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第13讲　光合作用的过程
1 [2025福建卷]科研人员将光合系统相关基因整合到大肠杆菌后，该菌能在无碳源培养基中生长繁殖。下列叙述错误的是(　　)
A. 必需整合光反应和暗反应系统的相关基因
B. 暗反应所需的所有能量来源于细胞中的ATP
C. 改造成功的大肠杆菌可用CO2作为唯一碳源
D. 该菌在无碳源培养基中生长繁殖一定需要光照
2 [2024盐城伍佑中学检测]如图是桃树叶肉细胞内光合与呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中 ①～⑥代表有关生理过程。下列相关叙述错误的是(　　)
A. 过程①②③都有ATP产生
B. 表示光合作用暗反应的过程是①⑥
C. 在生物膜上进行的过程有④⑤
D. 过程③产生的[H]只有部分来自丙酮酸
3 模型构建法是生物学上常用的研究方法，如图为某种生物细胞内部分代谢活动的概念模型图，其中①～⑤表示代谢过程，a～f表示代谢过程中产生的物质。据图分析，下列说法错误的是(　　)
A. 该生物可能是原核生物
B. ①③④⑤过程均能产生ATP
C. 图示中c代表NADPH，①代表光反应
D. ④过程产生了d，d应为 CO2
4 [2025宿迁模拟]如图表示光合作用和呼吸作用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贮存在ATP和NADPH中
D. 有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段
5 [2024扬州阶段练习]用某种绿色植物轮藻的大小相似叶片分组进行光合作用实验：已知叶片实验前质量相等，在不同温度下分别暗处理1 h，测其质量变化，立即光照1 h(光强度相同)，再测其质量变化。得到如下结果。据表分析下列说法错误的是(　　)
组别 一 二 三 四
温度/℃ 27 28 29 30
暗处理后质量变化/mg －2 －3 －4 －1
光照后与暗处理前质量变化/mg ＋3 ＋3 ＋3 ＋2
A. 29 ℃时，轮藻光合作用酶的活性高于其他3组
B. 光照时，第一、二、三组轮藻释放的氧气量不相等
C. 光照时，第二、三组轮藻生长一样快
D. 光照时，第四组轮藻制造的有机物总量为4 mg
6 [2025天津期末]在光照恒定、光合作用温度最适条件下，某研究小组用图1的实验装置测量1 h内密闭容器的CO2变化量，绘成曲线如图2所示。下列说法正确的是(　　)
图1 图2
A. 若第10 min时突然黑暗，叶绿体基质中C3的含量在短时间内将下降
B. 该绿色植物前30 min真正光合速率平均为64 ppm CO2/min
C. 适当提高温度进行实验，该植物光合作用的光饱和点将增大
D. ab段，叶绿体中ATP从基质向类囊体膜运输
7 [2025山东卷]在低氧条件下，某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F可利用H＋和光合作用产生的NADPH生成H2。为研究该单细胞藻释放H2的培养条件，将大肠杆菌和该单细胞藻按一定比例混合均匀后分成2等份，1份形成松散菌—藻体，另1份形成致密菌—藻体，在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的气体含量，两种菌—藻体培养体系中的O2含量变化相同，结果如图所示。培养过程中，任意时刻两体系之间的光反应速率无差异。下列说法正确的是(　　)
A. 菌—藻体不能同时产生O2和H2
B. 菌—藻体的致密程度可影响H2生成量
C. H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜
D. 培养至72 h，致密菌—藻体暗反应产生的有机物多于松散菌—藻体
8 [2025安徽六安期中]以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图1所示。图2装置是在其他条件适宜时，测定该绿色植物在不同温度下的气体变化情况。结合两图分析。下列叙述错误的是(　　)
图1 图2
A. 该绿色植物在30 ℃时的实际光合作用强度与35 ℃时相等
B. 若每天光照12 h，黑暗12 h，则该植物在25 ℃时生长速率最快
C. 若该植物原重X kg，置于暗处4 h后重为(X－1)kg，然后光照4 h后重为(X＋2)kg，则总光合速率为1 kg/h
D. 乙装置的液滴约在25 ℃时，单位时间内向右移动的距离最大
9 (多选)[2025徐州检测]如图表示不同生物细胞代谢的过程。下列有关叙述正确的有(　　)
甲 乙 丙
丁
A. 给甲提供HO，一段时间后可在细胞内检测到(CHO)
B. 甲、乙、丙三者均为生产者，甲可能是蓝藻，乙可能是根瘤菌，丙发生的反应中不产氧，是三者中唯一可能为厌氧型的生物
C. 过程①可表示渗透吸水，对④⑤⑥⑦⑧过程研究，发现产生的能量全部储存于ATP中
D. 就植株叶肉细胞来说，若②O2的释放量大于⑧O2的吸收量， 则该植物体内有机物的量不一定增加
10 (多选)如图表示植物叶肉细胞中光合作用和细胞呼吸的相关过程，字母代表有关物质，数字代表代谢过程。下列相关叙述正确的有(　　)
A. 过程①③⑤在生物膜上进行
B. 过程①②③都需要ADP和Pi
C. 物质C、D、E中都含H元素
D. 物质A中的元素只来自水
11 (多选)如图是叶绿体淀粉合成的调节过程示意图，光下TPT活性受到限制。下列相关叙述正确的有(　　)
A. TPT分布在叶绿体外膜中，具有专一性和饱和性
