PAGEPAGE12光合作用的原理和應用（一）一、光合作用的概念及其探究過程1．對光合作用概念的理解(1)場所：綠色植物的葉綠體。(2)能量來源：光能。(3)反應物：CO2、H2O。(4)產物：O2、糖類等有機物。(5)反應式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O2。2．光合作用的探究歷程人物試驗過程及現象結論普利斯特利植物能更新空氣英格豪斯500多次植物更新空氣試驗植物體只有綠葉且在有光條件下才能更新空氣梅耶依據能量轉換和守恒定律得出光合作用時間能轉化成化學能儲存起來薩克斯光合作用的產物除O2外還有淀粉魯賓和卡門Heq\o\al(18,2)O＋CO2→植物→18O2H2O＋C18O2→植物→O2光合作用釋放的氧氣來自水卡爾文用14C標記的14CO2，供小球藻光合作用，追蹤放射性CO2中的C在光合作用中轉化為有機物中的碳二、光合作用的過程1．光合作用過程圖解圖中Ⅰ的名稱是：光反應，Ⅱ的名稱是：暗反應，Ⅰ＋Ⅱ總稱為：光合作用。2．光反應和暗反應過程的比較項目光反應暗反應場所葉綠體的類囊體薄膜上葉綠體的基質中條件光、色素、酶、水、ADP、Pi多種酶、[H]、ATP、CO2、C5物質變更①水的光解：2H2Oeq\o(→,\s\up7(光能))4[H]＋O2②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up7(酶))ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up7(酶))2C3②C3的還原：2C3eq\o(→,\s\up7([H]、ATP),\s\do5(酶))(CH2O)＋C5能量變更光能轉變成ATP中活躍的化學能ATP中活躍的化學能轉變成貯存在(CH2O)中的穩定的化學能相互聯系光反應產物[H]、ATP為暗反應供應還原劑和能量；暗反應產生的ADP、Pi為光反應形成ATP供應了原料一、光合作用探究歷程1．教材問題探討分析讀教材P101～P102內容，探討并溝通下列問題：(1)依據所學設計試驗遵循的原則，分析普利斯特利試驗有沒有不足之處？若有如何補充？提示：有，缺少空白比照試驗。應將點燃的蠟燭和小鼠分別單獨置于玻璃罩內，視察蠟燭燃燒狀況和小鼠的生存狀況。(2)分析薩克斯試驗中的變量、比照試驗類型及得出的試驗結論。提示：①自變量：光照；因變量：葉片顏色變更。②自身比照。③試驗結論：光合作用的產物有淀粉，還證明白光是光合作用的必要條件。(3)魯賓和卡門試驗利用的是什么方法？試驗中的自變量和因變量分別是什么？提示：放射性同位素標記法。自變量是標記的物質，因變量是O2的放射性。2．將下列科學家的試驗和試驗得出的結論連線二、光合作用過程1．教材問題探討分析依據教材P103光合作用過程的圖解，思索并回答下列問題：(1)有人認為：光反應必需在有光條件下進行，暗反應必需在無光條件下進行，這種說法是否正確？提示：不正確。光反應必需在有光條件下進行，暗反應有光、無光均可進行。(2)分析光合作用過程，思索哪些過程不須要酶的催化，哪些過程須要酶的催化？提示：色素汲取光能的過程不須要酶的催化，而ATP的形成、CO2的固定、C3的還原均須要酶的催化。(3)試利用同位素標記法，分析光合作用過程中各元素的轉移途徑。①用放射性同位素18O標記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質中檢測到放射性？提示：在氧氣中可檢測到18O。反應式如下：Heq\o\al(18,2)Oeq\f(光反應,)18O2[H]eq\a\vs4\al(\o(→,\s\up7(暗反應),\s\do5()))(CH2O)＋H2O②若用14C標記CO2中的C呢？