高中人教版 (新课标)二 光合作用的原理和应用[55]课堂检测

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[重难点击] 光反应和暗反应过程以及二者的关系。
一 光合作用的探究历程
人们对光合作用的认识是一个漫长的渐进的过程，请阅读教材，完成下面内容，理解光合作用的实质。
1.普利斯特利的实验
(1)实验过程
①点燃的蜡烛与绿色植物，密闭——蜡烛不易熄灭。
②小鼠与绿色植物，密闭——小鼠不易窒息。
(2)实验结论：植物可以更新因蜡烛燃烧或小白鼠呼吸而变得污浊的空气。
(3)不足之处：①没有考虑到光照的影响。②实验缺少空白对照，说服力不强。
2.英格豪斯的实验
(1)实验过程：500多次植物更新空气的实验。
(2)实验结论：只有在阳光照射下，植物的绿叶部分才能更新空气。
(3)不足之处：没有阐明植物吸收和释放的气体的本质，后来人们才明确植物在光下放出的是氧气，吸收的是二氧化碳。
3.梅耶
根据能量守恒定律推理，植物把光能转换成化学能储存起来。
4.萨克斯的实验
(1)实验过程
(2)实验结论：光合作用的产物除氧气外，还有淀粉。
(3)实验讨论
①把绿叶先在暗处放置24小时的目的是消耗掉叶片中原有的淀粉，防止干扰实验结果。
②该实验如何形成对照的？
答案 树叶一半遮光，一半曝光，形成了对照。
③本实验除上述结论外，还证明了光合作用需要光照。
5.鲁宾和卡门的实验
(1)实验过程
(2)实验结论：光合作用释放的氧气来自水。
(3)该实验能否同时用8O标记H2O和CO2，然后检测产生氧气中的放射性？
答案 不行。无法确定放射性是来自Heq \\al(18,2)O，还是C18O2。
6.卡尔文的实验
(1)实验过程：用14C标记CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪其放射性。
(2)实验结论：探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即卡尔文循环。
7.根据上述探究总结光合作用的概念
(1)场所：叶绿体。
(2)能量来源：光能。
(3)反应物：二氧化碳和水。
(4)产物：有机物和氧气。
(5)实质：合成有机物，储存能量。
(6)反应式：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2。
归纳提炼
产物是葡萄糖的光合作用反应式(标明了各元素的去向)
活学活用
1.如图是利用小球藻进行光合作用实验的示意图，图中A物质和B物质的相对分子质量之比是( )
A.1∶2 B.2∶1
C.8∶9 D.9∶8
问题导析 (1)图中A、B物质都是氧气。
(2)A、B中的元素均来自于反应物中的水。
(3)分别写出A、B的化学式：A.O2；B.18O2。二者的相对分子质量分别为32_、36。
答案 C
解析 图中A、B物质是氧气，均来自于反应物中的水。A、B分别为 O2、18O2，二者的相对分子质量之比为32∶36＝8∶9。
二 光合作用的过程
光合作用是一个非常复杂的过程，包括一系列的化学反应，下图是光合作用的图解，结合该图和教材内容分析：
1.写出各种物质的名称或者符号
①叶绿体中的色素；②O2；③[H]；④ATP；⑤2C3；⑥CO2；⑦(CH2O)。
2.写出反应过程的名称
Ⅰ：光反应；Ⅱ：暗反应；Ⅲ：水的光解；Ⅳ：CO2的固定；Ⅴ：C3的还原。
3.光合作用的过程
(1)光反应
①场所：在类囊体的薄膜上进行。
②条件：必须有光、叶绿体中的色素和酶。
③过程
水的光解：2H2Oeq \(――→,\s\up7(光能))4[H]＋O2；
ATP的生成：ADP＋Pieq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))ATP。
④能量转变：光能―→ATP中活跃的化学能。
(2)暗反应
①场所：在叶绿体基质中进行。
②条件：需要多种酶参与。
③过程
CO2的固定：CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3；
C3的还原：2C3＋[H]eq \(――→,\s\up7(ATP),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5。
④能量转变：ATP中活跃的化学能―→(CH2O)中稳定的化学能。
小贴士 1还原剂[H]是指还原型辅酶ⅡNADPH，由氧化型辅酶ⅡNADP＋接受电子和H＋形成。
2光合产物主要是糖类蔗糖、淀粉，蛋白质、脂肪和有机酸也是光合作用的直接产物。
4.光反应和暗反应的联系
光反应和暗反应是一个整体，二者紧密联系。光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi。
归纳提炼
活学活用
2.在下列有关光合作用的叙述中，不正确的是( )
A.水的分解发生在叶绿体类囊体的薄膜上
B.光反应和暗反应中都有许多酶参与
C.温度降到0 ℃，仍有植物进行光合作用
D.[H]在光反应和暗反应中都起还原作用，并将能量转移到糖类分子中
答案 D
