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第二节光合作用
第1课时 解开光合作用之谜和光合作用的过程
1.1771年英国的普利斯特莱通过植物和动物之间进行
气体交换的实验得出植物生长需要吸收CO2，同时
释放O2。
2．1779年荷兰的扬·英根豪斯认为植物需要阳光才能
制造出O2。
3．1864年萨克斯采用碘液检测淀粉的方法，确定叶
片在光下能产生淀粉。
4．1940年鲁宾和卡门运用同位素标记法证明了光合
作用释放的O2和糖类中的氢都来自H2O。
5．1948年美国的卡尔文用14C 标记的CO2 追踪的行
踪，发现 CO2 被用于合成糖类等有机物。
6．光合作用分为光反应和暗反应两个过程。光反应
发生在类囊体膜上，暗反应发生在叶绿体基质中。
一、光合作用的探究历程[连线]
二、光合作用的过程
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1．填写图中字母和序号所代表的内容[据图填空]
(1)a: O2_;_b: [H]__；c: CO2;_d：C3。
(2)Ⅰ.光反应阶段；Ⅱ.暗反应阶段。
2．光合作用的过程[填表]
(1)光反应：
场所
类囊体膜
外界条件
光
物质变化
①H2O―→[H]＋O2
②ADP＋Pi＋能量―→_ATP
能量变化
光能―→ATP_中活跃的化学能
(2)暗反应：
场所
叶绿体基质
物质变化
①CO2―→_C3_―→(CH2O)
②ATP_―→ADP＋Pi＋能量
能量变化
ATP中活跃的化学能→_糖类中稳定的化学能
3.光合作用的总反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
1．判断下列叙述的正误
(1)范·海尔蒙特实验证明植物生长吸收CO2，释放O2(×)
(2)萨克斯的实验证明了叶片在光下能够产生淀粉(√)
(3)鲁宾、卡门和卡尔文都用了同位素标记法(√)
(4)氧气在类囊体膜上产生(√)
(5)光反应为暗反应提供[H]、ATP和氧气(×)
(6)CO2被C3固定成C5(×)
2．萨克斯“半叶法”实验中将叶片先放在暗处几小时的目的是( )
A．将叶片中的水分耗掉
B．将叶片中原有的淀粉耗掉
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C．提高叶片对光的敏感程度
解析：选B 萨克斯“半叶法”实验中将叶片先放在暗处几小时的目的是消耗掉叶片中原来的糖类，防止对实验结果产生干扰。
3．下列实验中，科学家使用的方法不同于其他的是( )
A．恩吉尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自于水
C．卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中的转移途径
解析：选A 恩吉尔曼用极细的光束和好氧菌做实验，证明叶绿体是光合作用的场所。
4．美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧，证明了光合作用( )
A．制造了有机物
B．释放的O2来自H2O
C．释放的O2来自CO2
解析：选B 美国科学家鲁宾和卡门通过同位素分别标记HO和C18O2，发现只有标记 HO 的一组产生的 O2中有标记，两组对照说明光合作用释放的O2全部来自H2O，而不是来自于CO2。
5．光合作用是多位科学家通过实验逐步发现的，下列有关叙述错误的是( )
A．萨克斯通过实验证明光合作用可以产生淀粉
B．普利斯特莱通过实验证实植物可以产生O2
C．卡尔文用14C标记CO2探明了光合作用中C的转移途径
解析：选B 普利斯特莱通过实验证实植物能净化空气，但不能证明植物能产生O2。
6．能够产生氧气的细胞结构是( )
A．叶绿体内膜 B．类囊体 C．叶绿体基质
解析：选B 氧气在光反应过程中产生，光反应发生在类囊体膜上。
7．下列关于光合作用光反应的叙述，正确的是( )
A．光反应一定需要光
B．光反应不需要酶
C．光反应能促使ADP生成
解析：选A 光反应需要酶，并生成ATP。
8．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( )
A．H2O、CO2、ADP
B．CO2、[H]、ATP
C．H2O、CO2、ATP