B. 白天光合速率快，叶绿体中[3 磷酸甘油酸]/[Pi]的比值低
C. 细胞质基质中的Pi浓度降低时，丙糖磷酸运出叶绿体受抑制
D. 白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成
12 (多选)[2026河南南阳期末]我国科研团队将磁性颗粒均匀涂至螺旋藻(颤蓝细菌)表面，使磁性螺旋藻(MSP)能在外部磁场控制下，靶向运动至癌变部位，促进癌细胞的放疗，治疗机制如图。已知肿瘤组织内部的缺氧环境可以减少含氧自由基的生成。下列说法正确的有(　　)
A. 螺旋藻细胞内存在RNA—蛋白质复合物，但不存在DNA—蛋白质复合物
B. 温度过高，光合作用的酶活性降低，MSP促进放疗效果减弱
C. 过程①利用MSP叶绿体释放的O2提高肿瘤组织内部的氧气浓度
D. 过程②叶绿素产生的自由基可破坏磷脂分子引发雪崩式反应损伤癌细胞膜
13 [2025广东卷]我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图1)；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图2)，鉴定到突变体发生了PILI5基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。请回答下列问题。
图1
注：红光下植物的相关反应与白天相似，远红光下植物相关反应与夜间相似
图2
(1) 图1中，胞间CO2浓度在900～1 200 μmol·mol-1范围时，红光下光合速率的限制因子是________，推测此时蓝光下净光合速率更高的原因是___________
______________________________________________________________________。
(2) 图2中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是____________________________________________________________________。
(3) 归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路(图3)。通路1中，①吸收的光在叶绿体中最终被转化为________________。通路2中吸收光的物质②为________。用箭头完成图3中②所介导的通路，并在箭头旁用“(＋)”或“(－)”标注前后两者间的作用，(＋)表示正相关，(－)表示负相关。
图3
(4) 根据图3中相关信息，概括出植物利用光的方式：_____________________
_____________________________________________。
第13讲　光合作用的过程
1 B　光反应生成ATP和NADPH，暗反应利用这些物质固定CO2，两者缺一不可，因此必须整合光反应和暗反应相关基因，A正确；暗反应的能量不仅来源于ATP，还需NADPH提供能量且作为还原剂，B错误；改造后的大肠杆菌通过暗反应固定CO2合成有机物，CO2可作为唯一碳源，C正确；光反应需要光照提供能量，若培养基无碳源，菌体必须依赖光反应进行自养，D正确。
2 A　图中①表示C3的还原，②表示细胞呼吸的第一阶段，③表示有氧呼吸的第二阶段，其中过程①没有ATP产生，A错误；⑥表示CO2的固定，因此表示光合作用暗反应的过程是①⑥，B正确；④表示有氧呼吸的第三阶段，在线粒体内膜上进行，⑤表示光反应阶段，在叶绿体的类囊体薄膜上进行，C正确；过程③产生的[H]只有部分来自丙酮酸，还有一部分来自葡萄糖分解产生丙酮酸的过程(有氧呼吸的第一阶段)，D正确。
3 C
4 B　由图可知①表示光反应中水的光解，③表示暗反应过程，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，A正确；由图可知③表示暗反应过程，发生在叶绿体基质，④过程包括有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，第一阶段发生在细胞质基质，第二阶段发生在线粒体基质，B错误；①光反应中，光能转变成活跃的化学能贮存在ATP和NADPH中，二者可被暗反应利用，C正确。
5 C　实际光合速率＝2×暗处理后质量变化＋光照后与暗处理前质量变化，各组实际光合速率分别为7、9、11、4，29 ℃时轮藻光合作用酶的活性高于其他3组，A正确；在光下，组一的净光合作用为3－(－2)＝5 mg，组二的净光合作用为3－(－3)＝6 mg，组三的净光合作用为3－(－4)＝7 mg，因此这三组在光下的净光合作用是不同的，氧气的释放量不相等，B正确；根据B选项分析可知，组二和组三的净光合速率不同，因此光照时第二、三组轮藻生长不一样快，C错误；组四的净光合作用为2－(－1)＝3 mg，制造的有机物量为总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝3＋1＝4 mg，D正确。
6 B　若第10 min时突然黑暗，导致光反应产生的ATP和[H]含量下降，抑制暗反应中C3的还原，导致叶绿体基质中C3的含量将增加，A错误；真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由ab段可以计算出净光合速率＝(1 680－180)/30＝50 ppm CO2/min，由bc段可以计算出呼吸速率＝(600－180)/30＝14 ppm CO2/min，因此真正光合速率平均为64 ppm CO2/min，B正确；题干中提出，该实验在最适温度条件下进行，因此适当提高温度进行实验，光合速率下降，导致该植物光合作用的光饱和点下降，C错误；ab段CO2含量在下降，说明植物的光合作用大于呼吸作用，且CO2在暗反应中被用于合成C3，因此叶绿体中ATP从类囊体膜向基质运输，D错误。
