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卡尔文

用14C标记的14CO2，供小球藻光合作用，追踪放射性

CO2中的C在光合作用中转化为有机物中的碳

二、光合作用的过程

1．光合作用过程图解

图中Ⅰ的名称是：

光反应，Ⅱ的名称是：

暗反应，Ⅰ＋Ⅱ总称为：

光合作用。

2．光反应和暗反应过程的比较

项目

光反应

暗反应

场所

叶绿体的类囊体薄膜上

叶绿体的基质中

条件

光、色素、酶、水、ADP、Pi

多种酶、[H]、ATP、CO2、C5

物质

变化

①水的光解：

2H2O

4[H]＋O2

②ATP的形成：

ADP＋Pi＋能量

ATP

①CO2的固定：

CO2＋C5

2C3

②C3的还原：

（CH2O）＋C5

能量

光能转变成ATP中活跃的化学能

ATP中活跃的化学能转变成贮存在（CH2O）中的稳定的化学能

相互

联系

光反应产物[H]、ATP为暗反应提供还原剂和能量；

暗反应产生的ADP、Pi为光反应形成ATP提供了原料

一、光合作用探究历程

1．教材问题探讨分析

读教材P101～P102内容，讨论并交流下列问题：

（1）根据所学设计实验遵循的原则，分析普利斯特利实验有没有不足之处？

若有如何补充？

提示：

有，缺少空白对照实验。

应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于玻璃罩内，观察蜡烛燃烧情况和小鼠的生存状况。

（2）分析萨克斯实验中的变量、对照实验类型及得出的实验结论。

①自变量：

光照；

因变量：

叶片颜色变化。

②自身对照。

③实验结论：

光合作用的产物有淀粉，还证明了光是光合作用的必要条件。

（3）鲁宾和卡门实验利用的是什么方法？

实验中的自变量和因变量分别是什么？

放射性同位素标记法。

自变量是标记的物质，因变量是O2的放射性。

2．将下列科学家的实验和实验得出的结论连线

二、光合作用过程

　根据教材P103光合作用过程的图解，思考并回答下列问题：

（1）有人认为：

光反应必须在有光条件下进行，暗反应必须在无光条件下进行，这种说法是否正确？

不正确。

光反应必须在有光条件下进行，暗反应有光、无光均可进行。

（2）分析光合作用过程，思考哪些过程不需要酶的催化，哪些过程需要酶的催化？

色素吸收光能的过程不需要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、C3的还原均需要酶的催化。

（3）试利用同位素标记法，分析光合作用过程中各元素的转移途径。

①用放射性同位素18O标记H2O中的O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？

在氧气中可检测到18O。

反应式如下：

O

18O2[H]

