資源簡介

課時分層作業(20)　光合作用的原理
題組一　光合作用的探究歷程
1．1937年，植物學家希爾將葉綠體分離后置于試管中，加入1%的DCPIP(DCPIP是一種可以接受氫的化合物，被氧化時是藍色的，被還原時是無色的)后，將試管置于光下，發現溶液由藍色變成無色并放出O2，以上實驗證明了(　　)
A．光合作用產生的氧氣來自H2O
B．光合作用的過程中能產生還原劑和O2
C．光合作用的光反應在類囊體上進行
D．光合作用的暗反應在葉綠體基質中進行
2．下圖表示較強光照且溫度相同以及水和小球藻的質量相等的條件下，小球藻進行光合作用的實驗示意圖。一段時間后，以下相關實驗結論不正確的是(　　)
A．Y2的質量大于Y3的質量
B．④中小球藻的質量大于①中小球藻的質量
C．②中水的質量大于④中水的質量
D．試管①的質量大于試管②的質量
3．探索光合作用原理的研究歷程中，許多科學家設計了巧妙的實驗。下列說法錯誤的是(　　)
A．恩格爾曼的實驗證明了水綿光合作用主要利用紅光和藍紫光
B．離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣，稱作希爾反應
C．魯賓和卡門采用同位素示蹤法證明釋放的氧氣中的氧來自二氧化碳
D．卡爾文探明了暗反應階段二氧化碳中的碳轉化為有機物中碳的途徑
題組二　光合作用的原理
4．在實驗室中，如果要測定藻類植物是否完成光反應，最好是檢驗其(　　)
A．氧氣的釋放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖類的合成量
5．如圖表示綠色植物光合作用部分過程的圖解，下列分析錯誤的是(　　)
A．該過程不需要光，發生的場所為葉綠體基質
B．細胞呼吸過程中也產生物質A，同樣具有還原劑的作用
C．CO2中碳原子的轉移途徑是CO2→C3→糖類、C5
D．突然降低CO2濃度，短時間內C5的含量迅速上升
6．CO2供應不足最終可影響到綠色植物釋放O2減少，以下敘述中最直接的原因是(　　)
A．CO2供應不足使固定形成的C3減少
B．C3還原所需消耗的ATP和NADPH減少
C．ATP和NADPH減少使光反應分解水減少
D．ADP、Pi、NADP＋減少使光反應分解水減少
7．據下面植物葉片光合作用圖示判斷，相關敘述不正確的是(　　)
A．NADPH既可作還原劑，也可為暗反應提供能量
B．②不僅用于還原C3，還可用于礦質離子的吸收等
C．⑤過程發生于葉綠體類囊體薄膜上，⑥過程發生于葉綠體基質中
D．若用14C標記CO2來追蹤光合作用過程中的碳原子，則14C的轉移途徑為14CO2→C3→糖類、C5
8．對光合作用的圖解分析錯誤的是(　　)
A．①將進入線粒體或出細胞，②可為暗反應提供能量
B．突然停止供應CO2，短時間內C3的含量將下降
C．圖示NADPH可用于有氧呼吸第三階段
D．H2O中H的轉移途徑為H2O→NADPH→C5和糖類
9．開發生物燃料替代化石燃料，可實現節能減排。下圖為生物燃料生產裝置示意圖，據圖分析合理的是(　　)
A．光照時，微藻光反應產生ATP和NADH供給暗反應
B．圖中①為CO2，外源添加可增加產物生成量
C．圖中②為暗反應階段產生的酒精等有機物質
D．若夜間停止光照，微藻細胞內的ATP合成將停止
10．下圖是光合作用過程示意圖(字母代表物質)，圖中PSBS是一種類囊體膜蛋白，它能感應類囊體腔內的高質子(H＋)濃度而被激活，激活了的PSBS抑制電子在類囊體膜上的傳遞，最終將過量的光能轉換成熱能釋放，從而防止強光對植物細胞造成損傷。
(1)圖中的A是________，C是________，D是________。
(2)葉綠素a分布于________上，主要吸收____________光。
(3)若反應Ⅱ中E濃度突然降低至一半，短時間內C5的含量將_____________________________________________________________________。
如果追蹤E中碳元素的去向，常用________________________法。
(4)過度光照將會激活膜蛋白PSBS，直接抑制反應Ⅰ中______________反應，會導致電子不能傳遞給____________(填字母)，所以過量的光能將不能轉變為化學能。
11．如圖為葉綠體的結構與功能示意圖，下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．光反應在結構A上發生
