2023年高考生物一輪復(fù)習(xí)（新人教新高考） 第3單元 第6課時　光合作用的原理

第6課時光合作用的原理

【課標要求】說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘?/p>

與氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。

■梳理歸納夯實必備知識

1.探索光合作用原理的部分實驗

時間/發(fā)現(xiàn)者內(nèi)容

科學(xué)界普遍認為，在光合作用中，C02分子的C和O被分開，以被釋

19世紀末

放，C與H2O結(jié)合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉(zhuǎn)化

1928年

成糖

1937年希爾在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑（懸浮液中有H2O,沒

（英國）有C02），在光照下可以釋放出氧氣

用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源,H2I8O+CO2-—

1941年魯賓、

I8

植物一-H2O+CO2一~?植物一--02,得出光合作用釋放的氧全

卡門（美國）

部來自水

1954年阿爾農(nóng)

在光照下，葉綠體可合成ATP,這一過程總是與水的光解相伴隨

（美國）

2.光合作用過程

（1）光合作用過程圖解

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段

項目光反應(yīng)暗反應(yīng)

場所葉綠體類囊體的薄膜葉綠體基質(zhì)

條件光、色素、酶酶、NADPH、ATP等

酶

⑴比0燃

(1)CO2+C5一---2C3

物質(zhì)變化

⑵2c3ATP、^ADPH^(CHO)+C5

(2)NADP++H+--?NADPH2

(3)ADP+Pi-謬7-ATP

-.............---------------(CHO)'

解空SATP和NADPH還2

能量變化閾1中活躍的化學(xué)能J:喋

光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH和ATP,暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP+、

聯(lián)系

ADP和Pi?

-教材隱性知識

①源于必修1Pio3“思考?討論”：嘗試用示意圖來表示ATP的合成與希爾反應(yīng)的關(guān)系。

提示如圖所示

Ho-O+NADPH+能量

2葉綠體2

ADP+Pi—*ATP

②源于必修1P|03“相關(guān)信息”：水分解為氧和H+的同時，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NADPH。NADPH的作用是什么？

提示可作為暗反應(yīng)的還原劑；儲備部分能量供暗反應(yīng)利用。

③源于必修1P104“相關(guān)信息”：C3是指三碳化合物——3—磷酸甘油酸,C5是指五碳化合物

——核酮糖一1,5一二磷酸(RuBP)。

(2)反應(yīng)式

①產(chǎn)物為(CH2O)：CO?+H2O^V(CH2O)+O?。

②產(chǎn)物為C6Hl2。6：6c+12G0C6Hl2。6+6O2+6田0。

③元素的轉(zhuǎn)移途徑

：3jB3

a.HH2O-^^NADPH-^^(CH20)o

b.C：14co-5鋼邑14c3國型蟲("氏0)。

C光反應(yīng)IRCcmCO2的固定cC3的還原ixc、

c.O：Hi8O----------18p2；C18O2--------------------------^(CH218O)O

-教材隱性知識?

①源于必修1P|04“相關(guān)信息”：光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉,還有一部分是蔗糖。蔗

糖可以進入篩管.再通過韌皮部運輸?shù)街仓旮魈帯?/p>

②源于必修1P|06“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比較

項目光合作用化能合成作用

能量來源光能無機物氧化釋放的能量

區(qū)別

代表生物綠色植物硝化細菌

目同點都能將C02和HzO等無機物合成有機物

3.環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化

(1)“來源一去路”法

—>(CH2O)

光I減弱.m暫時不變

{NADPHJ,ATPJ)

照<3

C：,消耗減少，合成暫時不變c

<,3

變隨后m減弱，|---<----3-------------------

n暫時不變c；消耗暫時不變.令成減少c

k5

弱

，-H

C合成減少.消耗暫時不變c3

n減弱L

co2r

供C

in暫時不變C,消耗減少.合成暫時不變-5

應(yīng)k

一

變

隨后ni減弱,I暫時不變

少{NADPHLATPt)

(2)“模型法”

光

加

唱光

照

強

S:光照弱2照

一

座

螞

L…甲強

11甲

與

琴

>r乙

一

①圖1中曲線甲表示Q,曲線乙表示Cs、NADPH、ATP。

②圖2中曲線甲表示Cs、NADPH、ATP,曲線乙表示Q。

③圖3中曲線甲表示&、NADPH、ATP,曲線乙表示Q。

④圖4中曲線中表示Q,曲線乙表示Cs、NADPH、ATP。

■考向突破強化關(guān)鍵能力

考向一光合作用過程的綜合考查

1.下圖是番茄植株的葉肉細胞中進行光合作用的示意圖，psn和PSI是由蛋白質(zhì)和光合色

素組成的復(fù)合物，是吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能的光系統(tǒng)。下列敘述錯誤的是()

Rubisco

(CH2O)

NADPHNADP++H+ATPH+ADP+Pi

A.自然界中能發(fā)生光合作用的生物，不一定具備PSH和PSI系統(tǒng)

