5.4 光合作用与能量转化（第2课时）（导学案）生物人教版必修1

5.4光合作用与能量转化(第2课时)（导学案） (1)阐明光合作用的概念和化学反应式，理解光合作用的实质。 (2)通过分析科学史实验（希尔反应、阿尔农、鲁宾和卡门、卡尔文等），概述光反应和暗反应的过程、场所、条件、物质与能量变化。 (3)比较光反应与暗反应的异同，说明两者的联系。 (4)说出化能合成作用的概念和实例，比较光合作用与化能合成作用的异同。 (5)分析环境条件改变时，光合作用中C₃、C₅、NADPH、ATP等物质含量的变化。 【教学重点】 (1)光反应和暗反应的过程、场所、条件及物质能量变化。 (2)光反应与暗反应的联系。 (3)化能合成作用的概念与实例。 【教学难点】 (1)光反应和暗反应中物质变化与能量转化的内在联系。 (2)环境条件改变时C₃、C₅等物质含量变化的分析。 阅读课本P102—P105，完成以下填空，在横线上写出答案。 (1)光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 (2)光合作用的化学反应式：CO₂+H₂O→(CH₂O)+O₂（条件：光能、叶绿体）。 (3)光反应阶段在类囊体薄膜上进行，需要光、色素、酶等条件，物质变化包括水的光解和ATP的合成。 (4)暗反应阶段在叶绿体基质中进行，需要ATP、NADPH、多种酶等条件，包括CO₂的固定和C₃的还原两个过程。 (5)光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP⁺。 (6)化能合成作用是指某些微生物利用无机物氧化时释放的化学能，将二氧化碳等无机物合成有机物的过程，实例有硝化细菌等。 一、实验探究→一、光合作用的原理和应用 阅读课本p102-105，小组合作完成以下任务。 【讨论】1.光合作用的概念及总反应式 概念:光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 总反应式: 【活动探究1】跟着科学家，构建光反应概念模型 史料1 科学家 实验过程 实验现象 1937英国植物学家希尔 制备了离体叶绿体悬浮液，通过抽真空处理除去CO2，保留H2O，向其中加入铁盐(Fe3+)并进行光照 Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体中释放出氧气。 【讨论】(1)Fe3+与什么物质结合被还原成Fe2+(用化学反应式表示) 史料2 科学家 实验过程 实验现象 1954年美国科学家阿尔农 在希尔实验制备的无CO2叶绿体悬浮液中加入ADP、Pi和NADP+(氧化型辅酶Ⅱ) 反应后产生了ATP和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。1957年，他又发现以上过程总是与水的光解有关。 【讨论】(1)结合资料1和资料2的化学反应说明，水的光解除了产生O2外,还产生了什么物质?(用化学反应式表示) [史料3]1941年鲁宾和卡门用一定比例的18O标记CO2和H2O，反应后检测释放的O2所含有的同位素标记的O2比例。实验结果见下表： 实验组 1 2 3 含18O的H2O(%) 0.85% 0.20% 0.20% 含18O的CO2(%) 0.61% 0.40% 0.57% 含18O的O2(%) 0.86% 0.20% 0.20% 【讨论】(1)表中数据有何规律?说明光合作用释放的O2来自光合作用的哪种反应物? 实验组2和实验组3: H20和O2所含¹⁸O比例分别相等; 实验组1: H2O和O2所含¹⁸O比例基本相等。 实验结论：光合作用释放的O2来自水 [史料4]将叶绿体从植物叶片提取出来，将其膜破坏、离心后获得绿色的类囊体和淡黄色的叶绿体基质，进行如下实验： 试管 添加物质 实验现象 之后添加物质 实验现象 试管1 (类囊体悬浮液) 等量的水和光照 有气体产生，且此气体可使卫生香复燃 氧化剂:2,6—二氯酚靛酚(一种蓝色染料，会被NADPH还原为无色)。 只有试管1为无色。 