B．若供給14CO2，放射性出現的順序為CO2→C3→甲、C5
C．在結構A上產生NADPH的同時會消耗ADP生成ATP
D．若停止光照，則一段時間內C3減少，C5增加
12．如圖是光合作用的光反應示意圖，據圖分析下列敘述錯誤的是(　　)
A．由圖可知PSⅠ和PSⅡ位于類囊體薄膜上
B．從物質變化的角度分析，光反應為暗反應提供了ATP和NADPH
C．由圖可知電子(e－)的最初供體為H2O
D．從圖中ATP的產生機制可判斷膜內H＋濃度小于膜外
13．(不定項)科學家往小球藻培養液中通入14CO2后，分別給予小球藻不同時間的光照后檢測放射性物質的分布情況，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3-磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 多種磷酸化糖類
3 60 除上述多種磷酸化糖類外，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．本實驗利用小球藻研究的是光合作用的暗反應階段
B．每組實驗照光后需對小球藻進行處理使酶失活，才能測定放射性物質的分布
C．CO2進入葉綠體后，最初形成的主要物質是多種磷酸化糖類
D．實驗結果說明光合作用產生的有機物還包括氨基酸、有機酸等
14．(不定項)植物對光的吸收是有選擇性的，但不同綠色植物對光的吸收光譜基本相同，就紅、黃、綠、藍這幾種波長的光而言，葉片對其吸收能力大小為藍>紅>黃>綠。下列相關敘述不正確的是(　　)
A．光反應必須在光照下進行，暗反應必須在暗處進行
B．光合作用過程中產生的(CH2O)中的氧來自CO2
C．突然中斷光照，短時間內C3的量會減少，(CH2O)的量也會減少
D．用相同強度的藍光和黃光照射植物，用黃光照射時產生的有機物更多
15．人工光合作用系統可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如下圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。
(1)該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是________________________，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為_____________________________________________________________________。
(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發生改變，原因是______________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是___________________
_____________________________________________________________________。
(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
人工光合作用系統由于對環境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區有廣闊的應用前景。
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B C C A B D B C B D D A B D ACD
10．(1)O2　ATP　NADP＋　(2)類囊體薄膜　紅光和藍紫　(3)升高　同位素示蹤　(4)水的光解　D
15．(1)模塊1和模塊2　五碳化合物(或C5)　(2)減少　模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系統沒有細胞呼吸消耗糖類(或植物細胞呼吸消耗糖類)　(4)葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少
