【主干知識梳理】一、光合作用的概念及探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1．光合作用的概念(1)場所：綠色植物的________。(2)能量來源：_____。(3)反應(yīng)物：__________。(4)產(chǎn)物：____、_____等有機(jī)物。
2．探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)
二、光合作用的過程1．反應(yīng)式__________________________________。
2．過程(據(jù)圖填空)①_________，②_____，③_________，④____，⑤_______。
3．光反應(yīng)與暗反應(yīng)的比較
【教材微點(diǎn)發(fā)掘】1．閱讀教材第102頁“思考·討論”，結(jié)合利用小球藻進(jìn)行光合作用實(shí)驗(yàn)的示意圖，可求出圖中A物質(zhì)和B物質(zhì)的相對分子質(zhì)量之比是多少。提示：圖中A、B物質(zhì)是O2，均來自反應(yīng)物中的H2O。A、B分別為 O2、18O2，二者的相對分子質(zhì)量之比為32∶36＝8∶9。
2．下圖表示光能轉(zhuǎn)換為電能的示意圖(教材第103頁“相關(guān)信息”)，A代表處于特殊狀態(tài)下的葉綠素a，B代表具有吸收和傳遞光能作用的色素，C和D代表傳遞電子的物質(zhì)。請回答相關(guān)問題：
(1)葉綠體中光合色素吸收的光能，有兩個用途：一是______________，二是提供能量_____________________________________________________。(2)水分解為______的同時(shí)，被葉綠體奪去兩個電子。電子經(jīng)傳遞，可用于NADP＋與H＋結(jié)合形成________。答案：(1)將水分解為氧和H＋　促使ADP和Pi反應(yīng)形成ATP　(2)氧和H＋　NADPH
教材問題提示一、思考·討論(一)探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)1．不能說明。希爾反應(yīng)僅說明了離體葉綠體在適當(dāng)條件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣。該實(shí)驗(yàn)沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移。2．能夠說明。希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，沒有合成糖的另一種必需原料——CO2，因此，該實(shí)驗(yàn)說明水的光解并非必須與糖的合成相關(guān)聯(lián)，暗示著希爾反應(yīng)是相對獨(dú)立的反應(yīng)階段。
3．光合作用釋放的氧氣中的氧元素全部來源于水，而并不來源于CO2。4．合理即可。例如：
(二)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系1．本問題可以用列表的形式解決：
2.①物質(zhì)聯(lián)系：光反應(yīng)生成的ATP和NADPH供暗反應(yīng)C3的還原，而暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供了ADP、Pi和NADP＋。②能量聯(lián)系：光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供了活躍的化學(xué)能，暗反應(yīng)將活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。二、旁欄思考用這種方法觀測到的O2的產(chǎn)生量，實(shí)際是光合作用的O2釋放量，與植物光合作用實(shí)際產(chǎn)生的O2量不同，沒有考慮到植物自身呼吸作用對O2的消耗。
新知探究(一)　探索光合作用原理的實(shí)驗(yàn)【探究·深化】人們對光合作用的認(rèn)識是一個漫長的漸進(jìn)過程，請閱讀教材的內(nèi)容，討論并交流下列問題：實(shí)驗(yàn)一：1937年，希爾用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。他將離體的葉綠體加到具有氫受體的水溶液中，在無CO2的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體中有O2放出。該實(shí)驗(yàn)說明：________________________________________________。答案：葉綠體在有氫受體的水溶液中光照可產(chǎn)生O2
