5.4 光合作用与能量转化（精讲导学案）-【帮课堂】2024-2025学年高一生物同步学与练（2019人教版必修1）

第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/课前导学 梳理教材内容，掌握基础知识；延伸思考探究，深入理解知识；预习判断检测，及时效果验收 04/课堂探究 课堂知识探究，全面学会知识 05/分层训练 基础提升拓展，突破学习任务 1.尝试提取绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及功能。（重点） 2.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。 1.说明光合作用以及对它的认识过程。 2.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。（重点） 1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。（难点） 2.关注光合作用原理的应用。（重点） · 基础感知 1．叶绿体中的色素 （1）分布： 。 （2）种类：叶绿体中的色素分为 （约占 3/4）和 （约占 1/4）两类： ； 。其中 分子中含有 Mg 元素。 （3）功能： 。叶绿素主要吸收 ，类胡萝卜素主要吸收 ，对绿光的吸收 ，类胡萝卜素不吸收 。 （4）不同颜色的光对光合作用影响不同，光合速率高低为： ＞ ＞ ＞……＞ 。 色素种类 吸收光 叶绿素（含量约占3/4） 叶绿素a、叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素（含量约占1/4） 胡萝卜素、叶黄素 主要吸收⑮ 2．叶绿体的结构 （1）形态：一般呈扁平的 形或 形。 （2）结构： 层膜，类囊体堆叠形成 ，扩大了膜面积。类囊体薄膜上分布有 和 ；叶绿体基质中含有少量的 、 和 ，分布有与光合作用有关的 。 （3）功能：是进行 的场所。 3．分离色素的结果： 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 较少 较高 较快 较低 较慢 较多 4．请根据光合作用的基本过程，写出图中序号的名称。 ① ；② ；③ ；④ ；⑤ ；⑥ ；⑦ 。 5．光合作用涉及的化学反应可以概括地分为光反应阶段和暗反应阶段，请将表中的比较内容补充完整。 光反应阶段 暗反应阶段 条件 ① 、色素、酶 有光无光均可、多种酶 场所 ② ③ 物质变化 水的光解、ATP和④ 的合成 ⑤ 的固定、⑥ 的还原 能量变化 光能→⑦ 中的化学能 ⑦中的化学能→⑧ 中稳定的化学能 6．参照表中内容，比较叶肉细胞光合作用和有氧呼吸在条件、场所、物质变化和能量变化方面的区别。 光合作用 有氧呼吸 光反应阶段 暗反应阶段 条件 ① 、 色素、酶 有光无光均可、 多种酶 多种酶 场所 ② ③ ④ 、线粒体 物质变化 水的光解、ATP和⑤ 的合成 ⑥ 的固定、⑦ 的还原 葡萄糖分解为丙酮酸、丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳、⑧ 能量变化 光能→⑨ 中的化学能 ⑨中的化学能→有机物中稳定的化学能 有机物中稳定的化学能→⑩ 7．自养生物和异养生物 （1）自养生物： ，包括： ①光能自养型：利用 进行 作用合成 ，如 、 ； ②化能自养型：利用环境中无机物氧化时释放的 ，通过 作用合成 ，如 利用NH 3 氧化成 HNO 2 、HNO 3 的过程中释放的 来合成有机物。 （2）异养生物：只能利用 来维持自身生命活动的生物，如 、 、 等。 · 思考提升 1．海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？ 2．温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？ 3．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。 4．一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？ 5．在教材“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，叶片上浮的原因是什么？ 6．在“探究光照强度对光合作用强度的影响实验”中，若改用普通灯泡(钨丝)作为光源，应注意什么，怎样改进？ 7．中耕松土能促进植物生长的原因是什么？ 8．缺磷影响光合作用的原因是什么？ 9．轮作的好处有哪些？ 10．玉米和大豆的根系深浅不同，植株高矮不同。玉米间作套种大豆可充分利用哪些资源提高农作物产量？ 11．如果用18O标记土壤中的水，那么植物产生的二氧化碳和氧气是否含有18O？如果有，写出18O的转移途径。 12．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是什么？ · 预习检测 1．判断关于捕获光能的色素和结构的叙述 (1)叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的(　 　) (2)用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在层析液中溶解度的大小(　 　) (3)实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好(　 　) (4)叶绿体中类囊体堆叠可以增大CO2固定和C3还原场所的面积(　 　) (5)散布在细胞质基质中的叶绿体，其形态和分布是静止不动的(　 　) 2．判断关于光合作用的过程的叙述 (1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用(　 　) (2)希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程(　 　) (3)鲁宾和卡门设计对比实验证明了光合作用释放的氧气来自水(　 　) (4)阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随(　 　) (5)C是组成糖类的基本元素，在光合作用中C从CO2开始先后经C3、C5最后形成糖类(　 　) (6)光合作用暗反应阶段既不消耗H2О也不产生H2O (　 　) (7)硝化细菌可将环境中的NH3氧化释放的能量直接用于自身各项生命活动(　 　) 3．判断关于环境因素对光合作用强度的影响的叙述 (1)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用(　 　) (2)若适当升高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则光补偿点应相应地向右移动(　 　) (3)农作物栽种密度越大，接受光照的叶面积也越大，单位面积产量越高(　 　) (4)阴雨天，菠菜叶肉细胞叶绿体中光反应速率下降、暗反应速率基本不变(　 　) 4．判断关于光合作用原理的应用的叙述 (1)农作物的合理密植的原理要用到叶面积系数，该系数既影响光能利用率又影响总呼吸速率(　 　) (2)玉米和大豆间作，减少了氮肥的使用量、降低了单位面积的总产量(　 　) (3)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量(　 　) (4)农业生产常采用强光植物和弱光植物高矮间作的方法提高农田的光能利用率(　 　) (5)当棉桃被摘掉后，靠近棉桃的叶片光合作用速率下降(　 　) 5．判断关于光合作用与细胞呼吸关系的叙述 (1)线粒体、叶绿体都能产生ATP，且均可用于各项生命活动(　 　) (2)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程(　 　) (3)用HO浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O(　 　) (4)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等(　 　) (5)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)(　 　) 探究一 分析实验过程及结果 (一)色素的提取 阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题： 1．已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏。试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？ 2．研磨时应注意什么？原因是什么？ 3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 4．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ (二)色素的分离 1．制备滤纸条时为什么要减去两角？ 2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ 3．为何滤液细线不能触及层析液？ 4．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ (三)结合色素的吸收光谱分析实际问题 1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 探究二 分析叶绿体的功能 1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：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多的部位。 2．为何要除去小室中原有的空气？ 3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？ 4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 5．由此实验能得出什么结论？ 6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？ 探究三 分析光合作用原理的探索实验 1．建构概念——光反应 资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。 (1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。 (2)希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O? (3)若要证明氧气全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？ 资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验： (4)推测该实验的实验结果和结论。 资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 (5)根据该实验你可以得出什么结论？ 2．建构概念——暗反应 资料1　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。实验处理为光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再用纸层析分离，最后鉴定放射性物质，结果为： ①向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。 ②在光照5秒后，卡尔文检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。 ③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。 (1)请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。 资料2　卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加。 (2)根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。 资料3　1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下： 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) (3)通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？ 3．列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系 比较项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应 场所 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体的基质中 反应 速度 较快 较缓慢 与光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 物质 变化 ①水的光解： H2O2H＋＋O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋2H＋＋2e－NADPH＋H＋ ③ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3C5＋(CH2O) ③ATP的水解： ATPADP＋Pi＋能量 ④NADPH的分解： NADPHNADP＋＋H＋＋2e－ 能量 变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约 探究四 探究光照强度对光合作用强度的影响 1．本实验的自变量是什么？如何控制？ 2．本实验的因变量是什么？检测指标是什么？ 3．