5.4光合作用與能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)光合作用的原理基礎(chǔ)知識過關(guān)1.光合作用的概念光合作用是指綠色植物通過____葉綠體______，利用光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的_____有機(jī)物_____，并且釋放出氧氣的過程。2.光合作用的探究歷程（1）19世紀(jì)末，科學(xué)界普遍認(rèn)為，在光合作用中，___CO2____分子中的C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子轉(zhuǎn)化成糖。（2）1928年，科學(xué)家發(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(zhuǎn)化成糖。（3）1937年，英國____希爾___發(fā)現(xiàn)離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)。（4）1941年，美國魯賓和卡門用____同位素示蹤___法證明光合作用釋放的氧氣來自水。（5）1954年，美國阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，在水的光解過程中，葉綠體可合成___ATP____。（6）20世紀(jì)40年代，美國卡爾文利用同位素標(biāo)記法探明了光合產(chǎn)物中的____碳___來自CO2。3.光合作用的過程下圖為綠色植物光合作用過程圖解，據(jù)圖回答相關(guān)問題：（1）A過程是____光反應(yīng)____階段，在葉綠體的___類囊體薄膜____上進(jìn)行；B過程是___暗反應(yīng)___階段，在葉綠體的_____基質(zhì)____上進(jìn)行。（2）A過程為B過程提供的物質(zhì)是___ATP_____和____NADPH_____。（3）寫出圖中①～⑤所示物質(zhì)名稱：①____氧氣___、②___NADPH____、③____ATP___、④____二氧化碳____、⑤___（CH2O）____。（4）C和D的化學(xué)過程的名稱分別是____CO2固定_____、____C3還原_____。歸納總結(jié)：圖示A過程是光反應(yīng)階段（1）場所：________類囊體薄膜________上。（2）條件：________光、色素和酶________等。（3）葉綠體中光合色素吸收光能的作用①將水分解為氧和H＋，氧直接以氧分子形式釋放出去，H＋與NADP＋結(jié)合形成________NADPH（還原型輔酶Ⅱ）____________。②在有關(guān)酶的作用下，提供能量促使ADP與Pi反應(yīng)形成____ATP____，這樣光能就轉(zhuǎn)變?yōu)閮Υ嬖赺___ATP中的活躍的化學(xué)能____。（4）NADPH的作用①作為活躍的____還原劑____，參與暗反應(yīng)階段反應(yīng)。②____儲存部分能量____供暗反應(yīng)階段利用。圖示B過程是暗反應(yīng)階段（1）場所：________葉綠體基質(zhì)中________。（2）條件：________酶、NADPH、ATP________。（3）具體過程①CO2的固定，即綠葉通過氣孔吸收的CO2，在特定酶的作用下，與C5（一種五碳化合物）結(jié)合，形成C3分子。②在有關(guān)酶的催化作用下，C3接受____ATP和NADPH____釋放的能量，并且被____NADPH____還原。③一些接受能量并被還原的C3，在酶的作用下經(jīng)過一系列變化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為糖類；另一些接受能量并被還原的C3，經(jīng)過一系列變化，又形成C5，繼續(xù)參與CO2的固定?！净A(chǔ)練】核心點(diǎn)一光合作用的探究歷程1.1937年，植物學(xué)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(shí)是藍(lán)色的，被還原時(shí)是無色的）后，將試管置于光下，發(fā)現(xiàn)溶液由藍(lán)色變成無色并放出氧氣，以上實(shí)驗(yàn)證明了（）A.光合作用產(chǎn)生的氧氣來自H2OB.光合作用的過程中能產(chǎn)生還原劑和O2C.光合作用的光反應(yīng)在類囊體上進(jìn)行D.光合作用的暗反應(yīng)在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行【答案】B【解析】判斷光合作用產(chǎn)生的氧氣的來源時(shí)需用放射性同位素標(biāo)記法，本實(shí)驗(yàn)無法判斷光合作用產(chǎn)生的氧氣的來源，A不符合題意；溶液由藍(lán)色變成無色，說明產(chǎn)物中有還原劑，并放出氧氣，故說明光合作用的過程中能產(chǎn)生還原劑和O2，B符合題意；題述實(shí)驗(yàn)不能判斷光合作用的光反應(yīng)的場所，C不符合題意；題述實(shí)驗(yàn)不能判斷光合作用的暗反應(yīng)的場所，D不符合題意。