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第5章　细胞的能量供应和利用
第2课时　
光合作用的原理
课时学习目标
通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
目录 CONTENTS
1.光合作用的探究历程
2.光合作用的过程
3.随堂检测
自主梳理
合作探究
合作探究
思维导图
自主梳理
叶绿体
1.光合作用的概念
(1)概念
绿色植物通过________，利用______，将_________和____转化成储存着能量的有机物，并且释放出_______的过程。
(2)化学反应式
光能
二氧化碳
水
氧气
光能
CH2O
2.光合作用探索历程的经典实验
希尔实验 证明离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生____
鲁宾和卡门的实验 发现光合作用中O2来源于_______
阿尔农实验 发现在光照下，叶绿体可合成_____，且该过程总与水的光解相伴随
卡尔文实验 探明______中的碳转化成________中的碳的途径
O2
H2O
ATP
CO2
有机物
[微思考]
希尔反应能否说明植物光合作用中的氧气中的氧元素全部来自水？为什么？
提示：不能。因为悬浮液中还有其他物质也有氧元素，希尔反应未排除这一点。
×
[辨正误]
(1)鲁宾、卡门运用了放射性同位素18O研究了光合作用中氧气的来源。( )
提示：18O是稳定性同位素，不具有放射性。
(2)希尔的实验说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。( )
提示：鲁宾、卡门的实验发现光合作用中O2来源于H2O。
×
材料1　1937年，植物学家希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。
材料2　如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图(鲁宾、卡门实验)。
材料3　1946年后，卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，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。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
(1)希尔反应中离体叶绿体悬浮液中加了氧化剂，这样做的目的是什么？氧化剂起了什么作用？(用化学反应式表示)
(2)在鲁宾和卡门的实验中，用18O同时标记H2O和CO2可行吗？为什么？
提示：不可行，若同时标记H2O和CO2，则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。
(3)分析材料3可知，14C的转移途径是什么？
提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)＋14C5。
【 学以致用 】
C
A.反应后溶液的pH降低
B.每生成1 mol O2转移4 mol电子
C.叶绿素被氧化
D.该实验可说明水的光解产生O2
解析:从反应式可看出，反应后溶液H＋增多，酸性增强，pH降低，每生成1 mol O2转移4 mol电子，但叶绿素并没有改变，同时可知光合作用中水的光解产生O2。
C
2.(2024·山西太原高一期末)下列关于科学家对光合作用的探索历程的叙述，错误的是(　　)
A.恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位
B.希尔以离体叶绿体为实验材料，发现其在适当条件下可以发生水的光解并产生氧气
C.鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自二氧化碳
D.阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随
解析:鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自水，C错误。
1.过程
写出图中序号表示的物质：①__________；②_______；③__________；
④________；⑤__________。
①
②
④
⑤
NADPH
2C3
ADP+Pi
O2
（CH2O）
2.光反应与暗反应的比较
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
不直接依赖光
NADPH
ATP
（CH2O）
ATP
（CH2O）
×
√
[辨正误]
(1)光合作用的光反应和暗反应在叶绿体的不同部位进行。( )
(2)光合作用制造的有机物中的氧来自水。( )
提示：光合作用过程中，制造的氧气中的氧来自水，生成的有机物中的氧来自二氧化碳。
(3)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：叶绿体光反应产生的ATP用于暗反应还原三碳化合物，因此其转移方向由其产生场所转移到作用场所，即从类囊体薄膜到叶绿体基质。
×
(4)光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。( )
提示：暗反应需要光反应提供NADPH和ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。
×
光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
(1)写出图中序号代表的物质的名称
①______________；②______；③__________；④_____；⑤_____；⑥_____。
叶绿体中的色素
O2
NADPH
ATP
C3
C5
(2)据图分析光合作用的光反应阶段和暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
