1、第2课时光合作用的探究历程和基本过程1光合作用的实质是合成有机物，储存能量；而呼吸作用的实质是分解有机物，释放能量。2光合作用的反应式为：CO2H2O(CH2O)O2。3光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、H和ATP。4暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等物质。5光合作用中的物质转化为：14CO214C3(14CH2O)；HO18O2。6光合作用的能量转换为：光能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能。一、光合作用的概念与探究历程1光合作用的概念填图2光合作用的探究历程填表科学家实验过程或依据实验结论1771年普利斯特利密闭玻璃罩绿色植物植物可以更新空气1779年英格豪斯500多次植物更
2、新空气实验在阳光照射下，植物体只有绿叶才能更新空气1845年梅耶根据能量转化和守恒定律光合作用把光能转换成化学能储存起来1864年萨克斯绿叶暗处放置叶片一半曝光、一半遮光碘蒸气处理颜色变化(曝光处呈深蓝色)植物叶片在光合作用中产生了淀粉1941年鲁宾和卡门光合作用释放的O2全部来自于H2O20世纪40年代卡尔文用14C标记CO2探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即卡尔文循环二、光合作用的过程1过程及分析据图填空场所：类囊体薄膜叶绿体基质条件：需光 不需要光： 2反应式CO2H2O(CH2O)O21判断下列有关叙述的正误(1)光合作用产生的O2来自于CO2和H2O中的“O”(
3、)(2)绿色植物光合作用的反应物是CO2和H2O，产物是有机物和O2()(3)绿色植物进行光合作用的能量来源于光能()(4)光反应和暗反应必须都在光照条件下才能进行()21864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明了()A光合作用的产物有淀粉B光合作用的产物是水C光合作用的场所在叶绿体D光合作用产物中的氧气来自反应物中的水解析：选A本实验的实验现象是叶片的曝光部分颜色变蓝，说明生成了淀粉；鲁宾和卡门利用同位素标记法证明了光合作用产物中的氧气来自反应物中的水。 3光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列
4、叙述正确的是()A叶绿体的类囊体薄膜上进行光反应和暗反应B叶绿体的类囊体薄膜上进行暗反应，不进行光反应C叶绿体基质中可进行光反应和暗反应D叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应解析：选D光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的；暗反应是在叶绿体基质中进行的。4光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，下列参与暗反应必需的物质是()AH2O、CO2、ADPBCO2、H、ATPCH2O、CO2、ATP DH、H2O、ADP解析：选B光合作用暗反应过程包括CO2的固定(CO2C52C3)和C3的还原2C3(CH2O)C5，需要H作为还原剂和酶的催化，并消耗能量(ATP)。1萨克斯实验(1)实验过程：绿叶(2)实
5、验分析：设置了自身对照，自变量为光照，因变量是叶片颜色的变化。实验的关键是饥饿处理，使叶片中的营养物质消耗掉，避免对实验结果的干扰。本实验除了证明光合作用的产物是淀粉的同时，还证明了光照是光合作用的必要条件。2鲁宾和卡门实验(1)巧妙之处：两组实验相互对照直观地表现出氧气是来自于水中的氧，而不是来自于二氧化碳中的氧。(2)自变量为被标记的C18O2和HO，因变量是O2的放射性。3卡尔文循环(1)探究方法同位素标记法：用14C标记CO2，追踪检测放射性，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径。(2)结论：碳的转化途径：14CO2C514C3(14CH2O)。名师点拨萨克斯和鲁宾、卡