2.下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)變量的敘述，錯(cuò)誤的是（A）A.用小球藻和CO2驗(yàn)證卡爾文循環(huán)的實(shí)驗(yàn)中，自變量是CO2中C是否被標(biāo)記B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)，因變量是是否產(chǎn)生還原糖C.恩格爾曼利用水綿和需氧細(xì)菌研究光合作用的實(shí)驗(yàn)中，因變量觀測指標(biāo)是需氧細(xì)菌的分布情況D.魯賓和卡門研究光合作用中O2來源的實(shí)驗(yàn)中，自變量是被18O標(biāo)記的原料【答案】A【解析】用小球藻和CO2驗(yàn)證卡爾文循環(huán)的實(shí)驗(yàn)中，自變量是時(shí)間，A錯(cuò)誤；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)中，需借助斐林試劑檢測是否產(chǎn)生了還原糖，即因變量是是否產(chǎn)生還原糖，B正確；恩格爾曼利用水綿和需氧細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過觀察需氧細(xì)菌的分布來判斷O2產(chǎn)生的部位，最終證明葉綠體是進(jìn)行光合作用的場所，C正確；魯賓和卡門用同位素示蹤法證明光合作用釋放的O2來自水，自變量是被18O標(biāo)記的原料，D正確。核心點(diǎn)二光合作用的原理3.正在進(jìn)行光合作用的植物，若突然降低其周圍環(huán)境中的CO2濃度，則短時(shí)間內(nèi)（）A.葉綠體中C5/C3的值上升B.葉綠體中ATP/ADP的值下降C.NADPH/NADP＋的值下降D.光反應(yīng)速率加快【答案】A【解析】正常條件下進(jìn)行光合作用的某植物，突然降低其環(huán)境中的CO2濃度，此時(shí)光照強(qiáng)度不變，光反應(yīng)速率不變，產(chǎn)生ATP和NADPH的速度也不變，C3的還原速度短時(shí)間內(nèi)不變，C5生成的速度也不變，而CO2濃度下降后，CO2固定為C3的速度減小，則C5的消耗速度減小，C3的生成速度減小，最終導(dǎo)致葉綠體中C5/C3的值上升，故A正確。4.在光合作用中，不需要酶參與的過程是（）A.CO2的固定 B.葉綠素吸收光能C.三碳化合物的還原 D.ATP的形成【答案】B【解析】色素分子吸收光能的過程中不需要酶的催化。5.根據(jù)如圖所示光合作用圖解，判斷下列說法正確的是（）A.⑤過程發(fā)生于葉綠體基質(zhì)中B.⑥過程發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上C.圖示①～④依次為NADPH、ATP、CO2、（CH2O）D.②不僅用于還原C3化合物，還可促進(jìn)③與C5的結(jié)合【答案】C【解析】⑤是光反應(yīng)階段，發(fā)生于葉綠體類囊體薄膜上，A錯(cuò)誤；⑥為暗反應(yīng)階段，發(fā)生于葉綠體基質(zhì)中，B錯(cuò)誤；據(jù)圖分析可知，①是NADPH，②是ATP，③是二氧化碳，④是糖類，C正確；②是ATP，是光反應(yīng)的產(chǎn)物，用于還原C3，CO2與C5結(jié)合形成C3不消耗能量，D錯(cuò)誤。6.甲圖表示光合作用部分過程的圖解，乙圖表示改變光照后，與光合作用有關(guān)的五碳化合物和三碳化合物在細(xì)胞內(nèi)含量的變化曲線，請據(jù)圖回答問題。（1）甲圖中A表示的物質(zhì)是________，它是由______________產(chǎn)生的，其作用主要是__________________。（2）甲圖中ATP形成所需的能量最終來自_________________。若用放射性同位素14C標(biāo)記CO2，則14C最終進(jìn)入的物質(zhì)是________。（3）乙圖中曲線a表示的化合物是____________，在無光照時(shí)，其含量迅速上升的原因是__________________________。（4）曲線b表示的化合物是____________，在無光照時(shí)，其含量下降的原因是__________________________?！窘馕觥浚?）光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的物質(zhì)是NADPH和ATP，由此可確定A是[H]，[H]是由H2O分解后經(jīng)一系列過程產(chǎn)生的，其作用主要是用于三碳化合物的還原。（2）光反應(yīng)中，光能轉(zhuǎn)化為活躍的化學(xué)能儲存在ATP中，14CO2的同化途徑為14CO2→14C3（三碳化合物）→（14CH2O）。（3）（4）題干中已明確a、b表示三碳化合物和五碳化合物的含量變化，光照停止后，光反應(yīng)停止，[H]和ATP含量下降，三碳化合物的還原減弱直至停止，而CO2的固定仍在進(jìn)行，因此三碳化合物含量相對升高，五碳化合物含量相對下降，即a表示三碳化合物，b表示五碳化合物?！