（CH2O）＋H2O

②若用14C标记CO2中的C呢？

14CO2→2C3（只有一个14C）→（14CH2O）

③试总结光合作用中各元素的去向（用箭头表示）。

光合作用总反应式及各元素去向：

（4）光反应和暗反应的关系：

①在无光条件下，暗反应能否长期进行？

不能。

因为无光条件下，光反应不能进行，光反应的产物ATP和[H]减少，不能满足暗反应的需求，暗反应将停止进行。

②若暗反应停止，光反应能否持续进行？

不能，暗反应停止，光反应产生的ATP和[H]积累过多，抑制光反应的进行。

③总结光反应和暗反应的关系。

光反应和暗反应相辅相成，相互依存。

2．光照强度、CO2浓度突然改变，光合作用过程中C3、C5、[H]和ATP的相对含量变化分析

（1）突然停止光照，其他条件都适宜，分析短时间内C3、C5、[H]和ATP的相对含量怎样变化？

C3升高，C5降低，[H]和ATP降低。

（2）突然停止CO2供应，其他条件都适宜，分析短时间内C3、C5、[H]和ATP的相对含量怎样变化？

C3降低，C5升高，[H]和ATP升高。

3．判断下列说法是否正确

（1）光反应阶段发生在叶绿体内膜和类囊体薄膜上。

（×

）

（2）光反应过程中合成了ATP，需要的能量来源于呼吸作用分解的有机物。

（×

（3）光反应的进行不需要任何酶的参与。

（4）高等绿色植物白天进行光反应，夜晚进行暗反应。

光合作用和有氧呼吸的比较

续表

光合作用

有氧呼吸

代谢性质

合成代谢

分解代谢

发生

部位

含叶绿体的细胞

活细胞

反应

叶绿体

主要在线粒体内（第一阶段在细胞质基质中）

光、H2O、CO2、适宜温度、酶、色素

有氧、有光无光均可、适宜的温度、O2、酶

能量代谢

光能转变成化学能储存在有机物中

释放有机物中化学能，一部分转移到ATP中

物质代谢

将无机物合成有机物

有机物分解成无机物（H2O、CO2）

[特别提醒]

光合速率与呼吸速率的关系

（1）光合速率的概念：

光合作用进行的程度常用光合速率来表示，光合速率是指一定量的植物（如一定的叶面积）在单位时间内进行光合作用的量（如释放多少氧，消耗多少CO2）。

净光合速率常用O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。

总（实际）光合速率常用O2产生量、CO2固定量或有机物的产生量来表示。

（2）二者之间的关系

净光合速率＝总光合速率－呼吸速率

（3）曲线图的含义

[例1]　关于光合作用探究历程的实验，下列叙述不正确的是（　　）

A．普利斯特利把小鼠和绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内，小鼠不会死亡——证明了绿色植物在光照下吸收二氧化碳，放出氧气，从而更新了空气

B．萨克斯把绿色叶片一半曝光、一半遮光作为对照，用碘蒸气处理后观察颜色变化——证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉

C．恩格尔曼用水绵和好氧细菌在黑暗环境中以极细光束照射，曝光作为对照处理，观察细菌分布——证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物进行光合作用的场所

D．鲁宾和卡门用同位素标记H2O和CO2，供绿色植物利用，分析各自放出的氧——证明光合作用释放的氧全部来自参加反应的H2O

[解析]　普利斯特利的实验全部是在有光的条件下进行的，并未设置对照实验（黑暗环境中的组别），因此不能证明光照的作用；

再者普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气，而并未具体到更新哪种空气成分。

萨克斯的实验中有对照，光为自变量，淀粉为因变量；

恩格尔曼的实验中的自变量是光照处理的位置，所以得出叶绿体是产生氧气的场所；

鲁宾和卡门用同位素标记H2O和CO2，形成对照。

[答案]　A

[例2]　如图所示，图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化，请据图分析：

（1）图甲中A、B、C、D分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质，则A表示________，B表示________，C表示________，D表示________。

（2）在a中发生的过程称为________，在a中含有的参与此过程的物质是________。

（3）在a中发生的能量转变是________。

（4）图乙中，从________点开始合成有机物，至_______点有机物合成终止。

（5）AB段C3含量较高，其主要原因是____________________________________________。

（6）G点C3含量极少，其原因是_________________________________________________。

（7）G点与F点相比，G点时叶绿体中[H]含量较________（选填“高”或“低”）。

[解析]　

（1）根据图甲中物质转化关系可判断，A代表H2O，B代表CO2，C代表C3，D代表C5。

（2）图甲中a表示叶绿体类囊体薄膜，其上分布有色素和酶，是光反应进行的场所。

（3）叶绿体类囊体薄膜上发生的能量转变是光能→ATP中活跃的化学能。

（4）根据图乙中C3含量的变化曲线可知，C3含量从B点开始减少，说明在有光的条件下，C3被还原，至I点时，C3含量又保持不变，说明此时没有光，不能进行光反应，缺乏[H]和ATP，暗反应停止，不再合成有机物。

（5）图乙AB段缺乏光，不能进行光反应，缺乏[H]和ATP，C3不能被还原。

（6）G点时光照强度强，蒸腾作用旺盛，导致气孔关闭，CO2不能通过气孔进入，缺乏CO2，CO2固定减弱，C3生成减少。

（7）G点时C3缺乏，光反应正常进行，[H]积累，而F点时，C3含量比G点时高，消耗[H]多，积累的[H]少。

[答案]　