水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下： (1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图： (2)在弱光下，此时的光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图： (3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。 4．请在下图中绘制光照强度对光合作用强度的影响曲线。 · 基础过关练 一、单选题 1．下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（    ） A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 C．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 2．实验材料和处理方法对实验结果有着重要影响，相关叙述正确的是（    ） A．黑藻细胞的细胞液无色，不能用来观察细胞的质壁分离和复原 B．验证酶的专一性实验中，向蔗糖和淀粉溶液中加入淀粉酶，用斐林试剂进行检测 C．纸层析法分离滤液中的色素时，应连续画 2～3 次滤液细线以增加色素含量 D．探究酵母菌呼吸方式实验中，CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由橙色变成灰绿色 3．树林中健康的叶片被病虫害影响会导致叶片枯黄或者脱落，吸收光能的能力就会下降。以这种变化为主要原理，可使用航空遥感监测技术监测技术。下列哪种波段的光吸收能力的变化，以了解病虫害的实际症状（    ） A．绿光 B．蓝紫光 C．红外光 D．紫外光 4．下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中错误的是（    ） A．将5克新鲜菠菜叶剪碎后放入研钵，加入碳酸钙、石英砂和无水乙醇后加以研磨 B．吸取少量滤液，沿铅笔细线均匀画出一条滤液细线，并连续快速画2-3次 C．把画好细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能浸没在层析液中 D．滤纸上色素带最宽的是叶绿素a 5．某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如下图所示。下列叙述错误的是（    ） A．研磨时加入CaCO3能避免叶绿素被破坏 B．两种菠菜叶中都是胡萝卜素含量最多扩散最快 C．甲滤纸条上最宽的色素带代表的是叶绿素a D．乙滤纸条上缺少2条色素带的原因是黄化菠菜叶中缺少叶绿素 6．选择适当的实验材料和采用合适的方法是实验成功的关键。下列实验中，选择材料和实验方法不合适的是（    ） A．观察叶绿体形态和分布及细胞质的流动：用高倍镜观察黑藻嫩叶的临时装片 B．观察植物细胞的吸水和失水：用引流法改变紫色洋葱鳞片叶外表皮的液体环境 C．探究C元素在光合作用中的转移途径：检测14CO2中14C在含C物质中出现的顺序 D．探究温度对酶活性影响：观察不同温度条件下过氧化氢酶分解过氧化氢产生气泡的量 7．如图是某植株一昼夜内光合作用和呼吸作用强度随时间的变化曲线，下列正确的是（    ） A．0时呼吸作用最强 B．12时光合作用最强 C．e点有机物积累最多 D．6时二氧化碳含量最高 8．如图表示甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列相关叙述错误的是（    ） A．过程①产生NADPH，过程②消耗NADPH B．过程②属于暗反应阶段，发生在叶绿体基质 C．过程③释放的能量大部分储存于ATP中 D．过程④释放的能量可用于各项生命活动 9．CAM植物白天气孔关闭，夜晚打开，以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径，相关叙述不正确的是（　　） A．催化过程①和过程②所需的酶不同 B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C．白天气孔关闭可减少水分散失 D．夜晚气孔开放以便储存更多CO2 10．CO2在光合作用和呼吸作用中具有重要作用。下列有关CO2的叙述正确的是（    ） A．酵母菌产生CO2的场所有线粒体基质和细胞质基质 B．人体细胞呼吸作用释放的CO2中的O来自吸入的O2 C．绿色植物光合作用所需的CO2来自呼吸作用的释放 D．光合作用过程中CO2的转移途径：CO2→C3→C4→（CH2O） 二、非选择题 11．如图是光合作用过程的图解。请据图回答：    (1)图中Ⅰ表示光合作用过程的 反应阶段，反应场所是在 。 (2)图中①代表的物质是 ，.②代表的物质是 ，③代表的物质是 。 (3)图中B过程表示三碳化合物的 。 (4)光照强度增强，短时间内，C3的含量 （增多，减少）。 12．改变全球气候变暖的主要措施是：减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答：    (1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示 阶段，③表示 阶段。吸收光能的色素分布在叶绿体的 上，其中类胡萝卜素主要吸收 光。 (2)图中表示CO2固定过程的序号是 。 (3)写出图中所示物质，B： ；C： 。 (4)②阶段为③阶段提供 。 (5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在 （用图中字母表示）中的化学能。离开卡尔文循环的F大多到叶绿体外合成 。 · 能力提升练 一、单选题 1．水稻是我国重要的粮食作物，其光合作用强度和呼吸作用强度受多种因素的影响。研究人员用水稻幼苗和完全培养液进行了相关实验，结果如图所示．下列叙述正确的是（    ） A．当环境温度高于25℃时，光合作用积累的有机物量开始减少 B．当环境温度为35℃时，若一天中光照8h，水稻幼苗可正常生长 C．当环境温度为35℃时，真实光合作用速率等于呼吸速率 D．当环境温度为45℃时，水稻幼苗叶肉细胞所需CO2来源于自身线粒体和细胞外 2．我国科学家设计了一种光敏蛋白，成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下，光敏蛋白能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法正确的是（　　） A．自然光合系统中，CO2生成C3的过程需要ATP和NADPH B．光敏蛋白还原CO2的过程模拟的是自然光合系统中光反应过程 C．光敏蛋白与光合色素功能相似，但不能起到类似NADPH的作用 D．光敏蛋白发挥作用的过程和自然光合系统中暗反应持续进行都离不开光照 3．骨关节炎是一种常见的退行性疾病，本质是软骨细胞的退变、老化。科研人员利用小鼠的软骨细胞来源的细胞膜（CM）对绿色植物的类囊体进行包封，制成纳米级类囊体单元（NTUs），从而制备了CM-NTUs，并注射到软骨受损的部位。改善了软骨稳态，防止骨关节炎的病理进展。下列分析正确的是（　　） A．NTU产生的NADPH中的能量可用于线粒体基质中ATP的合成 B．NTU的跨物种“移植”依赖于细胞膜的选择透过性 C．软骨细胞缺乏ATP和还原剂，可能是其患骨关节炎的病因 D．对CM-NTUs进行光照后，可以相继发生光反应和暗反应 4．科研人员分离出某植物的叶绿体，让叶绿体交替接受5秒光照、5秒黑暗处理，持续进行20分钟，并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化，部分实验记录如下图所示。下列说法正确的是（　　） A．a~c段为光反应阶段，c~e段为暗反应阶段 B．黑暗开始后CO2吸收速率稳定一段时间后下降，该段时间内C5的含量增加 C．S1+S2可表示光反应释放的O2总量且S1>S3 D．与“间歇光”20分钟相比，持续光照20分钟处理的叶绿体有机物合成总量更多 5．下图为某绿色植物在CO2充足的密闭容器内的呼吸速率和光合速率变化曲线，以下说法正确的是（　　） A．5~8h间，使呼吸速率明显加快的主要原因是密闭容器内氧气增多 B．图中，9~10h间，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度 C．4~8h间该植株有机物的量保持不变 D．图中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2 6．图为某植物在不同温度下，测得相关指标的变化曲线。下列叙述错误的是（　　） A．光下叶肉细胞的线粒体基质中有CO2生成，叶绿体基质消耗CO2 B．给该植物浇灌含18O的H2O，一段时间后可在O2、CO2和糖类中检测到18O C．30℃时，该植物固定CO2速率为10mmol·cm-2·h-1 D．40℃条件下，若黑暗和光照时间相等，该植物能正常生长 7．将某种植物置于CO2浓度适宜、水分充足的环境中，温度分别保持在15℃、25℃和35℃，改变光照强度，测定CO2的吸收速率如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．温度和光照强度是该实验的自变量，CO2浓度和水分是无关变量 B．A点时，该植物叶肉细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体 C．当光强强度大于7时，光照强度不是限制光合作用速率的主要因素 D．当光照强度大于8时，25℃条件下有机物的合成速率与15℃相等 8．珙桐是国家一级保护植物，自然条件下成苗率低。为促进珙桐繁育，科研人员研究不同遮阴程度对幼苗光合速率的影响，结果如下图。下列相关叙述错误的是（    ） A．三组幼苗应置于相同环境温度 B．光合速率受到光照强度的影响 C．中度遮阴吸收的二氧化碳最多 D．轻度遮阴条件最适宜培育幼苗 9．微囊藻是水华蓝藻的一种，分布广，危害大，常形成较大的群体迅速上浮遮挡底层光照而抑制绿藻和硅藻等藻类的生长，促进其形成水华，且微囊藻能产生毒素对鱼类有毒性作用，对我国水环境和生态造成巨大的破坏。下列说法正确的是（    ） A．微囊藻DNA都是环状的，都分布在拟核 B．微囊藻能遮挡底层光照而抑制其它藻类生长是其形成水华的关键 C．微囊藻的光合片层可以完成光合作用全过程 D．绿藻与肺炎支原体最主要的区别是有无以核膜为界限的细胞核 10．西红柿叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用的过程如图1所示（①～④表示过程）。某实验室用水培法栽培西红柿进行相关实验的研究，在CO2充足的条件下西红柿植株的呼吸速率和光合速率变化曲线如图2所示，下列说法正确的是（    ）    A．图1中，晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①③④ B．图2中，9～10h间，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度 C．培养时若水循环不充分导致植物萎蔫，原因是植物排出无机盐导致培养液渗透压升高 D．图2中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2 二、非选择题 11．图甲为某绿色植物叶肉细胞光合作用过程示意图，乙图表示某种植物光合作用强度与光照强度的关系，图丙表示对沃柑绿叶中色素的提取和分离的实验结果。回答下列问题：    (1)甲图中光反应的场所是 ，产生的[8]H+和电子可以与[5]结合生成[2] 。 (2)14CO2进入叶绿体后，首先能检测到含14C的有机物是 。 (3)若光照不变，突然停止CO2的供应，则[6] 的含量短时间内将会 。 (4)乙图中c点时植物叶肉细胞合成ATP的场所有 。当光照强度升至一定值后，植物光合速率将不再加快，此时限制光合速率的环境因素主要有 。 (5)沃柑是喜光植物，需要充足的光照，长期的阴雨天气会使叶片发黄，充足的光照条件下的色素带如图丙所示，对比两种条件下的色素带，长期阴雨天气下的 （填序号）色素带会变窄。 12．通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸天冬氨酸穿梭”可实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移。下图表示某植物细胞中部分代谢过程，请据图回答间题： (1)叶绿体利用 上的 将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式贮存的意义是 。 (2)运输到细胞质基质中的丙糖磷酸可合成蔗糖并运出细胞，每运出一分子蔗糖相当于固定了 个CO2分子。 (3)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的 中含有的还原能，最终在 （场所）转化为ATP中的化学能。 · 思维拓展练 知识拓展——自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 1．C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。 2．C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效地碳固定。C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。 3．CAM 途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。 思维训练 一、单选题 1．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)。下列关于这类植物的叙述不正确的是 A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体 B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中 D．在夜晚，液泡中的pH会升高 2．