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2024届高考生物一轮复习教案第三单元细胞的能量供应和利用第4课时探索光合作用及其过程（苏教版）
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这是一份2024届高考生物一轮复习教案第三单元细胞的能量供应和利用第4课时探索光合作用及其过程（苏教版），共17页。教案主要包含了易错辨析，填空默写，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1．探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用过程
(1)光合作用过程图解
源于必修1 P88正文：①叶绿体中的各种光合色素都能吸收光能，但只有某些基态叶绿素分子可以将光能转化为电能。
②光反应过程包括水的裂解、电子传递、ATP生成和NADP＋还原，能量转换是把光能转换为电能再转换为活跃的化学能。暗反应是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸丙糖的复杂生化反应，在能量转换方面把活跃的化学能转化为稳定的化学能储存在糖类中。
(2)反应式
①产物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2。
②产物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
③元素的转移途径
a．H：3H2Oeq \(――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(――→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。
b．C：14CO2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。
c．O：H218Oeq \(――→,\s\up7(光反应))18O2；C18O2eq \(―――――→,\s\up7(CO2的固定))C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(CH218O)。
源于必修1 P89“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“来源－去路”法
(2)“模型法”
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。
考向一 光合作用过程的综合考查
1．下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是( )
A．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统
B．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中
C．在ATP合酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP
D．PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH
答案 B
解析 分析图示可知，光反应过程将吸收的一部分光能转换为活跃的化学能储存在ATP中，还有一部分储存在NADPH中，B错误。
2．(多选)下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是( )
A．Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少
B．暗反应中磷酸丙糖的合成不需要消耗光反应产生的ATP
C．叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的
D．农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
答案 BD
解析 据图示信息，磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体，因此Pi输入叶绿体减少，说明磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程受阻，即输出减少，A正确；光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程，由图示可知，该过程能合成磷酸丙糖，B错误；由图示可知，叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式运出细胞，C正确；根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
3．正常生长的小球藻，照光培养一段时间后，改为在绿光下继续培养，此后小球藻细胞的叶绿体内会发生的变化是( )
A．H2O在光下分解速率不变
B．卡尔文循环增强
C．ADP/ATP比值上升
D．C3/C5比值下降
答案 C
解析 改为在绿光下继续培养，导致光反应减弱，H2O在光下分解速率下降，A错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，导致卡尔文循环减弱，ADP/ATP比值上升，B错误，C正确；C3还原成C5的量减少，但C5的消耗量暂时不变，所以C5含量减少，C3/C5比值上升，D错误。
4．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。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________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是___________________________________________________；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________。
(2)比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的__________________________________________________________________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中__________________________________________。
答案 (1)高于 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% 光照 (2)ATP和NADPH CO2的同化量
解析 (2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，其将水分解，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
方法技巧 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A．Rubisc存在于细胞质基质中
B．激活Rubisc需要黑暗条件
C．Rubisc催化CO2固定需要ATP
D．Rubisc催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisc参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisc的激活对光无要求，B错误；Rubisc催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisc催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2．(2020·江苏，27节选)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题：