②能量变化
光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中，均用于暗反应。
暗反应阶段：①物质变化
a.CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
b.三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类。
②能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。
(3)根据图中关系，在下列反应式中用箭头标出反应物中C、H、O元素的去向。
提示：
(4)夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？
提示：C3下降，C5上升。
(5)请结合光合作用原理图分析，外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？
条件 光照由强到弱，CO2供应不变 光照由弱到强，CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量 ______ ______ ______ ______
C5含量 ______ ______ ______ ______
NADPH和ATP的含量 ______ ______ ______ ______
(CH2O)的 合成量 ______ ______ ______ ______
增加
减少
减少
增加
减少
增加
增加
减少
减少
增加
增加
减少
减少
增加
减少
增加
1.光合作用反应式中元素去向分析
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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：
【 学以致用 】
B
3.(2024·广东汕头期中)如图为高等植物光合作用过程图解，其中①②③④表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示过程。下列说法错误的是(　　)
A.过程Ⅱ发生于叶绿体基质中；过程Ⅰ发生于叶绿体类囊体薄膜上
B.图示①～④依次为NADH、ATP、CO2、(CH2O)
C.弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用
D.在水稻开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
解析:过程Ⅱ为暗反应，该过程发生于叶绿体基质中；过程Ⅰ为光反应，该过程发生于叶绿体类囊体薄膜上，A正确；
图示①～④依次为NADPH、ATP、CO2、(CH2O)，B错误；
弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用，只是光合速率小于或等于呼吸速率，C正确；
禾谷类作物开花期，光合作用产生的有机物主要运输到花穗，若剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降，D正确。
A.过程Ⅱ发生于叶绿体基质中；过程Ⅰ发生于叶绿体类囊体薄膜上
B.图示①～④依次为NADH、ATP、CO2、(CH2O)
C.弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用
D.在水稻开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
4.(2024·江苏苏州调研)如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是(　　)
A.由图可知PS Ⅰ和PS Ⅱ位于类囊体的薄膜上
B.从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提
供了ATP、NADPH
C.由图可知电子(e－)的最初供体为H2O
D.从图中ATP的产生机制可判断膜内H＋浓度小于膜外
D
解析:图中PS Ⅰ和PS Ⅱ可吸收光能，说明二者分布于类囊体的薄膜上，A正确；
光反应为暗反应提供了NADPH和ATP，B正确；
由图可知，电子(e－)来自H2O的分解，即电子(e－)的最初供体为H2O，C正确；
由图可知，H＋由膜内向膜外运输的同时合成ATP，说明膜内的H＋浓度高于膜外，膜两侧H＋的电化学梯度为合成ATP提供能量，D错误。
A.由图可知PS Ⅰ和PS Ⅱ位于类囊体的薄膜上
B.从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提供了ATP、NADPH
C.由图可知电子(e－)的最初供体为H2O
D.从图中ATP的产生机制可判断膜内H＋浓度小于膜外
C
1.(2024·广东佛山质检)二十世纪，科学家希尔曾做过如图实验，有关实验的分析错误的是(　　)
A.装置b中气泡内的气体是
氧气
B.实验表明光合作用的场所
是叶绿体
C.c中无气泡产生是因为缺乏二氧化碳
D.实验表明光照是光合作用的必要条件
解析:装置b中气泡内的气体是叶绿体进行光合作用产生的，光合作用释放的气体是氧气，A正确；
只有叶绿体滤液，仍然能够进行光合作用，并产生氧气，说明叶绿体是光合作用的场所，B正确；
装置c中无气泡产生是因为缺少光合作用的条件——光照，而不是缺乏二氧化碳，C错误；
遮光后c装置中不再有气泡产生，说明光照是光合作用的必要条件，D正确。
A.装置b中气泡内的气体是氧气
B.实验表明光合作用的场所是叶绿体
C.c中无气泡产生是因为缺乏二氧化碳
D.实验表明光照是光合作用的必要条件
D
2.(2024·重庆一中检测)对光合作用的研究发现：叶绿体接受光照后，类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象的原因叙述正确的是(　　)
A.NADPH分解释放H＋引起