提示：14CO2→2C3(只有一個14C)→(14CH2O)③試總結光合作用中各元素的去向(用箭頭表示)。提示：光合作用總反應式及各元素去向：(4)光反應和暗反應的關系：①在無光條件下，暗反應能否長期進行？提示：不能。因為無光條件下，光反應不能進行，光反應的產物ATP和[H]削減，不能滿意暗反應的需求，暗反應將停止進行。②若暗反應停止，光反應能否持續進行？提示：不能，暗反應停止，光反應產生的ATP和[H]積累過多，抑制光反應的進行。③總結光反應和暗反應的關系。提示：光反應和暗反應相輔相成，相互依存。2．光照強度、CO2濃度突然變更，光合作用過程中C3、C5、[H]和ATP的相對含量變更分析(1)突然停止光照，其他條件都相宜，分析短時間內C3、C5、[H]和ATP的相對含量怎樣變更？提示：C3上升，C5降低，[H]和ATP降低。(2)突然停止CO2供應，其他條件都相宜，分析短時間內C3、C5、[H]和ATP的相對含量怎樣變更？提示：C3降低，C5上升，[H]和ATP上升。3．推斷下列說法是否正確(1)光反應階段發生在葉綠體內膜和類囊體薄膜上。(×)(2)光反應過程中合成了ATP，須要的能量來源于呼吸作用分解的有機物。(×)(3)光反應的進行不須要任何酶的參與。(×)(4)高等綠色植物白天進行光反應，夜晚進行暗反應。(×)光合作用和有氧呼吸的比較續表光合作用有氧呼吸代謝性質合成代謝分解代謝發生部位含葉綠體的細胞活細胞反應場所葉綠體主要在線粒體內(第一階段在細胞質基質中)條件光、H2O、CO2、相宜溫度、酶、色素有氧、有光無光均可、相宜的溫度、O2、酶能量代謝光能轉變成化學能儲存在有機物中釋放有機物中化學能，一部分轉移到ATP中物質代謝將無機物合成有機物有機物分解成無機物(H2O、CO2)聯系[特殊提示]光合速率與呼吸速率的關系(1)光合速率的概念：光合作用進行的程度常用光合速率來表示，光合速率是指肯定量的植物(如肯定的葉面積)在單位時間內進行光合作用的量(如釋放多少氧，消耗多少CO2)。凈光合速率常用O2釋放量、CO2汲取量或有機物積累量來表示。總(實際)光合速率常用O2產生量、CO2固定量或有機物的產生量來表示。(2)二者之間的關系凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率(3)曲線圖的含義[例1]關于光合作用探究歷程的試驗，下列敘述不正確的是()A．普利斯特利把小鼠和綠色植物一起放在密閉的玻璃罩內，小鼠不會死亡——證明白綠色植物在光照下汲取二氧化碳，放出氧氣，從而更新了空氣B．薩克斯把綠色葉片一半曝光、一半遮光作為比照，用碘蒸氣處理后視察顏色變更——證明綠色葉片在光合作用中產生了淀粉C．恩格爾曼用水綿和好氧細菌在黑暗環境中以極細光束照耀，曝光作為比照處理，視察細菌分布——證明氧氣是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是植物進行光合作用的場所D．魯賓和卡門用同位素標記H2O和CO2，供綠色植物利用，分析各自放出的氧——證明光合作用釋放的氧全部來自參與反應的H2O[解析]普利斯特利的試驗全部是在有光的條件下進行的，并未設置比照試驗(黑暗環境中的組別)，因此不能證明光照的作用；再者普利斯特利的試驗證明白植物可以更新空氣，而并未詳細到更新哪種空氣成分。薩克斯的試驗中有比照，光為自變量，淀粉為因變量；恩格爾曼的試驗中的自變量是光照處理的位置，所以得出葉綠體是產生氧氣的場所；魯賓和卡門用同位素標記H2O和CO2，形成比照。[答案]A[例2]如圖所示，圖甲為葉綠體結構與功能示意圖，圖乙表示一株小麥葉片細胞內C3相對含量在一天24小時內的變更，請據圖分析：(1)圖甲中A、B、C、D分別表示參與光合作用或光合作用生成的物質，則A表示________，B表示________，C表示________，D表示________。