第5章細胞的能量供應和利用第4節(jié)光合作用與能量轉化第2課時光合作用的原理1.了解光合作用的探究歷程，說出光合作用的概念2.通過對光合作用光反應階段和暗反應階段相關實驗研究的思考和討論，說明光合作用過程，并從物質與能量觀視角，闡明光合作用原理，認同人類對光合作用的認識過程是逐步的、不斷發(fā)展的1.生命觀念：闡明在光合作用過程中物質與能量的變化，初步建立生物學的物質與能量觀2.科學思維：分析光合作用過程圖示，歸納與概括光反應與暗反應過程及異同3.科學探究：體驗和學習光合作用的探究歷程中的科學實驗設計思路學習目標核心素養(yǎng)目錄CONTENTS01知識梳理歸納總結ZHISHISHULIGUINAZONGJIE02學習目標

自主檢測XUEXIMUBIAOZIZHUJIANCE03重難突破易錯攻克ZHONGNANTUPOYICUOGONGKE04課后課時作業(yè)KEHOUKESHIZUOYE01知識梳理歸納總結ZHISHISHULIGUINAZONGJIE葉綠體光能二氧化碳和水儲存著能量的有機物氧氣(1)實驗年份科學家發(fā)現(xiàn)19世紀末—普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖1928—發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖1937英國植物學家希爾思路：施加單一變量進行研究材料：離體葉綠體處理：給離體葉綠體懸浮液加入氧化劑(懸浮液有H2O，沒有CO2)；給予光照結果：葉綠體有O2釋放推測：葉綠體中H2O光解產生O2同位素示蹤阿爾農ATP水的光解水光反應暗反應光照色素、酶類囊體薄膜還原劑儲存部分能量光能→ATP和NADPH中的化學能同位素示蹤法酶基質穩(wěn)定的化學能ATP、NADPHADP、Pi、NADP＋易漏邊角(課本P104)相關信息光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?.為什么暗反應不能較長時間在黑暗條件下進行？提示：因為暗反應需要光反應為其提供ATP、NADPH。2.結合光反應和暗反應過程分析，若突然停止光照或停止CO2供應，葉綠體中ATP、NADPH、C3和C5相對含量發(fā)生怎樣的變化。提示提示光合作用是怎樣進行的？光合作用進行過程中物質變化與能量轉化有什么關系？答案在光反應階段，光能被葉綠體內類囊體膜上的色素捕獲后，將水分解為O2和H＋，O2直接釋放出去，H＋與NADP＋結合形成NADPH；在有關酶的催化下，光合色素吸收的光能提供能量促使ADP與Pi反應形成ATP，于是光能轉化成ATP和NADPH中的化學能。ATP和NADPH驅動在葉綠體基質中進行的暗反應，將CO2轉化為儲存化學能的糖類，于是ATP和NADPH中的化學能轉化為糖類中的化學能?？梢姽夥磻桶捣磻o密聯(lián)系，能量轉化與物質變化密不可分。答案學習目標自主檢測02XUEXIMUBIAOZIZHUJIANCE1.(目標1)科學是在實驗和爭論中前進的，光合作用的探究歷程就是如此。在下面幾個關于光合作用的實驗中，相關敘述正確的是(

)A.恩格爾曼的實驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量B.科學家發(fā)現(xiàn)甲醛是光合作用的原料C.希爾發(fā)現(xiàn)離體葉綠體在適宜條件下可釋放O2D.魯賓和卡門的實驗中，用18O分別標記H2O和CO2，證明了光合作用產生的氧氣來自CO2而不是H2O答案解析恩格爾曼的實驗證明了水綿光合作用生成氧氣，沒有定量分析生成氧氣的量，A錯誤；甲醛對植物有害，不能作為原料參與光合作用，B錯誤；魯賓、卡門實驗證明O2中的氧來自于H2O，D錯誤。解析2.(目標2)綠色植物的光合作用過程分為光反應和暗反應兩個階段進行，下列有關敘述正確的是(