试管2 (叶绿体基质) 无变化 【讨论】(1)试管1产生的气体是什么? O2 【讨论】(2)试管1溶液颜色为无色，说明什么? 试管1产生NADPH 实验结论：光合作用的光反应在叶绿体类囊体薄膜上进行 【讨论】(3)基于上述实验，构建光反应模型 【活动探究2】跟着科学家，建构暗反应概念模型 [史料5]科学家瓦伯格对小球藻进行闪光实验，每组处理总时长均为135s，结果见下表。 小组 光合产物相对含量 A.先光照67.5 s，再暗处理67.5 s 50% B.先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各7.5 s 70% C.先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各3.75 s 94% D.持续光照135 s 100% 【讨论】(1)相同光照时间内哪组合成有机物产物最多? C组 【讨论】(2)对A、B、C三组的实验结果分析可知，光暗交替的频率越高，产物越多，这说明什么? 适当缩短光暗交替时间有助于提高光合产物相对含量 【讨论】(3)单位光照时间内，光暗交替的C组比一直光照的D组光合作用的产物更多说明了什么？ 光合作用反应中存在两个反应阶段，即“光反应”(需光)和“暗反应”(不需光)。 [史料6]卡尔文和他的同事继续开展以上实验，在正常光照下，停止CO2供应，C3的含量减少，C5含量上升。在CO2供应正常情况下，停止光照，C3含量上升，C5和葡萄糖同步减少。 【讨论】(1)上述实验现象说明，CO2是与什么物质生成C3?(用化学反应式表示) 【讨论】(2)停止光照，C3含量上升，C5含量下降，说明C3转化为C5和葡萄糖需要哪些物质参与？ [史料7]美国科学家卡尔文用14C标记的14CO2供给小球藻进行光合作用，示踪C的转移路径。每隔一段时间将小球藻用热乙醇杀死，并研磨提取研磨液，鉴定其中含14C的产物类型，结果见下表： 光照时间 显现的稳定产物 光照0.3 s后 含14C标记的C3 光照5 s后 含14C标记的C3、C5、葡萄糖 光照30 s后 含14C标记的多种化合物 【讨论】(1)请根据实验现象，用箭头和化合物依次表示出CO2中的C在叶绿体中的转移过程。 【讨论】(2)基于上述实验，构建暗反应模型 【筑基·必备知识通关】 1．下列关于光合作用的叙述，正确的是（） A．类囊体薄膜上发生的反应需要酶和色素 B．暗反应不需要光，不受光照强度影响 C．叶绿体固定的CO2全部用于合成葡萄糖 D．强光下光合速率不再上升的限制因素是光照强度 【答案】A 【详解】A、类囊体薄膜是光反应的场所，光反应需要色素吸收、传递和转化光能，同时ATP合成等过程需要酶的催化，A正确； B、暗反应虽然不需要光直接参与，但需要光反应提供的ATP和NADPH（[H]），光照强度会通过影响光反应产物的生成间接影响暗反应，B错误； C、叶绿体固定的CO2首先和C5结合生成C3，C3的还原产物除了葡萄糖等有机物外，还有一部分会重新生成C5用于暗反应的循环，C错误； D、强光下光合速率不再上升，说明光照强度已经不是限制因素，此时限制因素多为CO2浓度、温度、酶的数量等，D错误。 2．下列关于光合作用发现过程中的相关实验的叙述，错误的是（） A．萨克斯实验中对绿叶暗处理的目的是消耗掉叶片中的营养物质 B．鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验均应用了同位素标记法 C．恩格尔曼实验巧妙地用水绵和需氧细菌证明了氧气是由叶绿体产生的 D．卡尔文的小球藻实验探明光合作用中碳的转移途径为CO2→C3→（CH2O） 【答案】D 【详解】A、萨克斯实验中对绿叶进行暗处理（饥饿处理）的目的是消耗叶片中原有的淀粉等储存的营养物质，避免原有淀粉对实验中淀粉检测的干扰，A正确； B、鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，卡尔文用14C标记CO2，二者均采用了同位素标记法，B正确； C、恩格尔曼选择叶绿体呈螺旋带状的水绵、可指示氧气分布的需氧细菌为实验材料，通过极细光束照射实验，证明了氧气是由叶绿体产生的，叶绿体是光合作用的场所，C正确； D、卡尔文探明的光合作用暗反应中碳的完整转移途径为CO2→C3→(CH2O)+C5，D错误。 