5.4 光合作用与能量转化 第2课时 光合作用的原理和应用（提升讲义）生物人教版2019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（第二课时） （必会知识+难点强化+必刷好题，三层提升） 必会知识一 探索光合作用的原理 时间及科学家 实验过程 发现或实验结论 19世纪末 — 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 — 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年希尔（英国） 离体叶绿体的悬浮液＋铁盐或其他氧化剂O2 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2 1941年鲁宾、卡门（美国） 用同位素示踪法研究光合作用中氧气的来源。 提供HO、CO2→释放18O2； 提供H2O、C18O2→释放O2 光合作用释放的O2来自H2O 1954年、1957年阿尔农（美国） — 光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总与水的光解相伴随 20世纪40年代卡尔文等（美国） 利用同位素标记法。用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向 探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 [例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氧气，该反应被称作希尔反应。下列关于希尔反应的叙述正确的是（　　） A．该实验说明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水 B．该实验不能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应 C．希尔反应发生的同时，叶绿体可以合成ATP和NADH D．植物体光合作用过程中与该实验铁盐作用相同的是氧化型辅酶Ⅱ [例2]实验是生物学研究的重要手段，下列有关实验探究的叙述，正确的是（    ） A．用一定浓度的硝酸钾溶液做观察质壁分离和复原的实验，细胞发生质壁分离后开始主动吸收硝酸根离子和钾离子，导致细胞发生质壁分离自动复原 B．鲁宾、卡门的实验和卡尔文的实验都应用了放射性同位素标记法 C．希尔反应实验中离体叶绿体悬浮液中除了加入氧化剂外，还必须加入一定量的蔗糖或者其他溶质微粒 D．恩格尔曼利用水绵探究光合作用场所的实验中自变量是有无光照，以好氧细菌的分布情况作为观测指标 必会知识二 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，将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： 3．光合作用的过程 项目 光反应 暗反应 过程模型 实质 光能转化为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物 与光的关系 必须在光下进行 不直接依赖光 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： H2O2H＋＋O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH 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－ 能量转化 光能→ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→ 有机物中的化学能 联系 ①光反应为暗反应提供ATP和NADPH； ②暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋； ③可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化和物质变化密不可分。 [例1]光合作用可用如下化学反应式来表示，下列有关叙述错误的是（　　） A．该反应式不能表明光合作用释放的O2中的O来自H2O B．光能转化为活跃的化学能发生在叶绿体基质中 C．产物（CH2O）是地球上有机物的主要来源 D．产生的O2促进了需氧型生物的进化发展 [例2]如图为某绿色植物在生长阶段体内细胞物质的转变情况，有关叙述正确的是（　　） A．图中用于合成ATP的能量形式是化学能 B．由③到④的完整过程，由线粒体完成 C．该绿色植物的所有活细胞都能完成图示全过程 D．图中①、③、④过程都能产生ATP 必会知识三 化能合成作用 1．概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的方式。 2．代表生物：硝化细菌等。 3．能量转化：体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量转化为有机物中的化学能。 4．物质转化：CO2和H2O转化为糖类等有机物。 [例1]亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌，前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸，其过程如图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A．能否利用光能是光合作用和化能合成作用的本质区别 B．氧化氨和亚硝酸的过程都能释放出化学能，这两种细菌都能利用相应的能量合成有机物 C．细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量，有利于植物渗透吸水 D．亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的能量来源和发生场所均不相同 [例2]硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中，其部分代谢反应如图所示，下列关于硝化细菌的培养条件的描述正确的是（    ） A．碳源为葡萄糖 B．培养时需隔绝空气 C．氮源是氨气 D．培养时需冷藏 必会知识四 光合作用的应用 1．光合作用强度 （1）概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 （2）表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 2．探究光照强度对光合作用强度的影响 （1）实验原理：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。在一定范围内，光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 （2）实验中变量分析 自变量 不同光照强度 控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内叶片浮起的数量 对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 （3）步骤 ①取材：用直径为0.6cm的打孔器在生长旺盛的叶片上打出30片圆形小叶片（避开大的叶脉）。 ②抽气： 1）用注射器（内有清水、圆形小叶片）抽出叶片内气体。 2）处理过的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 ③光照： 1）向3只盛有富含CO2清水的小烧杯中各放10片小叶片。 2）将3只烧杯分别置于强、中、弱三种光照下。 ④观察并记录：同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。 （4）实验结果：在一定范围内，光照越强，烧杯内单位时间内浮起的圆形小叶片越多。 （5）实验结论：在一定光照强度范围内，随着光照强度增强，光合作用强度也增强（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）。 【易错提醒】 （1）叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面地认为只是光合作用产生了O2。 （2）打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 （3）为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。 [例1]在长期的农业生产和生活实践中，劳动人民积累了丰富的田间管理经验和生活经验，如间作（同一生长期内，在同一块田地上间隔种植两种作物）、套种（一年内在同一块田地上先后种植两种作物）和轮作（在不同年份将不同作物按一定顺序轮流种植于同一块田地上）等，通过这些农业管理方式，可以有效利用土地资源，提高农作物的产量和品质。下列相关叙述错误的是（　　） A．农业上采用轮作的方式可提高土壤中养分的利用率，减少病虫害发生 B．间作、套种都利用不同作物之间的互补效应来提高光能的利用率 C．“玉米带大豆，十年九不漏”，不同作物可通过间作提高产量 D．合理轮作、合理密植分别通过增加作物密度和调整种植顺序来提高产量 [例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适时排水，即水稻生长过程中，通过排放田间水，清除积水 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中耕松土，即作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土 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均与调节作物根系呼吸作用的强度有关 B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗 C．措施②⑤⑥的直接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 [例3]农谚是指有关农业生产的谚语，是农民在长期生产实践里总结出来的经验，其中蕴藏着丰富的生物学原理。下列分析错误的是（　　） A．要想多打粮，苞谷绿豆种两样——通过间作套种的方式，提高光能利用率 B．锄头底下出黄金——通过除草、松土等农活，促进作物生长，最终实现粮食丰产 C．麻黄种麦，麦黄种麻——按照物候规律安排作物轮作，以实现对土地资源的充分利用 D．芝麻头上两瓣叶，只怕深来不怕浅——芝麻播种要深，以满足种子萌发中对氧气的需求 难点知识一 光合作用原理的探索过程 时间/发现者 内容 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年鲁宾、卡门 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水（提醒：18O无放射性） 1954年阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随 【注意】 （1）用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 （2）希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？能说明，希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料—CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成直接关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 命题角度1 光合作用原理的探索过程 实验是生物学研究的重要手段，对以下光合作用的部分探究实验分析正确的是（    ） 实验名称 实验材料、操作或现象 分析、结果或条件 A 绿叶中色素的提取和分离实验 过滤收集滤液时放一块单层尼龙布 过滤不用滤纸和纱布是因滤纸会吸附色素 B 恩格尔曼的水绵实验 制临时装片：水绵+需氧细菌，装片需先置于有空气的黑暗环境中 恩格尔曼第二个实验发现需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 C 希尔的离体叶绿体悬浮液实验 在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有和） 希尔反应证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应 D 鲁宾和卡门的同位素示踪实验 对照组是和 实验组是和 该实验需要在适宜的光照和温度条件下进行 A．A B．B C．C D．D 科学发现的过程蕴含严谨的逻辑与方法。下列关于光合作用探索历程的叙述，正确的是（　　） A．希尔发现在含水和CO2的离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，光照下可释放O2 B．阿尔农发现光照下ATP合成总是与水的光解相伴随 C．鲁宾和卡门用放射性同位素示踪法，证明光合作用释放的氧气来自水 D．恩格尔曼用水绵和乳酸菌进行实验，证明叶绿体释放氧气 难点知识二 光合作用的过程 1．光合作用的过程 2．光反应和暗反应的区别与联系 光反应 暗反应 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： ②ATP的合成： ③NADPH的合成： ①CO2的固定： ②C3的还原： 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 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。 可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化和物质变化密不可分 【注意】 （1）水分解为O2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的中文名称叫还原型辅酶Ⅱ，其作用是NADPH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。 （2）C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）。 （3）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。 （4）叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。 （5）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既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。 （6）供氢：NADPH。 （7）供能：ATP和NADPH。 3．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 （1）“过程法”分析各物质变化 如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： 在以上各物质的含量变化中，C3和C5含量的变化是相反的，若C3含量增加，则C5含量减少；[H]、ATP和C5的含量变化是一致的，都增加，或都减少。 （2）模型法表示C3和C5等物质含量变化 ①以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。 ②以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，NADPH和ATP含量变化是一致的。 ③起始值C3高于C5（约为其2倍）。 （3）小结 C3（三碳化合物） C5（五碳化合物） 光照强→弱，CO2供应不变 升高 下降 光照弱→强，CO2供应不变 下降 升高 光照不变，减少CO2供应 下降 上升 光照不变，增加CO2供应 上升 下降 命题角度1 光合作用的过程 如图为某高等植物光合作用的卡尔文循环示意图。下列有关叙述正确的是（　　） A．1个①与1分子的CO2结合直接形成2个3-磷酸甘油酸 B．③可用于光合作用的光反应阶段再生成② C．若卡尔文循环外出现1分子的④，则需要进行6轮卡尔文循环 D．图中的④多数被运到叶绿体外，并且转变成淀粉 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用的过程十分复杂，它包括一系列的化学反应，下列有关光合作用过程的叙述，正确的是（　　） A．光反应产生的NADPH既作还原剂又储存部分能量，供暗反应利用 B．暗反应阶段有没有光都能进行，夜间没有光反应但仍能进行暗反应 C．光反应只能在叶绿体内膜上进行，暗反应只能在叶绿体基质中进行 D．CO2被C3固定形成C5，C5又可以形成C3的过程也称为卡尔文循环 命题角度2 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 科研人员对绿色植物光暗转换过程中的适应机制进行研究。测定绿色植物由黑暗到光照的过程中CO2吸收速率（μmol·m-2·s-1）和光反应相对速率（μmol·m-2·s-1）的变化，结果如图。下列叙述正确的是（　　） A．黑暗时植株的CO2吸收速率为-0.1μmol·m-2·s-1，与线粒体内膜产生CO2有关 B．由黑暗转变为光照条件后，叶肉细胞中三碳化合物的量会增加 C．光照0~0.5 min光反应相对速率下降，与暗反应激活延迟导致 NADPH和 ATP积累有关 D．光照2min后，光反应和暗反应速率均稳定，暗反应速率大于光反应速率 某研究团队在不同CO2浓度下测定某种植物光合速率变化，发现当CO2浓度从0升至500ppm时，光合速率显著上升，但超过800ppm后增速趋缓。下列解释最合理的是（　　） A．气孔导度限制导致CO2吸收受阻 B．高浓度CO2导致叶绿体膜结构损伤 C．CO2诱发暗反应关键酶基因发生突变 D．光合色素在高CO2下发生不可逆光解 难点知识三 光合作用和化能合成作用比较 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 命题角度1 光合作用和化能合成作用比较 硝化细菌没有叶绿素，其利用无机物合成糖类的过程与光合作用的最主要的区别是（　　） A．能否利用水 B．是否为自养生物 C．能否利用光能 D．能否利用二氧化碳 某种光合细菌能利用光能进行光合作用，其参与光合作用的物质不是水，而是H2S。该种光合细菌和硝化细菌都能利用某种形式的能量合成有机物。下列有关说法正确的是（    ） A．该种光合细菌进行光合作用时不能产生氧气 B．该种光合细菌和硝化细菌合成有机物的能量形式相同 C．这两种细菌都含有光合色素 D．硝化细菌可以将NH3和O2转化成有机物 难点知识四 光合作用强度影响的因素 1．内部因素 （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 （提醒：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。） （3）植物叶面积指数 ①A点前：随叶面积指数增大，光合速率增大。 ②A点后：虽然总光合量上升，但因呼吸量上升更快，导致干物质量下降。 应用：适当摘除林冠下层叶；合理密植，增加光合面积。 2．外部环境因素 （1）光照强度：光照强度通过影响光反应速率，影响ATP及[H]的产生速率，进而影响暗反应速率。 ①A—细胞呼吸强度，B—光补偿点，（提醒：C点不是光饱和点）； ②AC段，光合作用速率随光照强度的增加而增加； ③C点后光合作用速率不再随光照强度的增加而变化； ④阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示。 应用：温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；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）温度：温度通过影响酶的活性进而影响光合作用速率(主要是暗反应) ①B点对应的温度为最适生长温度； ②AB段，随温度升高光合作用速率升高； ③BC段，随温度升高光合作用速率降低。 应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 （3）CO2浓度：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成 ①图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度 ②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。 （4）水分水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。 ①图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。 ②图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应。 应用：根据作物的需水规律，合理灌溉 （5）矿质元素：矿质离子影响与光合作用有关的色素、酶、膜结构的形成。 ①OA段，随CO2矿质离子浓度的增加光合作用速率升高； ②B点后，随矿质离子浓度的增加光合作用速率下降(细胞失水)； 应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用效率。 3．多因素对光合速率影响的分析 多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析如图所示，P点前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因子，要想继续提高光合速率，可适当提高图示中的其他因子的强度。PQ间的主要因素有两个：一是横坐标表示的因素，二是多条曲线上标注的因素。 表面上看这类题目很复杂，但在解答这类试题时，仍然是依据单一变量原则，每次只分析一个自变量的变化对实验结果的影响。 命题角度1 光合作用强度影响的因素——植物自身的遗传特性 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。下列叙述不正确的是（    ） A．光照强度为a时，光照12小时，人参干重不变，红松干重减少 B．光照强度在b点之后，限制人参P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度 C．A、B两种植物单独种植时，若种植密度过大，则净光合速率下降幅度较大的是植物A D．若适当增加土壤中无机盐镁的含量，一段时间后B植物的a点右移 命题角度2 光合作用强度影响的因素——植物叶面积指数 叶面积系数是指单位土地面积上的叶面积总和，它与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图1所示。图2为来自树冠不同层的甲、乙两种叶片的净光合速率变化图解。下列说法正确的是（　　） A．0~a段群体光合作用速率和干物质积累速率均增加 B．a-b段群体光合速率增加量大于群体呼吸速率增加量 C．c点时甲、乙两种叶片固定CO2的速率相同 D．乙净光合速率最大时所需光照强度低于甲，可判断乙叶片来自树冠上层 命题角度3 光合作用强度影响的因素——植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 某兴趣小组为“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”，实验后得到如图的结果。下列正确的是（　　） A．可用无水乙醇来提取和分离叶片中的光合色素 B．为了使绿叶研磨得更充分，应加入少许的碳酸钙 C．相同光照强度下，嫩叶与老叶吸收的光能相同 D．老叶变黄可能是因为酶活性下降影响叶绿素的合成 命题角度4 光合作用强度影响的因素——光照 在最适温度下，研究人员测得的某植物叶肉细胞光合速率随光照强度的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．若适当升高温度重新进行测定，d点将下移 B．c点光照强度下该植物光合速率和呼吸速率相等 C．限制de段的主要环境因素可能是CO2浓度和光照强度 D．一天光照12h，该叶肉细胞一昼夜积累的有机物量为0 命题角度5 光合作用强度影响的因素——温度 下图表示温度对大棚内栽培豌豆光合作用和呼吸作用的影响，下列叙述错误的是（　　） A．5℃时呼吸酶的酶活性会被抑制，导致黑暗中豌豆的耗氧速率较低 B．若实验对象改为缺 Mg豌豆，则光照下的最大放氧速率会推迟出现 C．35 ℃时豌豆叶肉细胞中产生水和ATP 的细胞器有线粒体和叶绿体 D．40 ℃时豌豆的光合作用强度>呼吸作用强度，仍需从外界吸收CO2 命题角度6 光合作用强度影响的因素——CO2 在恒温环境中测定的某植株CO2吸收量与外界CO2浓度的关系如下图所示。下列叙述正确的是（    ） A．外界CO2浓度为E时，CO2的固定量为8mg·m-2·h-1 B．低浓度CO2下不进行光合作用可能与相关酶活性降低有关 C．C点时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率 D．外界CO2浓度A时，植物叶肉细胞仅通过线粒体产生ATP 命题角度7 光合作用强度影响的因素——多因素 某植物在低温环境下净光合速率（净光合速率=实际光合速率-呼吸速率）的变化趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述，错误的是（　　） A．当CO2浓度为a时，高光强下，该植物叶肉细胞中光合作用速率大于呼吸作用速率 B．当环境中CO2浓度小于a时，图示3种光强下，该植物叶肉细胞中CO2的运动方向是由线粒体到叶绿体 C．CO2浓度大于c时，要进一步提高B和C的光合速率，除图中涉及的因素外还可以适当提高温度 D．当CO2浓度为c时，光强由A变为B此时叶肉细胞叶绿体内C3化合物生成速率降低 某生物兴趣小组将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以LED灯作为光源，移动LED灯调节其与大试管的距离，分别在10℃、20℃和30℃下进行实验，观察并记录单位时间内不同距离下枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A．B点条件下伊乐藻能进行光合作用 B．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响 C．若在缺镁的培养液中进行此实验，则B点向右移动 D．A点和C点的限制因素分别为温度和光照强度 命题角度8 光合作用强度影响的因素——综合 植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。 (1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，主要目的是 ；除通气外，还需更换营养液，其主要原因是 (答出1点即可)。 (2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是 。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在 点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，请提出一条提高CO2浓度具体的措施： 。 (3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度 (填“高”、“低”或“相同”)；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量减少，判断的依据是 。 温室作物栽培可用于探索植物的最适生长条件，以达到产量最大化的目的。科学家以甲品种南瓜为对象进行研究，获得了如图所示数据信息，回答下列问题： 图①：甲品种南瓜在温度适宜，不同CO2浓度条件下光合速率随光照强度的变化曲线。 图②：甲品种南瓜在温度适宜的封闭温室中，改变光照强度后测定单位时间内植株的气体释放量。 (1)由图①可知，甲品种南瓜在不同CO2浓度条件下的光饱和点 （填“相同”或“不同”），限制图①中C点光合作用强度的环境因素有 。（答2点） (2)选用CO2浓度为1.2%的条件，给予图①中E点对应的光照强度进行短时照射，该时段内检测到O2的产生速率持续增加，但暗反应速率上升到一定程度后维持稳定，限制暗反应速率上升的因素主要是 （答出2点即可）。 (3)根据图②曲线判断，下列说法错误的是 （多选）。 A．光照强度为c和e时，南瓜释放的气体量相同，种类不同 B．光照强度由d→c时，南瓜叶肉细胞中C3/C5变大 C．光照强度为d时，南瓜叶肉细胞在单位时间内O2的产生量等于消耗量 D．光照强度为e时，单位时间内南瓜光合作用产生O2的量为（n-m）μmol (4)科研人员还对不同品种南瓜的光合产物的输出率以及分配比例进行了相关探究，实验中向甲、乙两品种的南瓜提供14C标记的CO2，得到下表数据： 季节 品种 14C光合产物在植株各部分的分配 14C光合产物输出率/% 瓜/% 茎/% 根/% 春季 甲 18.22 1.78 9.66 1.53 乙 30.42 2.98 16.8 4.11 夏季 甲 45.99 33.95 7.78 1.88 乙 40.17 20.03 11.68 2.71 为使产量最大化，农民在春季和夏季应分别种植品种 的南瓜，依据是 。 难点知识五 “三率”的关系及测定 1．微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 2．光合速率与呼吸速率的常用表示方法及判定 项目 含义 表示方法（单位面积的叶片在单位时间内的变化量） O2 CO2 有机物 真正光合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2量 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物产生（制造、生成）速率 净光合速率 植物有机物的积累速率 植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率 有机物积累速率 呼吸速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 3．内在联系：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 （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。（提醒：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表呼吸速率） （2）净光合速率：植物绿色组织在光照条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积CO2的吸收量或O2的释放量。（提醒：当光照强度不为0时，若CO2吸收或释放值曲线代表净光合速率变化曲线） 4．“三率”图示模型 (1)“三率”的表示方法 ①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。 ②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应的CO2量，也称为表观光合速率。 ③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量，也称为总光合速率或实际光合速率。 (2)图2中曲线 Ⅰ 表示真正光合量，曲线 Ⅲ 表示呼吸量，曲线 Ⅱ 表示净光合量。交点D对应E点，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。 (3)图3中曲线c表示净光合速率，曲线d表示呼吸速率，c＋d表示真正光合速率。在G点时，真正光合速率是呼吸速率的2倍。 5．光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 （1）图1的B点、图2的B′C′段形成的原因：凌晨约2时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少。 （2）图1的C点、图2的C′点：此时开始出现光照，光合作用启动。 （3）图1的D点、图2的D′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。 （4）图1的E点、图2的F′G′段形成的原因：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应不足，出现“光合午休”现象。 （5）图1的F点、图2的H′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后光合作用强度小于细胞呼吸强度。 （6）图1的G点、图2的I′点：此时光照强度降为0，光合作用停止。 （7）图2 所示一昼夜密闭容器中植物能(填“能”或“不能”)正常生长，原因是J′点低于A′点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合作用量大于总细胞呼吸量。 6．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 （1）装置液滴移动法 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。 （2）半叶法 ①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（可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤）阻止物质转移。在适宜光照下照射6h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。 ②计算：设被截取部分初始干重为M。 1）被截取部分的呼吸速率＝（M－MA）/6。 2）被截取部分的净光合速率＝（MB－M）/6。 3）被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝（MB－MA）/6。 （3）叶圆片称重法 测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）。 ①净光合速率＝（z－y）/2S； ②呼吸速率＝（x－y）/2S； ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/2S。 （4）黑白瓶法 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。 （5）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，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，暗反应会限制光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔时会利用光照时积累的光反应的产物，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。 （6）叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率 ①实验原理 ②实验装置分析 1）自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 2）中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。 3）因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量（或浮起相同数量的叶片所用的时间长短）来衡量光合作用的强弱。 命题角度1 “三率”的关系 将某种大小相同的绿色植物叶片在不同温度下分别暗处理1h，测其重量变化，立即光照1h再测其重量变化，结果如下表，分析表中数据可判定（    ） 组别 1 2 3 4 温度（℃） 25 27 29 31 暗处理后重量变化（mg） -1 -2 -3 -1 光照后与暗处理前重量变化（mg） +3 +3 +3 +1 A．光照的1h内，第4组合成葡萄糖总量为2mg B．光照的1h内，第1、2、3组释放的氧气量相等 C．光照的1h内，四组光合强度均大于呼吸强度 D．本实验中呼吸作用酶的适宜温度是25℃ 研究温度对植株生长的影响，可帮助农民增产、增收。在自然条件下，科研人员测得某农业大棚中某植株叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。下列相关分析错误的是（　　） A．温度为a和c时，叶片有机物积累速率不相等 B．温度超过b时，可能部分气孔关闭使光合速率降低 C．光合速率和呼吸速率的差值大有利于光合产物的积累 D．温度为d时，该植株的干重保持不变 命题角度2 “三率”图示模型 在最适温度下，研究人员测得的某植物叶肉细胞光合速率随光照强度的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．若适当升高温度重新进行测定，d点将下移 B．c点光照强度下该植物光合速率和呼吸速率相等 C．限制de段的主要环境因素可能是CO2浓度和光照强度 D．一天光照12h，该叶肉细胞一昼夜积累的有机物量为0 植物的叶面积指数与植物的产量关系密切（叶面积指数是指植物叶面积和地表面积的比值），据下图分析下列说法错误的是（    ） A．干物质产量低于光合作用实际量是由于呼吸作用消耗了部分有机物 B．当叶面积指数为0～6时，干物质产量增加的原因是由于光合作用强度大于呼吸作用强度 C．图中b曲线表示植物呼吸量与叶面积指数的关系 D．当叶面积指数大于6时，干物质产量下降是受光合作用光反应阶段的影响 命题角度3 光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率（Pn）日变化情况，并将检测结果绘制成图。下列相关说法错误的是（　　） A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因 B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭 C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱 D．适时浇水、增施农家肥是提高大棚作物产量的重要措施 下图是研究水稻在晴朗的夏季光合作用与细胞呼吸两种变化曲线。据图分析，下列叙述正确的是（　　） A．图1的G点、图2的I'点，此时光照强度降为0，光合作用停止，净光合速率为0 B．影响图1的B点、图2的B'C'段变化的原因是温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少 C．图2中与18：00相比，12：00时C3的合成速率较慢 D．图1的光合作用起始于D点，结束于F点 命题角度4 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 如图是某同学为了测定某光照强度下，苦荬菜的净光合作用强度而设计的实验装置。其中A装置中为生理状态正常的苦荬菜植株，B为A的校正装置。实验进行30分钟后，记录到A装置中的红色液滴向右移动4cm，B装置中的红色液滴向右移动0.5cm。若红色液滴每移动lcm，苦荬菜内葡萄糖增加或减少1g，对实验过程中装置条件及结果推测的叙述中，正确的是（　　） A．A、B装置烧杯中溶液分别为NaOH溶液、NaHCO3溶液 B．分析实验数据可知，装置A中苦荬菜的净光合速率是7g/h C．B装置为排除物理因素的影响，应放置生理状态相同的苦荬菜植株 D．若A装置中的溶液为NaOH溶液并遮光处理，一段时间后液滴向右移动 某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其它生物)如下表，以下说法错误的是（    ） 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) -7 +0 +6 +8 +10 +10 黑瓶溶氧量(mg/L) -7 -7 - 7 -7 -7 A．可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率 B．该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长 C．可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率 D．白瓶中光照强度为d时，只降低CO2浓度，短时间内叶肉细胞中C5化合物含量减少 图甲是某生物小组以番茄为材料探究 浓度对光合作用强度影响所做的实验，该小组又将对称叶片左侧遮光右侧曝光（图乙），并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移，在适宜光照下照射12小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重分别记为a和b（单位：g）。下列说法正确的是（    ） A．根据图甲的材料及装置，该实验的因变量可以是上浮叶片的数量 B．图甲实验随着溶液浓度的增大，光合速率随之不断增大 C．图甲装置的溶液换成NaOH溶液也可以探究光照强度对光合速率的影响 D．图乙12小时后测得b—a的量表示右侧截取部分有机物的产生量 采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，其原理是：将对称叶片的一部分A遮光，另一部分B不做处理（如图），并采用适当的方法阻止两部分的物质转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取相等面积的叶片（图中虚线所示），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作用强度，其单位是mg/（dm2·h）。