B.光反應(yīng)過程將吸收的光能轉(zhuǎn)換為活躍的化學(xué)能全部儲存在ATP中

C.在ATP合成酶的作用下，順濃度梯度轉(zhuǎn)運提供分子勢能，促進ADP和Pi合成ATP

D.PSH中的色素吸收光能后，將H2O分解為02和H+,產(chǎn)生電子傳遞給PSI將NADP+和

H”結(jié)合形成NADPH

答案B

解析分析圖示可知，光反應(yīng)過程將吸收的一部分光能轉(zhuǎn)換為活躍的化學(xué)能儲存在ATP中，

還有一部分儲存在NADPH中，B錯誤。

2.下圖為光合作用暗反應(yīng)的產(chǎn)物磷酸丙糖的代謝途徑，研究表明，磷酸丙糖轉(zhuǎn)移蛋白(TPT)

的活性是限制光合速率大小的重要因素，CCh充足時，TPT活性降低。下列有關(guān)敘述錯誤的

是()

液渣

/H

A.Pi輸入葉綠體減少時，磷酸丙糖從葉綠體輸出減少

B.暗反應(yīng)中磷酸丙糖的合成需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP

C.葉肉細胞的光合產(chǎn)物主要是以蔗糖形式運出細胞的

D.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可通過增加CCh濃度來提高作物中蔗糖的含量

答案D

解析據(jù)圖示信息，磷酸丙糖通過TPT從葉綠體輸出的同時伴隨著Pi進入葉綠體，因此Pi

輸入葉綠體減少，說明磷酸丙糖從葉綠體中的輸出過程受阻，即輸出減少，A正確；光反應(yīng)

產(chǎn)生的ATP能用于暗反應(yīng)中C3的還原過程，由圖示可知，該過程能合成磷酸丙糖，B正確：

由圖示可知，葉肉細胞的光合產(chǎn)物磷酸丙糖會在細胞質(zhì)基質(zhì)中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形

式運出細胞，C正確；根據(jù)題意可知，CO?充足時，TPT活性降低，則磷酸丙糖運出葉綠體

合成蔗糖的過程會受到影響，作物中淀粉含量會上升，而蔗糖含量下降，D錯誤。

考向二不同條件下光合作用過程中物質(zhì)含量的變化分析

3.（2022?天津河?xùn)|高三模擬）正常生長的小球藻，照光培養(yǎng)一段時間后，改為在綠光下繼續(xù)培

養(yǎng)，此后小球藻細胞的葉綠體內(nèi)會發(fā)生的變化是（）

A.比0在光下分解速率不變

B.卡爾文循環(huán)增強

C.ADP/ATP比值上升

D.C3/C5比值下降

答案C

解析改為在綠光下繼續(xù)培養(yǎng)，導(dǎo)致光反應(yīng)減弱，岀0在光下分解速率下降，A錯誤；光反

應(yīng)減弱，產(chǎn)生的NADPH和ATP減少，導(dǎo)致卡爾文循環(huán)減弱，ADP/ATP比值上升，B錯誤、

C正確；C3還原成C5的量減少，但C5的消耗量暫時不變，所以C5含量減少，C3/C5比值上

升，D錯誤。

4.為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料

設(shè)計了A、B、C、D四組實驗。每組處理的總時間均為135s,處理結(jié)束時測定各組材料中

光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實驗結(jié)果如下：

A組：先光照后黑暗，時間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為50%。

B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為7.5s：光合作用產(chǎn)物

的相對含量為70%o

C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為3.75ms（毫秒）：光合

作用產(chǎn)物的相對含量為94%。

D組（對照組）：光照時間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對含量為100%?；卮鹣铝袉栴}：

（1）單位光照時間內(nèi)，C組植物合成有機物的量_______（填“高于”“等于”或“低于”）D

組植物合成有機物的量，依據(jù)是______________________________________________

C組和D組的實驗結(jié)果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要。

⑵比較A、B、C三組處理可以推知，隨著光照和黑暗交替頻率的增加，使光下產(chǎn)生的

能夠及時利用與及時再生，從而提高了光合作用中

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

答案（1）高于C組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產(chǎn)物的相對含量卻是D組的

94%光照⑵ATP和NADPHCCh的同化量

解析（2）光合作用過程有兩個階段：光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段。光反應(yīng)階段必須在光下進行，

其將水分解，產(chǎn)生ATP和NADPH用于暗反應(yīng)。A、B、C三組處理相比，隨著光照時間間

隔的減少，光照頻率的增加，使光下產(chǎn)生的ATP和NADPH能夠及時被利用與再生，從而提

高了光合作用中C02的同化量。

工歸納總結(jié)】連續(xù)光照和間隔光照下的有機物合成量分析

(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量的積累，在光反應(yīng)停止時，

暗反應(yīng)仍可持續(xù)進行一段時間，有機物還能繼續(xù)合成。

(2)在總光照時間、總黑暗時間均相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理有

機物的積累量要多。

重溫高考真題演練

I.(2021?廣東，12)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO?固定形成C3的酶被

稱為Rubisco,下列敘述正確的是()

