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2021学年第三章 细胞的代谢第五节 光合作用将光能转化为化学能第2课时导学案
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这是一份2021学年第三章 细胞的代谢第五节 光合作用将光能转化为化学能第2课时导学案，共11页。
①水的光解：
H2O eq \(――→,\s\up7(光),\s\d5(叶绿体)) 2H＋＋2e－＋ eq \f(1,2) O2
②ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up7(酶)) ATP
③NADPH的合成：
NADP＋＋H＋＋2e－ eq \(――→,\s\up7(酶)) NADPH
(2)能量变化：光能→ATP与NADPH中的化学能。
(3)场所：__光合膜__中。
(4)反应物：__H2O__、ADP、Pi、NADP＋等。
(5)生成物：__O2__、NADPH、__ATP__等。
(6)条件：色素、光、酶。
知识点二 碳反应
(1)过程(物质变化)
①CO2的固定：
CO2＋五碳糖 eq \(――→,\s\up7(酶)) 2个三碳酸分子
②三碳酸的还原：
2个三碳酸分子 eq \(――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶)) 2个__三碳糖__
③五碳糖的再生：
三碳糖 eq \(――→,\s\up7(酶)) __五碳糖__
(2)能量变化：ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。
(3)场所：__叶绿体基质__。
(4)反应物：__CO2__、__ATP__、NADPH等。
(5)产物：三碳糖。
(6)三碳糖的去向：在叶绿体内，三碳糖作为原料用于__淀粉__、__蛋白质__和__脂质__的合成；大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成__蔗糖__，供植物体所有细胞利用。
知识点三 光反应和碳反应之间的联系
光反应为碳反应提供__NADPH、ATP__，碳反应为光反应提供__ADP__、__Pi__和NADP＋，如图所示。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)用同位素18O标记的H2O，参与光合作用过程后，将在产物的葡萄糖中发现18O。( × )
(2)光反应产生的ATP在叶绿体内的转移方向为由叶绿体类囊体膜向叶绿体基质。( √ )
(3)光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将三碳酸分子还原为糖的能源物质。( √ )
(4)NADPH在碳反应中作为还原剂。( √ )
(5)卡尔文循环从一个五碳糖开始，循环的关键步骤是三碳酸被还原生成三碳糖。( √ )
2．案例分析：如图是植物光合作用图解，图中序号表示物质，A、B表示生理过程，据图回答问题。
(1)类囊体膜上的光合色素吸收光能，将水分子裂解成氧和H＋，其中的H＋进一步转化为高能态的[ ② ]__NADPH(或还原性氢)__，为碳反应提供能量。
(2)图中A表示的生理过程为__固定(或CO2的固定)__。
(3)美国人卡尔文用14C标记[ ③ ]__CO2(或二氧化碳)__， 追踪光合作用中碳元素的“行踪”。
(4)如果图中③表示的物质浓度突然下降，则三碳酸的浓度在短时间的变化趋势是__下降(或降低或变小或变少)__。
(5)据图分析，光强度主要是通过影响__光反应__， 进一步影响光合速率。
【解析】(1)光反应中水分子裂解成氧和H＋，其中的H＋和电子以及叶绿体基质中的NADP＋用于合成NADPH，还原氢属于高能化合物，为碳反应提供能量。(2)图中的A表示碳反应中的二氧化碳的固定。(3)达尔文用14C标记二氧化碳中的碳，追踪光合作用中碳元素的“行踪”，最终证明了二氧化碳中的碳转移到了有机物中。(4)图中的③二氧化碳的浓度下降，三碳酸的合成速率下降，而三碳酸的消耗速率不变，则短时间内三碳酸的含量下降。(5)光反应需要光照条件，因此光强度主要是通过影响光反应，进而影响光合速率。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 光合作用的过程分析))
【提醒】 (1)在叶绿体中，ATP、NADPH由类囊体膜向叶绿体基质移动；ADP和NADP＋由叶绿体基质向类囊体膜移动。
(2)NADPH既是能量(活跃化学能)的载体，也是还原剂。每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团，形成三碳糖。
(3)光合作用中碳反应的产物三碳糖，在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料而被利用，但大部分运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。
eq \a\vs4\al(典例) 如图是马铃薯下侧叶片光合作用产物的形成及运输示意图，其中A、B、C表示物质，①②③表示过程(其中③过程利用叶绿体膜上的磷酸转运器将三碳糖运出叶绿体)。马铃薯下侧叶片合成的有机物主要通过韧皮部运向块茎储藏。请回答：
(1)在光合色素的提取和分离实验中，制备色素提取液时加入__二氧化硅__可使研磨充分。若该植物长期处在缺Mg2＋的环境中，最后通过纸层析法获得的四条色素带中，从上往下数第__三、四__条色素带的颜色偏浅。