若M=MB－MA，则M表示（    ） A．B叶片被截取部分在6小时内有机物净积累总量 B．B叶片被截取部分在6小时内细胞呼吸消耗的有机物总量 C．B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量 D．A叶片被截取部分在6小时内细胞呼吸消耗的有机物总量 难点知识五 光合作用“关键点”的移动 1．模型构建 2．模型判断 据图可知，OA表示呼吸作用释放的CO2量，由CO2(光)补偿点到CO2(光)饱和点围成的△BCD的面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用的某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。具体分析如下表所示： 条件改变 △BCD面积 CO2(光)补偿点 CO2(光)饱和点 适当提高温度 减少 右移 左移 适当增大光照强度 (CO2浓度) 增加 左移 右移 适当减少光照强度 (CO2浓度) 减少 右移 左移 植物缺少Mg元素 减少 右移 左移 （提醒：适当提高温度指在最适光合作用温度的基础上；光照强度或CO2浓度的改变均在饱和点之前。） 命题角度1 光合作用“关键点”的移动 下图是在较低浓度的CO2和适宜温度条件下，某植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线。下列叙述不正确的是（　　） A．该植物的呼吸速率为每小时释放CO2 5mg/dm2 B．图中b点为光补偿点，d点为光饱和点 C．在光照强度为25Klx条件下光照1小时，该植物10dm2叶片面积上叶绿体吸收的CO2为200mg D．适当增加CO2浓度，光补偿点左移动，光饱和点右移 把正常生长的植物，放在缺镁培养液中，光补偿点移动情况是（    ） A．向左移 B．向右移 C．不移动 D．向上移 难点知识五 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 1．C4植物和CAM植物 （1）C4植物 ①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 ②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为CO2→C4→CO2→C3→（CH2O）。 ③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。　　　 （2）景天科植物（CAM植物） ①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中（从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降）。 ②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以再还原成三碳糖，最后合成淀粉（从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升）。 ③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 ④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 （3）C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 ①比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 1）相同点：都对CO2进行了两次固定； 2）不同点：C4植物两次固定CO2在空间上错开；CAM植物两次固定CO2在时间上错开。 ②比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 2．光系统及电子传递链 （1）光系统 ①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子（e－），光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 ②电子传递过程是高电势到低电势（由于光能的作用），释放的能量将质子（H＋）逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入到类囊体腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。 ③类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度运输产生的分子势能来合成ATP。 ④图示过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要光，电子供体是H2O，电子受体是NADP＋。 （2）电子传递链和氧化磷酸化 ①发生在线粒体的内膜上，不需要光，电子供体是NADH，电子受体是O2。 ②通过ATP合成酶把ADP磷酸化为ATP。电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。 3．光呼吸和光抑制 （1）光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： ①发生条件 1）干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。 2）Rubisco具有两面性(或双功能)。 ②发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 ③不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 ④有利影响 1）光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的一条代谢途径； 2）在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 ⑤二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。 ⑥光呼吸与细胞呼吸的区别 1）反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 2）产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 （2）光抑制 ①概念：植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。 ②光抑制机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。 4．光合产物及运输 （1）磷酸丙糖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。 （2）光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。 命题角度1 C4植物、CAM植物 CAM（景天科）植物的气孔在夜间开放吸收CO2，白天关闭。下图为某CAM（景天科）植物叶肉细胞部分代谢过程示意图。下列叙述正确的是（    ） A．由图可知，CAM植物白天和晚上均进行光合作用 B．图中C可能是丙酮酸，RuBP存在于叶绿体的基质中 C．CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是线粒体基质 D．晚上CAM植物将CO2以苹果酸的形式储存在叶绿体和液泡中 玉米称为C4植物，其光合作用的暗反应过程如图所示，酶1为PEP羧化酶，可固定低浓度的CO2形成C4，酶2为RuBP羧化酶。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C4的过程，固定CO2的能力较C4植物弱，称为C3植物。下列说法错误的是（    ） A．酶1固定CO2的能力比酶2强 B．叶肉细胞中固定光能的色素位于类囊体薄膜上 C．酶1和酶2能催化同一个化学反应，但效率不同 D．与小麦相比，玉米更能适应高温、干旱的环境 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）。 命题角度2 光呼吸 大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种Rubisco酶，参与卡尔文循环和光呼吸，Rubisco酶对CO2和O2都有亲和力。在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，催化RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，催化RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A．大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体 B．光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中 C．有氧呼吸和光呼吸均产生ATP D．干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低 Rubisco是一个双功能酶，具有催化羧化反应和加氧反应两种功能。RuBP 与O2结合后形成一种氧合产物，产生光呼吸，导致碳的流失，从而降低植物的光合作用。科学家研究发现，甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞中的叶绿体会相互合作，叶肉细胞中存在 PEP 羧化酶，其与CO2的亲和力是 Rubisco 的 60 倍，能有效降低光呼吸，提高光合作用效率。图1为光合作用过程中部分物质的代谢关系，图2为甘蔗、玉米光合作用中碳同化反应的示意图。请回答下列问题： (1)当CO2浓度较高时，Rubisco在 （填场所）中催化 与CO2结合形成C3，部分产物经光反应为其提供 形成（CH2O），这一过程中能量转换是 。当O2浓度较高时，RuBP和O2结合形成C3（PGA）和 。 (2)从图2可看出，PEP羧化酶能使 Rubisco 周围CO2浓度提高20-120倍之多的原因是 。这有利于热带植物在关闭气孔，空气中的二氧化碳不易进入细胞时，维管束鞘细胞仍能进行CO2的固定，此时CO2的来源有 。 (3)据下图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于 不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。 命题角度3 光抑制 在强光下自然光合系统中光反应与暗反应不匹配，类囊体膜上产生大量过剩的还原力，诱发光抑制，科研人员通过向小球藻的培养液中添加人工电子梭（具有导出电子的作用），显著增强了小球藻在强光下的放氧能力，在一定范围内，这种增强效果随光强的升高而越发显著，光饱和点最大可提高7.1倍。下列相关说法正确的是（　　） A．叶绿体具有双层生物膜，光系统位于内膜上 B．在强光下，光反应产生的NADPH只有部分用于固定二氧化碳 C．研究可知，强光下的光抑制可能是由于光合电子未能及时导出导致的 D．在添加人工电子梭之后，小球藻的最大光合作用速率可提升7倍以上 植物光合作用过程中的电子传递过程主要由光系统等光合复合体完成，当光照强度过强时，电子积累过多，会产生活性氧，如超氧阴离子自由基等，引起光抑制现象。研究人员在微藻培养液中加入铁氰化钾，可将电子及时导出。部分过程如图所示。 (1)图中光系统由 和蛋白质构成，能吸收及转化光能。正常条件下，光反应产生的电子（e⁻）经过传递，最终受体为 。 (2)图示过程为卡尔文循环中 提供了物质和能量。当其他条件不变，转为强光照射时，短时间内微藻叶绿体中NADP+的含量 （填“升高”“下降”或“基本不变”）。 (3)强光条件下培养一段时间后检测发现，微藻放氧量下降，原因是光系统产生活性氧攻击类囊体膜上的 ，使类囊体膜和光系统受到破坏。加入铁氰化钾后微藻放氧能力提高的原因是 。 命题角度4 电子传递链和氧化磷酸化 呼吸电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列呼吸电子传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”，该过程偶联ATP合成的过程，称为氧化磷酸化，如图所示。下列说法错误的是（    ） A．图示的过程发生在有氧呼吸的第二阶段 B．NADH中的能量可通过H+的电化学势能转移到ATP中 C．细胞中，只有线粒体基质中可以产生NADH D．H+借助F0和F1，以主动运输的方式进入膜内 细胞内合成ATP的方式分为氧化磷酸化和底物水平磷酸化。化学渗透假说认为，氧化磷酸化是通过电子传递链建立膜两侧的 H+浓度差，H+经H+通道运输时，H+的势能被转换为合成ATP所需的能量，如图1所示。图2是发生在小麦叶绿体内的光反应机制，回答下列问题： (1)由图1可知，H+通过ATP合酶中的H+通道的运输方式属于 ，叶绿体类囊体腔内 pH （填“高于”或“低于”）叶绿体基质。氧化磷酸化还可以发生在细胞的 中。 (2)图2中，H2O光解会产生电子，电子传递链的最终受体是 。若适当提高CO₂的含量，电子传递速度短时间内会 （填“加快”或“减慢”）。 (3)设计实验验证“叶绿体在光下利用 ADP和 Pi合成ATP的动力直接来源于类囊体膜两侧的H⁺浓度差”，请补充实验思路和预期实验结果（备选试剂和材料：pH为4的缓冲液，pH为8的缓冲液，叶绿体类囊体，ADP， Pi等）。实验思路： ①向 pH为4的缓冲液中加入叶绿体类囊体，待类囊体膜内外pH平衡后，均分为两组； ②实验组： ； ③对照组： 。 两组条件相同且适宜，一段时间后，检测两组中ATP 的生成情况。 预期实验结果： 。 难点知识五 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 1．图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系 2．光合作用与细胞呼吸的比较 比较项目 光合作用 呼吸作用 发生范围 含叶绿体的植物细胞；光合细菌（如蓝细菌）等 所有活细胞 发生场所 叶绿体（真核生物）细胞质（原核生物） 真核细胞：有氧呼吸为细胞质基质、线粒体；无氧呼吸为细胞质基质 原核细胞：细胞质基质和细胞膜 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 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 化学能→ATP中活跃的化学能、热能 实质 无机物有机物；储存能量 有机物无机物（或简单有机物）；释放能量 能量转化的联系 元素转移的联系 C：CO2（CH2O）丙酮酸CO2 O：H2OO2H2O H：H2OH＋―→NADPH（CH2O）[H]H2O 过程联系 命题角度1 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 如图所示为甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是（    ） A．过程A中类胡萝卜素吸收的紫外光可为ATP的合成提供能量 B．过程A产生的ATP和NADPH可用于B过程中CO2的固定 C．突然停止光照或提高CO2浓度均可使④的含量在短时间内增加 D．过程B发生在叶绿体基质中，过程C和过程D均会产生ATP 在植物叶肉细胞中会同时进行光合作用和呼吸作用两种生理过程，下面是相关物质变化示意图，其中A~E为生理过程，请回答： (1)上述A~E过程中，能够产生ATP的过程是 （填字母），B过程中突然减少CO2的供应，C₅的含量短时间内将 （填“上升”、“下降”、“不变”），黑暗条件下，能产生[H]的场所是 ，若该细胞为植物根细胞，可进行的过程是 （填字母）。 (2)过程A发生的场所是 ，过程A为过程B提供的物质有 和 。标记的14CO2在 （填场所）被C5固定后才能被还原。 (3)有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是 （填字母），该阶段反应发生的场所是 ；细胞呼吸生成的[H]指的是 。 如图甲是番茄植株内某些生理过程（a～h代表物质，①～⑤代表反应过程）。图乙为科研人员在不同条件下测定了番茄植株的净光合速率（用CO2的吸收速率表示）并绘制其变化曲线。回答下列问题： (1)图甲中①反应的场所为 ，b代表 ，f代表 。 (2)图甲①～⑤代表的反应过程中，ATP合成发生在 （填序号）。 (3)图乙中，CO2浓度小于a时，图示的两种光强下番茄植株呼吸作用产生的CO2 （填“大于”或“等于”或“小于”）光合作用固定的CO2量，A点时限制其光合速率的环境因素主要是 。高光强条件下，CO2浓度为c和b时光合速率差值较大，而弱光强条件下这种差值明显缩小，从光合作用过程的角度分析原因是 。 1．光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量（盐胁迫）下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示（光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度）。下列叙述错误的是（    ） A．选用①③④组可以探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响 B．提高本实验环境中浓度会导致各组光补偿点降低 C．在光照强度达到光补偿点之前（消耗量与光照强度视为正比关系），③组的总光合速率始终小于④组的总光合速率 D．分析①③组，盐胁迫对光合作用的抑制程度小于对呼吸作用的抑制程度 2．科研人员将一盆绿萝放在透明且密闭的容器内，并在一定条件下培养，在不同温度下分别测定其黑暗条件下的CO₂释放量和适宜光照下CO₂吸收量并绘制曲线如图所示，图2表示绿萝叶肉细胞内的线粒体和叶绿体的关系。据图分析，正确的是（    ） A．24℃适宜光照条件下，绿萝的CO₂固定速率会大于60mol/s B．在29℃时，绿萝的呼吸速率等于光合速率 C．植株的CO₂吸收速率为零时，其叶肉细胞的状态如图2中③所示 D．在29℃且每天光照10小时的环境中，植株不能积累有机物 3．为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸入H216O后，放于氧气置换为18O2的密闭装置中，18O2浓度设正常（21%）和低氧（2%）两个水平，测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中，净光合速率＝光合作用速率－呼吸作用速率。结果如下，下列分析错误的是： A．当净光合速率为0时，叶片非绿色部位线粒体消耗的氧气只有18O2 B．低氧下，500μmolPAR/（m2·s）光照强度下，叶片光合作用速率为10.7μmol/（m2·s） C．高氧环境在光照较强时有助于光合速率的增高，可能与此时呼吸作用更强有关 D．实验结果说明白天正常氧，夜间低氧最有利于糖积累 4．呼吸作用和光合作用是生物能量转换的核心生理过程，在线粒体和叶绿体的生物膜上都存在一系列电子载体(传递电子)组成的电子传递链，电子传递过程中释放的能量用于运输H+从而建立起跨膜的 H+浓度梯度，膜两侧的 H+浓度梯度驱动 ATP 合酶合成 ATP，相关过程如图，关于呼吸、光合的电子传递链，下列说法正确的是（    ） A．图 1、2 的生物膜分别是线粒体内膜、叶绿体内膜 B．图 1 和图 2 的最终电子受体分别为 O2、NADP+ C．图示两过程均发生化学能转换为电能 D．合成的 ATP 均能用于生物体的各项生命活动 5．将某绿色蔬菜放置在密闭、黑暗的容器中，一段时间内分别测定了其中 O2、CO2相对含量数 据见下表， 下列分析正确的是（　　） 0min 5min 10min 15min 20min 25min CO2相对含量 1 4 5.6 6.7 7.7 9.1 O2相对含量 20 17 15.8 15 14.6 14.4 A．随着氧气含量降低，第 5min 开始装置中的植物进行无氧呼吸产生了乳酸和 CO2 B．有氧呼吸过程中葡萄糖中的能量大部分储存在 ATP 中 C．0~5min 植物进行有氧呼吸，NADH 的产生、消耗过程都伴随着产生 ATP D．若在 10min 给予植物适宜光照， 则装置中 CO2 含量会一直下降 6．光补偿点为植物的光合速率等于呼吸速率时对应的光照强度；光饱和点为植物的光合速率刚达到最大时对应的光照强度。在一定浓度的CO2、适宜温度及不同光照条件下，科研人员测得甲、乙两种水稻的光合速率变化情况如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．光照强度为1千勒克司时，甲、乙两种水稻的真正光合速率相等 B．