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解析：选B 光反应为暗反应提供ATP和[H]，CO2是暗反应的原料。
核心要点(一) 对解开光合作用之谜实验的分析
1．萨克斯实验
(1)实验过程：
绿叶
(2)实验分析：
①实验设计：设置了对照实验(一半曝光的是实验组，一半遮光的对照组)，自变量为光照，因变量是叶片颜色的变化。
②关键操作：饥饿处理，使叶片中的营养物质消耗掉，避免了对实验结果的干扰。
③实验结论：本实验在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。
④有待完善的地方：光是如何被吸收的，光能是如何变化的。
2．鲁宾和卡门实验
(1)探究方法：同位素标记法。
(2)实验过程：
(3)实验分析：
①实验设计：设置对照实验，自变量为标记物质(被标记的C18O2和 HO)，因变量是O2的放射性。
②实验结论：光合作用中氧气来自于水中的氧，而不是来自于二氧化碳中的氧。
③有待完善的地方：CO2中的O去哪里了。
[名师点拨] 萨克斯和鲁宾及卡门实验对照设计方法不同
(1)萨克斯实验：自身对照(同一实验对象的不同部位，进行不同的处理：一半曝光，另一半遮光)。
(2)鲁宾和卡门实验：相互对照(条件相同的两组材料，分别标记不同的物质：一组为 H
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O，另一组为C18O2)。
[思考探究]
1．在鲁宾和卡门的实验中，能否用18O同时标记H2O和CO2?
提示：不能，因为同时标记不能区别氧气的来源。
[题组冲关]
1.1864年，德国植物生理学家萨克斯把紫苏先在暗处放置12 h，然后将叶片的一部分用黑纸遮住(如右图)。光照一段时间，用酒精去除色素后再加碘液。下列有关实验现象和结论的叙述，正确的是( )
A．照光处不变色，光合作用产物为蛋白质
B．照光处变色，光合作用产物为淀粉
C．遮光处不变色，光合作用产物为蛋白质
D．遮光处变色，光合作用产物是淀粉
解析：选B 萨克斯将叶片的一半曝光，一半用黑纸遮光，这样形成一组对照，既叶片的一部分见光，另一部分不见光，光是唯一的变量。又根据淀粉遇碘变蓝的特性，见光的部分变蓝说明有淀粉存在，遮光的部分没有变蓝而呈现碘蒸汽的颜色，说明未制造淀粉。因此通过此实验可以证明：见光的绿叶在光下制造了淀粉，未见光的绿叶不能制造淀粉。
2．1940年鲁宾和卡门采用同位素标记法进行了如图所示两组实验，下列叙述正确的是( )
A．为了排除光照的影响，该实验要在黑暗条件下进行
B．甲和乙相对分子质量之比为9∶8
C．设计该实验的目的在于证明植物光合作用会释放O2
D．实验结果说明植物光合作用释放的O2全部来自水
解析：选D 光合作用需要光，因此该实验需要在光下进行；光反应的过程中，O2中氧元素的来源于水中的氧原子，甲物质是O2，乙物质是18O2，所以图中甲物质和乙物质的相对分子质量之比16∶18＝8∶9；设计该实验的目的在于证明植物光合作用释放O2的氧元素来自水；通过两组对照可以说明光合作用释放的O2全部来自水。
核心要点(二) 光合作用的过程比较
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体类囊体膜上
叶绿体基质中
条件
光、色素、酶、水、ADP、Pi
多种酶、[H]、ATP、CO2、C5
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反应过程
总反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
物质变化
①水的裂解：
2H2O4[H]＋O2↑
②ATP的生成：
A DP＋Pi＋能量ATP
①CO2的固定：
CO2＋C52C3
②C3的还原：
2C3(CH2O)＋C5
③ATP的水解：
ATPADP＋Pi＋能量
能量变化
叶绿体中色素把光能转化为活跃的化学能并贮存在ATP和[H]中
ATP和[H]中活跃的化学能转化为糖类等有机物中稳定的化学能
实质
光能转变为化学能并放出O2
同化CO2形成(CH2O)等有机物
联系
光反应为暗反应的顺利进行准备了[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi
[名师点拨] 光合作用过程的“一、二、三”
一个场所：叶绿体。两个阶段：光反应和暗反应。