7 B　单细胞藻光反应可以产生NADPH、氧气和ATP，蛋白F可利用H＋和光合作用产生的NADPH生成H2，因此，菌—藻体能同时产生O2和H2，A错误；对比松散菌—藻体和致密菌—藻体，相同时间产生的H2含量相对值不同，说明菌—藻体的致密程度可影响H2生成量，B正确；根据“某单细胞藻叶绿体基质中的蛋白F可利用H＋和光合作用产生的NADPH生成H2”，说明H2的产生场所是该藻叶绿体的基质中，C错误；任意时刻两体系之间的光反应速率无差异，说明光反应产生的NADPH相同，致密菌—藻体产生的H2多，说明消耗的NADPH多，则用于暗反应的NADPH少，因此培养至72 h，致密菌—藻体暗反应产生的有机物少于松散菌—藻体，D错误。
8 B　在光照时间相同的情况下，30 ℃时光合作用的总量为3.50(净合成量)＋3.00(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，35 ℃时光合作用的总量为3.00(净合成量)＋3.50(呼吸消耗量)＝6.50 mg/h，二者相等，A正确；若每天交替进行12 h光照，12 h黑暗，则幼苗积累有机物为12 h的净光合作用－12 h的呼吸作用，数值最大的是20 ℃，B错误；该植物原重X kg，置于暗处4 h后重(X－1) kg，则呼吸速率为1/4 kg小时，然后光照4 h后重(X＋2) kg，则4 h内的净光合量为3 kg，总光合量为(3＋1) kg，故总光合速率为1 kg/h，C正确；图2中NaHCO3溶液作为CO2缓冲液，因此水滴的移动方向与距离与装置中的O2变化有关，结合图甲，光照下乙装置的液滴在25 ℃时净光合速率最强，因此单位时间内向右移动的距离最大，D正确。
9 AD　给甲提供HO，水可以参与有氧呼吸第二阶段，生产C18O2，CO2参与光合作用的暗反应生成带有同位素标记的(CHO)，A正确；乙可能是硝化细菌，硝化细菌能将土壤中的氨氧化成为硝酸，利用释放的能量将CO2和H2O合成糖类，即化能合成作用，甲、乙、丙都能将无机物转化为有机物，都为自养型生物，说明这三种生物一定都是生产者，但丙的反应中不产氧，甲、乙的反应中产生了氧，说明丙很有可能是三者中唯一的厌氧型生物，B错误；过程①可表示渗透吸水，④⑤⑥⑦⑧细胞呼吸中所释放的大部分能量以热能散失，C错误；若叶肉细胞②光反应过程O2的释放量大于⑧有氧呼吸过程O2的吸收量，则叶肉细胞的净光合作用量＞0，但植物体还有很多不能进行光合作用的细胞，它们只能进行呼吸作用，所以该植物体内有机物的量不一定增加，D正确。
10 BD
11 CD　叶绿体是双层膜结构，外膜的外面是细胞质基质，据图可知，TPT既能转运丙糖磷酸又能转运磷酸，具有专一性和饱和性，但位于叶绿体内膜上，A错误；白天，光合作用形成较多的3 磷酸甘油酸，与ADPG焦磷酸化酶结合后，便催化形成淀粉；晚上，光合磷酸化停止，积累在叶绿体里的Pi浓度便升高，抑制淀粉形成，因此，白天或光照下[3 磷酸甘油酸]/[Pi]的比值高时，合成淀粉活跃；在夜晚或暗处则抑制淀粉合成，转而合成蔗糖，B错误；丙糖磷酸转运体(TPT)能将丙糖磷酸(TP)不断运到叶绿体外，同时将释放的Pi(无机磷酸)运回叶绿体基质，当细胞质基质中Pi浓度降低时，会抑制丙糖磷酸(TP)从叶绿体中运出，C正确；白天光照较强，光下TPT活性受到限制，TPT不能将Pi(无机磷酸)运回叶绿体基质，不会抑制ADPG焦磷酸化酶活性，从而促进淀粉的合成，因此白天叶绿体基质中有大量淀粉的合成，D正确。
12 BD　螺旋藻细胞内存在RNA—蛋白质复合物(如核糖体)，也存在DNA—蛋白质复合物，如转录时，RNA聚合酶与DNA结合，A错误；据题干信息“肿瘤组织内部的缺氧环境可以减少含氧自由基的生成”，据题图分析可知，MSP在温度过高时，光合作用的酶活性降低，产生的氧气减少，肿瘤组织内部在氧气减少的条件下产生的含氧自由基减少，对肿瘤细胞的损伤减小，故由此可推测温度过高，光合作用的酶活性降低，MSP促进放疗效果减弱，B正确；螺旋藻是颤蓝细菌，为原核生物，没有叶绿体，C错误；据题干信息和题图分析可知，过程②中叶绿素在激光照射条件下产生含氧自由基，这些自由基能够破坏细胞内的分子结构，包括磷脂分子，磷脂是细胞膜的主要成分之一，如果磷脂分子被破坏，就会导致细胞膜的结构和功能受损，这种损伤可能是“雪崩式”的，即一旦一个磷脂分子被破坏，就会引发一系列连锁反应，导致更多的磷脂分子被破坏和细胞膜的整体崩溃，D正确。
13 (1) 光质　蓝光能促进光合作用相关酶的活性　(2) 突变体中PILI5基因功能缺失，阻断了光信号对气孔开放程度的调控，使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异　(3) 有机物中的化学能
光敏色素　光敏色素→(－)PILI5基因→(＋)脱落酸信号通路→(－)气孔开放程度　(4) 通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物；通过光敏色素吸收光信号调控基因表达，影响植物生理过程(共38张PPT)
第2单元
细胞的代谢
第13讲　光合作用的过程
内容索引
核心体系
学习目标
活动方案
名卷优选
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。
(1) 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
