第9讲 光合作用-【金版教程】2025年高考生物一轮复习创新方案word（新教材，创新版，单选版）

金版教程　高考科学复习创新方案　生物学（单选版） 第9讲　光合作用 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 考点一　捕获光能的色素和结构 1．实验：绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 (2)实验步骤 (3)实验结果与分析 结果分析： ①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。 ②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。 ③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。 ④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。 [特别提醒] 1．可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝细菌等)，但是都有光合色素。 2．植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。 3．影响叶绿素合成的因素 (1)光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中生长的叶呈黄色。 (2)温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。 (3)必需元素：叶绿素由C、H、O、N、Mg等元素构成，缺乏N、Mg等必需元素将导致叶绿素无法合成，叶片变黄。 (4)水：缺水不但影响叶绿素生成，还会促进叶绿素分解。 2．叶绿体中色素的吸收光谱分析 [特别提醒] 1．植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。 2．不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。 3．叶绿体的结构和功能 (1)叶绿体的结构和功能 (2)恩格尔曼实验设计的巧妙之处 ①实验材料用水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察，用需氧细菌可确定释放氧气的部位。 ②没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。 ③用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对比实验。 ④临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。 题型一　叶绿体中色素的提取和分离 1．(2023·山东名校联考)迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，可用于色素的鉴定。以新鲜菠菜绿叶为材料进行色素的提取和分离实验，得到下表结果。下列相关叙述，错误的是(　　) 层析液 色素1 色素2 色素3 色素4 移动距离/cm 8．00 7．60 4．24 1．60 0．80 迁移率 — 0．95 0．53 0．20 0．10 注：迁移率＝色素移动距离/层析液移动距离。 A．可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替无水乙醇 B．新鲜菠菜绿叶的色素提取液呈绿色主要是由于存在色素3、4 C．4种色素在层析液中的溶解度由大到小依次是色素1、2、3、4 D．迁移率为0．95和0．53的色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光 答案　D 解析　绿叶中色素的提取和分离实验中，如果没有无水乙醇，可以用体积分数95%的乙醇加入适量无水碳酸钠作为提取液，A正确；色素提取液呈绿色主要是由于含有叶绿素a和叶绿素b，两者在层析液中的溶解度较低，扩散距离较近，可对应表中的3、4，B正确；各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，溶解度大，扩散速度快，溶解度小，扩散速度慢，则4种色素在层析液中的溶解度由大到小依次是色素1、2、3、4，C正确；迁移率为0．95和0．53的色素分别对应胡萝卜素和叶黄素，两者主要吸收可见光中的蓝紫光，D错误。 2．(2023·辽宁沈阳测试)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　) A．图中②和③主要分布在叶绿体的内膜上 B．利用纸层析法分离色素时，③应位于滤纸条的最下端 C．植物叶片呈现绿色是由于②③主要吸收绿光 D．弱光下②的相对含量增高可能有利于植物对弱光的利用 答案　D 解析　图中②叶绿素b、③叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，②叶绿素b应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于光合色素吸收绿光最少，C错误。 3．(2024·广东省深圳市福田区红岭中学高三第一次统一考试)以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是(　　) A．是正确操作后得到的理想结果 B．可能研磨时未加入CaCO3导致 C．可能研磨时未加入SiO2导致 D．可能提取时加入过量的层析液 答案　B 解析　图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，绿叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是正确操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被分解，也可能取的是发黄的叶片，A错误，B正确；研磨时未加入SiO2导致研磨不充分，各种色素含量均下降，叶绿素含量应高于类胡萝卜素，C错误；提取时加入过量的层析液不会导致类胡萝卜素含量高于叶绿素，D错误。 绿叶中色素的提取和分离实验中异常实验现象原因分析 (1)滤纸条上色素带颜色均较浅：①未加二氧化硅，研磨不充分；②加入无水乙醇的量过多，正确做法分次少量加入无水乙醇；③称取绿叶较少。 (2)滤纸条上最下面两条色素带较浅：①未加碳酸钙或加入量过少，叶绿素被破坏；②实验材料(如泛黄的叶片)中叶绿素的含量较少。 (3)滤纸条上色素带重叠：①滤液细线不直；②滤液细线过粗。 (4)滤纸条上看不见色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，色素溶解到层析液中；③误用蒸馏水作提取液和层析液。 题型二　恩格尔曼实验 4．1880年恩格尔曼把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，然后用极细的光束照射水绵。他发现好氧细菌只向被光束照射到的部位集中；如果临时装片暴露在光下，细菌则分布在所有受光的部位。请回答下列问题。 (1)恩格尔曼的实验设计巧妙之处在于： ①水绵的____________________________，便于观察。 ②可通过观察________________准确判定光合作用进行的部位。 (2)在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在M____________光区域(填光的类型)。某同学对好氧细菌聚集在M光区域有如下两种解释：①好氧细菌趋氧引起的；②好氧细菌趋M光区域引起的。 请你补充实验排除解释②，要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 预期结果：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)①叶绿体呈螺旋带状分布　②好氧细菌的(集中)分布 (2)红光和蓝紫　把载有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用透过三棱镜的光照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌分布情况　好氧细菌均匀地分布在死水绵周围 考点二　光合作用的原理和应用 1．光合作用探究历程 年代及科学家 过程 结论/结果 19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖 1928年，科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖 1937年 [英]希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2) 在光照下可以释放出氧气 1941年[美]鲁宾和卡门 H2O＋C18O2―→植物―→O2 HO＋CO2―→植物―→18O2 光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水 20世纪40年代[美]卡尔文 用14C标记的14CO2供小球藻光合作用，追踪放射性去向 CO2中的碳元素，被用于合成糖类等有机物(卡尔文循环) 1954年[美]阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随 2．光合作用的原理 (1)光合作用的概念：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 (2)反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。 (3)光合作用的过程 比较项目 光反应 暗反应 过程模型 条件 色素、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必须有光 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无光均可 场所 在叶绿体内的类囊体薄膜上进行 在叶绿体基质中进行 物质转化 ①水的光解： 2H2O4H＋＋O2＋4e－； ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP； ③NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3； ②C3的还原： 2C3(CH2O)＋C5 [注：在C3还原时，NADPH作为还原剂，并提供能量。] 能量转化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 实质 光能转换为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物，将活跃化学能转换为稳定化学能 关系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi [特别提醒] 1．光合作用中光反应产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，二者不相同。 2．C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。 3．暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。 4．光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。 5．叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能直接用于细胞中其他部位的生命活动。 (4)光合作用过程中元素的转移途径 C： (5)光合作用的意义 ①光合作用产生的有机物，不仅供自身利用，还养活了所有异养生物。 ②光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。 3．化能合成作用与光合作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 条件 光、色素、酶 酶 原料 CO2和H2O等无机物 产物 糖类等有机物 能量来源 光能 某些无机物氧化时释放的能量 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 硝化细菌、硫细菌等 4．光合作用原理的应用 (1)光合作用强度 (2)实验：探究光照强度对光合作用强度的影响 ①原理 a．抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 b．用同一个台灯距植物远近的不同(也可用不同功率的灯泡距植物相同距离)代表光照强度。叶片浮起数量代表光合作用强度。 ②步骤 ③实验结果 在一定范围内，随着台灯与实验装置的距离越近，浮起的小圆形叶片也越多。 ④实验结论 在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用也增强(单位时间内圆形小叶片中产生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。 1．(必修1 P103思考·讨论)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 答案　如图所示 2．(必修1 P103相关信息)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是什么？ 答案　可作为暗反应的还原剂：储备部分能量供暗反应利用。 3．(必修1 P104相关信息)C3是指三碳化合物——______________，C5是指五碳化合物——核酮糖­1，5­二磷酸(RuBP)。 答案　3­磷酸甘油酸 4．(必修1 P104相关信息)光合作用的产物有一部分是________，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入________，再通过韧皮部运输到植株各处。 答案　淀粉　筛管 题型一　探究光合作用原理的部分实验 1．光合作用的原理是很多科学家通过实验发现的，光合作用探索历程中的部分经典实验的分析及拓展如图1、2所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．图1所示实验的目的是探究光合产物中O2的来源，其中乙组为对照组 B．卡尔文探究暗反应的过程与图1所示的实验均采用了同位素示踪法 C．图2所示实验中需氧细菌主要分布于接受光照的水绵细胞各个部位 D．图2所示实验需要把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在含有空气的黑暗环境中 答案　B 解析　图1所示的两组实验均为实验组，对照方法为相互对照，为对比实验，A错误；图2所示实验中需氧细菌主要分布于水绵细胞接受光照的叶绿体部分，C错误；图2所示实验需要把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，这样才能显示需氧细菌的分布情况，D错误。 