专题：与光合作用科学史有关的习题开发一、希尔实验：探究光反应中O2的来源（1）希尔实验：1937年，英国科学家希尔将离体的叶绿体，加入具有氢受体（后来发现的NADP+）的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。

（2）希尔反应：氧化剂2,6－二氯酚靛酚是一种蓝色染料，接受电子和H＋后被还原成无色，可以直接观察颜色的变化，也可用分光光度计对还原量进行精确测定。

例题1：（2019年6月·浙江学考）希尔反应是测定叶绿体活力的常用方法。

希尔反应基本原理：光照下，叶绿体释放O2，同时氧化型DCIP（2,6-二氯酚靛酚）被还原，颜色由蓝色变成无色。

DCIP颜色变化引起的吸光率变化可反映叶绿体活力。

研究小组利用菠菜叶进行了叶绿体活力的测定实验。

回答下列问题：（1）制备叶绿体悬液：选取10g新鲜的菠莱叶加入研钵，研磨前加入适量的0.35mol/L NaCl 溶液和pH7.8的酸碱缓冲液等；研磨成匀浆后，用纱布过滤，取滤液进行，分离得到叶绿体；将叶绿体置于溶液中，以保证叶绿体的正常形态，获得叶绿体悬液。

（试管号磷酸缓冲液（mL）叶绿体悬液（mL）煮沸（min）DCIP（mL）1 9.4 0.1 0.52 9.4 0.1 5 0.53 9.9 0.1注：“-”表示不处理或不加入。

①希尔反应模拟了光合作用中阶段的部分变化，该阶在叶绿体的中进行。

氧化型DCIP在希尔反应中的作用，相当于在该阶段中的作用。

②煮沸处理后，需向2号试管中加入一定量的，以保证各试管中液体的量相等。

③3号试管的作用是。

变式训练1：（2018年•北京卷）光反应在叶绿体类囊体上进行，在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色，该反应过程中（）A. 需要ATP提供能量B. DCIP被氧化C. 不需要光合色素参与D. 会产生氧气变式训练2：希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。

希尔反应是：H2O+氧化态电子受体→还原态电子受体+1/2O2。

在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。

下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是（）A．光合作用释放的O2来自于水而不是CO2B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程D．光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供A TP和NADPH二、阿尔农实验：探究碳反应的条件①1954年，美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验，在有光照和无CO2的条件下，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，会有ATP、NADPH和O2产生。

②1954年，阿尔农在做离体叶绿体实验时，发现即使在黑暗条件下，只要供给ATP和[H]，叶绿体也能将CO2转化成糖类。

条件过程现象1 黑暗提供CO2和ATP、[H] 有糖类生成2 黑暗提供CO2，不提供ATP、[H] 无糖类生成3 光照提供CO2，不提供ATP、[H] 有糖类生成例题2：（2011年·浙江理综）下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是（）A. 破坏叶绿体外膜后，O2不能产生B. 植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变C. 与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短D. 离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应变式训练：科学家从植物细胞中提取得到叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程（如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加）。

下列条件下不能产生葡萄糖的是（）三、米切尔的化学渗透假说：探究ATP的产生机制（1）化学渗透假说：1961年，米切尔提出光照引起水的裂解，释放的H+留在类囊体腔中。

类囊体膜内侧H+浓度高于外侧，产生H+浓度差。

当H+沿着浓度梯度返回膜外侧时，在ATP合成酶的催化下，驱动ADP和Pi合成ATP。

（2）贾格道夫实验：1963年，在黑暗条件下把离体的叶绿体类囊体置于pH=4的酸性溶液中平衡，让类囊体腔的pH下降至4。

平衡后将类囊体转移到含有ADP和Pi的pH=8的缓冲溶液中，一段时间后有ATP产生。

①实验在黑暗中进行的目的是。

②图中平衡的目的是。

③根据实验结果，叶绿体中A TP形成的原动力来自。

④正常光照条件下，类囊体膜内水光解产生的是其pH降低的因素之一。

例题3.（2017年11月·浙江选考）在黑暗条件下，将分离得到的类囊体放在pH 4的缓冲溶液中，使类囊体内外的pH相等，然后迅速转移到含有ADP和Pi的pH 8的缓冲溶液中，结果检测到有ATP的生成。

