第06讲 光合作用（知识清单）（上海专用）2026年高考生物一轮复习讲练测

第 06讲 光合作用（知识清单） 学习导航站 知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点1 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中★★★☆☆ 考点2 光合作用是物质和能量的转换和过程★★★☆☆ 考点3 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 考点4 光合作用与呼吸作用的综合应用★★★★☆ （星级越高，重要程度越高） 实验技能坊：叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定 ★★★☆☆ 陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2大陷阱预警） 素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析、聚焦考点预测 真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯 （附高清PDF，可打印） · 考点1 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中★★★☆☆ 1.叶绿体是植物光合作用场所 （1）叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础 ①叶片、叶绿体、类囊体、基粒等结构，使光吸收面积最大化，有利于捕获更多的光能。 ②囊体膜上分布着丰富的与光合作用有关的色素和蛋白质，是光能吸收和转换的场所。 （2）高等植物叶绿体中的色素的种类： 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 叶黄素 黄色 最少 最高 最快 胡萝卜素 橙黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 （3）叶绿体色素吸收光谱 ①叶绿体色素的显著特点是能吸收可见光中特定波长的光：主要集中在蓝紫光和红橙光区域，几乎不吸收绿光。 ②不同色素分子吸收的光的波长有差异。 ③叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。④在自然界中，晴天的直射光中红橙光的比例高，阴天的散射光中蓝紫光比例高。 （4）光合色素的功能 ①吸收：叶绿素自身能吸收光能； ②传递：叶绿素把吸收的光能传递给别的分子； ③转化：少数的叶绿素a把吸收的光能转变成电能的作用。 · 考点2 光合作用是物质和能量的转换过程★★★☆☆ （1） 定义：光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将CO2和H2O变为糖和O2的过程。 （2） 化学式： （2）探索光合作用原理的部分实验 时间/发现者 内容 1642年 比利时科学家赫尔蒙特认为，植物生长增加的质量主要来源于水，而不是土壤。 1771年 英国化学家普里斯特利认为植物能够净化由于蜡烛燃烧、动物呼吸而变得“污浊”空气。 1779年 荷兰科学家英格豪斯发现植物净化空气的必要条件。 1785年 随着空气组成成分的发现，人们才明确植物在光下放出的气体是O2，吸收的是CO2。 1804年 瑞士化学家索绪尔证明植物体的碳来自植物同化大气中的CO2。 19世纪中期 德国物理学家迈尔发现植物把太阳能转化成化学能贮存起来，成为能量的供给者。 1864年 德国植物生理学家萨克斯说明叶片在光下制造了淀粉。 1897年 法国科学家佩弗将绿色植物利用太阳能将CO2和H2O合成为有机物并释放O2的过程。 1941年 美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法实验为O2的来源提供直接的证据。 20世纪40年代 美国科学家卡尔文团队使用同位素标记和双向纸层析技术研究光合作用中怎样固定CO2。 1929年 中国科学家殷宏章发现“光色瞬变效应”，进一步证实了光合作用有两种光系统。 （3）光合作用过程 比较项目 光反应阶段 碳反应阶段 区别 反应场所 叶绿体的类囊体膜上 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 C的转移 O的转移 14CO2→14C3→14CH2O（碳反应） H218O→18O2（光反应）；C18O2→C3→CH218O（碳反应） 能量变化 光能→电能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖分子中稳定的化学能 联系 ①光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应提供NADPH和ATP（ATP从类囊体膜移向叶绿体基质）；碳反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋（ADP从叶绿体基质移向类囊体膜）； ②没有光反应，碳反应缺乏NADPH和ATP无法进行；碳反应受阻，光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约； ③光合作用的光反应阶段产生的ATP只能用于碳反应，不用于其他生命活动过程。 （4）光合作用中的物质变化（C3和C5含量变化） 条件 光照由强到弱CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，关照不变 CO2供应由不足到充足，关照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH和ATP 减少或没有 增加 增加 减少 注意：此处各物质含量的变化为外界条件改变后的短时间内发生的，且为相对含量的变化。分析某物质变化时，要根据其来源和去路分析。停止光照后的短时间内，NADPH和ATP的合成停止，消耗速率不变。故二者含量下降；C3的还原速率因缺少NADPH和 ATP而减慢，导致C3消耗速率和C5生成速率减小，又因CO2固定速率不变，即C3的生成速率和C5的消耗速率不变，故C3增加、C5减少。 补充：化能合成作用 （1）定义：某些细菌（如硝化细菌）利用无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用叫化能合成作用。 （2）与光合作用的比较 ①相同点：都能将无机物合成有机物。 ②不同点：利用的能源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。 易错拓展 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（而非不吸收），绿光被反射出来。 2.植物的液泡中含有的色素（花青素）不参与光合作用。 3.为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光；而阴天或夜间给温室大棚人工补光时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红橙光或蓝紫光”灯泡。 4.光反应产生的ATP，一般只用于碳反应。 5.碳反应并不能长时间在黑暗条件下进行，因其需要光反应为其提供NADPH和ATP。 6.光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 7.