未达到各自光饱和点时，影响甲、乙水稻的光合速率的主要因素是CO2浓度 C．在各自光补偿点时，甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量等于产生的CO2量 D．作物分层种植，适合将甲种植在下层，乙种植在上层，实现光能的分层利用 7．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，每日光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少 B．光照强度在d点之后，限制植物A的P/R值增大的主要外界因素是光照强度 C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等 D．若适当增加土壤中无机盐镁的含量，一段时间后B植物的a点左移 8．图1表示某生物细胞呼吸(以葡萄糖为底物)时气体交换相对值的情况，图2为密闭玻璃温室内某植物一昼夜CO2浓度的变化情况(整个过程呼吸速率恒定)下列叙述正确的是（　　） A．图1中若氧气浓度为a时，葡萄糖的能量大多都以热能形式散失 B．图1中若氧气浓度为b时，CO2释放量与O2吸收量的比为2：1，则该氧气浓度下无氧呼吸和有氧呼吸消耗葡萄糖的比为1：3 C．细胞呼吸除了能为生物体供能，它还是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽 D．图2中 ce段光合速率下降主要是因为玻璃温室内的CO2浓度下降 9．下图是菠菜叶肉细胞光合作用和呼吸作用的部分过程，a、b 代表气体。相关叙述正确的是（    ） A．物质 a、b 分别代表 CO₂和 O₂ B．过程②④都在生物膜上进行 C．过程③消耗的 ATP 可由过程①②④提供 D．只有在有光条件下过程①②③④才能同时进行 10．用某植物的叶片在不同温度条件下进行如下实验：先测量叶片单位面积干重，再暗处理 1h，再测其单位面积干重，随后立即用 8000 勒克斯光照 1h，最后再测其单位面积干重，结果如图所示。以下说法正确的是（　　） A．35℃时单位面积叶片 1h 光合作用制造的有机物的量与 30℃时相等 B．25℃时单位面积叶片 1h 光合作用积累的有机物的量与 35℃时相等 C．由图中数据可知，该植物叶片中与光合作用有关酶的最适温度更有可能低于 35℃ D．在全天恒温 5℃条件下，每日用 8000 勒克斯光照时间超过 6h，该植物即可正常生长 11．为研究光照强度对植物光合作用强度的影响，某学习小组设计实验装置如图甲所示（密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化）。将实验装置放置于室温一段时间后，测量小室中的气体释放量，改变光源距离，重复实验，得到实验结果如图乙所示。 下列叙述正确的是（    ） A．光源距离为b和d时，植物的光合速率相等 B．光源距离位于cd之间时，植物叶肉细胞的光合速率小于呼吸速率 C．光源距离小于c和大于c时释放的气体不同 D．光源距离为a时，限制光合速率的因素为光照强度 12．现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。实验结果如图所示，其中的绿藻质量为鲜重。下列说法错误的是（　　） A．由甲图可知，绿藻在低光强下比高光强下需吸收更多的Mg2+ B．由乙图可知，在实验温度范围内，高光强条件下光合速率并不是随着温度升高而升高 C．由乙图可知，在20℃下持续光照2h，高光强组比低光强组多吸收CO2150μmol·g-1 D．若细胞呼吸的耗氧速率为30μmol·g-1·h-1，则在30℃、高光强下每克绿藻每小时积累葡萄糖4.77g 13．当光照过强时，会引起植物光能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。植物具有多种光保护机制，主要包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制（NPQ）和 D1 蛋白周转依赖的 PSⅡ损伤修复机制。叶黄素循环是指依照光照条件的改变，植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化。光系统PSⅡ是一种光合色素和蛋白质的复合体，D1蛋白是PSⅡ的核心蛋白，铁氰化钾是能接收电子的人工电子梭，可有效解除植物的光抑制现象。据图回答下列问题： (1)据图1分析，光系统 PSⅡ分布在叶绿体的 上，电子的最初供体是 ，加入铁氰化钾后光抑制解除的机制是强光下生成 运输到细胞质基质，细胞膜上的 使其分解，同时把电子泵出细胞膜与铁氰化钾结合，从而消耗过多的电子，有效解除光抑制现象。 (2)图2为夏季白天对番茄光合作用相关指标的测量结果（Pn表示净光合速率，Fv /F m 表示光合色素对光能的转化效率），则在叶片内叶黄素总量基本保持不变的前提下，12~14 时，叶黄素种类发生了 （填“V→A→Z”或“Z→A→V”）的转化，该转化有利于防止光损伤。16 时以后，光照减弱，（A+Z）与（V十A十Z）的比值 （填“增大”或“减小”），光损伤减弱，损伤的光系统得以部分修复，F v /F m （填“升高”或“降低”）。 (3)研究发现过剩的光能会损伤D1蛋白进而影响植物的光合作用。研究人员对番茄进行亚高温强光（HH）处理，实验结果如图3所示。据图分析，HH 条件下，光合速率降低的原因不是气孔因素引起的（气孔限制因素—CO2供应不足；非气孔限制因素—CO2得不到充分利用），理由是 ，试推测光合速率降低可能的原因是 。 14．S基因的表达产物——S蛋白是位于植物保卫细胞膜上的阴离子通道蛋白，参与保卫细胞渗透压的调控（渗透压升高，气孔开度增大，相反则减小），它与R基因、H基因共同参与气孔的开闭。为探究高CO2浓度时气孔开度的调控机制，研究者利用野生型（WT）、S基因功能缺失体s、R基因功能缺失体r、H基因功能缺失体h及R/H双基因功能缺失体r/h进行了相关实验，结果如图。 (1)气孔开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、呼吸作用以及 等生理过程（答出1点即可）。 (2)据左图可知，当CO2浓度升高时，突变体s较WT的气孔开度下降较少，可促进其进行 阶段进而提高光合速率。由此推测CO2浓度升高时，S基因 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭。左图中 组相比，说明高CO2浓度时，H基因能抑制气孔关闭；h组与r/h组相比，说明高CO2浓度时，H基因功能缺失，R基因 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭的调控作用不能体现出来。 (3)右图为膜片钳记录的高CO2浓度下不同植株保卫细胞原生质体中阴离子外流电流情况（电流越强，阴离子外流越多），WT组存在明显的阴离子外流电流，s组几乎无外流电流，而r组的外流电流显著弱于WT组，请依据图推测R与S两基因的关系： 。 (4)综合以上分析，总结出高CO2浓度时S基因、R基因、H基因共同参与气孔开闭的机制，请在方框中填入合适的基因名称，在括号中选填“+”或“-”（“+”表示促进作用，“-”表示抑制作用），并完善流程图。    、 、 、 。 15．研究发现，西洋参适宜在土壤相对含水量为 60%~80%的环境下生长，在自然栽培下，干旱胁迫是影响其生长发育的重要因素。某西洋参种植基地的春季降水量偏少，为研究植物叶片光合作用对干旱胁迫的响应机制，有人通过盆栽西洋参植株模拟干旱胁迫进行相关实验，部分实验结果（单位已省略）见下表。回答下列问题： 干旱胁迫天数 0 2 4 6 8 10 12 呼吸速率 0.60 0.57 0.58 1.04 0.89 0.65 0.74 光饱和点 613.3 609.2 510.5 520.9 445.3 500.6 511.1 光补偿点 16.69 16.24 72.07 42.78 35.26 86.26 88.3 最大净光合速率 5.35 5.36 3.12 4.37 2.86 1.18 1.51 (1)在光补偿点时，西洋参叶肉细胞所固定的来自 ，此时产生 ATP 的膜结构有 。 (2)据表可知，对照组的处理是 。0~6 d内，西洋参植株叶片的光饱和点的变化趋势是 。 (3)为进一步研究干旱胁迫的影响，研究者测得如图所示的实验数据: ①据图可知，在干旱胁迫前6天，影响西洋参叶片净光合速率的因素为气孔因素，判断依据是 。 ②综合上述的研究结果，请你为该种植基地在春季种植西洋参植株提出合理的建议，并说明依据 。 16．为研究氮肥对高温胁迫下马铃薯光合作用的影响，研究人员构建了三个氮肥施用量和两个温度条件下的试验体系，在开花后40天测定相关指标，结果如表所示。 温度 施氮肥量 叶绿素总量 （mg·g-1） 气孔导度 （mol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度 （μmol·mol-1） 块茎产量 （kg·hm-2） RT N0 6.2 0.17 350 17292 N1 8.9 0.19 322 20905 N2 12.9 0.24 310 26583 NT N0 8.3 0.21 305 24567 N1 11.4 0.32 287 28307 N2 14.8 0.46 262 30942 注：RT（高温胁迫）NT（环境温度） N0（不施氮肥）N1（75kg·hm-2）N2（150kg·hm-2） 回答下列问题： (1)照射到叶片的光能 （填“全部”、“大部分”或“少部分”）被位于类囊体膜上的 吸收，其主要吸收 光。 (2)据表分析，高温胁迫下叶绿素总量 ，导致光反应产生 减少，直接影响碳反应的 （过程）。 (3)随着氮肥施用量从N0增加到N2，气孔导度逐渐增加，胞间CO2浓度却逐渐减少，分析原因是 ，说明施氮肥可以 高温胁迫对光合作用的负面影响。 (4)高温胁迫会降低马铃薯块茎产量，而施氮肥可以提高块茎产量，从物质吸收和转运的角度分析原因可能是 （答出1点即可）。 17．镁（Mg）是影响光合作用的重要元素，科研人员进行了相关研究。请回答下列问题： (1)镁是构成光合色素中 的重要成分。为探究镁对水稻光合作用的影响，将正常培养38天的水稻分别转移到缺镁培养液（-Mg2+）和正常培养液（+Mg2+）中培养15天，连续跟踪检测光合色素含量相对值、Vc max（最大羧化速率，碳固定指标）和An（净光合速率），结果如图1．推测前15天光合色素含量相对值变化不明显的原因是 ，但10天后，缺镁组An显著下降，其原因是 。若验证缺镁前期对光反应的影响，需要检测的指标有 （答出2点即可）。 (2)在上述对照培养12天后，改变光照条件，持续48h检测Vc max，结果如图2，实验结果表Mg2+主要通过促进 条件下的碳固定，从而影响光合作用。 (3)已知叶绿体中的镁含量与图2中Vc max存在相似的变化，且与叶绿体镁转运蛋白MGT3相关。为验证缺镁处理能够动态抑制MGT3基因的表达，设计实验如下表，表中①为 ，预测实验结果为 。 组别 实验材料 实验处理 检测指标 对照组 缺镁培养的水稻植株 缺镁培养液 持续48h检测水稻叶片中的① 实验组 正常培养液 (4)研究发现，RuBP羧化酶（参与CO2的固定）的活性依赖于Mg2+，结合上述研究内容解释缺镁第10~15天影响水稻光合作用的机制 。 18．马铃薯是全球重要的粮食作物，在保障粮食安全中具有关键作用。为探究温室种植马铃薯的高产适宜条件，科研人员在某地冬季温室（平均光照强度约，浓度约）条件下，设置不同光照强度和浓度处理，测定了马铃薯植株的相关生理指标，结果如下表。请结合所学知识，回答下列问题： 组别 光照强度 () 浓度 () 净光合速率 () 气孔导度 () 叶绿素含量 () 对照 240 360 6.5 0.08 45.8 甲 400 360 13 0.15 65.6 乙 240 720 10 0.08 55.3 丙 400 720 16.5 0.13 67 注：气孔导度与气孔开放程度呈正相关。 (1)色素对特定波长光的吸收量可反映出色素的含量。为测定马铃薯叶片中色素的含量应选择 （填“红光”或“蓝紫光”）原因是 。 (2)净光合速率可以通过测定单位时间内 （答出1点即可）来表示。与对照组相比，甲组净光合速率显著提高，从表中信息分析，其原因可能是 （答出两点）。 (3)与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，经测定发现其叶肉细胞的胞间浓度却更高，可能的原因是 。 (4)根据本研究结果，在冬季温室种植马铃薯的过程中，若只能从增加浓度或增加光照强度中选择一种措施来提高马铃薯产量，应选择 ，依据是 。 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（第二课时） （必会知识+难点强化+必刷好题，三层提升） 必会知识一 探索光合作用的原理 时间及科学家 实验过程 发现或实验结论 19世纪末 — 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 — 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年希尔（英国） 离体叶绿体的悬浮液＋铁盐或其他氧化剂O2 离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生O2 1941年鲁宾、卡门（美国） 用同位素示踪法研究光合作用中氧气的来源。 提供HO、CO2→释放18O2； 提供H2O、C18O2→释放O2 光合作用释放的O2来自H2O 1954年、1957年阿尔农（美国） — 光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总与水的光解相伴随 20世纪40年代卡尔文等（美国） 利用同位素标记法。用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向 探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 [例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氧气，该反应被称作希尔反应。下列关于希尔反应的叙述正确的是（　　） A．该实验说明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水 B．该实验不能说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应 C．希尔反应发生的同时，叶绿体可以合成ATP和NADH D．植物体光合作用过程中与该实验铁盐作用相同的是氧化型辅酶Ⅱ 【答案】D 【详解】A、希尔实验中，离体叶绿体在仅有H2O的条件下光照产氧，说明氧气来源于水，但该实验未使用同位素标记法，无法直接证明光合作用中所有氧气均来自水，鲁宾和卡门实验才明确氧来源，A错误； B、希尔实验中，离体叶绿体在无CO2时能光解水但无法合成糖，说明水的光解与糖的合成是独立反应，故该实验能说明二者非同一反应，B错误； C、希尔反应中，铁盐作为电子受体替代NADP+，此时叶绿体可通过电子传递链生成ATP，但NADH是呼吸作用产物，叶绿体中生成的是NADPH，C错误； D、铁盐在实验中作为电子受体，其作用与光合作用中氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）相同，二者均接受电子完成光反应，D正确。 故选D。 [例2]实验是生物学研究的重要手段，下列有关实验探究的叙述，正确的是（    ） A．用一定浓度的硝酸钾溶液做观察质壁分离和复原的实验，细胞发生质壁分离后开始主动吸收硝酸根离子和钾离子，导致细胞发生质壁分离自动复原 B．鲁宾、卡门的实验和卡尔文的实验都应用了放射性同位素标记法 C．希尔反应实验中离体叶绿体悬浮液中除了加入氧化剂外，还必须加入一定量的蔗糖或者其他溶质微粒 D．恩格尔曼利用水绵探究光合作用场所的实验中自变量是有无光照，以好氧细菌的分布情况作为观测指标 【答案】C 【详解】A、用一定浓度的硝酸钾溶液做质壁分离和复原实验时，细胞在发生质壁分离的同时就开始吸收硝酸根离子和钾离子（因为细胞膜对这些离子有通透性，且细胞呼吸能提供能量用于主动运输），并非“质壁分离后开始吸收”，随着离子进入细胞，细胞液浓度升高，水分进入细胞，导致质壁分离自动复原，A错误； B、鲁宾、卡门的实验（探究光合作用中氧气的来源）用了同位素标记法（用18O分别标记H2O和CO2），无放射性；但卡尔文的实验（探究暗反应中CO2的固定和还原过程）用的是放射性同位素示踪法（14C标记CO2），B错误；    C、希尔反应实验（离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的反应）中，离体叶绿体悬浮液除了加入氧化剂外，还必须加入一定量的蔗糖或者其他溶质微粒，目的是维持渗透压，保持叶绿体的正常形态和功能，C正确；    D、恩格尔曼利用水绵探究光合作用场所的实验中，自变量是光照叶绿体的范围（全部光照和部分光照)，以好氧细菌的分布情况作为观测指标，并非“有无光照”，D错误。 故选C。 必会知识二 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，将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： 3．光合作用的过程 项目 光反应 暗反应 过程模型 实质 光能转化为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物 与光的关系 必须在光下进行 不直接依赖光 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： H2O2H＋＋O2＋2e－ ②NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH 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－ 能量转化 光能→ATP和NADPH中的化学能 ATP和NADPH中的化学能→ 有机物中的化学能 联系 ①光反应为暗反应提供ATP和NADPH； ②暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋； ③可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化和物质变化密不可分。 [例1]光合作用可用如下化学反应式来表示，下列有关叙述错误的是（　　） A．该反应式不能表明光合作用释放的O2中的O来自H2O B．光能转化为活跃的化学能发生在叶绿体基质中 C．产物（CH2O）是地球上有机物的主要来源 D．产生的O2促进了需氧型生物的进化发展 【答案】B 【分析】光合作用分为两个阶段：光反应和暗反应。光反应阶段：光合作用 第一个阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。光反应阶段的化学反应是在类囊体的薄膜上进行的。暗反应阶段：光合作用 第二个阶段中的化学反应，有没有光都可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。暗反应阶段的化学反应是在叶绿体内的基质中进行的。 【详解】A、研究光合作用释放的O2中的O来自H2O需要使用同位素标记法，A正确； B、光反应阶段发生在叶绿体的类囊体薄膜上，可以将光能转化为活跃的化学能，B错误； C、绿色植物通过光合作用制造的有机物是地球上有机物的主要来源，C正确； D、好氧生物的生存需要氧气，光合作用释放的氧气有利于地球上好氧生物多样性的提高，D正确。 故选B。 [例2]如图为某绿色植物在生长阶段体内细胞物质的转变情况，有关叙述正确的是（　　） A．图中用于合成ATP的能量形式是化学能 B．由③到④的完整过程，由线粒体完成 C．该绿色植物的所有活细胞都能完成图示全过程 D．图中①、③、④过程都能产生ATP 【答案】D 【详解】A、绿色植物可光合作用和呼吸作用，图中用于合成ATP的能量形式是化学能和光能，A错误； B、图中①、②、③、④过程分别表示光合作用光反应、暗反应、有氧呼吸第一二阶段、第三阶段，场所分别是叶绿体类囊体薄膜、叶绿体基质、细胞质基质和线粒体基质、线粒体内膜，故由③到④的完整过程，由细胞质基质和线粒体完成，B错误； C、由于绿色植物中很多细胞都没有叶绿体，如根尖细胞，所以并不是所有细胞都能完成光合作用和有氧呼吸，C错误； D、图中①光反应、③有氧呼吸第一二阶段、④第三阶段过程都能产生ATP，D正确。 故选D。 必会知识三 化能合成作用 1．概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物的方式。 2．代表生物：硝化细菌等。 3．能量转化：体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量转化为有机物中的化学能。 4．物质转化：CO2和H2O转化为糖类等有机物。 [例1]亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌，前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸，其过程如图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A．