A.Rubisco存在于細胞質(zhì)基質(zhì)中

B.激活Rubisc。需要黑暗條件

C.Rubisco催化CO2固定需要ATP

D.Rubisco催化Cs和CO2結(jié)合

答案D

解析Rubisco參與植物光合作用過程中的暗反應(yīng)，暗反應(yīng)場所在葉綠體基質(zhì)，故Rubisco存

在于葉綠體基質(zhì)中，A錯誤；暗反應(yīng)在有光和無光條件下都可以進行，故參與暗反應(yīng)的酶

Rubisco的激活對光無要求，B錯誤；Rubisco催化CO2固定不需要ATP,C錯誤：Rubisco

催化二氧化碳的固定，即C5和CO2結(jié)合生成C3的過程，D正確。

2.(2021?湖南，18)圖a為葉綠體的結(jié)構(gòu)示意圖，圖b為葉綠體中某種生物膜的部分結(jié)構(gòu)及光

反應(yīng)過程的簡化示意圖?；卮鹣铝袉栴}：

基類囊內(nèi)外

粒體膜膜膜

圖a

H+

NADF+H+ADP^5Tp

圖b注：e-表示電子

(1)圖b表示圖a中的_____結(jié)構(gòu)，膜上發(fā)生的光反應(yīng)過程將水分解成02、H+和光能

轉(zhuǎn)化成電能，最終轉(zhuǎn)化為和ATP中活躍的化學(xué)能。若C02濃度降低，暗反應(yīng)速率減

慢，葉綠體中電子受體NADP+減少，則圖b中電子傳遞速率會（填“加快”或“減

慢”）。

（2）為研究葉綠體的完整性與光反應(yīng)的關(guān)系，研究人員用物理、化學(xué)方法制備了4種結(jié)構(gòu)完整

性不同的葉綠體，在離體條件下進行實驗，用Fecy或DCIP替代NADP+為電子受體，以相

對放氧量表示光反應(yīng)速率，實驗結(jié)果如表所示。

7綠體類型葉綠體A：葉綠體B：雙層葉綠體C：雙層葉綠體D：所有

雙層膜結(jié)構(gòu)膜局部受損，類膜瓦解，類囊體膜結(jié)構(gòu)解體破裂

實贏

完整囊體略有損傷松散但未斷裂成顆粒或片段

實驗一：以Fecy為電

100167.0425.1281.3

子受體時的放氧量

實驗二：以DC1P為電

100106.7471.1109.6

子受體時的放氧量

注：Fecy具有親水性，DCIP具有親脂性。

據(jù)此分析：

①葉綠體A和葉綠體B的實驗結(jié)果表明，葉綠體雙層膜對以（填“Fecy”或

“DCIP”）為電子受體的光反應(yīng)有明顯阻礙作用，得出該結(jié)論的推理過程是

②該實驗中，光反應(yīng)速率最高的是葉綠體C,表明在無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件下,

更有利于,從而提高光反應(yīng)速率。

③以DC1P為電子受體進行實驗，發(fā)現(xiàn)葉綠體A、B、C和D的ATP產(chǎn)生效率的相對值分別

為1、0.66、0.58和0.41。結(jié)合圖b對實驗結(jié)果進行解釋：

答案（1）類囊體膜NADPH減慢（2）①Fecy實驗一中葉綠體B雙層膜局部受損時，以

Fecy為電子受體的放氧量明顯大于雙層膜完整時，實驗二中葉綠體B雙層膜局部受損時，以

DCIP為電子受體的放氧量與雙層膜完整時無明顯差異，可推知葉綠體雙層膜對以Fecy為電

子受體的光反應(yīng)有明顯阻礙作用②類囊體上的色素吸收、轉(zhuǎn)化光能③ATP的合成依賴于

水光解的電子傳遞和氫離子順濃度梯度通過類囊體膜上的ATP合酶，葉綠體A、B、C、D

類囊體膜的受損程度依次增大，因此ATP的產(chǎn)生效率逐漸降低

解析（1）光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的類囊體的薄膜上，即圖b表示圖a的類囊體膜，光反應(yīng)過程

中，色素吸收的光能最終轉(zhuǎn)化為ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能，若二氧化碳濃度降低，暗

反應(yīng)速率減慢，葉綠體中電子受體NADP+減少，則圖b中的電子去路受阻，電子傳遞速率會

減慢。

（2）②在無雙層膜阻礙、類囊體松散的條件下，更有利于類囊體上的色素吸收、轉(zhuǎn)化光能，從

而提高光反應(yīng)速率，所以該實驗中，光反應(yīng)速率最高的是葉綠體C。③根據(jù)圖b可知，ATP

的合成依賴于水光解的電子傳遞和氫離子順濃度梯度通過類囊體薄膜上的ATP合酶，葉綠體

A、B、C、D類囊體膜的受損程度依次增大，因此ATP的產(chǎn)生效率逐漸降低。

3.（2021?全國乙，29）生活在干旱地區(qū)的一些植物（如植物甲）具有特殊的CO2固定方式。這類

植物晚上氣孔打開吸收CO2,吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關(guān)閉，液

泡中儲存的蘋果酸脫峻釋放的CO2可用于光合作用?；卮鹣铝袉栴}：

（1）白天葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有,光合作用所需的CO2

來源于蘋果酸脫竣和釋放的CO2o

⑵氣孔白天關(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)干旱環(huán)境的一種方式，這種方式既能防止