根据光合作用中 CO2 固定方式的不同，植物可分为多种类型，其中 C3和 C4植物的光合速率随外界 CO2 浓度的变化如图所示（CO2 饱和点是指植物光合速率开始达到最大值时的外界 CO2 浓度）。据图分析，下列说法错误的是（　　） A．在低 CO2 浓度下，C4 植物光合速率更易受 CO2 浓度变化的影响 B．在 C4植物 CO2饱和点时，C4植物的光合速率要比 C3 植物的低 C．适当扩大 C3 植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标 D．在干旱条件下，气孔开度减小，C4植物生长效果要优于 C3 植物 3．外界环境影响着植物的生长，科研人员研究了不同温度和CO2浓度对某植物光合速率的影响，结果如图所示。下列说法正确的是（　　）    A．与N点相比，M点时细胞中的C3含量更高 B．光合作用过程中CO2的固定发生在叶绿体基质中 C．由图可知，温度只能影响光合作用的暗反应阶段 D．由图可知，自然界中该植物最适温度为35℃～40℃ 4．根据光合作用中CO2固定方式的不同，可将植物分为C3植物（如小麦）和C4植物（如玉米）。C3植物最初的CO2固定是由Rubisco酶催化生成3-磷酸甘油酸（C3），而C4植物最初的CO2固定是由PEP羧化酶催化生成草酰乙酸（C4）。C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体但没有Rubisco，而维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco，其光合作用过程如图所示。已知PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco。下列叙述错误的是（    ）    A．C4植物光合作用的暗反应进行的场所是维管束鞘细胞 B．C3和C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP，均只用于C3的还原 C．在相同条件下，玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦 D．将PEP羧化酶基因导入小麦体内，可以缓解光合午休的影响 5．根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。在适宜温度、水分和一定的光照强度下，测得两类植物CO2的吸收速率随大气CO2浓度变化的情况，绘制成如图所示的曲线（CO2补偿点时的光合速率与呼吸速率相等）。下列有关叙述正确的是（    ） A．在大气CO2浓度达到补偿点后，C3植物和C4植物开始进行光合作用 B．在大气CO2浓度达到饱和点后，限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度 C．图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用制造的有机物一样多 D．干旱会导致气孔开度减小，在同等程度干旱条件下，C3植物比C4植物生长得会更好 二、非选择题 6．自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分C3、C4、和CAM三种类型。玉米、甘蔗等属于C4植物，其PEP羧化酶与CO2有强亲和力，可以将环境中低浓度的CO2固定下来，集中到维管束鞘细胞，其过程如图1所示。而景天科等CAM植物（芦荟、仙人掌）固定CO2的方式比较特殊，其过程如图2所示；图3表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析回答下列问题： (1)在显微镜下观察玉米叶片结构时发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，推测其可能缺少 （填“基粒”或“基质”）结构。CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要 （填“高”或“低”）。由图1可知，C4植物与CAM植物固定CO2不同之处主要体现在： 。 (2)C4植物和CAM植物分别对应图3中的 类植物（用字母A、B、C表示），判断依据是 。 (3)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图3中植物A、B细胞中C3含量的变化分别是 ，分析其变化原因是 。 7．绿色植物通过光合作用将CO2固定并合成有机物，根据固定CO2的途径不同，可将植物主要分为C3植物，C4植物和CAM植物，它们的部分特性如表所示。回答下列问题。 分类 C3植物 C4植物 CAM植物 光呼吸 ？ ？ 低 CO2固定途径 C3途径 C3途径和C4途径（C4途径：叶肉细胞中相关酶作用下催化CO2生成C4，C4被运到维管束鞘细胞后生成CO2） C3途径和CAM途径（CAM途径：晚上气孔打开吸收CO2生成苹果酸储存在液泡，白天气孔关闭苹果酸释放CO2完成暗反应） Rubisco酶特性 既能催化C5和CO2反应又能催化C5和O2反应 PEP酶特性 PEP酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，能固定低浓度的CO2 (1)三类植物光反应产物相同，它们的光反应产物是 ；Rubisco酶催化C5和CO2反应称为 。 (2)光呼吸是指O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶使其在光下驱动加氧反应。正午时C3植物有光合午休现象而C4植物无此现象，请分析在正午时， （填“C3植物”或“C4植物”）的光呼吸强度更小，原因是 。 (3)从CO2固定途径分析（不考虑光呼吸），与C4植物相比，CAM植物的光合速率 （填“更大”、“更小”或“无差异”），原因是 。 (4)现提供凡士林（可用于堵塞气孔），若干生理状况相同置于暗处相同时间的CAM植物，药物b（抑制液泡内苹果酸的分解），清水，注射器，光合速率检测仪等材料，请设计实验证明CAM植物白天进行暗反应时气孔关闭，所需CO2主要来自于液泡中的苹果酸的分解 （呼吸作用提供的CO2不予考虑，简要写出实验思路即可）。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！学 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第5章 细胞的能量供应和利用 第4节 光合作用与能量转化 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/课前导学 梳理教材内容，掌握基础知识；延伸思考探究，深入理解知识；预习判断检测，及时效果验收 04/课堂探究 课堂知识探究，全面学会知识 05/分层训练 基础提升拓展，突破学习任务 1.尝试提取绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及功能。（重点） 2.说明叶绿体适于进行光合作用的结构特点。 1.说明光合作用以及对它的认识过程。 2.掌握光合作用过程中的物质变化和能量变化。（重点） 1.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。（难点） 2.关注光合作用原理的应用。（重点） · 基础感知 1．叶绿体中的色素 （1）分布： 。 （2）种类：叶绿体中的色素分为 （约占 3/4）和 （约占 1/4）两类： ； 。其中 分子中含有 Mg 元素。 （3）功能： 。叶绿素主要吸收 ，类胡萝卜素主要吸收 ，对绿光的吸收 ，类胡萝卜素不吸收 。 （4）不同颜色的光对光合作用影响不同，光合速率高低为： ＞ ＞ ＞……＞ 。 色素种类 吸收光 叶绿素（含量约占3/4） 叶绿素a、叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光 类胡萝卜素（含量约占1/4） 胡萝卜素、叶黄素 主要吸收⑮ 【答案】 叶绿体类囊体薄膜上 叶绿素 类胡萝卜素 叶绿素包括叶绿素 a 和叶绿素 b 类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素 叶绿素 吸收光能 吸收蓝紫光和红光 蓝紫光 最少 红光 白光 红光 蓝紫光 绿光 蓝紫光和红光 2．叶绿体的结构 （1）形态：一般呈扁平的 形或 形。 （2）结构： 层膜，类囊体堆叠形成 ，扩大了膜面积。类囊体薄膜上分布有 和 ；叶绿体基质中含有少量的 、 和 ，分布有与光合作用有关的 。 （3）功能：是进行 的场所。 【答案】 椭球 球 双 基粒 吸收光能的色素 与光合作用有关的酶 DNA RNA 核糖体 酶 光合作用 3．分离色素的结果： 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 较少 较高 较快 较低 较慢 较多 【答案】 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 叶绿素a 蓝绿色 最多 叶绿素b 黄绿色 最低 最慢 4．请根据光合作用的基本过程，写出图中序号的名称。 ① ；② ；③ ；④ ；⑤ ；⑥ ；⑦ 。 【答案】 O2 NADPH（ATP） ATP（NADPH） ADP+Pi（NADP+） NADP+（ADP+Pi） 2C3 C5 【详解】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段。（1）光反应阶段具体反应步骤：①水的光解，水在光下分解成氧气和NADPH；②ATP生成，ADP与Pi接受光能变成ATP。（2）暗反应反应步骤：①二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳化合物；②二氧化碳的还原，三碳化合物接受还原氢、酶、ATP生成有机物，因此①表示氧气，②和③表示ATP和NADPH，④和⑤表示ADP和Pi、NADP+，⑥表示C3，⑦表示C5。 5．光合作用涉及的化学反应可以概括地分为光反应阶段和暗反应阶段，请将表中的比较内容补充完整。 光反应阶段 暗反应阶段 条件 ① 、色素、酶 有光无光均可、多种酶 场所 ② ③ 物质变化 水的光解、ATP和④ 的合成 ⑤ 的固定、⑥ 的还原 能量变化 光能→⑦ 中的化学能 ⑦中的化学能→⑧ 中稳定的化学能 【答案】 光 类囊体膜（叶绿体基粒） 叶绿体基质 NADPH（还原型辅酶II） CO2 C3 ATP和NADPH （CH2O）（有机物） 【分析】光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]（NADPH)与氧气,同时合成ATP。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3， C3在光反应提供的ATP和[H]（NADPH)的作用下还原生成糖类等有机物。 【详解】光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上，光反应阶段需要光，发生水的光解ATP和NADPH的合成过程，在此过程中光能转化成ATP和NADPH中活跃的化学能。 暗反应不需要光，需要多种酶参与，在叶绿体基质中进行，暗反应主要包括二氧化碳的固定和C3的还原过程；暗反应中ATP和NADPH中的化学能转化成有机物中稳定的化学能。 6．参照表中内容，比较叶肉细胞光合作用和有氧呼吸在条件、场所、物质变化和能量变化方面的区别。 光合作用 有氧呼吸 光反应阶段 暗反应阶段 条件 ① 、 色素、酶 有光无光均可、 多种酶 多种酶 场所 ② ③ ④ 、线粒体 物质变化 水的光解、ATP和⑤ 的合成 ⑥ 的固定、⑦ 的还原 葡萄糖分解为丙酮酸、丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳、⑧ 能量变化 光能→⑨ 中的化学能 ⑨中的化学能→有机物中稳定的化学能 有机物中稳定的化学能→⑩ 【答案】 光 类囊体膜（叶绿体基粒） 叶绿体基质 细胞质基质 NADPH（还原型辅酶Ⅱ） CO2 C3 [H]与氧结合形成水 ATP和NADPH 热能和ATP中的化学能 【分析】光合作用与呼吸作用的区别与联系 （1）区别：①光合作用只在植物的叶绿体中进行；呼吸作用在植物的生命过程中都在进行。②光合作用以二氧化碳、水为原料；呼吸作用以有机物和氧为原料。③光合作用在光照下才能进行；呼吸作用有光无光都能进行。④光合作用吸收二氧化碳，放出氧气；呼吸作用吸收氧气，放出二氧化碳。⑤光合作用合成有机物，贮存能量；呼吸作用分离有机物，释放能量。 （2）联系：光合作用依赖于呼吸作用，呼吸作用依赖于光合作用。呼吸作用分解的正是光合作用制造出来的储存能量的有机物，释放的也正是光合作用把太阳光能转变成贮藏在有机物里的能量。没有呼吸作用，光合作用就无法进行。而光合作用所需要的能量正是由呼吸作用分解有机物释放出来的。 【详解】（1）光合作用光反应的条件需要光、色素、酶的参与。 （2）光反应的场所为类囊体膜（叶绿体基粒），有氧呼吸第一阶段在细胞质基质中进行，第二、三阶段在线粒体中进行。 （3）光合作用暗反应阶段的场所为叶绿体基质。 （4）有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。 （5）光合作用光反应阶段的物质变化有水的光解，ATP和NADPH（还原型辅酶Ⅱ）的合成。 （6）（7）光合作用暗反应阶段的物质变化有CO2的固定和C3的还原。 （8）葡萄糖分解为丙酮酸、丙酮酸和水彻底分解为二氧化碳、[H]与氧结合形成水。　　　　 （9）光反应阶段能量变化是光能转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。 （10）有氧呼吸中能量变化为有机物中稳定的化学能转化为热能和ATP中的化学能。 7．自养生物和异养生物 （1）自养生物： ，包括： ①光能自养型：利用 进行 作用合成 ，如 、 ； ②化能自养型：利用环境中无机物氧化时释放的 ，通过 作用合成 ，如 利用NH 3 氧化成 HNO 2 、HNO 3 的过程中释放的 来合成有机物。 （2）异养生物：只能利用 来维持自身生命活动的生物，如 、 、 等。 【答案】 能将无机物转化成有机物的生物 光能 光合 有机物 绿色植物 蓝细菌 化学能 化能合成 有机物 硝化细菌 化学能 环境中现成有机物 动物和人 细菌 真菌 · 思考提升 1．