資源簡介

課時2　光反應與碳反應的基本過程
一、光反應將光能轉化為化學能,并產生氧氣
場所 類囊體膜(光合膜)
物質 變化 (1)水光解:光能將水裂解為H+、O2和電子; (2)NADPH與ATP的合成:H+、e-將NADP+還原為NADPH,并產生ATP,O2被釋放到細胞外
能量 變化 光合色素吸收光能,將光能轉化為ATP和NADPH中的化學能
光反應為碳反應提供的還原劑是什么物質 提供能量的是什么物質
提示:NADPH;ATP與NADPH。
二、碳反應將二氧化碳還原成糖
場所 葉綠體基質
物質 變化 (1)CO2固定:在酶的催化作用下,1個CO2分子與五碳糖結合,形成1個六碳分子;六碳分子隨即分解成2個三碳酸分子。 (2)三碳酸的還原: ①每個三碳酸分子接受來自NADPH和ATP的能量,被NADPH還原形成三碳糖; ②五碳糖的再生。 (3)在葉綠體內,三碳糖作為原料用于淀粉、蛋白質和脂質的合成。大部分三碳糖運至葉綠體外,并且轉變成蔗糖,供植物體所有細胞利用
能量 變化 NADPH和ATP中的能量轉變為有機物中的化學能
1.卡爾文循環中三碳酸的還原反應需要光反應提供什么物質
提示:ATP和NADPH。
2.分析蔗糖合成或輸出受阻,會引起卡爾文循環減速的原因。
提示:蔗糖合成或輸出受阻,三碳糖大量積累于葉綠體基質中,導致光反應中NADPH和ATP的合成受阻,進而造成卡爾文循環減速。
[自主學習檢測]——教材基礎熟記于心
1.水在光下裂解為氫和O2,水中的氫(H+)在光下將NADP+還原為NADPH。(　×　)
提示:水在光下裂解為H+、O2和電子,H+和e-將NADP+還原為NADPH。
2.光合作用的碳循環雖然不直接需要光,但只有在有光的條件下才能一輪一輪地循環。(　×　)
提示:光合作用的卡爾文循環雖然不直接需要光,但只有在有光的條件下才能一輪一輪地循環。
3.1個二氧化碳與1個五碳糖結合,形成2個三碳酸,然后2個三碳酸被還原成2個三碳糖。(　√　)
4.卡爾文循環中,ATP在葉綠體基質中將三碳酸還原為三碳糖。(　×　)
提示:三碳酸還原過程中,ATP和NADPH提供能量,還原劑為NADPH。
5.碳反應不需要光,必須在黑暗條件下才能進行。(　×　)
提示:碳反應需要光反應提供ATP和NADPH,發生條件可以是在光照下,也可以不在光照下。
6.光強度突然下降后,短時間內葉綠體內ATP/ADP的值下降,O2的產生停止。(　×　)
提示:光強度突然下降后,短時間內葉綠體內ATP/ADP的值下降,但O2的產生不會停止。
7.某正常進行光合作用的綠色植物,突然間停止光照的瞬間,細胞內五碳糖的含量減少。(　√　)
任務一　理解光反應原理,明確光反應過程
[任務突破]
光反應的誤區分析
(1)明確光反應的場所:真核生物中,光反應的場所為類囊體膜——光合膜,原核生物中光反應的場所為光合膜。
(2)明確NADPH和ATP的生成原理:①生成NADPH的反應物為H+、e-及NADP+;②生成ATP的反應物為ADP、Pi,同時需要ATP合成酶催化。
(3)明確光反應的能量轉化形式:光反應為吸能反應,能量來源為光能,經過光反應,能量由光能轉化為ATP和NADPH中活躍的化學能。
(4)明確光反應的生理過程與酶催化的關系:光合色素吸收光能不需要酶的催化,其他反應過程均需要酶的催化。
[遷移應用]
[典例1](2022·寧波高一期末)如圖表示植物葉肉細胞葉綠體的類囊體膜上發生的部分代謝過程,其中運輸H+的轉運蛋白有兩種類型,從而實現H+在膜兩側間的穿梭。下列敘述錯誤的是(　D　)
A.光合色素吸收的光能將水分解為氧、H+和電子
B.H+由類囊體腔進入葉綠體基質的方式是易化擴散
C.NADPH是活潑的還原劑,同時也儲存一部分能量
D.葉綠體基質的pH低于類囊體腔內的pH