(1)在叶绿体中，光合色素分布在__________上；在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和________。
(2)上图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在____________中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于____________。
(3)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自________；根瘤中合成ATP的能量主要来自________的分解。
(4)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是_____________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体膜 C5 (2)叶绿体基质 细胞质基质 (3)光能 糖类 (4)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小)
解析 (1)在叶绿体中，吸收光能的光合色素分布在光反应的场所——类囊体膜上；CO2的固定是CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3，故直接参与CO2固定的化学物质有H2O和C5。(2)CO2的固定发生在暗反应过程中，所以催化固定CO2形成PGA的酶应存在于暗反应的场所——叶绿体基质中。PGA还原成TP运出叶绿体后合成蔗糖，所以催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中。(3)叶绿体中光反应合成ATP的能量来自光能。根瘤中合成ATP的能量主要来自呼吸作用中糖类的分解。(4)与葡萄糖相比，蔗糖为二糖，对渗透压的影响相对较小，而且为非还原糖，性质较稳定，所以蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物。
3．(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是__________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是________________________________________________________________________。
(3)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________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是_____________________________。
人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析 分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2为电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，相当于光合作用过程中突然停止供应CO2，CO2的固定受阻，进而导致乙(C3)的合成量减少，短时间内C3的还原正常进行，消耗量不变，C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。(3)植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。(4)干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。
4．(2021·江苏，20)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题：
(1)叶绿体在______________上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是____________________。
(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳化合物，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生________；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了__________个CO2分子。
(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为__________中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14 d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定并计算光合放氧速率(单位为μmlO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。
答案 (1)类囊体膜 叶绿素、类胡萝卜素
(2)C5 12 (3)NADPH ATP (4)①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮 ②减少叶片差异造成的误差 ③叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)
解析 (3)NADPH起还原剂的作用，含有还原能，细胞呼吸过程中释放的能量用于合成ATP中的化学能和产生热能。(4)设计实验遵循单一变量原则、对照原则、等量原则，对照组为在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮溶液。对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的原因是减少叶片差异造成的误差。称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定叶绿素的含量。
一、易错辨析
1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( × )
2．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体膜( × )
3．光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量( × )
4．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( × )
二、填空默写
1．请根据光合作用的基本过程，填充下图：
2．请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
课时精练
一、单项选择题
1．下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是( )
A．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水
B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧细菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．鲁宾和卡门的实验中，改变水中H218O的所占比例，植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
答案 A