解析 光反应进行的部位是叶绿体类囊体的薄膜上，主要完成水的分解和ATP的合成。在光合作用过程中需要多种酶的参与。温度在0 ℃时，植物仍可以进行光合作用，只是光合作用的速率很慢。还原剂[H]只在暗反应中有还原作用，在光反应中无还原作用。
当堂检测
1.叶绿体是植物进行光合作用的细胞器。光能的吸收发生在叶绿体的( )
A.内膜上 B.基质中
C.类囊体的薄膜上 D.各部位上
答案 C
解析 生物体的结构与功能是相适应的，叶绿体之所以能吸收光能进行光合作用，是因为在叶绿体类囊体的薄膜上有吸收光能的色素和与光合作用有关的酶。
2.普利斯特利把一只小白鼠和一盆植物一同放到一个玻璃罩内，结果小白鼠和植物都能存活很长时间。但后来有人重复这个实验，却有的能成功，有的不能成功。以下关于这一现象的说法，不正确的是( )
A.该实验并不科学，没有可重复性
B.该实验的成功与否，要看是否将装置置于阳光下
C.该实验说明光合作用释放的氧气与小白鼠需要的氧气达到了平衡
D.该实验说明光合作用需要的CO2与小白鼠呼出的CO2达到了平衡
答案 A
解析 普利斯特利的实验成败与否的关键，是要把装置置于阳光下。普利斯特利的实验虽然把实验装置置于阳光下，取得了成功，但他却忽视了一点，即没有明确地说明将实验装置置于阳光下是取得实验成功的必要条件。所以后来的科学工作者在重复该实验时，置于阳光下的取得了成功，不置于阳光下的则遭到失败。
3.光合作用过程中，水的分解及三碳化合物形成糖类所需要的能量分别来自( )
A.细胞呼吸产生的ATP和光能
B.都是细胞呼吸产生的ATP
C.光能和光反应产生的ATP
D.都是光反应产生的ATP
答案 C
解析 光合作用中水的光解发生在光反应阶段，需要光能作能源；三碳化合物在暗反应中被还原，其动力来自光反应产生的ATP，还原剂是光反应产生的[H]。
4.下图是光合作用过程示意图，请据图回答下列问题：
(1)请填写字母所代表的物质：a.________，b.________，c.________，d.________，e.__________，f.__________，g.____________。
(2)由“f”经暗反应产生“g”可以分成__________________、____________两个阶段。
(3)如果用同位素3H标记参与光合作用的水，并追踪3H，它最可能的途径是(用图中字母表示)________________。
答案 (1)H2O O2 ADP＋Pi ATP [H] CO2 (CH2O) (2)CO2的固定 C3的还原 (3)a→e→g
40分钟课时作业
基础过关
知识点一 光合作用的探究历程
1.下列是有关植物光合作用发现的几个实验或事件：
①德国植物学家萨克斯的实验证明绿色叶片在光合作用中产生了淀粉 ②美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法证明光合作用释放的氧气全部来自水 ③英国科学家普利斯特利指出植物可以更新空气 ④德国科学家恩格尔曼用水绵做实验证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物进行光合作用的场所
上述实验或事件按时间的先后顺序排列，序号正确的是( )
A.③①④② B.①③④②
C.③①②④ D.①③②④
答案 A
解析 1771年英国科学家普利斯特利指出植物可以更新空气，1864年德国植物学家萨克斯证明绿色叶片在光合作用中产生淀粉，1880年德国科学家恩格尔曼用水绵证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是植物进行光合作用的场所，1939年美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法证明光合作用释放的氧气全部来自水。
2.德国植物学家萨克斯先将绿色叶片放在暗处数小时进行“饥饿”处理(消耗掉叶片中的淀粉)，再把叶片的一部分遮光，其余部分曝光。一段时间后，将该叶片经脱色、漂洗后再用碘液处理，结果发现遮光部分不变蓝，曝光部分变蓝。下列有关本实验的分析及结论合理的是( )
①本实验未设对照组 ②有无光照是遮光和曝光区域表现不同结果的唯一原因 ③实验初始时遮光和曝光区域均达到无淀粉状态 ④实验证明叶绿体利用光能将CO2转变成了淀粉
A.①～④全部 B.只有②③④
C.只有①②③ D.只有②③
答案 D
解析 该实验中曝光部分与遮光部分形成了对照，①错误。该实验只能证明有淀粉的生成，但不能证明叶绿体利用光能将CO2转变成了淀粉，④错误。
3.历经一个半世纪，科学家们做过许多实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。在下列几个著名实验中，相关叙述不正确的是( )
A.普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气
B.萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件
C.恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量
