
课时对点练
题组一　光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验
1.将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自
A.水、矿质元素和空气 B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤 D.光、矿质元素和空气
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黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；也可以利用大气中的二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物通过光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。
2.(2023·北京八中高一期末)1937年，植物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，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O2，以上实验证明了
A.光合作用产生的O2来自H2O
B.光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C.光合作用的光反应在类囊体上进行
D.光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
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判断光合作用产生的O2的来源需要用同位素示踪法，本实验无法判断光合作用产生的O2的来源，A不符合题意；
溶液由蓝色变成无色，说明产物中有还原态氢，并放出O2，故说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2，B符合题意；
本实验不能判断光合作用的光反应和暗反应的场所，C、D不符合题意。
题组二　光合作用的原理
3.在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其
A.氧气的释放量 B.ATP的生成量
C.二氧化碳的消耗量 D.糖类的合成量
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光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A符合题意，B不符合题意；
光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D不符合题意。
4.(2023·珠海高一期末)在高等植物光合作用的暗反应中，催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列相关叙述正确的是
A.Rubisco存在于叶绿体基粒片层上
B.Rubisco催化C5和CO2结合
C.Rubisco需要在黑暗条件下发挥作用
D.Rubisco催化反应消耗ATP
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催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，该过程发生在叶绿体基质中，据此可推测，该酶存在于叶绿体基质中，A错误；
CO2固定在有光、无光条件下都可以进行，所以Rubisco不需要在黑暗条件下发挥作用，C错误；
Rubisco催化CO2固定不消耗能量，所以不需要ATP，D错误。
5.(2024·三明高一检测)如图为大豆叶片进行光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是
A.CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中
的化学能
B.被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5
C.CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
D.光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
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CO2的固定实质上是CO2与C5反应生成C3，ATP不参
与CO2的固定，A错误；
CO2不能直接被NADPH还原，CO2需要形成C3后才能
被NADPH和ATP还原，再经过一系列的变化形成糖类，
C错误；
光照强度由强变弱时，ATP和NADPH合成减少，C3还原减慢，C5生成的量减少，而短时间内C5的消耗暂时不变，所以短时间内C5含量会减少，D错误。
6.光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系。据图判断，下列叙述不正确的是
A.光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B.停止光照，叶绿体中ATP和NADPH
含量下降
C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D.植物在暗处可大量合成(CH2O)
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植物在暗处，由于没有光照，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的(CH2O)减少，D错误。
7.CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，下列叙述中最直接的原因是
A.CO2供应不足使固定形成的C3减少
B.C3还原所消耗的ATP和NADPH减少
C.ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D.ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
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根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少，D符合题意。
8.(2024·山东淄博第四中学高一期末)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是
A.红光，ADP增多 B.红光，C3增多
C.绿光，NADPH增多 D.绿光，C5减少
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叶绿体中的色素主要吸收利用红光和蓝紫光，若由白光突然改用光照强度相同的红光，光反应增强，产生NADPH和ATP的速率加快，消耗的ADP增多，ADP减少，C3还原加快，因此未被还原的C3减少，A、B错误；
若突然改用光照强度与白光相同的绿光，光反应减弱，产生NADPH和ATP的速率减慢，C3还原减慢，生成的C5减少，而二氧化碳固定速率暂时不变，因此C5含量减少，C错误，D正确。
9.(2024·聊城高一期末)拟南芥的叶肉细胞中，含有的PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述不正确的是
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A.PSⅡ中的色素吸收光能后，可将H2O分解
为O2和H＋，产生的电子传递给PSⅠ用于
NADP＋和H＋结合形成NADPH的过程
B.在ATP合成酶的作用下，H＋逆浓度梯度转
运提供能量，促进ADP和Pi合成ATP
C.光反应过程实现了能量由光能转换为ATP和NADPH中化学能的过程
D.自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ　
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据题图可知，在ATP合成酶的作用下，
H＋顺浓度梯度转运提供的势能促进
ADP和Pi合成ATP，B错误；
自然界中能发生光合作用的生物不一定
具备PSⅡ和PSⅠ，但一定含有光合色素，D正确。
10.如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是