解析 希尔的实验说明水的光解产生氧气，但没有探究CO2的相关实验，故不能说明植物光合作用产生的氧气全部来自水，A错误。
2．(2023·泰州高三质检)科学家在我国腾冲热泉中分离得到硫细菌，这些细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。下列关于硫细菌的叙述，错误的是( )
A．硫细菌和硝化细菌的同化作用类型均为自养型
B．硫细菌能利用化学能将CO2和水合成糖类
C．硫细菌拟核中含有环状DNA
D．硫细菌的生物膜系统实现细胞的区室化和功能专一化
答案 D
解析 硫细菌和硝化细菌都能通过氧化无机物释放的能量来制造有机物，同化作用类型均为自养型，A正确；据题意可知，硫细菌通过氧化硫化物产生化学能将CO2和水合成糖类，B正确；硫细菌是原核生物，原核细胞没有以核膜为界限的细胞核，在拟核中含有环状DNA，C正确；硫细菌是原核生物，不具有生物膜系统，D错误。
3．(2023·江苏海安高级中学高三练习)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是( )
A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C．推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸
D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
答案 D
解析 热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用进行的程度，B正确；放射性最先在3－磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。
4．为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是( )
A．黑暗的目的是为了与光照作对照
B．pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体基质的环境
C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
答案 D
解析 实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；实验结果看出，pH平衡前，加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi后不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的原动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
5．下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制
答案 A
解析 过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。
6．如图为植物的叶肉细胞中叶绿体部分结构示意图，其中PSⅡ和PSⅠ都是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用。下列相关叙述正确的是( )
A．图中表示了分布在叶绿体内膜上的PSⅡ、PSⅠ和ATP合酶系统
B．自然界中能发生光合作用的生物，不一定都具有图中所示的结构
C．ATP合酶可将H＋逆浓度梯度跨膜转运从而促进ADP和Pi合成ATP
D．图示结构上发生的能量转换是光能→活跃的化学能→稳定的化学能
答案 B
解析 PSⅡ和PSⅠ都是由蛋白质和光合色素组成的复合物，分布在叶绿体类囊体膜上，A错误；自然界中能发生光合作用的生物，不一定具有叶绿体，如蓝细菌，B正确；H＋顺浓度梯度转运出类囊体并产生能量，促进ADP和Pi合成ATP，C错误；图示为光反应阶段，其能量转换是光能→活跃的化学能，D错误。
7．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是( )
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
答案 A
解析 在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误；具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确；晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2,14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→(14CH2O)，C正确；由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D正确。
8．(2023·江苏镇江高三检测)如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．图中Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D．图中Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
答案 D
解析 根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，图中Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，D正确。
二、多项选择题
9．光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应。如图为某高等植物细胞光合作用过程示意图，a、b、c、d、e、f分别表示光合作用不同阶段中的物质。下列相关叙述正确的是( )
A．图中的膜结构为叶绿体的内膜，膜上分布有吸收光能的四种色素
B．物质b顺浓度梯度跨膜运输，并供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量
C．d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c为该过程的进行提供的物质是氢
D．若将图中的光照撤离，则短时间内d、e的含量将增加，f的含量将降低
答案 BC
解析 由图示信息可知，图中为光合作用过程，所以膜结构为叶绿体的类囊体膜，膜上分布有吸收光能的四种色素，A错误；物质b为H＋，其顺浓度梯度跨膜运输，供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量，B正确；d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c(NADPH)为该过程的进行提供的物质是氢，C正确；若将图中的光照撤离，则短时间内光反应停止，使d→f过程减慢，而e→d过程继续进行，所以d的含量将增加，e、f的含量将减少，D错误。
10．(2023·江苏扬州高三检测)淀粉和蔗糖是光合作用的主要终产物，其合成过程如图所示。细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，该过程是由位于液泡膜上的蔗糖载体介导的逆蔗糖浓度梯度运输。下列说法不正确的是( )
A．参与蔗糖生物合成的酶位于叶绿体基质中
B．呼吸抑制剂不会抑制蔗糖进入液泡的过程
C．细胞质基质中Pi不会影响叶绿体中的淀粉的合成量
D．磷酸丙糖的输出量过多会影响C5的再生，使暗反应速率下降
答案 ABC
解析 细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，故参与蔗糖生物合成的酶位于细胞质基质中，A错误；结合题意“逆蔗糖浓度梯度运输”可知，蔗糖进入液泡的方式为主动运输过程，故呼吸抑制剂可以通过抑制呼吸作用影响能量供应，进而抑制蔗糖进入液泡的过程，B错误；结合题图分析可知，当细胞质基质中Pi浓度降低时，会抑制磷酸丙糖从叶绿体中运出，从而促进淀粉的合成， C错误；据图可知，磷酸丙糖的输出量增多会影响C5的再生，使暗反应速率下降，D正确。