(2)在a中發生的過程稱為________，在a中含有的參與此過程的物質是________。(3)在a中發生的能量轉變是________。(4)圖乙中，從________點起先合成有機物，至_______點有機物合成終止。(5)AB段C3含量較高，其主要緣由是____________________________________________。(6)G點C3含量極少，其緣由是_________________________________________________。(7)G點與F點相比，G點時葉綠體中[H]含量較________(選填“高”或“低”)。[解析](1)依據圖甲中物質轉化關系可推斷，A代表H2O，B代表CO2，C代表C3，D代表C5。(2)圖甲中a表示葉綠體類囊體薄膜，其上分布有色素和酶，是光反應進行的場所。(3)葉綠體類囊體薄膜上發生的能量轉變是光能→ATP中活躍的化學能。(4)依據圖乙中C3含量的變更曲線可知，C3含量從B點起先削減，說明在有光的條件下，C3被還原，至I點時，C3含量又保持不變，說明此時沒有光，不能進行光反應，缺乏[H]和ATP，暗反應停止，不再合成有機物。(5)圖乙AB段缺乏光，不能進行光反應，缺乏[H]和ATP，C3不能被還原。(6)G點時間照強度強，蒸騰作用旺盛，導致氣孔關閉，CO2不能通過氣孔進入，缺乏CO2，CO2固定減弱，C3生成削減。(7)G點時C3缺乏，光反應正常進行，[H]積累，而F點時，C3含量比G點時高，消耗[H]多，積累的[H]少。[答案](1)H2OCO2C3C5(2)光反應色素和酶(3)光能→ATP中活躍的化學能(4)BI(5)無光不進行光反應，不產生[H]和ATP，C3不能被還原(6)氣孔關閉，葉肉細胞內CO2含量低，CO2的固定減弱(7)高[網絡構建]填充：①水的光解②ATP的形成③CO2的固定④三碳化合物的還原[關鍵語句]1．光合作用的實質是合成有機物，儲存能量；而呼吸作用的實質是分解有機物，釋放能量。2．光合作用的反應式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O2。3．光反應的場所是類囊體薄膜，產物是O2、[H]和ATP。4．暗反應的場所是葉綠體基質，產物是糖類等物質。5．光合作用中的物質轉變：(1)14CO2→14C3→(14CH2O)；(2)Heq\o\al(18,2)O→18O2。6．光合作用的能量轉變：光能→ATP中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能。1．(海南高考)某植物葉片不同部位的顏色不同，將該植物在黑暗中放置48h后，用錫箔紙遮擋葉片兩面，如圖所示。在日光下照光一段時間，去除錫箔紙，用碘染色法處理葉片，視察到葉片有的部位出現藍色，有的沒有出現藍色。其中，沒有出現藍色的部位是()A．a、b和dB．a、c和eC．c、d和eD．b、c和e解析：選B光合作用須要光照，部位c、e被錫箔紙遮蓋所以不能進行光合作用，而a部位為黃白色，沒有葉綠素，故也不能進行光合作用，所以a、c、e處加碘液不會變藍。2．魯賓和卡門用Heq\o\al(18,2)O和CO2作為原料進行光合作用試驗，下列符合試驗結果的是()A．釋放的氧氣全是O2B．釋放的氧氣一部分是O2，一部分是18O2C．釋放的氧氣全是18O2D．釋放的氧氣大部分是O2，少部分是18O2解析：選C魯賓和卡門用Heq\o\al(18,2)O和CO2作為原料進行光合作用試驗，其目的是為了探究光合作用釋放出的O2的來源，通過放射性檢測，光合作用產生的O2全部來源于水。3．