D.鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2
答案 C
解析 恩格尔曼的实验能够证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所，而不能定量分析光合作用生成的氧气量。
知识点二 光合作用的过程
4.光合作用的过程可分为光反应和暗反应两个阶段，下列说法正确的是( )
A.在叶绿体类囊体的薄膜上进行光反应和暗反应
B.在叶绿体类囊体的薄膜上进行暗反应，不进行光反应
C.在叶绿体基质中可进行光反应和暗反应
D.在叶绿体基质中进行暗反应，不进行光反应
答案 D
解析 光反应是在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，该过程必须在有光的条件下才能进行；暗反应是在叶绿体内的基质中进行的，该过程有光无光均可进行。
5.下列属于光合作用光反应的是( )
A.2,4,6 B.2,3,6
C.4,5,6 D.2,6
答案 D
解析 光反应产生ATP和氧气。
6.在叶绿体中，ATP和ADP的运动方向是( )
A.ATP和ADP同时由类囊体向叶绿体基质运动
B.ATP和ADP同时由叶绿体基质向类囊体运动
C.ATP由类囊体向叶绿体基质运动，ADP的运动方向则相反
D.ADP由类囊体向叶绿体基质运动，ATP的运动方向则相反
答案 C
解析 在叶绿体中，ATP在类囊体的薄膜上产生，在叶绿体基质中被消耗产生ADP，而ADP的转运方向则与ATP相反。
7.下图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是( )
A.该反应的场所是叶绿体的类囊体
B.C3生成C6H12O6需要[H]、ATP和多种酶的参与
C.提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D.在无光条件下，有利于暗反应进行
答案 B
解析 图示为光合作用的暗反应阶段，该反应进行的场所是叶绿体的基质中。C3生成C6H12O6需在多种酶的催化下，利用ATP提供的能量，通过[H]的还原进行。若在最适温度条件下，提高温度反而会降低酶的活性，会使反应减弱。在无光条件下，暗反应会因[H]和ATP的缺乏而受到抑制。
8.在植物细胞中，有ATP的分解，但不能合成ATP的部位是( )
A.细胞质基质 B.线粒体
C.叶绿体基粒 D.叶绿体基质
答案 D
解析 植物细胞内能产生ATP的结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体。叶绿体基质是光合作用暗反应进行的场所，利用光反应产生的ATP和[H]还原C3，即存在ATP的分解，但无ATP的合成。
能力提升
9.用14C和18O分别标记CO2和H2O，当植物体进行光合作用时，下列叙述正确的是( )
A.合成的(CH2O)含14C和18O
B.释放的氧为18O，合成的(CH2O)含18O
C.释放的氧为18O，合成的(CH2O)含14C
D.合成的(CH2O)含18O
答案 C
解析 根据光合作用过程可以知道，CO2中的C经C3最终到(CH2O)中；H2O中的O经过水的光解到O2中。
10.对某植株作如下处理：甲持续光照10分钟；乙光照5秒后再黑暗处理5秒，连续交替进行20分钟。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植株所制造的有机物总量是( )
A.甲多于乙 B.甲少于乙
C.甲和乙相等 D.无法确定
答案 B
解析 光合作用过程可以分为光反应和暗反应，两者是在不同酶的作用下，独立进行的，但暗反应需要光反应提供能量(ATP)和原料[H]。甲、乙光照时间相同，光反应产物相同，但乙暗反应时间比甲长，CO2的固定和还原充足，因此，持续光照比间歇光照(时间相同)光合作用产生的有机物少。
11.对如图所示模拟实验的有关叙述中，正确的是( )
A.甲不产生气泡，乙产生气泡
B.甲产生气泡，乙不产生气泡
C.甲和乙都产生气泡，气泡成分不同
D.甲和乙都产生气泡，气泡成分相同
答案 C
解析 甲进行的是有氧呼吸，释放二氧化碳；乙进行的是光合作用，产生氧气。所以甲和乙都产生气泡，气泡成分不同。
12.下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关比较不正确的是( )
A.Y2的质量大于Y3的质量
B.④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C.②中水的质量大于④中水的质量
D.试管①的质量大于试管②的质量
答案 C
解析 根据反应式可知：反应物C18O2中的18O到了产物(CHeq \\al(18,2)O)和Heq \\al(18,2)O中，而反应物Heq \\al(18,2)O中的18O到了产物18O2中，根据题意列表如下：
