備考2024屆高考生物一輪復(fù)習(xí)講義第三章細(xì)胞代謝課時(shí)4光合作用與能量轉(zhuǎn)化考點(diǎn)2　光合作用的過(guò)程

考點(diǎn)2光合作用的過(guò)程1.探索光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)時(shí)間結(jié)論1928年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)甲醛對(duì)植物有毒害作用，而且甲醛不能通過(guò)光合作用轉(zhuǎn)化為糖1937年希爾反應(yīng)：離體葉綠體在適當(dāng)條件下發(fā)生[1]水的光解、產(chǎn)生O2的化學(xué)反應(yīng)1941年魯賓和卡門用同位素示蹤法，證明光合作用釋放的O2來(lái)自[2]水1954年、1957年（1954年）美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成[3]ATP，隨后（1957年）他發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程總是與水的光解相伴隨20世紀(jì)40年代美國(guó)科學(xué)家卡爾文用[4]同位素示蹤的方法，探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑2.光合作用的概念3.光合作用的過(guò)程階段Ⅰ.光反應(yīng)階段Ⅱ.暗反應(yīng)階段過(guò)程圖解場(chǎng)所[9]類囊體薄膜[10]葉綠體基質(zhì)階段Ⅰ.光反應(yīng)階段Ⅱ.暗反應(yīng)階段條件[11]光、葉綠體中的色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋等酶、[12]ATP、NADPH等物質(zhì)變化①水的光解：H2OH＋＋O2；②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH；③ATP的合成：ADP＋PiATP①CO2的固定：CO2＋C52C3；②C3的還原：2C3C5＋（CH2O）能量變化聯(lián)系①光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和NADPH；②暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP＋、Pi和ADP1.真核細(xì)胞的光反應(yīng)2.原核細(xì)胞的光反應(yīng)教材補(bǔ)遺（1）[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－1，5－二磷酸（RuBP）。（2）[必修1P104“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(jìn)入篩管，再通過(guò)韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈?。?）[必修1P106小字部分]光合作用和化能合成作用的比較：項(xiàng)目光合作用化能合成作用不同點(diǎn)生物類型綠色植物和光合細(xì)菌硝化細(xì)菌等能量來(lái)源光能體外物質(zhì)氧化時(shí)釋放的化學(xué)能相同點(diǎn)代謝類型自養(yǎng)型物質(zhì)變化將無(wú)機(jī)物（CO2和H2O等）轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)存能量的有機(jī)物4.環(huán)境因素驟變對(duì)光合作用過(guò)程的動(dòng)態(tài)影響借助光合作用過(guò)程圖解從物質(zhì)的生成和消耗兩個(gè)方面綜合分析：提醒C5、NADPH、ATP的變化一致，C3與C5、NADPH、ATP的變化相反；對(duì)光合作用有利，（CH2O）合成增加，反之則減少。1.解答有關(guān)光合作用過(guò)程的試題，要牢記“二二三四”法則2.根據(jù)化學(xué)平衡可知：底物濃度增加、產(chǎn)物濃度減少?使化學(xué)平衡向正方向移動(dòng)；反之亦然?；A(chǔ)自測(cè)1.H2O在光下分解為H＋和O2的過(guò)程發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中。（×）2.光合作用光反應(yīng)階段產(chǎn)生的NADPH可在葉綠體基質(zhì)中作為還原劑。（√）3.葉肉細(xì)胞在葉綠體外膜上合成淀粉。（×）4.光合作用釋放的O2中的O來(lái)自CO2和H2O。（×）5.光合作用過(guò)程中光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，細(xì)胞呼吸過(guò)程中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎虯TP中穩(wěn)定的化學(xué)能。（×）6.光合作用過(guò)程中，ADP從類囊體薄膜向葉綠體基質(zhì)移動(dòng)。（×）7.在暗反應(yīng)階段，CO2不能直接被還原[2021湖南，T7B]。（√）8.在酶催化下直接參與CO2固定的化學(xué)物質(zhì)是CO2和C5。9.不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反應(yīng)階段的產(chǎn)物是相同的，光反應(yīng)階段的產(chǎn)物是ATP、NADPH、O2（答出3點(diǎn)即可）[2022全國(guó)甲，T29（1）]。