11．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，它会随太阳的运动和枝叶的摆动而移动。如图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的有关曲线，此曲线说明( )
A．“光斑”照射前，光合作用已经进行
B．“光斑”照射开始后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．“光斑”照射后，O2释放速率的变化说明暗反应对光反应有抑制作用
D．CO2曲线ab段的变化说明进行暗反应与光照无关
答案 AC
解析 “光斑”照射前，有O2释放，说明已经进行光合作用，A正确；“光斑”照射开始后，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率相对较慢，说明光反应和暗反应不是同步增加的，B错误；光斑照射后，氧气的释放量下降，说明暗反应对光反应有抑制作用，C正确；ab段“光斑”移开，光照减弱，二氧化碳的吸收速率下降，说明暗反应的进行与光照有关，D错误。
三、非选择题
12．(2023·江苏连云港高三模拟)下图为光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递，PQ、Cytbf、PC是相关蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。据图回答下列问题：
(1)上图说明生物膜具有________________________________功能。与植物细胞质膜上的蛋白质相比，类囊体膜上的蛋白质具有的独特功能是________________________________。
(2)O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过____________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。在光系统Ⅰ中发生的物质变化是__________________________。NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自____________(填光系统名称)吸收和转换的光能。
(3)类囊体膜上的ATP合成酶是一种可逆性复合酶，既能利用__________________(能量)合成ATP，又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。线粒体和细菌中的ATP合成酶分布的场所分别是__________________。
(4)某种农药与PQ竞争限制了电子传递的速率，若用该农药处理破坏内外膜的叶绿体，会导致ATP的含量____________(填“显著上升”“显著下降”或“不变”)。
答案 (1)控制物质进出、能量转化、催化 传递电子，在光能转换中发挥作用 (2)PSⅡ NADP＋＋H＋→NADPH PSⅠ和PSⅡ (3)H＋提供的电化学势能(质子动力势) 线粒体内膜、细胞质膜
(4)显著下降
13．甲醛是家装的主要污染物，对动植物细胞均有毒害作用。科研人员为提高室内观赏植物天竺葵吸收甲醛的能力，将酵母菌的DAS蛋白基因和DAK蛋白基因导入天竺葵的叶绿体中，转基因后甲醛同化途径如下图所示。请回答下列问题：
(1)图中物质①是__________________。
(2)转基因天竺葵同化甲醛的两条途径：①甲醛→________→淀粉；②甲醛→____________→淀粉。
(3)据图分析，DAS基因和DAK基因转化成功会对光合作用____________过程产生直接影响。
(4)为了进一步测定转基因天竺葵同化甲醛的能力，研究人员取生长良好、株龄和长势一致的天竺葵，置于含相同浓度甲醛的玻璃容器中胁迫处理24 h，同时以未放入天竺葵的空容器和容器外的天竺葵为对照，测定容器内的甲醛浓度和叶片的气孔导度，结果如下图。
①实验结果表明转基因天竺葵吸收甲醛的能力比非转基因天竺葵__________，其主要原因是________________基因成功表达，增加了甲醛的同化途径。
②转基因天竺葵在18：00至次日8：00时段内吸收甲醛的能力明显降低，结合甲醛转化途径，分析其原因可能是_______________________________________________________。
③实验结果表明天竺葵在有甲醛环境中气孔导度会发生明显变化，其意义是______________________________________________________________。
答案 (1)ADP、Pi、NADP＋ (2)3－磷酸甘油醛 二羟丙酮→磷酸二羟丙酮 (3)暗反应 (4)①强 DAS基因和DAK ②此时段天竺葵光合作用弱，产生的5－磷酸木酮糖少 ③减少甲醛的吸收，降低甲醛对植物细胞的毒害
解析 (1)图中物质①是参与暗反应三碳化合物(C3)还原过程的产物，则①是ADP、Pi、NADP＋，可被光反应重新利用。(4)①由容器内剩余甲醛浓度曲线图可知，随着时间的延长，放置天竺葵的容器内甲醛浓度均下降，放置转基因天竺葵的容器内甲醛浓度下降得更明显，表明转基因天竺葵吸收甲醛的能力比非转基因天竺葵的更强。结合题干信息分析可知，转基因天竺葵的叶绿体中导入了酵母菌的DAS基因和DAK基因，两种基因成功表达可使转基因天竺葵的叶绿体中存在DAS酶和DAK酶，增加了甲醛的同化途径。②在当日18：00至次日8：00时段内，天竺葵光合作用弱，产生的5－磷酸木酮糖少，转基因天竺葵吸收甲醛的能力明显降低。③结合两曲线图分析可知，甲醛浓度较高时，天竺葵气孔导度较低，这样可以减少空气中甲醛进入植物体内，避免甲醛对植物细胞的伤害。时间/发现者
内容
1627～1632年海尔蒙特
光合作用需要水
1779年英格豪斯
光合作用产生O2
1864年萨克斯
光合作用产生淀粉
1937年希尔
在离体叶绿体的悬液中加入草酸铁，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门
用同位素标记法研究了光合作用中氧气的来源：H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
19世纪80年代恩格尔曼
光合作用的场所在叶绿体中，叶绿体中含有吸收红光和蓝光的物质，并在光下产生O2
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
①2H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))O2＋4H＋＋4e－
②NADP＋＋H＋＋2e－eq \(――→,\s\up7(酶))NADPH
③ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(色素、酶))ATP
①CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
②2C3eq \(――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5
能量变化
联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
实验步骤的目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
①____________________________________
②_____________________________
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③_____________________________
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定
