第5章 第4节 第2课时 光合作用的原理-【正禾一本通】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞同步课堂高效讲义配套课件（人教版，单选）

该高中生物学课件聚焦光合作用的原理，通过自主构建的分支图梳理场所、能量来源等基础概念，结合科学史时间线（19世纪末至1957年关键发现）搭建从核心要素到过程机制的学习支架，衔接光反应与暗反应的内在逻辑。 其亮点在于深度探析环节设计合作探究（如离体叶绿体实验分析产物）和模型构建（环境改变对物质含量影响），以科学思维和探究实践为核心，网络构建整合概念与过程强化生命观念。命题情境的装置图分析提升解决实际问题能力，课后分层练巩固知识，可编辑PPT方便教师调整，助力学生深度学习和教师高效教学。

细胞的能量供应和利用 生物学·必修一 第 5 章 01 02 03 04 自主构建·认知导学 目录 深度探析·思维进阶 命题聚焦·素养升华 课后分层练（二十一） 《正禾一本通》PPT均可实现任意编辑，方法如下： 在PPT编辑模式中，双击需编辑内容，呈现word文档，编辑后关闭word文档即可。 第4节　光合作用与能量转化 第2课时　光合作用的原理 PART 01 自主构建·认知导学 返回 自查自纠 网络构建 PART 02 深度探析·思维进阶 返回 [探究点一] 光合作用的原理 合作探究 模型构建 迁移运用 [探究点二]光合作用中环境改变时相关物质含量变化 合作探究 模型构建 迁移运用 PART 03 命题聚焦·素养升华 返回 命题情境 命题设计 课后分层练(二十一) 光合作用的原理 返回 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 eq \a\vs4\al([学习目标]) 1．生命观念：阐明光反应和暗反应中物质和能量变化；认同细胞生命活动过程始终贯穿着物质和能量的变化。 2．科学思维：分析科学史资料，建构光合作用概念模型，培养搜集处理信息以及表达交流能力。 3．社会责任：认识到光合作用的重要性，树立爱护植物的环保意识。 合成有机物， 存储能量 CO2和H2O 有机物和氧气 一、光合作用的概念 叶绿体 光能 光合作用 离体叶绿体 O2 O2 18O2 14C 14C 有机物 ATP 水的光解 甲醛 二、光合作用的发现历程 O2 毒害 C5 C3 三、光合作用的过程 1.填写图中序号代表的物质。 ① ；② ；③ ；④ ；⑤ 。 O2 ATP NADPH ATP ATP和 NADPH 2.图示I阶段—— 阶段。 (1)场所： 。 (2)物质变化： ①将H₂O分解为O₂和 H+，其中H+与 NADP+结合形成 。 ②使ADP和Pi反应形成 。 (3)能量变化:将光能转化为储存在 中的化学能。 光反应 类囊体的薄膜 NADPH (CH2O) C5 稳定的化学能 3.图示Ⅱ阶段—— 阶段。 (1)场所： 。 (2)物质变化： ①CO2的固定：C5+CO2 。 ②C3的还原：2C3 + 。 (3)能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中 。 暗反应 叶绿体基质 2C3 光合作用是地球上最重要的化学反应之一，其过程涵盖光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段叶绿体中的光合色素吸收光能，将水分解并产生氧气、ATP和 NADPH；暗反应则利用光反应产物，在酶的催化下，将二氧化碳固定并还原为糖类等有机物，这两个阶段紧密衔接、相辅相成，共同推动光合作用的顺利进行。 (1)鲁宾、卡门运用了放射性同位素18O研究了光合作用中氧气的来源。( ) 提示：18O是稳定同位素，不具有放射性。 (4)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。( ) 提示：叶绿体光反应产生的ATP用于暗反应还原三碳化合物,因此其转移方向由类囊体薄膜到叶绿体基质。 (2)希尔的实验说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。( ) 提示：鲁宾、卡门的实验发现光合作用中氧气来源于水。 (3)光合作用的光反应发生在叶绿体内膜上。( ) 提示：光反应发生的场所是类囊体薄膜，不是叶绿体内膜。 (5)光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。( ) 提示：暗反应需要光反应提供NADPH和ATP,没有光,暗反应不能长时间进行。 (6)淀粉和蔗糖都是光合作用的产物。( ) [材料情境]分析教材 P102“探索光合作用原理的部分实验”，并结合以下实验资料,小组合作探究,构建光合作用的概念。 资料1：20世纪40年代，卡尔文向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中，光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。 资料2：1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下： 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2、不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2、不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) H+ 1.