實(shí)驗(yàn)二：1954年，阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和氫受體時(shí)，體系中就會有ATP和NADPH產(chǎn)生。在黑暗條件下，只要供給了ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰Ｔ搶?shí)驗(yàn)說明：__________________________________________。答案：葉綠體照光條件下，反應(yīng)體系中有ADP/Pi和氫受體存在時(shí)可產(chǎn)生ATP和NADPH。在黑暗條件下，有ATP和NADPH時(shí)，葉綠體可將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘?br/>實(shí)驗(yàn)三：20世紀(jì)40年代，卡爾文及其同事因在光合作用方面的研究成果，獲得了1961年的諾貝爾化學(xué)獎?？栁膶⑿∏蛟逖b在一個密閉容器中，通過一個通氣管向容器中通入CO2，通氣管上有一個開關(guān)，可控制CO2的供應(yīng)，容器周圍有光源，通過控制電源開關(guān)可控制光照的有無。他向密閉容器中通入14CO2，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到5 s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種六碳糖(C6)中，將反應(yīng)時(shí)間縮短到0.5 s時(shí)，14C出現(xiàn)在一種三碳化合物(C3)中。
(1)上述實(shí)驗(yàn)中卡爾文等是通過控制反應(yīng)時(shí)間來探究CO2中碳原子轉(zhuǎn)移路徑的，采用了____________等技術(shù)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明CO2中C的轉(zhuǎn)移路徑是__________(請用“→”表示)。(2)卡爾文及其同事們在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，在有光照和CO2供應(yīng)的條件下，C3和C5的濃度很快達(dá)到飽和并保持穩(wěn)定。但是，當(dāng)改變其中一個實(shí)驗(yàn)條件后，二者的濃度迅速出現(xiàn)了規(guī)律性的變化：停止CO2供應(yīng)時(shí)，C3的濃度急速降低，C5的濃度急速升高；停止光照時(shí)，C3的濃度急速升高，C5的濃度急速降低。由此可見C3和C5之間的關(guān)系是____________(請用箭頭表示)。
答案：(1)同位素示蹤法　CO2→C3→C6(2)
【典題·例析】[典例]　卡爾文等用14CO2供小球藻光合作用，探明CO2中的碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物碳的途徑，下列敘述錯誤的是(　　)A．用同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會改變B．該實(shí)驗(yàn)的自變量是時(shí)間C．長時(shí)間給小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5D．用C18O2供小球藻光合作用，也可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>[答案]　D[解析]　同位素標(biāo)記的化合物，化學(xué)性質(zhì)不會改變，A正確；該實(shí)驗(yàn)的自變量是時(shí)間，B正確；長時(shí)間給小球藻提供14CO2,14C3含量大于14C5，C正確；用C18O2供小球藻光合作用，只能探明CO2中的氧轉(zhuǎn)化成有機(jī)物氧的途徑，D錯誤。
【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．下列實(shí)驗(yàn)中科學(xué)家使用的手段或技術(shù)顯著不同于其他的是(　　)A．科學(xué)家對分泌蛋白的合成和分泌的研究B．魯賓和卡門證明光合作用釋放的氧氣來自水C．恩格爾曼證明葉綠體是光合作用的場所D．卡爾文探明CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑
2．如圖表示較強(qiáng)光照且溫度相同以及水和小球藻的質(zhì)量相等的條件下，小球藻進(jìn)行光合作用的實(shí)驗(yàn)示意圖。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一段時(shí)間后，下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A．Y2的質(zhì)量大于Y3的質(zhì)量B．④中小球藻的質(zhì)量大于①中小球藻的質(zhì)量C．②中水的質(zhì)量大于④中水的質(zhì)量D．試管①的質(zhì)量大于試管②的質(zhì)量
新知探究(二)　光合作用的過程【探究·深化】[情境質(zhì)疑]光合作用是一個非常復(fù)雜的過程，包括一系列的化學(xué)反應(yīng)。如圖是光合作用的圖解，結(jié)合該圖和教材內(nèi)容分析：