1．B　[判斷光合作用產生的氧氣的來源時，需用同位素示蹤法，本實驗無法判斷光合作用產生的氧氣的來源，A不符合題意；溶液由藍色變成無色，說明產物中有還原劑，并放出O2，故說明光合作用的過程中能產生還原劑和O2，B符合題意；題述實驗不能判斷光合作用的光反應的場所，C不符合題意；題述實驗不能判斷光合作用的暗反應的場所，D不符合題意。]
2．C　[Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的質量大于Y3的質量，A正確；④中小球藻中含有，而①中小球藻含有(CH2O)，故④中小球藻的質量大于①中小球藻的質量，B正確；②與④中H2O均被18O標記，單位時間內消耗等量的水，剩余水的質量也相等，C錯誤；在試管①和②中原有質量相等的情況下，②中釋放的是，而①中釋放的是O2，故剩余質量①大于②，D正確。]
3．C　[恩格爾曼把載有水綿和需氧細菌的臨時裝片放在沒有空氣的黑暗環境中，用透過三棱鏡的光照射水綿，發現需氧細菌主要分布在紅光和藍紫光照射的地方，該實驗證明了水綿光合作用主要利用紅光和藍紫光，A正確；離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣的化學反應稱為希爾反應，B正確；魯賓和卡門采用同位素示蹤法證明釋放的氧氣中的氧來自水，C錯誤；卡爾文利用同位素示蹤法探明了暗反應階段二氧化碳中的碳轉化為有機物中碳的途徑，D正確。]
4．A　[光合作用可分為光反應和暗反應兩個階段，光反應是指植物利用光能，將光能轉變成ATP和NADPH中活躍的化學能，為暗反應提供能量，產生氧氣，氧氣易于檢測，A正確、B錯誤；光合作用的暗反應實質是一系列的酶促反應，消耗二氧化碳并生成糖類，故檢測二氧化碳的消耗量及糖類的合成量更適于測定是否完成暗反應，C、D錯誤。]
5．B　[該過程是光合作用的暗反應階段，不需要光，發生的場所為葉綠體基質，A正確；細胞呼吸中產生的[H]實際上是還原型輔酶Ⅰ(NADH)，光合作用中產生的是還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，B錯誤；暗反應中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被還原生成(CH2O)和C5，故CO2轉移途徑是CO2→C3→(CH2O)、C5，C正確；突然降低CO2濃度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不變，所以短時間內C5的含量迅速上升，D正確。]
6．D　[根據光合作用過程可知，CO2供應不足，C3減少，光反應積累的NADPH和ATP的量相對增多，細胞中ADP、Pi、NADP＋相應地減少，光反應能力下降，分解水減少，釋放O2減少。]
7．B　[NADPH，即圖中的①，在C3還原過程中，既可作還原劑，也可提供能量，A正確。②是ATP，可用于C3還原過程中能量的消耗，不可用于礦質離子的吸收等，B錯誤。⑤過程為光反應過程，發生于葉綠體類囊體薄膜上；⑥過程為暗反應過程，發生于葉綠體基質中，C正確。若用14C標記CO2來追蹤光合作用過程中的碳原子，則14C的轉移途徑為14CO2→C3→糖類、C5，D正確。]
8．C　[①為光反應階段水光解產生的O2，O2可進入線粒體用于有氧呼吸，也可釋放到細胞外，②為ATP，可為暗反應C3的還原提供能量，A正確；突然停止供應CO2，短時間內CO2的固定速率下降，而C3的還原速率基本不變，因此C3的含量將下降，B正確；光反應產生的NADPH只能用于暗反應C3的還原，不能用于有氧呼吸第三階段，C錯誤；H2O中H的轉移途徑為H2O→NADPH，而后NADPH可用于C3的還原，因此可能轉移到C5和糖類中，D正確。]
9．B　[光照時，微藻產生ATP和NADPH供給暗反應，A不合理；圖中①為CO2，外源添加CO2可促進海洋微藻的光合作用，進而增加產物生成量，B合理；圖中②為呼吸作用產生的酒精等有機物質，C不合理；夜間停止光照，微藻細胞內可以通過呼吸作用合成ATP，D不合理。]
10．(1)葉綠體中光合色素吸收的光能將H2O分解為氧和H＋，氧直接以氧分子的形式釋放出去，故A為O2。在ATP合成酶的作用下，能在跨膜H＋濃度梯度的推動下合成ATP，故C是ATP。D和H＋可形成NADPH，因此D是NADP＋。(2)葉綠素a分布于葉綠體的類囊體薄膜上，主要吸收紅光和藍紫光。(3)在暗反應中，E是CO2，CO2的濃度突然降低至一半，C5的消耗量減少，短時間內C5合成量不變，故C5的含量將升高，如果追蹤E中碳元素的去向，常用同位素示蹤法。(4)激活了的PSBS抑制電子在類囊體膜上的傳遞，最終將過量的光能轉換成熱能釋放，因此過度光照將會激活膜蛋白PSBS，直接抑制反應Ⅰ中水的光解。電子、H＋與NADP＋結合，形成NADPH，電子在類囊體膜上的傳遞減少，會抑制電子、H＋與NADP＋結合的過程，即導致電子不能傳遞給D，所以過量的光能將不能轉變為化學能。