2．光合作用的发现是众多科学家不断努力的结果。1937年，英国科学家希尔首次获得了离体叶绿体悬浮液，将此悬浮液(含水，不含CO2)与黄色的高铁(Fe3＋)盐混合，照光后发现叶绿体有气泡放出、溶液由黄色变为浅绿色(Fe2＋)。在遮光下，则没有气泡产生，也没有颜色变化。下列叙述错误的是(　　) A．实验过程中可以检测到糖的生成 B．实验表明氧气是叶绿体在光照的条件下产生的 C．溶液颜色变化的原因是叶绿体在光照条件下生成的还原剂将Fe3＋还原为Fe2＋ D．与恩格尔曼的水绵实验相比，希尔的实验排除了细胞内其他结构的影响 答案　A 解析　悬浮液中不含CO2，暗反应无法正常进行，糖类无法生成，A错误；实验现象是在照光后发现叶绿体有气泡放出、在遮光下没有气泡产生，说明氧气的产生一定要有光照，B正确；希尔的实验将叶绿体离体，与细胞内其他结构分开，排除了其他结构在光合作用中可能造成的影响，D正确。 题型二　光合作用的过程 3．(2020·天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　) A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质 B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2 C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原 D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素 答案　A 解析　乙醇酸等同于光合作用暗反应产生的糖，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2不参与CO2的固定与还原，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。 4．(2023·山东潍坊模拟)磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是(　　) A．a表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成 B．磷酸丙糖应该是一种五碳化合物 C．磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉 D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降 答案　D 解析　图中a是光反应为暗反应提供的物质为NADPH和ATP，在叶绿体的类囊体薄膜上合成，A错误；由题意“磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖”可知，磷酸丙糖是三碳化合物，B错误；从图中可看出磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，C错误；磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体和将磷酸运入叶绿体，会造成叶绿体中光合作用产物积累和缺少磷酸，导致光合速率降低，D正确。 5．(2020·山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。 (1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。 (2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是__________________________________________。 (3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是______________________________。 (4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是_____________________________ _____________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 答案　(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5) (2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类) (4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少 解析　(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP、NADPH中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。 (2)据题干可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。 (3)在植物中糖类的积累量＝产生量－消耗量，光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。 (4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致CO2的吸收量减少，因此光合作用速率降低。 题型三　外界条件改变对叶绿体中物质含量的影响 6．(2023·北京东城高三模拟)下图是各种环境因素影响黑藻光合速率变化的示意图。相关叙述正确的是(　　) 注：箭头所指为处理开始时间。 A．若在t1前充CO2，则暗反应速率将显著提高 B．t1→t2，光反应速率显著提高而暗反应速率不变 C．t3→t4，叶绿体基质中NADPH的消耗速率提高 D．t4后短暂时间内，叶绿体中C3/C5比值下降 答案　C 解析　0～t1，光照较弱，光合速率较慢，限制因素为光照强度，若在t1前充CO2，则暗反应速率不会显著提高，A错误；t1→t2，给予充足恒定光照，光反应速率显著提高，产生的NADPH和ATP增加，导致暗反应速率也增加，B错误；t3→t4，CO2浓度增加，叶绿体基质中生成的C3增加，消耗NADPH的速率提高，C正确；t4后短暂时间内，由于缺少光照，ATP和NADPH减少，还原C3的速率减慢，但短时间内CO2固定的速率不变，导致C3含量增加，C5含量减少，故叶绿体中C3/C5比值将上升，D错误。 7．(2023·北京通州高三摸底考试)正常生长的小球藻，由自然光照改为绿光下继续培养，短时间内小球藻细胞的叶绿体内会发生的变化是(　　) A．H2O在光下分解速率不变 B．CO2消耗速率增大 C．ADP/ATP的比值下降 D．C3/C5的比值上升 答案　D 解析　色素对绿光吸收较少，改为在绿光下继续培养，导致光反应减弱，H2O在光下分解速率下降，A错误；光合色素吸收绿光少，导致光反应减弱，生成的ATP减少，使ADP/ATP的比值上升，C错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，C3还原减弱，但短时间内CO2固定不变，所以C3含量增加，C5含量减少，C3/C5比值上升，D正确。 当外界条件发生骤变时，光合作用中C3、C5的含量变化需从物质的生成和消耗两个方面综合分析 (1)光照减弱时，C3、C5的含量变化 同理可知，光照增强时，NADPH、ATP含量增加，C3含量减少，C5含量增加。 (2)CO2含量增加时，C3、C5的含量变化 同理可知，CO2含量减少时，C3含量减少，C5含量增加。 题型四　探究环境因素对光合作用强度的影响 8．(2022·海南，3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是(　　) A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C．四组实验中，0．5% NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 答案　B 解析　本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量是CO2浓度(通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现)，温度、光照等属于无关变量，应相同且适宜，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，B正确；四组实验中，0．5% NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长，表明其光合速率最低，C错误；若从适宜温度降低到4 ℃，与光合作用相关的酶的活性降低，导致光合速率降低，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D错误。 9．(2023·辽阳高三期末)某实验小组为验证KHCO3对某植物幼苗光合作用的影响，进行了甲、乙两组不同处理的实验，甲组用差速离心法制备叶绿体悬液进行实验，乙组将等量植物幼苗叶片切割成1 mm2的叶小片进行实验，然后在适宜光照、20 ℃恒温条件下用氧电极测量这两组植物的O2释放速率，结果如图所示。下列相关叙述正确的是(　　) A．本实验的自变量是KHCO3的浓度，无关变量为适宜光照、20 ℃恒温条件 B．KHCO3浓度为0．05 mol·L－1时，两组实验的O2释放速率存在差异的原因是光合速率不同 C．由该实验可推断，随着KHCO3浓度的增大，叶小片的O2释放速率会一直增大 D．加入清水组的叶小片中无O2释放，原因可能是光合作用产生的O2通过呼吸作用被消耗了 答案　D 解析　本实验的自变量是KHCO3的浓度以及实验材料，A错误；KHCO3浓度为0．05 mol·L－1时，两组实验的O2释放速率存在差异的原因可能是差速离心组测得的O2释放速率为总光合速率，而叶小片中测得的O2释放速率为净光合速率，二者的不同主要在于有无呼吸作用消耗O2，B错误。 借助创新问题情境，增加信息呈现形式，培养创新意识和创新思维 10．某研究团队提取菠菜叶绿体中的类囊体，研制成新型的纳米类囊体单元(NTUs)，NTUs保留了类囊体的功能。为实现NTUs的跨物种应用，进一步研究发现，接受移植NTUs后的动物细胞内ATP和NADPH水平提高，从而增强了动物细胞的能量合成代谢。下列叙述正确的是(　　) A．NTUs上分布着光合色素和与CO2固定有关的酶 B．NTUs在动物细胞内完成光合作用的暗反应过程 C．含有NTUs的动物细胞ATP全部来自类囊体 D．该技术实现了类囊体跨物种的转移和应用 答案　D 解析　类囊体膜上分布着光合色素，在动物细胞内完成光合作用的光反应过程，而与CO2固定有关的酶分布在叶绿体基质中，A、B错误；动物细胞有氧呼吸也可以产生ATP，其场所为细胞质基质和线粒体，C错误；该技术将类囊体从植物细胞移植到动物细胞，实现了类囊体跨物种的转移和应用，D正确。 11．(2024·北京市新高三入学定位考试)糖是植株生长发育的物质基础，其含量也是苹果品质的核心。 (1)一般认为，苹果叶片通过________作用制造有机物，而根系获得的有机物是由叶片运输到根系的。 (2)研究者发现根系也能够从环境中吸收葡萄糖。将苹果根系分别置于葡萄糖溶液和清水中，检测发现，葡萄糖溶液组根系的M基因表达量和葡萄糖含量均显著高于清水组，推测M蛋白的功能是______________根系吸收葡萄糖。 (3)在M基因启动子下游连接GUS基因(表达产物可水解底物产生蓝色)，发现蓝色主要分布在根系的表皮细胞中。构建M基因、绿色荧光蛋白基因的融合基因，用____________法导入苹果细胞，发现绿色荧光分布在细胞膜上。据此可得出_______________________________ _______________________。 (4)研究者利用同位素标记技术进行实验，处理及结果如下表。 苹果根系置于含有13C标记的葡萄糖培养液中 用13C标记的CO2处理苹果叶片 根系13C含量(mg) 地上13C含量(mg) 根系13C含量占比(%) 地上13C含量占比(%) 野生型 4．7 含量极低 44．24 55．76 M基因过表达 6．2 30．89 69．11 M基因低表达 3．6 46．79 53．21 依据实验结果推测，根系从周围环境中吸收葡萄糖能提高苹果果实中糖含量的机制是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)光合　(2)促进 (3)农杆菌转化　M蛋白主要在根表皮细胞表达且定位在细胞膜上 (4)根系通过表皮细胞膜上的M蛋白吸收土壤中的葡萄糖，供根部细胞利用，减少了叶片光合产物向根系的运输，使更多糖分配到果实，提升果实中的糖含量 考点三　光合作用的影响因素 1．光照强度 (1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原过程加快，从而使光合作用产物增加。 (2)曲线分析 ①各点各段含义 ②限制因素 (3)应用：①适当提高光照强度，如温室大棚阴天时补光；②增加光合作用面积——合理密植；③温室大棚用无色透明的塑料膜或玻璃；④阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。 2．CO2浓度 (1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。 (2)曲线解读 (3)应用：①温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如放一定量的干冰或多施有机肥；②大田中，要注意通风透气。 3．温度 (1)原理：温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度(主要制约暗反应)。 (2)应用：适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。 4．水及矿质元素 (1)矿质元素：矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。例如：N、Mg等是叶绿素合成的必需元素，若这些元素缺乏，会影响叶绿素的合成从而影响光合作用。 (2)水：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。 (3)应用：施肥的同时，往往适当浇水，小麦的光合速率会更大，此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中，以离子形式存在，才能被作物根系吸收。同时可以保证小麦吸收充足的水分，保证叶肉细胞中CO2的供应。 5．多因素对光合速率的影响 (1)多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析 如图所示： (2)限制因素分析 6．影响光合作用的内部因素 (1)植物自身的遗传特性，如植物品种不同，以阴生植物、阳生植物为例 (2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 (3)植物叶面积指数 题型一　影响光合作用强度的因素 1．