海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？ 提示：这与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反射”的光。 2．温室或大棚种植蔬菜时，应选择什么颜色的玻璃、塑料薄膜或补充什么颜色的光源？ 提示：最好选用无色透明的玻璃或塑料薄膜，因为它可以使各种颜色的光通过；补充光源可选择红光或蓝紫光，因为这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多，更有利于植物进行光合作用。 3．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。 4．一般植物的叶片在春夏季节为绿色，而在秋季呈现黄色。出现这一现象的原因是什么？ 提示：春夏季节叶片中的叶绿素含量较多，叶绿素对绿光吸收较少，绿光大部分被反射出来，所以叶片会呈现绿色。而到了秋季，叶片中主要是类胡萝卜素，故而呈现黄色。 5．在教材“探究环境因素对光合作用强度的影响”实验中，叶片上浮的原因是什么？ 提示：叶片光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，会释放O2，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 6．在“探究光照强度对光合作用强度的影响实验”中，若改用普通灯泡(钨丝)作为光源，应注意什么，怎样改进？ 提示：若改用普通灯泡作为光源应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响，应在灯泡和光源之间加一玻璃水柱进行隔温处理。 7．中耕松土能促进植物生长的原因是什么？ 提示：(1)减少杂草与农作物对水分、矿质元素和光的竞争。(2)增加土壤氧气含量，促进根系的细胞呼吸，进而促进根细胞对无机盐的吸收。 8．缺磷影响光合作用的原因是什么？ 提示：缺磷植株照光后叶片中ATP和NADPH的含量明显下降，暗反应速率随之降低，从而使光合作用受到影响。 9．轮作的好处有哪些？ 提示：防止土壤养分失衡。 10．玉米和大豆的根系深浅不同，植株高矮不同。玉米间作套种大豆可充分利用哪些资源提高农作物产量？ 提示：不同层次土壤内的水分、养分(无机盐)、光能、空间等。 11．如果用18O标记土壤中的水，那么植物产生的二氧化碳和氧气是否含有18O？如果有，写出18O的转移途径。 提示：有，H218O经过光合作用的光反应转移给18O2，H218O经过有氧呼吸的第二阶段转移给C18O2。 12．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，分析其最可能的转移途径是什么？ 提示：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了H218O，有氧呼吸第二阶段利用H218O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物(CH218O)。 · 预习检测 1．判断关于捕获光能的色素和结构的叙述 (1)叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的(　√　) (2)用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在层析液中溶解度的大小(　×　) (3)实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好(　×　) (4)叶绿体中类囊体堆叠可以增大CO2固定和C3还原场所的面积(　×　) (5)散布在细胞质基质中的叶绿体，其形态和分布是静止不动的(　×　) 2．判断关于光合作用的过程的叙述 (1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用(　×　) (2)希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程(　√　) (3)鲁宾和卡门设计对比实验证明了光合作用释放的氧气来自水(　√　) (4)阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随(　√　) (5)C是组成糖类的基本元素，在光合作用中C从CO2开始先后经C3、C5最后形成糖类(　×　) (6)光合作用暗反应阶段既不消耗H2О也不产生H2O (　×　) (7)硝化细菌可将环境中的NH3氧化释放的能量直接用于自身各项生命活动(　×　) 3．判断关于环境因素对光合作用强度的影响的叙述 (1)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用(　√　) (2)若适当升高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则光补偿点应相应地向右移动(　√　) (3)农作物栽种密度越大，接受光照的叶面积也越大，单位面积产量越高(　×　) (4)阴雨天，菠菜叶肉细胞叶绿体中光反应速率下降、暗反应速率基本不变(　×　) 4．判断关于光合作用原理的应用的叙述 (1)农作物的合理密植的原理要用到叶面积系数，该系数既影响光能利用率又影响总呼吸速率(　√　) (2)玉米和大豆间作，减少了氮肥的使用量、降低了单位面积的总产量(　×　) (3)夏季连续阴天，大棚中白天适当增加光照，夜晚适当降低温度，可提高作物产量(　√　) (4)农业生产常采用强光植物和弱光植物高矮间作的方法提高农田的光能利用率(　√　) (5)当棉桃被摘掉后，靠近棉桃的叶片光合作用速率下降(　√　) 5．判断关于光合作用与细胞呼吸关系的叙述 (1)线粒体、叶绿体都能产生ATP，且均可用于各项生命活动(　×　) (2)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程(　×　) (3)用HO浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O(　√　) (4)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和细胞呼吸强度相等(　×　) (5)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)(　×　) 探究一 分析实验过程及结果 (一)色素的提取 阅读教材P98的“探究·实践”，回答相关问题： 1．已知色素存在于叶片的叶绿体中，提取色素时要破碎细胞及叶绿体，使色素充分释放。在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，导致叶绿素被破坏。试分析色素提取时加入碳酸钙的作用是什么？ 提示：色素提取时，研磨叶片会导致液泡中的有机酸释放出来，破坏叶绿素，碳酸钙可以中和酸性物质，保护叶绿素。 2．研磨时应注意什么？原因是什么？ 提示：研磨时要迅速、充分。这样可以保证色素释放得更加充分且挥发量少。 3．过滤时漏斗基部的尼龙布能否用滤纸替代？原因是什么？ 提示：不能。因为滤纸的吸附性强，会导致滤液中色素的浓度过低。 4．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，请结合实验步骤分析可能的原因有哪些？ 提示：(1)未加入二氧化硅或研磨不充分，色素未能充分提取出来。(2)称取绿叶过少或加入的无水乙醇过多，色素溶液浓度小。(3)未加入碳酸钙或加入过少，部分色素分子被破坏。 (二)色素的分离 1．制备滤纸条时为什么要减去两角？ 提示：减少边缘效应，使滤液同时到达滤液细线，防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快。 2．滤液细线的画线原则是什么？待滤液干后，再重画一到两次的目的是什么？ 提示：画滤液细线的原则是细、直、齐。待滤液干后，再重画一到两次可以增加滤液细线中色素的含量。 3．为何滤液细线不能触及层析液？ 提示：防止色素溶解在层析液中。 4．滤纸条上色素带的分布情况说明了什么？ 提示：滤纸条上的色素带分布说明了绿叶中的色素有4种，它们在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散得快慢也不同。同时由于 4 种色素的颜色不同，也说明不同色素吸收了不同波长的光。 (三)结合色素的吸收光谱分析实际问题 1．冬季时，为了增加蔬菜的产量，应该选红色、蓝色还是无色的大棚塑料薄膜？为什么？ 提示：无色。因为太阳光由七色光组成，所以用无色薄膜，植物可以获得更多的光能。 2．阴天时，为了增加蔬菜的产量，在功率相同的情况下，应选择什么颜色(“蓝紫光和红光”或“白光”)的照明灯为蔬菜补充光源？为什么？ 提示：选择蓝紫光和红光。因为在照明灯功率相同的情况下，选用蓝紫光和红光的照明灯补充光源，植物利用光能的效率更高。 探究二 分析叶绿体的功能 1．实验选择水绵和需氧细菌作为实验材料的优点是：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多的部位。 2．为何要除去小室中原有的空气？ 提示：选用没有空气的环境，可排除空气中氧气的干扰。 3．在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处？ 提示：用极细光束照射，使叶绿体形成有光和无光部位，相当于一组对比实验。 4．为何把载有水绵的临时装片又暴露于光下？ 提示：和黑暗条件下用极细光束照射进行对照，进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。 5．由此实验能得出什么结论？ 提示：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 6．在恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？ 提示：这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放较多氧气，适于需氧细菌在此区域分布。 7．综合上述分析，你认为叶绿体具有什么功能？ 提示：叶绿体是进行光合作用的场所，并且能够吸收特定波长的光。 探究三 分析光合作用原理的探索实验 1．建构概念——光反应 资料1　1937年，英国植物学家希尔发现，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O2。 (1)根据资料1，尝试补充完整希尔的实验表达式。 提示： (2)希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O? 提示：不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。 (3)若要证明氧气全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？ 提示：可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。 资料2　1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪法研究了光合作用中O2的来源，他们用18O分别标记H2O和CO2，使它们分别变成H218O和C18O2，然后进行了两组实验： (4)推测该实验的实验结果和结论。 提示：实验结果：A为O2，B为18O2；实验结论：该实验可以证明光合作用产生的O2来自H2O，不来自CO2。 资料3　1954年，美国科学家阿尔农等用游离的叶绿体做实验。在给叶绿体光照时发现，当向反应体系供给ADP、Pi时，体系中就会有ATP的产生。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。 (5)根据该实验你可以得出什么结论？ 提示：光照条件下，水光解的同时ADP和Pi合成ATP。 2．建构概念——暗反应 资料1　光合作用的产物除了O2，还有糖类等有机物。20世纪40年代，美国科学家卡尔文等用小球藻作实验材料，利用同位素示踪法追踪了CO2中C的转移路径。实验处理为光照、提供14CO2；不同时间(几十秒内、几秒内、1秒以内)把小球藻放入煮沸的酒精中，立刻杀死小球藻再用纸层析分离，最后鉴定放射性物质，结果为： ①向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30秒后检测产物，14C分布于多种化合物中，有C3、C5、C6等化合物。 ②在光照5秒后，卡尔文检测到含有放射性的五碳化合物(C5)和六碳糖(C6)。 ③光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。 (1)请据上述结果大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。 提示：如图所示 资料2　卡尔文又通过实验发现如果光照下突然中断CO2供应，C3急剧减少而C5增加。 (2)根据卡尔文的两个实验推测C3与C5之间的关系。 提示：C3与C5之间是相互循环的。 资料3　1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下： 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2，不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2，不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) (3)通过对该实验的分析，你可以得出什么结论？ 提示：CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。 3．