(2) 生产者均为光能自养型吗？进行光合作用的生物细胞中均含有叶绿体吗？
【答案】 不是，如硝化细菌等属于化能自养型。不一定，如蓝细菌为原核生物，只是含有叶绿素和藻蓝素，不含叶绿体。
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
【答案】 ①—e　②—a　③—b　④—c　⑤—d
活动二　说明光合作用探究历程，分析相关实验现象
(2) 恩格尔曼选择水棉作实验材料的优点是？该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】 叶绿体呈螺旋带状分布，易于观察。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) 鲁宾和卡门的实验使用了什么方法，该实验需要进行几组实验？分别标记什么？
【答案】 同位素标记法。两组。一组标记H2O中的氧，另一组标记CO2中的氧。
(5) 高中生物学实验中常用的同位素有哪些？其中哪些具有放射性？
【答案】 3H、14C、18O、15N、32P、35S。 3H、14C、32P、35S。
(1) 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。
活动三　概述光合作用的过程
【答案】
(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。
(3) 尝试写出图中C3、C5、NADPH、NADP＋的中文名称？并回忆细胞呼吸过程中NADH、NAD＋的名称？
【答案】 C3：三碳化合物，3－磷酸甘油酸(3－PGA)。C5：五碳化合物，核酮糖－1,5二磷酸(RuBP)。NADPH：还原型辅酶Ⅱ。NADP＋：氧化型辅酶Ⅱ。NADH：还原型辅酶Ⅰ。NAD＋：氧化型辅酶Ⅰ。
(4) 光反应阶段产生的NADPH的作用是？
【答案】 作还原剂并提供能量。
活动四　概述光合作用的过程中环境条件改变时，光合作用
各物质含量的变化
图1
图2
图3
图4
图5
请结合图1，根据光合作用过程中环境条件改变导致甲、乙的变化，判断图2～5中甲、乙分别代表什么物质？
【答案】 图2中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。图4中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。图5中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
光合磷酸化是指发生在光合生物(如植物、藻类和某些细菌)中，在光驱动下，将无机磷酸(Pi)与腺苷二磷酸(ADP)结合，合成腺苷三磷酸(ATP)的过程。
氧化磷酸化是指发生在活细胞线粒体中，营养物质(如糖、脂肪、蛋白质)分解产生的高能电子，通过电子传递链进行传递，释放能量并将质子(H＋)泵出线粒体内膜，从而建立质子梯度，最终驱动ATP合成的过程。
活动五　比较光合磷酸化和氧化磷酸化的异同点
请补充完成下表：
项目 电子传递链和光合磷酸化 电子传递链和氧化磷酸化
过程
项目 电子传递链和光合磷酸化 电子传递链和氧化磷酸化
不同点 发生在叶绿体的_______________上 发生在线粒体的___________上
需要光 不需要光
电子供体是______________，电子受体是__________________ 电子供体是_______________等，电子受体是___________
相同点 电子传递过程中所形成的____________________作为动力，在ATP合酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP
类囊体膜
内膜
H2O
NADP＋
NADH
O2
H＋浓度梯度
名 卷 优 选
2
4
5
1
3
7
6
1．[2026徐州睢宁高级中学期末]下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是( )
A. 卡尔文用14C标记CO2发现了碳原子的转移途径
B. 恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体是光合作用的场所
C. 鲁宾和卡门利用放射性同位素标记法证明光合作用产生的氧气中氧元素全部来自水
D. 希尔利用离体叶绿体证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应阶段
C
2
4
5
1
3
7
6
【解析】卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性去向，证明了小球藻的光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3→糖类，A正确；恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，B正确；希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中没有合成糖类所必需原料CO2，因此实验证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应，D正确。
2
4
5
1
3
7
6
2．[2025河北卷]对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是(　 　)
A．类囊体膜上消耗H2O，而线粒体基质中生成H2O