B.大量CO2进入叶绿体基质引起
C.与ATP水解后产生磷酸有关
D.该现象与H2O的光解有关
解析:光反应在类囊体薄膜上合成ATP和NADPH，NADPH作为还原剂，在叶绿体基质中还原三碳化合物，其中的H参与构成有机物，不会释放出H＋，A错误；
CO2进入叶绿体后，参与暗反应，在叶绿体基质中进行，最终被还原为糖类，不会进入类囊体腔内导致pH下降，B错误；
光反应产生的ATP参与暗反应，ATP水解发生在叶绿体基质中，不是发生在类囊体腔内，C错误；
光反应过程，H2O在光下分解产生H＋和O2，H＋可以使类囊体腔内的pH明显下降，D正确。
A
3.(2024·安阳市高一期末)小球藻在光照条件下，其细胞中NADP＋＋2e－＋H＋―→NADPH的反应发生在(　　)
A.叶绿体类囊体薄膜上
B.叶绿体基质中
C.线粒体内膜上
D.线粒体基质中
解析: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，该过程发生在光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，A符合题意。
A
4.(2024·重庆涪陵中学期中)绿色植物的光合作用过程可用如图所示化学反应式来表示。下列有关叙述正确的是(　　)
A.在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化
B.光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C.产物(CH2O)的生成在叶绿体的类囊体中
D.释放出的O2主动运输到线粒体中被利用
解析:在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；
光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，B错误；
暗反应产物(CH2O)的生成是在叶绿体基质中进行的，C错误；
光反应产生的O2以自由扩散的方式运输到线粒体中被利用，D错误。
A.在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化
B.光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C.产物(CH2O)的生成在叶绿体的类囊体中
D.释放出的O2主动运输到线粒体中被利用
A
5.(2024·黑龙江哈尔滨期中)如图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是(　　)
A.物质a表示NADPH
B.物质b表示C3
C.阶段Ⅰ表示暗反应
D.阶段Ⅱ在叶绿体中的类囊体膜上发生
题图中阶段Ⅰ能够吸收、传递、转换光能，属于光合作用的光反应阶段，C错误；
题图中阶段Ⅱ能够发生CO2的固定，并且生成糖类，属于光合作用的暗反应阶段，发生场所为叶绿体基质，D错误。
A.物质a表示NADPH
B.物质b表示C3
C.阶段Ⅰ表示暗反应
D.阶段Ⅱ在叶绿体中的类囊体膜上发生
C
6.(2024·云南昆明期中)下列有关探究光合作用过程的描述，正确的是(　　)
A.希尔将离体叶绿体放在适宜条件下，发生水的光解、产生氧气，并说明了氧气全部来自水
B.载有水绵和需氧细菌的临时装片，用透过三棱镜的光照射一段时间，绿光区域聚集细菌最多
D.向小球藻提供14CO2，光照一段时间，14C5化合物先于14C3化合物出现
解析:希尔在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(没有CO2)，在光照下可以释放氧气，由于缺少加入CO2的另一组对照实验，故不清楚植物光合作用产生的氧气中的氧元素是否能来自CO2，从而不能说明氧气全部来自水，A错误；
由于色素几乎不吸收绿光，载有水绵和需氧细菌的临时装片，用透过三棱镜的光照射一段时间，绿光区域聚集细菌最少，B错误；
鲁宾和卡门利用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2，第二组向同种植物提供HO和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气全部是O2，第二组释放的氧气全部是18O2。这一实验有力地证明光合作用释放的氧气来自水，C正确；
为小球藻提供14CO2，光照一段时间，CO2先固定形成C3，后C3还原形成C5，因此14C5化合物后于14C3化合物出现，D错误。第2课时　光合作用的原理
课时学习目标　通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。
一、光合作用的探究历程
1.光合作用的概念
(1)概念
绿色植物通过________，利用________，将____________和________转化成储存着能量的有机物，并且释放出________的过程。
(2)化学反应式
CO2＋H2O（　　　　）＋O2
2．光合作用探索历程的经典实验
希尔实验 证明离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生　　　　
鲁宾和卡门的实验 发现光合作用中O2来源于　　　
阿尔农实验 发现在光照下，叶绿体可合成　　　　，且该过程总与水的光解相伴随
卡尔文实验 探明　　　　　　中的碳转化成　　　　中的碳的途径
[微思考]
希尔反应能否说明植物光合作用中的氧气中的氧元素全部来自水？为什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[辨正误]
（1）鲁宾、卡门运用了放射性同位素18O研究了光合作用中氧气的来源。（　　）
（2）希尔的实验说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。（　　）
材料1　1937年，植物学家希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有氢受体的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。