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根据光合作用的反应过程，如果突然停止供给CO2，暗反应中CO2的固定受到抑制，NADPH的消耗量减少；但光反应正常进行，NADPH的产生速率不变，故NADPH的量增多。随着时间延长，由于叶绿体内部因素的限制，NADPH含量达到最大后将不再增加。
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11.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，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是
A.完成过程①需要叶绿体色素，有无
光照都可进行
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
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过程①是水在光下分解，需要叶绿体
中的色素分子吸收的光能，故此过程
必须在光照环境下才能发生，A错误；
过程②表示NADPH的形成，发生在类囊体薄膜上，同时此过程把光能转化成化学能储存在NADPH中，B正确；
暗反应过程中，NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应，C错误；
过程①②不一定在叶绿体中进行，如自养生物蓝细菌为原核生物并没有叶绿体，也能发生过程①②，D错误。
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12.科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。
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实验组别 光照时间(s) 放射性物质分布
1 2 大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是
A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B.每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布
C.CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
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实验组别 光照时间(s) 放射性物质分布
1 2 大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
CO2进入叶绿体后，首先与C5生成3－磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误。
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13.大豆与根瘤菌是互利共生关系，如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径。据图分析，下列有关叙述错误的是
A.催化PGA合成的酶存在于叶绿体类囊体中，
催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中
B.根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成
C.叶绿体中合成ATP的能量来自光能，根瘤中
合成ATP的能量主要源于糖类的分解
D.大多数植物长距离运输的主要有机物是蔗糖而不是葡萄糖，原因之一是蔗糖
是非还原糖，性质较稳定
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催化PGA(C3)合成的酶存在于叶绿体基质
中，CO2进入叶绿体基质形成PGA，然后
PGA被还原形成TP，TP被运出叶绿体，在
细胞质基质中TP合成为蔗糖，由此可知，
催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中，A错误；
葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，且蔗糖为非还原糖，性质较稳定，D正确。
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14.光合作用的过程是许多科学家通过系
列研究逐步揭示的。请回答下列问题：
(1)叶绿体是植物光合作用的场所，人们
在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体
由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的______，吸收光能的__________就分布在类囊体的薄膜上。
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基粒
光合色素
(2)氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且
非常灵敏，可用于定量测定微量氧。
科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—
肌红蛋白系统(含离体叶绿体)中加入
Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了______。上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。
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氧气
(3)科学家进一步用离体叶绿体进行实
验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对
照组不做处理，测定得到如图所示结果。
①据实验结果可知，实验组虽然_____
_______几乎被完全抑制，但氧气产生量____________________，由此可判断__________________________________。
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CO2
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与对照组无显著差异
水的光解与CO2的固定过程相对独立
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从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2的固定过程相对独立。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与_________过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在_______阶段，两者存在一定关联。
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水的光解
光反应
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ATP和氧气的产生都是在光反应阶段产生的，从图中可以看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。
15.(2023·巴中高一期末)如图是光合作用
过程的图解。请据图回答下列问题：
(1)图中Ⅰ和Ⅱ分别表示光合作用过程的
________和________阶段，发生的场所
分别是____________、___________；光合作用过程中能量的转化过程是由______转化为____________________________，再转化为____________
____________。
(2)图中①③代表的物质分别是_________。
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光反应
暗反应
类囊体薄膜
叶绿体基质
光能
ATP、NADPH中活跃的化学能
有机物中稳
定的化学能
O2、ATP
(3)图中B过程表示C3的______。若光照
突然停止，则短时间内叶绿体中C3的含
量会______。
(4)夏季晴朗的白天12时左右，由于叶片