__________________________________________________,又能保證正常進行。

（3）若以pH作為檢測指標，請設(shè)計實驗來驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在這種特殊的CO2固定

方式。（簡要寫出實驗思路和預(yù)期結(jié)果）

答案（1）細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體（線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜）、葉綠體類囊體的薄膜細胞呼吸

（2）蒸騰作用過強導(dǎo)致水分散失過多光合作用

（3）實驗思路：取生長狀態(tài)相同的植物甲若干株隨機均分為A、B兩組；A組在（濕度適宜的）

正常環(huán)境中培養(yǎng)，B組在干旱環(huán)境中培養(yǎng)，其他條件相同且適宜，一段時間后，分別檢測兩

組植株夜晚同一時間液泡中的pH,并求平均值。預(yù)期結(jié)果：A組pH平均值高于B組。

解析（1）白天有光照，葉肉細胞能利用液泡中儲存的蘋果酸脫験釋放的CO2進行光合作用，

也能利用光合作用產(chǎn)生的氧氣和有機物進行有氧呼吸，光合作用光反應(yīng)階段能將光能轉(zhuǎn)化為

化學(xué)能儲存在ATP和NADPH中，有氧呼吸三階段都能產(chǎn)生能量合成ATP,因此葉肉細胞能

產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體（線粒體基質(zhì)和線粒體內(nèi)膜）、葉綠體類囊體的薄膜。

光合作用為有氧呼吸提供有機物和氧氣，反之，細胞呼吸產(chǎn)生的二氧化碳也能用于光合作用

暗反應(yīng)，故光合作用所需的CO?可來源于蘋果酸脫叛和細胞呼吸釋放的CO?。（2）由于環(huán)境干

旱，植物吸收的水分較少，為了維持機體的平衡適應(yīng)這一環(huán)境，氣孔白天關(guān)閉能防止白天因

溫度較高、蒸騰作用較強導(dǎo)致植物體水分散失過多，晚上氣孔打開吸收二氧化碳儲存固定以

保證光合作用等生命活動的正常進行。（3）該實驗自變量是植物甲所處的生存環(huán)境是否干旱，

由于夜間氣孔打開吸收二氧化碳，生成蘋果酸儲存在液泡中，導(dǎo)致液泡pH降低，故可通過

檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式，即因變量檢測指標是液泡中的pH。實驗思路及

預(yù)期結(jié)果見答案。

4.（2020?山東，21）人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類，相關(guān)裝置及過程如下圖所示，

其中甲、乙表示物質(zhì)，模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。

大氣COz

太陽能（F_6而立;嵩氣泵

發(fā)電裝光電極

、通酶系統(tǒng)

糖類

模塊1模塊3

（1）該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是,模塊3中的甲可

與CO2結(jié)合，甲為。

（2）若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則短時間內(nèi)乙的含量將（填“增加”或“減

少”）。若氣泵停轉(zhuǎn)時間較長，模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會發(fā)生改變，原因是

（3）在與植物光合作用固定的C02量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量________（填“高

于“”低于”或“等于“）植物，原因是__________________________________________

（4）干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是。

人工光合作用系統(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。

答案（1）模塊1和模塊2五碳化合物（或C0

（2）減少模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足（3）高于人工光合作用系統(tǒng)沒有

呼吸作用消耗糖類（或植物呼吸作用消耗糖類）（4）葉片氣孔開放程度降低，C02的吸收量減

少

解析分析題圖可知，模塊1將光能轉(zhuǎn)換為電能，模塊2電解水，同時轉(zhuǎn)換能量供模塊3還

原C02產(chǎn)生糖類，比較這一過程與光合作用的全過程可知，模塊1和模塊2相當于光合作用

的光反應(yīng)階段，模塊3相當于光合作用的暗反應(yīng)階段。（1）根據(jù)上面的分析可知，該系統(tǒng)中執(zhí)

行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊，即吸收和轉(zhuǎn)化光能的模塊是模塊1和模塊2。光合作

用的暗反應(yīng)包括兩步反應(yīng)，一是CCh的固定：C02在特定酶的作用下，與C5結(jié)合，形成C3。

二是C3的還原：C3接受ATP和NADPH釋放的能量，在酶的作用下最終轉(zhuǎn)化為糖類和C5。

比較該過程與模塊3的反應(yīng)過程可知，甲與C02反應(yīng)產(chǎn)生乙，這一階段為CO2的固定，那么

甲為Cs,即五碳化合物，乙為C3,即三碳化合物。（2）若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，相

當于光合作用過程中突然停止供應(yīng)C02,C02的固定受阻，進而導(dǎo)致乙（C3）的合成量減少，短

時間內(nèi)C3的還原正常進行，消耗量不變，C3含量減少。光合作用的暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、

Pi和NADP+,若氣泵停轉(zhuǎn)時間較長，相當于暗反應(yīng)無法進行，就無法為模塊2提供ADP、

Pi和NADP+,從而影響了模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率。（3）植物有機物的積累量稱為凈光合作