列表比较光反应与暗反应之间的区别和联系 比较项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应 场所 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体的基质中 反应 速度 较快 较缓慢 与光的关系 必须在光下进行 不需要叶绿素和光，需要多种酶 物质 变化 ①水的光解： H2O2H＋＋O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋2H＋＋2e－NADPH＋H＋ ③ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3C5＋(CH2O) ③ATP的水解： ATPADP＋Pi＋能量 ④NADPH的分解： NADPHNADP＋＋H＋＋2e－ 能量 变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 联系 ①两个反应阶段相辅相成，密切联系：光反应是暗反应的基础，光反应为暗反应提供NADPH和ATP；暗反应推动光反应，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋；②没有光反应，暗反应因缺乏NADPH和ATP而无法进行；暗反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约 探究四 探究光照强度对光合作用强度的影响 1．本实验的自变量是什么？如何控制？ 提示：自变量是光照强弱。通过调节光源与实验装置的距离来控制。 2．本实验的因变量是什么？检测指标是什么？ 提示：因变量是光合作用强度。检测指标是相同时间内圆形小叶片浮起的数量。 3．水中圆形小叶片在强、中、弱不同光照条件下，分别呈现上浮、沉到水底的状况，原因及叶肉细胞的气体交换图分析如下： (1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图： (2)在弱光下，此时的光合作用强度小于或等于细胞呼吸强度，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉到水底。叶肉细胞气体交换图如图： (3)在中、强光下，叶片上浮，试分析其原因并在下图中绘制叶肉细胞气体交换图。 提示：光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多。 4．请在下图中绘制光照强度对光合作用强度的影响曲线。 提示 · 基础过关练 一、单选题 1．下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（    ） A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 C．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 【答案】C 【分析】绿叶中色素的提取和分离实验，提取色素时需要加入无水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸钙（防止色素被破坏）；分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。 【详解】A、用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误； B、该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，B错误； C、画滤液细线时要间断画2～3次，即等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，C正确； D、花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故若得到5条色素带，距离滤液细线最近的色素带为花青素，应在叶绿素b的下方，D错误。 故选C。 2．实验材料和处理方法对实验结果有着重要影响，相关叙述正确的是（    ） A．黑藻细胞的细胞液无色，不能用来观察细胞的质壁分离和复原 B．验证酶的专一性实验中，向蔗糖和淀粉溶液中加入淀粉酶，用斐林试剂进行检测 C．纸层析法分离滤液中的色素时，应连续画 2～3 次滤液细线以增加色素含量 D．探究酵母菌呼吸方式实验中，CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由橙色变成灰绿色 【答案】B 【分析】1、探究温度影响酶活性时，不能用过氧化氢作为底物，不能用斐林试剂。 2、大蒜根尖分生区细胞是未成熟植物细胞，无大液泡，质壁分离不明显，故不作为观察细胞的质壁分离与复原现象的实验材料。 【详解】A、黑藻细胞的细胞液无色，也会发生质壁分离，能用来观察细胞的质壁分离和复原，A错误； B、由于蔗糖、淀粉不能与斐林试剂发生反应，而其水解产物可与斐林试剂发生反应，故验证酶的专一性实验中，向蔗糖和淀粉溶液中加入淀粉酶，用斐林试剂进行检测，B正确； C、在滤纸条上画色素滤液细线时除应注意细、直、齐外，一般还要采取下列措施：待滤液干后，再重复画二、三次（每重复一次前，均应等待丙酮等挥发完），在滤纸条上画色素滤液细线时应注意细、直、齐，待滤液干后，再重复画二、三次，C错误； D、溴麝香草酚蓝溶液用于鉴定二氧化碳，CO2 可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变黄再变成绿色，D错误。 故选B。 3．树林中健康的叶片被病虫害影响会导致叶片枯黄或者脱落，吸收光能的能力就会下降。以这种变化为主要原理，可使用航空遥感监测技术监测技术。下列哪种波段的光吸收能力的变化，以了解病虫害的实际症状（    ） A．绿光 B．蓝紫光 C．红外光 D．紫外光 【答案】B 【分析】叶绿体色素分为叶绿素a，叶绿素b，胡萝卜素，叶黄素，它们颜色分别为蓝绿色，黄绿色，橙黄色，黄色。叶绿素a和叶绿素b吸收红光和蓝紫光，叶黄素和胡萝卜素吸收蓝紫光。 【详解】叶绿素主要吸收的是红光和蓝紫光，因此可以通过监测红光和蓝紫光波长的光吸收能力的变化，了解病虫害的实际症状，B正确，ACD错误。 故选 B。 4．下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述中错误的是（    ） A．将5克新鲜菠菜叶剪碎后放入研钵，加入碳酸钙、石英砂和无水乙醇后加以研磨 B．吸取少量滤液，沿铅笔细线均匀画出一条滤液细线，并连续快速画2-3次 C．把画好细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能浸没在层析液中 D．滤纸上色素带最宽的是叶绿素a 【答案】B 【分析】1、叶绿体色素提取的原理：叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂，所以，可以在叶片被磨碎以后用乙醇提取叶绿体中的色素； 2、色素分离原理：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，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢．根据这个原理就可以将叶绿体中不同的色素分离开来。 【详解】A、将5克新鲜菠菜叶剪碎后，放入研钵中，加入无水乙醇、碳酸钙、石英砂后，迅速研磨，A正确； B、吸取少量滤液，沿铅笔细线均匀画出一道滤液细线，待滤液干燥后，再画一次，这样重复2～3次，B错误； C、把画好细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液，不能摇晃，否则色素溶于层析液中，C正确； D、滤纸上色素带最宽的是叶绿素a，因为叶绿素a的含量最高，D正确。 故选B。 5．某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如下图所示。下列叙述错误的是（    ） A．研磨时加入CaCO3能避免叶绿素被破坏 B．两种菠菜叶中都是胡萝卜素含量最多扩散最快 C．甲滤纸条上最宽的色素带代表的是叶绿素a D．乙滤纸条上缺少2条色素带的原因是黄化菠菜叶中缺少叶绿素 【答案】B 【分析】绿叶中的色素不只有一种，它们都能溶解在层析液中，但不同的色素溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，绿叶中的色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分开。绿叶中四种色素在层析液中的溶解度从大到小依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 【详解】A、研磨时加入CaCO3可中和细胞中的酸性物质，防止研磨中叶绿素被破坏，A正确； B、绿色菠菜叶中叶绿素a含量最多，黄化菠菜中叶黄素最多，两者都是胡萝卜素扩散最快，B错误； C、甲滤纸条上从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，最宽的色素带代表的是叶绿素a，C正确； D、乙滤纸条上缺少2条色素带分别是叶绿素a和叶绿素b，说明黄化菠菜叶中缺少叶绿素，D正确。 故选B。 6．选择适当的实验材料和采用合适的方法是实验成功的关键。下列实验中，选择材料和实验方法不合适的是（    ） A．观察叶绿体形态和分布及细胞质的流动：用高倍镜观察黑藻嫩叶的临时装片 B．观察植物细胞的吸水和失水：用引流法改变紫色洋葱鳞片叶外表皮的液体环境 C．探究C元素在光合作用中的转移途径：检测14CO2中14C在含C物质中出现的顺序 D．探究温度对酶活性影响：观察不同温度条件下过氧化氢酶分解过氧化氢产生气泡的量 【答案】D 【分析】①黑藻叶片很薄，幼嫩叶片中细胞质丰富、流动性更强，且黑藻的幼嫩叶片中含有大的叶绿体，而且可以取整片叶子直接制片，可用来观察叶绿体； ②同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律，通过追踪同位素标记的化合物，可以弄清楚化学反应的详细过程，生物学中研究中常用的同位素有14C、32P、3H、35S、15N、18O等。 【详解】A、黑藻的幼嫩叶片中细胞质丰富、流动性更强，且黑藻的幼嫩叶片中含有大的叶绿体，用高倍镜可以看到叶绿体的形态和分布及细胞质流动，A正确； B、紫色洋葱鳞片叶的外表皮有大型紫色液泡适合做观察植物细胞吸水和失水的材料，引流法可以改变紫色洋葱鳞片叶外表皮的液体环境，B正确； C、CO2是暗反应的原料，检测14CO2中14C在暗反应含C物质中出现的顺序，可以推测C元素在光合作用的转移途径，C正确； D、过氧化氢的分解本身受温度影响，会使实验结果不准确，因此探究温度对酶活性影响时不能选用过该实验，D错误。 故选D。 7．如图是某植株一昼夜内光合作用和呼吸作用强度随时间的变化曲线，下列正确的是（    ） A．0时呼吸作用最强 B．12时光合作用最强 C．e点有机物积累最多 D．6时二氧化碳含量最高 【答案】C 【分析】光合作用是绿色植物利用光能，在叶绿体内，把二氧化碳和水转化成贮存能量的有机物，并释放出氧气的过程。 呼吸作用是细胞内的有机物在氧的参与下被分解成二氧化碳和水，同时释放出能量的过程。 【详解】A、呼吸作用强度受到温度的影响，据图可知，呼吸作用约12时最强，A错误； B、正午12时，光照强度大，部分气孔关闭导致二氧化碳进入叶片受阻，光合作用强度下降，故12时不是光合作用最强，而是稍前的b点，B错误； C、光合作用制造有机物，呼吸作用分解有机物，只有在光合作用强度大于呼吸作用时，植物才能积累有机物，图中，两曲线相交于点a和点e，在这两点对应的时间段内（不包括点a和点e），光合作用强度大于呼吸作用强度，所以一天中有机物积累最多的是e点，C正确； D、光合作用释放氧气消耗二氧化碳，呼吸作用释放二氧化碳消耗氧气，只有在呼吸作用强度大于光合作用时即a点以前，e点以后，二氧化碳含量才会积累，故a点时二氧化碳最高，D错误。 故选C。 8．如图表示甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列相关叙述错误的是（    ） A．过程①产生NADPH，过程②消耗NADPH B．过程②属于暗反应阶段，发生在叶绿体基质 C．过程③释放的能量大部分储存于ATP中 D．过程④释放的能量可用于各项生命活动 【答案】C 【分析】根据题意和图示分析可知： ①表示光反应中光能转化为ATP的过程，发生在类囊体薄膜上； ②表示ATP为三碳化合物的还原过程供能合成有机物的过程，发生在叶绿体的基质中； ③表示有机物氧化分解释放能量的过程，发生在细胞中； ④表示ATP水解释放能量的过程，发生在细胞中。 【详解】A、过程①发生水的光解生成NADPH，过程②需要消耗光反应提供的NADPH、ATP进行C3的还原，A正确； B、过程②属于暗反应阶段，发生在叶绿体基质，B正确； C、③表示有机物氧化分解释放能量的过程，释放的能量少部分贮存于ATP中，大部分以热能形式散失，C错误；                   D、过程④表示细胞呼吸释放的能量，可用于各项生命活动，D正确。 故选C。 9．CAM植物白天气孔关闭，夜晚打开，以适应干旱环境。下图为其部分代谢途径，相关叙述不正确的是（　　） A．催化过程①和过程②所需的酶不同 B．卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 C．白天气孔关闭可减少水分散失 D．夜晚气孔开放以便储存更多CO2 【答案】B 【分析】具有CAM途径的植物称为CAM植物，在其所处的自然条件下，气孔白天关闭，夜晚张开，它们具有此途径，既维持水分平衡，又能同化二氧化碳。 【详解】A、过程①是将CO2转化为C4，②是CO2固定，酶具有专一性，因此催化过程①和过程②所需的酶不同，A正确； B、据图可知，卡尔文循环即光合作用的暗反应阶段，CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质，B错误； C、CAM植物白天关闭气孔，能减少水分散失以适应干旱环境，C正确； D、在夜晚气孔开放可吸收CO2，合成苹果酸储存在液泡中，D正确。 故选B。 10．CO2在光合作用和呼吸作用中具有重要作用。下列有关CO2的叙述正确的是（    ） A．酵母菌产生CO2的场所有线粒体基质和细胞质基质 B．人体细胞呼吸作用释放的CO2中的O来自吸入的O2 C．绿色植物光合作用所需的CO2来自呼吸作用的释放 D．