B．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2
C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2
D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物
A
2
4
5
1
3
7
6
【解析】 类囊体膜上进行水的光解消耗H2O，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段不生成H2O，生成H2O的阶段是线粒体内膜上进行的有氧呼吸第三阶段，A错误；叶绿体基质中进行暗反应，消耗CO2进行CO2的固定，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，涉及丙酮酸和水反应生成CO2，B正确；类囊体膜上进行水的光解生成O2，线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段，消耗O2和NADH生成水，C正确；叶绿体基质中进行暗反应，合成葡萄糖等有机物，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，分解有机物(丙酮酸)，生成CO2和NADH，D正确。
2
4
5
3
7
6
3．中国科学家曾经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。下列相关叙述错误的是(　 　)
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
1
C
2
4
5
3
7
6
1
【解析】 光合作用的卡尔文循环需要多种酶的催化作用才能高效完成，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，人工合成淀粉可以先利用太阳能发电，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。
2
4
5
3
7
6
4．[2025黑吉辽蒙卷]黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如下。其他条件均适宜，下列叙述正确的是(　 　)
A．ATP、ADP和Pi通过NTT时，无需与NTT结合
B．NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输
C．图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生
D．光照充足，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止
1
D
2
4
5
3
7
6
1
【解析】 载体蛋白通常需要与底物结合后才能转运物质，A错误；由题干“黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi”，得知此过程不是主动运输，B错误；黑暗条件下，叶绿体无法进行光反应，自身不能合成ATP，此时进入叶绿体基质的ATP可来自细胞呼吸，场所包括细胞质基质和线粒体，C错误；光照充足时，叶绿体类囊体膜上进行光反应合成ATP，需要消耗大量ADP和Pi作为原料，此时叶绿体基质中的ADP和Pi会优先被类囊体膜利用，导致叶绿体基质中ADP浓度降低，由于NTT顺浓度梯度运输ADP(从叶绿体基质到细胞质基质)，当叶绿体基质中ADP不足时，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止，D正确。
2
4
5
3
7
6
5．[2026南京七校联考]生物学知识中的“比值”是一种数学模型，可较为准确地表示生命活动中两个相关量之间的关系。下列对各种“比值”变化的叙述，错误的是(　 　)
A．种子萌发时，细胞中自由水/结合水的值变大
B．光照突然停止时，植物的叶肉细胞中C5/C3的值变小
C．在细胞增殖的物质准备阶段，细胞的表面积/体积的值变小
D．人剧烈运动时，相关肌肉细胞的O2吸收量/CO2释放量的值变大
1
D
2
4
5
3
7
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【解析】 种子萌发时，代谢活动增强，自由水参与生化反应，含量上升，自由水/结合水的值增大，A正确。光照停止时，光反应中断，ATP和[H]合成减少，导致C3还原受阻，C5生成量减少；同时CO2固定消耗C5的速率不变，使C5减少、C3积累，故C5/C3的值变小，B正确。细胞增殖的物质准备阶段(间期)，细胞体积增大，但表面积增幅小于体积增幅，导致表面积/体积的值减小，C正确。人剧烈运动时，肌肉细胞需大量能量，有氧呼吸增强(O2吸收量≈CO2释放量)，同时无氧呼吸不消耗氧气，产生乳酸(不产生CO2)，CO2总释放量等于O2吸收量，故O2吸收量/CO2释放量的值不变，D错误。
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6．(多选)[2024泰州中学月考]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。下列相关叙述正确的有(　 　)