3．某种硝化细菌能将NH3氧化形成HNO2，并利用该过程释放的能量将无机物合成为有机物。则该种细菌（） A．具有核膜 B．含叶绿体 C．细胞壁含肽聚糖成分 D．可进行光合作用 【答案】C 【详解】A、原核生物没有以核膜为界限的细胞核，不存在核膜结构，A错误； B、原核生物仅含有核糖体一种细胞器，无叶绿体等复杂的细胞器，B错误； C、细菌类原核生物的细胞壁主要成分为肽聚糖，C正确； D、该细菌利用氧化NH3释放的化学能合成有机物，属于化能合成作用，它没有光合色素，也不利用光能，无法进行光合作用，D错误。 4．卡尔文循环即光合作用暗反应，是有机物合成的关键过程。下列关于暗反应叙述正确的是（） A．C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH B．CO2的固定过程需要消耗ATP C．暗反应不需要酶的催化 D．暗反应必须直接接受光照才能发生 【答案】A 【详解】A、暗反应中C3的还原过程需要光反应产生的ATP提供能量、NADPH作为还原剂并提供部分能量，A正确； B、CO2的固定是CO2与C5结合生成C3的过程，该过程不消耗ATP，ATP仅用于C3的还原阶段，B错误； C、暗反应包括CO2固定、C3还原等多个生化反应，所有过程都需要相应酶的催化，C错误； D、暗反应不需要直接接受光照，只要有光反应提供的ATP和NADPH，即使在无光条件下也能短暂进行，D错误。 5．光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应依靠光合色素吸收光能完成一系列化学反应。下列物质中，不属于光反应产物的是（） A．O2 B．NADPH C．（CH2O） D．ATP 【答案】C 【详解】A、O2是光反应中水光解的产物，不符合题意,A错误； B、NADPH是光反应的产物，可作为暗反应的还原剂，不符合题意，B错误； C、（CH2O）是暗反应的产物，不属于光反应产物，符合题意，C正确； D、ATP是光反应中光能转化形成的活跃化学能载体，属于光反应产物，不符合题意，D错误。 【拓能·关键能力进阶】 6．对甲、乙两种植物进行光合作用强度的测定得到如下曲线。下列说法不正确的是（） A．在连续阴雨的环境中，甲植物的生长受到较大影响 B．光照强度为M时，植物乙的总光合速率大于甲 C．光照强度大于1000（1x），限制植物乙光合速率的环境因素不再是光照强度 D．光照强度为0时，甲、乙植物产生ATP的细胞器只有线粒体 【答案】B 【详解】A、甲植物光补偿点、光饱和点更高，属于阳生植物，连续阴雨光照弱的环境中，甲的净光合速率更低，生长受到的影响更大，A正确； B、总光合速率=净光合速率+呼吸速率，光照强度为M时，甲、乙的净光合速率相等，但甲的呼吸速率（光照强度为0时CO2释放速率为10umol·m-2·s-1）大于乙的呼吸速率，因此甲的总光合速率大于乙，B错误； C、光照强度大于1000lx时，乙的净光合速率不再随光照强度升高而增加，说明乙已达到光饱和点，此时限制乙光合速率的环境因素不再是光照强度，C正确； D、光照强度为0时，植物不进行光合作用，只进行细胞呼吸，产生ATP的细胞器只有线粒体（细胞质基质可产生ATP但不属于细胞器），D正确。 7．科研人员研究了温度对人工种植的番茄幼苗光合作用与呼吸作用的影响，其他条件相同且适宜，实验结果如图所示。据图分析，下列说法错误的是（） A．P点时，叶肉细胞产生ATP的细胞器为叶绿体和线粒体 B．P点时，叶绿体吸收的CO2与线粒体产生的CO2相等 C．持续光照条件下，25℃最有利于番茄幼苗生长 D．