光系统及电子传递链 光合作用的光反应阶段与类囊体膜上的光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）有关： 光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H+和高能电子（e-）； 光系统I主要介导NADPH的产生。电子（e-）经过电子传递链中的复合物“质体醌→细胞色素b6f复合体→质体蓝素→光系统I→铁氧还蛋白”，最终传递给 NADPH。 电子传递过程是高电势到低电势（光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于吸收了光能，可以逆电势传递），因此，电子传递过程中会释放能量，质体醌利用这部分能量将质子（H+）逆浓度从叶绿体的基质侧泵入到类囊体囊腔侧，从而建立了质子浓度梯度。这一质子梯度差可以驱动ATP合成酶合成ATP。 · 考点3 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 1.光合作用的强度（又称光合速率） （1）定义：单位面积叶片在单位时间内进行光合作用释放的O2量或消耗的CO2量来表示，植物的光合速率不仅受内在因素的控制，还受多种环境因素的影响。 （2）辨析总光合速率和净光合速率 项目 表示方法（单位：g·cm－2·h－1） 呼吸速率 线粒体释放CO2量（m1）；黑暗条件下细胞（植物体）释放CO2量 线粒体吸收O2量（n1）；黑暗条件下细胞（植物体）吸收O2量 有机物（葡萄糖）消耗量 净光合速率 细胞（植物体）从外界吸收的CO2量（m2） 细胞（植物体）释放到外界的O2量（n2） 植物（叶片）积累的有机物（葡萄糖）量 真正（总）光合速率 叶绿体利用、固定/消耗CO2量m3或（m1＋m2） 叶绿体产生、释放O2量n3或（n1＋n2） 植物（叶绿体）光合作用产生/实际制造的有机物（葡萄糖）量 植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 2.影响光合作用强度的因素 （1）环境因素（外因） ①光照强度 总光合项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行呼吸作用 吸收O2、释放CO2 AB段 呼吸作用＞光合作用 （净光合速率＜0） 吸收O2、释放CO2 B点 呼吸作用=光合作用 （净光合速率=0） 不与外界进行气体交换 B点以后 呼吸作用＜光合作用（净光合速率＞0） 吸收CO2、释放O2 C点 随光照强度增加，光合速率不再增大。限制因素：CO2浓度，酶，色素等。 应用 温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 补充：光补偿点和光饱和点的移动 环境变化 光补偿点 光饱和点 适当增大CO2浓度 左移 右移 适当减小CO2浓度 右移 左移 土壤缺Mg2+ 右移 左移 ②CO2浓度： CO2是光合作用的原料，大气中CO2浓度约为0.03%，基本稳定。 原理：CO2影响碳反应阶段，制约C3的形成。 原理 CO2是光合作用的原料，大气中CO2浓度约为0.03%，基本稳定。 分析 图1 A点表示CO2补偿点； 此点植物代谢特点：光合速率=细胞呼吸速率 图2 A'点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度； B点和B'点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。 应用 在人工温室栽培时补充室内CO2的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明显。 ③温度、水和无机盐 外部环境因素 温度 水、无机盐 原理 温度主要影响酶的活性和蛋白质的功能 ①水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡质层，还有一些植物 在中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾； ②无机盐影响叶绿素等有关化合物的合成（缺镁叶绿素的形成，影响光反应，缺氮、缺磷（ATP、NADPH不能合成），所以都会影响光合作用。 应用 合理灌溉施肥 ④光质 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光下植物的光合作用强度最弱。 （2）影响因素-内因 ①与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 ③叶面积指数 · 考点4 光合作用与呼吸作用的综合应用★★★★☆ （1）光合作用和呼吸作用的联系 光合作用 有氧呼吸 代谢类型 合成作用（或同化作用） 分解作用（或异化作用） 物质变化 无机物有机物 有机物无机物 能量变化 光能―→化学能（储能） 化学能―→ATP、热能（放能） 实质 合成有机物，储存能量 分解有机物、释放能量，供细胞利用 场所 叶绿体 活细胞（主要在线粒体） 条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 联系 （2）光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向（元素转移） C：14CO2 14C3→有机物丙酮酸14CO2 O：H218O18O2H218O； H218OC18O2→C3→有机物丙酮酸C18O2 （3）能量转化 光能ATP和NADPH中的能量（CH2O）中的能量 （4）呼吸速率、净光合速率和总光合速率的表示方法（净光合速率=总光合速率-呼吸速率） 检测指标 净光合速率 总光合速率 呼吸速率 CO2 吸收量 固定量、消耗量 释放量 O2 释放量 产生量 吸收量 有机物 积累量 产生量、制造量 消耗量 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定 ★★★☆☆ 实验名称 原理 步骤 叶绿体色素的提取 叶绿体色素分于类囊体膜，具有亲脂性，能溶于有机溶剂，可用乙醇或丙酮将它们从叶片中提取出来。 ①叶片匀浆：称取1g经干燥处理的叶片，剪碎后放入研钵中，加6mL95%乙醇，研磨成匀浆。 ②过滤：漏斗内放置滤纸或底部放一层脱脂棉，将上述叶片匀浆液倒入玻璃漏斗过滤，并将过滤液收集到一个小试管中，得到色素提取液，封口膜封住试管口备用。 叶绿体色素的分离 不同色素在有机溶剂中的溶解度不同，在吸附载体上的吸附能力不同，因此，不同色素随着有机溶剂在吸附载体上扩散的速率也就不同，这样就可将它们彼此分离。这种方称为层析法。 ①层析薄膜准备：将层析用的聚酰胺薄膜剪成2cm×8cm的长条。 ②点样：用玻璃毛细管取色素提取液，于距层析薄膜底边1.5cm处划线，晾干。重复点样3～5次。 ③层析：在烧杯中加入适量95%乙醇作为层析液，薄膜的点样端朝下放入层析液中 注意：点样线不能进入或接触到层析液。用培养皿盖住烧杯，进行层析。 ④观察和记录：持续观察色素在薄膜上的分离现象，直至各色素带的相对位置不变后，取出晾干。记录薄膜上各色素带的颜色和位置。 叶绿素含量的测定 叶绿素具有特定的吸收波长，且吸光度值与叶绿素a、叶绿素b的含量有关。分别测定叶绿素在649nm和665nm处的吸光度，根据相关公式，可计算出其含量。 ①提取色素：小组内分工选取经干燥处理过的同种植物不同部位的叶片（成熟或幼嫩），加等量95%乙醇研磨后过滤，获取色素提取液。 ②稀释色素：将色素提取液用 95% 乙醇稀释到合适倍数（N），摇匀，备用。 ③测定吸光度：以95%乙醇为对照调零，在分光光度计中分别测定各部位色素提取液在665 nm、649 nm 波长处的吸光度（A），分别记为A665nm 和A649nm。 ④数据处理 ： 按以下公式计算各部位色素稀释液中的叶绿素a、叶绿素b浓度和总叶绿素浓度。 叶绿素a浓度（mg/L） =13.70A665nm-5.76A649nm； 叶绿素b浓度（mg/L） =25.80A649nm-7.60A665nm； 总叶绿素浓度（mg/L） = 叶绿素a浓度+叶绿素b浓度。 预警类别一 叶绿体是植物光合作用场所 陷阱1 光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中 正确理解：叶绿体基质中不含色素，只含有光合作用需要的酶。 陷阱2 叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积 正确理解：叶绿体内膜光滑，和外膜面积相近。 预警类别二 光合作用是物质和能量的转换过程 陷阱1 光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中 正确理解：光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能。 陷阱2 碳反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 正确理解：碳反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 预警类别三 光合作用受环境因素影响 陷阱1 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 正确理解：线粒体是有氧呼吸的主要场所，其中有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此提取完整的线粒体悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸，而提取叶绿体悬浮液可以独立完成光合作用过程，但前提是保证叶绿体的活性。 陷阱2 植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH) 正确理解：只有能进行光合作用的植物细胞才能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。 陷阱3 生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率就随之增加 正确理解：较弱光照条件下，在叶绿体基质中光反应产生的ATP和NADPH较少，即使CO2浓度升高，光合速率并不随之增加，此时限制光合作用的环境因素是光照强度。 陷阱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 正确理解：整株植物处于光补偿点时，此时植株既不从环境吸收CO2，也不向环境释放CO2，即光合作用吸收的CO2不来自外界，完全由细胞呼吸释放的CO2提供；整株植物细胞皆进行细胞呼吸，而光合作用在叶肉细胞等部分植物细胞中进行，所以叶肉细胞的光合作用强度应大于细胞呼吸强度。 一、光合作用 近日，澳大利亚国立大学生物学研究学院的Maria Ermakova研究团队，在Plant Biotechnology Journal杂志上发布了一项重要研究。 他们首次证明，通过转化技术，可以在水稻中成功构建部分C4光合作用通路。将C4生物化学完整引入C3植物，需要对叶肉细胞和束鞘细胞的叶绿体蛋白质组进行重大调整。然而，仅通过将玉米中的五种关键酶引入水稻的特定叶绿体中，便足以建立起C4循环的最小化模型。 考点预测：与最新的科研报告结合，探究光合作用的具体过程及应用。 （2023·上海·高考真题）磷是维持植物正常生长发育所必需的元素。研究人员在相同光照强度、CO2浓度等条件下，对长势一致的4组当归植株，分别补充P1、P2、P3、P4量的磷，测定其叶肉细胞的净光合速率（指光合作用合成有机物的速率减去呼吸作用消耗有机物的速率）和总叶绿素含量，结果如图1。 （1）当归叶肉细胞内的下列物质或结构中，含有磷元素的有___（单选）。 A. 淀粉 B. 高能电子 C. 麦芽糖 D. 叶绿体外膜 （2）根据图1数据判断，P3组一定高于P1组的是当归叶肉细胞单位时间单位叶面积___（单选）。 A. 生成H2O的量 B. 吸收CO2的量 C. 吸收O2的量 D. 释放CO2的量 （3）分析图1数据可得到的结论是___（单选）。 A. 磷元素是当归叶肉细胞合成光合色素的原料 B. 总叶绿素含量随光照强度的增加先升高再降低 C. 过高浓度的磷会抑制当归叶肉细胞的净光合速率 D. 当归叶肉细胞的净光合速率提高可促进对P的吸收 研究人员发现，植物根细胞质膜上存在负责吸收磷的磷转运蛋白H6。环境中P缺乏时，H6的数量会发生变化，同时其功能受一种胞内蛋白M6的调节。图2是该机制示意图，♡表示无机磷。 （4）从下列①~④中选择并形成实验方案，以探究缺磷对植物根细胞质膜上H6数量的影响。对照组___；实验组：___。 ①选取长势一致的同种植物幼苗若干种植于磷充足培养基 ②选取长势一致的同种植物幼苗若干种植于磷不足培养基 ③检测H6基因转录水平 ④检测光合作用相关基因转录水平 （5）结合题中信息分析植物根细胞对外界磷浓度变化的反应，并用下列编号表示。外界磷充足时：___。外界磷缺乏时：___。 ①质膜上的H6数量少 ②质膜上的H6数量多 ③M6抑制H6的转运功能 ④M6促进H6的转运功能 ⑥M6不影响H6的转运功能 ⑤细胞内磷元素维持在正常水平 ⑦细胞内外磷含量一致 【答案】（1）D （2）B （3）C （4） ①. ①③ ②. ②③ （5） ①. ①③⑤ ②. ②④⑤ 【解析】 【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段： 1、光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。还原型辅酶Ⅱ作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。 2、暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，二氧化碳与五碳化合物结合，形成两个三碳化合物。在有关酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。一些接受能量并被还原的三碳化合物，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三碳化合物，经过一系列变化，又形成五碳化合物。 【小问1详解】 A、淀粉只含有C、H、O元素，不含P，A错误； B、高能电子不含有元素，B错误； C、麦芽糖只含有C、H、O元素，不含P，C 错误； D、叶绿体外膜主要成分是蛋白质和磷脂，含有P元素，D正确。 故选D。 【小问2详解】 图1中因变量指标之一为净光合速率，可用单位时间单位面积植物吸收CO2的量表示；根据图1数据判断，P3组一定高于P1组的是当归叶肉细胞单位时间单位叶面积吸收CO2的量，B正确，ACD错误。 故选B。 