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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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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7．[2025山东卷]高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。请回答下列问题。
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(1) 叶绿体膜的基本支架是________________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的________，扩展了受光面积。
(2) 据图分析，生成NADPH所需的电子源自____________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、__________________，离心收集绿藻并重新放入含　　 的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有________________。
(3) 据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为______________________________________________。
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磷脂双分子层
基粒
水的光解
丙酮酸、[H]
O2和CO2
途径①光能以电能耗散；途径②光能以热能耗散
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谢谢观看
Thank you for watching第13讲　光合作用的过程
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
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
下图是叶绿体的结构模式图。
(1) 请据图完成下列填空。
　
(2) 生产者均为光能自养型吗？进行光合作用的生物细胞中均含有叶绿体吗？
活动二 说明光合作用探究历程，分析相关实验现象
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
(2) 恩格尔曼选择水棉作实验材料的优点是？该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？
(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？
(4) 鲁宾和卡门的实验使用了什么方法，该实验需要进行几组实验？分别标记什么？
(5) 高中生物学实验中常用的同位素有哪些？其中哪些具有放射性？
活动三 概述光合作用的过程
(1) 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。
(2) 从图解中可以看出光反应和暗反应之间的关系是什么？
(3) 尝试写出图中C3、C5、NADPH、NADP＋的中文名称？并回忆细胞呼吸过程中NADH、NAD＋的名称？
(4) 光反应阶段产生的NADPH的作用是？
活动四 概述光合作用的过程中环境条件改变时，光合作用各物质含量的变化
图1 图2 图3
图4 图5
请结合图1，根据光合作用过程中环境条件改变导致甲、乙的变化，判断图2～5中甲、乙分别代表什么物质？
活动五 比较光合磷酸化和氧化磷酸化的异同点
光合磷酸化是指发生在光合生物(如植物、藻类和某些细菌)中，在光驱动下，将无机磷酸(Pi)与腺苷二磷酸(ADP)结合，合成腺苷三磷酸(ATP)的过程。
氧化磷酸化是指发生在活细胞线粒体中，营养物质(如糖、脂肪、蛋白质)分解产生的高能电子，通过电子传递链进行传递，释放能量并将质子(H＋)泵出线粒体内膜，从而建立质子梯度，最终驱动ATP合成的过程。
请补充完成下表：
项目 电子传递链和光合磷酸化 电子传递链和氧化磷酸化
过程
不同点 发生在叶绿体的________上 发生在线粒体的________上
需要光 不需要光
电子供体是________，电子受体是________ 电子供体是________等，电子受体是________
相同点 电子传递过程中所形成的____________作为动力，在ATP合酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP
名卷优选
1. [2026徐州睢宁高级中学期末]下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是( )
A. 卡尔文用14C标记CO2发现了碳原子的转移途径
B. 恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体是光合作用的场所
C. 鲁宾和卡门利用放射性同位素标记法证明光合作用产生的氧气中氧元素全部来自水
D. 希尔利用离体叶绿体证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应阶段2. [2025河北卷]对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是(　　)
A. 类囊体膜上消耗H2O，而线粒体基质中生成H2O