光合作用过程中CO2的转移途径：CO2→C3→C4→（CH2O） 【答案】A 【分析】1、有氧呼吸全过程： 第一阶段：在细胞质基质中，一分子葡萄糖形成两分子丙酮酸、少量的[H]和少量能量，这一阶段不需要氧的参与。 第二阶段：丙酮酸进入线粒体的基质中，分解为二氧化碳、大量的[H]和少量能量。 第三阶段：在线粒体的内膜上，[H]和氧气结合，形成水和大量能量，这一阶段需要氧的参与。 2、光合作用包括光反应和暗反应两个阶段：光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收光能、传递光能，并将一部分光能用于水的光解生成[H]和氧气，另一部分光能用于合成ATP；暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物在光反应产生的[H]和ATP的作用下被还原，进而合成有机物。 【详解】A、酵母菌为兼性厌氧型微生物，其有氧呼吸和无氧呼吸过程中均有二氧化碳的产生，其产生CO2的场所有线粒体基质和细胞质基质，前者发生在有氧呼吸第二阶段，后者发生在无氧呼吸过程中，A正确； B、人体细胞呼吸作用释放的CO2来自有氧呼吸的第二阶段，该过程发生在线粒体基质中，消耗的是丙酮酸和水，即二氧化碳中的氧来自丙酮酸和水，B错误； C、绿色植物光合作用所需的CO2来自其自身呼吸作用的释放以及外界提供的二氧化碳，C错误； D、光合作用过程中CO2参与光合作用过程中的暗反应，其首先经过二氧化碳的固定过程产生C3，而后经过C3还原过程转移到有机物中，即二氧化碳的转移途径可表示为：CO2→C3→（CH2O），D错误。 故选A。 二、非选择题 11．如图是光合作用过程的图解。请据图回答：    (1)图中Ⅰ表示光合作用过程的 反应阶段，反应场所是在 。 (2)图中①代表的物质是 ，.②代表的物质是 ，③代表的物质是 。 (3)图中B过程表示三碳化合物的 。 (4)光照强度增强，短时间内，C3的含量 （增多，减少）。 【答案】(1) 光 类囊体薄膜 (2) 氧气 NADPH ATP (3)还原 (4)减少 【分析】试题分析：据图分析， ①是氧气，②是还原氢，③是ATP，Ⅰ是在叶绿体基粒类囊体薄膜上进行的光反应，Ⅱ是在叶绿体基质中进行的暗反应过程，A是CO2固定过程，B是C3还原过程。 【详解】（1）据图分析，Ⅰ表示光合作用光反应阶段，反应场所是叶绿体的类囊体薄膜。 （2）据图分析，①②是水的光解的产物，图中①是氧气，②是[H](或NADPH），③是ADP和Pi合成的ATP。 （3）据图分析，A是CO2固定过程，B是C3还原过程。 （4）光照增强时，ATP和NADPH生成加快，C3的还原加快，短时间内其来源不变结果导致的C3含量下降。 12．改变全球气候变暖的主要措施是：减少CO2等温室气体的排放；植树造林，利用植物的光合作用吸收过多的CO2等。下图是光合作用过程的图解，请据图回答：    (1)光合作用过程可以分为两个阶段：②表示 阶段，③表示 阶段。吸收光能的色素分布在叶绿体的 上，其中类胡萝卜素主要吸收 光。 (2)图中表示CO2固定过程的序号是 。 (3)写出图中所示物质，B： ；C： 。 (4)②阶段为③阶段提供 。 (5)经过②和③阶段，A最终转化成储存在 （用图中字母表示）中的化学能。离开卡尔文循环的F大多到叶绿体外合成 。 【答案】(1) 光反应 暗反应 类囊体薄膜 蓝紫光 (2)④ (3) O2/氧气 ATP (4)NADPH（[H]）和ATP (5) F 蔗糖 【分析】分析图示，表示光合作用过程的图解。图中②过程表示光反应阶段，③过程表示暗反应阶段，④是二氧化碳的固定，①是三碳化合物的还原，A是光能，B是氧气，C是ATP，D是ADP和Pi，E是二氧化碳，F是糖类。 【详解】（1）光合作用过程包括两个阶段：光反应阶段②，暗反应阶段③。吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。 （2）④是二氧化碳的固定。 （3）图中A是光能，B是水的光解产生的氧气，C是ATP。 （4）②光反应为③暗反应提供[H]（NADPH）和ATP。 （5）经过光合作用，光能最终转化成储存在F糖类中的化学能。离开卡尔文循环的F大多到叶绿体外合成蔗糖。 · 能力提升练 一、单选题 1．水稻是我国重要的粮食作物，其光合作用强度和呼吸作用强度受多种因素的影响。研究人员用水稻幼苗和完全培养液进行了相关实验，结果如图所示．下列叙述正确的是（    ） A．当环境温度高于25℃时，光合作用积累的有机物量开始减少 B．当环境温度为35℃时，若一天中光照8h，水稻幼苗可正常生长 C．当环境温度为35℃时，真实光合作用速率等于呼吸速率 D．当环境温度为45℃时，水稻幼苗叶肉细胞所需CO2来源于自身线粒体和细胞外 【答案】D 【分析】图中实线表示水稻的净光合速率，虚线表示水稻的呼吸速率。 【详解】A、由图可知，当环境温度高于25℃时，水稻幼苗的净光合速率大于0，因此光合作用积累的有机物量会继续增加，A错误； B、由图可知，当环境温度为35℃时，水稻幼苗的净光合速率等于呼吸速率，若一天中光照8h，水稻幼苗的净光合积累量小于夜间呼吸消耗量，无法正常生长，B错误； C、由图可知，当环境温度为35℃时，水稻幼苗的净光合速率等于呼吸速率，则真实光合速率等于呼吸速率的两倍，C错误； D、由图可知，当环境温度为45℃时，水稻幼苗的净光合速率等于0，即真实光合速率等于呼吸速率，但由于其他细胞只进行呼吸作用而不进行光合作用，因此对于叶肉细胞而言，真实光合速率仍大于呼吸速率，其光合作用所需CO2来源于自身线粒体和细胞外，D正确。 故选D。 2．我国科学家设计了一种光敏蛋白，成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下，光敏蛋白能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法正确的是（　　） A．自然光合系统中，CO2生成C3的过程需要ATP和NADPH B．光敏蛋白还原CO2的过程模拟的是自然光合系统中光反应过程 C．光敏蛋白与光合色素功能相似，但不能起到类似NADPH的作用 D．光敏蛋白发挥作用的过程和自然光合系统中暗反应持续进行都离不开光照 【答案】D 【分析】光合作用分为光反应和暗反应。光反应是水光解形成氧气和还原氢，同时合成ATP，与光反应有关的色素分布在叶绿体的类囊体膜上，光合色素的功能是吸收、传递和转化光能，光反应的场所是叶绿体的类囊体膜；暗反应包括二氧化碳固定和三碳化合物还原，二氧化碳与五碳化合物结合形成三碳化合物称为二氧化碳固定，三碳化合物被光反应产生的还原氢还原形成糖类和五碳化合物，该过程需要光反应产生的ATP和还原氢。 【详解】A、在自然光合系统中，CO2​被固定为C3​的过程，即二氧化碳的固定，是暗反应阶段的一部分。这个过程需要酶来催化，但并不直接消耗ATP和NADPH。ATP和NADPH主要是在暗反应的下一个阶段，即C3​的还原过程中被消耗的，A错误； B、光敏蛋白在光照条件下能够将CO2​直接还原，这实际上模拟的是自然光合系统中暗反应阶段中的C3​还原过程，而不是光反应过程，光反应过程主要涉及水的光解和ATP、NADPH的生成，B错误； C、在光照条件下，光敏蛋白能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高，说明光敏蛋白与自然光合系统中的光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似，C错误； D、依据题干信息“在光照条件下，光敏蛋白能够将CO2直接还原”，同时在黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应产生的 ATP和NADPH，无法持续进行，D正确。 故选D。 3．骨关节炎是一种常见的退行性疾病，本质是软骨细胞的退变、老化。科研人员利用小鼠的软骨细胞来源的细胞膜（CM）对绿色植物的类囊体进行包封，制成纳米级类囊体单元（NTUs），从而制备了CM-NTUs，并注射到软骨受损的部位。改善了软骨稳态，防止骨关节炎的病理进展。下列分析正确的是（　　） A．NTU产生的NADPH中的能量可用于线粒体基质中ATP的合成 B．NTU的跨物种“移植”依赖于细胞膜的选择透过性 C．软骨细胞缺乏ATP和还原剂，可能是其患骨关节炎的病因 D．对CM-NTUs进行光照后，可以相继发生光反应和暗反应 【答案】C 【分析】光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段，光反应阶段是水光解形成氧气和还原氢的过程，该过程中光能转变成活跃的化学能储存在ATP中；暗反应阶段包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，二氧化碳固定是二氧化碳与1分子五碳化合物结合形成2分子三碳化合物的过程，三碳化合物还原是三碳化合物在光反应产生的还原氢和ATP的作用下形成有机物和五碳化合物的过程。 【详解】A、NTU光反应产生NADPH和ATP，NADPH和ATP在叶绿体基质中用于暗反应还原C3，NADPH中的能量不用于线粒体基质中 ATP的合成，A错误； B、通过融合将NTU导入软骨关节炎小鼠的软骨细胞，依赖细胞膜的结构特点一-具有一定的流动性，B错误； CD、分析题意，光照小鼠注射部位后，由于该部位含有纳米级类囊体单元，因而可以进行光合作用的光反应，进而合成了ATP 和NADPH，因此症状显著缓解，即在细胞内的纳米级类囊体单元上合成了ATP和NADPH，据此推测患者关节内软骨细胞缺乏ATP和还原剂，可能是其患骨关节炎的病因，C正确，D错误。 故选C。 4．科研人员分离出某植物的叶绿体，让叶绿体交替接受5秒光照、5秒黑暗处理，持续进行20分钟，并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化，部分实验记录如下图所示。下列说法正确的是（　　） A．a~c段为光反应阶段，c~e段为暗反应阶段 B．黑暗开始后CO2吸收速率稳定一段时间后下降，该段时间内C5的含量增加 C．S1+S2可表示光反应释放的O2总量且S1>S3 D．与“间歇光”20分钟相比，持续光照20分钟处理的叶绿体有机物合成总量更多 【答案】D 【分析】光反应阶段需要光照，暗反应阶段有光无光都可以进行，由图可知，光照开始时，氧气释放速率先增加，CO2吸收速率随后增加，黑暗开始后，氧气释放速率先减小为0，随后CO2吸收速率才减小。 【详解】A、光反应阶段需要光照，碳反应阶段有光无光都可以进行，a~c段既有光反应，也有暗反应，A错误； B、由于光反应时间内产生的NADPH和ATP有积累，因此黑暗开始后C3可以继续被还原，故CO2吸收速率稳定一段时间后才随着NADPH和ATP被逐渐消耗减少而迅速下降，由于CO2继续与C5固定形成C3，而C3被还原为C5的速率减慢，因此该段时间内C5的含量减少，B错误； C、虚线表示O2释放速率的变化，实线表示CO2吸收速率的变化，结合题图可知，S1+S2表示光反应释放的O2总量，S1+S3表示碳反应吸收的CO2总量，C错误； D、如果是持续光照，那么光反应可为碳反应持续提供NADPH和ATP，使碳反应不间断进行且反应速率保持不变，则与“间歇 光”20分钟相比，持续光照20分钟时叶绿体有机物合成总量更多，D正确。 故选D。 5．下图为某绿色植物在CO2充足的密闭容器内的呼吸速率和光合速率变化曲线，以下说法正确的是（　　） A．5~8h间，使呼吸速率明显加快的主要原因是密闭容器内氧气增多 B．图中，9~10h间，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度 C．4~8h间该植株有机物的量保持不变 D．图中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2 【答案】A 【分析】图示表示在充满CO2的密闭容器中的呼吸速率和光合速率变化曲线，因此光合作用的原料充足，但是刚开始缺少氧气，因此植物首先进行的是无氧呼吸；随着光合作用的进行，有氧呼吸逐渐增强；但是在9∼10h间，光合速率迅速下降，很有可能是光照强度改变。 【详解】A、由图示知，5～8h时，光合速率大于呼吸速率，光合作用吸收CO2呼出O2，容器内O2含量逐渐上升，CO2含量逐渐下降，植株积累有机物，干重增加，即5~8h间，使呼吸速率明显加快的主要原因是密闭容器内氧气增多，A正确； B、影响光合作用的环境因素包括：光照强度、温度和二氧化碳浓度等，9～10h间，光合速率迅速下降，而呼吸速率未有明显变化，因此可以排除温度变化的原因；呼吸作用可以不断释放二氧化碳，题干中“CO2充足”，因此二氧化碳不可能导致光合速率急速下降，因此推测最可能发生变化的环境因素是光照，B错误； C、由图示知，4～8h时，光合速率大于呼吸速率，光合作用吸收CO2呼出O2，容器内O2含量逐渐上升，CO2含量逐渐下降，植株积累有机物，干重增加，即4~8h间该植株有机物的量增加，C错误； D、题图表示的是植株的光合速率与呼吸速率，图中两曲线的交点时，光合速率与呼吸速率相等，因植物只有叶肉细胞能光合作用，因此也就是叶肉细胞的光合速率与全株细胞的呼吸速率相等，因此叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，因此叶肉细胞会吸收外界的CO2，D错误。 故选A。 6．图为某植物在不同温度下，测得相关指标的变化曲线。下列叙述错误的是（　　） A．光下叶肉细胞的线粒体基质中有CO2生成，叶绿体基质消耗CO2 B．给该植物浇灌含18O的H2O，一段时间后可在O2、CO2和糖类中检测到18O C．30℃时，该植物固定CO2速率为10mmol·cm-2·h-1 D．40℃条件下，若黑暗和光照时间相等，该植物能正常生长 【答案】D 【分析】据图分析：实线表示吸收二氧化碳速率，为净光合作用速率，虚线为CO₂产生速率，表示呼吸作用速率，40℃时净光合速率等于呼吸速率为5。 【详解】A、光下叶肉细胞会进行光合作用和呼吸作用，光合作用叶绿体基质消耗CO2，呼吸作用线粒体基质中有CO2生成，A正确； B、给该植物浇灌含18O的H2O，光反应水的光解，生成18O标记的O2，18O标记的H2O参与有氧呼吸第二阶段，可生成C18O2，一段时间后空气中能检测出C18O2，H218O可与丙酮酸在有氧呼吸第二阶段产生C18O2，C18O2参与光合作用暗反应合成（CH218O），B正确； C、实线表示吸收二氧化碳速率，为净光合作用速率，虚线为CO₂产生速率，表示呼吸作用速率，图甲30℃时，该植物固定CO2的速率为8+2=10mmol·cm-2·h-1，C正确； D、40℃条件下，净光合速率和呼吸速率相等，若白天和黑夜时间相等，则有机物不会积累，植物不能生长，D错误。 