【小问3详解】 A、组成叶绿素的元素是C、H、O、N、Mg，所以磷元素不是当归叶肉细胞合成叶绿素的原料，A错误； B、由图1可知，该实验自变量为磷元素的含量，因此总叶绿素含量随磷元素的增加先升高再降低，B错误； C、400kg/hm2的磷含量溶液中净光合速率低于0kg/hm2的磷含量的净光合速率，所以过高浓度的磷会抑制当归叶肉细胞的净光合速率，C正确； D、在一定范围内，当归叶片磷含量的提高促进叶肉细胞净光合速率，但没有显示净光合速率升高可促进磷元素的吸收，D错误。 故选C。 【小问4详解】 由于磷含量的变化会对植物根细胞质膜上H6数量的影响，则探究短期缺磷对小麦磷稳态的影响时，对照组①选取长势一致的小麦幼苗若干种植于磷充足培养液中，③检测H6基因转录水平，故选①③。实验组②选取长势一致的小麦幼苗若干种植于磷不足培养液中，③检测H6基因转录水平，根据根细胞质膜上磷转运蛋白的数量的大小来判断，故选②③。 【小问5详解】 植物根细胞质膜上存在负责吸收磷的磷转运蛋白H6，外界磷浓度变化会影响根细胞质膜上磷转运蛋白的数量，根据图中信息可知，外界磷充足时①质膜上的H6数量少、③M6抑制H6的转运功能、⑤细胞内磷元素维持在正常水平；外界缺磷时，②质膜上的H6数量多、④M6促进H6的转运功能、⑤细胞内磷元素维持在正常水平。 （2024·上海·高考真题）水稻是重要的粮食作物，高温会引起水稻减产。科学家对抗高温能力弱的水稻W进行改良。获得了水稻S。如图显示了高温条件下水稻W和水稻S响应高温的部分机制。其中T1和T2为不同蛋白，T2在液泡中被降解。箭头的粗细代表物质的量。    (1)要对比高温条件下水稻W和水稻S的产量，必须保持相同的实验条件______。 A．地上部分生长量 B．高温处理时间 C．水稻幼苗数量 D．水稻种植时间 (2)据图，水稻感受高温信号的是 （T1/T2）；被T2破坏的细胞器是 。 (3)据图可知，相同高温条件下，与水稻W相比，水稻S增产的原因是______。 A．进入液泡内的T1更多 B．细胞质基质内T1更少 C．进入液泡内的T2更多 D．细胞质基质内T2更少 (4)据图，相同高温条件下，与水稻W相比，推测水稻S的细胞______。 A．净光合速率较高 B．呼吸作用产生ATP的量较少 C．糖类输出量较少 D．转换光能效率较高 (5)据图，水稻W改良为水稻S时，所采取的措施是 ，若要进一步提高水稻S的抗高温能力，可采取的策略是 。（编号选填） ①提高T1的量        ②提高T2的量            ③降低T1的量 ④降低T2的量        ⑤改变T1的结构            ⑥改变T2的结构 【答案】(1)BCD (2) T1 叶绿体 (3)C (4)AD (5) ⑤ ①④⑤⑥ 【分析】光合作用概括地分为光反应和暗（碳）反应两个阶段，光反应中会发生水的分解和ATP、NADPH的合成，发生在类囊体（薄）膜上，暗（碳）反应中会发生二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，发生在叶绿体基质。 【详解】（1）在对比高温条件下水稻 W 和水稻 S 产量时，需遵循单一变量原则，除水稻品种不同外，其他可能影响产量的因素都要保持一致。高温处理时间、水稻幼苗数量、水稻种植时间均会对水稻最终产量产生影响，所以都应相同。地上部分生长量为本实验的因变量，不需保持相同。 （2）从图中能看到，高温信号首先作用于 T1，所以水稻感受高温信号的是 T1 ；同时，图中呈现 T2 作用的目标细胞器是叶绿体，即被 T2 破坏的细胞器是叶绿体。 （3）观察图可知，在相同高温条件下，水稻 S 与水稻 W 相比，进入液泡内的 T2 更多。T2 在液泡中被降解，使得细胞质基质内 T2 减少，减轻了 T2 对叶绿体的破坏，保障光合作用正常进行，进而实现增产，C正确，ABD错误。 （4）A、水稻 S 中更多 T2 进入液泡被降解，对叶绿体破坏小，光合作用能较好进行，所以净光合速率较高，A正确； B、图中未体现呼吸作用产生 ATP 量的差异，B错误； C、水稻 S 光合作用受影响小，糖类输出量应较多，C错误； D、水稻 S 叶绿体受 T2 破坏小，能更好地进行光合作用，转换光能效率较高 ，D正确。 故选AD。 （5）对比水稻 W 和水稻 S 的机制图，水稻 S 中 T1 和 T2 结合后进入液泡的量更多，且 T2 对叶绿体破坏小，推测可能是改变了 T1 的结构（⑤），让 T1 能更有效地结合 T2 并转运至液泡降解。要进一步提升水稻 S 抗高温能力，可降低 T2 的量（④），减少其对叶绿体的潜在破坏；改变 T2 的结构（⑥），使其失去破坏叶绿体的能力；还能提高 T1 的量（①），促进更多 T2 转运到液泡降解；也可以继续改变优化T1 的结构（⑤），让 T1 能更有效地结合 T2 并转运至液泡降解。 学科网（北京）股份有限公司1/10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 1/10 第 06讲 光合作用（知识清单） 学习导航站 知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架 核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点 考点 1 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中★★★☆☆ 考点 2 光合作用是物质和能量的转换和过程★★★☆☆ 考点 3 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 考点 4 光合作用与呼吸作用的综合应用★★★★☆ （星级越高，重要程度越高） 实验技能坊：叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定 ★★★☆☆ 陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2大陷阱预警） 素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析、聚焦考点预测 真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯 （附高清 PDF，可打印） 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 2/10 考点 1 叶绿体将光能转换并储存在糖分子中★★★☆☆ 1.叶绿体是植物光合作用场所 形态：一般呈扁平的椭球形或球形 结构 外表：①由双层膜包被 内部 ②叶绿体基质：含有与碳反应有关的酶 ③基粒 许多单层膜构成的扁平囊状的类囊体 分布有色素与光反应有关的酶 功能：进行光合作用的场所 恩格曼的光谱实验 实验材料：水绵和需氧的运动细菌 结论：蓝紫光和红光是水绵光合作用中最有效的光源 （1）叶绿体捕获光能、进行光合作用的物质基础 ①叶片、叶绿体、类囊体、基粒等结构，使光吸收面积最大化，有利于捕获更多的光能。 ②囊体膜上分布着丰富的与光合作用有关的色素和蛋白质，是光能吸收和转换的场所。 （2）高等植物叶绿体中的色素的种类： 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 叶黄素 黄色 最少 最高 最快 胡萝卜素 橙黄色 较少 较高 较快 叶绿素 a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素 b 黄绿色 较多 最低 最慢 （3）叶绿体色素吸收光谱 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 3/10 ①叶绿体色素的显著特点是能吸收可见光中特定波长的光：主要集中在蓝紫光和红橙光区域，几乎不 吸收绿光。 ②不同色素分子吸收的光的波长有差异。 ③叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。④在自然界中，晴天的直射光中红 橙光的比例高，阴天的散射光中蓝紫光比例高。 （4）光合色素的功能 ①吸收：叶绿素自身能吸收光能； ②传递：叶绿素把吸收的光能传递给别的分子； ③转化：少数的叶绿素 a 把吸收的光能转变成电能的作用。 考点 2 光合作用是物质和能量的转换过程★★★☆☆ （1）定义：光合作用是植物细胞叶绿体将太阳能转换成化学能、将 CO2和 H2O 变为糖和 O2的过程。 （2）化学式： （2）探索光合作用原理的部分实验 时间/发现者 内容 1642 年 比利时科学家赫尔蒙特认为，植物生长增加的质量主要来源 于水，而不是土壤。 1771 年 英国化学家普里斯特利认为植物能够净化由于蜡烛燃 烧、动物呼吸而变得“污浊”空气。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 4/10 1779 年 荷兰科学家英格豪斯发现植物净化空气的必要 条件。 1785 年 随着空气组成成分的发现，人们才明确植物在光下放出的气体是 O2，吸收 的是 CO2。 1804 年 瑞士化学家索绪尔证明植物体的碳来自植物同化大气中的 CO2。 19 世纪中期 德国物理学家迈尔发现植物把太阳能转化成化学能贮存起来，成为能量的 供给者。 1864 年 德国植物生理学家萨克斯说明叶片在光下制造了淀 粉。 1897 年 法国科学家佩弗将绿色植物利用太阳能将 CO2和 H2O合成为有机物并释放 O2的过程。 1941 年 美国科学家鲁宾和卡门用同位素标记法实验为 O2的来源提供直接的证据。 20 世纪 40 年 代 美国科学家卡尔文团队使用同位素标记和双向纸层析技术研究光合作用中 怎样固定 CO2。 1929 年 中国科学家殷宏章发现“光色瞬变效应”，进一步证实了光合作用有两种光 系统。 （3）光合作用过程 比较项目 光反应阶段 碳反应阶段 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 5/10 区 别 反应场所 叶绿体的类囊体膜上 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 光反应 光能的捕获与转换：光→色素→叶绿素 a→氧化叶绿素 a+e- 水的光解：2H2O―→ 光 色素O2＋4H +＋4e－ 高能化合物的形成 NADPH 的合成：NADP＋＋H＋＋2e－―→ 酶 NADPH ATP 的合成：ADP＋Pi＋能量―→ 酶 ATP 碳反应 CO2的固定：3CO2＋3 五碳糖―→ 酶 6C3（三碳化合物） C3的还原：6C3 ――――→ 酶 ATP、NADPH6 三碳糖 C5的再生 5 三碳糖――→ 酶 ATP 3C5 三碳糖―→ 酶 其他糖 ATP 的水解：ATP――→ 酶 ADP＋Pi＋能量 NADPH 的分解：NADPH――→ 酶 NADP＋＋H＋＋2e－ C 的转移 O 的转移 14CO2→14C3→14CH2O（碳反应） H218O→18O2（光反应）；C18O2→C3→CH218O（碳反应） 能量变化 光能→电能→ATP 和 NADPH 中 活跃的化学能 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能→糖分 子中稳定的化学能 联系 ①光反应是碳反应的基础，光反应为碳反应提供 NADPH 和 ATP（ATP 从类囊体膜移向叶绿体基质）；碳反应为光反应提供 ADP、Pi 和 NADP＋ （ADP 从叶绿体基质移向类囊体膜）； ②没有光反应，碳反应缺乏 NADPH 和 ATP 无法进行；碳反应受阻， 光反应因产物积累也不能正常进行。可见，二者相互制约； ③光合作用的光反应阶段产生的 ATP 只能用于碳反应，不用于其他生 命活动过程。 （4）光合作用中的物质变化（C3和 C5含量变化） 条件 光照由强到弱 CO2供应不变 光照由弱到强 CO2供应不变 CO2供应由充足到 不足，关照不变 CO2供应由不足到 充足，关照不变 C3含量 增加 减少 减少 增加 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 6/10 注意：此处各物质含量的变化为外界条件改变后的短时间内发生的，且为相对含量的变化。分析某物 质变化时，要根据其来源和去路分析。停止光照后的短时间内，NADPH 和 ATP 的合成停止，消耗速率不 变。故二者含量下降；C3的还原速率因缺少 NADPH和 ATP而减慢，导致 C3消耗速率和 C5生成速率减小， 又因 CO2固定速率不变，即 C3的生成速率和 C5的消耗速率不变，故 C3增加、C5减少。 补充：化能合成作用 （1）定义：某些细菌（如硝化细菌）利用无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作 用叫化能合成作用。 （2）与光合作用的比较 ①相同点：都能将无机物合成有机物。 ②不同点：利用的能源不同，光合作用利用的是光能，化能合成作用利用的是化学能。 易错拓展 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（而非不吸收），绿光被反射出来。 2.植物的液泡中含有的色素（花青素）不参与光合作用。 3.为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光；而阴天或夜间给温室大 棚人工补光时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红橙光或蓝紫光”灯泡。 4.光反应产生的 ATP，一般只用于碳反应。 5.碳反应并不能长时间在黑暗条件下进行，因其需要光反应为其提供 NADPH 和 ATP。 6.光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到 植株各处。 7.光系统及电子传递链 光合作用的光反应阶段与类囊体膜上的光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）有关： 光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H+和高能电子（e-）； C5含量 减少 增加 增加 减少 NADPH 和 ATP 减少或没有 增加 增加 减少 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 7/10 光系统 I 主要介导 NADPH 的产生。电子（e-）经过电子传递链中的复合物“质体醌→细胞色素 b6f 复合体→质体蓝素→光系统 I→铁氧还蛋白”，最终传递给 NADPH。 电子传递过程是高电势到低电势（光系统Ⅱ和Ⅰ中的电子传递由于吸收了光能，可以逆电势传递）， 因此，电子传递过程中会释放能量，质体醌利用这部分能量将质子（H+）逆浓度从叶绿体的基质侧泵 入到类囊体囊腔侧，从而建立了质子浓度梯度。这一质子梯度差可以驱动 ATP 合成酶合成 ATP。 考点 3 光合作用受环境因素影响★★★★☆ 1.光合作用的强度（又称光合速率） （1）定义：单位面积叶片在单位时间内进行光合作用释放的 O2量或消耗的 CO2量来表示，植物的 光合速率不仅受内在因素的控制，还受多种环境因素的影响。 （2）辨析总光合速率和净光合速率 项目 表示方法（单位：g·cm－2·h－1） 呼吸速率 线粒体释放 CO2量（m1）； 黑暗条件下细胞（植物体） 释放 CO2量 线粒体吸收 O2量（n1）； 黑暗条件下细胞（植物 体）吸收 O2量 有机物（葡萄糖）消耗 量 净光合速率 细胞（植物体）从外界吸收 的 CO2量（m2） 细胞（植物体）释放到外 界的 O2量（n2） 植物（叶片）积累的有 机物（葡萄糖）量 真正（总）光 合速率 叶绿体利用、固定 /消耗 CO2量 m3或（m1＋m2） 叶绿体产生、释放 O2 量 n3或（n1＋n2） 植物（叶绿体）光合作 用产生/实际制造的有 机物（葡萄糖）量 植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。 2.影响光合作用强度的因素 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 8/10 （1）环境因素（外因） ①光照强度 总光合项目 生理过程 气体交换 生理状态模型 A点 只进行呼吸作用 吸收 O2、释放 CO2 AB段 呼吸作用＞光合作用 （净光合速率＜0） 吸收 O2、释放 CO2 B点 呼吸作用=光合作用 （净光合速率=0） 不与外界进行气体交 换 B点以后 呼吸作用＜光合作用（净 光合速率＞0） 吸收 CO2、释放 O2 C点 随光照强度增加，光合速率不再增大。限制因素：CO2浓度，酶，色素等。 应用 温室大棚中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 9/10 补充：光补偿点和光饱和点的移动 环境变化 光补偿点 光饱和点 适当增大 CO2浓度 左移 右移 适当减小 CO2浓度 右移 左移 土壤缺 Mg2+ 右移 左移 ②CO2浓度： CO2是光合作用的原料，大气中 CO2浓度约为 0.03%，基本稳定。 原理：CO2影响碳反应阶段，制约 C3的形成。 原理 CO2是光合作用的原料，大气中 CO2浓度约为 0.03%，基本稳定。 分析 图 1 A 点表示 CO2补偿点； 此点植物代谢特点：光合速率=细胞 呼吸速率 图 2 A'点表示进行光合作用所需 CO2 的最低 浓度； B 点和 B'点对应的 CO2 浓度都表示 CO2 饱和点。 应用 在人工温室栽培时补充室内 CO2的浓度，可使一些作物生长加快，增产效果明 显。 ③温度、水和无机盐 外部环境因素 温度 水、无机盐 原理 温度主要影响酶 的活性和蛋白质 的功能 ①水是光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的 减慢甚至停止。许多陆生植物叶片表面有厚的蜡质 层，还有一些植物 在中午阳光直射时会关闭气孔， 从而减少水分蒸腾； ②无机盐影响叶绿素等有关化合物的合成（缺镁叶绿 素的形成，影响光反应，缺氮、缺磷（ATP、NADPH 不能合成），所以都会影响光合作用。 应用 合理灌溉施肥 ④光质 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 10 原理：光合作用强度与光质（不同波长的光）有关，在可见光光谱的范围内，不同波长的光下，光合 作用效率是不同的。白光为复合光，光合作用能力最强。红光、蓝紫光下植物的光合作用强度较大，绿光 下植物的光合作用强度最弱。 （2）影响因素-内因 ①与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。 ②植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 ③叶面积指数 考点 4 光合作用与呼吸作用的综合应用★★★★☆ （1）光合作用和呼吸作用的联系 光合作用 有氧呼吸 代谢类型 合成作用（或同化作用） 分解作用（或异化作用） 物质变化 无机物――→ 合成 有机物 有机物――→ 分解 无机物 能量变化 光能―→化学能（储能） 化学能―→ATP、热能（放能） 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 11 实质 合成有机物，储存能量 分解有机物、释放能量，供细胞利用 场所 叶绿体 活细胞（主要在线粒体） 条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 联系 （2）光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向（元素转移） C：14CO2―――→ 碳反应 14C3→有机物――――→ 有氧呼吸 第一阶段 丙酮酸――――→ 有氧呼吸 第二阶段 14CO2 O：H218O―――→ 光反应 18O2――――→ 有氧呼吸 第三阶段 H2 18O； H218O――――→ 有氧呼吸 第二阶段 C 18O2→C3→有机物――――→ 有氧呼吸 第一阶段 丙酮酸――――→ 有氧呼吸 第二阶段 C 18O2 （3）能量转化 光能 ――→ 光反应 ATP和 NADPH中的能量――→ 碳 反应 （CH2O）中的能量――→ 细胞 呼吸 热能 ATP中的能量 各项生命活动 （4）呼吸速率、净光合速率和总光合速率的表示方法（净光合速率=总光合速率-呼吸速率） 检测指标 净光合速率 总光合速率 呼吸速率 CO2 吸收量 固定量、消耗量 释放量 O2 释放量 产生量 吸收量 有机物 积累量 产生量、制造量 消耗量 叶绿体色素的提取分离及叶绿素含量的测定 ★★★☆☆ 实验 名称 原理 步骤 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 12 叶绿 体色 素的 提取 叶绿体色素 分于类囊体膜， 具有亲脂性，能 溶于有机溶剂， 可用乙醇或丙酮 将它们从叶片中 提取出来。 ①叶片匀浆：称取 1g 经干燥处理的叶片，剪碎后 放入研钵中，加 6mL95%乙醇，研磨成匀浆。 ②过滤：漏斗内放置滤纸或底部放一层脱脂棉，将 上述叶片匀浆液倒入玻璃漏斗过滤，并将过滤液收集到 一个小试管中，得到色素提取液，封口膜封住试管口备 用。 叶绿 体色 素的 分离 不同色素在 有机溶剂中的溶 解度不同，在吸 附载体上的吸附 能力不同，因此， 不同色素随着有 机溶剂在吸附载 体上扩散的速率 也就不同，这样 就可将它们彼此 分离。这种方称 为层析法。 ①层析薄膜准备：将层析用的聚酰胺薄膜剪成 2cm×8cm 的长条。 ②点样：用玻璃毛细管取色素提取液，于距层 析薄膜底边 1.5cm 处划线，晾干。重复点样 3～5 次。 ③层析：在烧杯中加入适量 95%乙醇作为层析液，薄 膜的点样端朝下放入层析液中 注意：点样线不能进入或接触到层析液。用培养皿盖 住烧杯，进行层析。 ④观察和记录：持续观察色素在薄膜上的分离现象， 直至各色素带的相对位置不变后，取出晾干。记录薄膜上各色素带的颜色和 位置。 叶绿 素含 量的 测定 叶绿素具有特定 的吸收波长，且 吸光度值与叶绿 素 a、叶绿素 b 的含量有关。分 别测定叶绿素在 649nm 和 665nm 处的吸光度，根 据相关公式，可 计算出其含量。 ①提取色素：小组内分工选取经干燥处理过的同种植物不同部位的叶片 （成熟或幼嫩），加等量 95%乙醇研磨后过滤，获取色素提取液。 ②稀释色素：将色素提取液用 95% 乙醇稀释到合适倍数（N），摇匀， 备用。 ③测定吸光度：以 95%乙醇为对照调零，在分光光度计中分别测定各部 位色素提取液在 665 nm、649 nm 波长处的吸光度（A），分别记为 A665nm 和 A649nm。 ④数据处理 ： 按以下公式计算各部位色素稀释液中的叶绿素 a、叶绿 素 b 浓度和总叶绿素浓度。 叶绿素 a 浓度（mg/L） =13.70A665nm-5.76A649nm； 叶绿素 b 浓度（mg/L） =25.80A649nm-7.60A665nm； 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 13 总叶绿素浓度（mg/L） = 叶绿素 a 浓度+叶绿素 b 浓度。 预警类别一 叶绿体是植物光合作用场所 陷阱 1 光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中 正确理解：叶绿体基质中不含色素，只含有光合作用需要的酶。 陷阱 2 叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积 正确理解：叶绿体内膜光滑，和外膜面积相近。 预警类别二 光合作用是物质和能量的转换过程 陷阱 1 光反应将光能转化为稳定的化学能储存在 ATP中 正确理解：光反应将光能转化为储存在 ATP 和 NADPH 中活跃的化学能。 陷阱 2 碳反应中 CO2可接受 ATP和 NADPH 释放的能量，并且被 NADPH 还原。 正确理解：碳反应中，CO2不能直接被 NADPH 还原，必须经过 CO2的固定形成 C3，再在有关酶的催化作 用下，C3接受 ATP和 NADPH释放的能量，并且被 NADPH 还原。 预警类别三 光合作用受环境因素影响 陷阱 1 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 正确理解：线粒体是有氧呼吸的主要场所，其中有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此 提取完整的线粒体悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸，而提取叶绿体悬浮液可以独立完成光合作用过 程，但前提是保证叶绿体的活性。 陷阱 2 植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH) 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 14 正确理解：只有能进行光合作用的植物细胞才能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。 陷阱 3 生长于较弱光照条件下的植物，当提高 CO2浓度时，其光合速率就随之增加 正确理解：较弱光照条件下，在叶绿体基质中光反应产生的 ATP 和 NADPH 较少，即使 CO2浓度升高， 光合速率并不随之增加，此时限制光合作用的环境因素是光照强度。 陷阱 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 正确理解：整株植物处于光补偿点时，此时植株既不从环境吸收 CO2，也不向环境释放 CO2，即光合作 用吸收的 CO2不来自外界，完全由细胞呼吸释放的 CO2提供；整株植物细胞皆进行细胞呼吸，而光合作 用在叶肉细胞等部分植物细胞中进行，所以叶肉细胞的光合作用强度应大于细胞呼吸强度。 一、光合作用 近日，澳大利亚国立大学生物学研究学院的Maria Ermakova研究团队，在 Plant Biotechnology Journal 杂志上发布了一项重要研究。他们首次证明，通过转化技术，可以在水稻中成功构建部分 C4光合作用通路。 将 C4生物化学完整引入 C3植物，需要对叶肉细胞和束鞘细胞的叶绿体蛋白质组进行重大调整。然而，仅 通过将玉米中的五种关键酶引入水稻的特定叶绿体中，便足以建立起 C4 循环的最小化模型。 考点预测：与最新的科研报告结合，探究光合作用的具体过程及应用。 （2023·上海·高考真题）磷是维持植物正常生长发育所必需的元素。研究人员在相同光照强度、CO2浓度等 条件下，对长势一致的 4组当归植株，分别补充 P1、P2、P3、P4 量的磷，测定其叶肉细胞的净光合速率（指 光合作用合成有机物的速率减去呼吸作用消耗有机物的速率）和总叶绿素含量，结果如图 1。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 15 （1）当归叶肉细胞内的下列物质或结构中，含有磷元素的有___（单选）。 A. 淀粉 B. 高能电子 C. 麦芽糖 D. 叶绿体外膜 （2）根据图 1数据判断，P3 组一定高于 P1组的是当归叶肉细胞单位时间单位叶面积___（单选）。 A. 生成 H2O的量 B. 吸收 CO2的量 C. 吸收 O2的量 D. 释放 CO2的量 （3）分析图 1数据可得到的结论是___（单选）。 A. 磷元素是当归叶肉细胞合成光合色素的原料 B. 总叶绿素含量随光照强度的增加先升高再降低 C. 过高浓度的磷会抑制当归叶肉细胞的净光合速率 D. 当归叶肉细胞的净光合速率提高可促进对 P的吸收 研究人员发现，植物根细胞质膜上存在负责吸收磷的磷转运蛋白 H6。环境中 P缺乏时，H6的数量会发生 变化，同时其功能受一种胞内蛋白M6的调节。图 2是该机制示意图，♡ 表示无机磷。 （4）从下列①~④中选择并形成实验方案，以探究缺磷对植物根细胞质膜上 H6数量的影响。对照组___； 实验组：___。 ①选取长势一致的同种植物幼苗若干种植于磷充足培养基 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 16 ②选取长势一致的同种植物幼苗若干种植于磷不足培养基 ③检测 H6基因转录水平 ④检测光合作用相关基因转录水平 （5）结合题中信息分析植物根细胞对外界磷浓度变化的反应，并用下列编号表示。外界磷充足时：___。 外界磷缺乏时：___。 ①质膜上的 H6数量少 ②质膜上的 H6数量多 ③M6 抑制 H6的转运功能 ④M6 促进 H6的转运功能 ⑥M6 不影响 H6的转运功能 ⑤细胞内磷元素维持在正常水平 ⑦细胞内外磷含量一致 【答案】（1）D （2）B （3）C （4） ①.①③ ②.②③ （5） ①.①③⑤ ②.②④⑤ 【解析】 【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段： 1、光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和 H+，氧直接以氧 分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。还原型辅酶Ⅱ作 为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；在有关酶的催化 作用下，提供能量促使 ADP 与 Pi 反应形成 ATP。 2、暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，二氧化碳与五碳化合物结合，形成两个三碳化合物。 在有关酶的催化作用下，三碳化合物接受 ATP 和 NADPH 释放的能量，并且被 NADPH 还原。一些接受能量 并被还原的三碳化合物，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三碳化 合物，经过一系列变化，又形成五碳化合物。 【小问 1 详解】 A、淀粉只含有 C、H、O 元素，不含 P，A 错误； B、高能电子不含有元素，B 错误； C、麦芽糖只含有 C、H、O元素，不含 P，C 错误； 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 17 D、叶绿体外膜主要成分是蛋白质和磷脂，含有 P 元素，D 正确。 