B. 叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2
C. 类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2
D. 叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物
3. 中国科学家曾经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。下列相关叙述错误的是(　　)
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
4. [2025黑吉辽蒙卷]黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如下。其他条件均适宜，下列叙述正确的是(　　)
A. ATP、ADP和Pi通过NTT时，无需与NTT结合
B. NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输
C. 图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生
D. 光照充足，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止
5. [2026南京七校联考]生物学知识中的“比值”是一种数学模型，可较为准确地表示生命活动中两个相关量之间的关系。下列对各种“比值”变化的叙述，错误的是(　　)
A. 种子萌发时，细胞中自由水/结合水的值变大
B. 光照突然停止时，植物的叶肉细胞中C5/C3的值变小
C. 在细胞增殖的物质准备阶段，细胞的表面积/体积的值变小
D. 人剧烈运动时，相关肌肉细胞的O2吸收量/CO2释放量的值变大
6. (多选)[2024泰州中学月考]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。下列相关叙述正确的有(　　)
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
7. [2025山东卷]高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。请回答下列问题。
(1) 叶绿体膜的基本支架是________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的________，扩展了受光面积。
(2) 据图分析，生成NADPH所需的电子源自________。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、________，离心收集绿藻并重新放入含HO的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有________。
(3) 据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为______________________________________________________________。
第13讲　光合作用的过程
【活动方案】
活动一　
(1) ①外膜　②暗反应　③基粒　类囊体　光合色素　光反应　④光合作用的场所
(2) 不是，如硝化细菌等属于化能自养型。不一定，如蓝细菌为原核生物，只是含有叶绿素和藻蓝素，不含叶绿体。
活动二　
(1) ①—e　②—a　③—b　④—c　⑤—d
(2) 叶绿体呈螺旋带状分布，易于观察。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) 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) 同位素标记法。两组。一组标记H2O中的氧，另一组标记CO2中的氧。
(5) 3H、14C、18O、15N、32P、35S。 3H、14C、32P、35S。
活动三　
(1)
过程 光反应 暗反应
场所 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质
物质转化 ①水的光解： 2H2O4H＋＋O2＋4e－ ②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2固定： C5＋CO22C3 ②C3的还原： 　
能量转化 光能→ATP和NADPH中的化学能→有机物中的化学能
(2) 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。
(3) C3：三碳化合物，3-磷酸甘油酸(3-PGA)。C5：五碳化合物，核酮糖1，5二磷酸(RuBP)。NADPH：还原型辅酶Ⅱ。NADP＋：氧化型辅酶Ⅱ。NADH：还原型辅酶Ⅰ。NAD＋：氧化型辅酶Ⅰ。
(4) 作还原剂并提供能量。
活动四　
图2中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。图4中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。图5中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
活动五：
类囊体膜　内膜　H2O　NADP＋　NADH　O2　H＋浓度梯度
【名卷优选】