(2023·广东深圳调研)甲、乙两种植物在不同光照强度下的O2释放量(吸收量)如下图所示，下列有关叙述错误的是(　　) A．与甲植物相比，乙植物更适合在林下生长 B．与B点时甲植物相比，A点时乙植物叶绿体产生O2的速率较小 C．与B点相比，D点时叶绿体中C3的消耗量增加 D．C点时，甲、乙两植物的实际光合作用强度相同 答案　D 解析　据图可知，乙植物的光补偿点和光饱和点都低于甲植物，因此乙植物更适合在光照弱的林下生长，A正确；A点和B点分别是乙植物和甲植物的光补偿点，此时光合速率等于呼吸速率，由于乙的呼吸速率小于甲，所以乙植物在A点时的光合速率小于甲植物在B点时的光合速率，即A点时乙植物叶绿体产生O2的速率比B点时甲植物小，B正确；与B点相比，D点的光照强度大，光反应产生的NADPH和ATP多，暗反应时还原C3的速率快，C3的消耗量增加，C正确；C点时，甲、乙两植物的净光合速率相同，但由于呼吸速率不同，所以甲、乙两植物的实际光合速率不同，D错误。 2．龙须菜是生活在近岸海域的大型经济藻类，既能给海洋生态系统提供光合产物，又能为人类提供食品原料。某小组研究CO2浓度和光照强度对龙须菜生长的影响，实验结果如下图所示。已知大气CO2浓度约为0．03%，实验过程中温度等其他条件适宜，下列相关说法错误的是(　　) A．实验中CO2浓度为0．1%的组是实验组 B．增加CO2浓度能提高龙须菜的生长速率 C．高光照强度下光反应速率快从而使龙须菜生长较快 D．选择龙须菜养殖场所时需考虑海水的透光率等因素 答案　B 解析　大气CO2浓度约为0．03%，实验中CO2浓度为0．1%的组是实验组，A正确；由图可知，不同CO2浓度下龙须菜相对生长速率基本相同，B错误；与低光相比，高光条件下相对光反应速率高，相对生长速率高，C正确；因不同光照影响龙须菜的生长，因此龙须菜养殖时需考虑海水的透光率等因素，D正确。 3．(2022·北京，2)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出(　　) A．低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高 B．在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C．CO2浓度为200 μL·L－1时，温度对光合速率影响小 D．10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 答案　D 解析　由图可看出，当CO2浓度为200 μL·L－1时，光合作用最适温度约为25 ℃，当CO2浓度为370 μL·L－1时，光合作用最适温度约为30 ℃，B正确；据图可知，CO2浓度为200 μL·L－1时，光合速率随温度的变化幅度较小，C正确；10 ℃条件下，CO2浓度为200 μL·L－1至370 μL·L－1时，光合速率有显著提高，而370 μL·L－1时与1000 μL·L－1时，两者光合速率数值接近同一数值，所以不能表明10 ℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。 题型二　光合作用原理的应用 4．(2021·辽宁选择性考试)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是(　　) A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度 B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同 C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量 D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度 答案　B 解析　不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合速率，D正确。 利用生物学知识解决农业生产实践中的实际问题，加强劳动教育，弘扬劳动精神 5．(2023·河南安阳5月三模)农业生产上采用宽种花生窄种玉米的方式进行间作，不仅能提高光能利用率和土地利用率，还能增加单位面积土地的经济效益。回答下列有关问题： (1)影响花生和玉米光合作用的环境因素有______________________________(至少答出两种)。 (2)为了获得最佳的间作方案，研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理，实验结果如表所示(光补偿点是指光合速率等于呼吸速率时的光照强度)。 处理 光补偿点/lx 叶绿素含量/(mg·dm－2) 单株叶光合产量/ g干重 单株果实光合产量/ g干重 不遮阴 550 2．09 18．92 8．25 遮阴2小时 515 2．66 18．84 8．21 遮阴4小时 500 3．03 16．64 6．13 ①分析表中数据可知，遮阴可导致花生植株中的________含量增高，吸收光的能力增强。光补偿点的变化趋势说明花生可通过降低____________，使其在光照不足的情况下积累有机物。 ②根据实验结果推测，若将花生与玉米进行间种，则玉米一天内对花生的遮阴时间应为____________(填“小于2小时”“2～4小时”或“大于4小时”)才能获得较高的花生产量，原因是______________________________________________________________________。 (3)农业生产上也常将玉米和大豆进行间作，这样可增强土壤肥效，提高土地的生产效益，原因是__________________________________________________________。 答案　(1)温度、光照强度、CO2浓度等 (2)①叶绿素　呼吸作用强度　②小于2小时　遮阴条件下，花生单株叶和单株果实光合产量降低，且遮阴时间越长，降低的幅度越大 (3)大豆根瘤菌能够将空气中的氮气转化为植物能吸收的含氮物质 解析　(2)①根据表格中的数据可知，在遮阴条件下，花生植株的叶绿素含量增加，说明植物可通过增加叶绿素含量，提高对光的吸收能力，以适应弱光环境。光补偿点时光合速率＝呼吸速率，随遮阴时间延长，光合作用强度降低，光补偿点也下降，即低光照强度下，降低的光合作用强度仍可与呼吸作用强度相等，说明呼吸作用强度也降低了，这样可以实现在较低光照强度下净光合速率大于零，积累有机物。②根据表格中的数据可知，遮阴条件下，花生单株叶和单株果实光合产量降低，且遮阴时间越长，降低的幅度越大，因此若将花生与玉米进行间种，为获得较高的花生产量，应尽量减少玉米对花生的遮阴时间，即玉米一天内对花生的遮阴时间应小于2小时，才能获得较高的花生产量。 6．(2023·河南南阳期中)将一些生物学知识用于农业生产实践，可以促进农作物的光合作用或生长发育，从而提高产量，实现科技兴农。回答下列问题： (1)滴灌可以保持土壤良好的水气状况。从细胞呼吸的角度分析，滴灌的优点是________________________________________________。植物体内的水分的作用有______________________________________________________________________(至少答三点)。 (2)“追肥在雨前，一夜长一拳”，农耕者一般在雨前追施化肥的原因是__________________；从光合作用的物质条件的角度分析，增施氮肥能使作物增产的原因是促进________(答出2种即可)等物质的合成；但氮肥施用量不能过多，原因是____________________________________。 (3)间作是指在同一土地上按照一定的行、株距和占地的宽窄比例种植不同种类的农作物。玉米和大豆株高存在差异，从影响光合作用的环境因素推测，在晴朗天气中与玉米单作相比，间作时玉米光饱和点会________(填“增大”或“减小”)，原因是____________________________________________。 答案　(1)防止根细胞无氧呼吸产生过多的酒精，造成烂根　参与细胞代谢，细胞内的良好的溶剂，运输营养物质和代谢废物，为细胞提供液体环境，细胞结构的重要组成成分等 (2)无机盐必须溶解在水中(成为离子状态)才能被吸收　NADPH、ATP、色素、酶等　防止因土壤溶液浓度过大，作物根细胞失水，造成烧苗 (3)增大　间作利于通风，CO2浓度增大，光合速率提高 考点四　光合作用与细胞呼吸的关系 1　光合作用与细胞呼吸过程和图像分析 (1)图解两大生理过程 (2)元素转移的联系 (3)能量方面 (4)NADH([H])、NADPH、ATP [例1]　光合作用与细胞呼吸一样，也是一个氧化还原反应。就其总方程式而言，光合作用恰好与细胞呼吸相反。下列关于光合作用与细胞呼吸的叙述中，正确的是(　　) A．光合作用是细胞呼吸的逆反应 B．光合作用能为细胞呼吸提供物质 C．光合作用与细胞呼吸氧化的对象相同 D．能进行细胞呼吸的细胞也能进行光合作用 答案　B [例2]　(2023·佛山顺德区二检)在光照等条件下，番茄叶肉细胞进行光合作用与有氧呼吸以及细胞内外交换的示意图如下(1～7表示结构，a～h表示物质的移动情况)，有关说法错误的是 (　　) A．线粒体中2处释放的能量远远多于3处 B．叶绿体内会发生光能转变为化学能的过程 C．物质A进入线粒体后彻底分解需要水的参与 D．a、b、e、f的量均为0时对应的光照强度为番茄植株的光补偿点 答案　D 解析　分析题图可知，2代表线粒体内膜，发生有氧呼吸第三阶段的反应，3代表线粒体基质，发生有氧呼吸第二阶段的反应，有氧呼吸第三阶段产生的能量远远多于有氧呼吸第二阶段，即2处释放的能量远远多于3处，A正确；叶绿体是光合作用的场所，光反应阶段光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能，在暗反应阶段ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能，B正确；分析题图可知，物质A是丙酮酸，其在线粒体基质中和水在酶的催化下生成[H]和CO2，释放少量的能量，C正确；分析题图可知，a表示叶肉细胞向细胞外释放CO2，b表示叶肉细胞从细胞外吸收CO2，e表示叶肉细胞向细胞外释放O2，f表示叶肉细胞从细胞外吸收O2，a、b、e、f的量均为0时，番茄叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率，此时对应的光照强度为番茄叶肉细胞的光补偿点，但番茄植株的根尖等细胞进行呼吸作用而不进行光合作用，故此时番茄植株的光合速率小于呼吸速率，即此时对应的光照强度不是番茄植株的光补偿点，D错误。 2　光合速率与细胞呼吸速率的关系 (1)植物三率间的关系 ①呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。 ②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。 ③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 (2)根据关键词判定 检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总) 光合速率 CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量 O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量 有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量 (3)光合速率与呼吸速率的比较 ①植物不同光照条件下光合速率与呼吸速率的关系 ②不同代谢情况下的叶肉细胞气体交换 代谢 叶肉细胞气体交换 只进行呼吸作用 光合速率<呼吸速率 光合速率＝呼吸速率 光合速率>呼吸速率 注：植物光合速率＝呼吸速率时，叶肉细胞光合速率>呼吸速率。 [例3]　(2023·北京师范大学附中高三期中)利用水稻品种“两优培九”，研究其叶片净光合速率与叶温的变化关系，结果如下图。以下叙述正确的是(　　) A．实验需要控制相同且适宜的呼吸强度 B．真光合速率最适温度出现在33 ℃左右 C．15 ℃时此植物的ATP仅来自细胞呼吸 D．曲线下降可能因为呼吸速率增加更多 答案　D 解析　该实验的自变量是温度，而温度会影响呼吸作用强度，A错误；图示只能说明净光合速率的最适宜温度出现在33 ℃左右，而呼吸速率的情况不清楚，因此无法判断真光合速率的最适温度，B错误；据图分析，15 ℃时此植物的净光合速率大于0，说明其可以同时进行光合作用和呼吸作用，因此产生ATP的过程有光合作用和呼吸作用，C错误；曲线下降是因为实际光合速率与呼吸速率之间的差值变小，可能因为呼吸速率增加更多，D正确。 [例4]　(2023·广东，18)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和下图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。) 水稻材料 叶绿素(mg/g) 类胡萝卜素(mg/g) 类胡萝卜素/叶绿素 WT 4．08 0．63 0．15 ygl 1．73 0．47 0．27 分析图表，回答下列问题： (1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和____________________________________，叶片主要吸收可见光中的______________光。 (2)光照强度逐渐增加达到2000 μmol·m－2·s－1时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl________WT(填“高于”“低于”或“等于”)。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和________________________________。 (3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体________________，是其高产的原因之一。 (4)试分析在0～50 μmol·m－2·s－1范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题______________________________________________。 答案　(1)类胡萝卜素/叶绿素的值较高　红光和蓝紫 (2)高于　细胞呼吸速率较高 (3)光能利用率较高 (4)如图所示 为什么ygl在低光照强度下光合速率比WT低，在高光照强度下光合速率比WT高 解析　(2)光饱和点是光合速率不再随光照强度增加时的光照强度。据图a可知，ygl的光饱和点高于WT。光补偿点是光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2相等时的光照强度。根据图c可知，与WT相比，ygl的呼吸速率较高。据表格信息可知，与WT相比，ygl的叶绿素含量较低，当光照强度较低时，叶绿素含量低会导致光反应为暗反应提供的NADPH和ATP较少，使光合速率降低。