（1）H2O　CO2　C3　C5　

（2）光反应　色素和酶　（3）光能→ATP中活跃的化学能　（4）B　I　（5）无光不进行光反应，不产生[H]和ATP，C3不能被还原　（6）气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱　（7）高

[网络构建]

填充：

①水的光解　②ATP的形成　③CO2的固定　④三碳化合物的还原　

[关键语句]

1．光合作用的实质是合成有机物，储存能量；

而呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量。

2．光合作用的反应式：

3．光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、[H]和ATP。

4．暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。

5．光合作用中的物质转变：

（1）14CO2―→14C3―→（14CH2O）；

（2）H

O―→18O2。

6．光合作用的能量转变：

光能―→ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能。

1．（海南高考）

某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。

在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。

其中，没有出现蓝色的部位是（　　）

A．a、b和d　　　　　　　　B．a、c和e

C．c、d和eD．b、c和e

解析：

选B　光合作用需要光照，部位c、e被锡箔纸遮盖所以不能进行光合作用，而a部位为黄白色，没有叶绿素，故也不能进行光合作用，所以a、c、e处加碘液不会变蓝。

2．鲁宾和卡门用H

O和CO2作为原料进行光合作用实验，下列符合实验结果的是（　　）

A．释放的氧气全是O2

B．释放的氧气一部分是O2，一部分是18O2

C．释放的氧气全是18O2

D．释放的氧气大部分是O2，少部分是18O2

选C　鲁宾和卡门用H

O和CO2作为原料进行光合作用实验，其目的是为了探究光合作用释放出的O2的来源，通过放射性检测，光合作用产生的O2全部来源于水。

3．光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，参与暗反应必需的物质是（　　）

A．H2O、CO2、ADPB．CO2、[H]、ATP

C．H2O、CO2、ATPD．[H]、H2O、ADP

选B　暗反应过程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，在此过程中需要CO2、[H]和ATP及多种酶参与反应。

4．光合作用的光反应和暗反应依次发生在（　　）

A．细胞质、细胞核中

B．叶绿体的外膜、内膜上

C．叶绿体的类囊体薄膜上、叶绿体的基质中

D．叶绿体的基质中、叶绿体的类囊体膜上

选C　光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体基质中。

5．小麦的叶肉细胞通过光合作用合成葡萄糖，组成葡萄糖的碳、氢和氧三种元素分别来自（　　）

A．CO2、C3H6O3和H2OB．CO2、H2O和H2O

C．CO2、H2O和CO2D．C3H6O3、H2O和CO2

选C　光合作用的反应式是CO2＋H2O

（CH2O）＋O2，根据美国科学家鲁宾和卡门的实验可知，光合作用释放的O2全部来源于水，葡萄糖中的C、O来自于CO2，H来自于水。

6．如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是（　　）

A．该反应的场所是类囊体的薄膜

B．C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶

C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成

D．无光条件有利于暗反应进行

选B　图示表示光合作用的暗反应过程，其反应场所是叶绿体基质，该过程有氧和无氧条件下均能进行，但需要多种酶催化、充足的CO2、光反应提供的[H]、ATP及适宜的温度等条件，适当提高温度可以提高酶的活性，加快反应速率，但超过一定的温度范围，提高温度会使酶的活性降低，反应速率减慢。