材料2　如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图（鲁宾、卡门实验）。
材料3　1946年后，卡尔文用小球藻进行实验，将其装在一个透明的密闭容器中，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。经9年左右的时间，他终于弄清了光合作用中暗反应的循环途径。
（1）希尔反应中离体叶绿体悬浮液中加了氧化剂，这样做的目的是什么？氧化剂起了什么作用？（用化学反应式表示）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（2）在鲁宾和卡门的实验中，用18O同时标记H2O和CO2可行吗？为什么？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（3）分析材料3可知，14C的转移途径是什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【学以致用】
1．（2024·西工大附中质检）希尔实验是将分离出的叶绿体加到草酸铁中，经光照后发生反应：4Fe3＋＋2H2O4Fe2＋＋4H＋＋O2↑，下列有关该实验的说法，错误的是（　　）
A．反应后溶液的pH降低
B．每生成1 mol O2转移4 mol电子
C．叶绿素被氧化
D．该实验可说明水的光解产生O2
2．（2024·山西太原高一期末）下列关于科学家对光合作用的探索历程的叙述，错误的是（　　）
A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位
B．希尔以离体叶绿体为实验材料，发现其在适当条件下可以发生水的光解并产生氧气
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自二氧化碳
D．阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随
二、光合作用的过程
1．过程
写出图中序号表示的物质：①　　　　；②　　　　；③　　　　；④　　　　；
⑤　　　　。
2．光反应与暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
场所 　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　
条件 需光 　　　　　　　　　　　　　　
物质 变化 2H2O4H＋＋O2＋4e－；NADP＋＋H＋＋2e－　　　　；ADP＋Pi＋能量　　　　 CO2＋C52C3； 2C3　　　　＋C5
能量 变化 光能―→　　　　和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能―→　　　　中的化学能
[辨正误]
（1）光合作用的光反应和暗反应在叶绿体的不同部位进行。（　　）
（2）光合作用制造的有机物中的氧来自水。（　　）
（3）光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。（　　）
（4）光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。（　　）
　光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应。如图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
（1）写出图中序号代表的物质的名称
①　　　　　　；②　　　　　　；③　　　　；④　　　　；⑤　　　　；
⑥　　　　。
（2）据图分析光合作用的光反应阶段和暗反应阶段发生的物质变化和能量变化有哪些？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（3）根据图中关系，在下列反应式中用箭头标出反应物中C、H、O元素的去向。
CO2＋H2O（CH2O）＋O2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（4）夏季中午，气孔关闭后，会导致CO2供应不足，短时间内叶绿体中C3和C5会发生怎样的变化？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（5）请结合光合作用原理图分析，外界条件突然改变，NADPH、C5、C3、ATP的含量如何变化？
条件 光照由强到弱，CO2供应不变 光照由弱到强，CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
C5含量 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 减少
NADPH 和ATP的含量 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
（CH2O）的 合成量 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　
1．光合作用反应式中元素去向分析
①H：3H2O3H＋（C3H2O）
②C：14CO214C3（14CH2O）
③O：HO18O2
C18O2C3（CHO）
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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：
【学以致用】
3．（2024·广东汕头期中）如图为高等植物光合作用过程图解，其中①②③④表示物质， Ⅰ 、 Ⅱ 表示过程。下列说法错误的是（　　）
A．过程 Ⅱ 发生于叶绿体基质中；过程 Ⅰ 发生于叶绿体类囊体薄膜上
B．图示①～④依次为NADH、ATP、CO2、（CH2O）