11．D　[圖中的結構A為基粒，由類囊體堆疊而成，增大了葉綠體的膜面積，是光反應的場所，A正確；若供給14CO2，其先與C5形成C3，再被還原成有機物，所以放射性出現的順序為CO2→C3→甲、C5，B正確；在結構A發生的是光反應過程，產生NADPH的同時也會產生ATP，因而會消耗ADP生成ATP，C正確；若停止光照，光反應產生的ATP和NADPH減少，則C3還原過程減慢，因而生成的C5減少，而C3生成過程，即CO2的固定過程還在正常進行，因此，一段時間內C3增多，C5減少，D錯誤。]
12．D　[圖中PSⅠ和PSⅡ可吸收光能，說明二者分布于類囊體薄膜上，A正確；光反應為暗反應提供了ATP和NADPH，B正確；由圖可知，電子(e－)來自H2O的分解，即電子(e－)的最初供體為H2O，C正確；由圖可知，H＋由膜內向膜外運輸的同時合成ATP，說明膜內H＋濃度高于膜外，膜兩側H＋的電化學梯度為合成ATP提供能量，D錯誤。]
13．ABD　[本實驗研究CO2在光合作用過程中的轉移途徑，屬于暗反應階段，A正確；每組照光后需將小球藻進行處理使酶失活，使反應停止，才能測定放射性物質的分布，B正確；CO2進入葉綠體后，首先與RuBP結合形成3 磷酸甘油酸，C錯誤；由于在氨基酸、有機酸中出現了放射性，因此說明光合作用產生的有機物包括氨基酸、有機酸等，D正確。]
14．ACD　[光反應必須在光照下進行，暗反應并非必須在暗處才能進行，A錯誤；光合作用過程中產生的(CH2O)中的氧來自CO2，B正確；突然中斷光照，光反應提供的ATP和NADPH減少，C3的還原減弱，短時間內C3的量會增加，(CH2O)的量會減少，C錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用相同強度的藍光和黃光照射植物，用藍光照射時產生的有機物更多，D錯誤。]
15．(1)分析圖示可知，模塊1為將光能轉化為電能的過程，模擬的是色素吸收光能的過程，模塊2模擬的是電解水產生氧分子和氫離子，并合成ATP的過程，因此兩個模塊模擬的是光反應過程。模塊3模擬的是暗反應過程。(2)模塊3模擬暗反應過程，氣泵泵入的是CO2，其中甲表示C5，乙表示C3，若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則輸入暗反應系統中的CO2濃度下降，CO2的固定減少，則C3的含量會減少。若氣泵停轉的時間較長，則暗反應過程為光反應提供的ADP、Pi和NADP＋不足，會導致模塊2中的能量轉換效率下降。(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量與植物的總光合作用量相等，由于該系統未模擬細胞呼吸，不會通過細胞呼吸消耗糖類，而植物會發生細胞呼吸，因此該系統積累的糖類高于植物。(4)干旱條件下，植物的光合作用速率降低的主要原因是植物為了防止水分散失會關閉氣孔，葉片氣孔開放程度降低，CO2吸收量減少。
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第2課時　光合作用的原理
第5章　細胞的能量供應和利用
第4節　光合作用與能量轉化
1．光合作用的概念和反應式
(1)概念：綠色植物通過______，利用光能，將二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出____的過程。
(2)化學反應式：______________________________。
知識點1　探索光合作用原理的部分實驗
葉綠體
氧氣
2．探索光合作用原理的部分實驗
毒害
不能
水的光解
H2O
CO2
14CO2
ATP
水的光解
希爾反應能否說明植物光合作用中的氧氣中的氧元素全部來自水？為什么？
提示：不能。因為懸浮液中還有其他物質也有氧元素，希爾反應未排除這一點。
基于對光合作用探究歷程的認識，判斷下列表述是否正確。
1．光合作用的場所是葉綠體。 (　　)
提示：藍細菌可進行光合作用，體內沒有葉綠體。