7．如图为光合作用图解，请据图作答：

（1）填写图中名称：

A________、B________、C________、D________、E________、F________、G________、H________。

（2）B存在于________内________的薄膜上；

C是________剂，参与暗反应；

B还能将A转变成________能并贮存在________中。

（3）D与F结合形成E的过程叫做________；

E接受光反应提供的能量，被________还原成________，同时将能量贮存于其中，这个过程叫做________。

（4）用18O标记后的H2O灌溉某株植物，短时间内18O不可能出现在（　　）

A．植物周围的氧气中B．植物周围的水蒸气中

C．细胞质的水中D．叶肉细胞生成的糖类中

光反应发生在类囊体薄膜上，物质变化有：

水的光解，光反应的产物是O2和[H]、ATP；

暗反应发生在叶绿体基质中，物质变化有①CO2的固定：

CO2＋C5→2C3，②C3的还原：

产物有（CH2O）和C5。

能量变化是：

光能→ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。

第（4）小题解题关键是分清被18O标记的是H2O而不是CO2。

用18O标记的H2O灌溉植物，植物可通过根毛区细胞把H

O吸入细胞中，H

O大部分通过蒸腾作用散失到周围空气中，小部分被光解成O2，散失到空气中，还有一部分18O2被细胞呼吸所利用和[H]结合生成H

O。

答案：

（1）光能　叶绿体中的色素　[H]　CO2　C3　C5　（CH2O）　多种酶　

（2）叶绿体　类囊体　还原　化学　ATP　（3）CO2的固定　[H]　（CH2O）　C3的还原　（4）D

（时间：

45分钟；

满分：

100分）

一、选择题（每小题5分，共50分）

1．2,6二氯酚靛酚是一种蓝色染料，能被还原剂还原成无色，从叶绿体中分离出类囊体，置于2,6二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放。

此实验证明（　　）

A．光合作用在类囊体上进行

B．光合作用产物O2中的氧元素来自CO2

C．光反应能产生还原剂和O2

D．光合作用与叶绿体基质无关

选C　依据题中信息可判断，光照后溶液变为无色，说明有还原剂产生；

有O2释放，说明该过程有O2产生；

类囊体是光合作用光反应阶段的场所。

2．如图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的长势相同的同种植株放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验目的的叙述中最准确的是（　　）

A．证明光合作用的必需条件是CO2

B．证明光合作用的速率随CO2浓度的增大而增大

C．证明过多的CO2抑制光合作用

D．证明NaOH能促进光合作用

选B　三组装置的不同点是CO2浓度不同，所以本实验的目的是研究不同CO2浓度条件下植物的光合作用情况。

3．根据下面光合作用图解，判断下列说法正确的是（　　）

A．⑤过程发生于叶绿体基质中

B．⑥过程发生于叶绿体类囊体薄膜上

C．图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、（CH2O）

D．②不仅用于还原C3，还可促进③与C5的结合

选C　根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示[H]、ATP、CO2、（CH2O）、光反应、暗反应。

光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体的基质中。

C3还原过程中需要ATP，CO2固定过程中不需要ATP。

4．如图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。

一段时间后，以下相关比较不正确的是（　　）

A．Y2的质量大于Y3的质量

B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量

C．②中水的质量大于④中水的质量

D．试管①的质量大于试管②的质量

选C　根据题意及图中实验处理可知，②④试管利用H

O，③④试管利用C18O2，①试管没有标记，作为空白对照组，光合作用释放出的氧气全部来自于水，因此图中Y1＝Y3＜Y2＝Y4，各试管中水的质量①＝③＞②＝④，各试管中小球藻的质量①＝②＜③＝④。

5．在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是（　　）

A．ADP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ATP则向相反方向运动

B．ATP与ADP同时由类囊体薄膜向叶绿体基质运动

C．ATP与ADP同时由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动

D．ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP的运动方向则正好相反

选D　叶绿体是进行光合作用的场所，光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行，此过程中消耗来自叶绿体基质的ADP，产生ATP，供暗反应阶段C3的还原，所以叶绿体中ATP由类囊体薄膜向叶绿体的基质运动，ADP则由叶绿体的基质向类囊体薄膜运动。

6．如图所示某植物上的绿叶经锡箔覆盖处理后在阳光照射24小时后，将其脱色并用碘液处理，结果有锡箔覆盖的位置不呈蓝色，而不被锡箔覆盖的部分呈蓝色，本实验证明（　　）

①光合作用需要CO2　②光合作用需要光　③光合作用需要叶绿体　④光合作用放出氧　⑤光合作用制造淀粉

A．①②　　　B．③⑤　　　C．②⑤　　　D．①③

选C　根据题中实验处理可知，实验中控制的实验变量是光照有无。

根据实验结果可知，有光照的绿叶部分，进行光合作用制造了淀粉，没有光照的部分，不能进行光合作用，没有淀粉生成。

7．离体的叶绿体在光照下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，短暂时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化是（　　）