(2)图中的A、B分别代表__五碳糖__、__蔗糖__。在叶绿体内三碳糖除了合成C，还能作为合成__蛋白质和脂质__的原料而被利用。
(3)CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖是__三碳糖__；卡尔文循环与光反应关系密切相关，图中②过程需要光反应提供__ATP和NADPH__。
(4)若摘除一部分块茎，叶肉细胞液泡中的B含量会__增加__，原因是__蔗糖运出叶肉细胞的量减少，会更多地进入液泡__。
【解析】(1)在光合色素的提取和分离实验中，制备色素提取液时加入二氧化硅可使研磨充分。纸层析法中，滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，Mg2＋是组成叶绿素的必需成分，若该植物长期处在缺Mg2＋的环境中，最后通过纸层析法获得的四条色素带中，从上往下数第三、四条色素带的颜色偏浅。(2)据分析可知，图中的A、B分别代表五碳糖、蔗糖。据图可知，在叶绿体内三碳糖除了合成C，还能作为合成蛋白质和脂质的原料而被利用。(3)CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖是三碳糖；卡尔文循环与光反应关系密切相关，图中②过程需要光反应提供ATP和NADPH。(4)根据题意，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要通过韧皮部运向块茎储藏，如果摘除一部分块茎，会导致蔗糖运出叶肉细胞的量减少，进而会更多地进入液泡，因此叶肉细胞液泡中的B含量会增加。
1．下列关于植物光合作用的叙述，正确的是( B )
A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
B．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应
C．与冬季相比，植物在夏季光合作用强度高的主要原因是光照时间长
D．密闭玻璃容器中降低CO2供应，植物的光反应不受影响，但碳反应速率降低
【解析】氧气产生于叶绿体的类囊体膜，不是叶绿体外膜，A错误；光合作用的场所是叶绿体，光反应可以为碳反应提供NADPH和ATP，碳反应的底物还有CO2，故离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应，B正确；与冬季相比，植物在夏季光合作用强度高的主要原因是温度较高，C错误；密闭玻璃容器中降低CO2供应，碳反应速率会降低，从而抑制光反应的进行，D错误。
2．科学家提取出植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用过程(如下表，表中“＋”表示“有”或“添加”，“－”表示“无”或“不添加”)。下列条件下能产生三碳糖的是( D )
【解析】叶绿体的基质中进行碳反应阶段，碳反应需要光反应提供的ATP和NADPH，A错误；叶绿体的基粒只能进行光反应阶段，而三碳糖的产生必须在叶绿体基质中，B错误；光合作用产生三碳糖的过程一定需要光照，C错误；叶绿体的基粒进行光反应阶段：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。叶绿体的基质中进行碳反应阶段：CO2被五碳糖固定形成三碳酸，三碳酸在光反应提供的ATP和NADPH的作用下被还原生成三碳糖，D正确。
3．DCIP是一种染料分子，有氧化型和还原型两种状态。现将黑暗中制备的离体叶绿体加入含有适量氧化型DCIP(蓝色)蔗糖和磷酸缓冲液的溶液中并进行照光，水在光下被分解释放氧气，氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP(无色)，回答下列问题：
(1)上述过程模拟的是光合作用__光反应__阶段的反应，在自然情况下该反应阶段可为三碳糖的生成提供的能源物质是__ATP、NADPH__。叶绿体悬浮液中加入蔗糖的作用是__维持渗透压__，从而维持叶绿体正常的形态结构。
(2)照光一段时间DCIP全部被还原，此时悬浮液的颜色为__绿色__。在上述反应过程中，氧化型DCIP被还原是因为接受了水分解产生的__e－和H＋(或氢)__。
(3)抑制叶绿体__类囊体__部位的相关功能可减缓溶液颜色的变化。若去除溶液中的氧化型DCIP，叶绿体放氧速率会__变慢__。
【解析】(1)由题“水在光下被分解释放氧气，氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP(无色)”可知，该过程模拟的是光合作用光反应阶段，光反应阶段发生水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成，因此该反应阶段可为三碳糖的生成提供的能源物质是NADPH和ATP。叶绿体悬浮液中加入蔗糖的作用是维持渗透压，形成等渗溶液，防止叶绿体由于渗透作用吸水涨破，从而维持叶绿体正常的形态结构。(2)照光一段时间氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP(无色)，此时悬浮液的颜色为叶绿体的颜色，即绿色。氧化型DCIP被还原是因为接受了水分解产生的e－和H＋。(3)该过程模拟的是光合作用光反应阶段，而光反应过程发生在叶绿体内的类囊体膜上，因此抑制叶绿体类囊体部位的相关功能可减缓溶液颜色的变化。若去除溶液中的氧化型DCIP，叶绿体放氧速率会变慢。