根据教材P102希尔的实验,尝试补充完整希尔的实验表达式。 2.希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O？为什么？ 提示：不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。 O2 5.通过对资料2实验的分析，你可以得出什么结论？ 提示：CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。 3.若要证明O2全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？ 提示：可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。 4.请根据资料1大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。 提示：如图所示 6.暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？ 提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。 1.光合作用中元素的去向 2．光反应与暗反应之间的区别和联系 项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应 场所 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体的基质中 反应 速度 较快 较缓慢 与光的关系 必须在光下进行 不直接依赖光 项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 物质 变化 ①水的光解：H2O 2H＋＋1/2O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3C5＋(CH2O) ③ATP的水解： ATPADP＋Pi＋能量 ④NADPH的分解：NADPH NADP＋＋H＋＋2e－ 能量变化 光能→ATP和NADPH 中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 项目 光反应阶段 暗反应阶段 联系 (1)光反应为暗反应提供NADPH和ATP；(2)暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ eq \a\vs4\al(特别提醒) 光合作用产物理解的三个提醒 (1)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿素夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 (2)C3是指三碳化合物——3­磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖­1，5­二磷酸(RuBP)。 (3)光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 1．下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，以下相关叙述正确的是(　　) A．Y2的质量小于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的质量小于试管②的质量 解析：选B。Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3，A错误；④中小球藻含有(CH218O)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻的质量大于①，B正确；②和④中的水都为H218O，且含量相同，因此质量相等，C错误；在试管①和②原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②，D错误。 2．(2025·长治高一检测)如图是绿色高等植物的光合作用图解，下列说法正确的是(　　) A．①可代表光合色素，主要吸收蓝紫光 B．③是C3，还原时消耗的能量全部来自ATP C．④是ATP，在叶绿体基质中生成 D．⑤是NADPH，可作为③还原过程中的还原剂 解析：选D。①可代表光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，A错误；③是C3，还原时的能量来自ATP和NADPH，B错误；④是ATP，其形成场所是叶绿体的类囊体薄膜，C错误；⑤是NADPH，可以作为C3还原过程中的还原剂，并提供能量，D正确。 [材料情境]卡尔文利用小球藻作实验材料，通过实验发现如果光照下突然减少CO2供应，C3急剧减少而C5增加。 1．依据上述卡尔文小球藻实验，推测植物体在光合作用的过程中C3与C5之间有何关系。 提示：C3与C5之间是相互循环的。 2．