(1)暗反應(yīng)有光無光都能進(jìn)行，那么暗反應(yīng)能較長時(shí)間在黑暗條件下進(jìn)行嗎？提示：不能。因?yàn)樵诤诎禇l件下不能進(jìn)行光反應(yīng)，暗反應(yīng)缺少光反應(yīng)提供的NADPH和ATP。(2)若用18O標(biāo)記H2O中的O，則能在光合作用的哪些物質(zhì)中檢測到18O?提示：18O可在釋放的O2中檢測到。
(3)若用14C標(biāo)記CO2中的C，請寫出光合作用過程中14C的轉(zhuǎn)化途徑。提示：14CO2―→14C3―→(14CH2O)。(4)夏季中午，氣孔關(guān)閉后，會導(dǎo)致CO2供應(yīng)不足，短時(shí)間內(nèi)葉綠體中C3和C5會發(fā)生怎樣的變化？提示：C3下降，C5上升。
[重難點(diǎn)撥]1．明確光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP，暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP＋、ADP和Pi。(2)沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行，沒有暗反應(yīng)，有機(jī)物無法合成。
2．環(huán)境條件改變時(shí)光合作用中相關(guān)物質(zhì)的含量變化(1)分析方法：需從物質(zhì)的生成和消耗兩個方面綜合分析。示例：CO2供應(yīng)正常，光照停止時(shí)C3的含量變化。
[特別提醒]?、僖陨细魑镔|(zhì)的變化是相對含量的變化，不是合成速率，而且是在條件改變后的短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。②在以上各物質(zhì)的含量變化中：C3和C5含量的變化是相反的，即C3增加，則C5減少；NADPH 和ATP的含量變化是一致的，即都增加，或都減少。
【典題·例析】[典例1]　如圖為綠色植物光合作用過程示意圖(物質(zhì)轉(zhuǎn)換用實(shí)線表示，能量傳遞用虛線表示，圖中a～g為物質(zhì)，①～⑥為反應(yīng)過程)。下列判斷錯誤的是(　　)
A．圖中a物質(zhì)主要吸收紅光和藍(lán)紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲存在c中B．圖中①表示H2O的吸收，③表示H2O的光解C．將b物質(zhì)用18O標(biāo)記，最終在(CH2O)中能檢測到放射性18OD．d為還原型輔酶Ⅱ
[答案]　D[解析]　分析圖示可知，圖中a物質(zhì)表示色素，葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光，綠色植物能利用它將光能轉(zhuǎn)換成活躍的化學(xué)能儲存在ATP中，A正確。圖中①表示根從土壤中吸收H2O，③表示H2O的光解，B正確。將氧氣用18O 標(biāo)記，氧氣首先參與有氧呼吸生成水，該水分子可以參與有氧呼吸第二階段，此時(shí)氧元素將轉(zhuǎn)移到二氧化碳中，然后含放射性的二氧化碳參與光合作用，最終在(CH2O)中能檢測到放射性18O，C正確。d和磷酸反應(yīng)生成c，為暗反應(yīng)中C3的還原提供能量，因此d為ADP，D錯誤。
[典例2]　正常生長的綠藻，照光培養(yǎng)一段時(shí)間后，用黑布迅速將培養(yǎng)瓶罩上，此后綠藻細(xì)胞的葉綠體內(nèi)不可能發(fā)生的現(xiàn)象是(　　)A．O2的產(chǎn)生停止B．CO2的固定加快C．ATP/ADP比值下降D．NADPH/NADP＋比值下降[答案]　B[解析]　黑暗處理后，光反應(yīng)停止，O2的產(chǎn)生停止。ATP和NADPH是光反應(yīng)的產(chǎn)物，同時(shí)也是暗反應(yīng)的原料，黑暗處理后，ATP和NADPH的產(chǎn)生減少，且仍被暗反應(yīng)所消耗，產(chǎn)生的ADP和NADP＋增多。光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，使得暗反應(yīng)產(chǎn)生的C5減少，CO2的固定減慢。
方法規(guī)律光合作用過程中相關(guān)物質(zhì)的變化規(guī)律
【應(yīng)用·體驗(yàn)】1．下圖為葉綠體中某生理過程示意圖，有關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A．該過程所利用的光一般都是可見光B．葉綠體內(nèi)膜被破壞后，O2將不能產(chǎn)生C．該過程形成的ATP主要用于暗反應(yīng)D．Pi在ADP和ATP的轉(zhuǎn)化過程中起重要作用答案：B解析：光反應(yīng)階段所利用的光一般都是可見光，A正確；光反應(yīng)階段在類囊體薄膜上進(jìn)行，因此葉綠體內(nèi)膜被破壞后，O2仍繼續(xù)產(chǎn)生，B錯誤；光反應(yīng)階段形成的ATP用于暗反應(yīng)中C3的還原，C正確；ATP水解生成ADP和Pi，Pi和ADP結(jié)合生成ATP，D正確。