能否利用光能是光合作用和化能合成作用的本质区别 B．氧化氨和亚硝酸的过程都能释放出化学能，这两种细菌都能利用相应的能量合成有机物 C．细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量，有利于植物渗透吸水 D．亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的能量来源和发生场所均不相同 【答案】C 【详解】A、光合作用的能量来源是光能，化能合成作用的能量来源是无机物氧化的化学能，二者最本质的区别就是 “是否利用光能”，A正确； B、据图可知，氧化氨和亚硝酸的过程都能释放出化学能，这两种细菌都能利用相应的能量合成有机物，B正确； C、硝酸细菌的作用是将亚硝酸（NO₂⁻）氧化为硝酸（NO₃⁻） ，这一过程会增加土壤中硝酸盐（NO₃⁻）的含量（而非降低）；硝酸盐是植物可吸收的氮源，且能提高土壤溶液浓度，有利于植物通过渗透作用吸水，C错误； D、植物的光合作用是利用光能将二氧化碳和水合成有机物，其场所在叶绿体，而亚硝酸细菌（属于原核生物，没有叶绿体）的化能合成作用是利用化学能来将二氧化碳和水合成有机物，因此亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的能量来源和场所都不同，D正确。 故选C。 [例2]硝化细菌广泛存在于通气性较好的土壤中，其部分代谢反应如图所示，下列关于硝化细菌的培养条件的描述正确的是（    ） A．碳源为葡萄糖 B．培养时需隔绝空气 C．氮源是氨气 D．培养时需冷藏 【答案】C 【分析】培养基中需要具备碳源、氮源、无机盐、水等，另外在考虑温度、PH等条件。土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用，硝化细菌能利用氨气氧化释放的能量把二氧化碳和水合成有机物，属于自养生物，因此选择提供无机碳源、无机氮源。 【详解】A、土壤中的硝化细菌能进行化能合成作用，培养基中不需要有机碳源，其碳源为二氧化碳，A错误； B、硝化细菌能利用NH3氧化释放的能量把二氧化碳和水合成有机物，所以培养时不能隔绝空气，B错误； C、硝化细菌的培养过程中氮源是氨气，C正确； D、硝化细菌能利用NH3氧化释放的能量把二氧化碳和水合成有机物，需要酶的催化作用，所以培养时需要适宜的温度，D错误。 故选C。 必会知识四 光合作用的应用 1．光合作用强度 （1）概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 （2）表示方法：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。 2．探究光照强度对光合作用强度的影响 （1）实验原理：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。在一定范围内，光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 （2）实验中变量分析 自变量 不同光照强度 控制自变量 调节光源与烧杯的距离进行控制 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内叶片浮起的数量 对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量等保持一致 （3）步骤 ①取材：用直径为0.6cm的打孔器在生长旺盛的叶片上打出30片圆形小叶片（避开大的叶脉）。 ②抽气： 1）用注射器（内有清水、圆形小叶片）抽出叶片内气体。 2）处理过的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。 ③光照： 1）向3只盛有富含CO2清水的小烧杯中各放10片小叶片。 2）将3只烧杯分别置于强、中、弱三种光照下。 ④观察并记录：同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。 （4）实验结果：在一定范围内，光照越强，烧杯内单位时间内浮起的圆形小叶片越多。 （5）实验结论：在一定光照强度范围内，随着光照强度增强，光合作用强度也增强（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）。 【易错提醒】 （1）叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面地认为只是光合作用产生了O2。 （2）打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。 （3）为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。 [例1]在长期的农业生产和生活实践中，劳动人民积累了丰富的田间管理经验和生活经验，如间作（同一生长期内，在同一块田地上间隔种植两种作物）、套种（一年内在同一块田地上先后种植两种作物）和轮作（在不同年份将不同作物按一定顺序轮流种植于同一块田地上）等，通过这些农业管理方式，可以有效利用土地资源，提高农作物的产量和品质。下列相关叙述错误的是（　　） A．农业上采用轮作的方式可提高土壤中养分的利用率，减少病虫害发生 B．间作、套种都利用不同作物之间的互补效应来提高光能的利用率 C．“玉米带大豆，十年九不漏”，不同作物可通过间作提高产量 D．合理轮作、合理密植分别通过增加作物密度和调整种植顺序来提高产量 【答案】D 【详解】A、轮作通过在不同年份种植不同作物，避免单一作物过度消耗特定养分，同时减少病虫害的积累，提高土壤养分利用率，A正确； B、间作和套种利用不同作物在空间或时间上的互补（如高矮搭配、生长周期差异），从而更充分地利用光能，B正确； C、玉米与大豆间作，玉米植株高大，大豆较矮且能固氮，两者互补提高产量，符合间作原理，C正确； D、合理轮作通过调整种植顺序（不同年份作物轮换）维持土壤肥力，而合理密植是通过增加种植密度优化光能利用，两者的措施颠倒，D错误。 故选D。 [例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适时排水，即水稻生长过程中，通过排放田间水，清除积水 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中耕松土，即作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土 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均与调节作物根系呼吸作用的强度有关 B．措施③⑤的主要目的是降低有机物的消耗 C．措施②⑤⑥的直接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 【详解】A、措施②适时排水，可避免水稻根系因缺氧进行无氧呼吸产生酒精而受损，调节了根系呼吸作用强度；措施④中耕松土，能增加土壤中氧气含量，促进作物根系的有氧呼吸，A正确； B、措施③风干储藏，减少种子中的水分，可降低种子的呼吸作用，从而减少有机物消耗；但措施⑤合理密植的主要目的是充分利用光照，提高光合作用效率，增加有机物合成，并非降低有机物消耗，B错误； C、措施②的直接目的是调节根系呼吸作用，措施⑤合理密植、⑥间作种植的直接目的是促进光合作用，C错误； D、措施①低温储存，可降低果实、蔬菜的呼吸作用强度；措施③风干储藏，减少种子水分，降低呼吸作用强度；但措施④中耕松土是为了促进根系呼吸，并非降低呼吸作用强度，D错误。 故选A。 [例3]农谚是指有关农业生产的谚语，是农民在长期生产实践里总结出来的经验，其中蕴藏着丰富的生物学原理。下列分析错误的是（　　） A．要想多打粮，苞谷绿豆种两样——通过间作套种的方式，提高光能利用率 B．锄头底下出黄金——通过除草、松土等农活，促进作物生长，最终实现粮食丰产 C．麻黄种麦，麦黄种麻——按照物候规律安排作物轮作，以实现对土地资源的充分利用 D．芝麻头上两瓣叶，只怕深来不怕浅——芝麻播种要深，以满足种子萌发中对氧气的需求 【答案】D 【详解】A、间作套种是指在同一块田地上，于同一生长期内，分行或分带相间种植两种或两种以上作物的种植方式。不同作物对光能的利用情况不同，通过间作套种，能更充分地利用光能，提高光能利用率，从而增加产量，A正确； B、锄头底下出黄金，意思是通过除草可以减少杂草与农作物争夺养分、水分和阳光；松土能增加土壤中的空气含量，有利于农作物根系的呼吸作用，促进作物生长，进而实现粮食丰产，B正确； C、按照物候规律安排作物轮作，不同作物对土壤养分的需求不同，轮作可以均衡利用土壤养分，改善土壤结构，实现对土地资源的充分利用，C正确； D、芝麻播种要深，这种说法是错误的。种子萌发需要适宜的温度、一定的水分和充足的空气。如果播种过深，土壤中空气不足，会影响芝麻种子的呼吸作用，不利于种子萌发，所以芝麻播种应适当浅播，以满足种子萌发对氧气的需求，D错误。 故选D。 难点知识一 光合作用原理的探索过程 时间/发现者 内容 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年鲁宾、卡门 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水（提醒：18O无放射性） 1954年阿尔农 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随 【注意】 （1）用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 （2）希尔的实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应？能说明，希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，没有合成糖的另一种必需原料—CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成直接关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段。 命题角度1 光合作用原理的探索过程 实验是生物学研究的重要手段，对以下光合作用的部分探究实验分析正确的是（    ） 实验名称 实验材料、操作或现象 分析、结果或条件 A 绿叶中色素的提取和分离实验 过滤收集滤液时放一块单层尼龙布 过滤不用滤纸和纱布是因滤纸会吸附色素 B 恩格尔曼的水绵实验 制临时装片：水绵+需氧细菌，装片需先置于有空气的黑暗环境中 恩格尔曼第二个实验发现需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 C 希尔的离体叶绿体悬浮液实验 在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有和） 希尔反应证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应 D 鲁宾和卡门的同位素示踪实验 对照组是和 实验组是和 该实验需要在适宜的光照和温度条件下进行 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A、在绿叶中色素的提取和分离实验中，滤纸和纱布的孔径较小，且它们具有较强的吸附性，会吸附提取液中的色素，导致收集到的滤液中色素含量减少，从而影响后续的实验结果。 而单层尼龙布孔径合适，既能有效过滤，又不会大量吸附色素，所以过滤收集滤液时放一块单层尼龙布，A正确； B、恩格尔曼的水绵实验中，制作临时装片时，水绵 - 需氧细菌装片需先置于没有空气的黑暗环境中，其后续实验发现需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，B错误； C、希尔在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），希尔的实验中离体叶绿体的悬浮液中没有CO2等含有碳元素的物质，根据元素守恒，水的光解不可能会产生含碳的糖类，所以证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，C错误； D、鲁宾和卡门用同位素示踪法探究光合作用中氧气的来源，实验设置了两个实验组形成相互对照，一组是C18O2和H2O，另一组是CO2和H218O。该实验是在光照和温度等适宜条件下进行，D错误。 故选A。 科学发现的过程蕴含严谨的逻辑与方法。下列关于光合作用探索历程的叙述，正确的是（　　） A．希尔发现在含水和CO2的离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，光照下可释放O2 B．阿尔农发现光照下ATP合成总是与水的光解相伴随 C．鲁宾和卡门用放射性同位素示踪法，证明光合作用释放的氧气来自水 D．恩格尔曼用水绵和乳酸菌进行实验，证明叶绿体释放氧气 【答案】B 【详解】A、希尔反应使用的悬浮液中未加入CO2，A错误； B、阿尔农的研究发现，在光照条件下，叶绿体类囊体膜上既能发生水的光解，也能合成ATP，且ATP的合成总是与水的光解相伴随，这一发现揭示了光反应中能量转化与物质变化的关联，B正确； C、鲁宾和卡门的实验采用的是稳定同位素而非放射性同位素，他们通过实验证明了光合作用释放的氧气来自水，比较的是O2和18O2的质量不同，C错误； D、恩格尔曼的实验选用的是水绵和好氧细菌,而非乳酸菌。水绵的叶绿体呈带状，便于观察，好氧细菌会聚集在氧气释放的部位，从而证明叶绿体是光合作用释放氧气的场所，D错误。 故选B。 难点知识二 光合作用的过程 1．光合作用的过程 2．光反应和暗反应的区别与联系 光反应 暗反应 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： ②ATP的合成： ③NADPH的合成： ①CO2的固定： ②C3的还原： 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 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。 可见光反应和暗反应紧密联系，能量转化和物质变化密不可分 【注意】 （1）水分解为O2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的中文名称叫还原型辅酶Ⅱ，其作用是NADPH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。 （2）C3是指三碳化合物——3-磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖-1，5-二磷酸（RuBP）。 （3）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。 （4）叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。 （5）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既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。 （6）供氢：NADPH。 （7）供能：ATP和NADPH。 3．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 （1）“过程法”分析各物质变化 如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化： 在以上各物质的含量变化中，C3和C5含量的变化是相反的，若C3含量增加，则C5含量减少；[H]、ATP和C5的含量变化是一致的，都增加，或都减少。 （2）模型法表示C3和C5等物质含量变化 ①以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。 ②以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，NADPH和ATP含量变化是一致的。 ③起始值C3高于C5（约为其2倍）。 （3）小结 C3（三碳化合物） C5（五碳化合物） 光照强→弱，CO2供应不变 升高 下降 光照弱→强，CO2供应不变 下降 升高 光照不变，减少CO2供应 下降 上升 光照不变，增加CO2供应 上升 下降 命题角度1 光合作用的过程 如图为某高等植物光合作用的卡尔文循环示意图。下列有关叙述正确的是（　　） A．1个①与1分子的CO2结合直接形成2个3-磷酸甘油酸 B．③可用于光合作用的光反应阶段再生成② C．若卡尔文循环外出现1分子的④，则需要进行6轮卡尔文循环 D．图中的④多数被运到叶绿体外，并且转变成淀粉 【答案】B 【分析】分析题图：①是RuBP，②是NADPH，③是NADP+，④是离开卡尔文循环的三碳糖，⑤是用于再生RuBP的三碳糖。 【详解】A、根据图示信息可推断出，①是RuBP，②是NADPH，③是NADP+，④是离开卡尔文循环的三碳糖，⑤是用于再生RuBP的三碳糖，1个RuBP与1分子的CO2结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个3-磷酸甘油酸，A错误； B、在光反应阶段，NADP+和H+被还原为NADPH，B正确； C、在卡尔文循环中每3个二氧化碳分子进入循环，生成6分子三碳糖，其中5分子在循环中又再生为RuBP，1分子离开循环，故一分子三碳糖离开卡尔文循环需要进行3轮循环，C错误； D、离开卡尔文循环的三碳糖在叶绿体内能作为合成淀粉、蛋白质和脂质的原料而被利用，但大部分是运至叶绿体外，并且转变成蔗糖，供植物体所有细胞利用，D错误。 故选B。 光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。光合作用的过程十分复杂，它包括一系列的化学反应，下列有关光合作用过程的叙述，正确的是（　　） A．光反应产生的NADPH既作还原剂又储存部分能量，供暗反应利用 B．暗反应阶段有没有光都能进行，夜间没有光反应但仍能进行暗反应 C．光反应只能在叶绿体内膜上进行，暗反应只能在叶绿体基质中进行 D．CO2被C3固定形成C5，C5又可以形成C3的过程也称为卡尔文循环 【答案】A 【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。 【详解】A、光合作用的光反应产生的NADPH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，A正确； B、暗反应阶段有没有光都能进行，但在夜间没有光反应为暗反应提供ATP、NADPH，因此暗反应不能长时间进行下去，B错误； C、光反应阶段是在叶绿体的类囊体的薄膜上进行的，暗反应在叶绿体基质中进行，C错误； D、CO2被C5固定形成C3，C3又可以形成C5的过程也称为卡尔文循环，D错误。 故选A。 命题角度2 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 科研人员对绿色植物光暗转换过程中的适应机制进行研究。测定绿色植物由黑暗到光照的过程中CO2吸收速率（μmol·m-2·s-1）和光反应相对速率（μmol·m-2·s-1）的变化，结果如图。下列叙述正确的是（　　） A．黑暗时植株的CO2吸收速率为-0.1μmol·m-2·s-1，与线粒体内膜产生CO2有关 B．由黑暗转变为光照条件后，叶肉细胞中三碳化合物的量会增加 C．光照0~0.5 min光反应相对速率下降，与暗反应激活延迟导致 NADPH和 ATP积累有关 D．光照2min后，光反应和暗反应速率均稳定，暗反应速率大于光反应速率 【答案】C 【详解】A、黑暗时植株的CO2吸收速率为-0.1μmol•m-2•s-1，说明植株的呼吸作用速率为0.1μmol•m-2•s-1，与线粒体基质中产生CO2有关，A错误； BC、光反应为暗反应提供NADPH和ATP，由黑暗转变为光照条件后，光反应产生的NADPH和ATP促进C3的还原，叶肉细胞中三碳化合物的量会下降，据图可知，正常情况下0.5min后暗反应被激活，CO2吸收增多，而图中0-0.5min之间，光反应速率降低，原因是暗反应未被激活，出现该现象的原因是暗反应激活延迟造成光反应产生的NADPH和ATP积累，导致光反应被抑制，B错误，C正确； D、由图可知，光照2min后，光反应和暗反应速率均稳定，暗反应速率与光反应速率基本相等，D错误。 故选C。 某研究团队在不同CO2浓度下测定某种植物光合速率变化，发现当CO2浓度从0升至500ppm时，光合速率显著上升，但超过800ppm后增速趋缓。下列解释最合理的是（　　） A．气孔导度限制导致CO2吸收受阻 B．高浓度CO2导致叶绿体膜结构损伤 C．CO2诱发暗反应关键酶基因发生突变 D．光合色素在高CO2下发生不可逆光解 【答案】A 【详解】A、当CO2浓度过高时，植物可能通过关闭部分气孔，此时即使外界CO2浓度高，气孔导度下降会限制CO2进入叶肉细胞，导致光合速率增速减缓。