用量，即有機物的制造量（真正光合作用量）減去呼吸作用消耗的有機物量。這個人工光合作

用系統(tǒng)中只有有機物的制造，沒有呼吸作用的消耗，所以在固定的C02量（即真正光合作用量）

相等的情況下，有機物（糖類）的積累量將高于植物。（4）干旱條件下，植物為降低蒸騰作用對

水分的過度散失，氣孔的開放程度降低，進而影響C02的吸收，會間接影響光合作用速率。

5.(2021?遼寧，22)早期地球大氣中的02濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中。2濃度顯

著增加，CO2濃度明顯下降。現(xiàn)在大氣中的CO2濃度約390nmolmolI是限制植物光合作

用速率的重要因素。核酮糖二磷酸段化酶/加氧酶(Rubisco)是一種催化COz固定的酶，在低濃

度C02條件下，催化效率低。有些植物在進化過程中形成了C02濃縮機制，極大地提高了

Rubisc。所在局部空間位置的C02濃度，促進了C02的固定。回答下列問題：

(1)真核細胞葉綠體中，在Rubisc。的催化下，C02被固定形成,進而被還原

生成糖類，此過程發(fā)生在中。

(2)海水中的無機碳主要以C02和HCO3兩種形式存在，水體中C02濃度低、擴散速度慢，

有些藻類具有圖1所示的無機碳濃縮過程，圖中HCO5濃度最高的場所是(填”細胞

外”或“細胞質(zhì)基質(zhì)”或“葉綠體”)，可為圖示過程提供ATP的生理過程有

細胞外細胞質(zhì)基質(zhì)葉綠體

Tp

h?_./ATP

Rubisco,卡爾克)

HCOj-k■iicOs(-cn一。盾環(huán)丿

、ADP+Pi、ADP+Pi

圖1

(3)某些植物還有另一種C02濃縮機制，部分過程見圖2。在葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸

陵化酶(PEPC)可將HCOj■轉(zhuǎn)化為有機物，該有機物經(jīng)過一系列的變化，最終進入相鄰的維管

束鞘細胞釋放C02,提高了Rubisco附近的C02濃度。

PEP：磷酸烯醇式丙酮酸；OAA：草酰乙酸;

Mal：蘋果酸；Pyr：丙酮

圖2

①由這種C02濃縮機制可以推測，PEPC與無機碳的親和力(填“高于”“低

于”或“等于”)Rubisco。

②圖2所示的物質(zhì)中，可由光合作用光反應(yīng)提供的是o

圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于(填“吸能

反應(yīng)”或“放能反應(yīng)”)。

③若要通過實驗驗證某植物在上述C02濃縮機制中碳的轉(zhuǎn)變過程及相應(yīng)場所，可以使用

________________技術(shù)。

(4)通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)或蛋白質(zhì)工程技術(shù)，可能進一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路

合理的有o

A.改造植物的HCO3轉(zhuǎn)運蛋白基因，增強HCO3的運輸能力

B.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成

C.改造植物的Rubisco基因，增強C02固定能力

D.將C02濃縮機制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機制的植物

答案（1）三碳化合物葉綠體基質(zhì)（2）葉綠體呼吸作用和光合作用⑶①高于

②NADPH和ATP吸能反應(yīng)③同位素示蹤（4）AC

解析（2）由題圖1可知，HCO3運輸需要消耗ATP,說明HCO3是通過主動運輸進入葉綠體

的，主動運輸一般是逆濃度運輸，由此推斷圖中HCO3濃度最高的場所是葉綠體。該過程中

細胞質(zhì)中需要的ATP由呼吸作用提供，葉綠體中的ATP由光合作用提供。（3）①PEPC參與催

化HCO5+PEP過程，說明PEPC與無機碳的親和力高于Rubisco。②圖2所示的物質(zhì)中，可

由光合作用光反應(yīng)提供的是ATP和NADPH,圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程需要消耗ATP,

說明圖中由Pyr轉(zhuǎn)變?yōu)镻EP的過程屬于吸能反應(yīng)。（4）改造植物的PEPC基因，抑制OAA的

合成，不利于最終二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合題意；將C02

濃縮機制相關(guān)基因轉(zhuǎn)入不具備此機制的植物，不一定提高植物光合作用的效率，D不符合題

意。

五分鐘查落實

一、易錯辨析

1.植物在夜晩不能進行光反應(yīng)，只能進行暗反應(yīng)（X）

2.光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質(zhì)到類囊體薄膜（X）

3.光合作用過程中產(chǎn)生的ATP可以為細胞內(nèi)的各項生命活動提供能量（X）

4.空02中14c的轉(zhuǎn)移途徑是14co2fMe3一4cH20）（X）

二、填空默寫

1.請根據(jù)光合作用的基本過程，填充下圖：

HQ代

NADPH多種酶

光參加催化

能‘NADP+

^^fADP+Pf]

^(CH2O)