解析:在光反應階段中光合色素吸收的光能將水分解為氧、H+和電子;由圖可知,類囊體腔中的H+濃度高于葉綠體基質,因此H+由類囊體腔進入葉綠體基質的方式是易化擴散;NADPH是活潑的還原劑,同時也儲存一部分能量,用于碳反應中三碳酸的還原;類囊體腔中的H+濃度高于葉綠體基質,所以葉綠體基質的pH高于類囊體腔內的pH。
任務二　碳反應的原理及過程
[任務突破]
辨析碳反應的誤區
(1)確定C原子的轉移路徑:通過同位素示蹤法可追蹤碳原子的轉移路徑,即14CO2中的C依次進入三碳酸→三碳糖→有機物。
(2)辨析碳反應過程中與三碳糖有關的“大多數”和“少數”。
①卡爾文循環中,3分子CO2進入卡爾文循環推動生成6分子三碳糖,其中“大多數”(5分子)三碳糖仍然留在卡爾文循環中用于五碳糖的再生,“少數”(1分子)三碳糖離開卡爾文循環用于有機物的生成。
②離開卡爾文循環的三碳糖,“大多數”運至葉綠體外合成蔗糖供植物細胞利用,“少數”留在葉綠體內作為淀粉、脂質和蛋白質的合成原料。
[遷移應用]
[典例2] (2022·金華十校高一期末)用14C標記的CO2追蹤光合作用過程中碳原子的轉移路徑,發現其轉移路徑是CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖。下列敘述錯誤的是(　D　)
A.CO2→三碳酸的過程需要五碳糖的參與
B.三碳酸→三碳糖的過程需要ATP和NADPH供能
C.三碳糖→蔗糖的過程在細胞溶膠中發生
D.CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖的過程稱為卡爾文循環
解析:CO2→三碳酸的過程為CO2的固定,需要五碳糖的參與;三碳酸→三碳糖的過程需要光反應提供的ATP和NADPH供能;三碳糖合成蔗糖的過程在細胞溶膠中發生;二氧化碳被還原為糖的過程稱為卡爾文循環,包括CO2→三碳酸→三碳糖路徑,蔗糖的合成不屬于卡爾文循環。
任務三　分析光反應與碳反應的關系
[任務突破1]
列表比較光反應與碳反應的區別與聯系
項目 光反應 碳反應
場所 葉綠體類囊體膜 葉綠體基質
條件 光合色素、光、酶、水 酶、ATP、NADPH、CO2
時間 短促 較緩慢
物質 變化 ①水在光下裂解為H+、O2和電子(e-); ②H+和e-將NADP+還原為NADPH; ③吸收光能產生ATP,O2被釋放到葉綠體(或細胞)外 ①CO2的固定:CO2+五碳糖→2個三碳酸; ②三碳酸分子的還原:三碳酸+NADPH+ATP→三碳糖分子+NADP++ADP+Pi; ③五碳糖的再生:三碳糖分子→五碳糖
能量 變化 光能→ATP、NADPH中活躍的化學能 ATP、NADPH中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
聯系 光反應為碳反應提供NADPH和ATP;碳反應為光反應提供ADP、Pi、NADP+,二者緊密聯系,缺一不可
[遷移應用]
[典例3-1](2022·紹興適應性考試)在離體條件下,親水性Fecy或親脂性DCIP可作為電子受體替代NADP+,氧化態DCIP為藍紫色,接受氫的還原態DCIP為無色,研究人員將離體雙層膜局部受損的葉綠體懸浮液均分到三支試管中,并抽去空氣進行如下實驗:
組別 材料 加入物質 條件 實驗現象
A組 雙層膜局 部受損的 葉綠體 DCIP 溶液 適宜溫 度和光 照等 條件 產生了一定量O2且DCIP溶液變為無色
B組 Fecy 溶液 產生了一定量O2
C組 NADP+ 溶液 NADPH減少
請回答下列問題。
(1)在葉綠體的　　　　　　上發生的光反應過程將水分解成O2、H+和e-,光能轉化成電能,最終轉化為　　　　　　和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低,碳反應速率減慢,則光反應中電子傳遞速率會　　　　(填“加快”或“減慢”)。