1 C　卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性去向，证明了小球藻的光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3→糖类，A正确；恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，B正确；希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中没有合成糖类所必需原料CO2，因此实验证明光合作用中氧气的产生和糖类的合成不是同一个反应，D正确。
2 A　类囊体膜上进行水的光解消耗H2O，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段不生成H2O，生成H2O的阶段是线粒体内膜上进行的有氧呼吸第三阶段，A错误；叶绿体基质中进行暗反应，消耗CO2进行CO2的固定，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，涉及丙酮酸和水反应生成CO2，B正确；类囊体膜上进行水的光解生成O2，线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段，消耗O2和NADH生成水，C正确；叶绿体基质中进行暗反应，合成葡萄糖等有机物，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，分解有机物(丙酮酸)，生成CO2和NADH，D正确。
3 C　光合作用的卡尔文循环需要多种酶的催化作用才能高效完成，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，人工合成淀粉可以先利用太阳能发电，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。
4 D　载体蛋白通常需要与底物结合后才能转运物质，A错误；由题干“黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi”，得知此过程不是主动运输，B错误；黑暗条件下，叶绿体无法进行光反应，自身不能合成ATP，此时进入叶绿体基质的ATP可来自细胞呼吸，场所包括细胞质基质和线粒体，C错误；光照充足时，叶绿体类囊体膜上进行光反应合成ATP，需要消耗大量ADP和Pi作为原料，此时叶绿体基质中的ADP和Pi会优先被类囊体膜利用，导致叶绿体基质中ADP浓度降低，由于NTT顺浓度梯度运输ADP(从叶绿体基质到细胞质基质)，当叶绿体基质中ADP不足时，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止，D正确。
5 D　种子萌发时，代谢活动增强，自由水参与生化反应，含量上升，自由水/结合水的值增大，A正确。光照停止时，光反应中断，ATP和[H]合成减少，导致C3还原受阻，C5生成量减少；同时CO2固定消耗C5的速率不变，使C5减少、C3积累，故C5/C3的值变小，B正确。细胞增殖的物质准备阶段(间期)，细胞体积增大，但表面积增幅小于体积增幅，导致表面积/体积的值减小，C正确。人剧烈运动时，肌肉细胞需大量能量，有氧呼吸增强(O2吸收量≈CO2释放量)，同时无氧呼吸不消耗氧气，产生乳酸(不产生CO2)，CO2总释放量等于O2吸收量，故O2吸收量/CO2释放量的值不变，D错误。
6 BC　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。
7 (1) 磷脂双分子层　基粒
(2) 水的光解　丙酮酸、[H]　O2和CO2
(3) 途径①光能以电能耗散；途径②光能以热能耗散
解析：(2) 据图分析，水在光下分解为O2和H＋，同时产生的电子经传递可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH，即生成NADPH所需的电子源自水的光解。3H2O被植物细胞吸收后参与光合作用，生成CH12O6，在有氧呼吸的第一阶段，CH12O6在细胞质基质中被分解成含有3H的丙酮酸，产生少量的[3H]，并释放少量的能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与3H2O在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和[3H]，释放少量的能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，[3H]与O2结合生成3H2O，并释放大量的能量。可见，用含3H2O的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被3H标记的物质有H2O、丙酮酸、[H]。培养液中HO被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生18O2；在有氧呼吸的第二阶段，HO与丙酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带18O标记的气体有O2和CO2。(3) 据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给O2，生成超氧化物(如H2O2)，这些超氧化物被活性氧清除系统(如过氧化氢酶等)清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。

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