C．弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用
D．在水稻开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
4．（2024·江苏苏州调研）如图是光合作用的光反应示意图，据图分析下列叙述错误的是（　　）
A．由图可知PS Ⅰ和PS Ⅱ位于类囊体的薄膜上
B．从物质变化的角度分析，光反应为暗反应提供了ATP、NADPH
C．由图可知电子（e－）的最初供体为H2O
D．从图中ATP的产生机制可判断膜内H＋浓度小于膜外
1．（2024·广东佛山质检）二十世纪，科学家希尔曾做过如图实验，有关实验的分析错误的是（　　）
A.装置b中气泡内的气体是氧气
B.实验表明光合作用的场所是叶绿体
C.c中无气泡产生是因为缺乏二氧化碳
D.实验表明光照是光合作用的必要条件
2.（2024·重庆一中检测）对光合作用的研究发现：叶绿体接受光照后，类囊体腔内的pH明显下降。下列有关该现象的原因叙述正确的是（　　）
A.NADPH分解释放H＋引起
B.大量CO2进入叶绿体基质引起
C.与ATP水解后产生磷酸有关
D.该现象与H2O的光解有关
3.（2024·安阳市高一期末）小球藻在光照条件下，其细胞中NADP＋＋2e－＋
H＋―→NADPH的反应发生在（　　）
A.叶绿体类囊体薄膜上
B.叶绿体基质中
C.线粒体内膜上
D.线粒体基质中
4.（2024·重庆涪陵中学期中）绿色植物的光合作用过程可用如图所示化学反应式来表示。下列有关叙述正确的是（　　）
CO2＋H2O（CH2O）＋O2
A.在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化
B.光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C.产物（CH2O）的生成在叶绿体的类囊体中
D.释放出的O2主动运输到线粒体中被利用
5.（2024·黑龙江哈尔滨期中）如图表示光合作用的过程，其中 Ⅰ 、 Ⅱ 表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是（　　）
A.物质a表示NADPH
B.物质b表示C3
C.阶段 Ⅰ 表示暗反应
D.阶段 Ⅱ 在叶绿体中的类囊体膜上发生
6.（2024·云南昆明期中）下列有关探究光合作用过程的描述，正确的是（　　）
A.希尔将离体叶绿体放在适宜条件下，发生水的光解、产生氧气，并说明了氧气全部来自水
B.载有水绵和需氧细菌的临时装片，用透过三棱镜的光照射一段时间，绿光区域聚集细菌最多
C.向绿色植物提供HO和CO2，光照一段时间，释放的气体含有18O2
D.向小球藻提供14CO2，光照一段时间，14C5化合物先于14C3化合物出现
第2课时　光合作用的原理
一、
自主梳理
1.(1)叶绿体　光能　二氧化碳　水　氧气　(2)光能　CH2O
2.O2　H2O　ATP　CO2　有机物
微思考
提示：不能。因为悬浮液中还有其他物质也有氧元素，希尔反应未排除这一点。
辨正误
(1)×　提示：18O是稳定性同位素，不具有放射性。
(2)×　提示：鲁宾、卡门的实验发现光合作用中O2来源于H2O。
合作探究
(1)提示：结合H2O分解产生的2H＋和2e－。NADP＋＋2H＋＋2e－NADPH＋
H＋。
(2)提示：不可行，若同时标记H2O和CO2，则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。
(3)提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)＋14C5。
学以致用
1.C　[从反应式可看出，反应后溶液H＋增多，酸性增强，pH降低，每生成1 mol O2转移4 mol电子，但叶绿素并没有改变，同时可知光合作用中水的光解产生O2。]
2.C　[鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的氧气来自水，C错误。]
二、
自主梳理
1.①NADPH　②2C3　③ADP＋Pi　④O2　⑤(CH2O)
2.类囊体的薄膜上　叶绿体基质中　不直接依赖光　NADPH　ATP　(CH2O)　ATP　(CH2O)
辨正误
(1)√　
(2)×　提示：光合作用过程中，制造的氧气中的氧来自水，生成的有机物中的氧来自二氧化碳。
(3)×　提示：叶绿体光反应产生的ATP用于暗反应还原三碳化合物，因此其转移方向由其产生场所转移到作用场所，即从类囊体薄膜到叶绿体基质。
(4)×　提示：暗反应需要光反应提供NADPH和ATP，没有光，暗反应不能长时间进行。
合作探究
(1)①叶绿体中的色素　②O2　③NADPH　④ATP　⑤C3　⑥C5
(2)提示：光反应阶段：①物质变化
a.水的光解：2H2O4H＋＋4e－＋O2
b.NADPH的形成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH
c.ATP的生成：ADP＋Pi＋能量ATP
②能量变化
光能转化为活跃的化学能，储存在ATP和NADPH中，均用于暗反应。
暗反应阶段：①物质变化
a.CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
b.三碳化合物的还原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH释放的能量并被NADPH还原形成五碳化合物和糖类。
②能量变化：ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中的化学能。
(3)提示：
(4)提示：C3下降，C5上升。
(5)增加　减少　减少　增加　减少　增加　增加　减少　增加　增加　减少　减少　增加　减少　增加