三种能量：光能→ATP中活跃的化学能→糖类中稳定的化学能
[思考探究]
2．(1)没有叶绿体的细胞能不能进行光合作用？
提示：没有叶绿体的细胞，只要有光合色素和相应的酶就能进行光合作用，如蓝藻细胞。
(2)光合作用中氧元素、碳元素、氢元素的去向是什么？请在总反应式中标出来。
提示：
[题组冲关]
3．含同位素18O的H2O，可用于研究光合作用过程中( )
A．光反应的条件 B．光能的吸收在类囊体膜上
C．能产生有机物 D．释放的O2来自于H2O
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解析：选D 通过标记H2O中的氧原子，发现O2也被标记，证明光合作用中产生的O2，全来自于H2O的裂解。
4．某人用碳的同位素14C标记的CO2追踪光合作用中碳原子的转移途径，最可能的转移情况是( )
A．CO2→叶绿素→ATP B．CO2→C3→糖类
C．CO2→叶绿素→糖类 D．CO2→NADPH→糖类
解析：选B 暗反应阶段包括CO2的固定和C3还原两个阶段。在CO2的固定过程中，CO2中的碳原子转移到C3中；在C3的还原过程中，碳原子又转移到有机物中，因此光合作用中碳原子的转移途径为CO2→C3→糖类。
一、选择题
1．下图表示德国科学家萨克斯的实验。把绿色叶片放在暗处几小时后，再把叶片的一部分遮光，其他部分见光。一段时间后，经脱色、漂洗再用碘液处理，结果遮光部分不变蓝，见光部分变蓝。本实验说明( )
①光合作用需要CO2 ②光合作用制造淀粉 ③光合作用需要叶绿体 ④光合作用放出O2 ⑤光合作用需要光
A．④⑤ B．①③
C．②⑤ D．②③
解析：选C 根据实验结果遮光部分不变蓝，见光部分变蓝，说明光合作用需要光，淀粉遇碘变蓝，说明光合作用的产物之一是淀粉。
2．关于光合作用的探究历程叙述，不正确的是( )
A．普利斯特莱利用植物及小鼠和燃烧的蜡烛进行实验，证实植物只有在阳光下才能更新污浊的空气
B．萨克斯通过实验成功地证明光合作用的产物有淀粉
C．鲁宾和卡门用同位素标记法进行实验，证明了光合作用释放的O2来自H2O
D．卡尔文用放射性同位素14C做实验，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
解析：选A 普利斯特莱利用植物及小鼠和燃烧的蜡烛进行实验，证实植物能净化空气，但没有发现光在植物更新空气中的作用。
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3．现有四个实验装置，若要验证绿色植物产生O2需要光和验证O2是否由绿色植物释放，则应选用的实验组合分别是( )
A．②③和①② B．①②和①③
C．②④和①③ D．②③和③④
解析：选A 证明绿色植物光合作用的条件是否需要光照，实验的自变量是有光或无光，植物属于无关变量，因此需要选择装置②③；验证O2是否由绿色植物释放，自变量为是否具有绿色植物，光照条件是无关变量，因此需要选择①②装置。
4．下列关于光合作用的叙述，错误的是( )
A．光反应阶段不需要酶的参与
B．暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗
C．光合作用过程中既有[H]的产生又有[H]的消耗
D．光合作用将光能转换成有机物中的化学能
解析：选A 光反应过程需要酶的参与；暗反应阶段既有C5的生成又有C5的消耗；光合作用过程中光反应产生[H]，暗反应消耗[H]；光合作用能将光能转换成有机物中的化学能。
5．光合作用过程中，光反应的场所是( )
A．叶绿体外膜 B．叶绿体内膜
C．叶绿体类囊体膜 D．叶绿体基质
解析：选C 与光反应有关的酶和色素分布于叶绿体类囊体膜上，所以光反应的场所是叶绿体类囊体膜。
6．下列属于光反应中的变化是( )
A．H2O的裂解 B．ATP的水解
C．CO2的固定 D．C3的还原
解析：选A 光合作用光反应的物质变化为水的裂解和ATP的合成；暗反应的物质变化是CO2的固定和C3的还原，其中C3的还原过程中需要消耗ATP。
7．在叶肉细胞中，CO2的固定场所是( )
A．叶绿体基质 B．类囊体膜
C．线粒体基质 D．线粒体内膜
解析：选A CO2的固定属于光合作用的暗反应，其场所是叶绿体基质。
8．光合作用的过程包括光反应和暗反应两个阶段。下列叙述正确的是( )
A．光反应阶段固定CO2 B．暗反应阶段积累ATP