eq \(\s\up7(),\s\d5( \a\vs4\al(光强度与CO2浓度的变化对三,碳酸、五碳糖含量的影响)))
【提醒】
上表只是对变化后短时间内各物质的相对含量的变化作讨论，而不是长时间，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降。
eq \a\vs4\al(典例) 将某植物栽培在适宜的光照、温度和CO2充足的条件下。如果将环境中CO2含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的三碳酸化合物、五碳糖和ATP含量的变化情况是( B )
A．上升、下降、上升 B．下降、上升、上升
C．下降、上升、下降 D．上升、下降、下降
【解析】CO2含量的改变直接影响的是碳反应中CO2的固定这个反应。CO2含量由高到低时，CO2的固定这个反应变弱，则这个反应的反应物(五碳糖)消耗减少，剩余的五碳糖相对增多，而三碳酸生成量减少。由于三碳酸的生成量减少，则又影响了三碳酸的还原，使得三碳酸的还原反应减弱，则消耗的NADPH和ATP量减少，短时间内光反应强度不变，所以NADPH和ATP剩余的量增多，生成物三碳糖减少。所以ATP的含量增多、三碳酸的含量减少、五碳糖的含量增多，即B正确，A、C、D错误。
1．某实验员在各项环境因素适宜时，进行光反应和碳反应之间的关系探究，在短时间内他改变了某一条件，得到如图所示的实验结果，则他改变的条件最可能是 ( A )
A.停止光照 B．提高温度
C．增加O2浓度 D．降低 CO2浓度
【解析】据图可知，三碳酸的含量增加，五碳糖的含量减少，可能的原因是CO2增多，CO2固定过程加快，或光照减少，NADPH和ATP减少，三碳酸的还原过程减慢；提高温度或增加O2浓度不会改变三碳酸和五碳糖的含量；降低 CO2浓度会导致三碳酸的含量减少，五碳糖的含量增加，选A。
2．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳酸化合物浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是( C )
A.叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．OA段叶肉细胞中吸收光能的结构是叶绿体的类囊体
C．AB段三碳酸化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．B点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞内无NADPH和ATP的供应
【解析】叶肉细胞碳反应阶段利用14CO2，其场所是叶绿体基质，A正确；叶绿体中吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，故OA段叶肉细胞中吸收光能的结构是叶绿体的类囊体，B正确；AB段三碳酸化合物浓度不变的原因是三碳酸化合物生成的量与被还原的量基本相等，达到动态平衡，C错误；刚进入黑暗条件时，光反应不能发生，不能合成ATP和NADPH，而二氧化碳的固定还在继续，导致三碳酸化合物含量上升，D正确。
3．下图是某种植物在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列叙述正确的是( C )
A.t2→t3，光反应速率限制了光合作用速率
B．t1→t2，O2释放量增多而CO2吸收量不变
C．t4后短暂时间内，叶绿体中五碳糖含量下降
D．t3→t4，光合速率的提高仅是碳反应增强的结果
【解析】t2→t3，碳反应速率限制了光合作用速率，A错误；t1→t2，光合作用速率增强，所以O2释放量增多，CO2吸收量增多，B错误；t4后短暂时间内，由于光照停止，导致NADPH和ATP的量减少，三碳酸还原量减少，进而叶绿体中五碳糖含量下降，C正确； t3→t4，光合速率的提高是碳反应和光反应都增强的结果，D错误。
1．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是( A )
A.物质a表示NADPH
B．物质b表示三碳酸
C．阶段Ⅰ表示碳反应
D．阶段Ⅱ在叶绿体类囊体膜上发生
【解析】光反应中，水的光解产生氧气、H＋和e－，其中H＋、e－和NADP＋结合成NADPH用于碳反应，因此物质a表示NADPH，A正确；在光反应阶段，ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up7(酶)) ATP，因此图中b表示ATP，B错误；图中阶段Ⅰ能够吸收、传递、转化光能，属于光合作用的光反应阶段，C错误；图中阶段Ⅱ能够发生二氧化碳的固定，并且生成糖类等有机物，属于光合作用的碳反应阶段，该过程进行的场所是叶绿体基质，D错误。
2．下列关于光合作用碳反应阶段的叙述，正确的是( D )
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸中的化学能
B．CO2可直接被 NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．光强度由强变弱时，短时间内叶绿体中的五碳糖含量会升高
D．被还原的三碳酸在相关酶的催化作用下，可再形成五碳糖