)A.光反應白天進行，暗反應夜晚進行B.光反應合成有機物，暗反應分解有機物C.光反應產生氧氣，暗反應利用二氧化碳D.光反應吸收和轉化光能，暗反應將儲存的能量釋放出來答案3.(目標2)在光合作用過程中，不屬于暗反應的是(

)A.CO2與五碳化合物結合B.三碳化合物(C3)接受ATP釋放的能量C.H2O的氫傳遞給NADP＋D.NADPH的氫傳遞給三碳化合物(C3)答案4.(目標2)離體的葉綠體在光照下進行穩(wěn)定的光合作用時，如果突然中斷CO2的供應，短暫時間內葉綠體中C3與C5相對含量的變化是(

)A.C3增多、C5減少 B.C3增多、C5增多C.C3減少、C5增多 D.C3減少、C5減少解析若突然中斷CO2供應，C3生成速率下降，消耗速率不變，C3減少，C5生成速率不變，消耗速率下降，C5增多。答案解析5.(目標2)如圖為高等綠色植物光合作用圖解，有關說法正確的是(

)A.①是光合色素，分布在葉綠體和細胞質基質中B.②是O2，可參與有氧呼吸的第三階段C.③是C3，能被氧化為(CH2O)D.④是ATP，在葉綠體基質中生成答案解析①表示光合色素，②表示O2，③表示C3，④表示ATP。光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，A錯誤；C3被NADPH還原形成有機物，C錯誤；光反應階段形成ATP，場所是葉綠體的類囊體薄膜，D錯誤。解析學習目標自主檢測02XUEXIMUBIAOZIZHUJIANCE重難突破易錯攻克03ZHONGDANTUPOYICUOGONGKE[例1]據(jù)下面光合作用圖示判斷，下列敘述不正確的是(

)A.⑤過程發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上，⑥過程發(fā)生于葉綠體基質中B.如用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→14C3→糖類＋14C5C.NADPH既可作還原劑，也可為暗反應提供能量D.②不僅用于還原C3，還可用于礦質離子吸收等答案解題分析根據(jù)光合作用的過程判斷①②③④⑤⑥⑦分別表示NADPH、ATP、CO2、(CH2O)、光反應、暗反應和NADP＋。光合作用過程中，CO2首先與C5相結合，形成C3，然后C3被還原形成糖類與C5，B正確；光反應產生的ATP只用于暗反應，呼吸作用產生的ATP才能用于礦質離子吸收等生命活動，D錯誤。解題分析[例2]

(2021·廣東選擇性考試)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是(

)A.Rubisco存在于細胞質基質中B.激活Rubisco需要黑暗條件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2結合答案解題分析Rubisco參與植物光合作用過程中的暗反應，暗反應場所在葉綠體基質，故Rubisco存在于葉綠體基質中，A錯誤；暗反應在有光和無光條件下都可以進行，故參與暗反應的酶Rubisco的激活對光無要求，B錯誤；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C錯誤；Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2結合生成C3的過程，D正確。解題分析同位素標記元素轉移途徑[例3]在置于黑暗條件下的葉綠體懸浮液中加入適量NaH14CO3溶液，再給予瞬時光照。下列說法正確的是(

)A.黑暗條件下，葉綠體基質中不存在C3和C5B.黑暗條件下，葉綠體懸浮液中不能合成ATP和NADPHC.瞬時光照后，(CH2O)出現(xiàn)放射性比C3早D.光照瞬間，C3含量迅速增加而C5含量迅速減少答案解題分析黑暗條件下，葉綠體不能進行光合作用，但葉綠體基質中存在C3和C5，A錯誤；黑暗條件下，光反應不能進行，葉綠體懸浮液中不能合成ATP和NADPH，B正確；瞬時光照后，(CH2O)出現(xiàn)放射性比C3晚，C錯誤；光照瞬間，C3含量迅速減少而C5含量迅速增加，D錯誤。解題分析課后課時作業(yè)04KEHOUKESHIZUOYE知識點一探索光合作用原理的部分實驗1.1941年，美國科學家魯賓和卡門利用某種植物，采用同位素標記法進行了如下兩組實驗：第一組：H218O＋CO2→某種植物→18O2；第二組：H2O＋C18O2→某種植物→O2。下列有關敘述正確的是(