结合光合作用原理，分析光照下突然减少CO2供应，C3急剧减少而C5增加的原因。 提示：突然减少CO2供应，导致暗反应中CO2的固定减少，生成的C3减少，消耗的C5减少，因此C3急剧减少而C5增加。 3．细胞中NADPH和ATP的含量如何变化？说明理由。 提示：NADPH和ATP含量增加。因为减少CO2供应，导致暗反应减弱，消耗的NADPH和ATP减少，而短期内光反应速率不变，生成NADPH和ATP的速率不变，因此细胞中NADPH和ATP含量增加。 4．若CO2的含量不变，突然增加光照强度，分析植物体在短时间内C3和C5的变化情况。 提示：若CO2的含量不变，增加光照强度，光反应变强，产生的NADPH和ATP增多，C3的还原加快，C3含量减少，C5生成增多。 1．环境条件改变时光合作用中各物质含量的变化 2．环境条件改变时光合作用各物质含量变化模型 (1)图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。 (2)图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。 (3)图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。 (4)图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。 3．光合作用过程中相关物质的变化规律 3．绿色植物叶肉细胞的光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，在光合作用过程中，若突然停止光照，则短时间内有关物质含量的变化正确的是(　　) A．C3升高，C5下降 B．ATP升高，NADPH下降 C．ADP升高，C3下降 D．NADPH下降，C5上升 解析：选A。正在进行光合作用的叶肉细胞突然停止光照，则光反应阶段的产物ATP和NADPH含量都会下降，C3由于ATP和NADPH的减少而还原速率下降，短时间内CO2固定形成C3的速率不变，故C3含量升高，同时C5含量减少。由于光反应停止，不再消耗ADP形成ATP，所以ADP增加。综上所述，A正确，B、C、D错误。 4.某阳生植物细胞在夏季某一晴天内的光合作用过程中，C3、C5含量的变化如图所示。若第二天中午天气由晴转阴，则该植物细胞叶绿体中C3、C5含量的变化分别相当于曲线中的(　　) A．c→d段(x)、b→c段(y) B．d→e段(x)、d→e段(y) C．d→e段(y)、c→d段(y) D．b→c段(y)、b→c段(x) 解析：选B。光照增强时，光反应增强，ATP、NADPH生成量增加，C3被还原成(CH2O)的过程和再生C5的过程增强，而CO2供应量不变，CO2固定消耗C5的量基本不变，所以C3减少、C5增加；光照减弱时则相反。由此判断x曲线表示的是C3在一天中的含量变化，y曲线表示的是一天中C5含量的变化。与晴天相比，阴天光照强度减弱，所以C3含量的变化如x曲线的d→e段，C5含量的变化如y曲线的d→e段，综上，B符合题意。 eq \a\vs4\al(教材拓展) 同位素标记法 同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律。 1．原理：同位素具有相同化学性质(质子数相同)和不同物理性质(中子数不同)，通过检测放射性或质量差异追踪物质转移途径。 2．常用标记元素：14C(光合/呼吸作用)、3H(蛋白质/DNA)、15N(DNA复制)、32P/35S(噬菌体侵染细菌的实验)。 3．应用方向：揭示生物代谢途径(如卡尔文循环)、验证生物大分子转移(如噬菌体侵染细菌的实验)、研究化学反应机理。 4．注意事项：选择半衰期合适的放射性同位素，实验中需严格防护。该方法通过“化学性质相同，物理信号可辨”的特点，使不可见的生化过程可视化，是生命科学研究的核心技术之一。 [考查角度] 同位素标记法常结合具体实验情境，主要考查知识迁移运用能力、过程分析中的科学思维、动态过程推理能力、探究能力和批判思维等。 人工光合系统 人工光合系统是指通过人工方法模拟光合作用生成有机物的技术，如图为一种将无机半导体与还原CO2的微生物催化剂相结合，利用太阳能高效还原CO2的人工光合系统。图中双极膜是特种离子交换膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成，可在直流电场的作用下，将复合层间的H2O解离为H＋和 OH－。生物阴极引入了特定的功能微生物——嗜氢产甲烷菌，可将CO2转化为CH4进一步利用。 题号 能力考查 素养考查 (1) 结构与功能观 生命观念 (2) 演绎推理与论证能力 科学思维 (3) 综合运用与创新能力 科学思维 (1)从发挥的作用看，光阳极相当于叶绿体中的__________。光阳极吸收光子并产生光生电子(e－)和“空穴”，“空穴”带________(填“正”或“负”)电。 (2)生物阴极在人工光合系统中对CO2起到了________________的作用。自光照开始，整个系统的能量转换过程是________________________________________________________________________用文字和箭头表示)。 (3)嗜氢产甲烷菌是专性厌氧菌，由此推测该系统中双极膜具有选择透过性，具体表现为__________________________________________________。 该人工光合系统在生态学上的重要意义是____________________________________________________________________________________________________________________________________________(答两点即可)。 解析：(1)由图可知，光阳极有O2产生，相当于叶绿体中的类囊体(或基粒)。由电子守恒可知，光阳极吸收光子并产生光生电子(e－)和“空穴”，“空穴”带正电。(2)生物阴极可将CO2转化为CH4，生物阴极在人工光合系统中对CO2起到了固定、还原的作用。自光照开始，整个系统的能量转换过程是光能→电能→甲烷中的化学能。(3)嗜氢产甲烷菌是专性厌氧菌，有氧条件会抑制其增殖，光阳极有O2产生，由此推测该系统中双极膜具有选择透过性，具体表现为只允许H＋、OH－通过，不允许O2通过，该人工光合系统可将CO2转化为CH4，在生态学上的重要意义是消耗CO2，有利于减弱温室效应；制备清洁能源，有利于减少空气污染。 答案：(1)类囊体(或基粒)　正　(2)固定、还原　光能→电能→甲烷中的化学能　(3)只允许H＋、OH－通过，不允许O2通过　消耗CO2，有利于减弱温室效应；制备清洁能源，有利于减少空气污染 【基础巩固练】 考点一　光合作用的探究历程 1．美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧，证明了光合作用(　　) A．制造了有机物 B．利用了根系吸收的水分 C．释放的氧气全部来自H2O D．释放的氧气全部来自CO2 解析：选C。美国科学家鲁宾和卡门用同位素18O分别标记H2O和CO2，发现只有标记H2O的一组产生了18O2，两组实验对照说明光合作用释放的氧气全部来自H2O。 2．卡尔文用14C标记参加光合作用的CO2，由此可以了解(　　) A．光能转化为糖类中的化学能 B．暗反应必须在无光条件下进行 C．光合作用释放的O2中氧元素的来源 D．碳原子转移途径为CO2→C3→糖类 解析：选D。卡尔文用经过14C标记的CO2供小球藻光合作用，追踪14C的去向，探明碳原子转移途径为CO2→C3→糖类，D符合题意。 3．1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气。像这样，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应称作希尔反应。下列关于希尔反应结论的说法，正确的是(　　) A．不能说明产生氧气是因为水的光解 B．说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水 C．说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应 D．说明ATP的合成与希尔反应有关系 解析：选C。由题干可知，希尔反应是离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应，故希尔的实验能说明产生氧气是因为水的光解，A错误；该实验仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气，并没有直接观察到氧元素的转移途径，B错误；希尔实验的悬浮液中只有H2O，没有CO2，不能合成糖类，因此该实验可说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，C正确；希尔反应中没有直接证明能量的转化关系，D错误。 考点二　光合作用的过程 4．在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其(　　) A．氧气的释放量 B．ATP的生成量 C．二氧化碳的消耗量 D．糖类的合成量 解析：选A。光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D错误。 5．如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解，下列分析错误的是(　　) A．该过程不直接依赖光，发生的场所为叶绿体基质 B．细胞呼吸过程中也产生物质A，同样具有还原剂的作用 C．CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类 D．突然降低二氧化碳浓度，短时间内C5的含量迅速上升 解析：选B。该过程是光合作用的暗反应阶段，不直接依赖光，发生的场所为叶绿体基质，A正确；细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用中产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，B错误；暗反应中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被还原生成(CH2O)，故碳原子转移途径是CO2→C3→(CH2O)，C正确；突然降低二氧化碳浓度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不变，所以短时间内C5的含量迅速上升，D正确。 