6、门实验对照方式的不同萨克斯实验和鲁宾及卡门实验的对照设计方法是不相同的。萨克斯实验的对照方式为自身对照(一半曝光与另一半遮光)；而鲁宾和卡门实验的对照方式为相互对照(通过标记不同的物质：HO与C18O2)。题组冲关1历经一个半世纪，科学家们做过许多实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。在下列几个著名实验中，相关叙述不正确的是()A普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气B萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件C恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的O2量D鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2来自H2O而不是CO2解析：选C恩格尔曼的实验
7、能够证明O2由叶绿体释放出来，叶绿体是进行光合作用的场所，但不能定量分析光合作用生成的O2量。2德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处数小时“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)后，再把叶片的一部分遮光，其他部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗再用碘液处理，结果遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是()本实验未设对照组有无光照是遮光和曝光区域显现不同结果的唯一原因实验初始时遮光和曝光区域均应达到无淀粉状态实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉ABC D解析：选A本实验中曝光部分能够变蓝是因为产生了淀粉，遮光部分不变蓝是因为没有产生淀粉，因此本实验的自变量是光照，充分
8、说明光照下能产生淀粉；而CO2对本实验结果的影响未作研究。1过程图解2两者的区别比较项目光反应暗反应实质光能转换为化学能，并放出O2固定CO2，形成有机物时间长短短促较缓慢需要条件色素、光照、酶不需要色素和光，需要多种酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化水的光解：水分解生成H和O2；ATP的合成：在相关酶的作用下ADP和Pi形成ATPCO2的固定：CO2C52C3；C3的还原：2C3(CH2O)C5能量变化光能ATP中活跃的化学能ATP中活跃的化学能有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和H葡萄糖等有机物3.两者的联系(1)光反应为暗反应提供H和ATP; 暗反应为光反应提供A
9、DP和Pi，即两个反应阶段相辅相成，密切联系。(2)没有光反应，暗反应缺乏H和ATP，无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约。思考探究(1)为什么暗反应不能较长时间地在黑暗条件下进行？提示：因为光反应为暗反应提供的H、ATP是有限的。(2)试利用同位素示踪法，分析光合作用过程中各元素的转移途径。用放射性同位素分别标记H2O中的H和O，则能在光合作用的哪些物质中检测到放射性？提示：O可在释放的O2中检测到；H可在产生的糖类中检测到。若标记CO2中的14C，请写出光合作用中14C的转化途径。提示：14CO2C52C3(只有一个14C)C5(14CH2O)试总结光合
10、作用各元素的去向。提示：光合作用总反应式及各元素去向：CO2H2O(CH2O)O2(3)结合光反应和暗反应过程分析，若突然停止光照或停止CO2供应，叶绿体中C3和C5相对含量发生怎样的变化？提示：停止光照：C3含量相对增加，C5含量相对减少。停止CO2供应：C3含量相对减少，C5含量相对增加。题组冲关3据下面光合作用图示判断，下列叙述不正确的是()A过程发生于叶绿体基质中B过程发生于叶绿体类囊体薄膜上C图示依次为H、ATP、CO2、(CH2O)D不仅用于还原C3，还可用于矿质离子吸收等解析：选D光反应产生的ATP只用于暗反应，呼吸作用产生的ATP才能用于矿质离子吸收等生命活动。4如用14C标记