气孔导度减小，图中________过程首先受到影响，导致光合作用强度减弱。
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还原
增加
Ⅱ(或A)第2课时　光合作用的原理
[学习目标]　1.运用物质和能量观说出光合作用过程中物质和能量的变化。2.利用分析与综合的方法，分析光合作用光反应和暗反应过程，认同两个阶段既有区别又有联系。3.通过分析光合作用发现历程，认同科学研究的基本思路和方法。
1．光合作用的概念
2．光合作用的反应式
化学反应式：__________________________________________________________________。
3．探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
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，________________被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有______作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
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______________
1941年鲁宾、卡门(美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自______
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
4.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件：________。
②场所：________________。
③物质变化
a．将H2O分解为________，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b．使ADP和Pi反应形成________。
④能量变化：将光能转化为储存在____________中的化学能。
(2)暗反应阶段
①条件：________进行。
②场所：________________。
③过程(卡尔文循环)
a．CO2的固定：C5＋CO2________。
b．C3的还原：2C3(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为________________________。
(3)光反应与暗反应之间的联系
光反应为暗反应提供__________________，暗反应为光反应提供________________。
判断正误
(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应(　　)
(2)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(　　)
(3)光合作用中ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜(　　)
(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量(　　)
(5)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)(　　)
任务：分析光合作用原理的探索实验
1．建构概念——光反应
资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出O2。
(1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。
(2)希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O？并说明理由。
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(3)若要证明O2全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？
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资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验：
(4)推测该实验的实验结果和结论。
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资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
(5)根据该实验你可以得出什么结论？
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2．建构概念——暗反应
资料1　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。实验处理为光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再用纸层析分离，最后鉴定放射性物质，结果为：
①向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。
②在光照5秒后，卡尔文检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。
③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。
(1)请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。
资料2　1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下：
组别 条件 过程 现象
1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O)
2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O)
3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O)
(2)通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？
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3．列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系
3．列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系
比较项目 光反应阶段 暗反应阶段
区别 反应场所
反应速度
与光的关系 必须在_________下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶
物质变化 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－
能量变化 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能
联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供___________；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供___________和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；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
1．光反应的过程
如图为放大的类囊体薄膜结构的模式图。PS Ⅱ 和PS Ⅰ是色素和一些蛋白形成的色素复合体，上面的色素可以吸收光能，分解水产生氧气、氢离子和电子，有的膜蛋白用来传递氢离子，造成膜两侧氢离子具有浓度差；有的膜蛋白传递电子给NADP＋，在某种膜蛋白的催化下合成NADPH；还有的膜蛋白是ATP合成酶，利用膜两侧的氢离子浓度差催化合成ATP。同时，光能转变成的化学能就储存在了ATP和NADPH中。
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)来源—去路法分析物质含量的变化