6．如图是光合作用的过程图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是(　　) A．图中a过程发生在类囊体的薄膜上 B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加 C．c过程是CO2的固定，发生在叶绿体的基质中 D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原 解析：选B。图中a过程表示光反应，发生在类囊体的薄膜上，A正确；若光照突然停止，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，影响C3的还原，而短时间内不影响CO2的固定，叶绿体中F(C5)的含量会减少，B错误；c过程是CO2的固定，发生在叶绿体的基质中，C正确；E(C3)接受C(ATP)和NADPH释放的能量并被NADPH还原，D正确。 7．如图分别是叶绿体模型图和绿色植物光合作用过程图解，请据图回答下列问题： (1)吸收光能的色素分布在叶绿体的②________上。 (2)暗反应的场所是在____________中，暗反应需要光反应提供的物质是④______________和⑤______________。 (3)过程Ⅰ称为____________，过程Ⅰ中能量变化情况是__________________。 (4)过程Ⅳ称为____________，其代谢产物⑦是____________。 (5)夏日的午后，如果气温过高，叶片的气孔关闭，导致[　]____________供应大大减少，C3的产量随之________(填“增加”或“减少”)。 (6)光合作用过程的总反应式可概括为________________________________________________________________________。 解析：(1)吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，即图中②。(2)暗反应的场所是叶绿体基质，光反应为暗反应过程提供了NADPH和ATP，分别为图中的④⑤。(3)Ⅰ是光反应阶段，该阶段的能量变化是将光能转化成ATP和NADPH中的化学能。(4)据图分析可知，Ⅳ过程表示暗反应过程中C3的还原，代谢产物⑦是(CH2O)(或有机物)。(5)夏日的午后，如果气温过高，叶片的气孔关闭，导致CO2供应不足，CO2固定过程减弱，生成的C3减少，而C3仍然被还原，因此叶肉细胞中C3含量降低。(6)光合作用过程的总反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2。 答案：(1)类囊体薄膜　(2)叶绿体基质　NADPH　ATP　(3)光反应　光能转化成ATP和NADPH中的化学能　(4)C3的还原　(CH2O)(或有机物)　(5)⑥　CO2　减少　(6) 【综合提升练】 8．在对光合作用原理的探索历程中，科学家做过很多经典实验。下列说法错误的是(　　) A．恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用，并放出O2 B．希尔证明了叶绿体在适宜条件下能发生水的光解，并伴随有ATP的合成 C．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2来自H2O D．卡尔文利用14C标记的14CO2探明了暗反应阶段CO2中的碳转化为有机物中碳的途径 解析：选B。恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用，并放出O2，A正确；希尔证明了叶绿体在适宜条件下能发生水的光解，并没有发现ATP的合成，B错误；鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2，第二组向同种植物提供H218O和CO2，在其他条件都相同的情况下，结果表明，第一组释放的氧气全部是O2，第二组释放的氧气全部是18O2，证明了光合作用释放的氧气来自水，C正确；卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性14C去向，证明了光合作用中C的转移途径，即从CO2到C3再到糖类等有机物，D正确。 9．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列说法错误的是(　　) A．该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1 B．模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等 C．在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量更高 D．若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将减少 解析：选A。由题意知模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同，因此判断甲为C5，乙为C3。