故选D。 7．将某种植物置于CO2浓度适宜、水分充足的环境中，温度分别保持在15℃、25℃和35℃，改变光照强度，测定CO2的吸收速率如图所示。下列叙述错误的是（    ） A．温度和光照强度是该实验的自变量，CO2浓度和水分是无关变量 B．A点时，该植物叶肉细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体 C．当光强强度大于7时，光照强度不是限制光合作用速率的主要因素 D．当光照强度大于8时，25℃条件下有机物的合成速率与15℃相等 【答案】D 【分析】1、实验过程中可以变化的因素称为变量。其中人为改变的变量叫自变量，随着自变量的变化而变化的变量称做因变量。除自变量外、实验过程中可能还会存在一些可变因素，对实验结果造成影响，这些变量称为无关变量。 除了一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验。 2、总光合强度=净光合强度+呼吸作用强度。 【详解】A、由题意可知，本题是为了探究不同温度和不同光照强度下植物CO2吸收速率（相对值）的变化，所以温度和光照强度是该实验的自变量，CO2浓度和水分是无关变量，A正确； B、分析图可知，A点时，光照强度为0，所以该植物叶肉细胞只进行呼吸作用，产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体，B正确； C、当光强强度大于7时，在温度为15℃、25℃和35℃条件下，CO2吸收速率（相对值）都不随光照强度增加而增加，说明光照强度不是限制光合作用速率的主要因素，C正确； D、有机物的合成速率表示总光合速率，总光合强度等于净光合强度加呼吸作用强度，当光照强度大于8时，25℃条件下和15℃条件下净光合速率相等，但两种温度下呼吸速率不相等，故25℃条件下有机物的合成速率与15℃不相等，D错误。 故选D。 8．珙桐是国家一级保护植物，自然条件下成苗率低。为促进珙桐繁育，科研人员研究不同遮阴程度对幼苗光合速率的影响，结果如下图。下列相关叙述错误的是（    ） A．三组幼苗应置于相同环境温度 B．光合速率受到光照强度的影响 C．中度遮阴吸收的二氧化碳最多 D．轻度遮阴条件最适宜培育幼苗 【答案】D 【分析】对照实验是在研究一种条件对研究对象的影响时，所进行的除了这种条件不同外，其他条件都相同的实验，这个不同的条件，就是唯一变量。一般的对实验变量进行处理的，就是实验组，没有对实验变量进行处理的就是对照组。为确保实验组、对照组实验结果的合理性，对影响实验的其他相关因素应设置均处于相同且理想状态，这样做的目的是控制单一变量，便于排除其它因素对实验结果的影响和干扰。 【详解】A、科研人员研究不同遮阴程度对幼苗光合速率的影响，唯一变量是光照强度，其它条件应该相同且适宜，所以三组幼苗应置于相同环境温度，A正确； B、结合题图可知，不同遮阴程度下，幼苗二氧化碳的吸收量不同，说明珙桐的光合速率受到光照强度的影响，B正确； C、从图中可以看出，中度遮阴条件下，二氧化碳的吸收量（净光合速率）最多，C正确； D、光合作用的实质是制造有机物，把光能转变为化学能储存在有机物中。结合题图可知，中度（不是轻度）遮阴条件下，植物积累的有机物更多，最适宜培育幼苗，D错误。 故选D。 9．微囊藻是水华蓝藻的一种，分布广，危害大，常形成较大的群体迅速上浮遮挡底层光照而抑制绿藻和硅藻等藻类的生长，促进其形成水华，且微囊藻能产生毒素对鱼类有毒性作用，对我国水环境和生态造成巨大的破坏。下列说法正确的是（    ） A．微囊藻DNA都是环状的，都分布在拟核 B．微囊藻能遮挡底层光照而抑制其它藻类生长是其形成水华的关键 C．微囊藻的光合片层可以完成光合作用全过程 D．绿藻与肺炎支原体最主要的区别是有无以核膜为界限的细胞核 【答案】D 【分析】分析题文描述可知：微囊藻是水华蓝藻（也称蓝细菌）的一种，微囊藻与肺炎支原体都属于原核生物；绿藻和硅藻均为真核生物。 【详解】A、微囊藻是由原核细胞构成的原核生物，其环状的DNA主要分布在被称为“拟核”的区域，A错误； B、水域污染后富营养化，导致包括微囊藻在内的蓝藻（也称蓝细菌）和绿藻等大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的“水华”，B错误； C、微囊藻的光合片层上的光合色素能够吸收光能，完成光合作用的光反应阶段，光合作用的暗反应阶段在细胞质基质中进行，C错误； D、绿藻是由真核细胞构成的真核生物，肺炎支原体是由原核细胞构成的原核生物，二者最主要的区别是有无以核膜为界限的细胞核，D正确。 故选D。 10．西红柿叶肉细胞进行光合作用和呼吸作用的过程如图1所示（①～④表示过程）。某实验室用水培法栽培西红柿进行相关实验的研究，在CO2充足的条件下西红柿植株的呼吸速率和光合速率变化曲线如图2所示，下列说法正确的是（    ）    A．图1中，晴朗的白天西红柿叶肉细胞中产生ATP的过程是①③④ B．图2中，9～10h间，光合速率迅速下降，最可能发生变化的环境因素是温度 C．培养时若水循环不充分导致植物萎蔫，原因是植物排出无机盐导致培养液渗透压升高 D．图2中两曲线的交点时，叶肉细胞不吸收外界的CO2 【答案】A 【分析】由题图2可知，光合速率的变化情况为：0~2h，光合速率上升；2~9h，光合速率保持相对稳定；9～10h，光合速率迅速下降。呼吸速率的变化情况为：0~8h，呼吸速率上升；8~10h，呼吸速率保持相对稳定；10～12h，呼吸速率下降。 【详解】A、图1中，①过程中H2O分解产生O2和H+，是光合作用的光反应阶段，合成ATP，②过程中H+将CO2还原成C6H12O6的过程是光合作用暗反应，消耗光反应产生的ATP，④过程是C6H12O6分解成CO2和H+是有氧呼吸的第一和第二阶段，产生少量的ATP，③过程是H+与O2结合生成水，有氧呼吸第三阶段，产生大量ATP，A正确； B、图2中，9-10h间，光合速率迅速下降的原因可能是环境中温度迅速下降，也可能是突然停止光照，但呼吸作用也受到温度影响，而呼吸速率并没有明显下降，故不是温度变化，B错误； C、培养时若水循环导致植物萎蔫，原因是蒸腾作用导致植物体内水分散失，C错误； D、图2表示 的是植株的光合速率与呼吸速率，A点时光合速率与呼吸速率相等，因植物只有叶肉细胞能光合作用，因此也就是叶肉细胞的光合速率与全株细胞的呼吸速率相等，因此叶肉细胞的光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，因此叶肉细胞会吸收外界的CO2，D错误。 故选A。 二、非选择题 11．图甲为某绿色植物叶肉细胞光合作用过程示意图，乙图表示某种植物光合作用强度与光照强度的关系，图丙表示对沃柑绿叶中色素的提取和分离的实验结果。回答下列问题：    (1)甲图中光反应的场所是 ，产生的[8]H+和电子可以与[5]结合生成[2] 。 (2)14CO2进入叶绿体后，首先能检测到含14C的有机物是 。 (3)若光照不变，突然停止CO2的供应，则[6] 的含量短时间内将会 。 (4)乙图中c点时植物叶肉细胞合成ATP的场所有 。当光照强度升至一定值后，植物光合速率将不再加快，此时限制光合速率的环境因素主要有 。 (5)沃柑是喜光植物，需要充足的光照，长期的阴雨天气会使叶片发黄，充足的光照条件下的色素带如图丙所示，对比两种条件下的色素带，长期阴雨天气下的 （填序号）色素带会变窄。 【答案】(1) 类囊体薄膜 NADPH (2)C3 (3) C5 增多 (4) 叶绿体、线粒体、细胞质基质 温度、二氧化碳浓度等 (5)3、4 【分析】 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH和ATP被还原。 【详解】（1）光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜；H+和电子可以与[5]NADP＋结合生成NADPH。 （2）暗反应包括二氧化碳的固定和C3还原两个过程，14CO2进入叶绿体后，首先能检测到含14C的有机物是C3。 （3）图中的6是C5，若光照不变，突然停止CO2的供应，二氧化碳的固定减慢，消耗的C5减少，同时C3还原基本不变，生成的C5不变，故量短时间内C5将会增多。 （4）乙图中c点是光补偿点，植物同时进行光合作用和呼吸作用，植物叶肉细胞合成ATP的场所有叶绿体、线粒体、细胞质基质；当光照强度升至一定值后，植物光合速率将不再加快，说明达到了植物的光饱和点，此时限制光合速率的环境因素主要有温度、二氧化碳浓度等。 （5）图示1-4的色素分别是是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，长期的阴雨天气会使叶片发黄，充足的光照条件下的色素带如图丙所示，对比两种条件下的色素带，长期阴雨天气下叶绿素减少，图中的3、4色素带会变窄。 12．通过“苹果酸/草酰乙酸穿梭”和“苹果酸天冬氨酸穿梭”可实现叶绿体和线粒体中物质和能量的转移。下图表示某植物细胞中部分代谢过程，请据图回答间题： (1)叶绿体利用 上的 将光能转化为化学能。叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式贮存的意义是 。 (2)运输到细胞质基质中的丙糖磷酸可合成蔗糖并运出细胞，每运出一分子蔗糖相当于固定了 个CO2分子。 (3)当光照过强时，“苹果酸/草酰乙酸穿梭”可有效地将光反应产生的 中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的 中含有的还原能，最终在 （场所）转化为ATP中的化学能。 【答案】(1) 类囊体薄膜 叶绿素和类胡萝卜素 叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存以减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压 (2)12 (3) NADPH NADH 线粒体内膜 【分析】 光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH和ATP被还原。 【详解】（1）叶绿体利用类囊体薄膜上光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素将光能转化为化学能；结合题意及题图可知，叶绿体中光合产物暂时以淀粉形式储存以减少丙糖磷酸等积累，避免对光合作用的抑制，维持叶绿体内的渗透压。 （2）蔗糖是二糖，由一分子葡萄糖和一分子果糖构成，含有12个碳原子，因此每运出一分子蔗糖相当于固定了12个CO2分子。 （3）由图可知，强光条件下，草酸乙酸/苹果酸穿梭能将NADPH（含有还原能）中的H+运出叶绿体，与NAD+结合生成NADH，该过程将光反应产生的NADPH中含有的还原能输出叶绿体，再经过“苹果酸/天冬氨酸穿梭”转换成线粒体中的NADH中含有的还原能，最终在线粒体内膜用于ATP的合成。 · 思维拓展练 知识拓展——自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。 1．C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。 2．C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效地碳固定。C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。 3．CAM 途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。 思维训练 一、单选题 1．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)。下列关于这类植物的叙述不正确的是 A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体 B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关 C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中 D．在夜晚，液泡中的pH会升高 【答案】D 【分析】根据题干信息和图形分析，甲图表示夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中；乙图表示白天气孔关闭，不能从外界环境吸收二氧化碳进行光合作用，而储存在液泡中的苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应。 【详解】A、夜晚植物的叶肉细胞不能进行光合作用，因此其能产生ATP的细胞器只有线粒体，A正确； B、具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确； C、据图分析，晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→ 有机物，C正确； D、在夜晚，二氧化碳与PEP结合生成OAA，进而生成苹果酸并储存于液泡中，因此液泡中的pH会降低，D错误。 故选D。 2．根据光合作用中 CO2 固定方式的不同，植物可分为多种类型，其中 C3和 C4植物的光合速率随外界 CO2 浓度的变化如图所示（CO2 饱和点是指植物光合速率开始达到最大值时的外界 CO2 浓度）。据图分析，下列说法错误的是（　　） A．在低 CO2 浓度下，C4 植物光合速率更易受 CO2 浓度变化的影响 B．在 C4植物 CO2饱和点时，C4植物的光合速率要比 C3 植物的低 C．适当扩大 C3 植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标 D．在干旱条件下，气孔开度减小，C4植物生长效果要优于 C3 植物 【答案】B 【分析】由图可知，相比C3植物，C4植物利用低CO2浓度能力更强，在高温、干旱、强光条件下，植物的部分气孔会关闭，导致CO2供应减少，由于C4植物利用低CO2浓度能力更强（C4植物叶肉细胞中存在对CO2亲和力极高的酶），因此C4植物在高温、干旱、强光条件下生长能力更强。 