若每天光照12小时黑暗12小时，20℃最有利于番茄幼苗生长 【答案】B 【详解】A、P点有光照，叶肉细胞同时进行光合作用和有氧呼吸，叶绿体光反应产生ATP，线粒体中进行有氧呼吸第二、三阶段产生ATP，细胞质基质虽也产生ATP但不属于细胞器，因此产生ATP的细胞器为叶绿体和线粒体，A正确； B、P点时净光合速率=呼吸速率，叶绿体吸收的CO2量为总光合速率=净光合速率+呼吸速率=2×呼吸速率，线粒体产生的CO2量等于呼吸速率，因此叶绿体吸收的CO2量是线粒体产生的2倍，B错误； C、持续光照条件下，有机物积累量由净光合速率决定，25℃时净光合速率最大，最有利于番茄幼苗生长，C正确； D、每天光照12h黑暗12h，有机物积累量=12×净光合速率-12×呼吸速率=12×(净光合速率-呼吸速率)，计算得20℃时净光合速率与呼吸速率的差值最大，积累有机物最多，最有利于生长，D正确。 8．科研人员进行了冬季温室中光照强度和CO2浓度对辣椒光合生理特性影响的探究。叶绿素含量可通过其对特定波长光的吸收值来衡量，实验设置及结果如图所示。下列说法错误的是（） A．与红光相比，选用蓝紫光测定叶绿素含量更为精确 B．适当提高光照强度和CO2浓度，有利于叶绿素的合成 C．丙组净光合速率最大，原因之一是气孔导度增大、胞间CO2充足 D．协同调控光照强度与CO2浓度，可实现大棚蔬菜高产稳产 【答案】A 【详解】A、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，但类胡萝卜素也主要吸收蓝紫光，若选用蓝紫光测定叶绿素含量，类胡萝卜素的吸收值会干扰测定结果，反而选用红光测定更为精确，A错误； B、对比各组叶绿素含量可知，适当提高光照强度和CO2浓度时叶绿素含量升高，说明该处理有利于叶绿素的合成，B正确； C、丙组为强光+高CO2浓度处理，其气孔导度最大，CO2进入叶肉细胞更充足，暗反应速率更高，是净光合速率最大的原因之一，C正确； D、由实验结果可知，强光和高CO2浓度协同处理时净光合速率最高，因此协同调控光照强度与CO2浓度，可提高作物产量，实现大棚蔬菜高产稳产，D正确。 9．如图是水稻光合作用基本过程的流程图，下列叙述错误的是（） A．阶段Ⅰ发生在叶绿体的类囊体薄膜上，阶段Ⅱ发生在叶绿体基质中 B．物质1为O2，物质2为NADPH，物质5为CO2 C．叶绿素b为黄绿色，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，在滤纸条上扩散的最慢，主要吸收红光和蓝紫光 D．突然停止CO2供应，短期内物质2和物质4均会减少 【答案】D 【详解】A、阶段Ⅰ为光合作用的光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，阶段Ⅱ为暗反应阶段，发生在叶绿体基质中，A正确； B、光反应中发生水的光解，产物为O2（物质1）和NADPH（物质2），暗反应中CO2（物质5）参与C5的固定过程，B正确； C、叶绿素b呈黄绿色，光合色素均分布在叶绿体的类囊体薄膜上；叶绿素b在层析液中溶解度最低，因此在滤纸条上扩散速度最慢；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，C正确； D、突然停止CO2供应，CO2固定过程受阻，C3（物质4）减少；同时C3生成量减少，C3还原消耗的NADPH（物质2）减少，短时间光反应仍在生成NADPH，因此物质2含量增加，D错误。 10．某严格厌氧的光合细菌在光线充足的条件下主要通过光合作用为自身供能。其光合作用过程如图所示，图中①~③表示反应过程。在光线充足、乙酸含量高的环境中，该菌会优先通过③进行光合作用。下列叙述错误的是（） A．①②属于光合作用的暗反应阶段 B．该菌进行光合作用的场所是细胞质基质 C．与高等植物相比，该菌特有的光反应产物有S、NADH D．优先通过③进行光合作用不利于提高能量利用效率 【答案】D 【详解】A、过程①是CO₂的固定，过程②是C₃的还原，二者均属于光合作用的暗反应阶段，A正确； B、该光合细菌属于原核生物，无叶绿体等复杂细胞器，进行光合作用的场所是细胞质基质，B正确； C、高等植物光反应的产物是O₂、ATP和NADPH，该菌光反应以H₂S为原料，产物为S、ATP和NADH，因此特有的光反应产物是S、NADH，C正确； D、过程③可利用乙酸（C₂）和CO₂直接合成C₃，减少了光反应产物ATP、NADH的消耗，更有利于提高能量利用效率，D错误。 