光合作用包括光反應和暗反應兩個階段，參與暗反應必需的物質是()A．H2O、CO2、ADPB．CO2、[H]、ATPC．H2O、CO2、ATPD．[H]、H2O、ADP解析：選B暗反應過程包括二氧化碳的固定和三碳化合物的還原，在此過程中須要CO2、[H]和ATP及多種酶參與反應。4．光合作用的光反應和暗反應依次發生在()A．細胞質、細胞核中B．葉綠體的外膜、內膜上C．葉綠體的類囊體薄膜上、葉綠體的基質中D．葉綠體的基質中、葉綠體的類囊體膜上解析：選C光反應發生在葉綠體類囊體薄膜上，暗反應發生在葉綠體基質中。5．小麥的葉肉細胞通過光合作用合成葡萄糖，組成葡萄糖的碳、氫和氧三種元素分別來自()A．CO2、C3H6O3和H2OB．CO2、H2O和H2OC．CO2、H2O和CO2D．C3H6O3、H2O和CO2解析：選C光合作用的反應式是CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(葉綠體))(CH2O)＋O2，依據美國科學家魯賓和卡門的試驗可知，光合作用釋放的O2全部來源于水，葡萄糖中的C、O來自于CO2，H來自于水。6．如圖表示植物光合作用的一個階段，下列各項敘述正確的是()A．該反應的場所是類囊體的薄膜B．C3生成C6H12O6須要[H]、ATP和多種酶C．提高溫度肯定能促進C6H12O6的生成D．無光條件有利于暗反應進行解析：選B圖示表示光合作用的暗反應過程，其反應場所是葉綠體基質，該過程有氧和無氧條件下均能進行，但須要多種酶催化、足夠的CO2、光反應供應的[H]、ATP及相宜的溫度等條件，適當提高溫度可以提高酶的活性，加快反應速率，但超過肯定的溫度范圍，提高溫度會使酶的活性降低，反應速率減慢。7．如圖為光合作用圖解，請據圖作答：(1)填寫圖中名稱：A________、B________、C________、D________、E________、F________、G________、H________。(2)B存在于________內________的薄膜上；C是________劑，參與暗反應；B還能將A轉變成________能并貯存在________中。(3)D與F結合形成E的過程叫做________；E接受光反應供應的能量，被________還原成________，同時將能量貯存于其中，這個過程叫做________。(4)用18O標記后的H2O澆灌某株植物，短時間內18O不行能出現在()A．植物四周的氧氣中B．植物四周的水蒸氣中C．細胞質的水中D．葉肉細胞生成的糖類中解析：光反應發生在類囊體薄膜上，物質變更有：水的光解，光反應的產物是O2和[H]、ATP；暗反應發生在葉綠體基質中，物質變更有①CO2的固定：CO2＋C5→2C3，②C3的還原：產物有(CH2O)和C5。能量變更是：光能→ATP中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能。第(4)小題解題關鍵是分清被18O標記的是H2O而不是CO2。用18O標記的H2O澆灌植物，植物可通過根毛區細胞把Heq\o\al(18,2)O吸入細胞中，Heq\o\al(18,2)O大部分通過蒸騰作用散失到四周空氣中，小部分被光解成O2，散失到空氣中，還有一部分18O2被細胞呼吸所利用和[H]結合生成Heq\o\al(18,2)O。答案：(1)光能葉綠體中的色素[H]CO2C3C5(CH2O)多種酶(2)葉綠體類囊體還原化學ATP(3)CO2的固定[H](CH2O)C3的還原(4)D(時間：45分鐘；滿分：100分)一、選擇題(每小題5分，共50分)1．2,6-二氯酚靛酚是一種藍色染料，能被還原劑還原成無色，從葉綠體中分別出類囊體，置于2,6-二氯酚靛酚溶液中，對其進行光照，發覺溶液變成無色，并有O2釋放。