因此Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，故Y2的质量大于Y3的质量；试管④中产物有(CHeq \\al(18,2)O)和Heq \\al(18,2)O，试管①中为(CH2O)和H2O，故④中小球藻质量大于①中的；④和②中的水都为Heq \\al(18,2)O，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②。
13.2,6­二氯酚靛酚是一种蓝色染料，能被还原剂还原成无色，从叶绿体中分离出类囊体，置于2,6­二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放。此实验证明( )
A.光合作用在类囊体上进行
B.光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C.光反应能产生还原剂和O2
D.光合作用与叶绿体基质无关
答案 C
解析 依据题中信息可判断，光照后溶液变为无色，说明有还原剂产生；有O2释放，说明该过程有O2产生；类囊体是光合作用光反应阶段的场所。
14.下图表示叶绿体的结构和功能，请据图回答下列问题：
(1)图中[ ]________________上的叶绿素约占该结构上所有色素的________。
(2)光反应是在[ ]________________上进行的，因为这里分布着__________________；暗反应是在[ ]______________________中进行的，因为这里分布着__________________。
(3)光反应的生理意义是：光反应所产生的[3]__________和[ ]____________，是暗反应所必需的____________和______________。
(4)暗反应包括[6]____________和[ ]____________。
答案 (1)2 类囊体的薄膜 3/4 (2)2 类囊体的薄膜 与光反应有关的色素和酶 8 叶绿体基质 与暗反应有关的酶 (3)[H] 4 ATP 还原剂 能量 (4)CO2的固定 5 C3的还原
15.图甲为某植物叶肉细胞的亚显微结构示意图，图乙表示该叶肉细胞内发生的某些生理过程。请据图回答下列问题：
(1)图甲中，生物膜的基本支架是__________________。
(2)图乙中的[H]主要是在图甲__________(填序号)中产生的，其去向分别是__________________________、__________________________。
(3)图乙所示的生理过程：a是__________、b是__________、c反应的场所是______________。
答案 (1)磷脂双分子层 (2)2、7 在2中用于还原C3 在7中用于与O2结合生成水 (3)光反应 暗反应 线粒体内膜
解析 (1)生物膜主要由磷脂双分子层和蛋白质组成，其中磷脂双分子层为生物膜的基本支架。(2)[H]主要在光合作用光反应阶段和细胞呼吸第一、二阶段产生，故所对应的结构是2(叶绿体)和7(线粒体)，其去向分别是在2中用于还原C3，在7中用于与O2结合生成水。(3)图乙中所进行的生理过程为光合作用和有氧呼吸。
个性拓展
16.下图为与生命活动有关的各种能量、物质之间的关系图解，请据图回答下列问题：
(1)A过程是______________。
(2)B过程是______________。
(3)C过程是______________。
(4)如在高等动物体内，E过程是在__________(器官)中进行的。
(5)太阳能转变为动物体内肌肉收缩用的机械能的大致过程(用箭头和文字表示)：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)光反应 (2)光合作用 (3)呼吸作用
(4)肝脏 (5)太阳能→有机物中的化学能→ATP中的化学能→机械能组别
提供的H2O
提供的CO2
产生的O2
第1组
H218O
CO2
18O2
第2组
H2O
C18O2
O2
项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2，形成有机物
时间
短促
较缓慢
条件
需叶绿素和光、酶
不需叶绿素和光，需要多种酶
场所
在叶绿体类囊体的薄膜上进行
在叶绿体内的基质中进行
物质转化
利用光能将水光解产生[H]、O2，同时产生ATP
将CO2固定，然后还原为(CH2O)
能量转换
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→(CH2O)中稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]、ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi
组别
反应物类型
产物类型
①
CO2
H2O
(CH2O)
H2O
Y1(O2)
②
CO2
Heq \\al(18,2)O
(CH2O)
H2O
Y2(18O2)
③
C18O2
H2O
(CHeq \\al(18,2)O)
Heq \\al(18,2)O
Y3(O2)
④
C18O2
Heq \\al(18,2)O
(CHeq \\al(18,2)O)
Heq \\al(18,2)O
Y4(18O2)