1．探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用过程
(1)光合作用过程图解
源于必修1 P88正文：①叶绿体中的各种光合色素都能吸收光能，但只有某些基态叶绿素分子可以将光能转化为电能。
②光反应过程包括水的裂解、电子传递、ATP生成和NADP＋还原，能量转换是把光能转换为电能再转换为活跃的化学能。暗反应是将CO2、ATP和NADPH转变为磷酸丙糖的复杂生化反应，在能量转换方面把活跃的化学能转化为稳定的化学能储存在糖类中。
(2)反应式
①产物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2。
②产物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
③元素的转移途径
a．H：3H2Oeq \(――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(――→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。
b．C：14CO2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。
c．O：H218Oeq \(――→,\s\up7(光反应))18O2；C18O2eq \(―――――→,\s\up7(CO2的固定))C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(CH218O)。
源于必修1 P89“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“来源－去路”法
(2)“模型法”
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。
考向一 光合作用过程的综合考查
1．下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是( )
A．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统
B．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中
C．在ATP合酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP
D．PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH
答案 B
解析 分析图示可知，光反应过程将吸收的一部分光能转换为活跃的化学能储存在ATP中，还有一部分储存在NADPH中，B错误。
2．(多选)下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是( )
A．Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少
B．暗反应中磷酸丙糖的合成不需要消耗光反应产生的ATP
C．叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的
D．农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
答案 BD
解析 据图示信息，磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体，因此Pi输入叶绿体减少，说明磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程受阻，即输出减少，A正确；光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程，由图示可知，该过程能合成磷酸丙糖，B错误；由图示可知，叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式运出细胞，C正确；根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
3．正常生长的小球藻，照光培养一段时间后，改为在绿光下继续培养，此后小球藻细胞的叶绿体内会发生的变化是( )
A．H2O在光下分解速率不变
B．卡尔文循环增强
C．ADP/ATP比值上升
D．C3/C5比值下降
答案 C
解析 改为在绿光下继续培养，导致光反应减弱，H2O在光下分解速率下降，A错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，导致卡尔文循环减弱，ADP/ATP比值上升，B错误，C正确；C3还原成C5的量减少，但C5的消耗量暂时不变，所以C5含量减少，C3/C5比值上升，D错误。
4．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。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________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是___________________________________________________；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________。
(2)比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的__________________________________________________________________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中__________________________________________。
答案 (1)高于 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% 光照 (2)ATP和NADPH CO2的同化量
解析 (2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，其将水分解，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
方法技巧 连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A．Rubisc存在于细胞质基质中
B．激活Rubisc需要黑暗条件
C．Rubisc催化CO2固定需要ATP
D．Rubisc催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisc参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisc的激活对光无要求，B错误；Rubisc催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisc催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2．(2020·江苏，27节选)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题：
(1)在叶绿体中，光合色素分布在__________上；在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和________。
(2)上图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在____________中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于____________。