10.參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與鎂離子參與組成的環(huán)式結(jié)構(gòu)使葉綠素能夠吸收光能，用于驅(qū)動(dòng)ATP和NADPH兩種物質(zhì)的合成以及水的分解；RuBP羧化酶將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)轸然拥紺5分子上，反應(yīng)形成的產(chǎn)物被還原為糖類[2021河北，T19（2）]。情境應(yīng)用1.1937年，英國(guó)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑，在無(wú)CO2的條件下給予光照，離體葉綠體可以發(fā)生水的光解、產(chǎn)生氧氣。希爾實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水的光解與糖類等有機(jī)物的合成不是同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，原因是希爾反應(yīng)是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，缺少合成糖的必需原料——CO2，說(shuō)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(duì)獨(dú)立的反應(yīng)階段。2.有關(guān)光合作用的兩組實(shí)驗(yàn)——甲組：連續(xù)光照5分鐘和黑暗5分鐘；乙組：間隔光照（5秒光照、5秒黑暗交替進(jìn)行），總光照5分鐘和黑暗5分鐘。10分鐘時(shí)間內(nèi)哪一組有機(jī)物的合成量多？為什么？提示乙組有機(jī)物合成量多。因?yàn)楣庹蘸秃诎到惶嫣幚?，使光反?yīng)產(chǎn)生的ATP和NADPH能夠及時(shí)利用與再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。3.模擬魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)時(shí)，能否對(duì)同一實(shí)驗(yàn)中的CO2和H2O同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記，為什么？提示不能。因?yàn)橥凰厥聚櫡ㄖ荒軝z測(cè)同位素的存在，不能檢測(cè)是哪種同位素，若同一實(shí)驗(yàn)中CO2和H2O中的O均被標(biāo)記，則無(wú)法分辨O2中的O到底是來(lái)自CO2還是H2O。研透高考明確方向命題點(diǎn)1光合作用的探究歷程分析1.下列有關(guān)實(shí)驗(yàn)變量的敘述，錯(cuò)誤的是（A）A.用小球藻和CO2驗(yàn)證卡爾文循環(huán)的實(shí)驗(yàn)中，自變量是CO2中C是否被標(biāo)記B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)，因變量是是否產(chǎn)生還原糖C.恩格爾曼利用水綿和需氧細(xì)菌研究光合作用的實(shí)驗(yàn)中，因變量觀測(cè)指標(biāo)是需氧細(xì)菌的分布情況D.魯賓和卡門研究光合作用中O2來(lái)源的實(shí)驗(yàn)中，自變量是被18O標(biāo)記的原料解析用小球藻和CO2驗(yàn)證卡爾文循環(huán)的實(shí)驗(yàn)中，自變量是時(shí)間，A錯(cuò)誤；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實(shí)驗(yàn)中，需借助斐林試劑檢測(cè)是否產(chǎn)生了還原糖，即因變量是是否產(chǎn)生還原糖，B正確；恩格爾曼利用水綿和需氧細(xì)菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察需氧細(xì)菌的分布來(lái)判斷O2產(chǎn)生的部位，最終證明葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，C正確；魯賓和卡門用同位素示蹤法證明光合作用釋放的O2來(lái)自水，自變量是被18O標(biāo)記的原料，D正確。2.1941年魯賓和卡門用同位素18O標(biāo)記水和碳酸氫鹽，加入三組小球藻培養(yǎng)液中。在適宜光照下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表所示。下列敘述錯(cuò)誤的是（C）組別水中18O比率（％）碳酸氫鹽中18O比率（％）反應(yīng)時(shí)間（min）釋放的氧氣中18O比率（％）第1組0.850.61450.86第2組0.200.401100.20第3組0.200.572250.20A.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氫鹽提供B.氧氣中18O比率不受光合作用反應(yīng)時(shí)間的影響C.魯賓和卡門進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證光合作用產(chǎn)物中有氧氣D.