光反应 · 碳反应（卡尔文循环）· 高中生物核心考点
注：左侧 12H₂O 参与光反应水的光解；右侧 6H₂O 为碳反应中生成的水
2H₂O → 4[H] + O₂ ↑
ADP + Pᵢ → ATP（需光能）
光反应简化流程：
CO₂ + C₅(RuBP) → 2C₃(PGA)
C₃ + ATP + [H] → G3P
G3P + ATP → C₅(RuBP)
碳反应简化流程：
| 比较项目 | ⚡ 光反应 | 🔄 碳反应（卡尔文循环） |
|---|---|---|
| 发生场所 | 类囊体薄膜 | 叶绿体基质 |
| 所需条件 | 光（必须） · 光合色素 · H₂O | CO₂ · ATP · [H]（不直接需要光） |
| 关键反应 | 水的光解 · 光合磷酸化 | CO₂固定 · C₃还原 · C₅再生 |
| 消耗物质 | H₂O · ADP+Pᵢ · NADP⁺ · 光能 | CO₂ · ATP · [H]（NADPH） |
| 产生物质 | [H]（NADPH） · ATP · O₂ | 有机物（葡萄糖） · ADP+Pᵢ · NADP⁺ · H₂O |
| 能量变化 | 光能 → 活跃化学能（ATP + NADPH） | 活跃化学能 → 稳定化学能（有机物） |
| 关键酶 | ATP合酶 · 光合色素（非酶） | RuBisCO（固定CO₂） · 多种还原酶 |
| O₂来源/去向 | 产生O₂（来自H₂O光解）→ 释放 | 不涉及O₂ |
| 停止光照的影响 | 立即停止 | 短暂持续后停止（ATP/[H]耗尽后） |
| 与对方的关系 | 为碳反应提供 ATP 和 [H] | 为光反应提供 ADP+Pᵢ、NADP⁺ |
光合作用释放的 O₂全部来自水的光解，不含 CO₂中的氧。用 H₂¹⁸O 标记实验可证明。
碳反应不直接需要光，但必须依赖光反应提供的 ATP 和 [H]，光照停止后碳反应很快也停止。
光照停→ATP/[H]不足→C₃无法还原（C₃↑）；C₅被持续消耗固定CO₂但得不到补充（C₅↓）。
CO₂供应停止→固定反应减少→C₃生成减少（C₃↓）；C₃还原仍在进行，C₅再生但不被消耗（C₅↑）。
光合作用的 [H]（NADPH）在类囊体薄膜上产生，在叶绿体基质参与C₃的还原，两者不在同一位置。
真正光合速率 = 表观光合速率 + 呼吸速率。表观光合速率（净光合速率）= 有机物积累量，真正值要加上呼吸消耗。
温度通过影响酶活性来改变光合速率，主要影响碳反应（基质中多种酶）；光反应受温度影响相对较小。
光合作用的[H]是 NADPH（还原型辅酶Ⅱ）；细胞呼吸的[H]是 NADH（还原型辅酶Ⅰ），化学本质不同，不可混淆。
C₅（RuBP）的再生过程消耗 ATP（不消耗[H]），这一点常被忽略。整个卡尔文循环共消耗 9 个ATP。
| 变化情境 | C₃（三碳） | C₅（五碳） | ATP（光反应产物） | 分析要点 |
|---|---|---|---|---|
| 突然停止光照 | ↑ 升高 | ↓ 降低 | ↓ 降低 | 光反应停，C₃不被还原积累，C₅消耗无再生 |
| 突然停供 CO₂ | ↓ 降低 | ↑ 升高 | ↑ 升高（暂时） | 固定停，C₃不再生成；C₅不被消耗积累 |
| CO₂浓度增大 | ↑ 升高（短暂） | ↓ 降低（短暂） | ↓（消耗加快） | 固定加快→C₃↑，C₅消耗加速↓，ATP消耗加快 |
| 光照增强 | ↓ 降低 | ↑ 升高 | ↑ 升高 | 光反应↑，ATP/[H]增多，C₃还原加快↓，C₅再生↑ |
| 温度升高（超适温） | ↑ 升高 | ↓ 降低 | 变化不大 | 酶活降低，C₃还原变慢积累，C₅再生受阻 |