(3)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自________；根瘤中合成ATP的能量主要来自________的分解。
(4)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是_____________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体膜 C5 (2)叶绿体基质 细胞质基质 (3)光能 糖类 (4)非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压的影响相对小)
解析 (1)在叶绿体中，吸收光能的光合色素分布在光反应的场所——类囊体膜上；CO2的固定是CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3，故直接参与CO2固定的化学物质有H2O和C5。(2)CO2的固定发生在暗反应过程中，所以催化固定CO2形成PGA的酶应存在于暗反应的场所——叶绿体基质中。PGA还原成TP运出叶绿体后合成蔗糖，所以催化TP合成蔗糖的酶存在于细胞质基质中。(3)叶绿体中光反应合成ATP的能量来自光能。根瘤中合成ATP的能量主要来自呼吸作用中糖类的分解。(4)与葡萄糖相比，蔗糖为二糖，对渗透压的影响相对较小，而且为非还原糖，性质较稳定，所以蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物。
3．(2020·山东，21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是__________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是________________________________________________________________________。
(3)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________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是_____________________________。
人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
答案 (1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析 分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2为电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，相当于光合作用过程中突然停止供应CO2，CO2的固定受阻，进而导致乙(C3)的合成量减少，短时间内C3的还原正常进行，消耗量不变，C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。(3)植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。(4)干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。
4．(2021·江苏，20)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”，请据图回答下列问题：
(1)叶绿体在______________上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是____________________。
(2)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳化合物，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生________；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了__________个CO2分子。
(3)在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酸乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为__________中的化学能。
(4)为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素(电子传递链抑制剂)处理大麦，实验方法是：取培养10～14 d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定并计算光合放氧速率(单位为μmlO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素)。请完成下表。
答案 (1)类囊体膜 叶绿素、类胡萝卜素
(2)C5 12 (3)NADPH ATP (4)①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮 ②减少叶片差异造成的误差 ③叶绿素定量测定(或测定叶绿素含量)
解析 (3)NADPH起还原剂的作用，含有还原能，细胞呼吸过程中释放的能量用于合成ATP中的化学能和产生热能。(4)设计实验遵循单一变量原则、对照原则、等量原则，对照组为在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮溶液。对照组和各实验组均测定多个大麦叶片的原因是减少叶片差异造成的误差。称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定叶绿素的含量。
一、易错辨析
1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( × )
2．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体膜( × )
3．光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量( × )
4．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( × )
二、填空默写
1．请根据光合作用的基本过程，填充下图：
2．请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
课时精练
一、单项选择题
1．下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是( )
A．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水
B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧细菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．鲁宾和卡门的实验中，改变水中H218O的所占比例，植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
答案 A
解析 希尔的实验说明水的光解产生氧气，但没有探究CO2的相关实验，故不能说明植物光合作用产生的氧气全部来自水，A错误。
2．(2023·泰州高三质检)科学家在我国腾冲热泉中分离得到硫细菌，这些细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。下列关于硫细菌的叙述，错误的是( )
A．硫细菌和硝化细菌的同化作用类型均为自养型
B．硫细菌能利用化学能将CO2和水合成糖类
C．硫细菌拟核中含有环状DNA
D．硫细菌的生物膜系统实现细胞的区室化和功能专一化
答案 D