【解析】CO2的固定是将CO2与五碳糖反应生成三碳酸，该过程不消耗ATP，A错误；CO2需要与五碳糖结合形成三碳酸后，三碳酸可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类，B错误；光照减弱时，ATP和NADPH合成减少，三碳酸还原受阻，五碳糖生成减少，短时间内五碳糖去路不变，最终导致五碳糖含量降低，C错误；被还原的三碳酸在相关酶的催化作用下，能形成糖类和五碳糖，D正确。
3．下列关于光反应与碳反应的叙述不正确的是( B )
A．碳反应不需要光照，有光、无光都可以进行
B．光反应产生的产物都用于三碳酸的还原
C．碳反应能为光反应提供ADP
D．温度主要影响的是碳反应中酶的活性
【解析】碳反应阶段不需要光，有光、无光都可以进行，包括CO2的固定和三碳酸的还原，A正确；光反应产生的氧气不用于三碳酸的还原，B错误；碳反应能为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，C正确；温度主要影响的是碳反应中酶的活性，D正确。
4．如图表示某植物叶肉细胞中三碳酸和五碳糖浓度的变化情况，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段是某个环境条件降低引起的瞬时变化。下列分析正确的是( D )
A．Ⅰ阶段在类囊体膜上进行，Ⅱ阶段在叶绿体基质中进行
B．图中Ⅱ阶段的变化很可能是降低光强度引起的
C．图中物质甲转变成乙需要光反应提供的ATP和NADPH
D．达到最大光合作用强度时，所需最小光强度Ⅱ阶段的比Ⅰ阶段低
【解析】题图表示植物叶肉细胞中三碳酸和五碳糖浓度的变化情况，因此两个阶段均表示光合作用碳反应，发生在叶绿体基质中，A错误；当光强度降低时，短时间内光反应产生的NADPH、ATP减少，导致三碳酸的还原减少，而五碳糖与CO2反应生成的三碳酸不变，因此三碳酸含量上升，五碳糖含量下降。当CO2浓度降低时，短时间内光反应产生的NADPH、ATP不变，五碳糖与CO2反应生成的三碳酸减少，导致五碳糖的消耗减少，而三碳酸的还原继续进行，因此三碳酸含量下降，五碳糖含量上升。所以，图中Ⅱ阶段的变化很可能是降低CO2浓度引起的，B错误；图中甲是五碳糖，乙是三碳酸，甲转变成乙需要CO2，C错误；由题意可知，发生改变的是CO2浓度降低，达到最大光合作用强度时，Ⅱ阶段所需的光强度比Ⅰ阶段低，D正确。
5．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量__高于__(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是__C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%__；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要__光照__，这些反应发生的部位是叶绿体的__基质__。
(2)A、B、C三组处理相比，随着__光照和黑暗交替频率__的增加，使光下产生的__ATP和NADPH__能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
【解析】本题主要考查光合作用的过程。根据反应是否有光的参与，把光合作用过程分为光反应和碳反应，光反应发生在叶绿体的基粒(类囊体膜)上，光反应产生的ATP和NADPH被碳反应利用，碳反应过程是在叶绿体基质内，在多种酶催化下完成的，包括CO2的固定和三碳酸的还原等过程。碳反应为光反应提供ADP和Pi。碳反应不需光的参与，但需光反应产物ATP和NADPH，所以只要有ATP和NADPH，碳反应就可以持续进行，如同一植物处于两种不同情况下进行光合作用：甲为一直光照10分钟；乙为光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲<乙(碳反应时间长)。比较项目
光反应
碳反应
场所
类囊体膜
叶绿体基质
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
光、色素、酶、水
多种酶、CO2、NADPH、ATP
过程
利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH
将CO2还原为糖的一系列反应
物质变化
①水的光解：
H2O eq \(――→,\s\up7(光),\s\d5(叶绿体)) 2H＋＋2e－＋ eq \f(1,2) O2
②ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up7(酶)) ATP
③NADPH的合成：
NADP＋＋H＋＋2e－ eq \(――→,\s\up7(酶)) NADPH
①CO2的固定：
CO2＋五碳糖 eq \(――→,\s\up7(酶)) 2个三碳酸分子
②三碳酸分子的还原：
2个三碳酸分子 eq \(――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶)) 2个三碳糖
③五碳糖再生
能量变化
光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能
活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
完成标志
O2释放、ATP和NADPH的生成
糖类等有机物的生成
联系
光反应能为碳反应提供ATP、NADPH，碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。二者紧密联系，缺一不可
选项
场所
光照
CO2
ATP
NADPH
五碳糖
A.