此試驗證明()A．光合作用在類囊體上進行B．光合作用產物O2中的氧元素來自CO2C．光反應能產生還原劑和O2D．光合作用與葉綠體基質無關解析：選C依據題中信息可推斷，光照后溶液變為無色，說明有還原劑產生；有O2釋放，說明該過程有O2產生；類囊體是光合作用光反應階段的場所。2．如圖表示3株脫淀粉(經充分“饑餓”處理)的長勢相同的同種植株放在透光的不同鐘罩內，以下關于本試驗目的的敘述中最精確的是()A．證明光合作用的必需條件是CO2B．證明光合作用的速率隨CO2濃度的增大而增大C．證明過多的CO2抑制光合作用D．證明NaOH能促進光合作用解析：選B三組裝置的不同點是CO2濃度不同，所以本試驗的目的是探討不同CO2濃度條件下植物的光合作用狀況。3．依據下面光合作用圖解，推斷下列說法正確的是()A．⑤過程發生于葉綠體基質中B．⑥過程發生于葉綠體類囊體薄膜上C．圖示①～④依次為[H]、ATP、CO2、(CH2O)D．②不僅用于還原C3，還可促進③與C5的結合解析：選C依據光合作用的過程推斷①②③④⑤⑥分別表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反應、暗反應。光反應發生在葉綠體的類囊體薄膜上，暗反應發生在葉綠體的基質中。C3還原過程中須要ATP，CO2固定過程中不須要ATP。4．如圖表示較強光照且溫度相同以及水和小球藻的質量相等的條件下，小球藻進行光合作用的試驗示意圖。一段時間后，以下相關比較不正確的是()A．Y2的質量大于Y3的質量B．④中小球藻的質量大于①中小球藻的質量C．②中水的質量大于④中水的質量D．試管①的質量大于試管②的質量解析：選C依據題意及圖中試驗處理可知，②④試管利用Heq\o\al(18,2)O，③④試管利用C18O2，①試管沒有標記，作為空白比照組，光合作用釋放出的氧氣全部來自于水，因此圖中Y1＝Y3＜Y2＝Y4，各試管中水的質量①＝③＞②＝④，各試管中小球藻的質量①＝②＜③＝④。5．在葉綠體中，ATP和ADP的運動方向是()A．ADP由類囊體薄膜向葉綠體的基質運動，ATP則向相反方向運動B．ATP與ADP同時由類囊體薄膜向葉綠體基質運動C．ATP與ADP同時由葉綠體的基質向類囊體薄膜運動D．ATP由類囊體薄膜向葉綠體的基質運動，ADP的運動方向則正好相反解析：選D葉綠體是進行光合作用的場所，光反應在葉綠體類囊體薄膜上進行，此過程中消耗來自葉綠體基質的ADP，產生ATP，供暗反應階段C3的還原，所以葉綠體中ATP由類囊體薄膜向葉綠體的基質運動，ADP則由葉綠體的基質向類囊體薄膜運動。6．如圖所示某植物上的綠葉經錫箔覆蓋處理后在陽光照耀24小時后，將其脫色并用碘液處理，結果有錫箔覆蓋的位置不呈藍色，而不被錫箔覆蓋的部分呈藍色，本試驗證明()①光合作用須要CO2②光合作用須要光③光合作用須要葉綠體④光合作用放出氧⑤光合作用制造淀粉A．①②B．③⑤C．②⑤D．①③解析：選C依據題中試驗處理可知，試驗中限制的試驗變量是光照有無。依據試驗結果可知，有光照的綠葉部分，進行光合作用制造了淀粉，沒有光照的部分，不能進行光合作用，沒有淀粉生成。7．離體的葉綠體在光照下進行穩定的光合作用時，假如突然中斷CO2的供應，短短暫間內葉綠體中C3與C5相對含量的變更是()A．C3增多、C5削減B．C3增多、C5增多C．C3削減、C5增多D．C3削減、C5削減解析：選C在光合作用暗反應過程中，CO2首先與C5結合，形成2個C3，最終經一系列的循環后又產生C5。所以葉綠體在光照下進行光合作用時，C3和C5含量都維持在相對平衡的狀態。假如突然中斷CO2的供應，CO2固定減弱，所以C3削減而C5增多。8．如圖表示植物細胞內的物質轉化過程，下列分析不正確的是()A．發生在生物膜上的生理過程有a、c、dB．