【冲刺·核心素养拓展】 11．在揭示光合作用过程的科学史中，不同实验通过创新设计解决了关键问题。下列实验与其核心贡献对应正确的是（） A．恩格尔曼的实验——首次实现离体叶绿体的光反应研究 B．希尔的实验——证明离体的叶绿体在适当条件下可产生氧气 C．鲁宾与卡门的实验——用同位素追踪ATP合成的能量来源 D．阿尔农的实验——发现光反应与暗反应的耦联需完整细胞 【答案】B 【详解】A、恩格尔曼利用需氧细菌聚集部位证明叶绿体是光合作用场所，但未涉及离体叶绿体光反应研究，A错误； B、希尔的实验首次证明离体叶绿体在光下可产生氧气（即希尔反应），B正确； C、鲁宾与卡门利用同位素18O标记H2O和CO2，证明氧气来源于水，C错误； D、阿尔农的实验发现离体叶绿体在光下可合成ATP并用于暗反应（即光反应与暗反应耦联），无需完整细胞，D错误。 故选B。 12．为研究植物光合产物运输的特点，研究者进行了如下实验。将玉米以叶脉为界分为左半叶和右半叶（如下左图），用14CO2处理左半叶，成熟后收获果穗逐行检测其14C放射性强度和每行籽粒总重量，结果如下右图所示。根据结果推测不正确的是（） 注：黑柱和白柱之和为每行籽粒总重量（mg）；黑柱为每行籽粒14C总放射性（cpm）；果穗上1→10行的顺序是从左到右 A．叶片的光合产物主要运输到同侧的果实中 B．果穗中含有14C的有机物主要为糖类 C．如果用14C处理右半叶，黑白柱的数据不变 D．叶片中的光合产物会运输到果实中储存 【答案】C 【分析】光合作用在光下才能进行，光是光合作用不可缺少的条件，光合作用的场所是叶绿体，含有叶绿素的细胞在光下才能进行光合作用，光合作用的实质是把二氧化碳和水合成有机物，释放氧气，同时储存能量的过程。 【详解】A、由图2可知：14CO2处理左半叶，含14C的光合产物在果穗行间的分布比右半叶差异大，该实验的结果显示，植物光合产物的运输具有半侧分布的现象，主要运输到同侧的果实中，A正确； B、果穗中含有14C的有机物主要为糖类——淀粉，B正确； C、由图2可知：14CO2处理左半叶，含14C的光合产物在果穗行间的分布比右半叶差异大，如果用14C处理右半叶，黑白柱的数据会发生改变，C错误； D、叶片的光合产物主要运输到果实中，在果实中储存，D正确。 故选C。 13．某研究小组将生长状况相似的A、B两种植物置于相同密闭小室中，在最适温度下给予光照，每隔一段时间测定小室中CO2浓度，结果如图所示。下列分析错误的是（） A．15min之后，A积累的有机物比B更少 B．若升高实验温度，A、B的光合速率都会下降 C．当光照强度在bklx～cklx之间时，A、B光合作用强度的限制因素不同 D．在25～40min期间，两种植物的叶肉细胞光合作用所需要的CO2都来源于线粒体 【答案】D 【详解】A、图1中15min后，密闭小室内A植物对应的CO₂浓度高于B植物，说明A植物从密闭小室中固定吸收的CO₂更少，因此积累的有机物比B更少，A正确； B、题干明确实验是在最适温度下进行的，升高温度会使光合酶活性下降，因此A、B的光合速率都会下降，B正确； C、由图2可知，光照强度在b∼cklx之间时，A植物光合速率已经不再随光照强度升高而增加，限制A光合的因素是光照强度以外的因素（如CO₂浓度、酶含量等）；而B植物光合速率仍随光照强度升高而增加，限制B光合的因素是光照强度，二者限制因素不同，C正确； D、25~40min期间，小室CO₂浓度不变，代表整株植物的总光合速率等于总呼吸速率；但植物中存在很多不能进行光合作用的细胞（如根细胞），因此叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，叶肉细胞光合作用需要的CO₂，除来自线粒体的呼吸作用外，还来自外界的小室环境，D错误。 环境改变时物质含量变化分析 1. 分析方法：从光反应和暗反应的物质联系入手。