11、的CO2来追踪光合作用过程中的碳原子，则14C的转移途径是()A14CO2叶绿素糖类B14CO2C5C3糖类C14CO2C3糖类D14CO2叶绿素ATP解析：选C光合作用过程中，CO2首先与C5相结合，形成C3，然后C3被还原形成糖类等有机物。1分析思路当外界条件改变时，光合作用中C3、C5、H、ATP含量的变化可以采用下图分析：2分析结果条件C3C5H和ATP模型分析光照由强到弱，CO2供应不变增加减少减少或没有光照由弱到强，CO2供应不变减少增加增加光照不变，CO2由充足到不足减少增加增加光照不变，CO2由不足到充足增加减少减少题组冲关1玉兰叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，如果将之移
12、至暗室中，短时间内叶绿体中C3与C5相对含量的变化分别是()A增多减少B减少增多C增多增多 D减少减少解析：选A叶肉细胞在光照下进行稳定的光合作用时，C3和C5处于动态平衡状态；移至暗室后，短时间内由于光反应速度下降，ATP和H 的合成减少，C3还原成C5的过程受到影响，而C5仍能正常和CO2反应生成C3，故C3增多，C5减少。2在正常条件下进行光合作用的某植物，当突然改变某条件后，即可发现其叶肉细胞内C5含量突然上升，则改变的条件可能是()A停止光照 B停止光照并降低CO2浓度C升高CO2浓度 D降低CO2浓度解析：选DCO2是暗反应进行的条件之一，如果CO2减少，自然就不能顺利地形成C3，
13、已有的C3仍会通过C3的还原途径而生成C5。这样C3减少，C5形成后却不能进一步转变，于是就积累起来。3在光照等适宜条件下，将培养在 CO2 浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和 C5微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：(1)图中物质A是_(填“C3”或“C5”)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_。(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的_(填“低”或“高”)。(4)C
14、O2 浓度为 0.003% 时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比 CO2 浓度为1%时的_(填“高”或“低”)，其原因是_。解析：(1)CO2浓度降低时，C3的产生减少而消耗不变，故C3的含量降低，与物质A的变化趋势一致；而C5的产生不变却消耗减少，故C5的含量增加，与物质B的变化趋势一致。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol C5结合形成2 mol C3，即C3的分子数是C5的2倍。CO2浓度迅速下降后，C5的产生不变却消耗减少，故C5的浓度升高。(3)在达到相对稳定时，C3的含量是C5含量的2倍。(4)CO2 浓度较低时，暗反应强度低，需要的H和ATP的量少，故在较低的
15、光照强度时就能达到此CO2浓度时的最大光合速率。答案：(1)C3(2)暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累(3)高(4)低CO2 浓度低时，暗反应的强度低，所需ATP和H少一、选择题1下列是关于光合作用的实验，叙述不正确的是()选项实验人实验结论A普利斯特利的小鼠实验证明了绿色植物在光照下吸收CO2，放出O2，从而更新了空气B萨克斯的实验证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉C恩格尔曼的水绵实验证明O2是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物进行光合作用的场所D鲁宾和