综合上述分析可知，ygl具有较高的光补偿点的原因可能是其叶绿素含量较低和细胞呼吸速率较高。 (3)与WT相比，在高密度栽培条件下，更多的光可到达ygl下层叶片，导致ygl下层叶片的光合速率较高；与WT相比，ygl的叶绿素含量低，但ygl群体的净光合速率较高，表明该群体的光能利用率较高，有机物积累量大。 (4)绘制曲线图时要注意：ygl的呼吸速率约为0．9 μmol(CO2)·m－2·s－1，WT的呼吸速率约为0．6 μmol(CO2)·m－2·s－1，而且ygl的光补偿点(约为30 μmol·m－2·s－1)大于WT的光补偿点(约为15 μmol·m－2·s－1)，具体曲线图见答案。 3　密闭环境中和开放环境中植物光合速率与呼吸速率的分析 (1)相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线图的比较 比较项目 一昼夜CO2含量的变化曲线图(小室中CO2变化状况) 一昼夜O2含量的变化曲线图(小室中O2变化状况) 图示 曲线分析 C点、E点：光合作用强度＝呼吸作用强度； CE段：CO2含量下降(O2含量上升)，光合作用强度>呼吸作用强度； MC段和EN段：CO2含量上升(O2含量下降)，光合作用强度<呼吸作用强度； 光合作用开始于C点之前，结束于E点之后 含量最高点 CO2含量最高点为C点对应的CO2含量 O2含量最高点为E点对应的O2含量 含量最低点 CO2含量最低点为E点对应的CO2含量 O2含量最低点为C点对应的O2含量 如果N点低于M点 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少 如果N点高于M点 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加 如果N点与M点一样高 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变 说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变 (2)夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图如下 a点：温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放量减少。 b点：太阳出来，开始进行光合作用。 bc段：由于光照较弱，光合作用强度小于呼吸作用强度。 c点：光合作用强度等于呼吸作用强度。 ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。 d点：温度过高，失水过多，气孔大量关闭，出现“光合午休”现象。 e点：光合作用强度等于呼吸作用强度。 ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度，f点之后植物停止光合作用。 温馨提示：关于有机物情况： 积累有机物时间段：ce段； 制造有机物时间段：bf段； 消耗有机物时间段：Og段； 一天中有机物积累最多的时间点：e点； 一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。 (3)“昼夜有机物积累量法”判断植物是否生长 昼夜有机物积累量＝实际光合速率×光照时间－呼吸速率×24小时＝净光合速率×光照时间－呼吸速率×黑暗时间。 ①昼夜有机物积累量>0，植物生长。 ②昼夜有机物积累量≤0，植物不生长，长时间小于0，植物将死亡。 [例5]　将某种植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响，实验以该植物叶绿体光合作用吸收的CO2总量与线粒体呼吸作用CO2的释放量为指标，实验结果如下表所示。下列对该植物数据表格分析正确的是(　　) 温度(℃) 20 25 30 35 40 45 光照下叶绿体CO2吸收总量(mg/h) 1．00 1．75 2．50 3．25 3．75 3．50 黑暗中CO2释放量(mg/h) 0．50 0．75 1．00 1．50 2．25 3．00 A．昼夜不停地光照，温度为20 ℃时该植物不能生长 B．昼夜不停地光照，温度为45 ℃时，最有利于有机物的积累 C．每天交替进行12 h光照12 h黑暗，温度均保持在45 ℃条件下，能正常生长 D．每天交替进行12 h光照12 h黑暗，温度均保持在35 ℃条件下，能正常生长 答案　D 解析　温度为20 ℃时，光照下叶绿体CO2吸收总量为1．00 mg/h，该值表示真光合速率，黑暗中CO2释放量表示呼吸速率，真光合速率大于呼吸速率，净光合速率大于0，昼夜不停地光照，该植物能够正常生长，A错误；昼夜不停地光照，温度为35 ℃时有机物积累最多，B错误；每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在45 ℃时，该植物的有机物积累量为3．50×12－3．00×24＝－30(mg)<0，不能正常生长，C错误；每天交替进行12 h光照、12 h黑暗，温度均保持在35 ℃时，该植物的有机物积累量＝12×3．25－24×1．5＝3(mg)，故该植物可以正常生长，D正确。 [例6]　(2023·山东青岛模拟)将一盆置于密闭透明容器内的绿色植物放在黑暗环境(温度适宜)中，t1时刻给予充足的光照，t4时刻再补充一定量的CO2，继续培养一段时间。在培养的过程中实时检测装置内O2的释放速率，结果如图所示。不考虑其他生物的影响，下列叙述错误的是(　　) A．t0～t1，该密闭装置内O2的含量应持续下降 B．t3时刻，该绿色植物的呼吸速率等于光合速率 C．t3～t4，CO2浓度是限制光合速率的主要因素 D．t4～t5，该绿色植物的净光合速率逐渐增大 答案　B 解析　t0～t1，该绿色植物处于黑暗环境中，其不能进行光合作用，且不断进行呼吸作用消耗氧气，所以该密闭装置内O2的含量应持续下降，A正确；t3时刻，该绿色植物氧气释放速率＞0，呼吸速率不等于光合速率，B错误；从曲线图中可看出在t4时刻，补充CO2后光合作用速率上升，所以t3～t4，光合作用速率的限制因素主要是CO2浓度，C正确；t4～t5，该绿色植物氧气释放速率不断增加，所以其净光合速率逐渐增大，D正确。 [例7]　下图为荒漠地区种植的胡杨分别在7月24号和8月26号两天测得的净光合速率日变化曲线图。据图判断，下列相关分析正确的是(　　) A．这两天胡杨均在7点开始进行光合作用 B．有机物的日合成量7月24号大于8月26号 C．净光合速率日变化曲线走势主要受土壤含水量影响 D．8月26号曲线双峰的形成与温度和光照等因素有关 答案　D 解析　这两天胡杨均在7点时净光合速率为0，说明7点之前已经开始进行光合作用，A错误；图中7月24号曲线与横轴围成的面积小于8月26号曲线与横轴围成的面积，表明胡杨有机物的积累量7月24号小于8月26号，但由于这两天胡杨的呼吸速率大小不确定，故不能确定胡杨在这两天有机物日合成量的大小，B错误；由曲线图可以得出，净光合速率日变化曲线走势主要受光照强度影响，C错误。 4　环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系 (1)光补偿点的两种生理状态 ①整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。 ②叶肉细胞：光合作用强度＞呼吸作用强度。 (2)光(CO2)补偿点的移动 ①呼吸速率增加，其他条件不变时，光(CO2)补偿点应右移，反之左移。 ②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光(CO2)补偿点应右移，反之左移。 (3)光(CO2)饱和点的移动 相关条件的改变，使光合速率增大时，光(CO2)饱和点C应右移(C′点右上移)，反之左移(C′点左下移)。 (4)阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都低。 [例8]　(2023·湖南长沙雅礼中学高三月考)红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是(　　) A．光照强度为a时，每天光照12小时，一昼夜后人参和红松干重均减少 B．光照强度在b点之后，限制红松和人参P/R值增大的主要外界因素都是CO2浓度 C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等 D．若适当增加土壤中Mg2＋的含量，一段时间后人参的a点右移 答案　A 解析　光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，红松的P/R值小于1，一昼夜后干重减少，A正确；光照强度在b点至d点时，限制红松(P/R)值增大的主要外界因素仍然是光照强度，在d点之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2，B错误；光照强度为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不确定，故净光合速率不同，C错误；对于人参而言，a点为光补偿点，若适当增加土壤中Mg2＋的含量，人参合成叶绿素增多，光合速率增加，要使光合速率还等于呼吸速率，故一段时间后a点左移，D错误。 [例9]　下图为CO2吸收量与光照强度关系的坐标图，当光合作用相关因素改变后，a、b、c点的移动描述不正确的是(　　) A．若增加CO2浓度，b点左移，c点左移，d点向左下方移动 B．已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别是25 ℃和30 ℃，则温度由25 ℃上升到30 ℃时，对应的a点将下移，b点将右移 C．若原曲线代表阳生植物，则阴生植物对应的a点、b点、c点将分别向上移、左移、左移 D．若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，则b点将向左移 答案　A 解析　图中c点对应的光照强度为光饱和点，若增加CO2浓度，则植物光合作用增强，b点左移，c点右移，d点向右上方移动，A错误；温度由25 ℃上升到30 ℃时，呼吸速率上升，故a点下移，呼吸速率上升，光合速率下降，要让光合速率等于呼吸速率，需要更强光照，故b点右移，B正确；阴生植物的光补偿点和光饱和点都低于阳生植物，若题图中的阳生植物换成阴生植物，则b点左移，c点向左移动，C正确；植物光合作用最有效的光是红光和蓝紫光，若实验时将光照由白光改为蓝光(光照强度不变)，光合速率上升，要让光合速率等于呼吸速率，需要较弱光照即可，故b点将向左移，D正确。 微专题　光合速率和呼吸速率的测定 一　液滴移动法 气体体积变化法测光合作用O2产生或CO2消耗的体积 1．装置中溶液的作用 在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，能保证容器内CO2浓度的恒定。 2．测定原理 (1)甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。 (2)乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。 (3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 3．测定方法 (1)将植物置于黑暗中(甲装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。 (2)将同一植物置于光下(乙装置)一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。 (3)根据呼吸速率＋净光合速率＝真正光合速率可计算得到真正光合速率。 4．物理误差的校正 为排除气压、温度等物理因素的影响，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。 [例1]　(2023·福州调研)如图是探究绿色植物光合速率的实验示意图，装置中的碳酸氢钠溶液可维持瓶内的CO2浓度，将该装置置于一定的光照条件且温度为20 ℃的环境中。实验开始时，针筒的读数是0．2 mL，毛细管内的水滴在位置X。20 min后，针筒的容量需要调至0．6 mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。据此回答下列问题： (1)图中绿色植物吸收的光能转化途径是______________________________________。 (2)若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，重复上述实验，20 min后，要使水滴维持在X的位置上，针筒的容量________(填“需要”或“不需要”)调节。 (3)与植物的实际光合速率相比，用上述装置所测得的光合速率数值________(填“偏高”“偏低”或“相同”)，原因是__________________________________________________________。 (4)若将图中的碳酸氢钠溶液换成等量相同浓度的氢氧化钠溶液，在20 ℃、无光条件下30 min后，针筒的容量需要调至0．1 mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。则该植物的实际光合速率是________mL/h。 (5)如果在另一和图中相同的实验装置中，其他条件不变，只增加光照强度，结果20 min后针筒的容量也维持在0．6 mL读数处。但若只将温度提升至30 ℃，20 min后针筒容量需要调至0．8 mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个实验可以得出的结论是________________________________________________________________。 (6)如果在该植物的叶片上涂上一层凡士林，针筒的读数大幅度变小，原因可能是______________________________________________________________________________。 答案　(1)光能→ATP、NADPH中活跃化学能→有机物中稳定化学能 (2)不需要 (3)偏低　测得的是净光合速率，还要加上呼吸速率才是实际光合速率 (4)1．4 (5)在上述条件下，限制光合作用的主要因素不是光照强度，而是温度(合理即可) (6)凡士林能阻塞部分气孔，使叶肉细胞吸收的CO2减少，限制了光合作用的暗反应(合理即可) 解析　(2)清水不能维持装置内CO2浓度的稳定，由光合作用反应式可知，绿色植物光合作用吸收的CO2量等于释放的O2量，呼吸作用吸收的O2量等于释放的CO2量，若将装置中的碳酸氢钠溶液换成等量清水，瓶内气压不变，无须调节针筒的容量。 (4)据题意分析，若都用O2变化量表示光合速率和呼吸速率，呼吸速率为0．1÷0．5＝0．2(mL/h)，净光合速率为(0．6－0．2)÷1/3＝1．2(mL/h)，所以实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝0．2＋1．2＝1．4(mL/h)。 (5)据题意，20 ℃时增加光照强度，光合速率不变，说明此时光照强度不是限制光合作用的主要因素，而只改变温度，温度增至30 ℃，光合速率提高，说明该条件下，温度是限制光合作用的主要因素。 光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制 (1)增加水中O2——泵入空气或放入绿色水生植物； (2)减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水； (3)除去容器中CO2——氢氧化钠溶液； (4)除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中； (5)除去叶中叶绿素——酒精隔水加热； (6)除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光； (7)如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光； (8)线粒体提取——细胞匀浆离心。 二　半叶法 将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。 [例2]　某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合速率进行测定。将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合速率，其单位是mg/(dm2·h)。请分析回答下列问题： (1)MA表示叶片初始质量－6个小时呼吸作用有机物的消耗量；MB表示______________＋6个小时____________________－6个小时呼吸作用有机物的消耗量。 (2)若M＝MB－MA，则M表示________________________________。 (3)真光合速率的计算方法是_____________________________________________________。 (4)本方法也可用于测定叶片的呼吸速率，写出实验设计思路。________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)叶片初始质量　光合作用有机物的总产量 (2)B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量 (3)M值除以时间再除以面积，即M/(截取面积×时间) (4)将从测定叶片的相对应部分切割的等面积叶片分开，一部分立即烘干称重，另一部分在黑暗中保存几小时后再烘干称重，根据二者干重差即可计算出叶片的呼吸速率 解析　叶片A部分遮光，虽不能进行光合作用，但仍可照常进行呼吸作用。叶片B部分不做处理，既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。分析题意可知，MB表示叶片初始质量＋6个小时光合作用有机物的总产量－6个小时呼吸作用有机物的消耗量，MA表示叶片初始质量－6个小时呼吸作用有机物的消耗量，则MB－MA就是光合作用6 h有机物的总产量(B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量)。由此可计算真光合速率，即M值除以时间再除以面积。 三　黑白瓶法 通过净光合作用强度和呼吸作用强度推算总光合作用强度的试题是常见题型，掌握常见的“黑白瓶”问题的测定原理，是解答此类试题的关键。 具体方法如下： (1)“黑瓶”不透光，测定的是呼吸作用量(强度)；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量(强度)。总光合作用量(强度)＝净光合作用量(强度)＋呼吸作用量(强度)。 (2)有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为呼吸作用量(强度)；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为净光合作用量(强度)；二者之和为总光合作用量(强度)。 (3)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。 [例3]　某同学研究甲湖泊中X深度生物光合作用和有氧呼吸。具体操作如下：取三个相同的透明玻璃瓶a、b、c，将a先包以黑胶布，再包以铅箔。用a、b、c三瓶从待测水体深度取水，测定c瓶中水内氧容量。将a瓶、b瓶密封再沉入待测水体深度，经24小时取出，测两瓶氧含量，结果如图所示。则24小时待测深度水体中生物光合作用和有氧呼吸的情况是(　　) A．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是v mol/瓶 B．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是k mol/瓶 C．24小时待测深度水体中生物有氧呼吸消耗的氧气量是(k－v) mol/瓶 D．24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量是(k－v) mol/瓶 答案　D 解析　根据题意知，a瓶生物在黑暗条件下仅能进行有氧呼吸，24小时生物进行呼吸消耗的氧气量为(w－v) mol/瓶；b瓶生物在光照条件下，氧气的增加量为(k－w) mol/瓶，即为瓶内生物24小时进行光合作用和有氧呼吸净积累的氧气量(净光合量)，故24小时待测深度水体中生物光合作用产生的氧气量＝呼吸消耗的氧气量＋净光合量＝(w－v)＋(k－w)＝(k－v) mol/瓶，D正确。 四　叶片上浮法 利用“真空渗入法”排除叶肉细胞间隙的空气，充入水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。 [例4]　图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)，下列相关分析正确的是(　　) A．在ab段，随着水温的增加，光合速率逐渐减小 B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小 C．通过图乙分析可以找到真光合作用的最适温度 D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸 答案　B 解析　叶圆片上浮至液面所用时间的长短，说明氧气释放速率的大小，体现净光合速率的大小，B正确；在ab段，随温度增加，上浮所需时间变短，说明光合速率逐渐增大，A错误；温度不仅影响光合速率，也会影响呼吸速率，图乙只能体现净光合速率的大小，C错误；光合作用会产生氧气，叶片可以进行有氧呼吸，D错误。 五　间隔光照法 光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生大量的NADPH和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照总时间不变的情况下，光照、黑暗交替进行条件下制造的有机物相对多。 [例5]　(2024·湖北部分学校高三开学考试)光合作用过程十分复杂，包括一系列化学反应。以下是科学家探索光合作用原理的部分实验。回答下列问题： (1)20世纪初英国的布莱克曼把化学动力学方法引入到对光合作用的研究中： ①光照强度保持恒定，持续增加CO2浓度，发现光合速率先增大，达到一定程度后保持不变，此时增大光照强度，光合速率会随之增大，这说明此时限制光合作用的因素是________。菠菜植株中能固定CO2的物质是________。 ②CO2浓度保持恒定，持续增大光照强度，发现光合速率先增大，达到一定程度后不再增加，此时增大CO2浓度，光合速率会随之增大，这说明此时限制光合作用的因素是________。绿色植物吸收和转化光能的具体场所是________________。 (2)大约20年后，德国的瓦伯格等用藻类进行闪光试验。在光能量相同的前提下设置两组实验，第1组连续照光，第2组用闪光照射，中间隔一定暗期；发现第2组光合效率是第1组的200%～400%。该实验阐明了光合作用中存在两个反应，请从光合作用光反应和暗反应的过程对实验现象进行解释：________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)后来科学家为验证瓦伯格的发现，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浓度等相同且适宜并稳定，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，请补充完整实验设计步骤： A组：__________________，时间各为67．5 s；光合作用产物的相对含量为50%。 B组：________________________________________，每次光照和黑暗的时间各为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；光合作用产物的相对含量为94%。 D组(对照组)：__________________，光合作用产物的相对含量为100%。 答案　(1)光照强度　C5(五碳化合物)　CO2浓度　(叶绿体内的)类囊体薄膜 (2)在光能量相同的前提下，闪光照射时使光反应阶段产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，提高了暗反应中CO2的同化量，进而提高了藻类的光合作用效率 (3)先光照后黑暗处理　先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理　光照时间为135 s 解析　(3)由实验结果可知，A组光合作用产物相对含量为50%，时间各为67．5 s，说明A组应该是先光照后黑暗处理；结合C组的实验过程，B组应该是先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理；由于D组的光合作用产物为100%，所以处理过程应该是光照时间为135 s。 六　梯度法 用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。 [例6]　生物学习小组为探究月季生长的最佳光照强度，设计了下面的实验：首先取若干生长状况相同的月季植株，平均分为6组，分别放在密闭的玻璃容器中。实验开始时测定CO2的浓度，12小时后再次测定CO2的浓度。实验结果如下表，请分析回答： 组别 温度(℃) 光照强度：普通阳光(%) 开始时的CO2浓度(%) 12小时后CO2浓度(%) 1 25 0 0．35 0．368 2 25 20 0．35 0．306 3 25 40 0．35 0．289 4 25 60 0．35 0．282 5 25 80 0．35 0．280 6 25 95 0．35 0．279 (1)这一实验的自变量是________，因变量是________________。在25 ℃条件下月季能够生长良好的原因是______________________________________________。 (2)实验中第1组在12小时后CO2浓度变化的原因是________________。 (3)如果在实验过程中使用了不同品种的月季植株，这样设计违背了科学实验的__________________原则。 (4)若将第3组植株突然移至第6组的条件下，短时间内光合细胞中的ATP含量会________。 (5)该实验设计尚不能确定月季生长的最佳光照强度，请你提出进一步探究的实验设计思路： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)光照强度　12小时后CO2浓度　25 ℃条件是月季体内进行生化反应的酶所需的适宜温度 (2)细胞呼吸产生了CO2 (3)单因素对照 (4)增加 (5)增加若干实验组，将光照强度变化差值缩小，依次增加光照强度，直到测定出12小时后CO2浓度不再随光照强度发生变化 1．(2023·新课标卷，2)我国劳动人民在漫长的历史进程中，积累了丰富的生产、生活经验，并在实践中应用。生产和生活中常采取的一些措施如下。 ①低温储存，即果实、蔬菜等收获后在低温条件下存放 ②春化处理，即对某些作物萌发的种子或幼苗进行适度低温处理 ③风干储藏，即小麦、玉米等种子收获后经适当风干处理后储藏 ④光周期处理，即在作物生长的某一时期控制每天光照和黑暗的相对时长 ⑤合理密植，即栽种作物时做到密度适当，行距、株距合理 ⑥间作种植，即同一生长期内，在同一块土地上隔行种植两种高矮不同的作物 关于这些措施，下列说法合理的是(　　) A．措施②④分别反映了低温和昼夜长短与作物开花的关系 B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗 C．措施②⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用 D．措施①③④的主要目的是降低作物或种子的呼吸作用强度 答案　A 解析　措施②反映了低温与作物开花的关系，控制光照时间可以调控植物的花期，使植物提前或延后开花，措施④反映了昼夜长短与作物开花的关系，A合理。措施③可以降低种子中的自由水含量，使细胞呼吸速率降低，以降低有机物的消耗；措施⑤可以提高植株间的二氧化碳浓度等，进而提高光合速率，其主要目的不是降低有机物消耗，B不合理。措施⑤⑥的主要目的是促进作物的光合作用，措施②反映了低温与作物开花的关系，其主要目的不是促进作物的光合作用，C不合理。措施①③的主要目的是降低呼吸作用强度，措施④反映了昼夜长短与作物开花的关系，其主要目的不是降低呼吸作用强度，D不合理。 2．(2023·全国乙卷，2)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是(　　) A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢 答案　D 解析　叶绿素由C、H、O、N、Mg组成，A正确；叶绿体中吸收光能的色素(叶绿素和类胡萝卜素)分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，D错误。 3．(2023·北京，3)在两种光照强度下，不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是(　　) A．在低光强下，CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B．在高光强下，M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C．在图中两个CP点处，植物均不能进行光合作用 D．图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 答案　C 解析　CP点表示CO2吸收速率为0，代表光合速率和呼吸速率相等，而不是植物不进行光合作用，C错误；CO2吸收速率代表净光合速率，即光合速率与呼吸速率的差值，M点净光合速率最高，光合速率与呼吸速率的差值最大，D正确。 4．(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B．Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 答案　C 解析　据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确；弱光下PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误；类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 5．(2022·全国乙卷，2)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是(　　) A．初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率 B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定 C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率 D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率 答案　D 解析　由于小麦在密闭容器中，无外界环境中CO2进入，并且小麦光合作用吸收CO2，呼吸作用释放CO2，所以初期密闭容器中CO2减少是由于光合速率大于呼吸速率，之后保持相对稳定是光合速率等于呼吸速率，D正确。 6．(2021·广东选择性考试)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是(　　) A．Rubisco存在于细胞质基质中 B．激活Rubisco需要黑暗条件 C．Rubisco催化CO2固定需要ATP D．Rubisco催化C5和CO2结合 答案　D 解析　Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。 7．(2021·北京等级考)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是(　　) A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等 C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D．HT植株表现出对高温环境的适应性 答案　B 解析　由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 nmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图可知，35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率小于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长发育，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。 8．(2021·广东选择性考试)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是(　　) A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度) B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度) C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关 D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大 答案　D 解析　由图可知，t1较多的叶绿体分布在光照下，t2较少的叶绿体分布在光照下，t1叶绿体受光面积/细胞受光面积的值大于t2，说明在相同的光照强度下，t1的光合速率大于t2，t2比t1具有更高的光饱和点，A正确；由题干可知，二者呼吸速率基本相同，据图分析可知，t1利用光的效率高，所以t1比t2具有更低的光补偿点，B正确；三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，由此推测，三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关，C正确；三者光合速率的差异，在一定光照强度下，随光照强度的增加而变大，当光照强度足够大时，再增大光照强度三者光合速率的差异不再增大，D错误。 9．(2023·全国乙卷，29)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光(只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。 (1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、____________________(答出2点即可)等生理过程。 (2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是_____________________________________ ________________________________。 (3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是________________________________________________________ __________________________________________。 (4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔________(填“能”或“不能”)维持一定的开度。 答案　(1)光合作用、呼吸作用 (2)在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放 (3)蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞的渗透压进一步增大，保卫细胞吸水，体积膨大，气孔开度进一步增大 (4)能 解析　(1)气孔的开闭会影响CO2的吸收(光合作用)、O2的吸收(有氧呼吸)、蒸腾作用等生理过程。 (2)气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成，保卫细胞中含有叶绿体，在光下可进行光合作用，在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放。 (3)用饱和红光照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右，补加蓝光照射叶片，可促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，使保卫细胞的渗透压进一步增大，保卫细胞吸水，体积膨大，气孔开度进一步增大。 (4)已知某除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片不能进行光合作用，从而不能产生有机物以维持气孔开放，但阳光照射下保卫细胞可逆浓度梯度吸收K＋，使气孔维持一定的开度。 10．(2022·广东，18，节选)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。 回答下列问题： (1)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的____________________，因而生长更快。 (2)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究： 实验材料：选择前期________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。 实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。 结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。 分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是____________________ ______________________________________________。 答案　(1)糖类等有机物 (2)光照条件　A组　遮光程度　探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少 解析　(1)图b中B1组的叶绿素含量为5．3，B2组的叶绿素含量为3．9，A组叶绿素含量为4．2，B中叶绿素含量为5．3×1/2＋3．9×1/2＝4．6，大于A组；B1组的净光合速率为20．5，B2组的净光合速率为7．0，A组净光合速率为11．8，B组净光合速率为20．5×1/2＋7．0×1/2＝13．75，大于A组。两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。 (2)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验的自变量为玉米遮光程度，因变量为作物产量，可用籽粒重量作检测指标。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法：按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组为对照，并保证除遮光程度外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论：如果B组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少。 11．(2022·江苏，20)图1所示为光合作用过程中部分物质的代谢关系(①～⑦表示代谢途径)。Rubisco是光合作用的关键酶之一，CO2和O2竞争与其结合，分别催化C5的羧化与氧化。C5羧化固定CO2合成糖；C5氧化则产生乙醇酸(C2)，C2在过氧化物酶体和线粒体协同下，完成光呼吸碳氧化循环。请据图回答下列问题。 (1)图1中，类囊体膜直接参与的代谢途径有________(从①～⑦中选填)，在红光照射条件下，参与这些途径的主要色素是____________________________。 (2)在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的________在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3)将叶片置于一个密闭小室内，分别在CO2浓度为0和0．03%的条件下测定小室内CO2浓度的变化，获得曲线a、b(图2)。 ①曲线a，0～t1时段(没有光照，只进行呼吸作用)释放的CO2源于细胞呼吸；t1～t2时段，CO2的释放速度有所增加，此阶段的CO2源于________________。 ②曲线b，当时间到达t2后，室内CO2浓度不再改变，其原因是________________________________________。 (4)光呼吸可使光合效率下降20%～50%，科学家在烟草叶绿体中组装表达了衣藻的乙醇酸脱氢酶和南瓜的苹果酸合酶，形成了图3代谢途径，通过____________________降低了光呼吸，提高了植株生物量。上述工作体现了遗传多样性的________价值。 答案　(1)①⑥　叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) (2)过氧化氢 (3)①光呼吸和细胞呼吸　②光合作用强度等于呼吸作用强度 (4)将乙醇酸转化为苹果酸　直接 解析　(1)类囊体薄膜上发生的反应有水的光解以及ATP和NADPH的形成，即①⑥。叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。在红光照射下，参与这些反应的主要色素是叶绿素a和叶绿素b。 (2)过氧化氢酶能将过氧化氢分解为O2和H2O，故在C2循环途径中，乙醇酸进入过氧化物酶体被继续氧化，同时生成的过氧化氢在过氧化氢酶催化下迅速分解为O2和H2O。 (3) (4)题中所述工作体现了遗传多样性的直接价值。 课时作业 [A卷　光合作用的原理和应用] 一、单项选择题(每题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的) 1．(2023·潍坊高三模拟)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是(　　) A．根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离 B．分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远 C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素 D．叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢 答案　C 解析　根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，橙黄色的色素带(胡萝卜素)距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越快，D错误。 2．(2024·广东新高考高三模拟)农业生产中，对植株幼苗生长早期进行遮光处理一段时间，可以获得黄化苗植株，如韭黄或蒜黄。下列相关叙述错误的是(　　) A．光照是叶绿素合成的必要条件 B．细胞合成类胡萝卜素不需要光照 C．土壤缺镁不会引起韭菜苗和蒜苗黄化 D．黄化苗在正常光照下的光合效率高于白化苗 答案　C 解析　遮光处理使幼苗黄化的直接原因是黄化苗不能合成叶绿素，但可以合成类胡萝卜素，说明光照是叶绿素合成的必要条件，而不是类胡萝卜素合成的必要条件，A、B正确；镁元素是叶绿素合成的必需营养元素，土壤缺镁会导致叶绿素的合成不足，而使植株幼苗黄化，C错误；同等正常光照条件下，黄化苗因含有类胡萝卜素还可以进行一定的光合作用，其光合效率比不能进行光合作用的白化苗的高，D正确。 3．下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是(　　) A．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水 B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位 C．鲁宾和卡门的实验中，运用同位素标记法，证明了氧气中的氧元素来自水 D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C 答案　A 解析　希尔的实验说明水的光解产生氧气，但没探究CO2的相关实验，故不能说明植物光合作用产生的氧气全部来自水，A错误。 4．