)A.實驗結果說明植物光合作用釋放的氧氣全部來自于水B.兩組實驗中只需要一組就可以證明預期的結論C.設計該實驗的目的在于證明植物光合作用會釋放氧氣D.為了排除光照的影響，該實驗要在黑暗條件下進行答案[基礎對點]解析兩組實驗通過對比才能得出“光合作用釋放的氧氣全部來自于水，而不是來自于CO2”這一結論，B錯誤；設計該實驗的目的是探究光合作用釋放的氧氣中的氧來自于水還是來自于CO2，C錯誤；植物在光下才能進行光合作用，所以該實驗不能在黑暗條件下進行，D錯誤。解析2.下列關于光合作用發(fā)現(xiàn)史的敘述錯誤的是(

)A.19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖B.希爾反應證明了光合作用中氧氣來源于水分子的分解，所以說希爾反應就是光合作用的光反應C.美國科學家阿爾農發(fā)現(xiàn)在光照下，葉綠體可合成ATP，并發(fā)現(xiàn)該過程總與水的光解相伴隨D.卡爾文利用同位素示蹤技術探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑答案解析希爾反應只包括水的光解過程，不包括ATP的合成過程，所以希爾反應不是光反應。解析答案解析由題中的信息(希爾反應式)可以知道，光合作用過程中產生的氧氣可來自于參加反應的水，A正確；從希爾反應和阿爾農發(fā)現(xiàn)的敘述，得不到NADPH和ATP的形成發(fā)生在葉綠體類囊體膜上，B錯誤；希爾反應發(fā)生在沒有CO2和有光照的條件下，有機物合成發(fā)生在無光照，有CO2的條件下，故希爾反應和CO2合成有機物的過程是兩個過程，C正確；由實驗可知不供給CO2，葉綠體在光下積累NADPH和ATP，供給CO2后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。解析知識點二光合作用的原理4.下列化合物與植物光合作用的關系，錯誤的是(

)選項化合物主要生理作用AATP參與CO2的固定B酶催化光合作用中的化學反應C葉綠素捕獲光能DNADPH參與C3還原解析光反應為暗反應提供的ATP只用于C3的還原，A錯誤。答案解析5.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解析根據(jù)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。答案解析6.如圖為光合作用過程示意圖，其中A表示結構，①②③④表示有關物質。下列說法錯誤的是(

)A.①②③的產生發(fā)生在A的囊狀結構薄膜上B.CO2的固定是CO2與④在酶催化下結合的過程C.(CH2O)中穩(wěn)定的化學能來自ATP和NADPHD.若突然停止光照，短時間內C3含量會增加答案解析圖中A為類囊體薄膜，進行的反應過程為水的光解產生NADPH和氧氣，同時合成ATP，NADPH和ATP在葉綠體基質中參與暗反應，生成②NADP＋和③ADP＋Pi，A錯誤；CO2的固定是CO2與④C5在酶催化下結合成兩分子C3的過程，B正確；光合作用的光反應產生的ATP、NADPH均可以為三碳化合物的還原提供能量，轉化為有機物中穩(wěn)定的化學能，C正確；若突然停止光照，光反應產生的NADPH和ATP減少，被還原的C3減少，而短時間內CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量會升高，D正確。解析7.綠色植物在進行光合作用時會同時伴隨發(fā)生一種消耗能量、吸收O2和釋放CO2的現(xiàn)象，被稱為光呼吸。如圖為光呼吸的關系示意圖。下列有關說法錯誤的是(