敬鸢浮浚?）NADPH水在光下分解還原三碳化合物（2）光能（CH2O）（3）三碳化合物CO2與五碳化合物結(jié)合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被還原（4）五碳化合物五碳化合物與CO2結(jié)合生成三碳化合物，而三碳化合物不能被還原為五碳化合物【提升練】1．卡爾文為了探明暗反應(yīng)中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，給植物提供14CO2，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行至第5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種C5和一種C6中，當(dāng)時(shí)間縮短到0.5s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種C3中，下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是（D）A.用14C標(biāo)記CO2的目的是追蹤暗反應(yīng)中的碳原子B.卡爾文通過控制反應(yīng)時(shí)間來探究碳原子的轉(zhuǎn)移途徑C.若適當(dāng)延長反應(yīng)時(shí)間，則可能會檢測到更多種含14C的化合物D.該實(shí)驗(yàn)研究暗反應(yīng)，因此應(yīng)該在黑暗環(huán)境中進(jìn)行【答案】D【解析】該實(shí)驗(yàn)中用14C標(biāo)記CO2的目的是追蹤暗反應(yīng)中的碳原子，便于根據(jù)放射性檢測碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，A正確；卡爾文通過控制反應(yīng)時(shí)間來探究碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，在不同的時(shí)間點(diǎn)檢測放射性，能探明碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，B正確；若適當(dāng)延長反應(yīng)時(shí)間，則14C可能會轉(zhuǎn)移到更多的中間產(chǎn)物中，C正確；該實(shí)驗(yàn)研究暗反應(yīng)，但暗反應(yīng)的進(jìn)行需要光反應(yīng)提供NADPH、ATP，因此該實(shí)驗(yàn)要在光照條件下進(jìn)行，D錯(cuò)誤。2．如圖為大豆葉片光合作用暗反應(yīng)階段的示意圖。下列敘述正確的是（）A.光照強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí)，短時(shí)間內(nèi)C5含量會升高B.被還原的C3在相關(guān)酶的催化作用下，可再形成C5C.CO2的固定實(shí)質(zhì)上是將ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)镃3中的化學(xué)能D.CO2可直接被NADPH還原，再經(jīng)過一系列的變化形成糖類【答案】B【解析】光照強(qiáng)度由強(qiáng)變?nèi)鯐r(shí)，ATP和NADPH合成減少，C3還原減慢，C5生成量減少，而C5的消耗（被CO2固定所消耗）暫時(shí)不變，所以短時(shí)間內(nèi)C5含量會減少，A錯(cuò)誤；C3在有關(guān)酶的催化作用下，能形成糖類、水和C5，B正確；CO2的固定實(shí)質(zhì)上是CO2與C5反應(yīng)生成C3，ATP不參與CO2的固定，ATP用于C3的還原，C錯(cuò)誤；CO2不能直接被NADPH還原，需要形成C3后才能被NADPH還原，再經(jīng)過一系列的變化形成糖類，D錯(cuò)誤。3．下圖是綠色植物體內(nèi)能量供應(yīng)及利用的示意圖，有關(guān)說法正確的是（）A.甲合成ATP的能量來源不同于丙B.乙過程能在黑暗環(huán)境中長期進(jìn)行C.丙過程產(chǎn)生的ATP可用于乙過程D.丙過程進(jìn)行的場所是線粒體基質(zhì)【答案】A【解析】甲過程合成ATP所需的能量來源于光能，丙過程合成ATP所需的能量來源于有機(jī)物氧化分解釋放的化學(xué)能，A正確；暗反應(yīng)的進(jìn)行，需要光反應(yīng)為其提供NADPH和ATP。長時(shí)間黑暗，當(dāng)用完光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP時(shí)，暗反應(yīng)會停止，植物的光合作用過程也會停止，B錯(cuò)誤；暗反應(yīng)需要的ATP只能來源于光反應(yīng)，C錯(cuò)誤；丙是有氧呼吸過程，其場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體基質(zhì)與線粒體內(nèi)膜，D錯(cuò)誤。4．