2．希爾反應是離體葉綠體在適當條件下發生水的光解產生O2的化學反應。 (　　)
×
√
3．魯賓和卡門利用放射性同位素18O標記CO2和H2O，證明了光合作用產物O2來源于H2O。 (　　)
提示：18O為穩定性同位素，不具有放射性。
4．光合作用的產物一定是氧氣和葡萄糖。 (　　)
提示：光合作用的產物為氧氣和糖類(CH2O)。
×
×
探究一：光合作用過程中O2產生的探索
1．1937年，英國植物學家希爾將葉綠體的懸浮液(懸浮液中有H2O，沒有CO2)與鐵鹽或其他氧化劑混合，在光照下釋放出了氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣的化學反應叫作希爾反應。
希爾反應一般可用下式表示：
4Fe3+＋2H2O―→4Fe2+＋O2＋4H＋(條件為光照)或2NADP＋＋2H2O―→2NADPH＋O2＋2H＋(條件為光照)
希爾的實驗能否說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應？為什么？
提示：能說明。理由是水的光解實驗是在沒有CO2的情況下進行的，沒有碳參與反應，而糖的合成需要碳的參與。
2．如圖是魯賓和卡門利用小球藻進行光合作用實驗的示意圖：
(1)圖中A物質和B物質的相對分子質量之比是多少？
提示：8∶9。
(2)在魯賓和卡門的實驗中，用18O同時標記H2O和CO2可行嗎？為什么？
提示：不可行，若同時標記H2O和CO2，則不能區分產物O2中的氧元素是來自H2O還是CO2。
探究二：探究碳的轉移途徑
卡爾文用小球藻進行實驗，將其裝在一個透明的密閉容器中，他向密閉容器中通入14CO2，當反應進行到5 s時，14C出現在一種五碳化合物(C5)和一種六碳糖(C6)中，將反應時間縮短到0.5 s時，14C出現在一種三碳化合物(C3)中。經9年左右的時間，他終于弄清了光合作用中暗反應的循環途徑。
分析材料可知，14C的轉移途徑是什么？
提示：14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5。
探究三：光合作用中能量的轉化
1．阿爾農實驗1
(1)實驗過程：離體葉綠體，加入ADP、Pi，給予光照。發現葉綠體生成ATP，且同時水光解產生氧氣。
(2)實驗結論：光照下，_____________________________________。
水光解產生氧氣的同時ADP和Pi合成ATP
2．阿爾農實驗2
(1)實驗過程：離體葉綠體，在黑暗條件下，供給ATP、NADPH和CO2，發現離體葉綠體中有糖類生成。但在沒有ATP、NADPH供給的情況下不能合成糖類。
(2)實驗結論：______________________________________________。
黑暗條件下，CO2合成糖類需要ATP和NADPH
[深化歸納]
1．希爾反應的意義
希爾用離體葉綠體做實驗，使得研究水平從細胞水平進入細胞器水平，證明了光合作用在葉綠體中進行；植物放出的氧是水在光下被分解，這種水的光氧化反應與CO2的還原可分開進行，因而劃分出光反應和暗反應兩個階段；發現了光反應中有光誘導的電子傳遞和水的光解及O2釋放；發現了水在光反應中起到的是供氫體和電子供體的雙重作用。
[對點練習]
1．希爾從細胞中分離出葉綠體，并發現在沒有CO2時，給予葉綠體光照，就能放出O2，同時使電子受體還原。希爾反應是H2O＋氧化態電子受體→還原態電子受體＋1/2O2。在希爾反應的基礎上，阿爾農又發現在光下的葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP；進一步實驗，撤去光照，供給CO2，發現NADPH和ATP被消耗，并產生有機物。下列關于希爾反應和阿爾農發現的敘述不正確的是(　　)
A．光合作用釋放的O2來自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成發生在葉綠體類囊體薄膜上
C．希爾反應與CO2合成有機物的過程是兩個過程
D．光合作用的需光過程為CO2合成有機物提供ATP和NADPH
√
B　[由題中的信息(希爾反應式)可知，光合作用過程中產生的O2來自參加反應的水，A正確；從希爾反應和阿爾農發現的敘述不能得出NADPH和ATP的形成發生在葉綠體類囊體薄膜上的結論，B錯誤；希爾反應和有機物的合成過程可以分別進行，在光下積累NADPH和ATP，在暗處可以進行有機物的合成，C正確；希爾反應只有在光下才能進行，在暗處是不能進行的，在光下積累NADPH和ATP，在暗處可以進行有機物的合成，NADPH和ATP在合成有機物過程中被消耗，D正確。]