此现象符合题意，A正确； B、若膜结构受损，光合速率应下降而非增速趋缓，且题干未提及结构破坏，B错误； C、基因突变是随机发生的，短期内无法直接影响酶活性，且与CO2浓度变化无直接关联，C错误； D、光合色素的光解通常由强光引起，与CO2浓度无关，且题干未涉及光照变化，D错误。 故选A。 难点知识三 光合作用和化能合成作用比较 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 命题角度1 光合作用和化能合成作用比较 硝化细菌没有叶绿素，其利用无机物合成糖类的过程与光合作用的最主要的区别是（　　） A．能否利用水 B．是否为自养生物 C．能否利用光能 D．能否利用二氧化碳 【答案】C 【分析】光合作用和化能合成作用都能将无机物形成有机物，同时将能量储存在有机物中；光合作用在合成有机物所用的能量是功能，化能合成作用合成有机物需要的能量是化学能。 【详解】A、二者都需要水和二氧化碳做原料合成有机物，A错误； B、硝化细菌和进行光合作用的生物（如植物）均为自养生物，B错误； C、光合作用依赖光能，而硝化细菌通过氧化氨等无机物获取化学能，两者的核心区别在于能量来源是否为光能，C正确； D、两者均利用二氧化碳作为碳源合成有机物，如暗反应或化能合成阶段，D错误。 故选C。 某种光合细菌能利用光能进行光合作用，其参与光合作用的物质不是水，而是H2S。该种光合细菌和硝化细菌都能利用某种形式的能量合成有机物。下列有关说法正确的是（    ） A．该种光合细菌进行光合作用时不能产生氧气 B．该种光合细菌和硝化细菌合成有机物的能量形式相同 C．这两种细菌都含有光合色素 D．硝化细菌可以将NH3和O2转化成有机物 【答案】A 【分析】化能合成作用是利用氧化体外环境中的无机物产生的化学能，将无机物H2O和CO2合成有机物的过程。如硝化细菌，其新陈代谢类型为化能自养型。 【详解】A、光合细菌进行光合作用时，以H₂S作为供氢体，而非水，因此光反应中不会分解水产生氧气，而是生成硫，A正确； B、光合细菌利用光能合成有机物，硝化细菌通过氧化NH₃等物质获取化学能合成有机物，能量形式不同，B错误； C、光合细菌含有光合色素（如菌绿素），但硝化细菌进行化能合成作用，不依赖光合色素，C错误； D、硝化细菌通过将NH₃氧化为亚硝酸和硝酸释放能量，再利用能量将CO₂和H₂O合成有机物，而非直接转化NH₃和O₂为有机物，D错误。 故选A。 难点知识四 光合作用强度影响的因素 1．内部因素 （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 （提醒：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。） （3）植物叶面积指数 ①A点前：随叶面积指数增大，光合速率增大。 ②A点后：虽然总光合量上升，但因呼吸量上升更快，导致干物质量下降。 应用：适当摘除林冠下层叶；合理密植，增加光合面积。 2．外部环境因素 （1）光照强度：光照强度通过影响光反应速率，影响ATP及[H]的产生速率，进而影响暗反应速率。 ①A—细胞呼吸强度，B—光补偿点，（提醒：C点不是光饱和点）； ②AC段，光合作用速率随光照强度的增加而增加； ③C点后光合作用速率不再随光照强度的增加而变化； ④阴生植物的B点前移，C点较低，如图中虚线所示。 应用：温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；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）温度：温度通过影响酶的活性进而影响光合作用速率(主要是暗反应) ①B点对应的温度为最适生长温度； ②AB段，随温度升高光合作用速率升高； ③BC段，随温度升高光合作用速率降低。 应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。 （3）CO2浓度：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成 ①图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度 ②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。 （4）水分水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。 ①图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。 ②图2曲线中间E处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了CO2的供应。 应用：根据作物的需水规律，合理灌溉 （5）矿质元素：矿质离子影响与光合作用有关的色素、酶、膜结构的形成。 ①OA段，随CO2矿质离子浓度的增加光合作用速率升高； ②B点后，随矿质离子浓度的增加光合作用速率下降(细胞失水)； 应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用效率。 3．多因素对光合速率影响的分析 多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析如图所示，P点前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因子，要想继续提高光合速率，可适当提高图示中的其他因子的强度。PQ间的主要因素有两个：一是横坐标表示的因素，二是多条曲线上标注的因素。 表面上看这类题目很复杂，但在解答这类试题时，仍然是依据单一变量原则，每次只分析一个自变量的变化对实验结果的影响。 命题角度1 光合作用强度影响的因素——植物自身的遗传特性 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。下列叙述不正确的是（    ） A．光照强度为a时，光照12小时，人参干重不变，红松干重减少 B．光照强度在b点之后，限制人参P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度 C．A、B两种植物单独种植时，若种植密度过大，则净光合速率下降幅度较大的是植物A D．若适当增加土壤中无机盐镁的含量，一段时间后B植物的a点右移 【答案】D 【详解】A、由图可知，光照强度为a时：人参（曲线B）的P/R=1，说明光合速率 = 呼吸速率，光照12小时，净光合速率为0，干重不变；红松（曲线A）的P/R<1，说明光合速率 < 呼吸速率，光照12小时，净光合速率为负，干重减少，A正确； B、光照强度在b点之后，人参（曲线B）的P/R不再随光照强度增大而显著上升（已达光饱和点）。由于温度、水分适宜，此时限制光合速率（P/R）增大的主要外界因素是CO2浓度，B正确； C、植物A（红松，阳生）对光照强度要求高，若种植密度过大，光照强度降低对其光合速率影响更显著；植物B（人参，阴生）耐弱光，光照降低对其影响较小。因此，净光合速率下降幅度较大的是植物A，C正确； D、镁是叶绿素的组成元素，适当增加土壤中镁的含量，植物B（人参）的叶绿素合成增加，光补偿点（P/R=1时的光照强度，即a点）会左移（较低光照强度下就能使光合速率 = 呼吸速率），而非右移，D错误。 故选D。 命题角度2 光合作用强度影响的因素——植物叶面积指数 叶面积系数是指单位土地面积上的叶面积总和，它与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图1所示。图2为来自树冠不同层的甲、乙两种叶片的净光合速率变化图解。下列说法正确的是（　　） A．0~a段群体光合作用速率和干物质积累速率均增加 B．a-b段群体光合速率增加量大于群体呼吸速率增加量 C．c点时甲、乙两种叶片固定CO2的速率相同 D．乙净光合速率最大时所需光照强度低于甲，可判断乙叶片来自树冠上层 【答案】A 【分析】植物在光照条件下进行光合作用，光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解，产生ATP和NADPH，同时释放氧气，ATP和NADPH用于暗反应阶段三碳化合物的还原，细胞的呼吸作用不受光照的限制有光无光都可以进行，为细胞各项生命活动提供能量。 【详解】A、由图可知：当叶面积系数在0~a段时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均上升，A正确； B、由曲线可知，a~b段群体干物质积累速率下降，说明群体光合速率增加量小于群体呼吸速率增加量，B错误； C、c点时甲、乙两种叶片净光合速率相等，均为零，此时光合速率等于呼吸速率，但两种叶片的呼吸速率不同，因此，此时甲、乙两种叶片固定CO2的速率不同，C错误； D、由于上层叶片对阳光的遮挡，导致下层叶片接受的光照强度较弱，因此下层叶片净光合速率达到最大值时所需要的光照强度较上层叶片低，由于乙净光合速率最大时所需光照强度低于甲，因此，乙叶片位于树冠下层，D错误。 故选A。 命题角度3 光合作用强度影响的因素——植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶 某兴趣小组为“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”，实验后得到如图的结果。下列正确的是（　　） A．可用无水乙醇来提取和分离叶片中的光合色素 B．为了使绿叶研磨得更充分，应加入少许的碳酸钙 C．相同光照强度下，嫩叶与老叶吸收的光能相同 D．老叶变黄可能是因为酶活性下降影响叶绿素的合成 【答案】D 【分析】叶绿体色素的提取和分离实验：滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a（最宽）、叶绿素b（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关。 【详解】A、无水乙醇不能用于分离色素，因四种色素在无水乙醇中溶解度都很高，难以分离，A错误； B、为了使研磨充分，应加入二氧化硅，B错误； C、嫩叶和老叶中两种色素的含量不同，同时两种色素吸收的光波长也不同，所以总体来看，嫩叶和老叶吸收的光能不一定相同，C错误； D、老叶变黄可能是因为细胞衰老，其中相关酶活性下降，进而影响叶绿素的合成，因而变黄，D正确。 故选D。 命题角度4 光合作用强度影响的因素——光照 在最适温度下，研究人员测得的某植物叶肉细胞光合速率随光照强度的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．若适当升高温度重新进行测定，d点将下移 B．c点光照强度下该植物光合速率和呼吸速率相等 C．限制de段的主要环境因素可能是CO2浓度和光照强度 D．一天光照12h，该叶肉细胞一昼夜积累的有机物量为0 【答案】A 【详解】A、图中数据是在最适温度下测定的，升高温度会使与光合作用有关的酶活性下降，导致d点下移，A正确； B、c点光照强度下，该植物叶肉细胞光合速率和呼吸速率相等，整个植物中还有根细胞等不进行光合作用，故该植物在c点光照强度下，光合速率小于呼吸速率，B错误； C、限制de段的主要环境因素可能是二氧化碳浓度，光照强度已不是限制光合速率的因素，C错误； D、叶肉细胞一昼夜有机物积累量=光照12h总光合产生量-一昼夜（24h）呼吸消耗量。呼吸速率（a点）为6（单位），一昼夜呼吸消耗总量为6×24。若仅光照12h，且假设光照时总光合速率为d点的18（12+6=18）（单位），则总光合产生量为12×18，此时积累量为12×18 -6×24=72，积累量大于0。但题目未说明光照强度是“光饱和点强度”，且叶肉细胞在光照强度较低时（如光补偿点），总光合产生量会小于呼吸消耗量，积累量不为0，因此无法确定一昼夜积累量一定为0，D错误。 故选A。 命题角度5 光合作用强度影响的因素——温度 下图表示温度对大棚内栽培豌豆光合作用和呼吸作用的影响，下列叙述错误的是（　　） A．5℃时呼吸酶的酶活性会被抑制，导致黑暗中豌豆的耗氧速率较低 B．若实验对象改为缺 Mg豌豆，则光照下的最大放氧速率会推迟出现 C．35 ℃时豌豆叶肉细胞中产生水和ATP 的细胞器有线粒体和叶绿体 D．40 ℃时豌豆的光合作用强度>呼吸作用强度，仍需从外界吸收CO2 【答案】B 【详解】A、酶活性受温度影响，5℃时温度较低，呼吸酶活性被抑制，黑暗中豌豆耗氧速率（呼吸速率）较低，A正确； B、缺Mg会影响叶绿素合成，降低光合速率，但不会影响催化光合作用和呼吸作用酶的最适温度，所以最大放氧速率不会推迟，B错误； C、35 ℃时豌豆叶肉细胞中既进行光合作用又进行呼吸作用，两个生命活动的过程中既消耗水，又产生水，C正确； D、40℃时，光照下放氧速率（净光合速率）大于 0，说明光合作用强度大于呼吸作用强度，净光合速率大于 0 时需要从外界吸收CO2​，D正确。 故选B。 命题角度6 光合作用强度影响的因素——CO2 在恒温环境中测定的某植株CO2吸收量与外界CO2浓度的关系如下图所示。下列叙述正确的是（    ） A．外界CO2浓度为E时，CO2的固定量为8mg·m-2·h-1 B．低浓度CO2下不进行光合作用可能与相关酶活性降低有关 C．C点时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率 D．外界CO2浓度A时，植物叶肉细胞仅通过线粒体产生ATP 【答案】B 【详解】A、E点为CO2饱和点，图中CO2吸收量代表净光合速率（8mg·m-2·h-1）。CO2固定量是总光合速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率，CO2固定量应为8+2=10mg·m-2·h-1，A错误； B、卡尔文循环和C4途径中，固定CO2的酶分别是RuBP（1，5-二磷酸核酮糖）酶和PEP羧化酶（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）。这两个酶的活性都受到CO2浓度的变化影响。在正常情况下，PEP羧化酶的活性比RuBP羧化酶的活性强60倍。但在CO2浓度低到CO2补偿点以下时，RuBP羧化酶的活性明显降低，几乎不能固定CO2，而PEP羧化酶却可以，但是当CO2浓度降低到一定值的时候，同样不能固定CO2，所以低浓度CO2下不进行光合作用可能与CO2相关酶活性降低有关，B正确； C、C点为植株的CO2补偿点，此时植株整体净光合速率为0，但植株中非叶肉细胞（如根、茎）只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此叶肉细胞的光合速率必须大于其自身呼吸速率，才能弥补非叶肉细胞的呼吸消耗，使植株整体光合速率=呼吸速率。故叶肉细胞光合速率＞呼吸速率，C错误； D、A时只有呼吸作用，ATP来自细胞质基质和线粒体，并非仅线粒体，D错误。 故选B。 命题角度7 光合作用强度影响的因素——多因素 某植物在低温环境下净光合速率（净光合速率=实际光合速率-呼吸速率）的变化趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述，错误的是（　　） A．当CO2浓度为a时，高光强下，该植物叶肉细胞中光合作用速率大于呼吸作用速率 B．当环境中CO2浓度小于a时，图示3种光强下，该植物叶肉细胞中CO2的运动方向是由线粒体到叶绿体 C．CO2浓度大于c时，要进一步提高B和C的光合速率，除图中涉及的因素外还可以适当提高温度 D．当CO2浓度为c时，光强由A变为B此时叶肉细胞叶绿体内C3化合物生成速率降低 【答案】B 【详解】A、当CO2浓度为a时，高光强下，为该植物光补偿点，此时整个植物的光合作用速率等于呼吸作用速率，该植物叶肉细胞中光合作用速率大于呼吸作用速率，A正确； B、当环境中CO2浓度小于a时，光合速率小于呼吸速率，所以在图示的3种光强下，该植物叶肉细胞中CO2的运动方向是由线粒体到叶绿体和细胞外，B错误； C、CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，若要进一步提高光合速率，由于图示条件是低温，除图中涉及的因素外还可以适当提高温度，C正确； D、CO2浓度为c时，光强由A变为B，光反应减弱，进而暗反应也减弱，叶肉细胞叶绿体内C3化合物生成速率降低，D正确。 故选B。 某生物兴趣小组将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以LED灯作为光源，移动LED灯调节其与大试管的距离，分别在10℃、20℃和30℃下进行实验，观察并记录单位时间内不同距离下枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A．B点条件下伊乐藻能进行光合作用 B．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响 C．若在缺镁的培养液中进行此实验，则B点向右移动 D．A点和C点的限制因素分别为温度和光照强度 【答案】C 【详解】A、B点无气泡产生，说明伊乐藻的光合速率等于呼吸速率，说明伊乐藻仍进行光合作用，A正确； B、从题干和曲线图可以看出，实验的自变量为LED灯与大试管的距离（光照强度）和温度，因变量为光合速率，该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响，B正确； C、若在缺镁的培养液中进行此实验，呼吸作用强度不变，但叶绿素合成受阻，光合作用减弱，需要增大光照强度才能使光合速率等于呼吸速率，应该减小LED灯与大试管的距离，故B点向左移动，C错误； D、A点处，改变距离不会影响气泡产生量，而随温度的增大，气泡产生量增加，说明限制因素是温度。C点处，随距离的增大，气泡产生量减少，而改变温度不会影响气泡产生量，说明C点的限制因素为光照强度，D正确。 故选C。 命题角度8 光合作用强度影响的因素——综合 植物工厂是全人工光照等环境条件智能化控制的高效生产体系。生菜是植物工厂常年培植的速生蔬菜。回答下列问题。 (1)植物工厂用营养液培植生菜过程中，需定时向营养液通入空气，主要目的是 ；除通气外，还需更换营养液，其主要原因是 (答出1点即可)。 (2)植物工厂选用红蓝光组合LED灯培植生菜，选用红蓝光的依据是 。生菜成熟叶片在不同光照强度下光合速率的变化曲线如图，培植区的光照强度应设置在 点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区适当提高CO2浓度，请提出一条提高CO2浓度具体的措施： 。 (3)将培植区的光照/黑暗时间设置为14h/10h，研究温度对生菜成熟叶片光合速率和呼吸速率的影响，结果如图，光合作用最适温度比呼吸作用最适温度 (填“高”、“低”或“相同”)；若将培植区的温度从T5调至T6，培植24h后，与调温前相比，生菜植株的有机物积累量减少，判断的依据是 。 【答案】(1)增加培养液中的溶氧量，促进根部细胞进行有氧呼吸 根细胞通过呼吸作用产生二氧化碳溶于水形成碳酸，导致营养液pH下降或植物根系选择性吸收营养液中的营养元素，导致营养液成分及配比发生改变 (2)植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光 B 施用农家肥，放置干冰，连通猪圈等 (3)低 将温度调至T6后，叶片的光合速率和呼吸速率相等，而植株的根系只进行呼吸作用消耗有机物，所以生菜植株有机物的积累量减少 【分析】影响光合作用的主要因素有：光照强度、二氧化碳浓度、温度等；第（2）题图表示光照强度对光合速率的影响，第（3）题图表示温度对光合速率和呼吸速率的影响。 【详解】（1）营养液中的生菜长期在液体的环境中，根得不到充足的氧，影响呼吸作用，从而影响生长，培养过程中要经常给营养液通入空气，其目的是增加培养液中的溶氧量，促进根部细胞进行有氧呼吸；根细胞通过呼吸作用产生二氧化碳溶于水形成碳酸，导致营养液pH下降或植物根系选择性吸收营养液中的营养元素，导致营养液成分及配比发生改变，因此需要更换培养液。 （2）植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光，所以选用红蓝光组合LED灯培植生菜可以提高植物的光合作用，从而提高生菜的产量。B点为光饱和点对应的最大光合速率，因此培植区的光照强度应设置在B点所对应的光照强度；为提高生菜产量，可在培植区施用农家肥、放置干冰、连通猪圈等，来提高培植区的CO2浓度。 （3）根据曲线可知：在此曲线中光合速率的最适温度为T5，而在该实验温度范围内呼吸速率的最适温度还未出现，所以光合作用最适温度比呼吸作用最适温度低；若将培植区的温度从T5调至T6后，叶片的光合速率和呼吸速率相等，而植株的根系只进行呼吸作用消耗有机物，培植24h后，与调温前相比，生菜植株有机物的积累量减少。 温室作物栽培可用于探索植物的最适生长条件，以达到产量最大化的目的。科学家以甲品种南瓜为对象进行研究，获得了如图所示数据信息，回答下列问题： 图①：甲品种南瓜在温度适宜，不同CO2浓度条件下光合速率随光照强度的变化曲线。 图②：甲品种南瓜在温度适宜的封闭温室中，改变光照强度后测定单位时间内植株的气体释放量。 (1)由图①可知，甲品种南瓜在不同CO2浓度条件下的光饱和点 （填“相同”或“不同”），限制图①中C点光合作用强度的环境因素有 。