【详解】A、可分析斜率，在低 CO2 浓度下，浓度稍微提高，C4植物光合速率快速提高，C3植物在CO2浓度很低时不进行光合作用，C4 植物光合速率更易受 CO2 浓度变化的影响，A正确； B、根据图示，在 C4植物 CO2饱和点时，即横坐标为300左右，C4植物的光合速率要比 C3 植物的高，B错误； C、C3植物的二氧化碳饱和点更高，能利用更多的二氧化碳，适当扩大 C3 植物的种植面积，可能更有利于实现碳中和的目标，C正确； D、在干旱条件下，气孔开度减小，C4植物能利用更低浓度的二氧化碳，生长效果要优于 C3 植物，D正确。 故选B。 3．外界环境影响着植物的生长，科研人员研究了不同温度和CO2浓度对某植物光合速率的影响，结果如图所示。下列说法正确的是（　　）    A．与N点相比，M点时细胞中的C3含量更高 B．光合作用过程中CO2的固定发生在叶绿体基质中 C．由图可知，温度只能影响光合作用的暗反应阶段 D．由图可知，自然界中该植物最适温度为35℃～40℃ 【答案】B 【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）；CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。 【详解】A、与N点相比，M点时，CO2浓度更低，CO2的固定更慢，C3含量更少，A错误； B、光合作用过程中，CO2的固定发生在叶绿体基质，CO2和C5结合生成C3，B正确； C、光合作用光反应也有酶促反应，例如ATP合成酶，因此温度也影响光反应，C错误； D、从图中看出，自然界中最适合植物生长的温度是在25～30℃，此时光合作用速率最大，D错误。 故选B。 4．根据光合作用中CO2固定方式的不同，可将植物分为C3植物（如小麦）和C4植物（如玉米）。C3植物最初的CO2固定是由Rubisco酶催化生成3-磷酸甘油酸（C3），而C4植物最初的CO2固定是由PEP羧化酶催化生成草酰乙酸（C4）。C4植物叶肉细胞中的叶绿体有类囊体但没有Rubisco，而维管束鞘细胞中的叶绿体没有类囊体但有Rubisco，其光合作用过程如图所示。已知PEP羧化酶对CO2的亲和力远高于Rubisco。下列叙述错误的是（    ）    A．C4植物光合作用的暗反应进行的场所是维管束鞘细胞 B．C3和C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP，均只用于C3的还原 C．在相同条件下，玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦 D．将PEP羧化酶基因导入小麦体内，可以缓解光合午休的影响 【答案】B 【分析】光合作用： （1）光反应阶段：水光解产生[H]和氧气，ADP和Pi 结合形成ATP。 （2）暗反应阶段：二氧化碳和五碳化合物结合形成三碳化合物，三碳化合物在ATP和[H]的作用下，还原成五碳化合物，同时ATP水解成ADP和Pi。 【详解】A、玉米光合作用的暗反应阶段进行的场所是维管束鞘细胞，A正确； B、据图可知，C4植物的叶肉细胞光反应阶段产生的ATP，还用于丙酮酸生成C3（PEP），B错误； C、在相同条件下，玉米细胞有更多的C5化合物与CO2结合，故玉米细胞中的C5化合物含量低于小麦，C正确； D、提高小麦体内PEP羧化酶活性，可以促进合成更多的C4，从而产生更多的CO2，可以缓解光合午休的影响，D正确。 故选B。 5．根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。在适宜温度、水分和一定的光照强度下，测得两类植物CO2的吸收速率随大气CO2浓度变化的情况，绘制成如图所示的曲线（CO2补偿点时的光合速率与呼吸速率相等）。下列有关叙述正确的是（    ） A．在大气CO2浓度达到补偿点后，C3植物和C4植物开始进行光合作用 B．在大气CO2浓度达到饱和点后，限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度 C．图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用制造的有机物一样多 D．干旱会导致气孔开度减小，在同等程度干旱条件下，C3植物比C4植物生长得会更好 【答案】B 【分析】题图分析，C4植物的CO2补偿点低于C3植物，当CO2浓度超过一定值后，C3植物的净光合速率大于C4植物。 【详解】A、在大气CO2浓度达到补偿点前，C3植物和C4植物已经开始了光合作用，A错误； B、图中曲线是在最适温度测得，则在大气CO2浓度达到饱和点后，限制C4植物光合速率的主要环境因素是光照强度，B正确； C、图中两条曲线的交叉点代表此时C3植物和C4植物光合作用积累的有机物一样多，C错误； D、由图可知，在低CO2浓度的情况下，C4植物净光合速率大于C3植物，则在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长的好，D错误。 故选B。 二、非选择题 6．自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分C3、C4、和CAM三种类型。玉米、甘蔗等属于C4植物，其PEP羧化酶与CO2有强亲和力，可以将环境中低浓度的CO2固定下来，集中到维管束鞘细胞，其过程如图1所示。而景天科等CAM植物（芦荟、仙人掌）固定CO2的方式比较特殊，其过程如图2所示；图3表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析回答下列问题： (1)在显微镜下观察玉米叶片结构时发现，叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，推测其可能缺少 （填“基粒”或“基质”）结构。CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要 （填“高”或“低”）。由图1可知，C4植物与CAM植物固定CO2不同之处主要体现在： 。 (2)C4植物和CAM植物分别对应图3中的 类植物（用字母A、B、C表示），判断依据是 。 (3)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图3中植物A、B细胞中C3含量的变化分别是 ，分析其变化原因是 。 【答案】(1) 基粒 低 C4植物固定CO2在空间上分离（或在不同的细胞内固定CO2），CAM植物固定CO2在时间上分离（或在夜晚捕获CO2，白天固定CO2） (2) C、A（顺序不能颠倒） C4植物PEP羧化酶与CO2有强亲和力，可以将环境中低浓度的CO2固定下来，集中到维管束鞘细胞，当外界干旱或蒸腾作用较强导致气孔部分关闭时，C4植物就能利用细胞间隙里的含量低的CO2，无光合午休。而CAM植物夜间吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸经脱羧作用释放CO₂用于光合作用，白天不吸收CO2 (3) A基本不变，B下降 A植物10点时气孔关闭，CO2吸收速率为0，苹果酸脱羧释放的CO2可供给卡尔文循环正常进行，使C3含量基本不变。B植物为C3植物，10点时突然降低环境中的CO2浓度，C3的固定减慢，同时C3的还原不变，所以C3含量降低 【分析】光合作用过程：光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收光能，将水分解为氧和H+，另一部分光能用于合成ATP。暗反应发生在叶绿体基质，先进行二氧化碳的固定，即在特定酶的作用下，CO2和C5结合形成两分子的C3，在有关酶的作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5，这些C5又可以参与CO2的固定。 【详解】（1）由图1可知，维管束鞘细胞中能进行卡尔文循环，由于该过程发生在叶绿体基质中，因此推测其可能缺少基粒。结合图2可知，CAM植物在晚上气孔张开，吸收二氧化碳变成苹果酸，苹果酸进入液泡储存起来，白天苹果酸分解释放出二氧化碳用于卡尔文循环，因此CAM植物叶肉细胞液泡的pH夜晚比白天要低。由图1可知，C4植物与CAM植物在捕获和固定大气中的CO2的方式上最明显的区别表现在：C4植物捕获和固定CO2的反应在空间上分离（或在不同的细胞内捕获和固定CO2），CAM植物捕获和固定CO2的反应在时间上分离（或在夜晚捕获CO2，白天固定CO2），这些特性都是长期适应环境的结果。 （2）C4植物的特点是可以利用低浓度CO2，即在晴朗夏季的中午，由于温度过高气孔关闭CO2吸收量下降，但曲线C在夏季中午仍然能维持较高的光合速率，表明C是C4植物；CAM植物在夜间吸收CO2生成苹果酸储存在液泡中，白天不吸收CO2，白天利用苹果酸经脱羧作用释放CO₂，对应曲线A。 （3）在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，由于A植物利用的是夜间吸收CO2生成苹果酸经脱羧作用释放的CO₂，故卡尔文循环正常进行，C3含量基本不变。B植物为C3植物，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，C3不能利用低浓度CO2，因此C3的固定减慢，同时C3的还原不变，所以C3含量降低。 7．绿色植物通过光合作用将CO2固定并合成有机物，根据固定CO2的途径不同，可将植物主要分为C3植物，C4植物和CAM植物，它们的部分特性如表所示。回答下列问题。 分类 C3植物 C4植物 CAM植物 光呼吸 ？ ？ 低 CO2固定途径 C3途径 C3途径和C4途径（C4途径：叶肉细胞中相关酶作用下催化CO2生成C4，C4被运到维管束鞘细胞后生成CO2） C3途径和CAM途径（CAM途径：晚上气孔打开吸收CO2生成苹果酸储存在液泡，白天气孔关闭苹果酸释放CO2完成暗反应） Rubisco酶特性 既能催化C5和CO2反应又能催化C5和O2反应 PEP酶特性 PEP酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，能固定低浓度的CO2 (1)三类植物光反应产物相同，它们的光反应产物是 ；Rubisco酶催化C5和CO2反应称为 。 (2)光呼吸是指O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶使其在光下驱动加氧反应。正午时C3植物有光合午休现象而C4植物无此现象，请分析在正午时， （填“C3植物”或“C4植物”）的光呼吸强度更小，原因是 。 (3)从CO2固定途径分析（不考虑光呼吸），与C4植物相比，CAM植物的光合速率 （填“更大”、“更小”或“无差异”），原因是 。 (4)现提供凡士林（可用于堵塞气孔），若干生理状况相同置于暗处相同时间的CAM植物，药物b（抑制液泡内苹果酸的分解），清水，注射器，光合速率检测仪等材料，请设计实验证明CAM植物白天进行暗反应时气孔关闭，所需CO2主要来自于液泡中的苹果酸的分解 （呼吸作用提供的CO2不予考虑，简要写出实验思路即可）。 【答案】(1) O2、NADPH、ATP CO2的固定 (2) C4植物 C3植物有光合午休现象，气孔关闭，CO2浓度低，而CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶使其在光下驱动加氧反应，而C4植物无光合午休现象，故而C4植物光呼吸强度小于C3植物。 (3) 更小 C4 途径可以在CO2浓度较低时有效地将其固定，二氧化碳是光合作用的原料之一，C4植物有C4途径，而CAM植物晚上气孔打开吸收CO2生成苹果酸储存在液泡，白天气孔关闭苹果酸释放CO2完成暗反应，故与C4植物相比，CAM植物的光合速率更小 (4)将若干生理状况相同置于暗处相同时间的CAM植物均分为两组，一组向植物注射适量清水，另一组注射等量的药物b，植物叶片均涂抹等量凡士林，置于光下，一段时间后，利于光合速率检测仪检测两组植物光合速率大小并比较 【分析】植物的光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应的场所为叶绿体的类囊体薄膜，其上分布光合色素与光反应有关的酶，光反应的产物为氧气、ATP和NADPH，暗反应的场所为叶绿体基质，暗反应包括二氧化碳的固定和C3的还原，其中C3的还原需要光反应产物中的ATP和NADPH参与。 【详解】（1）光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，发生了水的光解和ATP的生成，光反应的产物有：O2、NADPH、ATP，其中NADPH、ATP含参与暗反应C3的还原；暗反应包括CO2的固定和C3的还原，Rubisco酶催化C5和CO2反应称为CO2的固定。 （2）正午时C3植物有光合午休现象，光合午休，意味着植物气孔关闭，进入到细胞的CO2减少，CO2浓度降低，结合题干“光呼吸是指O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶使其在光下驱动加氧反应”可知，CO2浓度越低，光呼吸强度越大，而C4植物无光合午休现象，故在正午时，C4植物的光呼吸强度更小。 （3）结合题中所给表格可知，C4途径：叶肉细胞中相关酶作用下催化CO2生成C4，C4被运到维管束鞘细胞后生成CO2，C4 途径可以在CO2浓度较低时有效地将其固定，二氧化碳是光合作用的原料之一，C4植物有C4途径，而CAM植物无C4途径，CAM植物只在晚上气孔打开吸收CO2生成苹果酸储存在液泡，白天气孔关闭苹果酸释放CO2完成暗反应，故与C4植物相比，CAM植物的光合速率更小。 （4）实验遵循对照和单一变量原则，为证明“CAM植物白天进行暗反应时气孔关闭，所需CO2主要来自于液泡中的苹果酸的分解”可设计实验思路为：将若干生理状况相同置于暗处相同时间的CAM植物均分为两组，一组向植物注射适量清水，另一组注射等量的药物b，植物叶片均涂抹等量凡士林，置于光下，一段时间后，利于光合速率检测仪检测两组植物光合速率大小并比较。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！学 2 学科网（北京）股份有限公司 $$