(2)若改用雙層膜結構完整的葉綠體進行實驗,A、B兩組產生的O2量都將減少,推測　　　組產生的O2量減少更多,理由是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)A組實驗能證明O2來源于H2O而不是CO2,理由是①DCIP溶液由藍紫色變無色證明　　　　　　　　　　　　;②抽去試管中的空氣,排除了　　　　　　　　的可能。
(4)研究人員欲通過檢測NADPH的含量變化來證明其參與了碳反應,設置了C組實驗,則C組應增加的實驗條件是　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)光反應階段在葉綠體囊狀結構薄膜(類囊體膜)上進行,光反應具體反應步驟:①水的光解,水在光下分解成氧氣、H+和電子;②NADPH和ATP的生成,ADP與Pi接受光能變成ATP,H+和e-將NADP+還原為NADPH,此過程將光能變為NADPH和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低,碳反應速率減慢,ATP和NADPH積累,即光反應產物積累,光反應減慢,即光反應中電子傳遞速率會減慢。
(2)在離體條件下,親水性Fecy或親脂性DCIP可作為電子受體替代NADP+,光反應中水能分解成O2、H+和e-,H+和e-與NADP+反應生成NADPH,若改用雙層膜結構完整的葉綠體進行實驗,B組中親水性Fecy比A組中親脂性DCIP更難通過完整的葉綠體雙層膜,電子受體減少更多,H+和e-積累,水分解減慢,產生的氧氣更少。
(3)據題意可知,氧化態DCIP為藍紫色,接受氫的還原態DCIP為無色,DCIP溶液由藍紫色變無色證明產生了氫。空氣中含有二氧化碳,抽去試管中的空氣,這樣A組實驗中只有水,排除了O2來源于CO2的可能。
(4)若想通過檢測NADPH的含量變化來證明其參與了碳反應,則需要創造碳反應的條件,二氧化碳是碳反應的原料,同時為了避免光反應持續產生NADPH,因此在C組實驗的基礎上需要通入CO2并黑暗處理,然后再檢測NADPH含量的變化。
答案:(1)類囊體膜　NADPH　減慢　(2)B　親水性Fecy比親脂性DCIP更難通過完整的葉綠體雙層膜　(3)產生了氫　O2來源于CO2　(4)通入CO2并黑暗處理
[任務突破2]
環境改變時光合作用各物質含量的變化分析
(1)“過程法”分析各物質變化。
如圖中Ⅰ表示光反應,Ⅱ表示CO2的固定,Ⅲ表示三碳酸的還原,當外界條件(如光照、CO2)突然發生變化時,分析相關物質含量在短時間內的變化。
(2)“模型法”表示三碳酸和五碳糖的含量變化。
提醒:平衡狀態下三碳酸的起始值高于五碳糖,約是其2倍。
[遷移應用]
[典例3-2] 下列關于光合作用中改變反應條件而引起的變化,正確的是(　C　)
A.突然中斷CO2供應,會暫時引起葉綠體基質中五碳糖/三碳酸的值減小
B.突然中斷CO2供應,會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP的值減小
C.突然將黃光改變為白光,會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP的值增大
D.突然將白光改變為黃光,會暫時引起葉綠體基質中五碳糖/三碳酸的值增大
