第13講光合作用的原理【課標(biāo)要求】說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。1．探究光合作用原理的部分試驗[連一連]提示：①—B—c②—C—e③—A—a④—E—b⑤—D—d[易錯提示]同位素標(biāo)記法中運用的同位素并非都具有放射性，如18O就沒有放射性，不能檢測其放射性；而14C有放射性，可被追蹤檢測。2．光合作用的概念光合作用是指綠色植物通過，利用光能，將轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機物，并且釋放出的過程。3．光合作用的過程圖解[易錯提示]暗反應(yīng)有光、無光都能進行，若光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)可持續(xù)進行一段時間，但時間不長；暗反應(yīng)過程中的C3和C5并不是只含有3個或5個碳原子，還有H、O等原子。4．反應(yīng)式（1）若有機物為（CH2O）：____________________。（2）若有機物為C6H12O6：________________________。5．光合作用和化能合成作用的比較[易錯提示]綠色植物和化能合成菌為自養(yǎng)生物；人、動物、真菌以及大多數(shù)細菌屬于異養(yǎng)生物。[答案自填]2.葉綠體二氧化碳和水氧氣3.葉綠體類囊體的薄膜H＋＋O2＋e－葉綠體基質(zhì)（CH2O）穩(wěn)定的化學(xué)能4.（1）CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))（CH2O）＋O2（2）6CO2＋12H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))C6H12O6＋6O2＋6H2O5．無機物氧化所釋放的能量CO2和H2O[教材命題點思索]1．光反應(yīng)的產(chǎn)物有哪些？產(chǎn)物的去向、用途如何？提示：ATP、NADPH、O2。ATP、NADPH進入葉綠體基質(zhì)參與暗反應(yīng)，用于C3的還原；O2進入線粒體參與細胞呼吸，或以氣體形式從植物表皮的氣孔釋放進入大氣。2．如何確定卡爾文循環(huán)中碳的同化和去向？提示：可用同位素標(biāo)記CO2，每隔一段時間取樣分析，依據(jù)標(biāo)記物出現(xiàn)的時間確定碳的同化和去向。3．光合作用中，在供應(yīng)C18O2較長時間后，能夠檢測出18O的物質(zhì)有哪些？提示：糖類、水、氧氣等。[模型命題點思索]4．在光照等適宜條件下，將培育在CO2濃度為1%環(huán)境中的某植物快速轉(zhuǎn)移到CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，其葉片暗反應(yīng)中C3和C5微摩爾濃度的變更趨勢如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：（1）圖中物質(zhì)A是（填“C3”或“C5”）。（2）在CO2濃度為1%的環(huán)境中，物質(zhì)B的濃度比物質(zhì)A的低，緣由是_________________________________________________；將CO2濃度從1%快速降低到0.003%后，物質(zhì)B濃度上升的緣由是_____________________________________________________。（3）若使該植物接著處于CO2濃度為0.003%的環(huán)境中，暗反應(yīng)中C3和C5濃度達到穩(wěn)定時，物質(zhì)A的濃度將比物質(zhì)B的（填“低”或“高”）。（4）CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所須要的光照強度比CO2濃度為1%時的（填“低”或“高”），其緣由是_______________________________________________。提示：（1）C3（2）暗反應(yīng)速率在該環(huán)境中已達到穩(wěn)定，即C3和C5的含量穩(wěn)定。依據(jù)暗反應(yīng)的特點，此時C3的分子數(shù)是C5的2倍C5的合成速率不變，消耗速率減慢，導(dǎo)致C5積累（3）高（4）低CO2濃度低時，暗反應(yīng)強度低，所需ATP和NADPH少環(huán)境變更時間合作用各物質(zhì)含量的變更分析（1）“過程法”分析各物質(zhì)含量的變更。下圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原，當(dāng)外界條件（如光照、CO2）突然發(fā)生變更時，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變更：（2）“模型法”表示C3和C5含量的變更（條件變更后短時間內(nèi)各物質(zhì)相對含量的變更）?？枷?光合作用的基本過程1．（2024·廣東選擇考）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(zhì)基質(zhì)中B．激活Rubisco須要黑暗條件C．Rubisco催化CO2固定須要ATPD．Rubisco催化C5和CO2結(jié)合解析：選D。暗反應(yīng)階段CO2的固定過程為Rubisco催化C5與CO2反應(yīng)的過程，該過程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，有光、無光條件下暗反應(yīng)均可進行，故Rubisco的活性與是否有光無關(guān)，A項、B項錯誤，D項正確；CO2的固定過程不消耗ATP，C項錯誤。2．（2024·惠州高三檢測）早期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著提高，CO2濃度明顯下降?