2．1941年，魯賓和卡門為了研究光合作用產生的氧氣是否來自水，設計了如圖A的裝置，得到了圖B所示的氧氣中18O百分比的三個實驗結果。下列敘述正確的是(　　)
A．該實驗的自變量為18O標記的反應物類型
B．該裝置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的穩定
C．實驗中閥門1必須打開用于收集試管中產生的氣體，閥門2要保持關閉
D．科學家可根據在水與氧氣中18O的百分比的一致性就得出“氧氣來自水”的結論
√
C　[該實驗的自變量為18O標記的水和碳酸氫鹽的比率，A錯誤；該裝置加NaHCO3溶液的目的是給小球藻的光合作用提供CO2，B錯誤；實驗中閥門1必須打開用于收集試管中產生的氧氣，閥門2要保持關閉，C正確；該實驗中存在18O標記的碳酸氫鹽，雖然實驗結果顯示“水與氧氣中18O的百分比具有一致性”，但并不能說明氧氣中的18O來自水，即不能得出“氧氣來自水”的結論，D錯誤。]
1．填寫階段名稱及序號代表的物質
Ⅰ______；Ⅱ______；
①___；②______；③__________；
④___；⑤___。
知識點2　光合作用的原理
光反應
暗反應
O2
ATP
NADPH
C5
C3
2．光反應階段
(1)場所：__________。
(2)葉綠體中色素吸收的光能有兩方面用途：
①將水分解為氧和H＋，H＋與NADP＋結合形成____________________________。
②使ADP與Pi反應形成______。
類囊體薄膜
還原型輔酶Ⅱ
(NADPH)
ATP
3．暗反應階段
(1)場所：__________。
(2)過程：
①CO2的固定：CO2與C5結合，形成___。
②C3的還原：在有關酶的催化作用下，C3接受_______________釋放的能量，并且被__________還原。
③C3有兩個去向：轉化為____；形成C5，繼續參與______。
葉綠體基質
C3
ATP和NADPH
NADPH
糖類
暗反應
CO2＋H2O
(CH2O)＋O2
NADPH和ATP
NADP＋、ADP和Pi
葉綠體中NADPH和ADP的移動方向分別是怎樣的？
提示：NADPH從類囊體薄膜移向葉綠體基質，ADP從葉綠體基質移向類囊體薄膜。
基于對光合作用原理的認識，判斷下列表述是否正確。
1．光合作用的光反應和暗反應階段在葉綠體的不同部位進行。 (　　)
2．光合作用制造的有機物中的氧來自水。 (　　)
提示：光合作用制造的有機物中的氧來自CO2。
√
×
3．光合作用的光反應階段完成了光能到活躍化學能的轉換。 (　　)
4．影響光反應的因素不會影響暗反應。 (　　)
提示：影響光反應的因素也會影響暗反應。
√
×
在植物工廠里，人工光源可以為植物的生長源源不斷地提供能量。在自然界里，則是萬物生長靠太陽。太陽光能的輸入、捕獲和轉化，是生物圈得以維持運轉的基礎。光合作用是唯一能夠捕獲和轉化光能的生物學途徑。光合作用是一個非常復雜的過程，包括一系列的化學反應，圖示為某一高等植物光合作用的過程圖解。在暗反應階段，唯一催化CO2固定形成C3的酶稱為Rubisco。
1．暗反應不直接依賴光，那么暗反應能較長時間在黑暗條件下進行嗎？
提示：不能。因為在黑暗條件下不能進行光反應，暗反應缺少光反應提供的NADPH和ATP。
2．光合作用的光反應階段發生的物質變化和能量變化有哪些？
3．光合作用的暗反應階段發生的物質變化和能量變化有哪些？
提示：(1)物質變化
CO2的固定：1分子CO2＋1分子五碳化合物→2分子三碳化合物。
三碳化合物的還原：在酶的催化下，三碳化合物接受ATP、NADPH釋放的能量并被NADPH還原形成五碳化合物和糖類等。
(2)能量變化
ATP和NADPH中的化學能轉化為有機物中的化學能。
4．當光反應的產物和CO2充足時，在黑暗條件下，暗反應進行的速度也比光照條件下慢，請依據材料信息Rubisco提出一種可能的原因。
提示：在黑暗條件下，Rubisco降低活化能的效果降低(Rubisco的激活需要光)。
5．夏季中午，氣孔關閉后，會導致CO2供應不足，短時間內葉綠體中C3和C5會發生怎樣的變化？
提示：C3含量減少，C5含量增加。
[深化歸納]
1．光合作用中元素的轉移