光反应产生ATP和NADPH，用于暗反应中C₃的还原；暗反应产生ADP、Pi、NADP⁺，用于光反应。 2. 常见条件变化： 光照减弱：光反应减弱→ATP、NADPH减少→C₃还原受阻→C₃增多、C₅减少。 光照增强：光反应增强→ATP、NADPH增多→C₃还原加快→C₃减少、C₅增多。 CO₂供应减少：CO₂固定减弱→C₃生成减少→C₃减少、C₅积累增多；同时ATP、NADPH因消耗减少而积累。 CO₂供应增加：CO₂固定加快→C₃增多、C₅减少；ATP、NADPH消耗增多而减少。 3. 记忆口诀：“光少C₃多，CO₂少C₅多”。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.4光合作用与能量转化(第2课时)（导学案） (1)阐明光合作用的概念和化学反应式，理解光合作用的实质。 (2)通过分析科学史实验（希尔反应、阿尔农、鲁宾和卡门、卡尔文等），概述光反应和暗反应的过程、场所、条件、物质与能量变化。 (3)比较光反应与暗反应的异同，说明两者的联系。 (4)说出化能合成作用的概念和实例，比较光合作用与化能合成作用的异同。 (5)分析环境条件改变时，光合作用中C₃、C₅、NADPH、ATP等物质含量的变化。 【教学重点】 (1)光反应和暗反应的过程、场所、条件及物质能量变化。 (2)光反应与暗反应的联系。 (3)化能合成作用的概念与实例。 【教学难点】 (1)光反应和暗反应中物质变化与能量转化的内在联系。 (2)环境条件改变时C₃、C₅等物质含量变化的分析。 阅读课本P102—P105，完成以下填空，在横线上写出答案。 (1)光合作用是指绿色植物通过 ，利用 ，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 (2)光合作用的化学反应式： （条件：光能、叶绿体）。 (3)光反应阶段在 上进行，需要 等条件，物质变化包括水的光解和 。 (4)暗反应阶段在 中进行，需要 等条件，包括 和 两个过程。 (5)光反应为暗反应提供 ，暗反应为光反应提供 。 (6)化能合成作用是指某些微生物利用 ，将二氧化碳等无机物合成有机物的过程，实例有 等。 一、实验探究→一、光合作用的原理和应用 阅读课本p102-105，小组合作完成以下任务。 【讨论】1.光合作用的概念及总反应式 【活动探究1】跟着科学家，构建光反应概念模型 史料1 科学家 实验过程 实验现象 1937英国植物学家希尔 制备了离体叶绿体悬浮液，通过抽真空处理除去CO2，保留H2O，向其中加入铁盐(Fe3+)并进行光照 Fe3+被还原为Fe2+，同时离体的叶绿体中释放出氧气。 【讨论】(1)Fe3+与什么物质结合被还原成Fe2+(用化学反应式表示) 史料2 科学家 实验过程 实验现象 1954年美国科学家阿尔农 在希尔实验制备的无CO2叶绿体悬浮液中加入ADP、Pi和NADP+(氧化型辅酶Ⅱ) 反应后产生了ATP和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)。1957年，他又发现以上过程总是与水的光解有关。 【讨论】(1)结合资料1和资料2的化学反应说明，水的光解除了产生O2外,还产生了什么物质?(用化学反应式表示) [史料3]1941年鲁宾和卡门用一定比例的18O标记CO2和H2O，反应后检测释放的O2所含有的同位素标记的O2比例。实验结果见下表： 实验组 1 2 3 含18O的H2O(%) 0.85% 0.20% 0.20% 含18O的CO2(%) 0.61% 0.40% 0.57% 含18O的O2(%) 0.86% 0.20% 0.20% 【讨论】(1)表中数据有何规律?说明光合作用释放的O2来自光合作用的哪种反应物? [史料4]将叶绿体从植物叶片提取出来，将其膜破坏、离心后获得绿色的类囊体和淡黄色的叶绿体基质，进行如下实验： 试管 添加物质 实验现象 之后添加物质 实验现象 试管1 (类囊体悬浮液) 等量的水和光照 有气体产生，且此气体可使卫生香复燃 氧化剂:2,6—二氯酚靛酚(一种蓝色染料，会被NADPH还原为无色)。 