A．C3增多、C5减少B．C3增多、C5增多

C．C3减少、C5增多D．C3减少、C5减少

选C　在光合作用暗反应过程中，CO2首先与C5结合，形成2个C3，最后经一系列的循环后又产生C5。

所以叶绿体在光照下进行光合作用时，C3和C5含量都维持在相对平衡的状态。

如果突然中断CO2的供应，CO2固定减弱，所以C3减少而C5增多。

8．如图表示植物细胞内的物质转化过程，下列分析不正确的是（　　）

A．发生在生物膜上的生理过程有a、c、d

B．有ATP产生的生理过程是b、c、d

C．人体细胞内具有的过程是b、d

D．在光照充足、条件适宜的条件时，a强于b，c强于d

选A　a表示光合作用暗反应阶段、b表示有氧呼吸第一、二阶段、c表示光合作用的光反应阶段、d表示有氧呼吸第三阶段。

四个过程中a过程的场所是叶绿体基质，b过程的有氧呼吸第一阶段发生的场所是细胞质基质，二者都不是在生物膜上发生的。

9．为了研究光合作用，生物小组的同学把菠菜叶磨碎，分离出细胞质基质和全部叶绿体。

然后又把部分叶绿体磨碎分离出叶绿素和叶绿体基质，分别装在四支试管内，并进行光照，如图所示。

哪一支试管能检测到光合作用的光反应过程（　　）

A．甲　　　B．乙　　　C．丙　　　D．丁

选B　光合作用的光反应过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要叶绿素和酶。

10．番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是（　　）

A．光反应强度升高，暗反应强度降低

B．光反应强度降低，暗反应强度降低

C．光反应强度不变，暗反应强度降低

D．光反应强度降低，暗反应强度不变

选B　镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁导致番茄幼苗不能合成叶绿素。

叶绿素含量降低使光合作用的光反应强度降低；

因光反应为暗反应提供[H]和ATP，故光反应强度降低，其为暗反应提供的[H]和ATP减少，暗反应的强度也降低。

二、非选择题（共50分）

11．（14分）如图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的五碳化合物（C5）和三碳化合物（C3）在细胞内的变化曲线。

据图回答：

（1）图1中A表示的物质是________，它由________产生，其作用主要是____________。

（2）图1中ATP的合成所需的能量最终来自于________。

若用放射性同位素14C标记CO2，则14C最终进入的物质是________。

（3）图2中曲线a表示的化合物是________，在无光照时，其含量迅速上升的原因是________________________________________________________________________。

（4）曲线b表示的化合物是____________，在无光照时，其含量下降的原因是________________________________________________________________________。

（1）光反应为暗反应提供[H]和ATP，由此可确定A是[H]，是由水在光下分解后产生的，主要是用于C3的还原。

（2）光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP中，14CO2的同化途径为14CO2→214C3（只有一个14C）→（14CH2O）。

（3）（4）题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，[H]和ATP含量下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2的固定仍在进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。

（1）[H]　水在光下分解　用于C3的还原　

（2）光能　（CH2O）　（3）C3　CO2与C5结合形成C3，但C3不能被还原为（CH2O）和C5　（4）C5　C5与CO2结合形成C3，但C3不能被还原为C5

12．（18分）观赏植物蝴蝶兰可通过改变CO2吸收方式以适应环境变化。

长期干旱条件下，蝴蝶兰在夜间吸收CO2并贮存在细胞中。

（1）依图a分析，长期干旱条件下的蝴蝶兰在0～4时________（选填“有”或“无”）ATP和[H]的合成，原因是________________；

此时段________（选填“有”或“无”）光合作用的暗反应发生，原因是；

10～16时无明显CO2吸收的直接原因是__________。

（2）从图b可知，栽培蝴蝶兰应避免________，以利于其较快生长。

此外，由于蝴蝶兰属阴生植物，栽培时还需适当________。

（1）0～4时，无光照，光合作用不能进行，但可以进行呼吸作用，合成ATP和[H]；

此时段叶绿体内不能合成ATP和[H]，暗反应无法进行；

10～16时，在长期干旱条件下，植物为了减少水分的蒸发，关闭气孔，导致CO2吸收受阻。

（2）从图b中可以看出，正常情况下比长期干旱时有机物的积累量大，所以为了利于蝴蝶兰的生长应避免长期干旱，又因蝴蝶兰