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，分析在短时间内相关物质含量的变化：
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化，起始值C3高于C5(约是其2倍)
(3)光合作用过程中相关物质的变化规律
1．下列关于光合作用探究历程中几位科学家的研究方法及结论的叙述，错误的是(　　)
A．希尔利用离体叶绿体和氧化剂证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成是同一个反应
B．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
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用产生的氧气中氧元素全部来自水
D．卡尔文用14C标记CO2发现小球藻的光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3→糖类
2．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
答案精析
梳理教材新知
1．叶绿体　光能
2．CO2＋H2O(CH2O)＋O2
3．O2　毒害　可以释放出氧气　水　ATP　水的光解
4．(1)①有光　②类囊体薄膜　③a.氧和H＋　b．ATP
④ATP和NADPH　(2)①不直接依赖光　②叶绿体基质
③a.2C3　④有机物中稳定的化学能　(3)NADPH和ATP　ADP和Pi、NADP＋
判断正误
(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
提示　(1)光反应阶段必须是在有光条件下进行，而暗反应阶段不直接依赖光进行，但需要光反应提供NADPH和ATP，故暗反应不能长期在无光环境中进行。(2)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。(3)暗反应为光反应提供ADP和Pi，ADP从叶绿体基质移向类囊体薄膜。
探究核心知识
1．(1)
(2)不能确定O2全部来自H2O，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。
(3)可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。
(4)实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。
(5)光照条件下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP。
2．(1)如图所示
(2)CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。
3．叶绿体的类囊体薄膜上　叶绿体的基质中　较快　较缓慢　光　光能→ATP和NADPH中活跃的化学能　ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能　NADPH和ATP　ADP、Pi
落实思维方法
1．A　[希尔反应是在离体叶绿体的悬浮液(有H2O、无CO2)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下放氧的化学反应，悬浮液中没有合成糖类所必需的原料，A错误。]
2．B作业25　光合作用的原理
(分值：100分)
第1～3题，每题4分；第4～13题，每题5分，共62分。
题组一　光合作用的概念及探索光合作用原理的部分实验
1．将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自(　　)
A．水、矿质元素和空气
B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤
D．光、矿质元素和空气
2．(2023·北京八中高一期末)1937年，植物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，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O2，以上实验证明了(　　)
A．光合作用产生的O2来自H2O
B．光合作用的过程中能产生还原剂和O2
C．光合作用的光反应在类囊体上进行
D．光合作用的暗反应在叶绿体基质中进行
题组二　光合作用的原理
3．在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其(　　)
A．氧气的释放量 B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量 D．糖类的合成量
4．(2023·珠海高一期末)在高等植物光合作用的暗反应中，催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列相关叙述正确的是(　　)
A．Rubisco存在于叶绿体基粒片层上
B．Rubisco催化C5和CO2结合
C．Rubisco需要在黑暗条件下发挥作用
D．Rubisco催化反应消耗ATP
5．(2024·三明高一检测)如图为大豆叶片进行光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　)
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5
C．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
6．光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系。据图判断，下列叙述不正确的是(　　)
A．光反应为暗反应提供ATP和NADPH
B．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降
C．ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质
D．植物在暗处可大量合成(CH2O)
7．CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，下列叙述中最直接的原因是(　　)
A．CO2供应不足使固定形成的C3减少
B．C3还原所消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
8．(2024·山东淄博第四中学高一期末)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是(　　)
A．红光，ADP增多 B．红光，C3增多
C．绿光，NADPH增多 D．绿光，C5减少
9．(2024·聊城高一期末)拟南芥的叶肉细胞中，含有的PSⅡ和 PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述不正确的是(　　)
A．PSⅡ中的色素吸收光能后，可将 H2O 分解为 O2 和 H＋ ，产生的电子传递给 PSⅠ用于NADP＋和 H＋结合形成 NADPH的过程
B．在ATP 合成酶的作用下，H＋逆浓度梯度转运提供能量，促进 ADP 和 Pi 合成 ATP
C．光反应过程实现了能量由光能转换为 ATP 和 NADPH 中化学能的过程
D．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备 PSⅡ和 PSⅠ
10．如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是(　　)
11．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，如图所示(e－为负电子)。下列分析正确的是(　　)
A．完成过程①需要叶绿体色素，有无光照都可进行
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
12．(多选)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。
实验组别 光照时间(s) 放射性物质分布
1 2 大量3－磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多种磷酸化糖类
3 60 除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是(　　)
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质的分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