基质
－
＋
－
＋
＋
B．
基粒
＋
＋
－
－
＋
C．
基质和基粒
－
＋
－
－
－
D．
基质和基粒
＋
＋
－
－
＋
项目
光照变强、
CO2不变
光照变弱、
CO2不变
光照不变、
CO2增多
光照不变、
CO2减少
三碳酸分子
↓
↑
↑
↓
五碳糖
↑
↓
↓
↑
NADPH、
ATP
↑
↓
↓
↑
三碳糖
↑
↓
↑
↓
①水的光解：
H2O eq \(――→,\s\up7(光),\s\d5(叶绿体)) 2H＋＋2e－＋ eq \f(1,2) O2
②ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up7(酶)) ATP
③NADPH的合成：
NADP＋＋H＋＋2e－ eq \(――→,\s\up7(酶)) NADPH
(2)能量变化：光能→ATP与NADPH中的化学能。
(3)场所：__光合膜__中。
(4)反应物：__H2O__、ADP、Pi、NADP＋等。
(5)生成物：__O2__、NADPH、__ATP__等。
(6)条件：色素、光、酶。
知识点二 碳反应
(1)过程(物质变化)
①CO2的固定：
CO2＋五碳糖 eq \(――→,\s\up7(酶)) 2个三碳酸分子
②三碳酸的还原：
2个三碳酸分子 eq \(――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶)) 2个__三碳糖__
③五碳糖的再生：
三碳糖 eq \(――→,\s\up7(酶)) __五碳糖__
(2)能量变化：ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。
(3)场所：__叶绿体基质__。
(4)反应物：__CO2__、__ATP__、NADPH等。
(5)产物：三碳糖。
(6)三碳糖的去向：在叶绿体内，三碳糖作为原料用于__淀粉__、__蛋白质__和__脂质__的合成；大部分三碳糖运至叶绿体外，并且转变成__蔗糖__，供植物体所有细胞利用。
知识点三 光反应和碳反应之间的联系
光反应为碳反应提供__NADPH、ATP__，碳反应为光反应提供__ADP__、__Pi__和NADP＋，如图所示。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)用同位素18O标记的H2O，参与光合作用过程后，将在产物的葡萄糖中发现18O。( × )
(2)光反应产生的ATP在叶绿体内的转移方向为由叶绿体类囊体膜向叶绿体基质。( √ )
(3)光反应产生的ATP和NADPH是碳反应中将三碳酸分子还原为糖的能源物质。( √ )
(4)NADPH在碳反应中作为还原剂。( √ )
(5)卡尔文循环从一个五碳糖开始，循环的关键步骤是三碳酸被还原生成三碳糖。( √ )
2．案例分析：如图是植物光合作用图解，图中序号表示物质，A、B表示生理过程，据图回答问题。
(1)类囊体膜上的光合色素吸收光能，将水分子裂解成氧和H＋，其中的H＋进一步转化为高能态的[ ② ]__NADPH(或还原性氢)__，为碳反应提供能量。
(2)图中A表示的生理过程为__固定(或CO2的固定)__。
(3)美国人卡尔文用14C标记[ ③ ]__CO2(或二氧化碳)__， 追踪光合作用中碳元素的“行踪”。
(4)如果图中③表示的物质浓度突然下降，则三碳酸的浓度在短时间的变化趋势是__下降(或降低或变小或变少)__。
(5)据图分析，光强度主要是通过影响__光反应__， 进一步影响光合速率。
【解析】(1)光反应中水分子裂解成氧和H＋，其中的H＋和电子以及叶绿体基质中的NADP＋用于合成NADPH，还原氢属于高能化合物，为碳反应提供能量。(2)图中的A表示碳反应中的二氧化碳的固定。(3)达尔文用14C标记二氧化碳中的碳，追踪光合作用中碳元素的“行踪”，最终证明了二氧化碳中的碳转移到了有机物中。(4)图中的③二氧化碳的浓度下降，三碳酸的合成速率下降，而三碳酸的消耗速率不变，则短时间内三碳酸的含量下降。(5)光反应需要光照条件，因此光强度主要是通过影响光反应，进而影响光合速率。
eq \(\s\up7(),\s\d5( 光合作用的过程分析))
【提醒】 (1)在叶绿体中，ATP、NADPH由类囊体膜向叶绿体基质移动；ADP和NADP＋由叶绿体基质向类囊体膜移动。
(2)NADPH既是能量(活跃化学能)的载体，也是还原剂。每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团，形成三碳糖。
(3)光合作用中碳反应的产物三碳糖，在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料而被利用，但大部分运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用。
eq \a\vs4\al(典例) 如图是马铃薯下侧叶片光合作用产物的形成及运输示意图，其中A、B、C表示物质，①②③表示过程(其中③过程利用叶绿体膜上的磷酸转运器将三碳糖运出叶绿体)。马铃薯下侧叶片合成的有机物主要通过韧皮部运向块茎储藏。请回答：
(1)在光合色素的提取和分离实验中，制备色素提取液时加入__二氧化硅__可使研磨充分。若该植物长期处在缺Mg2＋的环境中，最后通过纸层析法获得的四条色素带中，从上往下数第__三、四__条色素带的颜色偏浅。
(2)图中的A、B分别代表__五碳糖__、__蔗糖__。在叶绿体内三碳糖除了合成C，还能作为合成__蛋白质和脂质__的原料而被利用。