只有试管1为无色。 试管2 (叶绿体基质) 无变化 【讨论】(1)试管1产生的气体是什么? 【讨论】(2)试管1溶液颜色为无色，说明什么? 【讨论】(3)基于上述实验，构建光反应模型 【活动探究2】跟着科学家，建构暗反应概念模型 [史料5]科学家瓦伯格对小球藻进行闪光实验，每组处理总时长均为135s，结果见下表。 小组 光合产物相对含量 A.先光照67.5 s，再暗处理67.5 s 50% B.先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各7.5 s 70% C.先光照后黑暗，光暗交替处理，时间各3.75 s 94% D.持续光照135 s 100% 【讨论】(1)相同光照时间内哪组合成有机物产物最多? 【讨论】(2)对A、B、C三组的实验结果分析可知，光暗交替的频率越高，产物越多，这说明什么? 【讨论】(3)单位光照时间内，光暗交替的C组比一直光照的D组光合作用的产物更多说明了什么？ [史料6]卡尔文和他的同事继续开展以上实验，在正常光照下，停止CO2供应，C3的含量减少，C5含量上升。在CO2供应正常情况下，停止光照，C3含量上升，C5和葡萄糖同步减少。 【讨论】(1)上述实验现象说明，CO2是与什么物质生成C3?(用化学反应式表示) 【讨论】(2)停止光照，C3含量上升，C5含量下降，说明C3转化为C5和葡萄糖需要哪些物质参与？ [史料7]美国科学家卡尔文用14C标记的14CO2供给小球藻进行光合作用，示踪C的转移路径。每隔一段时间将小球藻用热乙醇杀死，并研磨提取研磨液，鉴定其中含14C的产物类型，结果见下表： 光照时间 显现的稳定产物 光照0.3 s后 含14C标记的C3 光照5 s后 含14C标记的C3、C5、葡萄糖 光照30 s后 含14C标记的多种化合物 【讨论】(1)请根据实验现象，用箭头和化合物依次表示出CO2中的C在叶绿体中的转移过程。 【讨论】(2)基于上述实验，构建暗反应模型 【筑基·必备知识通关】 1．下列关于光合作用的叙述，正确的是（） A．类囊体薄膜上发生的反应需要酶和色素 B．暗反应不需要光，不受光照强度影响 C．叶绿体固定的CO2全部用于合成葡萄糖 D．强光下光合速率不再上升的限制因素是光照强度 2．下列关于光合作用发现过程中的相关实验的叙述，错误的是（） A．萨克斯实验中对绿叶暗处理的目的是消耗掉叶片中的营养物质 B．鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验均应用了同位素标记法 C．恩格尔曼实验巧妙地用水绵和需氧细菌证明了氧气是由叶绿体产生的 D．卡尔文的小球藻实验探明光合作用中碳的转移途径为CO2→C3→（CH2O） 3．某种硝化细菌能将NH3氧化形成HNO2，并利用该过程释放的能量将无机物合成为有机物。则该种细菌（） A．具有核膜 B．含叶绿体 C．细胞壁含肽聚糖成分 D．可进行光合作用 4．卡尔文循环即光合作用暗反应，是有机物合成的关键过程。下列关于暗反应叙述正确的是（） A．C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH B．CO2的固定过程需要消耗ATP C．暗反应不需要酶的催化 D．暗反应必须直接接受光照才能发生 5．光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应依靠光合色素吸收光能完成一系列化学反应。下列物质中，不属于光反应产物的是（） A．O2 B．NADPH C．（CH2O） D．ATP 【拓能·关键能力进阶】 6．对甲、乙两种植物进行光合作用强度的测定得到如下曲线。下列说法不正确的是（） A．在连续阴雨的环境中，甲植物的生长受到较大影响 B．光照强度为M时，植物乙的总光合速率大于甲 C．光照强度大于1000（1x），限制植物乙光合速率的环境因素不再是光照强度 D．光照强度为0时，甲、乙植物产生ATP的细胞器只有线粒体 7．