（答2点） (2)选用CO2浓度为1.2%的条件，给予图①中E点对应的光照强度进行短时照射，该时段内检测到O2的产生速率持续增加，但暗反应速率上升到一定程度后维持稳定，限制暗反应速率上升的因素主要是 （答出2点即可）。 (3)根据图②曲线判断，下列说法错误的是 （多选）。 A．光照强度为c和e时，南瓜释放的气体量相同，种类不同 B．光照强度由d→c时，南瓜叶肉细胞中C3/C5变大 C．光照强度为d时，南瓜叶肉细胞在单位时间内O2的产生量等于消耗量 D．光照强度为e时，单位时间内南瓜光合作用产生O2的量为（n-m）μmol (4)科研人员还对不同品种南瓜的光合产物的输出率以及分配比例进行了相关探究，实验中向甲、乙两品种的南瓜提供14C标记的CO2，得到下表数据： 季节 品种 14C光合产物在植株各部分的分配 14C光合产物输出率/% 瓜/% 茎/% 根/% 春季 甲 18.22 1.78 9.66 1.53 乙 30.42 2.98 16.8 4.11 夏季 甲 45.99 33.95 7.78 1.88 乙 40.17 20.03 11.68 2.71 为使产量最大化，农民在春季和夏季应分别种植品种 的南瓜，依据是 。 【答案】(1)不同 光照强度和CO2浓度 (2)CO2供应量有限、C5化合物含量有限或酶的数量有限 (3)CD (4)乙、甲 品种乙在春季、品种甲在夏季的光合产物输出率高，且分配到瓜的比例高 【分析】影响光合作用的环境因素：1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。 【详解】（1）分析图①可知，甲品种南瓜在不同CO2浓度条件下的光饱和点不同，随着CO2浓度的增加，光饱和点增大，据图可知，C点时再增加光照强度和二氧化碳浓度，均可提高光合速率，说明限制C点光合速率的环境因素是CO2浓度和光照强度。 （2）选用CO2浓度为1.2%的条件，给予图①中E点对应的光照强度进行短时照射，该时段内检测到O2的产生速率持续增加，但暗反应速率上升到一定程度后维持稳定，限制暗反应速率上升的因素可能与暗反应所需原料（如二氧化碳、五碳化合物的量）或与暗反应有关酶的数量或活性有关。 （3）A、据图②曲线分析可知，光照强度为c时，呼吸作用强度大于光合作用强度，释放的气体来自于南瓜细胞呼吸产生的CO2；光照强度为e时，光合速率＞呼吸速率，释放的气体来自南瓜光合作用产生的O2，两者的释放量相同，种类不同，A正确； B、光照强度由d→c时，光照强度减弱，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原减弱，CO2固定继续进行，C3的来源不变，去路减少，C5的来源减少，去路不变，导致C3增加，C5减少，所以C3/C5变大，B正确； C、d点时整个植物的光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，故d点南瓜叶肉细胞单位时间内光合作用生成O2的量大于呼吸作用消耗O2的量，C错误； D、据图②曲线分析可知，由a到b，单位时间的呼吸释放二氧化碳量为n，即n的数值表示呼吸作用的强度，光照强度为e时，光合速率＞呼吸速率，释放的气体来自南瓜光合作用产生的O2，即m的数值表示净光合速率，光合作用产生O2的量=呼吸消耗的量+释放量，故光照强度为e时，单位时间内南瓜光合作用产生O2的量为（n+m） μmol，D错误。 故选CD。 （4）分析表格数据可知，春季时乙品种南瓜的光合产物输出率以及向瓜的分配比例均高于甲品种，因此春季种植乙品种南瓜产量更高；而夏季时甲品种南瓜的光合产物输出率以及向瓜的分配比例均高于乙品种，因此夏季种植甲品种南瓜产量更高。所以为使产量最大化，农民在春季和夏季应分别种植品种乙和甲的南瓜，依据是春季乙品种南瓜的光合产物输出率以及向瓜的分配比例均高于甲品种，而夏季甲品种南瓜的光合产物输出率以及向瓜的分配比例均高于乙品种。 难点知识五 “三率”的关系及测定 1．微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系 2．光合速率与呼吸速率的常用表示方法及判定 项目 含义 表示方法（单位面积的叶片在单位时间内的变化量） O2 CO2 有机物 真正光合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 O2产生（生成）速率或叶绿体释放O2量 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物产生（制造、生成）速率 净光合速率 植物有机物的积累速率 植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率 有机物积累速率 呼吸速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 黑暗中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率 3．内在联系：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。 （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。（提醒：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表呼吸速率） （2）净光合速率：植物绿色组织在光照条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积CO2的吸收量或O2的释放量。（提醒：当光照强度不为0时，若CO2吸收或释放值曲线代表净光合速率变化曲线） 4．“三率”图示模型 (1)“三率”的表示方法 ①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。 ②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应的CO2量，也称为表观光合速率。 ③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD段对应的CO2总量，也称为总光合速率或实际光合速率。 (2)图2中曲线 Ⅰ 表示真正光合量，曲线 Ⅲ 表示呼吸量，曲线 Ⅱ 表示净光合量。交点D对应E点，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。 (3)图3中曲线c表示净光合速率，曲线d表示呼吸速率，c＋d表示真正光合速率。在G点时，真正光合速率是呼吸速率的2倍。 5．光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 （1）图1的B点、图2的B′C′段形成的原因：凌晨约2时～4时，温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少。 （2）图1的C点、图2的C′点：此时开始出现光照，光合作用启动。 （3）图1的D点、图2的D′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度。 （4）图1的E点、图2的F′G′段形成的原因：温度过高，部分气孔关闭，CO2供应不足，出现“光合午休”现象。 （5）图1的F点、图2的H′点：此时光合作用强度等于细胞呼吸强度，之后光合作用强度小于细胞呼吸强度。 （6）图1的G点、图2的I′点：此时光照强度降为0，光合作用停止。 （7）图2 所示一昼夜密闭容器中植物能(填“能”或“不能”)正常生长，原因是J′点低于A′点，说明一昼夜密闭容器中CO2浓度减少，即总光合作用量大于总细胞呼吸量。 6．测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 （1）装置液滴移动法 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。 （2）半叶法 ①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（可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤）阻止物质转移。在适宜光照下照射6h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。 ②计算：设被截取部分初始干重为M。 1）被截取部分的呼吸速率＝（M－MA）/6。 2）被截取部分的净光合速率＝（MB－M）/6。 3）被截取部分的总光合速率＝呼吸速率＋净光合速率＝（MB－MA）/6。 （3）叶圆片称重法 测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S为叶圆片面积）。 ①净光合速率＝（z－y）/2S； ②呼吸速率＝（x－y）/2S； ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（x＋z－2y）/2S。 （4）黑白瓶法 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。 （5）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，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，暗反应会限制光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔时会利用光照时积累的光反应的产物，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。 （6）叶圆片上浮法——定性检测O2释放速率 ①实验原理 ②实验装置分析 1）自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。 2）中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内的水温产生影响。 3）因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量（或浮起相同数量的叶片所用的时间长短）来衡量光合作用的强弱。 命题角度1 “三率”的关系 将某种大小相同的绿色植物叶片在不同温度下分别暗处理1h，测其重量变化，立即光照1h再测其重量变化，结果如下表，分析表中数据可判定（    ） 组别 1 2 3 4 温度（℃） 25 27 29 31 暗处理后重量变化（mg） -1 -2 -3 -1 光照后与暗处理前重量变化（mg） +3 +3 +3 +1 A．光照的1h内，第4组合成葡萄糖总量为2mg B．光照的1h内，第1、2、3组释放的氧气量相等 C．光照的1h内，四组光合强度均大于呼吸强度 D．本实验中呼吸作用酶的适宜温度是25℃ 【答案】C 【详解】A、在第4组实验测定结果中，每小时的呼吸消耗为1mg，而2小时后重量增加1mg，因此lh时间内合成葡萄糖总量=1+1×2=3mg，A错误； B、由表中数据可得，第1组实验中，1小时内的净光合作用量=3+1=4mg；第2组实验中，1小时内的净光合作用量=3+2=5mg；第3组实验中，1小时内的净光合作用量=3+3=6mg，因此第3组释放的氧气量最多，第1组释放的最少，B错误； C、四组实验中，光照的lh时间后，光照后与暗处理前相比，重量均增加，说明光合作用强度均大于呼吸作用强度，C正确； D、本实验温度梯度为2℃，表中29℃时重量减少最多，说明呼吸作用酶最适温度在29℃左右，D错误。 故选C。 研究温度对植株生长的影响，可帮助农民增产、增收。在自然条件下，科研人员测得某农业大棚中某植株叶片光合速率和呼吸速率随温度变化的趋势如图所示。下列相关分析错误的是（　　） A．温度为a和c时，叶片有机物积累速率不相等 B．温度超过b时，可能部分气孔关闭使光合速率降低 C．光合速率和呼吸速率的差值大有利于光合产物的积累 D．温度为d时，该植株的干重保持不变 【答案】D 【分析】总光合速率是指植物光合作用制造有机物的速率，呼吸速率是指植物细胞呼吸消耗有机物的速率。当总光合速率大于呼吸速率时，植物有机物积累，积累速率为总光合速率减去呼吸速率。 【详解】A、据图可知，温度为a和c时，该植株叶片的光合速率相等，呼吸速率不相等，因此叶片有机物积累速率不相等，A正确； B、温度超过b时，该植株可能由于温度过高，部分气孔关闭，使光合速率降低，B正确； C、光合速率和呼吸速率的差值越大，说明有机物积累越多，越有利于光合产物的积累，C正确； D、温度为d时，该植株叶片的光合速率等于呼吸速率，但该植株的非绿色部分只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此整个植株的干重会减少，D错误。 故选D。 命题角度2 “三率”图示模型 在最适温度下，研究人员测得的某植物叶肉细胞光合速率随光照强度的变化曲线如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．若适当升高温度重新进行测定，d点将下移 B．c点光照强度下该植物光合速率和呼吸速率相等 C．限制de段的主要环境因素可能是CO2浓度和光照强度 D．一天光照12h，该叶肉细胞一昼夜积累的有机物量为0 【答案】A 【详解】A、因为曲线是在最适温度下测定的，适当升高温度，酶的活性会降低，光合速率下降，所以d点将下移，A正确；    B、c点时光照强度下，该叶肉细胞光合速率和呼吸速率相等，由于植物的根茎进行呼吸作用，不进行光合作用，因此c点光照强度下该植物光合速率小于呼吸速率相等，B错误；    C、de段随着光照强度的增加，光合速率不再增加，由于此时是最适温度，所以限制de段的主要环境因素不是光照强度，而是CO2浓度，C错误；    D、叶肉细胞一昼夜有机物积累量=光照12h总光合产生量-一昼夜（24h）呼吸消耗量。   呼吸速率（a点）为6（单位），一昼夜呼吸消耗总量为6×24。若仅光照12h，且假设光照时总光合速率为d点的12（单位），则总光合产生量为12×12，此时12×12 = 6×24，积累量为0。但题目未说明光照强度是“光饱和点强度”，且叶肉细胞在光照强度较低时（如光补偿点），总光合产生量会小于呼吸消耗量，积累量不为0。因此无法确定一昼夜积累量一定为0，D错误。 故选A。 植物的叶面积指数与植物的产量关系密切（叶面积指数是指植物叶面积和地表面积的比值），据下图分析下列说法错误的是（    ） A．干物质产量低于光合作用实际量是由于呼吸作用消耗了部分有机物 B．当叶面积指数为0～6时，干物质产量增加的原因是由于光合作用强度大于呼吸作用强度 C．图中b曲线表示植物呼吸量与叶面积指数的关系 D．当叶面积指数大于6时，干物质产量下降是受光合作用光反应阶段的影响 【答案】C 【分析】本题考查光合作用和呼吸作用的计算，光合作用实际量=净光合速率+呼吸速率，干物质产量代表有机物的积累量是净光合量。当光合作用强度大于呼吸作用强度时，植物有积累量，利于植物生长。当光合作用强度小于或等于呼吸作用强度时，植物有积累量小于或等于零，植物不能正常生长。 【详解】A、干物质产量=光合作用实际量-植物的呼吸作用消耗量，由于呼吸作用消耗了部分有机物，所以干物质量低于光合作用实际量，A正确； B、干物质产量=光合作用实际量-植物的呼吸作用消耗量，当光合作用强度大于呼吸作用强度时，干物质产量会增加，叶面积指数为0～6时，干物质产量增加的原因是由于光合作用强度大于呼吸作用强度，B正确； C、植物呼吸量与叶面积指数呈正相关，因此a曲线表示表示植物呼吸量与叶面积指数的关系，C错误； D、当叶面积指数大于6时，光合作用实际量几乎不再增加，是因为叶面积指数过大，叶子出现重叠，有些叶片接受不到光照，此时限制其增加的因素是光照，此时，干物质产量下降是受光合作用光反应阶段的影响，D正确。 故选C。 命题角度3 光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析 科研人员检测晴朗天气下露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率（Pn）日变化情况，并将检测结果绘制成图。下列相关说法错误的是（　　） A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因 B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭 C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱 D．适时浇水、增施农家肥是提高大棚作物产量的重要措施 【答案】B 【详解】A、早晨太阳出来后，光照强度不断增大，使得露天栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升，即光照强度增大是导致ab段、lm段光合速率（Pn）增加的主要原因，A正确； B、大棚栽培条件下的油桃在bc段光合速率（Pn）下降，主要原因是太阳出来后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降，而露天栽培的油桃在mn段光合速率（Pn）下降，是因为环境温度过高导致气孔关闭，不能吸收CO2，B错误； C、15时以后，两种栽培条件下的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致，即致使ef段、op段光合速率（Pn）下降的原因是光照逐渐减弱，C正确； D、适时浇水从而避免植物因缺水导致气孔关闭，增施农家肥从而增加CO2浓度是提高大棚作物产量的重要措施，D正确。 故选B。 下图是研究水稻在晴朗的夏季光合作用与细胞呼吸两种变化曲线。据图分析，下列叙述正确的是（　　） A．图1的G点、图2的I'点，此时光照强度降为0，光合作用停止，净光合速率为0 B．影响图1的B点、图2的B'C'段变化的原因是温度降低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少 C．图2中与18：00相比，12：00时C3的合成速率较慢 D．图1的光合作用起始于D点，结束于F点 【答案】B 【详解】A、在图1的G点，此时光照强度降为0，植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，净光合速率为负值，图2的H'点时，玻璃罩内CO2浓度达到最低，此时净光合速率为0，而I'点时，CO2浓度升高，此时光照强度降为0，植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，净光合速率为负值，A错误； B、图1中B点处于凌晨，温度较低，细胞呼吸减弱，CO2释放量减少，图2中B'C'段也是因为凌晨温度降低，细胞呼吸减弱，使得密闭容器内CO2浓度增加变缓，B正确； C、图2中12：00时比18：00时密闭容器内CO2浓度高，CO2固定形成C3的速率较快，C错误； D、图1中，光合作用起始于D点之前（C点之后）：当CO₂吸收速率从负值开始上升时，说明光合速率开始大于呼吸速率，此前光合速率已逐渐启动（只是小于呼吸速率）； 光合作用结束于F点之后（G 点之前）：F点时净光合速率为0，之后光合速率小于呼吸速率，但光合作用并未立即停止，直到光照消失（G 点附近）才停止，D错误。 故选B。 命题角度4 测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法 如图是某同学为了测定某光照强度下，苦荬菜的净光合作用强度而设计的实验装置。其中A装置中为生理状态正常的苦荬菜植株，B为A的校正装置。实验进行30分钟后，记录到A装置中的红色液滴向右移动4cm，B装置中的红色液滴向右移动0.5cm。若红色液滴每移动lcm，苦荬菜内葡萄糖增加或减少1g，对实验过程中装置条件及结果推测的叙述中，正确的是（　　） A．A、B装置烧杯中溶液分别为NaOH溶液、NaHCO3溶液 B．分析实验数据可知，装置A中苦荬菜的净光合速率是7g/h C．B装置为排除物理因素的影响，应放置生理状态相同的苦荬菜植株 D．若A装置中的溶液为NaOH溶液并遮光处理，一段时间后液滴向右移动 【答案】B 【详解】A、B为A的校正装置，A装置中为生理状态正常的苦荬菜植株，B装置中为死的苦荬菜植株，其余条件相同，测净光合作用强度时，B装置中的苦荬菜A、B装置烧杯中溶液都为NaHCO3，用来给光合作用提供CO2，A错误； B、实验进行30分钟后，A装置进行光合作用强于呼吸作用，植物释放O2，所以红色液滴向右移动。B装置中红色液滴右移是环境因素（如气压等）对实验产生影响的结果，主要起对照作用，A装置同样受环境因素的影响，因此苦荬菜的净光合速率的测定值是4-0.5=3.5g/30分钟，所以净光合速率每小时为7g/h，B正确； C、B装置为排除物理因素的影响，应放置死的苦荬菜植株，C错误； D、若A装置中的溶液为NaOH溶液并遮光处理，植物进行细胞呼吸，会消耗装置中的O2，一段时间后液滴向左移动，D错误。 故选B。 某研究小组为测定不同光照条件下黑藻的光合速率，将等量且生理状态相同的黑藻植株，分装于6对黑白瓶(白瓶透光，黑瓶不透光)中，并向瓶中加入等量且溶氧量相同的干净湖水，分别置于六种不同的光照条件下，24h后6对黑白瓶中溶氧量变化情况(不考虑其它生物)如下表，以下说法错误的是（    ） 光照强度(klx) 0(黑暗) a b c d e 白瓶溶氧量(mg/L) -7 +0 +6 +8 +10 +10 黑瓶溶氧量(mg/L) -7 -7 - 7 -7 -7 A．