(3)CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖是__三碳糖__；卡尔文循环与光反应关系密切相关，图中②过程需要光反应提供__ATP和NADPH__。
(4)若摘除一部分块茎，叶肉细胞液泡中的B含量会__增加__，原因是__蔗糖运出叶肉细胞的量减少，会更多地进入液泡__。
【解析】(1)在光合色素的提取和分离实验中，制备色素提取液时加入二氧化硅可使研磨充分。纸层析法中，滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，Mg2＋是组成叶绿素的必需成分，若该植物长期处在缺Mg2＋的环境中，最后通过纸层析法获得的四条色素带中，从上往下数第三、四条色素带的颜色偏浅。(2)据分析可知，图中的A、B分别代表五碳糖、蔗糖。据图可知，在叶绿体内三碳糖除了合成C，还能作为合成蛋白质和脂质的原料而被利用。(3)CO2分子进入卡尔文循环后形成的第一个糖是三碳糖；卡尔文循环与光反应关系密切相关，图中②过程需要光反应提供ATP和NADPH。(4)根据题意，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要通过韧皮部运向块茎储藏，如果摘除一部分块茎，会导致蔗糖运出叶肉细胞的量减少，进而会更多地进入液泡，因此叶肉细胞液泡中的B含量会增加。
1．下列关于植物光合作用的叙述，正确的是( B )
A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
B．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应
C．与冬季相比，植物在夏季光合作用强度高的主要原因是光照时间长
D．密闭玻璃容器中降低CO2供应，植物的光反应不受影响，但碳反应速率降低
【解析】氧气产生于叶绿体的类囊体膜，不是叶绿体外膜，A错误；光合作用的场所是叶绿体，光反应可以为碳反应提供NADPH和ATP，碳反应的底物还有CO2，故离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应，B正确；与冬季相比，植物在夏季光合作用强度高的主要原因是温度较高，C错误；密闭玻璃容器中降低CO2供应，碳反应速率会降低，从而抑制光反应的进行，D错误。
2．科学家提取出植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用过程(如下表，表中“＋”表示“有”或“添加”，“－”表示“无”或“不添加”)。下列条件下能产生三碳糖的是( D )
【解析】叶绿体的基质中进行碳反应阶段，碳反应需要光反应提供的ATP和NADPH，A错误；叶绿体的基粒只能进行光反应阶段，而三碳糖的产生必须在叶绿体基质中，B错误；光合作用产生三碳糖的过程一定需要光照，C错误；叶绿体的基粒进行光反应阶段：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成。叶绿体的基质中进行碳反应阶段：CO2被五碳糖固定形成三碳酸，三碳酸在光反应提供的ATP和NADPH的作用下被还原生成三碳糖，D正确。
3．DCIP是一种染料分子，有氧化型和还原型两种状态。现将黑暗中制备的离体叶绿体加入含有适量氧化型DCIP(蓝色)蔗糖和磷酸缓冲液的溶液中并进行照光，水在光下被分解释放氧气，氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP(无色)，回答下列问题：
(1)上述过程模拟的是光合作用__光反应__阶段的反应，在自然情况下该反应阶段可为三碳糖的生成提供的能源物质是__ATP、NADPH__。叶绿体悬浮液中加入蔗糖的作用是__维持渗透压__，从而维持叶绿体正常的形态结构。
(2)照光一段时间DCIP全部被还原，此时悬浮液的颜色为__绿色__。在上述反应过程中，氧化型DCIP被还原是因为接受了水分解产生的__e－和H＋(或氢)__。
(3)抑制叶绿体__类囊体__部位的相关功能可减缓溶液颜色的变化。若去除溶液中的氧化型DCIP，叶绿体放氧速率会__变慢__。
【解析】(1)由题“水在光下被分解释放氧气，氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP(无色)”可知，该过程模拟的是光合作用光反应阶段，光反应阶段发生水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成，因此该反应阶段可为三碳糖的生成提供的能源物质是NADPH和ATP。叶绿体悬浮液中加入蔗糖的作用是维持渗透压，形成等渗溶液，防止叶绿体由于渗透作用吸水涨破，从而维持叶绿体正常的形态结构。(2)照光一段时间氧化型DCIP被还原生成还原型DCIP(无色)，此时悬浮液的颜色为叶绿体的颜色，即绿色。氧化型DCIP被还原是因为接受了水分解产生的e－和H＋。(3)该过程模拟的是光合作用光反应阶段，而光反应过程发生在叶绿体内的类囊体膜上，因此抑制叶绿体类囊体部位的相关功能可减缓溶液颜色的变化。若去除溶液中的氧化型DCIP，叶绿体放氧速率会变慢。
eq \(\s\up7(),\s\d5( \a\vs4\al(光强度与CO2浓度的变化对三,碳酸、五碳糖含量的影响)))
【提醒】
上表只是对变化后短时间内各物质的相对含量的变化作讨论，而不是长时间，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降。