光反應(yīng)階段暗反應(yīng)階段

2.請寫出光合作用的反應(yīng)式（產(chǎn)物為C6Hl2。6）：6co2+12H2OF7HC6Hl2O6+6O2+6H2O。

課時精練

一、選擇題

1.（2022?北京豐臺區(qū)高三質(zhì)檢）下列關(guān)于光合作用探究歷程的敘述，錯誤的是（）

A.希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，且氧氣中的氧元素完全來自水

B.在恩格爾曼的實驗中，受到均勻光照，好氧菌分布在水綿帶狀葉綠體所有受光照部位

C.魯賓和卡門的實驗中，改變水中Hz*。的所占比例，植物釋放的這02的所占比例也隨之

改變

D.供給小球藻14co2,葉綠體內(nèi)的三碳化合物首先岀現(xiàn)14c

答案A

解析希爾的實驗說明水的光解產(chǎn)生氧氣，但沒探究CO2的相關(guān)實臉，故不能說明植物光合

作用產(chǎn)生的氧氣全部來自水，A錯誤。

2.厭氧型綠硫細菌以硫化物為氫供體進行光合作用，是最古老的光合細菌之一。如圖表示綠

硫細菌的光復(fù)合系統(tǒng)參與的代謝過程簡圖。下列敘述錯誤的是（）

NADP+NADPH

光+H?sT光復(fù)A系統(tǒng)卜fS

ADP+PiATP

A.綠硫細菌的光復(fù)合系統(tǒng)含有色素和蛋白質(zhì)

B.綠硫細菌能為生態(tài)系統(tǒng)中其他生物提供氧氣和有機物

C.培養(yǎng)綠硫細菌時不需要通入氧氣也無需提供有機碳源

D.圖示過程實現(xiàn)了光能到有機物中的化學(xué)能的轉(zhuǎn)化

答案B

解析厭氧型綠硫細菌以硫化物為氫供體進行光合作用，由圖可知，綠硫細菌光反應(yīng)不產(chǎn)生

氧氣，因此不能為其他生物提供氧氣，B錯誤。

3.葉綠體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)由核基因編碼，少數(shù)由葉綠體基因編碼，其合成、加工與轉(zhuǎn)運過

程如圖所示。下列說法錯誤的是（）

甲乙

孔蛋白

葉綠體外膜Hsp7（）

葉綠體內(nèi)膜

,基質(zhì)導(dǎo)向序列麋基質(zhì)導(dǎo)向序列

類囊體膜

mRNA葉綠體核糖體葉綠體基質(zhì)

A.甲、乙蛋白通過類似胞吞過程從細胞質(zhì)進入葉綠體

B.甲蛋白可能和暗反應(yīng)有關(guān)，乙蛋白可能和光反應(yīng)有關(guān)

C.類囊體蛋白質(zhì)由細胞質(zhì)和葉綠體中的核糖體合成

D.運至葉綠體不同部位的甲、乙蛋白都需經(jīng)過加工

答案A

解析甲、乙蛋白進入葉綠體沒有形成囊泡，不屬于胞呑作用，A錯誤；甲蛋白在葉綠體基

質(zhì)中，可能和暗反應(yīng)有關(guān)，乙蛋白在類囊體中，可能和光反應(yīng)有關(guān)，B正確：運至葉綠體不

同部位的甲、乙蛋白都是核基因編碼的，都需經(jīng)過加工，D正確。

4.（2022?夏津高三模擬）為探究葉綠體在光下利用ADP和Pi合成ATP的動力，科學(xué)家在黑

暗條件下進行了如下實驗，下列有關(guān)分析正確的是（）

葉綠體乂

類囊體平衡后

緩沖溶液,轉(zhuǎn)移類囊體至

pH=4）pH=8緩沖溶液中厶H=8

A.黑暗的目的是為了與光照作對照

B.pH=4的緩沖液模擬的是葉綠體基質(zhì)的環(huán)境

C.ADP和Pi形成ATP后進入類囊體腔內(nèi)

D.類囊體膜兩側(cè)的pH差是葉綠體形成ATP的動力

答案D

解析實驗在黑暗中進行的目的是避免光照對ATP合成的影響，A錯誤；pH=4的緩沖液模

擬的是類囊體腔的環(huán)境，B錯誤；ADP和Pi形成ATP后進入葉綠體基質(zhì)，C錯誤；實臉結(jié)

果看出，pH平衡前，加入ADP和Pi能夠產(chǎn)生ATP,而平衡后加入ADP和Pi后不能產(chǎn)生

ATP,說明葉綠體中ATP形成的原動力來自類囊體膜兩側(cè)的氫離子濃度差，D正確。

5.（2022?北京東城高三期末）下圖為某陸生植物體內(nèi)碳流動示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述不正

確的是（）

A.過程①需要消耗光反應(yīng)提供的ATP和NADPH

B.葉肉細胞中的卡爾文循環(huán)發(fā)生在葉綠體基質(zhì)