光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应。如图为某高等植物细胞光合作用过程示意图，a、b、c、d、e、f分别表示光合作用不同阶段中的物质。下列相关叙述不正确的是(　　) A．图中的膜结构为叶绿体的内膜，膜上分布有吸收光能的四种色素 B．物质b顺浓度梯度跨膜运输，并供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量 C．d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c为该过程的进行提供能量，并作还原剂 D．若将图中的光照撤离，则短时间内d的含量将增加，e、f的含量将降低 答案　A 解析　由图示信息可知，图中为光合作用过程，所以膜结构为叶绿体的类囊体薄膜，膜上分布有吸收光能的四种色素，A错误；物质b为H＋，其顺浓度梯度跨膜运输，供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量，B正确；d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c(NADPH)为该过程的进行提供能量，并作还原剂，C正确；若将图中的光照撤离，则短时间内光反应停止，使d→f过程减慢，而e→d过程不变，所以d的含量将增加，e、f的含量将降低，D正确。 5．为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率(mmol/h)，结果如图所示。下列说法错误的是(　　) A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致 B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质 C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产 D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量 答案　D 解析　分析图示可知，随着CO2浓度的增加，小麦单位叶面积的CO2吸收速率增加，光合速率增强，相同的CO2浓度下，施加氮肥的组比不施加氮肥的组CO2吸收速率快，光合速率强，故适当增加CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产，C正确；本实验中的自变量是CO2浓度和是否施加氮肥，温度和光照强度为无关变量，各组应适宜并且保持一致，A正确；叶片的CO2吸收量代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正光合速率，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。 6．(2023·湖北鄂东南省级示范高中5月模拟)“端稳中国碗，装满中国粮”，党的二十大对粮食安全提出了更高要求。农业生产上可采取相应栽培措施以提高粮食产量，以下哪项措施不能提高粮食产量(　　) A．适时播种、“正其行，通其风” B．合理施肥，“犁地深一寸，等于上层粪” C．“地尽其用田不荒，合理密植多打粮” D．夏季夜间时，关闭蔬菜大棚的门帘 答案　D 解析　适时播种直接影响种子萌发、保苗率和粮食产量；“正其行，通其风”能保证作物周围有充足的二氧化碳，可提高粮食产量，A不符合题意；合理施肥能保证作物有充足的矿质元素，从而提高光合作用效率，进而提高粮食产量，“犁地深一寸”深耕有利于提高作物根系呼吸作用强度，促进营养物质吸收，进而提高作物产量，B不符合题意；合理密植能使作物充分利用光照，从而提高光合作用效率，进而提高粮食产量，C不符合题意；夏季夜间时，关闭蔬菜大棚的门帘，会使大棚内温度升高，呼吸作用增强，不利于粮食增产，D符合题意。 7．下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是(　　) A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质 C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程 D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制 答案　A 解析　过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；叶肉细胞中的卡尔文循环即碳循环发生在叶绿体基质，B正确；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，细胞质基质中蔗糖积累，丙糖磷酸生成蔗糖减少，丙糖磷酸大量积累，过多的丙糖磷酸将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。 8．(2023·西城期末)西洋参易受干旱胁迫而影响生长。检测西洋参在重度干旱条件下光合作用的相关指标，结果如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．CO2的固定速率随着干旱时间的延长而上升 B．干旱既影响光反应又影响暗反应 C．胞间CO2浓度仅受气孔导度影响 D．降低气孔导度不利于西洋参适应干旱环境 答案　B 解析　由图可知，随着干旱时间的延长，二氧化碳的固定速率整体呈下降趋势，A错误；干旱条件下，水分少，光合作用光反应阶段需要消耗水，故干旱可影响光反应，随着干旱时间延长，气孔导度下降，影响二氧化碳的吸收，可影响暗反应阶段，B正确；胞间二氧化碳浓度也受细胞呼吸强度、光合作用强度等的影响，C错误；降低气孔导度利于西洋参适应干旱环境，气孔导度降低可有效降低蒸腾作用，减少水分的流失，D错误。 9．(2023·湖北武汉二模)甲植物和乙植物的净光合速率随CO2浓度变化的曲线如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．CO2浓度为200 μL/L时，限制两种植物光合速率的主要因素均为光照强度或温度 B．CO2浓度为400 μL/L时，甲、乙植物的总光合速率相等 C．CO2浓度为500 μL/L时，甲植物水的光解能力强于乙 D．与甲植物相比，乙植物更适合在高CO2浓度条件下生存 答案　C 解析　甲植物在CO2浓度为200 μL/L时，光合作用强度还未达到饱和，所以限制甲植物光合速率的主要因素是CO2浓度，限制乙植物光合速率的是其他因素，可能是光照强度，A错误；CO2浓度为400 μL/L时，甲、乙植物的净光合速率相等，但由于呼吸作用不相等，所以总光合速率不相等，B错误；CO2浓度为500 μL/L时，甲植物的光合作用速率大于乙，所以甲植物水的光解能力强于乙，C正确；甲植物在高浓度CO2情况下光合作用速率更高，所以甲植物更适合在高CO2浓度条件下生存，D错误。 10．(2024·福州市高三年级第一次质量检测)动物细胞中的脱氢酶可将NADPH转化为NADH。骨关节炎是一种常见的退行性疾病，其软骨细胞表现出能量和NADPH耗竭。2022年中国科学家的研究成果登上了《自然》杂志，他们成功从菠菜中提取类囊体，用膜包裹后将其递送到小鼠退变的软骨细胞内，改善了软骨细胞的代谢。下列说法错误的是(　　) A．将类囊体转入软骨细胞应用了膜流动性的原理 B．用红光照射改造过的软骨细胞，可产生NADPH C．光照下被改造的软骨细胞可利用CO2，制造有机物 D．转入的类囊体可以提高软骨细胞有氧呼吸的速率 答案　C 解析　根据题干信息“从菠菜中提取类囊体，用膜包裹后将其递送到小鼠退变的软骨细胞内”，说明类囊体转入软骨细胞涉及膜的融合，应用了膜的流动性，A正确；由于改造的软骨细胞含有类囊体，而类囊体上含有光合色素，在红光照射下可以进行光反应，产生NADPH，B正确；由于该软骨细胞缺乏进行暗反应的酶，所以不能利用CO2制造有机物，C错误；由于骨关节炎是软骨细胞表现出能量和NADPH耗竭，而转入的类囊体可以产生NADPH，脱氢酶可将NADPH转化为NADH，NADH可以参与有氧呼吸，所以转入的类囊体可以提高软骨细胞有氧呼吸的速率，D正确。 二、非选择题 11．(2024·中学生标准学术能力诊断性测试)下图是植物进行光合作用时，光反应过程的示意图。光反应的主要过程是PSⅡ吸收光能，发生水的光解，产生高能电子e－，e－沿电子传递链流动时能量降低，驱动H＋的跨膜运输，当e－流动到PSⅠ时再次吸收能量，并生成NADPH。当H＋沿着ATP合酶顺浓度梯度流动时，驱动ATP的合成。回答下列问题： (1)图中所示膜结构是________膜。 (2)上述过程中，发生在电子传递链和ATP合酶处的H＋运输方式分别是____________________。 (3)ATP的合成依赖于膜两侧的H＋浓度差。写出形成上述H＋浓度差的三方面原因：____________________________________________________________________________。 (4)从物质和能量的角度，说明光反应过程与暗反应的联系：__________________________ ____________________________________________。 答案　(1)类囊体 (2)主动运输和协助扩散 (3)水的光解在膜内侧产生H＋；高能电子沿电子传递链流动将H＋从膜外侧泵入膜内侧；合成NADPH消耗膜外侧的H＋ (4)光反应生成ATP和NADPH，为暗反应提供能量和还原剂；暗反应利用光反应产生的能量和还原剂，生成ADP、Pi、NADP＋，再次作为光反应的原料 12．(2024·湖南省郴州高三模拟)叶面积指数是指单位土地面积上的植物叶面积，即叶面积指数＝叶片总面积/土地面积，反映植物群体生长状况的一个重要指标，其大小直接与最终产量高低密切相关。科研人员记录了不同种植密度下，灌浆期玉米叶面积指数、单位土地面积上的植物净光合速率和茎叶夹角的数据(如表)。回答下列问题： 种植密度(万株·hm-2 ) 叶面积指数 净光合速率(CO2)( μ mol·m-2· s-1) 茎叶夹角(°) 3．0 3．03 41．2 35．8 4．5 4．06 39．5 34．0 5．1 4．50 36．2 30．5 6．0 4．65 33．5 29．3 7．5 4．77 30．2 28．8 (1)在卡尔文循环中，CO2与体内的一种C5结合形成的化合物是________。在光反应中，发生的物质变化有__________________________________________________________(写出三点)。 (2)随着种植密度的增大，为减弱叶片相互遮挡，茎叶夹角________(填“变大”“变小”或“基本不变”)。叶面积指数和净光合速率呈现负相关，因此，在大田种植时，种植密度越小对作物增产越有利。请判断该观点的正误，并说明理由：_____________________________ ___________________________________________。 (3)化肥长期使用不当，会造成土壤恶化，土壤中的微生物数量降低引起分解作用减弱、土壤肥力下降。使用有机肥的积极意义是_________________________________________________ ___________________________________________(答两点即可)。 答案　(1)C3　ATP的合成、NADPH的合成、H2O在光下分解 (2)变小　错误，种植密度过小，光能得不到充分利用，导致群体净光合作用速率下降 (3)减少化肥的使用，防止土壤板结；增加土壤中微生物的分解作用，有利于植物矿质元素的吸收；有机肥使用成本较低 13．(2024·北京海淀高三模拟)光合作用是地球上最重要的化学反应。科学家利用合成生物学的方法模拟光合作用，进行如下研究。 (1)高等植物的光合作用主要在叶肉细胞的________(填写细胞器名称)中进行，植物光合作用中物质与能量的变化是___________________________________________________________ _____________________________。 (2)科学家从菠菜叶肉细胞中分离出________，用磷脂分子包裹形成图1所示的“油包水液滴”结构，并在其中加入足量NADP＋、ADP等物质。比较图1结构的外膜与细胞膜，写出两者在物质组成和结构上的区别(列表，至少各写出一点)。 (3)科学家对“油包水液滴”采取明暗交替处理，一段时间内检测此结构内产生NADPH的量，结果如图2所示。由图可知，NADPH含量明期上升，暗期________。NADPH含量出现上述变化的原因是_______________________________________________________ ___________________________________________。这说明“油包水液滴”内的人工光反应系统构建成功。 (4)进一步将多种酶等物质加入“油包水液滴”内，通入充足的________作为原料，形成化学反应循环。明暗交替处理，在该化学反应循环中可检测到乙醇酸(一种有机酸)的生成，这一化学反应循环模拟了光合作用的________阶段。检测此结构中NADPH的含量，推测其随明暗时段的变化是__________________________________________________________。 (5)从资源利用、生态环境保护等方面提出一条本研究可能的应用前景。 答案　(1)叶绿体　物质变化：二氧化碳和水转化成有机物，释放氧气；能量变化：将光能转化为有机物中稳定的化学能 (2)类囊体(或基粒) 如表 “油包水液滴”外膜 细胞膜 物质组成 只有磷脂分子，无蛋白质、糖类等物质 主要由磷脂分子和蛋白质组成，还有糖类等物质 结构 由单层磷脂分子构成 由磷脂双分子层构成基本支架，蛋白质分子镶嵌、部分或全部嵌入磷脂双分子层中 (3)保持不变　在明期类囊体上发生光反应产生并积累NADPH；在暗期NADPH没有生成也没有消耗，其含量保持不变 (4)CO2　暗反应　明期上升，暗期下降 (5)可摆脱土地种植的限制，人工光反应系统利用光能固定CO2，合成有机物，将光能转化为有机物中的化学能，解决能源短缺问题；充分利用CO2以降低温室效应，保证大气碳氧平衡(合理即可)。 解析　(4)据题干信息“明暗交替处理，在该化学反应循环中可检测到乙醇酸(一种有机酸)的生成”，推断“油包水液滴”内发生了暗反应，暗反应需要CO2作为原料。在明期有光照，“油包水液滴”内能进行光反应，产生NADPH，NADPH含量上升，在暗期，有充足的CO2作为原料，“油包水液滴”内可以发生暗反应，暗反应阶段消耗NADPH，该物质含量下降。 [B卷　光合作用与细胞呼吸的关系] 一、单项选择题(每题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的) 1．下列关于光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是(　　) A．原核生物无法进行光合作用和细胞呼吸 B．植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行 C．光合作用形成的有机物能被细胞呼吸利用 D．细胞呼吸产生的CO2不能作为光合作用的原料 答案　C 2．