16、卡门同位素标记实验证明光合作用释放的O2全部来自参加反应的H2O解析：选A普利斯特利的实验中无对照组，并没有具体到哪种气体成分；萨克斯的实验中有对照，光为自变量，淀粉为因变量；恩格尔曼的实验中的自变量是光照处理的位置，所以得出叶绿体是产生O2的场所；鲁宾和卡门用同位素标记H2O和CO2，形成对照，得出光合作用释放的O2来自H2O的结论。2在光合作用过程中，光能最初用于()ACO2的固定BC3的还原C将水分解为O2和H D将淀粉分解为葡萄糖解析：选C光能被转化成ATP中活跃的化学能，同时分解水产生H 和O2。3在光合作用中，不需要酶参与的过程是()ACO2的固定 B叶绿素吸收光能CC3的还原 D
17、ATP的形成解析：选BCO2的固定和C3的还原过程都需要酶的参与；ATP的形成也需要相应的酶参与；而叶绿素吸收光能不需要酶的参与。4在实验室中，如果要测定藻类植物是否能完成光反应，最好是检验()A葡萄糖的合成 B二氧化碳的消耗C叶绿体的含量 D氧气的释放解析：选D光合作用的光反应产生了氧气，而二氧化碳的消耗和葡萄糖的产生在光合作用的暗反应阶段。5光合作用过程中，与光反应相比，暗反应阶段的特点是()A需要光、叶绿体色素和酶B在酶、ATP和H的作用下完成CO2的固定和C3的还原，最终形成有机物C把水光解为H和O2D把光能转化为储存在糖类中的化学能解析：选B暗反应阶段是一系列的酶促反应，主要的物质变
18、化是CO2的固定和C3的还原。6下列关于光合作用的叙述，不正确的是()A光反应在叶绿体的类囊体的薄膜上进行，暗反应在叶绿体内的基质中进行B光反应需要光，不需要酶，暗反应不需要光，需要多种酶C光反应吸收光能形成ATP，暗反应将ATP中活跃的化学能储存在有机物中D光反应水分解生成H并放出O2，暗反应最终将CO2还原成(CH2O)解析：选B光反应发生在叶绿体内的类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体内的基质中；不管是光反应还是暗反应都需要酶的参与；光合作用的能量变化是光反应将光能转变成ATP中活跃的化学能，暗反应将ATP中活跃的化学能储存在有机物中；物质变化是光反应中水分解为H和O2，暗反应通过CO2的固
19、定和C3的还原形成有机物。7.右图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是()A该反应的场所是叶绿体的类囊体BC3生成(CH2O)需要H、ATP和多种酶C提高温度一定能促进(CH2O)的生成D在无光条件下，有利于暗反应进行解析：选B图示为光合作用的暗反应阶段，该反应进行的场所是叶绿体基质。C3生成(CH2O)需在多种酶的催化下，利用ATP提供的能量 ，通过H的还原进行。若在最适温度条件下，提高温度反而会降低酶的活性，会使反应减弱。在无光条件下，暗反应会因H和ATP的缺乏受到限制。8光合作用过程包括光反应和暗反应，下图表示光反应与暗反应的关系，据图判断下列叙述不正确的是()A光反应为暗反
20、应提供ATP和NADPH(H)B停止光照，叶绿体中ATP和NADPH含量下降CATP的移动方向是由类囊体到基质D植物在暗处可大量合成(CH2O)解析：选D光合作用必须在光照条件下进行，在暗处植物不能大量合成(CH2O)。二、非选择题9下图表示叶绿体的结构和功能，请回答：(1)与光合作用有关的色素分布在图中_上。(2)光反应是在_上进行的，暗反应是在_中进行的。(3)光反应的生理意义是：光反应所产生的_和_是暗反应所必需的。(4)暗反应包括_和_。答案：(1)类囊体的薄膜(2)类囊体的薄膜叶绿体的基质(3)HATP(4)CO2的固定C3的还原一、选择题1下图表示一套光合作用实验装置。结合图示分析
21、，下列有关说法不正确的是()A该实验的目的是验证光合作用需要CO2B设置锥形瓶甲的目的是作为对照C实验过程中需要长时间给予光照D实验中需要使用已脱淀粉的植物解析：选C实验中氢氧化钾溶液的作用是吸收CO2，故该实验的目的是验证光合作用需要CO2。若实验时间过长，有机物发生转移，在锥形瓶乙的叶片中也会检测到淀粉，故实验时间不宜过长。2叶绿体中的类囊体有两种：基粒类囊体和基质类囊体(如下图)，基质类囊体能将单个基粒类囊体连接起来。下列有关叙述正确的是()A叶绿体中的色素主要分布于类囊体腔内BH2O在光下分解为H和O2的过程发生在基质类囊体上CCO2的固定过程发生在基粒类囊体上D在类囊体上含有与光反应