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3.B　[过程 Ⅱ 为暗反应，该过程发生于叶绿体基质中；过程 Ⅰ 为光反应，该过程发生于叶绿体类囊体薄膜上，A正确；图示①～④依次为NADPH、ATP、CO2、(CH2O)，B错误；弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用，只是光合速率小于或等于呼吸速率，C正确；禾谷类作物开花期，光合作用产生的有机物主要运输到花穗，若剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降，D正确。]
4.D　[图中PS Ⅰ和PS Ⅱ可吸收光能，说明二者分布于类囊体的薄膜上，A正确；光反应为暗反应提供了NADPH和ATP，B正确；由图可知，电子(e－)来自H2O的分解，即电子(e－)的最初供体为H2O，C正确；由图可知，H＋由膜内向膜外运输的同时合成ATP，说明膜内的H＋浓度高于膜外，膜两侧H＋的电化学梯度为合成ATP提供能量，D错误。]
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1.C　[装置b中气泡内的气体是叶绿体进行光合作用产生的，光合作用释放的气体是氧气，A正确；只有叶绿体滤液，仍然能够进行光合作用，并产生氧气，说明叶绿体是光合作用的场所，B正确；装置c中无气泡产生是因为缺少光合作用的条件——光照，而不是缺乏二氧化碳，C错误；遮光后c装置中不再有气泡产生，说明光照是光合作用的必要条件，D正确。]
2.D　[光反应在类囊体薄膜上合成ATP和NADPH，NADPH作为还原剂，在叶绿体基质中还原三碳化合物，其中的H参与构成有机物，不会释放出H＋，A错误；CO2进入叶绿体后，参与暗反应，在叶绿体基质中进行，最终被还原为糖类，不会进入类囊体腔内导致pH下降，B错误；光反应产生的ATP参与暗反应，ATP水解发生在叶绿体基质中，不是发生在类囊体腔内，C错误；光反应过程，H2O在光下分解产生H＋和O2，H＋可以使类囊体腔内的pH明显下降，D正确。]
3.A　[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，该过程发生在光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，A符合题意。]
4.A　[在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，B错误；暗反应产物(CH2O)的生成是在叶绿体基质中进行的，C错误；光反应产生的O2以自由扩散的方式运输到线粒体中被利用，D错误。]
5.A　[光反应中，H2O的光解产生O2和NADPH，因此物质a表示NADPH，A正确；在光反应阶段，ADP＋Pi＋能量ATP，因此题图中b表示ATP，B错误；题图中阶段 Ⅰ 能够吸收、传递、转换光能，属于光合作用的光反应阶段，C错误；题图中阶段 Ⅱ 能够发生CO2的固定，并且生成糖类，属于光合作用的暗反应阶段，发生场所为叶绿体基质，D错误。]
6.C　[希尔在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(没有CO2)，在光照下可以释放氧气，由于缺少加入CO2的另一组对照实验，故不清楚植物光合作用产生的氧气中的氧元素是否能来自CO2，从而不能说明氧气全部来自水，A错误；由于色素几乎不吸收绿光，载有水绵和需氧细菌的临时装片，用透过三棱镜的光照射一段时间，绿光区域聚集细菌最少，B错误；鲁宾和卡门利用18O分别标记H2O和CO2，然后进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2，第二组向同种植物提供HO和CO2。在其他条件都相同的情况下，第一组释放的氧气全部是O2，第二组释放的氧气全部是18O2。这一实验有力地证明光合作用释放的氧气来自水，C正确；为小球藻提供14CO2，光照一段时间，CO2先固定形成C3，后C3还原形成C5，因此14C5化合物后于14C3化合物出现，D错误。]限时练21　光合作用的原理
(时间:30分钟　分值:60分)
选择题:第1~12题,每小题3分,共36分。
【基础对点】
知识点一　光合作用的探究历程
1.美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧,证明了光合作用 (　　)
制造了有机物
利用了根系吸收的水分
释放的氧气全部来自H2O
释放的氧气全部来自CO2
2.(2024·广东东莞调研)下列几位科学家的相关探究实验中,所用技术方法不同于其他三位的是 (　　)
卡尔文探究碳元素在光合作用中转移途径
鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径
3.(2024·广东佛山阶段测试)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氧气。像这样,离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。下列关于希尔反应结论的说法,正确的是 (　　)
不能说明产生氧气是因为水的光解
说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水
说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
说明ATP的合成与希尔反应有关系
知识点2　光合作用的过程
4.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 (　　)
氧气的释放量 ATP的生成量
二氧化碳的消耗量 糖类的合成量
5.(2024·河南名校联盟)如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解,下列分析错误的是 (　　)
该过程不直接依赖光,发生的场所为叶绿体基质
细胞呼吸过程中也产生物质A,同样具有还原剂的作用
CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类、C5
突然降低二氧化碳浓度,短时间内C5的含量迅速上升