卡爾文也運(yùn)用相同的方法用14C標(biāo)記二氧化碳，研究暗反應(yīng)中物質(zhì)的變化解析碳酸氫鹽能釋放二氧化碳，為光合作用提供二氧化碳，A正確；根據(jù)表格數(shù)據(jù)，在45min、110min、225min釋放的氧氣中18O比率和水中18O起始比率基本一致，說(shuō)明氧氣中18O比率不受光合作用反應(yīng)時(shí)間影響，B正確；魯賓和卡門進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的目的是探究光合作用中氧氣中氧的來(lái)源，C錯(cuò)誤；卡爾文也運(yùn)用同位素示蹤法用14C標(biāo)記二氧化碳，供小球藻進(jìn)行光合作用，然后追蹤檢測(cè)其放射性，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑，D正確。命題點(diǎn)2光合作用的過(guò)程分析3.[天津高考]研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質(zhì)一起用單層脂質(zhì)分子包裹成油包水液滴，從而構(gòu)建半人工光合作用反應(yīng)體系。該反應(yīng)體系在光照條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產(chǎn)生有機(jī)物乙醇酸。下列分析正確的是（A）A.產(chǎn)生乙醇酸的場(chǎng)所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)B.該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)僅有CO2C.類囊體產(chǎn)生的ATP和O2參與CO2的固定與還原D.與葉綠體相比，該反應(yīng)體系不含光合色素解析由題干信息“該反應(yīng)體系在光照條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產(chǎn)生有機(jī)物乙醇酸”，說(shuō)明乙醇酸是在暗反應(yīng)中合成的，合成場(chǎng)所相當(dāng)于葉綠體基質(zhì)，A正確；該反應(yīng)體系既能在類囊體上進(jìn)行光反應(yīng)，又能利用16種酶等物質(zhì)進(jìn)行暗反應(yīng)，因此該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)有CO2、H2O等，B錯(cuò)誤；類囊體上進(jìn)行的光反應(yīng)為暗反應(yīng)中C3的還原提供了NADPH和ATP，光反應(yīng)產(chǎn)生的O2不參與暗反應(yīng)，C錯(cuò)誤；該反應(yīng)體系中有分離得到的類囊體，含有光合色素，D錯(cuò)誤。命題變式[設(shè)問(wèn)拓展型]題干條件不變，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（A）A.該反應(yīng)體系的結(jié)構(gòu)與葉綠體外膜的結(jié)構(gòu)相同B.該反應(yīng)體系會(huì)消耗CO2和H2OC.加入的16種物質(zhì)應(yīng)該包含ADP、NADP＋等物質(zhì)D.可以測(cè)定該反應(yīng)體系的凈光合速率解析該反應(yīng)體系是由單層脂質(zhì)分子包裹形成的，而葉綠體的外膜是雙層脂質(zhì)分子，且含蛋白質(zhì)，A錯(cuò)誤；該反應(yīng)體系能夠連續(xù)進(jìn)行CO2的固定和還原，會(huì)消耗CO2和H2O，B正確；該反應(yīng)體系是人工構(gòu)建的光合作用反應(yīng)體系，且在光照條件下進(jìn)行，故需要加入的物質(zhì)應(yīng)包含ADP和NADP＋等物質(zhì)，C正確；凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率，而該半人工光合作用反應(yīng)體系能夠進(jìn)行光合作用，不能進(jìn)行呼吸作用，即呼吸速率為0，故該反應(yīng)體系測(cè)定的光合速率即為其凈光合速率，D正確。4.[2021廣東]在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco。下列敘述正確的是（D）A.Rubisco存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中B.激活Rubisco需要黑暗條件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2結(jié)合解析據(jù)題意可知，Rubisco是唯一催化CO2固定形成C3的酶，則其存在于葉綠體基質(zhì)中，A錯(cuò)誤；有、無(wú)光照均可發(fā)生暗反應(yīng)，因此激活Rubisco不需要黑暗條件，B錯(cuò)誤；Rubisco催化CO2的固定不需要消耗ATP，C錯(cuò)誤；據(jù)題意，Rubisco是催化CO2固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2結(jié)合形成C3的酶，D正確。命題點(diǎn)3不同條件下光合作用過(guò)程中物質(zhì)含量變化的分析5.[天津高考]在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時(shí)間后，突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是（C）A.紅光，ATP下降B.紅光，未被還原的C3上升C.綠光，NADPH下降D.綠光，C5上升解析葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍(lán)紫光等可見光，吸收的綠光很少。