22、有关的酶和色素解析：选D叶绿体中的色素分布于类囊体薄膜上；H2O的光解在两种类囊体上都能发生，因为其上含有与光反应有关的酶和色素；CO2固定发生在叶绿体基质中。3科学家提取植物细胞中的叶绿体，用高速离心法打破叶绿体膜后，分离出类囊体和基质，在不同条件下进行实验(如下表所示)，用来研究光合作用过程，下列选项中各试管得到的产物情况正确的是()试管叶绿体结构光照C18O2ATP、HC5甲类囊体乙基质丙基质丁基质和类囊体注：表中的“”表示“添加”，“”表示“不添加”。A甲试管可得到18O2B乙试管可得到C3C丙试管可得到葡萄糖和淀粉D丁试管可得到乳糖解析：选B光合作用产生的O2来源于水的光解，甲试管中
23、没有H18O2，所以没有18O2；乙试管中有C18O2和C5，可得到C3；丙试管不含ATP、H，所以得不到葡萄糖和淀粉；乳糖是动物细胞内合成的二糖。4离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，下列关于一段时间内叶绿体中ATP与O2的相对含量变化的示意图中，正确的是()解析：选B离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，突然中断CO2的供应使C3合成减少，一段时间内暗反应逐渐减弱，暗反应消耗的ATP也逐渐减少，故ATP相对含量逐渐增加；随着暗反应的减弱，光反应也逐渐减弱，所以叶绿体内O2含量逐渐减少。5(全国卷)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿
24、藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是()AO2的产生停止BCO2的固定加快CATP/ADP比值下降DNADPH/NADP比值下降解析：选B黑暗处理后，光反应停止，O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。二、非选择题6下图1表示光合作用部分过程的图解，图2表示改变光照后，与光合作用有关的C5和C3在细胞内的变化曲线。据图回答下面的问题：(1)图1中c表示的物质是_，它由_产生，其作用主要是_。(2)
25、图1中ATP形成所需的能量最终来自于_。若用放射性同位素标记14CO2，则14C最终进入的物质是_。(3)图2中曲线a表示的化合物是_，在无光照时，其含量迅速上升的原因是：_。(4)曲线b表示的化合物是_，在无光照时，其含量下降的原因是：_。解析：(1)光反应为暗反应提供的物质是H和ATP，由此可确定c是H，H是由水光解后经一系列过程产生的，其作用主要是用于C3的还原。(2)光反应中，光能转换为活跃的化学能储存于ATP等化合物中，14CO2的同化途径为14CO214C3(14CH2O)。(3)(4)题干中已说明曲线a、b表示C3和C5的含量变化，光照停止后，光反应停止，H和ATP下降，C3的还
26、原减弱直至停止，而CO2的固定仍将进行，因此C3含量相对升高，C5含量相对下降，即a表示C3，b表示C5。答案：(1)H水在光下分解用于C3的还原(2)太阳光能(CH2O)(3)C3CO2与C5结合形成C3继续进行，而C3的还原减弱直至停止(4)C5C5与CO2结合形成C3继续进行，而C3的还原减弱直至停止7. 实验探究光和叶绿体是光合作用的重要条件，淀粉是光合作用的主要产物。要验证光合作用需要光和叶绿体，根据提供的实验材料和用具，补充完整实验步骤和实验结果，并分析回答有关问题：(1)材料用具：银边天竺葵(叶边缘呈白色，无叶绿体)，黑纸片，打孔器，白纸板，吸管，适宜浓度的酒精，碘液，回形针。(
27、2)方法步骤：将银边天竺葵暗处理48 h，目的是_。把黑纸片用回形针夹在绿色部位A位置上，然后把植株放在阳光下照射4 6 h。剪下此叶片，用打孔器分别在A、B、C部位各取一个叶圆片(如图所示)。把取下的叶圆片放入装有酒精溶液的试管中，热水浴加热、脱色，清水中漂洗。将三个叶圆片放在白纸板上，用吸管吸取碘液，分别滴在三个叶圆片上，观察结果。(3)预期结果：A_，B._，C._。(4)分析问题：要证明光合作用需要光，需比较_和_。要证明光合作用需要叶绿体，需比较_和_，其中起对照作用的是_。解析：黑暗处理是为了消耗掉叶片中原有的淀粉，防止对实验结果的干扰。图中A处缺少光照，B处缺少叶绿体，C处既有光照又有叶绿体，所以A和C对比能够说明光合作用需要光照，而B和C相比较能够说明光合作用必须有叶绿体。答案：(2)除去叶片中原有的淀粉(3)不变蓝不变蓝变蓝(4)ACBCC