6.(2024·江西临川一中质检)卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2,再给予不同的光照时间后,从小球藻中提取并分析放射性物质。预测实验结果是 (　　)
光照时间越长,三碳化合物的积累越多
光照时间越长,五碳化合物的积累越多
光照时间越长,带有放射性的物质种类越多
无论光照时间长短,放射性物质都会集中分布在类囊体薄膜上
7.若外界环境中的光照突然减弱,则叶绿体内C3和C5含量的变化是 (　　)
均不变
C3减少,C5增多
C3增多,C5减少
均增多
8.(2024·哈师大附中质检)下列关于光合作用的叙述中,错误的是 (　　)
真核细胞中,光反应在叶绿体的类囊体薄膜上进行,暗反应在叶绿体的基质中进行
光反应需要光,不需要酶,暗反应不直接依赖光,需要多种酶
光反应吸收光能形成ATP,暗反应将ATP和NADPH中活跃的化学能储存在有机物中
光反应能分解水生成NADPH并放出O2,暗反应最终将CO2还原成(CH2O)
9.(2024·江苏南通调研)如图是光合作用的过程图解,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 (　　)
图中a过程发生在类囊体的薄膜上
若光照突然停止,短时间内叶绿体中F的含量会增加
c过程是CO2的固定,发生在叶绿体的基质中
E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
【综合提升】
10.(2024·四川绵阳诊断)将植物栽培在适宜的光照、温度和充足的CO2条件下,如果在2 h时,将环境中某一条件改变,此时,叶肉细胞中的C3、C5含量变化如图。那么改变的条件是 (　　)
停止光照
停止光照并降低CO2的浓度
升高CO2的浓度
降低CO2的浓度
11.(2024·河北冀州质检)在置于黑暗条件下的叶绿体悬浮液中加入适量NaH14CO3溶液,再给予瞬时光照。下列说法正确的是 (　　)
黑暗条件下,叶绿体基质中不存在C3和C5
黑暗条件下,叶绿体悬浮液不能合成ATP和NADPH
瞬时光照后,(CH2O)出现放射性比C3早
光照瞬间,C3含量迅速增加而C5含量迅速减少
12.(2024·河北保定高一上月考)如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程,下列叙述正确的是 (　　)
图示膜结构为叶绿体内膜
水分解为O2和H+同时被叶绿体夺去2个电子
甲表示色素,在层析液中溶解度最高的是叶绿素a
图示过程为光反应,该过程不需要酶的催化
13.(12分)(2024·广东惠州调研)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质),图中PSBS是一种类囊体膜蛋白,它能感应类囊体腔内的高质子(H+)浓度而被激活,激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,从而防止强光对植物细胞造成损伤。据图回答下列问题:
(1)(3分)图中的A是　　　　,C是　　　　,D是　　　　。
(2)(2分)叶绿素a分布于　　　　上,主要吸收　　　　光。
(3)(5分)若反应Ⅱ中E的浓度突然降低至一半,短时间内C5的含量将　　　　。如果追踪E中碳元素的去向,常用　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)(2分)过度光照将会激活膜蛋白PSBS,直接抑制反应Ⅰ中　　　　,会导致电子不能传递给　　　　(填字母),所以过量的光能将不能转变为化学能。
14.(12分)(2024·河南商丘高一上期末)在光照等适宜条件下,将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中,其叶片暗反应中C3和C5的相对浓度的变化趋势如图。请据图回答问题:
(1)(1分)图中物质A是　　　　(填“C3”或“C5”)。
(2)(6分)在CO2浓度为1%的环境中,物质B的浓度比A的低,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后,物质B浓度升高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)(1分)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中,暗反应中C3和C5浓度达到稳定时,物质A的浓度将比B的　　　　(填“低”或“高”)。
(4)(4分)CO2浓度为0.003%时,该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的　　　　(填“高”或“低”),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
限时练21　光合作用的原理
1.C　[美国科学家鲁宾和卡门通过同位素18O分别标记H2O和CO2，发现只有标记H2O的一组产生了18O2，两组实验对照说明光合作用释放的氧气全部来自水。]
2.C　[A、B、D选项中的科学家都用到了同位素示踪法。]
3.C　[由题干可知，希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的反应，故希尔的实验能说明产生氧气是因为水的光解，A错误；该实验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，并没有直接观察到氧元素的转移途径，B错误；希尔实验的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，因此该实验可说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，C正确；希尔反应中没有直接证明能量的转化关系，D错误。]
4.A　[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正确、B错误；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错误。]