解析:突然中斷CO2供應,使碳反應中二氧化碳固定減少,而三碳酸還原仍在進行,導致三碳酸減少,五碳糖增多,因此會暫時引起葉綠體基質中五碳糖/三碳酸的值增大;突然中斷CO2供應使三碳酸減少,因此三碳酸還原利用的ATP減少,導致ATP積累增多,而ADP含量減少,會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP的值增大;突然將黃光改變為白光,會導致光反應吸收的光能增加,光反應產生的ATP和NADPH增加,而ADP相對含量減少,因此會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP的值增大;突然將白光改變為黃光,會導致光反應產生的ATP和NADPH減少,這將抑制碳反應中三碳酸的還原,導致五碳糖減少,三碳酸增多,因此會暫時引起葉綠體基質中五碳糖/三碳酸的值減小。
基礎達標練
1.在碳反應中,第一個反應產物是(　D　)
A.三碳糖 B.五碳糖
C.三碳酸 D.六碳分子
解析:在碳反應中,1個CO2分子被五碳糖固定形成1個六碳分子,但六碳分子極不穩定,會隨即分解為2個三碳酸分子,因此第一個反應產物是六碳分子。
2.在碳反應中,ATP和NADPH直接用于(　D　)
A.葡萄糖的合成 B.三碳酸的合成
C.再生五碳糖 D.三碳酸的還原
解析:光反應產生ATP和NADPH,在碳反應中,ATP和NADPH直接用于三碳酸的還原。
(2022·山河聯盟高一考試)閱讀下列材料,完成下面3、4小題。
葉綠體是存在于植物細胞中進行光合作用的細胞器。藍細菌是一種原核生物,細胞中含有附著光合色素的光合膜,可以進行光合作用。
3.下列關于藍細菌的敘述,正確的是(　B　)
A.含有葉綠體 B.是一種自養生物
C.擬核區有染色質 D.有核糖體和線粒體
4.圖甲是葉綠體結構模式圖,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示不同的部位;圖乙是光合作用的碳反應過程示意圖,其中①②表示不同的物質。下列敘述正確的是(　B　)
A.圖甲中光合色素存在于結構Ⅱ中
B.圖乙的過程發生在圖甲的結構Ⅱ中
C.圖乙中的過程在光照下無法進行
D.圖乙中離開循環的物質②主要留在葉綠體內
解析:3.藍細菌是原核生物,沒有葉綠體;藍細菌含有葉綠素和藻藍素,可以進行光合作用,屬于自養生物;藍細菌是原核生物,不具有染色質;藍細菌是原核生物,不具有線粒體。
4.光合色素存在于圖甲中結構Ⅲ基粒的類囊體膜上;圖乙是碳反應過程,發生在圖甲的結構Ⅱ葉綠體基質中;圖乙是碳反應過程,該階段不需要光照,但并非在光照下無法進行;圖乙中,物質①②為兩種三碳化合物,物質①的名稱是三碳酸,該物質在光反應產物ATP和NADPH的作用下形成物質②三碳糖,三碳糖主要運送到葉綠體外轉變成蔗糖,供植物體所有細胞利用。
5.如圖是利用小球藻探究光合作用時的實驗示意圖,圖中A物質和B物質的相對分子質量之比為(　A　)
A.8∶9 B.2∶1
C.1∶2 D.9∶8
解析:根據光反應的過程可知,氧氣中的氧來自水,所以A物質是16O2,B物質是18O2,圖中A物質和B物質的相對分子質量之比為32∶36=8∶9。
6.科學家提取植物細胞中的葉綠體,用高速離心法打破葉綠體膜后,分離出類囊體和基質,在不同條件下進行實驗(如表所示),用來研究光合作用過程,下列選項中關于各試管得到的產物情況,錯誤的是(　D　)
試管 葉綠體 結構 光照 C18O2 ATP、 NADPH 三碳酸
甲 類囊體 + + - -
乙 基質 - + + -
丙 基質 + - + +
丁 類囊體 和基質 + + - -
注:表中的“+”表示添加,“-”表示不添加。
A.甲試管不會產生18O2 B.乙試管可得到三碳糖
C.丙試管可能得到淀粉 D.丁試管可得到蔗糖