科研人员研究了温度对人工种植的番茄幼苗光合作用与呼吸作用的影响，其他条件相同且适宜，实验结果如图所示。据图分析，下列说法错误的是（） A．P点时，叶肉细胞产生ATP的细胞器为叶绿体和线粒体 B．P点时，叶绿体吸收的CO2与线粒体产生的CO2相等 C．持续光照条件下，25℃最有利于番茄幼苗生长 D．若每天光照12小时黑暗12小时，20℃最有利于番茄幼苗生长 8．科研人员进行了冬季温室中光照强度和CO2浓度对辣椒光合生理特性影响的探究。叶绿素含量可通过其对特定波长光的吸收值来衡量，实验设置及结果如图所示。下列说法错误的是（） A．与红光相比，选用蓝紫光测定叶绿素含量更为精确 B．适当提高光照强度和CO2浓度，有利于叶绿素的合成 C．丙组净光合速率最大，原因之一是气孔导度增大、胞间CO2充足 D．协同调控光照强度与CO2浓度，可实现大棚蔬菜高产稳产 9．如图是水稻光合作用基本过程的流程图，下列叙述错误的是（） A．阶段Ⅰ发生在叶绿体的类囊体薄膜上，阶段Ⅱ发生在叶绿体基质中 B．物质1为O2，物质2为NADPH，物质5为CO2 C．叶绿素b为黄绿色，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，在滤纸条上扩散的最慢，主要吸收红光和蓝紫光 D．突然停止CO2供应，短期内物质2和物质4均会减少 10．某严格厌氧的光合细菌在光线充足的条件下主要通过光合作用为自身供能。其光合作用过程如图所示，图中①~③表示反应过程。在光线充足、乙酸含量高的环境中，该菌会优先通过③进行光合作用。下列叙述错误的是（） A．①②属于光合作用的暗反应阶段 B．该菌进行光合作用的场所是细胞质基质 C．与高等植物相比，该菌特有的光反应产物有S、NADH D．优先通过③进行光合作用不利于提高能量利用效率 【冲刺·核心素养拓展】 11．在揭示光合作用过程的科学史中，不同实验通过创新设计解决了关键问题。下列实验与其核心贡献对应正确的是（） A．恩格尔曼的实验——首次实现离体叶绿体的光反应研究 B．希尔的实验——证明离体的叶绿体在适当条件下可产生氧气 C．鲁宾与卡门的实验——用同位素追踪ATP合成的能量来源 D．阿尔农的实验——发现光反应与暗反应的耦联需完整细胞 12．为研究植物光合产物运输的特点，研究者进行了如下实验。将玉米以叶脉为界分为左半叶和右半叶（如下左图），用14CO2处理左半叶，成熟后收获果穗逐行检测其14C放射性强度和每行籽粒总重量，结果如下右图所示。根据结果推测不正确的是（） 注：黑柱和白柱之和为每行籽粒总重量（mg）；黑柱为每行籽粒14C总放射性（cpm）；果穗上1→10行的顺序是从左到右 A．叶片的光合产物主要运输到同侧的果实中 B．果穗中含有14C的有机物主要为糖类 C．如果用14C处理右半叶，黑白柱的数据不变 D．叶片中的光合产物会运输到果实中储存 13．某研究小组将生长状况相似的A、B两种植物置于相同密闭小室中，在最适温度下给予光照，每隔一段时间测定小室中CO2浓度，结果如图所示。下列分析错误的是（） A．15min之后，A积累的有机物比B更少 B．若升高实验温度，A、B的光合速率都会下降 C．当光照强度在bklx～cklx之间时，A、B光合作用强度的限制因素不同 D．在25～40min期间，两种植物的叶肉细胞光合作用所需要的CO2都来源于线粒体 环境改变时物质含量变化分析 1. 分析方法：从光反应和暗反应的物质联系入手。光反应产生ATP和NADPH，用于暗反应中C₃的还原；暗反应产生ADP、Pi、NADP⁺，用于光反应。 2. 常见条件变化： 光照减弱：光反应减弱→ATP、NADPH减少→C₃还原受阻→C₃增多、C₅减少。 光照增强：光反应增强→ATP、NADPH增多→C₃还原加快→C₃减少、C₅增多。 CO₂供应减少：CO₂固定减弱→C₃生成减少→C₃减少、C₅积累增多；同时ATP、NADPH因消耗减少而积累。 CO₂供应增加：CO₂固定加快→C₃增多、C₅减少；ATP、NADPH消耗增多而减少。 3. 记忆口诀：“光少C₃多，CO₂少C₅多”。 / 学科网（北京）股份有限公司 $