eq \a\vs4\al(典例) 将某植物栽培在适宜的光照、温度和CO2充足的条件下。如果将环境中CO2含量突然降至极低水平，此时叶肉细胞内的三碳酸化合物、五碳糖和ATP含量的变化情况是( B )
A．上升、下降、上升 B．下降、上升、上升
C．下降、上升、下降 D．上升、下降、下降
【解析】CO2含量的改变直接影响的是碳反应中CO2的固定这个反应。CO2含量由高到低时，CO2的固定这个反应变弱，则这个反应的反应物(五碳糖)消耗减少，剩余的五碳糖相对增多，而三碳酸生成量减少。由于三碳酸的生成量减少，则又影响了三碳酸的还原，使得三碳酸的还原反应减弱，则消耗的NADPH和ATP量减少，短时间内光反应强度不变，所以NADPH和ATP剩余的量增多，生成物三碳糖减少。所以ATP的含量增多、三碳酸的含量减少、五碳糖的含量增多，即B正确，A、C、D错误。
1．某实验员在各项环境因素适宜时，进行光反应和碳反应之间的关系探究，在短时间内他改变了某一条件，得到如图所示的实验结果，则他改变的条件最可能是 ( A )
A.停止光照 B．提高温度
C．增加O2浓度 D．降低 CO2浓度
【解析】据图可知，三碳酸的含量增加，五碳糖的含量减少，可能的原因是CO2增多，CO2固定过程加快，或光照减少，NADPH和ATP减少，三碳酸的还原过程减慢；提高温度或增加O2浓度不会改变三碳酸和五碳糖的含量；降低 CO2浓度会导致三碳酸的含量减少，五碳糖的含量增加，选A。
2．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源，将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的三碳酸化合物浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是( C )
A.叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．OA段叶肉细胞中吸收光能的结构是叶绿体的类囊体
C．AB段三碳酸化合物浓度不变的原因是14CO2消耗殆尽
D．B点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶肉细胞内无NADPH和ATP的供应
【解析】叶肉细胞碳反应阶段利用14CO2，其场所是叶绿体基质，A正确；叶绿体中吸收光能的色素分布于类囊体薄膜上，故OA段叶肉细胞中吸收光能的结构是叶绿体的类囊体，B正确；AB段三碳酸化合物浓度不变的原因是三碳酸化合物生成的量与被还原的量基本相等，达到动态平衡，C错误；刚进入黑暗条件时，光反应不能发生，不能合成ATP和NADPH，而二氧化碳的固定还在继续，导致三碳酸化合物含量上升，D正确。
3．下图是某种植物在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列叙述正确的是( C )
A.t2→t3，光反应速率限制了光合作用速率
B．t1→t2，O2释放量增多而CO2吸收量不变
C．t4后短暂时间内，叶绿体中五碳糖含量下降
D．t3→t4，光合速率的提高仅是碳反应增强的结果
【解析】t2→t3，碳反应速率限制了光合作用速率，A错误；t1→t2，光合作用速率增强，所以O2释放量增多，CO2吸收量增多，B错误；t4后短暂时间内，由于光照停止，导致NADPH和ATP的量减少，三碳酸还原量减少，进而叶绿体中五碳糖含量下降，C正确； t3→t4，光合速率的提高是碳反应和光反应都增强的结果，D错误。
1．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是( A )
A.物质a表示NADPH
B．物质b表示三碳酸
C．阶段Ⅰ表示碳反应
D．阶段Ⅱ在叶绿体类囊体膜上发生
【解析】光反应中，水的光解产生氧气、H＋和e－，其中H＋、e－和NADP＋结合成NADPH用于碳反应，因此物质a表示NADPH，A正确；在光反应阶段，ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up7(酶)) ATP，因此图中b表示ATP，B错误；图中阶段Ⅰ能够吸收、传递、转化光能，属于光合作用的光反应阶段，C错误；图中阶段Ⅱ能够发生二氧化碳的固定，并且生成糖类等有机物，属于光合作用的碳反应阶段，该过程进行的场所是叶绿体基质，D错误。
2．下列关于光合作用碳反应阶段的叙述，正确的是( D )
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为三碳酸中的化学能
B．CO2可直接被 NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．光强度由强变弱时，短时间内叶绿体中的五碳糖含量会升高
D．被还原的三碳酸在相关酶的催化作用下，可再形成五碳糖
【解析】CO2的固定是将CO2与五碳糖反应生成三碳酸，该过程不消耗ATP，A错误；CO2需要与五碳糖结合形成三碳酸后，三碳酸可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类，B错误；光照减弱时，ATP和NADPH合成减少，三碳酸还原受阻，五碳糖生成减少，短时间内五碳糖去路不变，最终导致五碳糖含量降低，C错误；被还原的三碳酸在相关酶的催化作用下，能形成糖类和五碳糖，D正确。
3．下列关于光反应与碳反应的叙述不正确的是( B )
A．碳反应不需要光照，有光、无光都可以进行
B．光反应产生的产物都用于三碳酸的还原
C．碳反应能为光反应提供ADP
D．温度主要影响的是碳反应中酶的活性