根据实验分析，下列叙述正确的是（）A．实验中溶液的H＋均来自水的裂解B．黑暗条件下植物叶肉细胞中的叶绿体可产生A TPC．光照条件下植物细胞叶绿体中类囊体的腔内H＋浓度较高D．若使类囊体的脂双层对H＋的通透性增大，ATP生成量不变变式训练：科学家将离体叶绿体浸泡在pH=4的酸性溶液中不能产生A TP（图1），当叶绿体基质和类囊体均达到pH=4时（图2），将其转移到pH=8的碱性溶液中（图3）发现A TP 合成。

下列叙述不合理的是（）A.光可为该实验提供能量，是该实验进行的必要条件B.该实验中叶绿体完整，保证反应过程高效、有序地进行C.产生ATP的条件是类囊体腔中的H+浓度高于叶绿体基质D.叶肉细胞中的叶绿体依靠水的光解产生类似于图3的条件四、卡尔文循环：探究碳反应的具体过程资料分析：20世纪50年代，美国科学家卡尔文及其同事在研究光合作用时，将小球藻悬浮液装在一个密闭玻璃容器中，通过一个通气管向容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关来控制有无光照。

（1）实验材料小球藻属于______（填“原核”或“真核”）生物。

（2）实验时，卡尔文等按照预先设定的时间长度向容器内注入14C标记的CO2，在每个时间长度结束时，把小球藻悬浮液滴入4倍体积的乙醇中，使小球藻细胞中______失活，杀死小球藻，同时提取其产物，采用纸层析法分离出各种化合物。

纸层析法的原理是利用了不同化合物在层析液中________的不同。

（3）卡尔文等向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5 s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中，将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种三碳化合物（C3，3-磷酸甘油酸）中。

上述实验中卡尔文等是通过控制________来探究CO2中碳原子转移路径的，采用了____________等技术方法。

（4）在实验中，卡尔文等还发现，在光照下C3和C5的浓度很快达到饱和并保持稳定。

但当把灯关掉后，______（填“C3”或“C5”）的浓度急速升高，同时______（填“C3”或“C5”）的浓度急速降低。

卡尔文等在光照下突然中断______的供应，这时他发现C5的量积聚起来，C3却消失了，他们由此得出结论，固定CO2的物质是C5（RuBP，核酮糖二磷酸）。

例题4：（2018年11月·浙江选考节选）光合作用是整个生物圈的物质基础和能量基础。

回答下列问题：为研究光合作用中碳的同化与去向，用的CO2供给小球藻，每隔一定时间取样，并将样品立即加入到煮沸的甲醇中。

甲醇用以杀死小球藻并标记化合物。

浓缩后再点样进行双向纸层析，使标记化合物。

根据标记化合物出现的时间，最先检测到的是三碳化合物。

猜测此三碳化合物是CO2与某一个二碳分子结合生成的，但当后，发现RuBP的含量快速升高，由此推知固定CO2的物质不是二碳分子。

变式训练：科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。

根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（）A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的碳反应阶段B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布C.CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等五、瓦尔伯实验：探究光反应和碳反应的关系瓦尔伯实验：1919年，德国生物化学家瓦尔伯用藻类进行闪光试验，在光能量相同的前提下，一种用连续照光，另一种用闪光照射，中间隔一定暗期，发现后者光合效率是连续光下的200%～400%。

例题5：（2015年·全国卷Ⅰ）为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。

各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。

处理方法和实验结果如下：A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。

B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。

C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms（毫秒）；光合作用产物的相对含量为94%。

D组（对照组）：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。

回答下列问题：（1）单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________（填“高于”、“等于”或“低于”）D 组植物合成有机物的量，依据是_________________________________________；C组和D 组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的。

（2）A、B、C三组处理相比，随着________________________的增加，使光下产生的_____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。