(1)
(2)
2．環境條件驟變對光合作用中間代謝產物含量瞬間影響的分析
(1)過程分析法
下圖中Ⅰ表示光反應，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3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C3和C5的含量變化起始值C3高于C5(約是其2倍)
[對點練習]
3．上海世博會E區是“世博零碳館”。整個小區只使用可再生資源產生的能源，不需要向大氣排放CO2。如圖為某綠色植物細胞中部分物質轉化過程示意圖(a～g表示物質，①～③表示反應過程)。下列有關敘述不正確的是(　　)
A．“零碳館”植物吸收的CO2與g結
合生成C3
B．物質b和d分別為ATP和NADPH
C．突然停止“零碳館”的光照，短時間內d和f均減少
D．過程②和過程③均發生在葉綠體基質中
√
C　[“零碳館”植物吸收的CO2與g(C5)結合生成C3，A正確；c(ADP)和Pi生成物質b為ATP，H2O光解產生a(O2)和H＋，H＋和e(NADP＋)生成d(NADPH)，B正確；突然停止“零碳館”的光照，短時間內b、d不再產生，f還原速率降低，但CO2的固定短時間不受影響，因此f會增加，C錯誤；過程②和過程③均為暗反應過程，都發生在葉綠體基質中，D正確。]
4．在光照等適宜條件下，將培養在CO2濃度為1%環境中的某植物迅速轉移到CO2濃度為0.003%的環境中，其葉片暗反應中C3和C5化合物微摩爾濃度的變化趨勢如圖。
回答下列問題：
(1)圖中物質A是________(填“C3”或“C5”)。
(2)在CO2濃度為1%的環境中，物質B的濃度比A的低，原因是___________________________________________________________
_______________________________________；
C3
暗反應速率在該環境中已達到穩定，即C3和C5的含量穩定，根據暗反應的特點，此時C3的分子數是C5的2倍
當CO2濃度突然降低時，C5的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5積累
將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質B濃度升高的原因是___________________________________________________________
__________。
(3)若使該植物繼續處于CO2濃度為0.003%的環境中，暗反應中C3和C5化合物濃度達到穩定時，物質A的濃度將比B的________(填“低”或“高”)。
高
(4)CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的________(填“高”或“低”)，其原因是
_______________________________________________________。
CO2濃度低時，暗反應的強度低，所需的ATP和NADPH少
低
[解析]　(1)CO2濃度降低后，直接影響暗反應中CO2的固定，導致C3的量減少，確定物質A是C3，物質B是C5。(2)CO2濃度為1%時，暗反應速率在該環境中已達到穩定，即C3和C5的含量穩定，根據暗反應的特點，此時C3的分子數是C5的2倍；當CO2濃度突然降低時，C5的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5積累。(3)CO2濃度為0.003%時，C3和C5的濃度保持穩定后，暗反應保持穩定，根據暗反應中CO2的固定的反應式確定，C3的量應是C5的量的2倍。(4)CO2濃度降低，達到最大光合速率時所需的光照強度降低，因為暗反應減弱，所需的ATP和NADPH減少，光反應強度減弱。
方法技巧 　判斷C3、C5等物質含量變化的分析思路
葉綠體內相關物質含量變化可通過對物質的來源和去路是否平衡進行分析。
(1)來源 去路，則物質含量相對穩定。
(2)來源不變，去路增加，或來源減少，去路不變，則物質含量減少。
(3)來源不變，去路減少，或來源增加，去路不變，則物質含量增加。
1．下列關于探索光合作用原理的部分實驗，描述錯誤的是(　　)
A．卡爾文的實驗能說明光合作用需要原料CO2
