新教材高一生物浙科必修第一冊課件第三章第五節(jié)第2課時光反應和碳反應的過程

第五節(jié)光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學能第三章細胞的代謝

第2課時光反應和碳反應的過程(1)過程(物質(zhì)變化)①水的光解：H2O2H＋＋2e－＋O2②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－

NADPH(2)能量變化：光能→ATP與NADPH中的化學能。(3)場所：__________中。(4)反應物：________、ADP、Pi、NADP＋等。(5)生成物：________、NADPH、_________等。(6)條件：色素、光、酶。光合膜H2OO2ATP(1)過程(物質(zhì)變化)①CO2的固定：CO2＋五碳糖2個三碳酸分子②三碳酸的還原：2個三碳酸分子2個__________③五碳糖的再生：三碳糖__________(2)能量變化：ATP、NADPH中的化學能―→三碳糖中的化學能。三碳糖五碳糖(3)場所：______________。(4)反應物：_________、_________、NADPH等。(5)產(chǎn)物：三碳糖。(6)三碳糖的去向：在葉綠體內(nèi)，三碳糖作為原料用于_______、_________和_________的合成；大部分三碳糖運至葉綠體外，并且轉(zhuǎn)變成_________，供植物體所有細胞利用。葉綠體基質(zhì)CO2ATP淀粉蛋白質(zhì)脂質(zhì)蔗糖光反應為碳反應提供___________________，碳反應為光反應提供________、______和NADP＋，如圖所示。NADPH、ATPADPPi1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)用同位素18O標記的H2O，參與光合作用過程后，將在產(chǎn)物的葡萄糖中發(fā)現(xiàn)18O。()(2)光反應產(chǎn)生的ATP在葉綠體內(nèi)的轉(zhuǎn)移方向為由葉綠體類囊體膜向葉綠體基質(zhì)。()(3)光反應產(chǎn)生的ATP和NADPH是碳反應中將三碳酸分子還原為糖的能源物質(zhì)。()(4)NADPH在碳反應中作為還原劑。()×√√√(5)卡爾文循環(huán)從一個五碳糖開始，循環(huán)的關(guān)鍵步驟是三碳酸被還原生成三碳糖。()2．案例分析：如圖是植物光合作用圖解，圖中序號表示物質(zhì)，A、B表示生理過程，據(jù)圖回答問題。(1)類囊體膜上的光合色素吸收光能，將水分子裂解成氧和H＋，其中的H＋進一步轉(zhuǎn)化為高能態(tài)的[②]________________________，為碳反應提供能量。√