，F(xiàn)在大氣中的CO2濃度約為390μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進化過程中形成了CO2濃縮機制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進了CO2的固定?；卮鹣铝袉栴}：（1）真核細胞葉綠體中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成，進而被還原生成糖類，此過程發(fā)生在中。（2）海水中的無機碳主要以CO2和HCOeq\o\al(－,3)兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴散速度慢，有些藻類具有圖1所示的無機碳濃縮過程。圖中HCOeq\o\al(－,3)濃度最高的場所是（填“細胞外”“細胞質(zhì)基質(zhì)”或“葉綠體”），可為圖中過程供應(yīng)ATP的生理過程有________________________________。（3）某些植物還有另一種CO2濃縮機制，部分過程見圖2。在葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可將HCOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)化為有機物，該有機物經(jīng)過一系列的變更，最終進入相鄰的維管束鞘細胞釋放CO2，提高了Rubisco旁邊的CO2濃度。①由這種CO2濃縮機制可以推想，PEPC與無機碳的親和力（填“高于”“低于”或“等于”）Rubisco。②圖2所示的物質(zhì)中，可由光合作用光反應(yīng)供應(yīng)的是。圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于（填“吸能反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”）。③若要通過試驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉(zhuǎn)變過程及相應(yīng)場所，可以運用技術(shù)。（4）通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)或蛋白質(zhì)工程技術(shù)，可能進一步提高植物光合作用的效率，以下探討思路合理的有（多選）。A．改造植物的HCOeq\o\al(－,3)轉(zhuǎn)運蛋白基因，增加HCOeq\o\al(－,3)的運輸實力B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成C．改造植物的Rubisco基因，增加固定CO2的實力D．將CO2濃縮機制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機制的植物解析：（1）CO2的固定指CO2與C5結(jié)合生成C3的過程，CO2的固定屬于暗反應(yīng)階段，發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。（2）由題圖1可知，HCOeq\o\al(－,3)的運輸均需消耗ATP，屬于逆濃度梯度的主動運輸，故葉綠體中HCOeq\o\al(－,3)的濃度最高。圖1過程所需ATP可由呼吸作用和光反應(yīng)供應(yīng)。（3）①在該CO2濃縮機制中，與PEPC結(jié)合的無機碳濃度較低，說明PEPC與無機碳的親和力高于Rubisco。②光合作用光反應(yīng)可生成ATP和NADPH。圖2中Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程消耗ATP，屬于吸能反應(yīng)。③常用同位素標(biāo)記法探討元素的轉(zhuǎn)移途徑。（4）若抑制OAA的合成，會使進入維管束鞘細胞葉綠體中的Mal削減，Rubisco旁邊的CO2濃度降低，CO2的固定削減，不能提高光合作用的效率，B不合理。答案：（1）C3（三碳化合物）葉綠體基質(zhì)（2）葉綠體Rubisco呼吸作用和光合作用（光反應(yīng)）（3）①高于②NADPH和ATP吸能反應(yīng)③同位素標(biāo)記（4）ACD考向2不同條件下光合作用過程中物質(zhì)含量的變更分析3．（2024·茂名檢測）光合作用通過密切關(guān)聯(lián)的兩大階段——光反應(yīng)和暗反應(yīng)實現(xiàn)。下列對于變更反應(yīng)條件而引起的變更的說法，正確的是（）A．突然中斷CO2供應(yīng)，會短暫引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值減小B．突然中斷CO2供應(yīng)，會短暫引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值增大C．突然將紅光變更為綠光，會短暫引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值減小D．突然將綠光變更為紅光，會短暫引起葉綠體基質(zhì)中ATP/ADP的值減小解析：選B。突然中斷CO2供應(yīng)導(dǎo)致CO2的固定速率降低，葉綠體中C5含量增加、C3含量削減，因此會短暫引起葉綠體基質(zhì)中C5/C3的值增大，A項錯誤；突然將紅光變更為綠光后，光能利用率降低，ATP和NADPH的含量削減，進而使C3含量增加、C5含量削減，因此會短暫引起葉綠體基質(zhì)中C3/C5的值增大，C項錯誤；突然將綠光變更為紅光后，光能利用率提高，ATP的含量增加，ATP/ADP的值增大，D項錯誤。4．下圖為某植物葉肉細胞光合作用示意圖，圖中①②③④表示相關(guān)物質(zhì)。現(xiàn)有甲、乙兩植株，甲葉色正常，乙為葉片黃化的突變植株，葉綠素含量明顯少于甲。將甲、乙植株置于正常光照、溫度、CO2濃度等條件相同的環(huán)境中，下列相關(guān)分析正確的是（）A．被色素吸取的光能全部用于③合成ATPB．只有接受ATP釋放的能量，C3才可被NADPH還原C．假如突然增加光照強度，則短時間內(nèi)②的含量削減，③的含量增加D．假如突然增加光照強度，甲的葉肉細胞中C3的含量削減，乙的葉肉細胞中④的含量削減解