13．大豆与根瘤菌是互利共生关系，如图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径。据图分析，下列有关叙述错误的是(　　)
A．催化PGA合成的酶存在于叶绿体类囊体中，催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中
B．根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成
C．叶绿体中合成ATP的能量来自光能，根瘤中合成ATP的能量主要源于糖类的分解
D．大多数植物长距离运输的主要有机物是蔗糖而不是葡萄糖，原因之一是蔗糖是非还原糖，性质较稳定
14．(16分)光合作用的过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回答下列问题：
(1)叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的__________，吸收光能的________就分布在类囊体的薄膜上。
(2)氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系统(含离体叶绿体)中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了______________________________。
上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。
(3)科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不做处理，测定得到如图所示结果。
①据实验结果可知，实验组虽然_________________________________________________
几乎被完全抑制，但氧气产生量________________________________，由此可判断________________________________________________________________________。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与________过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在________阶段，两者存在一定关联。
15．(22分)(2023·巴中高一期末)如图是光合作用过程的图解。请据图回答下列问题：
(1)图中Ⅰ和Ⅱ分别表示光合作用过程的__________和__________阶段，发生的场所分别是____________、__________；光合作用过程中能量的转化过程是由__________转化为___________________，再转化为_______________________________________________。
(2)图中①③代表的物质分别是__________________________________________________。
(3)图中B过程表示C3的_______________________________________________________。
若光照突然停止，则短时间内叶绿体中C3的含量会__________。
(4)夏季晴朗的白天12时左右，由于叶片气孔导度减小，图中__________过程首先受到影响，导致光合作用强度减弱。
答案精析
1．A　[黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；也可以利用大气中的二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物通过光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。]
2．B　[判断光合作用产生的O2的来源需要用同位素示踪法，本实验无法判断光合作用产生的O2的来源，A不符合题意；溶液由蓝色变成无色，说明产物中有还原态氢，并放出O2，故说明光合作用的过程中能产生还原剂和O2，B符合题意；本实验不能判断光合作用的光反应和暗反应的场所，C、D不符合题意。]
3．A
4．B　[催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，该过程发生在叶绿体基质中，据此可推测，该酶存在于叶绿体基质中，A错误； CO2固定在有光、无光条件下都可以进行，所以Rubisco不需要在黑暗条件下发挥作用，C错误；Rubisco催化CO2固定不消耗能量，所以不需要ATP，D错误。]
5．B　[CO2的固定实质上是CO2与C5反应生成C3，ATP不参与CO2的固定，A错误；CO2不能直接被NADPH还原，CO2需要形成C3后才能被NADPH和ATP还原，再经过一系列的变化形成糖类，C错误；光照强度由强变弱时，ATP和NADPH合成减少，C3还原减慢，C5生成的量减少，而短时间内C5的消耗暂时不变，所以短时间内C5含量会减少，D错误。]
6．D　[植物在暗处，由于没有光照，产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的(CH2O)减少，D错误。]
7．D　[根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少，D符合题意。]
8．D　[叶绿体中的色素主要吸收利用红光和蓝紫光，若由白光突然改用光照强度相同的红光，光反应增强，产生NADPH和ATP的速率加快，消耗的ADP增多，ADP减少，C3还原加快，因此未被还原的C3减少，A、B错误；若突然改用光照强度与白光相同的绿光，光反应减弱，产生NADPH和ATP的速率减慢，C3还原减慢，生成的C5减少，而二氧化碳固定速率暂时不变，因此C5含量减少，C错误，D正确。]
9．B　[据题图可知，在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供的势能促进ADP和Pi合成ATP，B错误；自然界中能发生光合作用的生物不一定具备PSⅡ和PSⅠ，但一定含有光合色素，D正确。]
10．B　[根据光合作用的反应过程，如果突然停止供给CO2，暗反应中CO2的固定受到抑制，NADPH的消耗量减少；但光反应正常进行，NADPH的产生速率不变，故NADPH的量增多。随着时间延长，由于叶绿体内部因素的限制，NADPH含量达到最大后将不再增加。]
11．B　[过程①是水在光下分解，需要叶绿体中的色素分子吸收的光能，故此过程必须在光照环境下才能发生，A错误；过程②表示NADPH的形成，发生在类囊体薄膜上，同时此过程把光能转化成化学能储存在NADPH中，B正确；暗反应过程中，NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应，C错误；过程①②不一定在叶绿体中进行，如自养生物蓝细菌为原核生物并没有叶绿体，也能发生过程①②，D错误。]
12．C　[CO2进入叶绿体后，首先与C5生成3－磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误。]
13．A　[催化PGA(C3)合成的酶存在于叶绿体基质中，CO2进入叶绿体基质形成PGA，然后PGA被还原形成TP，TP被运出叶绿体，在细胞质基质中TP合成为蔗糖，由此可知，催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中，A错误；葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，且蔗糖为非还原糖，性质较稳定，D正确。]
14．(1)基粒　光合色素　(2)氧气　(3)①CO2的固定　与对照组无显著差异　水的光解与CO2的固定过程相对独立　②水的光解　光反应
解析　(3)①从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2的固定过程相对独立。②ATP和氧气的产生都是在光反应阶段产生的，从图中可以看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。
15．(1)光反应　暗反应　类囊体薄膜　叶绿体基质　光能　ATP、NADPH中活跃的化学能　有机物中稳定的化学能　(2)O2、ATP　(3)还原　增加　(4)Ⅱ(或A)

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