【解析】碳反应阶段不需要光，有光、无光都可以进行，包括CO2的固定和三碳酸的还原，A正确；光反应产生的氧气不用于三碳酸的还原，B错误；碳反应能为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，C正确；温度主要影响的是碳反应中酶的活性，D正确。
4．如图表示某植物叶肉细胞中三碳酸和五碳糖浓度的变化情况，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段是某个环境条件降低引起的瞬时变化。下列分析正确的是( D )
A．Ⅰ阶段在类囊体膜上进行，Ⅱ阶段在叶绿体基质中进行
B．图中Ⅱ阶段的变化很可能是降低光强度引起的
C．图中物质甲转变成乙需要光反应提供的ATP和NADPH
D．达到最大光合作用强度时，所需最小光强度Ⅱ阶段的比Ⅰ阶段低
【解析】题图表示植物叶肉细胞中三碳酸和五碳糖浓度的变化情况，因此两个阶段均表示光合作用碳反应，发生在叶绿体基质中，A错误；当光强度降低时，短时间内光反应产生的NADPH、ATP减少，导致三碳酸的还原减少，而五碳糖与CO2反应生成的三碳酸不变，因此三碳酸含量上升，五碳糖含量下降。当CO2浓度降低时，短时间内光反应产生的NADPH、ATP不变，五碳糖与CO2反应生成的三碳酸减少，导致五碳糖的消耗减少，而三碳酸的还原继续进行，因此三碳酸含量下降，五碳糖含量上升。所以，图中Ⅱ阶段的变化很可能是降低CO2浓度引起的，B错误；图中甲是五碳糖，乙是三碳酸，甲转变成乙需要CO2，C错误；由题意可知，发生改变的是CO2浓度降低，达到最大光合作用强度时，Ⅱ阶段所需的光强度比Ⅰ阶段低，D正确。
5．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量__高于__(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是__C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%__；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要__光照__，这些反应发生的部位是叶绿体的__基质__。
(2)A、B、C三组处理相比，随着__光照和黑暗交替频率__的增加，使光下产生的__ATP和NADPH__能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
【解析】本题主要考查光合作用的过程。根据反应是否有光的参与，把光合作用过程分为光反应和碳反应，光反应发生在叶绿体的基粒(类囊体膜)上，光反应产生的ATP和NADPH被碳反应利用，碳反应过程是在叶绿体基质内，在多种酶催化下完成的，包括CO2的固定和三碳酸的还原等过程。碳反应为光反应提供ADP和Pi。碳反应不需光的参与，但需光反应产物ATP和NADPH，所以只要有ATP和NADPH，碳反应就可以持续进行，如同一植物处于两种不同情况下进行光合作用：甲为一直光照10分钟；乙为光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲<乙(碳反应时间长)。比较项目
光反应
碳反应
场所
类囊体膜
叶绿体基质
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
光、色素、酶、水
多种酶、CO2、NADPH、ATP
过程
利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH
将CO2还原为糖的一系列反应
物质变化
①水的光解：
H2O eq \(――→,\s\up7(光),\s\d5(叶绿体)) 2H＋＋2e－＋ eq \f(1,2) O2
②ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量 eq \(――→,\s\up7(酶)) ATP
③NADPH的合成：
NADP＋＋H＋＋2e－ eq \(――→,\s\up7(酶)) NADPH
①CO2的固定：
CO2＋五碳糖 eq \(――→,\s\up7(酶)) 2个三碳酸分子
②三碳酸分子的还原：
2个三碳酸分子 eq \(――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶)) 2个三碳糖
③五碳糖再生
能量变化
光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能
活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
完成标志
O2释放、ATP和NADPH的生成
糖类等有机物的生成
联系
光反应能为碳反应提供ATP、NADPH，碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。二者紧密联系，缺一不可
选项
场所
光照
CO2
ATP
NADPH
五碳糖
A.
基质
－
＋
－
＋
＋
B．
基粒
＋
＋
－
－
＋
C．
基质和基粒
－
＋
－
－
－
D．
基质和基粒
＋
＋
－
－
＋
项目
光照变强、
CO2不变
光照变弱、
CO2不变
光照不变、
CO2增多
光照不变、
CO2减少
三碳酸分子
↓
↑
↑
↓
五碳糖
↑
↓
↓
↑
NADPH、
ATP
↑
↓
↓
↑
三碳糖
↑
↓
↑
↓
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