解析:甲試管進行的是光反應,氧氣中氧來源于水而不是C18O2,所以得到的是O2,不會產生18O2;乙試管有CO2、ATP、NADPH,會在葉綠體基質中進行碳反應,碳反應發生二氧化碳的固定和三碳酸的還原,由于具有二氧化碳和有關的酶,可以得到三碳糖;丙試管雖然沒有二氧化碳,但是具有三碳酸和ATP、NADPH,因此可以進行三碳酸的還原,可能得到淀粉;蔗糖在葉綠體外產生,故丁試管不能得到蔗糖。
7.對光合作用的研究發現:葉綠體接受光照后,類囊體腔內的pH明顯下降。下列有關該現象的原因敘述正確的是(　D　)
A.NADPH分解釋放H+引起
B.大量CO2進入葉綠體基質引起
C.與ATP水解后產生磷酸有關
D.該現象與H2O的光解有關
解析:NADPH是在類囊體膜上形成的,且其參與的三碳酸還原發生在葉綠體基質中;CO2進入葉綠體基質,與類囊體無關;葉綠體類囊體膜上合成ATP,而ATP水解產生磷酸發生在葉綠體基質中,不會導致類囊體腔中的pH明顯下降;葉綠體類囊體膜上發生水的光解產生大量的H+,造成類囊體腔內pH下降。
8.正常生長的綠藻,照光培養一段時間后,用黑布迅速將培養瓶罩上,此后綠藻細胞的葉綠體內不可能發生的現象是(　B　)
A.O2的產生停止 B.CO2的固定加快
C.ATP/ADP的值下降 D.NADPH含量減少
解析:用黑布將培養瓶罩上,光反應停止,氧氣的產生停止,同時NADPH和 ATP 的產生停止,使碳反應中三碳酸的還原速度減慢,從而導致二氧化碳的固定減慢;ADP生成 ATP減少,使ATP/ADP的值下降;光反應停止,NADPH的含量減少。
9.(2022·寧波高一期末)研究人員從菠菜中分離類囊體,將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴,從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原,并不斷產生有機物乙醇酸。下列敘述正確的是(　B　)
A.產生乙醇酸的場所在類囊體膜上
B.該反應體系需不斷消耗CO2和水
C.類囊體產生的ATP和NADPH參與CO2固定
D.與葉綠體相比,該反應體系不含光合色素
解析:乙醇酸是在光合作用碳反應階段產生的,碳反應場所在葉綠體基質中,所以產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質;該反應體系中能進行光合作用整個過程,光反應需要消耗水,碳反應需不斷消耗CO2;類囊體產生的ATP和NADPH參與三碳酸的還原,不參與CO2固定;該體系含有類囊體,類囊體膜上有光合色素。
10.(2023·浙江寧波高一九校聯考)如圖為光合作用部分過程,磷酸丙糖是光合作用碳反應的產物,它可在葉綠體內轉為淀粉。已知焦磷酸化酶可催化淀粉的合成,該酶活性受葉綠體內三碳酸的調節。葉綠體在白天會形成淀粉粒,黑暗夜間淀粉粒消失。據圖推測錯誤的是(　D　)
A.每固定1分子CO2,將生成2分子三碳酸
B.若突然增強光照,短時間內五碳糖含量增加
C.饑餓處理會促進淀粉轉化麥芽糖和葡萄糖
D.三碳酸對焦磷酸化酶具有抑制作用
解析:CO2與五碳糖生成三碳酸,每固定1分子CO2,將生成2分子三碳酸;若突然增強光照,短時間內光反應產生的NADPH和ATP增加,還原三碳酸,生成的五碳糖增加,由于消耗五碳糖生成三碳酸速率基本不變,故五碳糖含量增加;由圖可知,黑暗條件下淀粉轉化為葡萄糖和麥芽糖,因此饑餓處理(黑暗處理)會促進淀粉轉化麥芽糖和葡萄糖;已知焦磷酸化酶催化淀粉的合成,葉綠體在白天會形成淀粉粒,夜間淀粉粒消失,因此三碳酸對焦磷酸化酶有活化作用。
11.(2022·舟山高一質量檢測)下圖為光合作用的基本過程的示意圖,其中字母表示物質。請回答下列問題。
(1)圖中A表示　　 　 　,若B為還原劑,則C表示　　 　　,
F表示　　 　　,G表示　　 　　。
(2)光反應發生的場所是　　　　　。光反應生成的　　　　　　(填物質名稱)釋放能量驅動碳反應,且三碳酸被　　　　(填物質名稱)還原。