2.如圖表示在夏季晴朗的白天植物細(xì)胞內(nèi)C3和C5的相對含量隨一種環(huán)境因素改變的變化情況，下列對這一環(huán)境因素改變的分析，正確的是(　　)A．突然停止光照　B．突然增加CO2濃度C．降低環(huán)境溫度D．增加光照強(qiáng)度
答案：D　解析：增加光照強(qiáng)度，光反應(yīng)產(chǎn)生的NADPH和ATP增多，被還原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的相對含量將減少、C5的相對含量將增加，D正確。
科學(xué)思維——?dú)w納概括光合作用與細(xì)胞呼吸的關(guān)系光合作用與呼吸作用關(guān)系模型分析
【素養(yǎng)評價(jià)】1．下圖是某植物葉肉細(xì)胞光合作用與有氧呼吸過程中的物質(zhì)變化圖解，其中①～④表示過程。下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)A．過程①③④都能合成ATP B．過程①②③④總是同時(shí)進(jìn)行C．過程①③都在生物膜上進(jìn)行 D．過程④產(chǎn)生的[H]還來自水
答案：B解析：據(jù)圖可知，過程①～④依次是光合作用的光反應(yīng)階段、光合作用的暗反應(yīng)階段、有氧呼吸的第三階段以及有氧呼吸的第一、二階段，其中①③④都能合成ATP，A正確；過程①②③④不一定同時(shí)進(jìn)行，如晚上僅進(jìn)行③④(有氧呼吸)而不進(jìn)行①②(光合作用)，B錯誤；過程①是光合作用的光反應(yīng)階段，場所是類囊體薄膜，過程③是有氧呼吸的第三階段，場所是線粒體內(nèi)膜，C正確；過程④是有氧呼吸的第一、二階段，產(chǎn)生的[H]除了來自葡萄糖之外，還來自水，D正確。
2．下圖為高等綠色植物光合作用和細(xì)胞呼吸之間關(guān)系的示意圖，其中①～⑥代表不同物質(zhì)。回答下列問題：
(1)為研究該植物綠葉中色素的種類，需將提取到的色素在濾紙上分離，色素分離依據(jù)的原理是_____________________________________________。(2)③代表的物質(zhì)是________，其產(chǎn)生的場所是________。植物通過光反應(yīng)把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛钴S的化學(xué)能儲存在__________________(填物質(zhì)名稱)中，通過暗反應(yīng)把活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的化學(xué)能儲存于________(填序)中。(3)請用“→”和物質(zhì)寫出14CO2中的14C在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑：________________________________________________________________。(4)圖中④→CO2的過程是細(xì)胞呼吸的______階段，該過程在________________________________中進(jìn)行。(5)從上圖可以看出，光合作用和細(xì)胞呼吸并非簡單的可逆反應(yīng)，原因是_________________________________________________________________。
解析：(1)色素的提取和分離實(shí)驗(yàn)中，色素分離的原理是不同色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴(kuò)散得快，反之則慢。(2)據(jù)圖分析可知，③代表的物質(zhì)是O2，其產(chǎn)生的場所是類囊體薄膜。植物通過光反應(yīng)把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)锳TP和NADPH中活躍的化學(xué)能，通過暗反應(yīng)把ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)棰芴穷惖扔袡C(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能。 (3) 14CO2中的14C在光合作用中的轉(zhuǎn)移途徑為14CO2→三碳化合物→糖類。(4)圖中葡萄糖生成CO2的過程是有氧呼吸的第一和第二階段，該過程在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。(5)從圖可以看出，光合作用和細(xì)胞呼吸只是反應(yīng)前后的物質(zhì)相同，但反應(yīng)場所、所需酶的種類、物質(zhì)分解過程等均不同，故不是簡單的可逆反應(yīng)。

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二 光合作用的原理和應(yīng)用

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