NADPH(或還原性氫)(2)圖中A表示的生理過程為_____________________。(3)美國人卡爾文用14C標記[③]__________________，追蹤光合作用中碳元素的“行蹤”。(4)如果圖中③表示的物質(zhì)濃度突然下降，則三碳酸的濃度在短時間的變化趨勢是_____________________________。(5)據(jù)圖分析，光強度主要是通過影響__________，進一步影響光合速率。固定(或CO2的固定)CO2(或二氧化碳)下降(或降低或變小或變少)光反應【解析】(1)光反應中水分子裂解成氧和H＋，其中的H＋和電子以及葉綠體基質(zhì)中的NADP＋用于合成NADPH，還原氫屬于高能化合物，為碳反應提供能量。(2)圖中的A表示碳反應中的二氧化碳的固定。(3)達爾文用14C標記二氧化碳中的碳，追蹤光合作用中碳元素的“行蹤”，最終證明了二氧化碳中的碳轉(zhuǎn)移到了有機物中。(4)圖中的③二氧化碳的濃度下降，三碳酸的合成速率下降，而三碳酸的消耗速率不變，則短時間內(nèi)三碳酸的含量下降。(5)光反應需要光照條件，因此光強度主要是通過影響光反應，進而影響光合速率。【提醒】(1)在葉綠體中，ATP、NADPH由類囊體膜向葉綠體基質(zhì)移動；ADP和NADP＋由葉綠體基質(zhì)向類囊體膜移動。(2)NADPH既是能量(活躍化學能)的載體，也是還原劑。每個三碳酸分子接受來自NADPH的氫和來自ATP的磷酸基團，形成三碳糖。(3)光合作用中碳反應的產(chǎn)物三碳糖，在葉綠體內(nèi)能作為合成淀粉、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的原料而被利用，但大部分運至葉綠體外，并且轉(zhuǎn)變成蔗糖，供植物體所有細胞利用。如圖是馬鈴薯下側(cè)葉片光合作用產(chǎn)物的形成及運輸示意圖，其中A、B、C表示物質(zhì)，①②③表示過程(其中③過程利用葉綠體膜上的磷酸轉(zhuǎn)運器將三碳糖運出葉綠體)。馬鈴薯下側(cè)葉片合成的有機物主要通過韌皮部運向塊莖儲藏。請回答：(1)在光合色素的提取和分離實驗中，制備色素提取液時加入____________可使研磨充分。若該植物長期處在缺Mg2＋的環(huán)境中，最后通過紙層析法獲得的四條色素帶中，從上往下數(shù)第_________條色素帶的顏色偏淺。(2)圖中的A、B分別代表__________、________。在葉綠體內(nèi)三碳糖除了合成C，還能作為合成________________的原料而被利用。(3)CO2分子進入卡爾文循環(huán)后形成的第一個糖是____________；卡爾文循環(huán)與光反應關(guān)系密切相關(guān)，圖中②過程需要光反應提供_________________。二氧化硅三、四五碳糖蔗糖蛋白質(zhì)和脂質(zhì)三碳糖ATP和NADPH(4)若摘除一部分塊莖，葉肉細胞液泡中的B含量會________，原因是_____________________________________________。增加蔗糖運出葉肉細胞的量減少，會更多地進入液泡【解析】(1)在光合色素的提取和分離實驗中，制備色素提取液時加入二氧化硅可使研磨充分。紙層析法中，濾紙條從上到下依次是：胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b，Mg2＋是組成葉綠素的必需成分，若該植物長期處在缺Mg2＋的環(huán)境中，最后通過紙層析法獲得的四條色素帶中，從上往下數(shù)第三、四條色素帶的顏色偏淺。(2)據(jù)分析可知，圖中的A、B分別代表五碳糖、蔗糖。據(jù)圖可知，在葉綠體內(nèi)三碳糖除了合成C，還能作為合成蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的原料而被利用。(3)CO2分子進入卡爾文循環(huán)后形成的第一個糖是三碳糖；卡爾文循環(huán)與光反應關(guān)系密切相關(guān)，圖中②過程需要光反應提供ATP和NADPH。(4)根據(jù)題意，馬鈴薯下側(cè)葉片合成的有機物主要通過韌皮部運向塊莖儲藏，如果摘除一部分塊莖，會導致蔗糖運出葉肉細胞的量減少，進而會更多地進入液泡，因此葉肉細胞液泡中的B含量會增加。1．下列關(guān)于植物光合作用的敘述，正確的是()A．破壞葉綠體外膜后，O2不能產(chǎn)生B．離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反應C．與冬季相比，植物在夏季光合作用強度高的主要原因是光照時間長D．密閉玻璃容器中降低CO2供應，植物的光反應不受影響，但碳反應速率降低B【解析】氧氣產(chǎn)生于葉綠體的類囊體膜，不是葉綠體外膜，A錯誤；光合作用的場所是葉綠體，光反應可以為碳反應提供NADPH和ATP，碳反應的底物還有CO2，故離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反應，B正確；與冬季相比，植物在夏季光合作用強度高的主要原因是溫度較高，C錯誤；密閉玻璃容器中降低CO2供應，碳反應速率會降低，從而抑制光反應的進行，D錯誤。2．科學家提取出植物細胞中的葉綠體，將葉綠體膜破壞，分離出基質(zhì)和基粒，用來研究光合作用過程(如下表，表中“＋”表示“有”或“添加”，“－”表示“無”或“不添加”)。下列條件下能產(chǎn)生三碳糖的是()D【解析】葉綠體的基質(zhì)中進行碳反應階段，碳反應需要光反應提供的ATP和NADPH，A錯誤；葉綠體的基粒只能進行光反應階段，而三碳糖的產(chǎn)生必須在葉綠體基質(zhì)中，B錯誤；光合作用產(chǎn)生三碳糖的過程一定需要光照，C錯誤；葉綠體的基粒進行光反應階段：水的光解產(chǎn)生NADPH與氧氣，以及ATP的形成。葉綠體的基質(zhì)中進行碳反應階段：CO2被五碳糖固定形成三碳酸，三碳酸在光反應提供的ATP和NADPH的作用下被還原生成三碳糖，D正確。3．DCIP是一種染料分子，有氧化型和還原型兩種狀態(tài)?，F(xiàn)將黑暗中制備的離體葉綠體加入含有適量氧化型DCIP(藍色)蔗糖和磷酸緩沖液的溶液中并進行照光，水在光下被分解釋放氧氣，氧化型DCIP被還原生成還原型DCIP(無色)，回答下列問題：(1)上述過程模擬的是光合作用___________階段的反應，在自然情況下該反應階段可為三碳糖的生成提供的能源物質(zhì)是_________________。葉綠體懸浮液中加入蔗糖的作用是______________，從而維持葉綠體正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)。光反應ATP、NADPH