(3)碳反應的場所是　　　　　　。用14C標記CO2追蹤光合作用中的碳原子,其轉移途徑是CO2→　　　　→(CH2O)。
(4)在適宜的光照條件下,若適當提高蔬菜大棚中CO2的濃度,綠色蔬菜光合作用的速率會　　　　(填“加快”或“減慢”或“不變”),原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析:(1)圖中A為水在光下的分解產物,且可釋放到外界,故表示O2;圖中B、C可用于碳反應,B為NADPH,則C為ATP。F是二氧化碳的固定產物,表示三碳酸,G可與二氧化碳反應生成三碳酸,故表示五碳糖。
(2)光反應發生的場所是類囊體膜。光反應生成的NADPH和ATP釋放能量驅動碳反應,且三碳酸被NADPH(還原劑)還原。
(3)碳反應的場所是葉綠體基質。用14C標記CO2追蹤光合作用中的碳原子,則會發生反應二氧化碳的固定→三碳酸的還原[生成(CH2O)等],故其轉移途徑是CO2→三碳酸→(CH2O)。
(4)因為CO2作為原料參與碳反應,適當提高蔬菜大棚中CO2的濃度會加快碳反應速率,所以綠色蔬菜光合作用的速率會加快。
答案:(1)O2　ATP　三碳酸　五碳糖　(2)類囊體膜　NADPH和ATP　NADPH　(3)葉綠體基質　三碳酸　(4)加快　CO2作為原料參與碳反應,提高CO2濃度會加快碳反應速率,所以光合作用的速率會加快
12.如圖表示黑藻葉肉細胞內光合作用的部分代謝過程,其中PSⅡ和PSⅠ是由葉綠素等光合色素和多種蛋白質組成的光系統,A和B代表某種相關的物質。請回答下列問題。
(1)PSⅡ和PSⅠ位于葉肉細胞的　　　　　　上,其中的光合色素是一類　　　　　　(填“脂溶性”或“水溶性”)物質,這些光合色素的作用是　 　　　　　　　　。
(2)M側水裂解產生A、H+和電子(e-),該過程　　　　(填“需要”或“不需要”)有關酶的參與,圖中高能電子e-的最終受體是　　　　,M側H+濃度　　　(填“高于”或“低于”)N側。
(3)B是膜上的一種蛋白質,由圖可知,該蛋白質的具體作用是
　　　　　　　　　　(答出兩點)。
解析:(1)PSⅡ和PSⅠ是由葉綠素等光合色素和多種蛋白質組成的光系統,位于葉肉細胞的類囊體膜上,其中的光合色素是一類脂溶性物質,易溶于有機溶劑。這些光合色素能吸收可見光,將光能轉化為化學能,用于有機物的合成。
(2)M側水裂解產生A(O2)、H+和電子(e-),該過程需要有關酶的參與,e-、H+將NADP+還原為NADPH,故高能電子e-的最終受體是NADP+,M側H+向N側順濃度梯度運輸并催化ATP合成,故M側H+濃度高于N側。
(3)B是膜上的一種蛋白質,由題圖可知,該蛋白質能運輸H+并催化ATP的合成。
答案:(1)類囊體膜　脂溶性　吸收可見光,將光能轉化為化學能,用于有機物的合成
(2)需要　NADP+　高于
(3)運輸H+、催化ATP的合成
綜合提升練
13.如圖為植物葉肉細胞光合作用的碳反應、蔗糖與淀粉合成代謝示意圖。圖中葉綠體內膜上的磷酸轉運器轉運出1分子三碳糖的同時轉運進1分子Pi(無機磷酸)。下列敘述中錯誤的是(　D　)
A.蔗糖既可用于該細胞的細胞呼吸,也可運輸至非光合細胞被利用
B.若磷酸轉運器的活性受到抑制,則經此轉運器轉運進葉綠體的磷酸會減少
C.若合成三碳糖的速率超過Pi轉運進葉綠體的速率,則利于淀粉的合成
D.若提供C18O2,則圖示物質中會出現18O的只有三碳糖、淀粉
解析:蔗糖屬于能源物質,既可用于該細胞的細胞呼吸,也可運輸至非光合細胞被細胞呼吸利用;磷酸轉運器的活性受抑制,會導致三碳糖在葉綠體內積累,同時轉運至葉綠體基質的Pi減少;合成三碳糖的速率超過Pi轉運進葉綠體的速率,說明葉綠體內三碳糖增加,有利于淀粉的合成;若提供C18O2,二氧化碳參與碳反應中二氧化碳的固定和三碳酸的還原,則圖示物質中會出現18O的有三碳糖、淀粉和蔗糖。