有ATP產生的生理過程是b、c、dC．人體細胞內具有的過程是b、dD．在光照足夠、條件相宜的條件時，a強于b，c強于d解析：選Aa表示光合作用暗反應階段、b表示有氧呼吸第一、二階段、c表示光合作用的光反應階段、d表示有氧呼吸第三階段。四個過程中a過程的場所是葉綠體基質，b過程的有氧呼吸第一階段發生的場所是細胞質基質，二者都不是在生物膜上發生的。9．為了探討光合作用，生物小組的同學把菠菜葉磨碎，分別出細胞質基質和全部葉綠體。然后又把部分葉綠體磨碎分別出葉綠素和葉綠體基質，分別裝在四支試管內，并進行光照，如圖所示。哪一支試管能檢測到光合作用的光反應過程()A．甲B．乙C．丙D．丁解析：選B光合作用的光反應過程發生在葉綠體的類囊體薄膜上，須要葉綠素和酶。10．番茄幼苗在缺鎂的培育液中培育一段時間后，與比照組相比，其葉片光合作用強度下降，緣由是()A．光反應強度上升，暗反應強度降低B．光反應強度降低，暗反應強度降低C．光反應強度不變，暗反應強度降低D．光反應強度降低，暗反應強度不變解析：選B鎂是構成葉綠素的重要成分，缺鎂導致番茄幼苗不能合成葉綠素。葉綠素含量降低使光合作用的光反應強度降低；因光反應為暗反應供應[H]和ATP，故光反應強度降低，其為暗反應供應的[H]和ATP削減，暗反應的強度也降低。二、非選擇題(共50分)11．(14分)如圖1表示光合作用部分過程的圖解，圖2表示變更光照后，與光合作用有關的五碳化合物(C5)和三碳化合物(C3)在細胞內的變更曲線。據圖回答：(1)圖1中A表示的物質是________，它由________產生，其作用主要是____________。(2)圖1中ATP的合成所需的能量最終來自于________。若用放射性同位素14C標記CO2，則14C最終進入的物質是________。(3)圖2中曲線a表示的化合物是________，在無光照時，其含量快速上升的緣由是________________________________________________________________________。(4)曲線b表示的化合物是____________，在無光照時，其含量下降的緣由是________________________________________________________________________。解析：(1)光反應為暗反應供應[H]和ATP，由此可確定A是[H]，是由水在光下分解后產生的，主要是用于C3的還原。(2)光反應中，光能轉換為活躍的化學能儲存于ATP中，14CO2的同化途徑為14CO2→214C3(只有一個14C)→(14CH2O)。(3)(4)題干中已說明曲線a、b表示C3和C5的含量變更，光照停止后，光反應停止，[H]和ATP含量下降，C3的還原減弱直至停止，而CO2的固定仍在進行，因此C3含量相對上升，C5含量相對下降，即a表示C3，b表示C5。答案：(1)[H]水在光下分解用于C3的還原(2)光能(CH2O)(3)C3CO2與C5結合形成C3，但C3不能被還原為(CH2O)和C5(4)C5C5與CO2結合形成C3，但C3不能被還原為C512．(18分)欣賞植物蝴蝶蘭可通過變更CO2汲取方式以適應環境變更。長期干旱條件下，蝴蝶蘭在夜間汲取CO2并貯存在細胞中。(1)依圖a分析，長期干旱條件下的蝴蝶蘭在0～4時________(選填“有”或“無”)ATP和[H]的合成，緣由是________________；此時段________(選填“有”或“無”)光合作用的暗反應發生，緣由是；10～16時無明顯CO2汲取的干脆緣由是__________。(2)從圖b可知，栽培蝴蝶蘭應避開________，以利于其較快生長。此外，由于蝴蝶蘭屬陰生植物，栽培時還需適當________。解析：(1)0～