)A.光呼吸吸收O2、釋放CO2的場所分別是葉綠體、線粒體B.在光照條件下，若葉肉細胞中O2含量下降、CO2含量升高，會促進光呼吸C.溫室栽培蔬菜時可通過增施有機肥減少光呼吸對光合產物的損耗D.干旱高溫等逆境條件下，植物的光呼吸可能會增強答案解析C5位于葉綠體基質中，光呼吸時C5能與O2結合，因此光呼吸吸收O2在葉綠體基質，C5與O2結合形成的C2在線粒體中能釋放CO2，因此光呼吸吸收O2、釋放CO2的場所分別是葉綠體、線粒體，A正確；在有光照條件下，若葉肉細胞中O2含量下降，CO2含量升高，會抑制光呼吸過程，B錯誤；溫室栽培蔬菜時增施有機肥，能增加CO2供應，減少光呼吸對光合產物的損耗，同時也增加土壤的肥力，C正確；干旱時，溫度很高，蒸騰作用很強，氣孔大量關閉，導致CO2濃度降低，形成高O2含量環(huán)境，導致光呼吸增強，D正確。解析8.如圖為綠色植物光合作用過程示意圖(圖中a～g為物質，①～⑥為反應過程)。下列判斷錯誤的是(

)A.圖中a物質主要吸收紅光和藍紫光，綠色植物能利用它將光能轉換成活躍的化學能儲存在c和e中B.圖中①表示水分的吸收，③表示水的光解C.將b物質用18O標記，最終在(CH2O)中能檢測到18OD.在g物質供應充足時，突然停止光照，C3的含量將下降答案解析圖中a物質為光合色素，主要吸收紅光和藍紫光，綠色植物能利用它將光能轉換成活躍的化學能儲存在c(ATP)和e(NADPH)中，A正確；圖中①表示水分的吸收，③表示水的光解，B正確；將b物質即O2用18O標記，通過細胞呼吸和光合作用，最終在(CH2O)中能檢測到18O，C正確；在CO2供應充足時，突然停止光照，光反應產生的ATP和NADPH減少，C3的消耗量減少，短時間內C3的生成量不變，C3的含量將迅速上升，D錯誤。解析9.為探究某礦質營養(yǎng)劑M對小麥光合作用的影響，將一定濃度的M溶液噴灑到小麥的葉片上，短期內檢測到葉綠體中C3的含量下降，C5的含量上升。推測M溶液的作用是(

)A.促進葉綠體中CO2的固定B.促進葉綠體中ATP的合成C.抑制葉綠體中C5的形成D.抑制葉綠體中有機物的輸出答案解析促進葉綠體中CO2的固定，能夠使CO2的固定加快，C3的還原暫時不變，C3的合成量增加，C3消耗量不變，則C3的含量上升，而C5的合成量不變，C5消耗量增加，則C5的含量下降，A錯誤；若礦質營養(yǎng)劑M促進葉綠體中ATP的合成，則被還原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將減少，C5的含量將增加，B正確；若礦質營養(yǎng)劑M抑制葉綠體中C5的形成，即抑制葉綠體中C3的還原，則被還原的C3減少，生成的C5減少，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將增加，C5的含量將減少，C錯誤；若礦質營養(yǎng)劑M抑制葉綠體中有機物的輸出，有機物的積累會抑制C3的還原過程，意味著暗反應中C3的還原過程變慢，產生的C5減少，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將增加，C5的含量將減少，D錯誤。解析10.如圖為綠色植物某細胞內發(fā)生的兩個生理過程。下列分析正確的是(