C.在葉肉細胞中會發(fā)生由單糖合成二糖或多糖的過程

D.④受阻時，②③的進行能緩解C3積累對卡爾文循環(huán)的抑制

答案A

解析過程①二氧化碳的固定不需要消耗光反應(yīng)提供的ATP和NADPH,三碳化合物的還原

消耗光反應(yīng)提供的ATP和NADPH,A錯誤；在葉肉細胞中會發(fā)生由單糖合成二糖或多糖的

過程，由圖可知，葉綠體基質(zhì)中會進行葡萄糖合成淀粉的過程，在細胞質(zhì)基質(zhì)中進行葡萄糖

和果糖合成蔗糖的過程，C正確；圖中④蔗糖輸出受阻時，則進入葉綠體的Pi減少，磷酸丙

糖大量積累，過多的磷酸丙糖將用于合成淀粉，即②③合成淀粉能緩解C3積累對卡爾文循環(huán)

的抑制，D正確。

6.如圖是保衛(wèi)細胞控制氣孔張開和關(guān)閉的原理示意圖，細胞膨脹狀態(tài)時，氣孔張開。下列說

法錯誤的是（）

氣孔關(guān)閉

A.水分通過被動運輸?shù)姆绞竭M出保衛(wèi)細胞

B.保衛(wèi)細胞的近氣孔、背氣孔的壁厚度不均勻，這與其控制氣孔開關(guān)的功能相適應(yīng)

C.保衛(wèi)細胞發(fā)生滲透失水，會引起氣孔開度變化，短時間內(nèi)物質(zhì)ATP和NADPH的含量均

下降

D.組成氣孔的保衛(wèi)細胞吸收水分后，有利于處于關(guān)閉狀態(tài)的氣孔張開

答案C

解析保衛(wèi)細胞發(fā)生滲透失水，細胞萎縮引起氣孔開度變小，二氧化碳供應(yīng)不足，暗反應(yīng)減

弱，導(dǎo)致短時間內(nèi)物質(zhì)ATP和NADPH的含量均上升。

7.景天酸代謝（CAM）途徑屬于某些植物特有的C02固定方式：夜晚氣孔開放，通過一系列

反應(yīng)將C02固定于蘋果酸，并儲存在液泡中（甲卜白天氣孔關(guān)閉，蘋果酸運出液泡后放岀C02,

供葉綠體的暗反應(yīng)（乙）利用。下列關(guān)于這類植物的敘述錯誤的是（）

「c氣孔開放氣孔關(guān)閉

A.在夜晚，葉肉細胞能產(chǎn)生ATP的細胞器有線粒體和葉綠體

B.景天酸代謝途徑的出現(xiàn)，可能與植物適應(yīng)干旱條件有關(guān)

C.給植物提供14c標記的14co2,1也可以出現(xiàn)在OAA、蘋果酸、C3和有機物中

D.在上午某一時刻，突然降低外界的C02濃度，葉肉細胞中C3的含量短時間內(nèi)不變

答案A

解析在夜晩，葉肉細胞只能通過細胞呼吸產(chǎn)生ATP,即產(chǎn)生ATP的細胞器是線粒體，A錯

誤；具有景天酸代謝途徑的植物，氣孔白天關(guān)閉，可以減少蒸騰作用，夜晚氣孔張開吸收二

氧化碳，因此可以適應(yīng)干旱的環(huán)境條件，B正確；晚上氣孔開放，*C02進入細胞后在細胞質(zhì)

基質(zhì)中與PEP結(jié)合生成0AA,然后再轉(zhuǎn)化為蘋果酸而被固定。白天蘋果酸運出液泡后放出

14co2,1y02首先與五碳化合物結(jié)合生成三碳化合物，隨后三碳化合物被還原生成有機物，即

,414I4

CO2-*C3-（CH2O）,C正確；由于該植物白天氣孔關(guān)閉，所以在上午某一時刻，突然降

低外界的C02濃度，對于該葉肉細胞來說，其暗反應(yīng)不受影響，即C3的含量不受影響，D

正確。

8.小麥體內(nèi)只有一條固定C02的途徑——卡爾文循環(huán)，也稱為C3途徑；甘蔗除了具有C3

途徑外，還有另外一條途徑，即C4途徑。比較甘蔗和小麥的葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，小麥的維管束鞘