孔保衛(wèi)細(xì)胞的細(xì)胞膜中存在一種特殊的K＋轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白BLINK1，在光信號的誘導(dǎo)下，BLINK1可以促進(jìn)K＋進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞，從而使氣孔打開，實(shí)現(xiàn)對氣孔的調(diào)控，過程如圖所示。下列分析正確的是（A）A.BLINK1既有運(yùn)輸作用又有催化作用B.光照越強(qiáng)，K＋進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞越多，氣孔開度越大C.氣孔打開，短時(shí)間內(nèi)會引起C3還原減少，C3含量增加D.該調(diào)節(jié)過程會使氣孔關(guān)閉，CO2吸收困難，不利于植物生命活動正常進(jìn)行【答案】A【解析】由題圖可知，BLINK1可以催化ATP形成ADP，同時(shí)還可以在光的驅(qū)動下將K＋運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，故BLINK1既有運(yùn)輸作用又有催化作用，A正確；在一定范圍內(nèi)，光照越強(qiáng)，進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞的K＋越多，氣孔開度越大，超出該范圍，光照越強(qiáng)，進(jìn)入保衛(wèi)細(xì)胞的K＋可能減少，氣孔開度可能減小，B錯(cuò)誤；氣孔打開，短時(shí)間內(nèi)會引起固定的CO2增多，而C3的還原不受影響，故C3含量增加，C錯(cuò)誤；該調(diào)節(jié)過程可以調(diào)控氣孔的開啟與關(guān)閉，有利于植物適應(yīng)不同環(huán)境，有利于植物的生命活動正常進(jìn)行，D錯(cuò)誤。5．給光下正常進(jìn)行光合作用的葉肉細(xì)胞增加14CO2，一段時(shí)間后，關(guān)閉光源，含放射性C3濃度的變化情況如圖所示，下列相關(guān)敘述正確的是（）A.葉肉細(xì)胞利用14CO2的場所是葉綠體基粒B.ab段葉肉細(xì)胞中C3濃度大量增加C.bc段C3濃度不變的原因是14CO2消耗殆盡D.c點(diǎn)后曲線上升是因?yàn)楹诎禇l件下，葉肉細(xì)胞內(nèi)無[H]和ATP的供應(yīng)【答案】D【解析】CO2直接參與暗反應(yīng)中CO2的固定過程，其場所是葉綠體基質(zhì)，A錯(cuò)誤；ab段含放射性的C3濃度升高，說明以14CO2為原料生成的C3增加，但由于暗反應(yīng)增強(qiáng)會促進(jìn)光反應(yīng)，因此C3濃度略有增加，但不會大量增加，B錯(cuò)誤；bc段C3濃度不變是因?yàn)?4C3的生成速率和消耗速率相等，c點(diǎn)后放射性C3濃度繼續(xù)升高，說明c點(diǎn)時(shí)CO2并未消耗殆盡，C錯(cuò)誤；c點(diǎn)后曲線上升是因?yàn)楹诎禇l件下，葉肉細(xì)胞內(nèi)無[H]和ATP的供應(yīng)，從而導(dǎo)致C3的消耗減少所致，D正確。6．下圖甲表示在一定光照強(qiáng)度下輪葉黑藻(一種沉水植物)葉肉細(xì)胞的部分代謝過程，其中a、b、c、d代表不同的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，①~⑤代表不同的物質(zhì)；圖乙是輪葉黑藻細(xì)胞光合作用相關(guān)過程示意圖(有研究表明，水中CO2濃度降低能誘導(dǎo)輪葉黑藻光合途徑由C3途徑向C4途徑轉(zhuǎn)變，而且兩條途徑在同一細(xì)胞中進(jìn)行)。請回答下列問題。甲乙(1)圖甲所給的結(jié)構(gòu)中,能夠產(chǎn)生⑤的結(jié)構(gòu)有____________________(用字母表示)，K+從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞的跨膜運(yùn)輸速率受________________________________________的限制。(2)圖乙中催化過程①和過程④固定CO2的酶分別為PEPC、Rubisco,其中與CO2親和力較高的是____________________；過程②消耗的NADPH主要來源于結(jié)構(gòu)A中進(jìn)行的____________________過程；丙酮酸產(chǎn)生的場所除了圖示③以外還可能還有____________________(寫名稱)?！敬鸢浮?1)a、b、d能量及載體蛋白數(shù)量(2)PEPC光反應(yīng)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)【解析】(1)圖甲中的④代表丙酮酸,在圖乙所給的結(jié)構(gòu)中，能夠產(chǎn)生⑤ATP的結(jié)構(gòu)有a葉綠體、b線粒體、d細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)，K+從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞的方式屬于主動運(yùn)輸，其跨膜運(yùn)輸速率受能量及載體蛋白數(shù)量的限制。(2)圖乙中催化過程①和過程④固定CO2的酶分別為PEPC、R