)A.進行①過程的細胞也能進行②過程B.①過程產生的能量，少部分用于合成ATPC.①、②過程中的還原型輔酶是同種物質D.①過程發(fā)生在線粒體內膜上，②過程發(fā)生在葉綠體內膜上答案[能力提升]解析①過程產生的能量，大部分以熱能的形式散失，少部分合成ATP，B正確；①、②過程中的還原型輔酶不是同種物質，前者是還原型輔酶Ⅰ，后者是還原型輔酶Ⅱ，C錯誤；①過程發(fā)生在線粒體內膜上，②過程發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上，D錯誤。解析11.如圖表示光合作用與呼吸作用的部分過程，其中過程①和過程②發(fā)生在不同的細胞器內，下列相關敘述正確的是(

)A.過程①的場所是細胞質基質與線粒體B.過程②需要ATP提供能量屬于吸能反應C.在光照的條件下，過程①一定比過程②要快D.在黑暗的條件下，圖中只有過程②能發(fā)生答案解析①為水的光解過程，發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上，A錯誤；①為水的光解過程，該過程需要在光照下進行，而②表示[H]和氧氣結合生成水的過程，該過程不需要光照，因此在黑暗條件下，圖中只有過程②能發(fā)生，D正確；②表示[H]和氧氣結合生成水的過程，該過程不需要ATP參與，而且還會生成大量的ATP，屬于放能反應，B錯誤；在一定強度的光照的條件下，過程①才會比過程②快，C錯誤。解析12.如圖是某植物葉肉細胞部分代謝過程示意圖，Ⅰ～Ⅳ代表物質。請回答下列問題。(1)Ⅱ代表

，消耗Ⅲ的場所是

。答案O2葉綠體基質(2)水在上述過程中被葉綠體奪去兩個電子。電子經(jīng)傳遞可用于

與H＋結合形成物質Ⅰ。物質Ⅰ既可以作為活潑的

，又能儲存

供有關反應利用。(3)若將該植物由1%的CO2濃度突然置于0.3%CO2濃度下(光照強度不變)，圖中的C3的含量將

。細胞中，每時每刻都進行的許多化學反應統(tǒng)稱為細胞代謝。在光照條件下，葉肉細胞代謝消耗ADP的場所有

。答案NADP＋(或氧化型輔酶Ⅱ)還原劑(部分)能量減少葉綠體、細胞質基質、線粒體解析(1)據(jù)圖可知：Ⅱ為光合作用光反應階段水光解的產物，且釋放到外界，故為氧氣；Ⅲ為二氧化碳，可參與暗反應中二氧化碳的固定過程，場所為葉綠體基質。(3)若將該植物由1%的CO2濃度突然置于0.3%CO2濃度下(光照強度不變)，二氧化碳的濃度降低，CO2與C5形成的C3減少，但光反應正常進行，C3還原成C5不變，故C3的含量將減少；在光照條件下，葉肉細胞可進行光合作用和呼吸作用，則其消耗ADP生成ATP的場所有細胞質基質、線粒體和葉綠體。解析13.下圖為高等綠色植物光合作用和呼吸作用之間的能量轉變示意圖，圖中①～⑥代表物質，據(jù)圖及所學知識回答以下問題：(1)與光合作用有關的色素分布在

(結構名稱)，提取色素的常用試劑是

。(2)光反應的產物中，不參與暗反應的物質是

(填寫圖中標號)，其可以在同一細胞中的

(具體場所)參與有氧呼吸的反應。(3)若葉肉細胞中C3的含量突然減少，外界環(huán)境的變化可能是

。此時，植物的葉肉細胞中除了葉綠體，還能產生①的結構是

。(4)有氧呼吸的第二階段將

徹底分解成CO2和[H]，釋放出少量能量，一部分貯存于ATP中，另一部分以

形式散失。答案葉綠體類囊體薄膜無水乙醇③線粒體內膜外界CO2濃度突然降低或光照強度突然增強細胞質基質和線粒體丙酮酸和水熱能解析(2)光反應的產物中，不參與暗反應的物質是③氧氣，其可以在同一細胞中的線粒體內膜參與有氧呼吸的第三階段。(