5.B　[该过程是光合作用的暗反应阶段，不直接依赖光，发生的场所为叶绿体基质，A正确；细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用中产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，B错误；暗反应中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被还原生成(CH2O)和C5，故CO2转移途径是CO2→C3→(CH2O)、C5，C正确；突然降低二氧化碳浓度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不变，所以短时间内C5的含量迅速上升，D正确。]
6.C　[光合作用过程中，由C元素的转移途径可知，C5与C3是一个循环过程，正常情况下，会保持相对平衡的状态，光照时间延长不会使三碳化合物、五碳化合物积累更多，A、B错误；由C元素的转移途径可知，二氧化碳中的C元素先与五碳化合物结合形成三碳化合物，然后又进入有机物，如果时间过长，有机物还会转变成蛋白质、脂肪等，因此随时间的延长，产生的放射性物质的种类越多，C正确；类囊体薄膜进行光反应阶段，二氧化碳的固定和还原是在叶绿体基质中进行的，无论光照时间长短，类囊体薄膜上都无放射性，D错误。]
7.C　[外界环境中的光照突然减弱，直接导致光反应产生的NADPH和ATP减少，使C3的还原减弱，而C3的生成量不变，所以叶绿体内C3含量增多，C5含量减少，C正确。]
8.B　[真核细胞中，光合作用发生的场所为叶绿体，光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，暗反应的场所是叶绿体的基质，A正确；光反应需要光，也需要酶，如ATP的合成需要ATP合成酶；暗反应不直接依赖光，需要多种酶，B错误；光反应将吸收的光能转变成活跃的化学能暂时储存在ATP和NADPH中，暗反应将ATP和NADPH中活跃的化学能储存在有机物中，C正确；光反应吸收光能将水分解产生O2和NADPH；暗反应包括CO2的固定和C3的还原，最终将CO2还原成(CH2O)，D正确。]
9.B　[图中a过程表示光反应，发生在类囊体的薄膜上，A正确；若光照突然停止，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，影响C3的还原，而短时间内不影响CO2的固定，叶绿体中F(C5)的含量会减少，B错误；c过程是CO2的固定，发生在叶绿体的基质中，C正确；E(C3)接受C(ATP)和NADPH释放的能量并被NADPH还原，D正确。]
10.D　[在光合作用过程中，CO2参与暗反应，CO2与C5反应生成C3，当CO2浓度突然降至极低水平时，这个过程必然受阻，因而导致C5的含量上升、C3含量下降，所以，在2 h时，环境中CO2浓度突然降低将会导致图示情况出现；当停止光照时，光反应停止，NADPH和ATP含量减少，C3还原减慢，但短时间内其生成量不变，故C3含量增加，同时C5生成量减少，短时间内其消耗量不变，最终导致C5含量减少，与图示不符，综合分析，只有D项正确。]
11.B　[黑暗条件下，叶绿体不能进行光合作用，但叶绿体基质中存在C3和C5，A错误；黑暗条件下，光反应不能进行，叶绿体悬浮液不能合成ATP和NADPH，B正确；瞬时光照后，(CH2O)出现放射性比C3晚，C错误；光照瞬间，C3含量迅速减少而C5含量迅速增加，D错误。]
12.B　[分析题图可知，该过程为光反应，场所为叶绿体类囊体薄膜，A错误；光反应中H2O分解为O2和H＋，同时产生2个电子(e－)，经传递，可用于NADP＋和H＋结合形成NADPH，B正确；在层析液中溶解度最高的色素是胡萝卜素，C错误；光反应过程需要酶的催化，如ATP的合成过程需要ATP合成酶的催化，D错误。]
13.(1)O2　ATP　NADP＋(或氧化型辅酶 Ⅱ )　(2)类囊体薄膜　红光和蓝紫　(3)升高　同位素示踪法　(4)水的光解　D
解析　(1)由图可知，反应Ⅰ为光反应，反应Ⅱ为暗反应，则A代表O2，B代表ADP和Pi，C代表ATP，D代表NADP＋，E代表CO2。(2)叶绿素a分布于类囊体薄膜上，主要吸收红光和蓝紫光。(3)降低E(CO2)的浓度，则CO2固定过程减弱，C5的消耗减少，短时间内C3的还原过程仍正常进行，C5的生成不变，C5的含量将升高。常利用同位素示踪法追踪元素的转移途径。(4)由图可知，PSBS可参与水的光解过程，水的光解产生H＋、O2和e－，PSBS抑制电子传递给D
(NADP＋)。
14.(1)C3　(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定，根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍　CO2浓度突然降低时，C5的合成速率暂时不变，消耗速率却减慢，导致C5积累　(3)高　(4)低　CO2浓度较低时，暗反应的强度低，所需的ATP和NADPH少
解析　(1)CO2浓度降低时，CO2固定产生C3减少而C3的还原仍在进行，C3的浓度降低，故物质A代表的是C3。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol C5结合形成2 mol C3，即C3的浓度是C5浓度的2倍。CO2浓度迅速从1%下降到0.003%时，C5的产生量不变而消耗量减少，故C5的浓度升高。(3)该植物继续处于CO2浓度为0.003%时，因光反应产物NADPH和ATP的积累而抑制光反应过程，在达到相对稳定时，C3的浓度仍是C5浓度的2倍。(4)CO2浓度较低时，暗反应减弱，需要的NADPH和ATP减少，故CO2浓度为0.003%时，在较低的光照强度下就能达到最大光合速率。

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