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C．光反应阶段裂解H2O D．暗反应阶段释放O2
解析：选 C 暗反应阶段固定CO2，消耗ATP；光反应阶段裂解H2O，释放O2。
9．下列关于光反应与暗反应过程的叙述，正确的是( )
A．光反应和暗反应都产生ATP
B．光反应产生ATP和暗反应合成糖类都只是物质变化
C．光反应需要光而不需要酶，暗反应不需要光而需要酶
D．暗反应必须依靠光反应
解析：选D 光反应产生ATP，暗反应消耗ATP。光反应产生ATP和暗反应合成糖类既有物质变化，又有能量的变化。光反应需要光和酶，暗反应不一定需要光而需要酶。 暗反应必须依靠光反应提供[H]和ATP。
二、非选择题
10．下图是某高等植物叶绿体进行光合作用的图解，请据图回答问题：
(1)图中A表示的结构名称是________________；若f为高能化合物，则b代表的物质是_________；c代表的物质是____________。
(2)h与i反应生成j的过程称为____________， j与f、e反应称为_____________。
(3)图中能量变化过程是光能转化成________________再到有机物中稳定的化学能。
(4)光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，其中暗反应为光反应提供________________。
答案：(1)叶绿体类囊体 O2 ADP
(2)CO2的固定 三碳化合物的还原(或C3的还原)
(3)ATP中活跃的化学能 (4)ADP和Pi
11．根据光合作用过程的图解，回答下列问题：
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(1)A过程是______阶段，在叶绿体的____________上进行；B过程是__________阶段，在叶绿体的________中进行。
(2)A过程为B过程提供的物质是________和_______。
(3)写出图中①～⑤所示物质名称：①__________；②________；③________；④________；⑤__________。
解析：(1)图中A过程是光反应阶段，在叶绿体的类囊体膜上进行；B过程是暗反应阶段，在叶绿体的基质中进行。(2)光反应为暗反应提供[H]和ATP。(3)图中①～⑤所示物质分别是O2、[H] 、ATP、CO2、(CH2O)。
答案：(1)光反应 类囊体膜 暗反应 基质 (2)[H] ATP (3)O2 [H] ATP CO2 (CH2O)
一、选择题
1.在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量守恒和转化定律，曾提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。能证明这一假说的实验是( )
A．扬·英根豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分
B．卡尔文追踪了CO2中碳元素的行踪
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用能产生淀粉
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的O2来自于水
解析：选 C 萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用能产生淀粉，淀粉是有机物(其中含有能量)，又必须在光下才能产生，说明有能量的转化。
2．关于叶绿体中色素、酶、ATP的叙述，错误的是( )
A．基质中的反应需要酶、ATP
B．ATP的合成离不开色素、酶
C．类囊体膜上分布着色素、酶
D．色素的合成不受光照、温度的影响
解析：选D 叶绿体基质是暗反应的场所，暗反应过程中进行的反应需要酶、ATP和[H]；ATP的合成需要能量和酶催化，而能量来自色素吸收的光能；在叶绿体的类囊体膜上分布有与光反应有关的色素和酶；色素的合成需要光照条件，同时受温度的影响。
3．光合作用所需要的酶分布在( )
A．叶绿体的内外膜上 B．叶绿体基粒和内膜上
C．叶绿体基粒和基质中 D．叶绿体基质和内膜上
解析：选C 在类囊体上分布着许多与光合作用光反应有关的色素和酶，在基质中分布着许多与暗反应有关的酶。