叶绿体通过光反应将光能转化成ATP、NADPH中活跃的化学能，据图可知，模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来执行相当于叶绿体中光反应的功能，A错误。由图可知，模块3模拟的是暗反应过程，因此模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等，B正确。因为该系统只产生糖类，不消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量更高，C正确。若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的合成减少，甲的合成不变，乙的含量将减少，D正确。 10．如图为光合作用过程示意图，相关叙述正确的是(　　) A．结构A中发生能量转化的场所是类囊体腔 B．供给14CO2，14C在化合物中的出现顺序为CO2→C3→甲 C．结构B中C5转化成C3过程中消耗ATP中的化学能 D．如果突然增加CO2供应，短时间内C5的含量将会增加 解析：选B。图中结构A是基粒，在类囊体薄膜上可发生光能转化为活跃化学能的过程，A错误；供给14CO2，14C在化合物中的出现顺序为CO2→C3→甲(糖类)，B正确；结构B是叶绿体基质，C5转化成C3的过程为CO2的固定过程，不消耗ATP，C3的还原过程消耗ATP中的化学能，C错误；如果突然增加CO2供应，有利于CO2的固定过程，消耗的C5增多，而C3还原形成C5的过程短时间内基本不受影响，所以短时间内C5的含量将会减少，D错误。 11．植入“生物电池”可使动物借助光合作用修复因能量不足而受损的细胞。科研人员利用菠菜叶肉细胞的类囊体制成纳米类囊体(NTU)，将其注入小鼠软骨受损的部位，治疗小鼠的骨关节炎，相关机制如图。下列叙述错误的是(　　) A．NTU膜上含有光合色素和与光反应相关的酶，能通过光反应合成ATP和NADPH B．光照条件下，图中受损的小鼠软骨细胞内的ATP可来自线粒体和NTU C．NTU产生的NADPH可以进入线粒体，在线粒体内膜上与O2结合生成水 D．此研究说明植物光反应固定的能量在一定情况下可直接用于动物细胞生命活动 解析：选C。NTU是由菠菜叶肉细胞中的类囊体制成的，类囊体薄膜上含有光合色素和光反应相关的酶等，能通过光反应合成ATP和NADPH，A正确；光照条件下，NTU中会合成ATP，线粒体也能提供细胞代谢所需要的ATP，故图中受损的小鼠软骨细胞内的ATP可来自线粒体和NTU，B正确；NTU产生的NADPH不可以进入线粒体与O2结合生成水，在线粒体内膜上与O2结合生成水的是NADH，C错误；此研究说明植物光反应过程中固定的能量在一定情况下可直接用于动物细胞生命活动，D正确。 12．卡尔文与同事利用14C探明光合作用中的碳固定途径。他们将小球藻放置在密闭容器中培养，然后将14CO2注入容器，隔一段时间取部分小球藻浸入热乙醇中杀死，提取溶液中的分子，利用双向纸层析法分离各种化合物，通过放射自显影分析带有放射性的物质。根据带有放射性物质出现的时间顺序就能知道暗反应中CO2参与生成的物质顺序。其中隔30 s和隔5 s的层析结果分别如图1、图2所示(注：图中阴影面积越大、颜色越深，表示放射性物质越多)。据图分析，回答下列问题： (1)CO2固定的场所是____________。CO2生成糖类需要光反应产生的____________________为其提供能量。 (2)根据双向层析结果推测图2中最先合成的化合物是____________。 (3)为了确定光合作用暗反应中固定CO2所形成的第一种化合物，应进一步进行的实验处理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)卡尔文对C3的分子结构进行分析后发现，形成的C3中只有一个碳原子带有放射性，另外两个碳原子则不带放射性，这说明C3不是由3个14CO2生成的，而是由一个14CO2和其他物质结合生成的(X物质＋CO2→C3)。为了进一步探究14CO2和什么物质结合生成C3，卡尔文在反应中将1%浓度的14CO2突然降低到0.003%浓度，检测部分物质的含量变化，结果如图3所示。 据图分析，这个X物质是________，判断依据是 __________________________________________________________。 解析：(1)CO2固定发生在暗反应，暗反应的场所是叶绿体基质。CO2生成糖类需要光反应产生的ATP和NADPH为其提供能量。(2)14CO2同化5 s的结果显示，PGA的阴影面积最大，表明放射性物质最多，故推测最先合成的化合物是PGA。(3)为了确定光合作用暗反应中固定CO2所形成的第一种化合物，应进一步进行的实验处理是缩短小球藻利用14C同化的时间，直到只出现一种化合物为止。(4)由题图可以看出，当CO2浓度突然下降时，RuBP(C5)即刻呈现上升趋势，随后随着C3含量下降而下降直到同步稳定，故这个X物质是RuBP(C5)。 答案：(1)叶绿体基质　ATP、NADPH　(2)PGA　(3)缩短小球藻利用14C同化的时间，直到只出现一种化合物为止　(4)RuBP(C5)　当CO2浓度突然下降时，RuBP(C5)即刻呈现上升趋势，随后随着C3含量下降而下降直到同步稳定 $