解析 硫细菌和硝化细菌都能通过氧化无机物释放的能量来制造有机物，同化作用类型均为自养型，A正确；据题意可知，硫细菌通过氧化硫化物产生化学能将CO2和水合成糖类，B正确；硫细菌是原核生物，原核细胞没有以核膜为界限的细胞核，在拟核中含有环状DNA，C正确；硫细菌是原核生物，不具有生物膜系统，D错误。
3．(2023·江苏海安高级中学高三练习)卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是( )
A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰
B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
C．推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸
D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
答案 D
解析 热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用进行的程度，B正确；放射性最先在3－磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初产物可能是3－磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。
4．为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是( )
A．黑暗的目的是为了与光照作对照
B．pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体基质的环境
C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
答案 D
解析 实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；实验结果看出，pH平衡前，加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi后不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的原动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
5．下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制
答案 A
解析 过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。
6．如图为植物的叶肉细胞中叶绿体部分结构示意图，其中PSⅡ和PSⅠ都是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用。下列相关叙述正确的是( )
A．图中表示了分布在叶绿体内膜上的PSⅡ、PSⅠ和ATP合酶系统
B．自然界中能发生光合作用的生物，不一定都具有图中所示的结构
C．ATP合酶可将H＋逆浓度梯度跨膜转运从而促进ADP和Pi合成ATP
D．图示结构上发生的能量转换是光能→活跃的化学能→稳定的化学能
答案 B
解析 PSⅡ和PSⅠ都是由蛋白质和光合色素组成的复合物，分布在叶绿体类囊体膜上，A错误；自然界中能发生光合作用的生物，不一定具有叶绿体，如蓝细菌，B正确；H＋顺浓度梯度转运出类囊体并产生能量，促进ADP和Pi合成ATP，C错误；图示为光反应阶段，其能量转换是光能→活跃的化学能，D错误。
7．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是( )
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
答案 A
解析 在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误；具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确；晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2,14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→(14CH2O)，C正确；由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D正确。
8．(2023·江苏镇江高三检测)如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．图中Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D．图中Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
答案 D
解析 根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，图中Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，D正确。
二、多项选择题
9．光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应。如图为某高等植物细胞光合作用过程示意图，a、b、c、d、e、f分别表示光合作用不同阶段中的物质。下列相关叙述正确的是( )
A．图中的膜结构为叶绿体的内膜，膜上分布有吸收光能的四种色素
B．物质b顺浓度梯度跨膜运输，并供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量
C．d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c为该过程的进行提供的物质是氢
D．若将图中的光照撤离，则短时间内d、e的含量将增加，f的含量将降低
答案 BC
解析 由图示信息可知，图中为光合作用过程，所以膜结构为叶绿体的类囊体膜，膜上分布有吸收光能的四种色素，A错误；物质b为H＋，其顺浓度梯度跨膜运输，供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量，B正确；d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c(NADPH)为该过程的进行提供的物质是氢，C正确；若将图中的光照撤离，则短时间内光反应停止，使d→f过程减慢，而e→d过程继续进行，所以d的含量将增加，e、f的含量将减少，D错误。
10．(2023·江苏扬州高三检测)淀粉和蔗糖是光合作用的主要终产物，其合成过程如图所示。细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，该过程是由位于液泡膜上的蔗糖载体介导的逆蔗糖浓度梯度运输。下列说法不正确的是( )
A．参与蔗糖生物合成的酶位于叶绿体基质中
B．呼吸抑制剂不会抑制蔗糖进入液泡的过程
C．细胞质基质中Pi不会影响叶绿体中的淀粉的合成量
D．磷酸丙糖的输出量过多会影响C5的再生，使暗反应速率下降
答案 ABC
解析 细胞质内形成的蔗糖可以通过跨膜运输进入液泡进行临时性储藏，故参与蔗糖生物合成的酶位于细胞质基质中，A错误；结合题意“逆蔗糖浓度梯度运输”可知，蔗糖进入液泡的方式为主动运输过程，故呼吸抑制剂可以通过抑制呼吸作用影响能量供应，进而抑制蔗糖进入液泡的过程，B错误；结合题图分析可知，当细胞质基质中Pi浓度降低时，会抑制磷酸丙糖从叶绿体中运出，从而促进淀粉的合成， C错误；据图可知，磷酸丙糖的输出量增多会影响C5的再生，使暗反应速率下降，D正确。
11．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，它会随太阳的运动和枝叶的摆动而移动。如图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后的光合作用过程中吸收CO2和释放O2的有关曲线，此曲线说明( )