14.科學家向小球藻培養液中通入14CO2,給予實驗裝置不同時間光照,結果如表所示。
實驗組別 光照時間/s 放射性物質分布
1 2 大量三碳酸(三碳化合物)
2 20 12種磷酸化糖類
3 60 除上述12種磷酸化糖類外,還有氨基酸、有機酸等
根據上述實驗結果分析,下列敘述正確的是(　A　)
A.碳反應最初形成的主要是三碳酸
B.本實驗利用小球藻研究的是光合作用的光反應階段
C.三碳酸可直接轉化成氨基酸、有機酸等
D.實驗結果說明光合作用產物是糖類
解析:由表格可知,碳反應最初形成的主要是三碳酸(三碳化合物);由題意可知本實驗用的是同位素示蹤法探究二氧化碳中的碳元素的去向,故本實驗利用小球藻研究的是光合作用的碳反應階段;三碳酸要先轉化成12種磷酸化糖類,然后才轉化成氨基酸、有機酸等;表格中的數據說明光合作用除了產生糖類外,還產生氨基酸、有機酸等其他有機物。
15.(2022·紹興高一期末調測)菠菜常用來作為“光合色素的提取與分離”活動的實驗材料,光合產物在菠菜細胞中的利用示意圖如下。請回答下列問題。
(1)光合色素分布于菠菜葉肉細胞葉綠體的　　 　　上,需要通過研磨破壞　　　　　　　　　　 　　　　(填結構)共三層膜,有利于95%的酒精接觸溶解色素。為了防止研磨時葉綠素遭到破壞,應向研缽中加入少許的　　 　　(填試劑)中和酸性物質。提取色素后通過　　　 　(填方法)進行分離,濾紙條上最下端的色素帶顏色是　　 　　。
(2)進行卡爾文循環時CO2首先與　　　 　結合生成三碳酸,然后被　　　 　還原為三碳糖,三碳酸還原為三碳糖的過程從能量變化的角度分析屬于　　 　　反應。
(3)三碳糖在葉綠體外能夠轉化為X,以便運輸到植物體其他細胞被利用。X表示　　　 　。
(4)白天葉肉細胞進行光合作用合成有機物的量遠多于其細胞呼吸的消耗,才能保證菠菜正常生長,作出這一判斷的理由是菠菜正常生長需要有機物的積累,　 。
解析:(1)光合色素用于光反應中吸收、傳遞和轉化光能,所以分布在葉綠體的類囊體膜上。研磨菠菜葉肉細胞時,首先需要破壞細胞膜,其次需要破壞葉綠體的膜,而葉綠體是具有雙層膜的細胞器,所以研磨共破壞三層膜。研磨時需要加入少量碳酸鈣,以防止葉綠素被破壞,提取出色素后要用紙層析法進行分離。濾紙條上的色素由上到下依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b,則最下端的色素帶是葉綠素b,顏色是黃綠色。
(2)進行卡爾文循環時CO2首先與五碳糖結合生成三碳酸,然后被光反應提供的NADPH還原為三碳糖,在三碳酸還原為三碳糖的過程中,三碳酸分子接受ATP和NADPH水解釋放的能量,被NADPH還原為三碳糖,故該變化屬于吸能反應。
(3)葉綠體中一部分三碳糖離開葉綠體,進入細胞溶膠合成蔗糖,能為植物體內的其他細胞利用,故X表示蔗糖。
(4)植物除了有能夠進行光合作用的細胞,還有不能進行光合作用的細胞,如根、莖等細胞。葉肉細胞只能在白天進行光合作用,而在晚上只能進行呼吸作用,所以葉肉細胞在白天進行光合作用合成有機物的量要遠多于其細胞呼吸消耗的量,才能積累下有機物供其晚上呼吸消耗以及供給其他不能進行光合作用的細胞的呼吸消耗,這樣才能積累有機物使菠菜正常生長。
答案:(1)類囊體膜　細胞膜、葉綠體內膜與外膜　碳酸鈣(CaCO3)　紙層析法　黃綠色　(2)五碳糖　NADPH　吸能　(3)蔗糖　(4)光合作用合成的有機物還用于黑暗條件下葉肉細胞的呼吸消耗以及根、莖等不能進行光合作用的細胞的呼吸消耗

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