将叶面积相等的A、B两种植物的叶片分别放置在相同的、温度适宜且恒定的密闭小室中，给予充足的光照，利用红外测量仪每隔5 min测定一次小室中的CO2浓度，结果如图所示。对此实验叙述正确的是(　　) A．30 min以后，两种植物叶片光合作用强度都与其呼吸作用强度相等 B．当CO2的浓度约为0．8 mmol/L时，A、B两种植物的光合作用强度相等 C．此实验可用于推测A植物比B植物具有更强的固定CO2的能力 D．若第5 min时光照强度突然降低，密闭小室中A植物C5含量将增加 答案　A 解析　据图可知，30 min后A植物、B植物所在小室中的CO2浓度保持不变，所以两种植物叶片光合作用强度等于其呼吸作用强度，A正确；当CO2的浓度约为0．8 mmol/L时，两小室中CO2浓度相等，只能说明10 min内两种植物的光合作用和呼吸作用的差值(净光合作用量)相等，而不能说明两者的实际光合作用强度相等，B错误；据图可知，开始时，A、B两种植物所在的密闭小室中CO2浓度相同，当密闭小室中CO2浓度不变时，B植物密闭小室中的CO2浓度更低，说明其固定CO2的能力更强，C错误；光照强度突然降低，光反应产生的NADPH和ATP减少，使C3的还原减弱，C5生成量减少，CO2的固定不变，C5的消耗量不变，则短时间内C5含量下降，D错误。 3．(2023·山东青岛高三检测)请根据右图分析，下列有关植物进行光合作用和细胞呼吸的叙述，正确的是(　　) A．植物长时间处于黑暗中时，②③④⑥过程都会发生 B．晴朗夏天的中午，④将减弱，净光合速率降低 C．晴朗夏天的上午 10 时左右，北方植物的叶肉细胞中①多于⑥ D．进行②和③时，物质从产生部位到利用部位都将穿过 8层膜 答案　B 解析　植物叶肉细胞处于黑暗环境下，不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，②③④⑥过程都不会发生，A 错误；晴朗夏天的中午，植物为了降低蒸腾作用，大量气孔关闭，影响了叶肉细胞吸收二氧化碳，导致暗反应减弱，进而导致光合作用强度减弱，B 正确；晴朗夏天的上午 10 时左右，光合作用强度大于细胞呼吸强度，故没有二氧化碳①的释放，C 错误。 4．植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列有关叙述错误的是(　　) A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能 B．叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高 C．叶温为25 ℃时，植物甲的光合与呼吸作用强度的差值不同于植物乙的 D．叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合与呼吸作用强度的差值均为0 答案　D 解析　分析题中曲线可知，叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高，叶温为25 ℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙，B、C正确；叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合速率与呼吸速率的差值(净光合速率)相等，均大于0，D错误。 5．(2023·湖南省高三联考)右图表示在自然条件下，甲、乙两种植物的CO2吸收量随光照强度变化的变化情况，下列有关说法错误的是(　　) A．连续的阴雨天气，生长受影响更大的是甲植物 B．bc段，限制甲、乙两种植物光合速率的环境因素不同 C．d点时，甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量相等 D．若提高外界环境的CO2浓度，则a、b两点都可能向左移动 答案　C 解析　与乙植物相比，在较低光照强度下，甲植物光合作用较弱，故连续的阴雨天气，生长受影响更大的是甲植物，A正确；bc段，限制甲、乙两种植物光合速率的主要环境因素分别是光照强度、光照强度外的其他因素，B正确；d点时，甲、乙两种植物在单位时间内的CO2吸收量相等，但甲、乙两种植物的呼吸作用强度不相等，故甲、乙两种植物在单位时间内的CO2固定量不相等，C错误；在自然条件下，提高外界环境的CO2浓度，则甲、乙植物在相同光照强度下的光合作用强度都增强，达到与呼吸作用强度相等时所需的光照强度会降低，则a、b两点都可能向左移动，D正确。 6．下列关于曲线的描述，正确的是(　　) A．图1中，两曲线的交点对应的是净光合速率为0时的温度 B．图2 中，C点对所有进行光合作用的细胞来说，叶绿体消耗的CO2量等于细胞呼吸产生的CO2量 C．图3中A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点 D．图1中，若在30 ℃时一昼夜光照10 h，则一天CO2的净吸收量为7 mg 答案　C 解析　图1中，两曲线的交点对应的是净光合速率与呼吸速率相等时的温度，A错误；图2中，C点表示整个植物体光合作用吸收的CO2量等于细胞呼吸释放的CO2量，由于植株部分细胞不进行光合作用，因此叶绿体消耗的CO2量大于细胞呼吸产生的CO2量，B错误；图3中，A点前呼吸速率大于光合速率，A点后呼吸速率小于光合速率，B点前光合速率大于呼吸速率，B点后光合速率小于呼吸速率，故A、B两点为光合速率和呼吸速率相等的点，C正确；若在30 ℃时一昼夜光照10 h，则一天CO2的净吸收量为3．5×10－3×14＝－7(mg)，D错误。 7．(2024·山大附中开学考)绿色植物在光照条件下，吸收O2和释放CO2的过程称为光呼吸。光呼吸氧化的底物乙醇酸(C2H4O3)是从同化CO2过程的中间产物转变而来的。下图为某植物体内光合作用和光呼吸的示意图。下列有关叙述错误的是(　　) A．高O2含量环境中，C2和葡萄糖均可在线粒体内被彻底分解成CO2和H2O B．光呼吸释放CO2进入同一细胞叶绿体参与暗反应至少需穿过8层磷脂分子 C．CO2/O2的值增大时，有利于进行光合作用而不利于进行光呼吸 D．光呼吸会减少叶绿体内C3的合成量，降低光合作用效率 答案　A 解析　线粒体膜上没有运输葡萄糖的载体蛋白，故葡萄糖不能进入线粒体，A错误；光呼吸释放的CO2(生成场所为线粒体基质)进入同一细胞的叶绿体(叶绿体基质)，参与暗反应至少需穿过4层生物膜(2层线粒体膜和2层叶绿体膜)，即8层磷脂分子，B正确；CO2/O2的值增大时，CO2与C5结合转化为C3，有利于光合作用的进行，同时C5与O2反应生成乙醇酸(C2)减少，不利于光呼吸的进行，C正确；分析题图可知，光呼吸会减少叶绿体内C3的合成量，降低光合作用效率，D正确。 二、非选择题 8．(2023·山东青岛高三调研质量检测)下图为农科所研究温度对某植物光合作用与呼吸作用的影响时所绘制的曲线。请回答下列问题： (1)光系统是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能够吸收、传递和转化光能，光系统主要分布于________，这些光能经过转化，储存为__________________，缺乏Mg元素会降低光系统的作用，原因是__________________________________________________________。 (2)该植物生长的最适温度是________，如果温度保持40 ℃不变，在适宜光照条件下，该植物能否正常生长？并写出你的判断依据：______________________________________。 (3)请在图中绘制该植物实际光合速率与温度的关系图。 答案　(1)类囊体膜上　ATP和NADPH中活跃的化学能　缺乏Mg会导致叶绿素含量的减少，降低了光系统的含量 (2)35 ℃　能，40 ℃时净光合速率大于0 (3) 解析　(2)该植物在35 ℃时释放氧气的速率最大，表示净光合速率最大，所以该植物生长的最适温度是35 ℃。 (3)实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，所以将两根曲线相加即可。 9．(2023·湖南邵阳高三三模)玉米是C4植物，其维管束鞘细胞的叶绿体没有基粒，叶肉细胞的叶绿体有基粒。进行光合作用时，叶肉细胞中对CO2高亲和力的PEP羧化酶催化CO2固定产生四碳化合物(C4途径)，然后运输到维管束鞘细胞中分解，释放出CO2用于卡尔文循环，如下图所示。请回答： (1)光合色素吸收的光能将水分解为氧和H＋，H＋与________结合，形成的产物参与暗反应。 (2)图中能够进行光反应的细胞是________。 (3)在一般条件下，C4植物的CO2补偿点________(填“大于”“等于”或“小于”)C3植物，在高温、强光照环境中玉米具有C4途径的意义是_____________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________。 (4)有人认为干旱环境对C4植物(如玉米、甘蔗等)光合作用影响比C3植物(如小麦、水稻等)小，请设计实验验证这一结论，写出实验思路和预期结果(检测方法不做要求)。 实验思路：________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 预期结果：______________________________________________________________。 答案　(1)NADP＋(氧化型辅酶Ⅱ) (2)叶肉细胞 (3)小于　在高温、强光照环境中，叶片气孔开度下降，CO2的吸收速率下降，导致胞间CO2浓度降低，玉米为C4植物，细胞中有与CO2亲和力强的PEP羧化酶，能利用低浓度CO2进行光合作用 (4)选取一批长势正常的C3植物和C4植物，先都置于正常环境下培养一段时间，测量在此期间两种植物的光合速率；再将这两种植物转移至干旱环境中培养一段时间，测量在此期间两种植物的光合速率　比较在两种情况下C3、C4植物各自光合速率的变化幅度，C4植物的光合速率变化幅度小于C3植物的光合速率变化幅度 10．(2023·湖南长沙高三统考考前演练改编)科研人员以某种多细胞绿藻为材料，研究环境因素对其叶绿素a含量和光合速率的影响。实验结果为图甲、乙，图中的绿藻质量为鲜重。回答下列问题： (1)由甲图可知，与高光强组相比，低光强组____________________，以适应低光强环境。由乙图分析可知，在________条件下温度对光合速率的影响更显著。 (2)在光合作用的研究中，植物光合作用制造器官被称为“源”，光合产物或营养物质接纳和储存部位被称为“库”。科研人员对库源关系及其机理进行了研究。 ①去除部分桃树部分枝条上的果实，检测其对叶片光合速率等指标的影响，结果如下表。 组别 净光合速率(μmol·m－2·s－1) 叶片蔗糖含量(mg·g－1FW) 叶片淀粉含量(mg·g－1FW) 气孔导度(mmol·m－2·s－1) 对照组(留果) 5．39 30．14 60．61 51．41 实验组(去果) 2．48 34．20 69．32 29．70 据表推测：去果处理降低了________(填“库”或“源”)的大小，使叶片中________积累，进而抑制了光合速率。 ②将某植物叶片分离得到叶绿体，检测蔗糖对离体叶绿体光合速率的影响，结果如图： 图中________________浓度范围的实验数据支持以上推测。 ③研究发现，叶绿体中淀粉的积累会导致类囊体膜结构被破坏，进而直接影响光反应。保卫细胞中淀粉含量增加会降低气孔导度，使________，进而抑制暗反应。 答案　(1)叶绿素a的含量较高　高光强 (2)①库　蔗糖和淀粉　②0．47～0．57 mol·L－1　③CO2吸收减少 解析　(1)由甲图可知，与高光强组相比，低光强组叶绿素a的含量较高，以增强吸收、传递、转化光能的能力，从而适应低光强环境；由乙图分析可知，不同温度下，高光强的释放氧速率变化更大，因此在高光强条件下，温度对光合速率的影响更显著。 (2)①果实是光合产物或营养物质储存器官，去果处理是降低了库的大小，叶片产生的淀粉和蔗糖不能转运出去，进而降低了光合速率。 ②据图曲线，当蔗糖浓度为0．47 mol·L－1时，与蔗糖浓度为0时的净光合速率相接近，超过该浓度后，随着蔗糖浓度升高，光合速率相对值降低。因此0．47～0．57 mol·L－1范围的实验数据支持“叶片产生的蔗糖不能转运出去，进而抑制了光合速率”的结论。 11．(2023·广东六校联考)Ⅰ．农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。请回答下列问题。 (1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有__________________________________________________________(回答2点)。 (2)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法以提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的依据是_______________________________________________ ____________________________。 作物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/μmol·m－2·s－1 1200 1180 560 623 Ⅱ．某农场在密闭容器内用水培法栽培番茄。在CO2充足的条件下，测得番茄的呼吸速率和光合速率变化曲线如图所示，分析并回答下列问题： (3)4～6 h间，检测发现番茄体内有机物含量的变化是__________________，容器内O2含量增加的原因是__________________________________________________。 (4)进行实验时，番茄叶片出现黄斑，工作人员猜测是缺少镁元素引起的。请利用这些有黄斑的番茄，设计一简单实验加以证明。实验思路是____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　Ⅰ．(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的细胞呼吸 (2)A和C　作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用(合理即可) Ⅱ．(3)增加　4～6 h期间，番茄的光合速率大于呼吸速率，光合作用产生的氧气量大于呼吸作用消耗的氧气量，有氧气释放 (4)向黄斑番茄的培养液中添加适当比例的镁元素，培养一段时间，观察黄斑是否消失(或观察新长出的幼叶是否有黄斑)[或将黄斑番茄分别在含镁元素和缺镁元素的完全培养液中培养，适宜条件下培养一段时间，观察黄斑是否消失(或观察新长出的幼叶是否有黄斑)] 解析　Ⅰ．(1)根据题干对中耕松土的描述可知：在植株之间去除杂草并进行松土可避免杂草与农作物竞争阳光、水、无机盐等资源，提升作物光合作用强度，保证物质与能量更多地流向农作物，促进农作物的生长发育，同时松土能增加土壤中氧气含量，增强根细胞呼吸作用强度，促进根细胞的生长发育，促进水和无机盐的吸收。 Ⅱ．(4)分析题意，本实验的目的是验证番茄叶片出现黄斑是缺少镁元素引起的，则实验的自变量是镁元素的有无，本实验可通过自身前后的变化加以证明。 64 学科网（北京）股份有限公司 $$