4．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列叙述正确的是( )
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A．阶段Ⅰ表示暗反应 B．物质b表示C3
C．物质a表示[H] D．阶段Ⅱ表示光反应
解析：选C 图中阶段Ⅰ能够吸收、传递、转换光能，属于光合作用的光反应阶段；在光反应阶段，有ATP的生成，判定物质b表示ATP；光反应中，水的裂解产生O2和[H]，所以物质a表示[H]；图中阶段Ⅱ能够进行CO2的固定，并且生成糖类等有机物，属于光合作用的暗反应阶段。
5．下图为光合作用示意图，相关叙述错误的是( )
A．①表示O2，④表示CO2
B．暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)
C．C3的还原过程中，需要光反应提供的物质只有②
D．(CH2O)可以转化为多糖、脂质
解析：选C 据图分析，①表示O2，④表示CO2；暗反应中，CO2首先与C5结合生成C3，然后被还原为(CH2O)；C3的还原过程中，需要光反应提供的物质有②③；(CH2O)在植物细胞中可以转化为多糖、脂质等。
6．与光合作用产物中有机物的形成有关的物质是( )
A．CO2、[H]、ATP、酶 B．CO2、O2、[H]
C．O2、酶、CO2 D．O2、CO2、H2O
解析：选A 光合作用产物中的有机物是由暗反应形成的，暗反应需要CO2、[H]、ATP和酶的参与。
7．没有在光合作用暗反应中被消耗的物质是( )
A．[H]和ATP B．CO2
C．酶 D．C3
解析：选C 在暗反应中，既有C3的产生，也有C3的还原；在C3的还原过程中，需要消耗光反应提供的[H]和ATP；在CO2的固定的反应中，需要消耗CO2；酶作为催化剂在整个反应过程中不消耗。
8．光合作用过程中，不在叶绿体基质中进行的反应是( )
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A．ATP变成ADP B．CO2的固定
C．ADP变成ATP D．[H]的利用
解析：选C ATP变成ADP、CO2的固定和[H]的利用发生在暗反应过程中，在叶绿体基质中进行。
9．光合作用的实质是( )
A．分解有机物，储存能量 B．合成有机物，储存能量
C．分解有机物，释放能量 D．合成有机物，释放能量
解析：选B 光合作用是将无机物转化为有机物的过程，也是将光能转化为储存在有机物中的化学能的过程。
10．下列关于光合作用的叙述，正确的是( )
A．绿色植物所有的细胞都能进行光合作用
B．光合作用的产物既有有机物，也有无机物
C．光合作用的光反应只在光下进行，暗反应只在黑暗中进行
D．光合作用的暗反应需要酶，光反应不需要酶
解析：选B 绿色植物含有叶绿体的细胞才能进行光合作用；光合作用的产物中糖类等是有机物，O2是无机物；光合作用的光反应需要光，只在白天进行，暗反应不需要光，有光无光都能进行；光合作用的光反应和暗反应都需要酶。
二、非选择题
11．下图是光合作用过程的图解，请回答：
(1)绿色植物进行光合作用的细胞器是________，参与光合作用的色素分布在该细胞器的 ______________上，其中A过程生成的ATP所需能量来自 _________。
(2)光合作用的过程可以分为两个阶段，B表示：______ 阶段，此过程进行的场所是____________________。
(3)写出图中所示物质的名称：① __________；④____________；⑤______________。光反应产物中不参与暗反应的物质是______________。
(4)C、D化学过程的名称分别是__________________、______________。
(5)写出物质⑥转变为③的反应式____________________________。
答案：(1)叶绿体 类囊体膜 光能
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(2)暗反应 叶绿体基质
(3)O2 CO2 (CH2O)(或者淀粉或者葡萄糖) O2
(4)CO2的固定 C3的还原
(5)ADP＋Pi＋能量ATP
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