細胞不含葉綠體，光合作用的全過程在葉肉細胞葉綠體中完成。而甘蔗的葉肉細胞的葉綠體

中基粒發(fā)達，維管束鞘細胞的葉綠體中無基粒。甘蔗細胞暗反應(yīng)中C02固定過程如下圖所示,

能有效利用較低濃度的C02。下列敘述錯誤的是（）

葉肉細胞維管束鞘細

中的葉綠體胞中的葉綠體

）

co2c”（草酰乙酸）-*孰（蘋果酸7co'2

I胞間連絲y2c.r

C3（PEP）

Cs酶

(CH2O)i

--c3

ADP+Pi（丙酮酸）

A.干旱環(huán)境小麥光合作用速率比甘蔗大

B.甘蔗葉肉細胞不能通過卡爾文循環(huán)產(chǎn)生有機物

C.甘蔗、小麥光反應(yīng)的場所發(fā)生在葉肉細胞中

D.甘蔗、小麥暗反應(yīng)過程中C02的受體不完全相同

答案A

解析小麥體內(nèi)只有一條固定C02的途徑，即卡爾文循環(huán)；甘蔗除了具有C3途徑外，還有

C4途徑，能有效利用較低濃度的C02,因此在干旱環(huán)境中，小麥葉片氣孔關(guān)閉，吸收C02較

少，小麥光合作用速率比甘蔗小，A錯誤；由圖可知：甘蔗有機物的生成是在維管束鞘細胞

中經(jīng)過卡爾文循環(huán)合成的，而葉肉細胞只進行C4途徑，不形成有機物，故甘蔗葉肉細胞不能

通過卡爾文循環(huán)產(chǎn)生有機物，B正確；甘蔗的葉肉細胞的葉綠體中基粒發(fā)達，維管束鞘細胞

的葉綠體中無基粒；小麥光合作用的全過程在葉肉細胞葉綠體中完成，故甘蔗、小麥光反應(yīng)

的場所都發(fā)生在葉肉細胞中，C正確；由圖可知，甘蔗暗反應(yīng)過程中C02可以與PEP結(jié)合生

成C*也可與C5結(jié)合生成C3,故暗反應(yīng)過程中C02的受體是PEP和C5,小麥暗反應(yīng)過程中

C02的受體是C5,故兩個過程中C02的受體不完全相同，D正確。

9.光合作用的過程十分復(fù)雜，它包括一系列化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)可以概括地分為光反應(yīng)

和暗反應(yīng)。如圖為某高等植物細胞光合作用過程示意圖，a、b、c、d、e、f分別表示光合作

用不同階段中的物質(zhì)。下列相關(guān)敘述正確的是（）

co2

A.圖中的膜結(jié)構(gòu)為葉綠體的內(nèi)膜，膜上分布有吸收光能的四種色素

B.物質(zhì)b逆濃度梯度跨膜運輸，并供給ADP和Pi反應(yīng)合成ATP所需的能量

C.d-f為暗反應(yīng)中C3的還原過程，物質(zhì)c為該過程的進行提供的物質(zhì)是氫

D.若將圖中的光照撤離，則短時間內(nèi)d、e的含量將增加，f的含量將降低

答案C

解析由圖示信息可知，圖中為光合作用過程，所以膜結(jié)構(gòu)為葉綠體的類囊體薄膜，膜上分

布有吸收光能的四種色素，A錯誤；物質(zhì)b為H+,其順濃度梯度跨膜運輸，供給ADP和Pi

反應(yīng)合成ATP所需的能量，B錯誤；d-f為暗反應(yīng)中C3的還原過程，物質(zhì)c（NADPH）為該過

程的進行提供的物質(zhì)是氫，C正確；若將圖中的光照撤離，則短時間內(nèi)光反應(yīng)停止，使d-f

過程減慢，而e-d過程繼續(xù)進行，所以d的含量將增加，e、f的含量將減少，D錯誤。

10.西北農(nóng)林科技大學(xué)對某甜瓜品種進行“低溫鍛煉對冷脅迫下幼苗超氧化物歧化酶（SOD,

該酶能減緩植株的衰老）活性與葉綠素含量的影響”實驗。設(shè)置了如下三組實驗:「（晝夜15~

10℃）,T2（晝夜10?5°C）和CK（晝夜25?15℃）。低溫鍛煉十天后，將三組幼苗同時進行低

溫脅迫處理，測定各項生化指標，結(jié)果如下。下列相關(guān)分析錯誤的是（）

01234

處理時間(d)

A.低溫鍛煉能防止甜瓜幼苗在冷脅迫下葉綠素的分解，提高幼苗的抗寒能力

B.在冷脅迫下，經(jīng)低溫鍛煉的處理組SOD活性逐漸下降，但仍高于未經(jīng)低溫鍛煉的CK組

C.幼苗經(jīng)過低溫鍛煉后使清除自由基的機制起作用，增強其對冷脅迫環(huán)境下的適應(yīng)能力

D.未鍛煉的CK組冷脅迫后SOD活性降低不是其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導(dǎo)致的

答案A

解析在低溫脅迫下，Ti和T2組甜瓜幼苗細胞中葉綠素含量均低于CK組，說明低溫鍛煉不

能防止甜瓜幼苗在冷脅迫下葉綠素的分解，A錯誤；低溫會使酶的活性降低，但空間結(jié)構(gòu)不

改變，故未鍛煉的CK組冷脅迫后SOD活性降低，不是其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變導(dǎo)致的，D正確。

11.下圖為植物體內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸作用的示意圖，下列相關(guān)敘述不正確的是（）

A.光合作用過程中CO2在葉綠體基質(zhì)中被利用

B.農(nóng)業(yè)上，控制好大棚中。2和C02含量有利于農(nóng)作物增產(chǎn)

C.在髙02含量的環(huán)境中，植物不能進行光合作用

D.將植物突然置于黑暗環(huán)境中，葉綠體中C5與C3間的轉(zhuǎn)化受影響

答案c

解析光合作用過程中C02參與暗反應(yīng)，場所是葉綠體基質(zhì)，A正確；分析題圖可知，02

和CO2的濃度會影響光合作用和細胞呼吸，故農(nóng)業(yè)上，控制好大棚中。2和