將白光改為光照強(qiáng)度相同的紅光，光反應(yīng)增強(qiáng)，葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH增多，C3的還原加快，短時(shí)間內(nèi)CO2的固定仍以原來(lái)的速率進(jìn)行，導(dǎo)致未被還原的C3減少，A、B錯(cuò)誤；將白光改為光照強(qiáng)度相同的綠光，光反應(yīng)減弱，短時(shí)間內(nèi)葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，C正確；NADPH和ATP的減少必然會(huì)導(dǎo)致C3還原生成C5減慢，此時(shí)CO2的固定仍以原來(lái)的速率消耗C5，則短時(shí)間內(nèi)C5的含量會(huì)下降，D錯(cuò)誤。命題變式[條件改變型]若突然改用光照強(qiáng)度與白光相同的藍(lán)紫光，則短時(shí)間內(nèi)光反應(yīng)會(huì)增強(qiáng)，產(chǎn)生ATP的速率加快，未被還原的C3減少。解析改用藍(lán)紫光，相當(dāng)于增加光照強(qiáng)度，導(dǎo)致光反應(yīng)增強(qiáng)，產(chǎn)生NADPH和ATP的速率加快，C3的還原加快，而CO2的固定速率暫時(shí)不變，因此未被還原的C3減少。6.[山東高考，9分]人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽(yáng)能合成糖類，相關(guān)裝置及過(guò)程如圖所示，其中甲、乙表示物質(zhì)，模塊3中的反應(yīng)過(guò)程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過(guò)程相同。（1）該系統(tǒng)中執(zhí)行相當(dāng)于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是模塊1和模塊2，模塊3中的甲可與CO2結(jié)合，甲為五碳化合物（或C5）。（2）若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則短時(shí)間內(nèi)乙的含量將減少（填“增加”或“減少”）。若氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變，原因是模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足。（3）在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于（填“高于”“低于”或“等于”）植物，原因是人工光合作用系統(tǒng)沒(méi)有呼吸作用消耗糖類（或植物呼吸作用消耗糖類）。（4）干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少，且植物體水分供應(yīng)不足。人工光合作用系統(tǒng)由于對(duì)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。解析（1）由題圖可知，模塊1利用太陽(yáng)能發(fā)電裝置將吸收的光能轉(zhuǎn)化為電能，模塊2利用電能電解水生成H＋和O2，并發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)中的模塊1和模塊2相當(dāng)于執(zhí)行了葉綠體中光反應(yīng)的功能。模塊3將大氣中的CO2轉(zhuǎn)化為糖類，相當(dāng)于執(zhí)行了光合作用的暗反應(yīng)，暗反應(yīng)中CO2的固定指的是CO2和C5結(jié)合生成C3。C3在光反應(yīng)提供的NADPH和ATP的作用下被還原，隨后經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)形成糖類和C5，故該系統(tǒng)中模塊3中的甲為五碳化合物（C5），乙為三碳化合物（C3）。（2）若正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則CO2濃度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物（C3）的還原短時(shí)間內(nèi)仍正常進(jìn)行，因此短時(shí)間內(nèi)會(huì)導(dǎo)致C3含量減少。暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP＋，若該系統(tǒng)氣泵停轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，則模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，從而導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)發(fā)生改變。（3）植物中糖類的積累量＝光合作用合成糖類的量－細(xì)胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比，該系統(tǒng)沒(méi)有呼吸作用消耗糖類，所以在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于植物。（4）干旱條件下，為了減少水分散失，植物葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少，影響暗反應(yīng)過(guò)程，且植物體內(nèi)水分供應(yīng)不足，也會(huì)影響光反應(yīng)過(guò)程。