一、光反应和碳反应
1．光反应
(1)过程
①光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。
②水在光下裂解为H＋、O2和电子。
③水中的氢(H＋＋e－)在光下将NADP＋还原为NADPH。
(2)场所：类囊体膜中。
(3)反应物：H2O、ADP、Pi、NADP＋等。
(4)生成物：O2、NADPH、ATP等。
(5)条件：色素、光、酶。
(6)能量变化：光能→ATP与NADPH中的化学能。
2．碳反应
(1)过程
①CO2的固定：CO2＋RuBP→2三碳酸分子。
②2三碳酸分子2三碳糖。
(2)场所：叶绿体基质。
(3)反应物：CO2、ATP、NADPH等。
(4)产物：三碳糖
(5)能量变化：ATP、NADPH中的化学能―→三碳糖中的化学能。
3．联系：光反应为碳反应提供NADPH、ATP，碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，如图所示。
归纳总结 光反应与碳反应的比较
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比较项目
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光反应
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碳反应
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场所
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类囊体膜
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叶绿体基质
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时间
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短促，以微秒计
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较缓慢
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条件
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光、色素、酶、水
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多种酶、CO2、NADPH、ATP
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过程
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利用光能使水光解产生O2，同时产生ATP和NADPH
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将CO2还原为糖的一系列反应
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物质变化
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①水的光解：H2O光叶绿体2H＋＋2e－＋O2
②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP
③NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH
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①CO2的固定：CO2＋RuBP2个三碳酸分子
②三碳酸分子的还原：
2个三碳酸分子ATP、NADPH酶2个三碳糖
③RuBP的再生：三碳糖RuBP
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能量变化
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光能―→ATP、NADPH中活跃的化学能
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活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能
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完成标志
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O2释放、ATP和NADPH的生成
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糖类等有机物的生成
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联系
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光反应能为碳反应提供ATP、NADPH、碳反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋。二者紧密联系，缺一不可
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示意图
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例1 (2018·绍兴3月模拟)如图为光合作用的过程示意图，①②表示光合作用的场所，a、b和c表示物质。
请回答下列问题：
(1)①的名称是________，其膜上含镁的色素主要吸收________光。
(2)水在光下裂解，除图中所示的产物外，还有________，这些物质会被________接受，其在卡尔文循环中将CO2还原为________，此过程中还伴随着________的贮存。
(3)在供给C18O2极短时间后，除了糖类物质含有18O以外，从另一种光合产物________中也应当能够检测到18O。
答案 (1)类囊体 红光和蓝紫 (2)H＋和电子 NADP＋ 糖(或三碳糖或三碳糖磷酸) 能量
(3)水
解析 (1)①中进行的是光反应，场所是类囊体，其膜上含镁的色素是叶绿素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。(2)水的光解产物有氧气、H＋和电子，H＋和电子会被NADP＋接受，形成NADPH，其在三碳酸分子还原过程中供能和作为还原剂，将三碳酸分子还原为三碳糖磷酸，此过程中还伴随着能量的贮存。(3)在供给C18O2极短时间后18O的走向为：C18O2三碳酸分子三碳糖和HO(碳反应阶段有水产生)。
思维启迪 对光反应与碳反应的认识
(1)光合作用中光反应和碳反应不是独立的两个阶段，而是息息相关的两个过程，没有光反应，碳反应也无法进行。
(2)光合作用的场所在真核生物中一定为叶绿体，在原核生物中主要为质膜。
(3)碳反应所需要的ATP仅来自光反应，而不能由细胞呼吸提供。
(4)光合作用中，ATP提供能量和磷酸基团；NADPH提供能量和作为还原剂，也是氢的载体，提供氢。
(5)三碳糖或五碳糖(RuBP)组成元素中含有磷。
(6)CO2中的C进入三碳酸分子但不进入RuBP，最后进入三碳糖，RuBP中的C不进入三碳糖，可以通过同位素示踪实验证明。
例2 (2017·浙江超级全能生模拟)下图为类囊体膜的部分结构和生理功能示意图。请据图回答相关问题：
(1)叶绿体内的很多类囊体堆叠起来的结构称为______。
(2)类囊体膜是植物进行________的场所，其上的色素吸收光能，并将光能转化为________，贮存在NADPH和________中。
(3)a物质是________，是水的裂解产物，经过一系列膜蛋白的传递后被NADP＋接受，NADP＋同时还接受1个H＋形成NADPH，NADPH在三碳酸分子的还原过程中提供____________。若撤离光照，短时间内叶绿体中的RuBP含量将________。
答案 (1)基粒 (2)光反应 化学能 ATP (3)电子 能量和氢 下降
解析 叶绿体内的许多类囊体堆叠起来形成基粒。类囊体膜上的色素能够吸收光能，在光反应阶段水被裂解为H＋、O2、电子，其中H＋、电子将NADP＋还原为NADPH，同时将光能转化为化学能贮存在ATP和NADPH中。在碳反应阶段，NADPH为三碳酸分子的还原提供能量和氢。若在光合作用过程中突然撤离光照，短时间内，三碳酸分子还原产生的RuBP减少，而RuBP与二氧化碳产生三碳酸分子正常进行，则叶绿体中的RuBP含量将下降。
拓展提升 光照和CO2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响
由于各种因素的变化，如温度变化、光强度变化、CO2浓度变化会影响三碳酸分子、RuBP、NADPH、ATP、三碳糖这些物质的含量，根据化学平衡原理分析，可以获得它们之间变化的关系。如下表：
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项目
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光照变强、CO2不变
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光照变弱、CO2不变
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光照不变、CO2增多
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光照不变、CO2减少
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三碳酸分子
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↓
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↑
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↑
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↓
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RuBP
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↑
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↓
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↓
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↑
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ATP
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↑
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↓
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↓
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↑
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三碳糖
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↑
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↓
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↑
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↓
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NADPH
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↑
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↓
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↓
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↑
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注：此表只是对变化短时间内各物质的相对量的变化作讨论，而不是长时间，其中“↑”代表上升，“↓”代表下降
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