維持滲透壓(2)照光一段時間DCIP全部被還原，此時懸浮液的顏色為________。在上述反應過程中，氧化型DCIP被還原是因為接受了水分解產(chǎn)生的________________。(3)抑制葉綠體___________部位的相關(guān)功能可減緩溶液顏色的變化。若去除溶液中的氧化型DCIP，葉綠體放氧速率會_________。

綠色e－和H＋(或氫)類囊體

變慢【解析】(1)由題“水在光下被分解釋放氧氣，氧化型DCIP被還原生成還原型DCIP(無色)”可知，該過程模擬的是光合作用光反應階段，光反應階段發(fā)生水的光解產(chǎn)生NADPH與O2，以及ATP的形成，因此該反應階段可為三碳糖的生成提供的能源物質(zhì)是NADPH和ATP。葉綠體懸浮液中加入蔗糖的作用是維持滲透壓，形成等滲溶液，防止葉綠體由于滲透作用吸水漲破，從而維持葉綠體正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)。(2)照光一段時間氧化型DCIP被還原生成還原型DCIP(無色)，此時懸浮液的顏色為葉綠體的顏色，即綠色。氧化型DCIP被還原是因為接受了水分解產(chǎn)生的e－和H＋。(3)該過程模擬的是光合作用光反應階段，而光反應過程發(fā)生在葉綠體內(nèi)的類囊體膜上，因此抑制葉綠體類囊體部位的相關(guān)功能可減緩溶液顏色的變化。若去除溶液中的氧化型DCIP，葉綠體放氧速率會變慢?！咎嵝选可媳碇皇菍ψ兓蠖虝r間內(nèi)各物質(zhì)的相對含量的變化作討論，而不是長時間，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降。將某植物栽培在適宜的光照、溫度和CO2充足的條件下。如果將環(huán)境中CO2含量突然降至極低水平，此時葉肉細胞內(nèi)的三碳酸化合物、五碳糖和ATP含量的變化情況是()A．上升、下降、上升