故选 D。 【小问 2 详解】 图 1 中因变量指标之一为净光合速率，可用单位时间单位面积植物吸收 CO2的量表示；根据图 1 数据判断， P3组一定高于 P1组的是当归叶肉细胞单位时间单位叶面积吸收 CO2的量，B 正确，ACD 错误。 故选 B。 【小问 3 详解】 A、组成叶绿素的元素是 C、H、O、N、Mg，所以磷元素不是当归叶肉细胞合成叶绿素的原料，A 错误； B、由图 1 可知，该实验自变量为磷元素的含量，因此总叶绿素含量随磷元素的增加先升高再降低，B 错误； C、400kg/hm2的磷含量溶液中净光合速率低于 0kg/hm2的磷含量的净光合速率，所以过高浓度的磷会抑制 当归叶肉细胞的净光合速率，C 正确； D、在一定范围内，当归叶片磷含量的提高促进叶肉细胞净光合速率，但没有显示净光合速率升高可促进磷 元素的吸收，D错误。 故选 C。 【小问 4 详解】 由于磷含量的变化会对植物根细胞质膜上 H6 数量的影响，则探究短期缺磷对小麦磷稳态的影响时，对照组 ①选取长势一致的小麦幼苗若干种植于磷充足培养液中，③检测 H6 基因转录水平，故选①③。实验组 ②选取长势一致的小麦幼苗若干种植于磷不足培养液中，③检测 H6 基因转录水平，根据根细胞质膜上磷 转运蛋白的数量的大小来判断，故选②③。 【小问 5 详解】 植物根细胞质膜上存在负责吸收磷的磷转运蛋白 H6，外界磷浓度变化会影响根细胞质膜上磷转运蛋白的数 量，根据图中信息可知，外界磷充足时①质膜上的 H6 数量少、③M6 抑制 H6 的转运功能、⑤细胞内磷元 素维持在正常水平；外界缺磷时，②质膜上的 H6 数量多、④M6 促进 H6 的转运功能、⑤细胞内磷元素维 持在正常水平。 （2024·上海·高考真题）水稻是重要的粮食作物，高温会引起水稻减产。科学家对抗高温能力弱的水稻 W 进 行改良。获得了水稻 S。如图显示了高温条件下水稻 W 和水稻 S 响应高温的部分机制。其中 T1 和 T2 为不 同蛋白，T2 在液泡中被降解。箭头的粗细代表物质的量。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 18 (1)要对比高温条件下水稻 W 和水稻 S 的产量，必须保持相同的实验条件______。 A．地上部分生长量 B．高温处理时间 C．水稻幼苗数量 D．水稻种植时间 (2)据图，水稻感受高温信号的是 （T1/T2）；被 T2 破坏的细胞器是 。 (3)据图可知，相同高温条件下，与水稻 W 相比，水稻 S 增产的原因是______。 A．进入液泡内的 T1 更多 B．细胞质基质内 T1 更少 C．进入液泡内的 T2 更多 D．细胞质基质内 T2 更少 (4)据图，相同高温条件下，与水稻 W 相比，推测水稻 S 的细胞______。 A．净光合速率较高 B．呼吸作用产生 ATP 的量较少 C．糖类输出量较少 D．转换光能效率较高 (5)据图，水稻 W 改良为水稻 S 时，所采取的措施是 ，若要进一步提高水稻 S 的抗高温能力，可采取 的策略是 。（编号选填） ①提高 T1 的量 ②提高 T2 的量 ③降低 T1 的量 ④降低 T2 的量 ⑤改变 T1 的结构 ⑥改变 T2 的结构 【答案】(1)BCD (2) T1 叶绿体 (3)C (4)AD (5) ⑤ ①④⑤⑥ 【分析】光合作用概括地分为光反应和暗（碳）反应两个阶段，光反应中会发生水的分解和 ATP、NADPH 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 19 的合成，发生在类囊体（薄）膜上，暗（碳）反应中会发生二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，发生在 叶绿体基质。 【详解】（1）在对比高温条件下水稻 W 和水稻 S 产量时，需遵循单一变量原则，除水稻品种不同外，其 他可能影响产量的因素都要保持一致。高温处理时间、水稻幼苗数量、水稻种植时间均会对水稻最终产量 产生影响，所以都应相同。地上部分生长量为本实验的因变量，不需保持相同。 （2）从图中能看到，高温信号首先作用于 T1，所以水稻感受高温信号的是 T1 ；同时，图中呈现 T2 作 用的目标细胞器是叶绿体，即被 T2 破坏的细胞器是叶绿体。 （3）观察图可知，在相同高温条件下，水稻 S 与水稻 W 相比，进入液泡内的 T2 更多。T2 在液泡中被 降解，使得细胞质基质内 T2 减少，减轻了 T2 对叶绿体的破坏，保障光合作用正常进行，进而实现增产， C 正确，ABD 错误。 （4）A、水稻 S 中更多 T2 进入液泡被降解，对叶绿体破坏小，光合作用能较好进行，所以净光合速率较 高，A 正确； B、图中未体现呼吸作用产生 ATP 量的差异，B 错误； C、水稻 S 光合作用受影响小，糖类输出量应较多，C 错误； D、水稻 S 叶绿体受 T2 破坏小，能更好地进行光合作用，转换光能效率较高 ，D 正确。 故选 AD。 （5）对比水稻 W 和水稻 S 的机制图，水稻 S 中 T1 和 T2 结合后进入液泡的量更多，且 T2 对叶绿体 破坏小，推测可能是改变了 T1 的结构（⑤），让 T1 能更有效地结合 T2 并转运至液泡降解。要进一步 提升水稻 S 抗高温能力，可降低 T2 的量（④），减少其对叶绿体的潜在破坏；改变 T2 的结构（⑥）， 使其失去破坏叶绿体的能力；还能提高 T1 的量（①），促进更多 T2 转运到液泡降解；也可以继续改变 优化 T1 的结构（⑤），让 T1 能更有效地结合 T2 并转运至液泡降解。 细胞的代谢-光合作用 过程 光反应（场所： 类囊体膜） 光能的捕获与转换 光→光合色素→叶绿素a→氧化性叶绿素a+e- 水的光解 叶绿素a夺取H2O的电子 2H2O→4H++O2+4e- O2（自由扩散）→释放到细胞外 H+→留在类囊体腔内 高能化合物的形成 叶绿素a释放的e- 在类囊体膜上传递 NADP+（氧化型辅酶Ⅱ）+H++ 2e-→NADPH（还原型辅酶Ⅱ） 类囊体膜蛋白将叶绿体基质H+泵入类囊体 H+浓度：类囊体腔＞叶绿体基质 H+顺浓度梯度穿过类囊体膜ATP合酶 ADP+Pi+能量→ATP 光能→ATP中活跃 的化学能 碳反应（场 所：叶绿体 基质） CO2固定 3CO2+3五碳糖→6三碳化合物（C3） 三碳化合物还原 6三碳化合物（ C3）→6三碳糖 叶绿体→细胞质基质 蔗糖→植物体各个部分 变成淀粉→储存叶绿体 ATP→ADP＋Pi＋能量 NADPH→NADP＋＋H＋＋2e- 五碳糖再生 5三碳糖→3五碳糖 ATP→ADP＋Pi＋能量 光反应与碳反应的联系 光反应为碳反应提供ATP和NADPH 碳反应为光反应提供ADP和NADP+ ATP中活跃的化学 能→糖分子中稳定 的化学能 影响因素 外因 光合作用的强度 （光合速率） 净光合作用=实际光合作用消耗CO2-呼吸作用释放CO2量 光质 CO2浓度 光合作用的原料 在人工温室栽培时补充室内CO2的浓度，可使一 些作物生长加快，增产效果明显 水 光合作用的原料，缺水会导致光合作用速率的减慢甚至停止 中午阳光直射时会关闭气孔，从而减少水分蒸腾 温度 影响酶的活性和蛋白质的功能 内因 色素含量；叶面积；酶的数量等 氧化性叶绿素a+e-→叶绿素a 光合色素 吸收光谱 类胡萝卜素 叶黄素（黄色） 胡萝卜素（橙黄色） 主要吸收蓝紫光 叶绿素 叶绿素a（蓝绿色） 叶绿素b（黄绿色） 主要吸收红橙光和 蓝紫光