B．希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應
C．阿爾農發現水的光解過程伴隨著ATP的合成
D．魯賓和卡門利用同位素同時標記CO2和H2O，證明光合作用釋放的O2來自H2O
課堂檢測　素養測評
2
4
3
題號
1
5
√
D　[卡爾文的實驗探究了暗反應過程中CO2中的碳的轉移途徑，能夠說明光合作用需要原料CO2，A正確；希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣，說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應，B正確；阿爾農發現在光照下，葉綠體可合成ATP，并發現這一過程總是與水的光解相伴隨，C正確；魯賓和卡門利用同位素分別標記CO2和H2O，證明光合作用釋放的O2來自H2O，D錯誤。]
2
4
3
題號
1
5
2．下圖為光合作用過程的示意圖，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的兩個階段，a、b表示相關物質。下列說法不正確的是(　　)
A．物質a表示NADPH
B．物質b表示C3
C．階段Ⅰ表示光反應階段
D．階段Ⅰ發生在葉綠體類囊體薄膜上
√
2
4
3
題號
1
5
B　[由圖可知，物質b為ATP，B錯誤。]
3．如圖是光合作用的過程圖解，其中A～G代表物質，a、b、c代表生理過程。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．圖中a過程發生在類囊體薄膜上
B．若光照突然停止，短時間內葉
綠體中F的含量會增加
C．c過程是CO2的固定，發生在葉
綠體的基質中
D．E接受C和NADPH釋放的能量
并被NADPH還原
√
2
4
3
題號
1
5
B　[圖中a過程表示光反應，發生在類囊體薄膜上，A正確；若光照突然停止，光反應為暗反應提供的ATP和NADPH減少，影響C3的還原，而短時間內不影響CO2的固定，葉綠體中F(C5)的含量會減少，B錯誤；c過程是CO2的固定，發生在葉綠體的基質中，C正確；E(C3)接受C(ATP)和NADPH釋放的能量并被NADPH還原，D正確。]
2
4
3
題號
1
5
4．地球上幾乎所有生物生命活動所需的能量都是由光合作用固定的太陽能提供的，基于光合作用原理的敘述合理的是(　　)
A．綠色植物的光反應需要光照和酶
B．暗反應不需要光，因此夜間植物也能長時間進行暗反應
C．光反應為暗反應提供能量，不提供物質
D．光反應產生的NADPH用于暗反應中CO2的固定
2
4
3
題號
1
5
√
A　[綠色植物光合作用的光反應需要光照和酶，A合理；暗反應不需要光，但需要光反應提供ATP和NADPH，夜間沒有光照無法進行光反應，因此不能長時間進行暗反應，B不合理；光反應為暗反應提供物質和能量，C不合理；光反應產生的NADPH用于暗反應中C3的還原，D不合理。]
2
4
3
題號
1
5
5．改變全球氣候變暖的主要措施是減少CO2等溫室氣體的排放；植樹造林，利用植物的光合作用吸收過多的CO2等。下圖是光合作用過程的圖解，請據圖回答下列問題：
2
4
3
題號
1
5
(1)光合作用過程可以分為兩個階段：②表示________階段，③表示________階段。
(2)圖中表示CO2固定過程的序號是________。
(3)寫出圖中所示物質，B________；C________。
(4)②階段為③階段提供___________和________。
(5)經過②和③階段，A最終轉化成儲存在________(用圖中字母表示)中的化學能。
2
4
3
題號
1
5
光反應
暗反應
④
O2
ATP
NADPH　
ATP　
F
[解析]　(1)根據光合作用對光照的需求情況，可以將光合作用分為②光反應階段和③暗反應階段。(2)圖中表示CO2固定過程的是④。(3)圖中B是水分子光解后釋放的O2，C是光反應生成的ATP。(4)②光反應階段可以為③暗反應階段提供NADPH和ATP。(5)圖中光合作用經過②光反應階段和③暗反應階段，光能A最終轉化為儲存在有機物F中的穩定的化學能。
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3
題號
1
5

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