A．“光斑”照射前，光合作用已经进行
B．“光斑”照射开始后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．“光斑”照射后，O2释放速率的变化说明暗反应对光反应有抑制作用
D．CO2曲线ab段的变化说明进行暗反应与光照无关
答案 AC
解析 “光斑”照射前，有O2释放，说明已经进行光合作用，A正确；“光斑”照射开始后，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率相对较慢，说明光反应和暗反应不是同步增加的，B错误；光斑照射后，氧气的释放量下降，说明暗反应对光反应有抑制作用，C正确；ab段“光斑”移开，光照减弱，二氧化碳的吸收速率下降，说明暗反应的进行与光照有关，D错误。
三、非选择题
12．(2023·江苏连云港高三模拟)下图为光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递，PQ、Cytbf、PC是相关蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。据图回答下列问题：
(1)上图说明生物膜具有________________________________功能。与植物细胞质膜上的蛋白质相比，类囊体膜上的蛋白质具有的独特功能是________________________________。
(2)O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过____________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)吸收利用的。在光系统Ⅰ中发生的物质变化是__________________________。NADPH和ATP中都有化学能，NADPH中的化学能来自____________(填光系统名称)吸收和转换的光能。
(3)类囊体膜上的ATP合成酶是一种可逆性复合酶，既能利用__________________(能量)合成ATP，又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙。线粒体和细菌中的ATP合成酶分布的场所分别是__________________。
(4)某种农药与PQ竞争限制了电子传递的速率，若用该农药处理破坏内外膜的叶绿体，会导致ATP的含量____________(填“显著上升”“显著下降”或“不变”)。
答案 (1)控制物质进出、能量转化、催化 传递电子，在光能转换中发挥作用 (2)PSⅡ NADP＋＋H＋→NADPH PSⅠ和PSⅡ (3)H＋提供的电化学势能(质子动力势) 线粒体内膜、细胞质膜
(4)显著下降
13．甲醛是家装的主要污染物，对动植物细胞均有毒害作用。科研人员为提高室内观赏植物天竺葵吸收甲醛的能力，将酵母菌的DAS蛋白基因和DAK蛋白基因导入天竺葵的叶绿体中，转基因后甲醛同化途径如下图所示。请回答下列问题：
(1)图中物质①是__________________。
(2)转基因天竺葵同化甲醛的两条途径：①甲醛→________→淀粉；②甲醛→____________→淀粉。
(3)据图分析，DAS基因和DAK基因转化成功会对光合作用____________过程产生直接影响。
(4)为了进一步测定转基因天竺葵同化甲醛的能力，研究人员取生长良好、株龄和长势一致的天竺葵，置于含相同浓度甲醛的玻璃容器中胁迫处理24 h，同时以未放入天竺葵的空容器和容器外的天竺葵为对照，测定容器内的甲醛浓度和叶片的气孔导度，结果如下图。
①实验结果表明转基因天竺葵吸收甲醛的能力比非转基因天竺葵__________，其主要原因是________________基因成功表达，增加了甲醛的同化途径。
②转基因天竺葵在18：00至次日8：00时段内吸收甲醛的能力明显降低，结合甲醛转化途径，分析其原因可能是_______________________________________________________。
③实验结果表明天竺葵在有甲醛环境中气孔导度会发生明显变化，其意义是______________________________________________________________。
答案 (1)ADP、Pi、NADP＋ (2)3－磷酸甘油醛 二羟丙酮→磷酸二羟丙酮 (3)暗反应 (4)①强 DAS基因和DAK ②此时段天竺葵光合作用弱，产生的5－磷酸木酮糖少 ③减少甲醛的吸收，降低甲醛对植物细胞的毒害
解析 (1)图中物质①是参与暗反应三碳化合物(C3)还原过程的产物，则①是ADP、Pi、NADP＋，可被光反应重新利用。(4)①由容器内剩余甲醛浓度曲线图可知，随着时间的延长，放置天竺葵的容器内甲醛浓度均下降，放置转基因天竺葵的容器内甲醛浓度下降得更明显，表明转基因天竺葵吸收甲醛的能力比非转基因天竺葵的更强。结合题干信息分析可知，转基因天竺葵的叶绿体中导入了酵母菌的DAS基因和DAK基因，两种基因成功表达可使转基因天竺葵的叶绿体中存在DAS酶和DAK酶，增加了甲醛的同化途径。②在当日18：00至次日8：00时段内，天竺葵光合作用弱，产生的5－磷酸木酮糖少，转基因天竺葵吸收甲醛的能力明显降低。③结合两曲线图分析可知，甲醛浓度较高时，天竺葵气孔导度较低，这样可以减少空气中甲醛进入植物体内，避免甲醛对植物细胞的伤害。时间/发现者
内容
1627～1632年海尔蒙特
光合作用需要水
1779年英格豪斯
光合作用产生O2
1864年萨克斯
光合作用产生淀粉
1937年希尔
在离体叶绿体的悬液中加入草酸铁，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门
用同位素标记法研究了光合作用中氧气的来源：H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
19世纪80年代恩格尔曼
光合作用的场所在叶绿体中，叶绿体中含有吸收红光和蓝光的物质，并在光下产生O2
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体类囊体膜
叶绿体基质
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
①2H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))O2＋4H＋＋4e－
②NADP＋＋H＋＋2e－eq \(――→,\s\up7(酶))NADPH
③ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(色素、酶))ATP
①CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
②2C3eq \(――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5
能量变化
联系
光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
实验步骤的目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，并用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
①____________________________________
②_____________________________
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③_____________________________
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定
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