B．下降、上升、上升C．下降、上升、下降

D．上升、下降、下降B【解析】CO2含量的改變直接影響的是碳反應中CO2的固定這個反應。CO2含量由高到低時，CO2的固定這個反應變?nèi)?，則這個反應的反應物(五碳糖)消耗減少，剩余的五碳糖相對增多，而三碳酸生成量減少。由于三碳酸的生成量減少，則又影響了三碳酸的還原，使得三碳酸的還原反應減弱，則消耗的NADPH和ATP量減少，短時間內(nèi)光反應強度不變，所以NADPH和ATP剩余的量增多，生成物三碳糖減少。所以ATP的含量增多、三碳酸的含量減少、五碳糖的含量增多，即B正確，A、C、D錯誤。1．某實驗員在各項環(huán)境因素適宜時，進行光反應和碳反應之間的關(guān)系探究，在短時間內(nèi)他改變了某一條件，得到如圖所示的實驗結(jié)果，則他改變的條件最可能是()A.停止光照

B．提高溫度C．增加O2濃度

D．降低CO2濃度A【解析】據(jù)圖可知，三碳酸的含量增加，五碳糖的含量減少，可能的原因是CO2增多，CO2固定過程加快，或光照減少，NADPH和ATP減少，三碳酸的還原過程減慢；提高溫度或增加O2濃度不會改變?nèi)妓岷臀逄继堑暮浚唤档虲O2濃度會導致三碳酸的含量減少，五碳糖的含量增加，選A。2．用14CO2“飼喂”葉肉細胞，讓葉肉細胞在光下進行光合作用。一段時間后，關(guān)閉光源，將葉肉細胞置于黑暗環(huán)境中，含放射性的三碳酸化合物濃度的變化情況如圖所示，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A.葉肉細胞利用14CO2的場所是葉綠體基質(zhì)B．OA段葉肉細胞中吸收光能的結(jié)構(gòu)是葉綠體的類囊體C．AB段三碳酸化合物濃度不變的原因是14CO2消耗殆盡D．B點后曲線上升是因為黑暗條件下，葉肉細胞內(nèi)無NADPH和ATP的供應C【解析】葉肉細胞碳反應階段利用14CO2，其場所是葉綠體基質(zhì)，A正確；葉綠體中吸收光能的色素分布于類囊體薄膜上，故OA段葉肉細胞中吸收光能的結(jié)構(gòu)是葉綠體的類囊體，B正確；AB段三碳酸化合物濃度不變的原因是三碳酸化合物生成的量與被還原的量基本相等，達到動態(tài)平衡，C錯誤；剛進入黑暗條件時，光反應不能發(fā)生，不能合成ATP和NADPH，而二氧化碳的固定還在繼續(xù)，導致三碳酸化合物含量上升，D正確。3．下圖是某種植物在光照等環(huán)境因素影響下光合速率變化的示意圖。下列敘述正確的是()A.t2→t3，光反應速率限制了光合作用速率B．t1→t2，O2釋放量增多而CO2吸收量不變C．t4后短暫時間內(nèi)，葉綠體中五碳糖含量下降D．t3→t4，光合速率的提高僅是碳反應增強的結(jié)果C【解析】t2→t3，碳反應速率限制了光合作用速率，A錯誤；t1→t2，光合作用速率增強，所以O(shè)2釋放量增多，CO2吸收量增多，B錯誤；t4后短暫時間內(nèi)，由于光照停止，導致NADPH和ATP的量減少，三碳酸還原量減少，進而葉綠體中五碳糖含量下降，C正確；t3→t4，光合速率的提高是碳反應和光反應都增強的結(jié)果，D錯誤。1．下圖表示光合作用的過程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的兩個階段，a、b表示相關(guān)物質(zhì)。下列相關(guān)敘述正確的是()A.物質(zhì)a表示NADPHB．物質(zhì)b表示三碳酸C．階段Ⅰ表示碳反應D．階段Ⅱ在葉綠體類囊體膜上發(fā)生A【解析】光反應中，水的光解產(chǎn)生氧氣、H＋和e－，其中H＋、e－和NADP＋結(jié)合成NADPH用于碳反應，因此物質(zhì)a表示NADPH，A正確；在光反應階段，ADP＋Pi＋能量ATP，因此圖中b表示ATP，B錯誤；圖中階段Ⅰ能夠吸收、傳遞、轉(zhuǎn)化光能，屬于光合作用的光反應階段，C錯誤；圖中階段Ⅱ能夠發(fā)生二氧化碳的固定，并且生成糖類等有機物，屬于光合作用的碳反應階段，該過程進行的場所是葉綠體基質(zhì)，D錯誤。2．下列關(guān)于光合作用碳反應階段的敘述，正確的是()A．CO2的固定實質(zhì)上是將ATP中的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)槿妓嶂械幕瘜W能B．CO2可直接被NADPH還原，再經(jīng)過一系列的變化形成糖類C．光強度由強變?nèi)鯐r，短時間內(nèi)葉綠體中的五碳糖含量會升高D．被還原的三碳酸在相關(guān)酶的催化作用下，可再形成五碳糖D【解析】CO2的固定是將CO2與五碳糖反應生成三碳酸，該過程不消耗ATP，A錯誤；CO2需要與五碳糖結(jié)合形成三碳酸后，三碳酸可直接被NADPH還原，再經(jīng)過一系列的變化形成糖類，B錯誤；光照減弱時，ATP和NADPH合成減少，三碳酸還原受阻，五碳糖生成減少，短時間內(nèi)五碳糖去路不變，最終導致五碳糖含量降低，C錯誤；被還原的三碳酸在相關(guān)酶的催化作用下，能形成糖類和五碳糖，D正確。3．下列關(guān)于光反應與碳反應的敘述不正確的是()A．碳反應不需要光照，有光、無光都可以進行B．光反應產(chǎn)生的產(chǎn)物都用于三碳酸的還原C．碳反應能為光反應提供ADPD．溫度主要影響的是碳反應中酶的活性B【解析】碳反應階段不需要光，有光、無光都可以進行，包括CO2的固定和三碳酸的還原，A正確；光反應產(chǎn)生的氧氣不用于三碳酸的還原，B錯誤；碳反應能為光反應提供ADP、Pi和NADP＋，C正確；溫度主要影響的是碳反應中酶的活性，D正確。4．如圖表示某植物葉肉細胞中三碳酸和五碳糖濃度的變化情況，該植物在Ⅰ階段處于適宜環(huán)境條件下，Ⅱ階段是某個環(huán)境條件降低引起的瞬時變化。下列分析正確的是()A．Ⅰ階段在類囊體膜上進行，Ⅱ階段在葉綠體基質(zhì)中進行B．圖中Ⅱ階段的變化很可能是降低光強度引起的C．圖中物質(zhì)甲轉(zhuǎn)變成乙需要光反應提供的ATP和NADPHD．達到最大光合作用強度時，所需最小光強度Ⅱ階段的比Ⅰ階段低D【解析】題圖表示植物葉肉細胞中三碳酸和五碳糖濃度的變化情況，因此兩個階段均表示光合作用碳反應，發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，A錯誤；當光強度降低時，短時間內(nèi)光反應產(chǎn)生的NADPH、ATP減少，導致三碳酸的還原減少，而五碳糖與CO2反應生成的三碳酸不變，因此三碳酸含量上升，五碳糖含量下降。當CO2濃度降低時，短時間內(nèi)光反應產(chǎn)生的NADPH、ATP不變，五碳糖與CO2反應生成的三碳酸減少，導致五碳糖的消耗減少，而三碳酸的還原繼續(xù)進行，因此三碳酸含量下降，五碳糖含量上升。所以，圖中Ⅱ階段的變化很可能是降低CO2濃度引起的，B錯誤；圖中甲是五碳糖，乙是三碳酸，甲轉(zhuǎn)變成乙需要CO2，C錯誤；由題意可知，發(fā)生改變的是CO2濃度降低，達到最大光合作用強度時，Ⅱ階段所需的光強度比Ⅰ階段低，D正確。5．為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定，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