可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率 B．该实验条件下光照强度为a时白瓶中的黑藻不能生长 C．可以根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率 D．白瓶中光照强度为d时，只降低CO2浓度，短时间内叶肉细胞中C5化合物含量减少 【答案】D 【分析】题意分析，黑瓶为不透光，不能进行光合作用，因此黑瓶中氧气的减少是由于呼吸作用消耗，单位时间氧气变化代表呼吸作用强度；白瓶透光，能进行光合作用，溶液中氧气的变化是光合作用和呼吸作用的综合结果，单位时间氧气的变化可以代表净光合作用强度；实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度。 【详解】A、由分析可知，黑瓶中不能进行光合作用，只能进行呼吸作用，其中溶解氧的减少代表水体中生物的呼吸速率，而干净的湖水意味着其中没有其他生物，只有黑藻，故可以根据黑瓶中溶氧量的变化来计算实验条件下黑藻的呼吸速率，A正确； B、表中光照强度为a时，白瓶中溶解氧变化量为0，说明此时黑藻的净光合速率为0，因此，该光照条件下的黑藻不能生长，B正确； C、结合分析可知，白瓶中溶氧量的变化代表黑藻的净光合速率，因此可根据白瓶中溶氧量的变化计算不同光强下黑藻的净光合速率，C正确； D、白瓶中，当光照强度为d时，若其他条件不变，显著降低CO2浓度，则会导致C5的消耗减少，而C3的还原过程基本不变，因此，短时间内叶肉细胞中C5化合物含量增加，D错误。 故选D。 图甲是某生物小组以番茄为材料探究 浓度对光合作用强度影响所做的实验，该小组又将对称叶片左侧遮光右侧曝光（图乙），并采用适当的方法阻止两部分之间的物质和能量的转移，在适宜光照下照射12小时后，从两侧截取同等面积的叶片，烘干称重分别记为a和b（单位：g）。下列说法正确的是（    ） A．根据图甲的材料及装置，该实验的因变量可以是上浮叶片的数量 B．图甲实验随着溶液浓度的增大，光合速率随之不断增大 C．图甲装置的溶液换成NaOH溶液也可以探究光照强度对光合速率的影响 D．图乙12小时后测得b—a的量表示右侧截取部分有机物的产生量 【答案】D 【分析】分析题图可知： （1）装置甲：可用来探究光照强度对光合作用的影响，因此实验的自变量是光照强度，因变量应该是反映光合作用强度的指标是叶片上浮速率或一定时间内圆叶片浮起的数量。 （2）图丙：可视为一组对照实验，照光与不照光部分的生理过程中差别是光合作用是否进行。 【详解】A、分析题图可知：装置甲可用来探究光照强度对光合作用的影响，因此实验的自变量是光照强度，因变量应该是反映光合作用强度的指标是叶片上浮速率或一定时间内圆叶片浮起的数量，A错误； B、在图甲实验中随着NaHCO3溶液浓度的增大，植物细胞失水增多，细胞代谢减慢，光合作用速率会降低，B错误； C、将甲装置中的NaHCO3溶液换成等量的NaOH溶液后，NaOH能吸收CO2，植物无法进行光合作用，C错误； D、分析图乙可知：照光与不照光部分的生理过程中的差别是光合作用是否进行，故右侧照光后称重得到的是总光合作用减去呼吸消耗（净光合作用）后的重量，左侧遮光后称重得到的是呼吸作用消耗后的重量，右侧截取部分光合作用制造的有机物总量是（b−a），D正确。 故选D。 采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定，其原理是：将对称叶片的一部分A遮光，另一部分B不做处理（如图），并采用适当的方法阻止两部分的物质转移。在适宜光照下照射6小时后，在A、B的对应部位截取相等面积的叶片（图中虚线所示），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作用强度，其单位是mg/（dm2·h）。若M=MB－MA，则M表示（    ） A．B叶片被截取部分在6小时内有机物净积累总量 B．B叶片被截取部分在6小时内细胞呼吸消耗的有机物总量 C．B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量 D．A叶片被截取部分在6小时内细胞呼吸消耗的有机物总量 【答案】C 【分析】题干图片表示采用“半叶法”测定番茄叶片的光合作用强度，相同时间段内遮光部分只进行了细胞呼吸，而曝光部分细胞呼吸和光合作用同时进行，据此分析作答。 【详解】MA表示植物叶片只进行呼吸作用以后的重量，MB表示植物叶片呼吸作用和光合作用同时进行后的质量，设原来的质量为X，则净光合=MA-X，呼吸作用消耗的X-MB，故真正的光合作用=净光合作用+呼吸作用，即M=MB-MA，则M表示B叶片被截取部分在6小时内光合作用合成的有机物总量，C正确，ABD错误。 故选C。 难点知识五 光合作用“关键点”的移动 1．模型构建 2．模型判断 据图可知，OA表示呼吸作用释放的CO2量，由CO2(光)补偿点到CO2(光)饱和点围成的△BCD的面积代表净光合作用有机物的积累量。改变影响光合作用的某一因素，对补偿点和饱和点会有一定的影响，因此净光合作用有机物的积累量也会随之变化。具体分析如下表所示： 条件改变 △BCD面积 CO2(光)补偿点 CO2(光)饱和点 适当提高温度 减少 右移 左移 适当增大光照强度 (CO2浓度) 增加 左移 右移 适当减少光照强度 (CO2浓度) 减少 右移 左移 植物缺少Mg元素 减少 右移 左移 （提醒：适当提高温度指在最适光合作用温度的基础上；光照强度或CO2浓度的改变均在饱和点之前。） 命题角度1 光合作用“关键点”的移动 下图是在较低浓度的CO2和适宜温度条件下，某植物CO2的吸收量和光照强度的关系曲线。下列叙述不正确的是（　　） A．该植物的呼吸速率为每小时释放CO2 5mg/dm2 B．图中b点为光补偿点，d点为光饱和点 C．在光照强度为25Klx条件下光照1小时，该植物10dm2叶片面积上叶绿体吸收的CO2为200mg D．适当增加CO2浓度，光补偿点左移动，光饱和点右移 【答案】C 【分析】分析题图：图为CO2吸收量与光照强度的关系图，图中a点光照强度为0，此时的CO2释放量表示呼吸作用速率，为每小时5mg/dm2；图中b点CO2吸收量为0，表示该植物光合作用速率等于呼吸作用速率；光照强度超过d点以后，CO2吸收量不再增加，表示d点已经达到光饱和点，CO2净吸收量为每小时20mg/dm2，此时光照强度不再是限制因素。 【详解】A、当光照强度为0时，植物只进行呼吸作用，图中纵坐标为-5，说明该植物呼吸速率为每小时释放CO2 5mg/dm2，A正确； B、b点CO2吸收量为0，此时植物的光合作用速率等于呼吸作用速率，b点为光补偿点；光照强度超过d点之后，光合作用速率不在随着光照强度的变化而变化，d点为光饱和点，B正确； C、叶绿体吸收的CO2速率表示总光合速率，在光照强度为25klx条件下光照1h，该植物的10dm2叶片面积上叶绿体吸收的CO2为（20+5）×10×1=250mg，C错误； D、b点表示光补偿点，此时植物的光合作用等于呼吸作用，d点为光饱和点，适当增加CO2浓度，则光合作用增强，光补偿点左移动，光饱和点右移，D正确。 故选C。 把正常生长的植物，放在缺镁培养液中，光补偿点移动情况是（    ） A．向左移 B．向右移 C．不移动 D．向上移 【答案】B 【分析】光补偿点是指植物光合作用速率和呼吸作用速率相等时的光照强度 【详解】植物放在缺镁的培养液中培养时，由于缺乏镁元素，植物叶绿素合成减少，导致光合作用速率下降，如果光合作用速率与呼吸作用速率仍要保持相等，则要增加光照强度来提高光合作用速率，所以光补偿点右移，B正确，ACD错误。 故选B。 难点知识五 光呼吸、C4植物、CAM植物等特殊代谢类型 1．C4植物和CAM植物 （1）C4植物 ①C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘细胞的叶绿体基质中。 ②用14C标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为CO2→C4→CO2→C3→（CH2O）。 ③C4植物PEP羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。　　　 （2）景天科植物（CAM植物） ①CAM植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），在PEP羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中（从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降）。 ②白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以再还原成三碳糖，最后合成淀粉（从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升）。 ③从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，原因是没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 ④如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。 ⑤分析图中信息推测，CAM途径是对干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植物的生理意义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。 （3）C3植物、C4植物和CAM植物固定CO2方式的比较 ①比较C4植物、CAM植物固定CO2的方式 1）相同点：都对CO2进行了两次固定； 2）不同点：C4植物两次固定CO2在空间上错开；CAM植物两次固定CO2在时间上错开。 ②比较C3、C4、CAM途径 C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。 2．光系统及电子传递链 （1）光系统 ①光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧气、H＋和自由电子（e－），光系统Ⅰ主要是介导NADPH的产生。 ②电子传递过程是高电势到低电势（由于光能的作用），释放的能量将质子（H＋）逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入到类囊体腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。 ③类囊体内的高浓度质子通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度梯度运输产生的分子势能来合成ATP。 ④图示过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上，需要光，电子供体是H2O，电子受体是NADP＋。 （2）电子传递链和氧化磷酸化 ①发生在线粒体的内膜上，不需要光，电子供体是NADH，电子受体是O2。 ②通过ATP合成酶把ADP磷酸化为ATP。电子传递过程中所形成的H＋梯度作为动力，在ATP合成酶的作用下，催化ADP磷酸化成ATP。 3．光呼吸和光抑制 （1）光呼吸 光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会与CO2竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图所示： ①发生条件 1）干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。 2）Rubisco具有两面性(或双功能)。 ②发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。 ③不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。 ④有利影响 1）光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的一条代谢途径； 2）在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH和ATP，保护光合结构。 ⑤二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还在进行造成的。 ⑥光呼吸与细胞呼吸的区别 1）反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。 2）产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP或NADPH。 （2）光抑制 ①概念：植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合作用的光抑制。 ②光抑制机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，光合效率下降。 4．光合产物及运输 （1）磷酸丙糖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。 （2）光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。 命题角度1 C4植物、CAM植物 CAM（景天科）植物的气孔在夜间开放吸收CO2，白天关闭。下图为某CAM（景天科）植物叶肉细胞部分代谢过程示意图。下列叙述正确的是（    ） A．由图可知，CAM植物白天和晚上均进行光合作用 B．图中C可能是丙酮酸，RuBP存在于叶绿体的基质中 C．CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是线粒体基质 D．晚上CAM植物将CO2以苹果酸的形式储存在叶绿体和液泡中 【答案】B 【分析】1、光合作用的过程： （1）光反应：发生在叶绿体的类囊体薄膜上。 ①水的光解​：H₂O在光能被吸收后分解为NADPH和O2，释放的氧气作为代谢副产物排出； ②​ATP的生成​：光能推动ADP与Pi结合形成ATP，储存活跃化学能； （2）暗反应阶段：暗反应（卡尔文循环）在叶绿体基质中进行，无需光照但依赖光反应产物。 ①CO2的固定​：CO2与RuBP（C5）结合生成C3（3-磷酸甘油酸），反应由Rubisco酶催化； ②C3的还原​：C3在ATP供能和NADPH供氢条件下被还原为（CH2O），同时再生出RuBP，形成循环； 2、据图分析：菠萝等植物以气孔白天关闭，其光合作用的二氧化碳来源于苹果酸和细胞呼吸，夜间气孔开放吸收的二氧化碳可以合成苹果酸。 【详解】A、从图中可以看到，晚上CAM植物虽然吸收CO2，但没有光照，不能进行光反应，而光合作用包括光反应和暗反应，所以晚上不能进行光合作用，A错误； B、在细胞呼吸过程中，葡萄糖分解为丙酮酸，图中C可能是丙酮酸；RuBP是卡尔文循环中固定CO2的关键物质，存在于叶绿体的基质中，B正确； C、从图中可知，白天CAM植物产生CO2的部位不仅有线粒体基质（有氧呼吸第二阶段产生CO2），苹果酸分解也会产生CO2，C错误； D、由图可知，晚上CAM植物将CO2以苹果酸的形式储存在液泡中，并没有储存在叶绿体中，D错误。 故选B。 玉米称为C4植物，其光合作用的暗反应过程如图所示，酶1为PEP羧化酶，可固定低浓度的CO2形成C4，酶2为RuBP羧化酶。小麦叶肉细胞没有酶1催化生成C4的过程，固定CO2的能力较C4植物弱，称为C3植物。下列说法错误的是（    ） A．酶1固定CO2的能力比酶2强 B．叶肉细胞中固定光能的色素位于类囊体薄膜上 C．酶1和酶2能催化同一个化学反应，但效率不同 D．与小麦相比，玉米更能适应高温、干旱的环境 【答案】C 【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。 【详解】A 、由图可知，酶 1 能固定低浓度的 ，说明酶 1 固定 的能力比酶 2 强，A 正确； B 、 叶肉细胞中固定光能的色素位于类囊体薄膜上，B 正确； C 、酶 1 和酶 2 催化的不是同一个化学反应，C 错误； D 、因为玉米能利用低浓度的CO2形成C4 ，所以与小麦相比，玉米更能适应高温、干旱的环境，D 正确。 故选C。 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。 命题角度2 光呼吸 大豆、玉米等植物的叶绿体中存在一种Rubisco酶，参与卡尔文循环和光呼吸，Rubisco酶对CO2和O2都有亲和力。在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，催化RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，催化RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，具体过程如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A．大豆、玉米等植物的叶片中消耗O2的场所有叶绿体、线粒体 B．光呼吸发生在叶肉细胞的细胞质基质和叶绿体中 C．有氧呼吸和光呼吸均产生ATP D．干旱、晴朗的中午，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会降低 【答案】A 【详解】A、玉米、大豆叶片中通过有氧呼吸消耗氧气的场所是线粒体内膜，通过光呼吸消耗氧气的场所在叶绿体基质，A正确； B、在较强光照下，Rubisco以五碳化合物（RuBP）为底物，在CO2/O2值高时，使RuBP结合CO2发生羧化；在CO2/O2值低时，使RuBP结合O2发生氧化进行光呼吸，由以上可知，光呼吸和卡尔文循环发生场所一致，在叶绿体基质进行，B错误； C、由图可知，在CO2/O2的值低时，RuBP结合氧气发生光呼吸，光呼吸会消耗多余的ATP、NADPH，C错误； D、干旱、晴朗的中午，胞间CO2浓度会降低，叶肉细胞中光呼吸强度较通常条件下会增强，D错误。 故选A。 Rubisco是一个双功能酶，具有催化羧化反应和加氧反应两种功能。RuBP 与O2结合后形成一种氧合产物，产生光呼吸，导致碳的流失，从而降低植物的光合作用。科学家研究发现，甘蔗、玉米等植物的叶肉细胞和维管束鞘细胞中的叶绿体会相互合作，叶肉细胞中存在 PEP 羧化酶，其与CO2的亲和力是 Rubisco 的 60 倍，能有效降低光呼吸，提高光合作用效率。图1为光合作用过程中部分物质的代谢关系，图2为甘蔗、玉米光合作用中碳同化反应的示意图。请回答下列问题： (1)当CO2浓度较高时，Rubisco在 （填场所）中催化 与CO2结合形成C3，部分产物经光反应为其提供 形成（CH2O），这一过程中能量转换是 。当O2浓度较高时，RuBP和O2结合形成C3（PGA）和 。 (2)从图2可看出，PEP羧化酶能使 Rubisco 周围CO2浓度提高20-120倍之多的原因是 。这有利于热带植物在关闭气孔，空气中的二氧化碳不易进入细胞时，维管束鞘细胞仍能进行CO2的固定，此时CO2的来源有 。 (3)据下图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于 不足。A点之前曲线①和②重合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是 。 【答案】(1)叶绿体基质 C5 NADPH和ATP ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物（CH2O）中稳定的化学能 乙醇酸 (2)PEP羧化酶能将低浓度CO2固定为C4，C4进入维管束鞘细胞后释放CO2 细胞呼吸和C4的释放 (3)光照强度 CO2浓度 曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高 【分析】光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。它是光合作用的一个损耗能量的副反应。绿色植物在照光条件下的呼吸作用。特点是呼吸基质在被分解转化过程中虽也放出CO2，但不能转换成能量ATP，而使光合产物被白白地耗费掉。在黑暗条件下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转功能以及各种物质代谢反应等等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。 【详解】（1）据图1中的信息，当CO2浓度较高时，Rubsico在叶绿体基质中会催化RuBP（C5）与CO2形成C3，部分产物经光反应为其提供的NADPH和ATP形成（CH2O），进而实现了将ATP和NADPH中活跃的化学能转化为有机物（CH2O）中稳定的化学能的能量转换过程。当O2浓度较高时，RuBP和O2结合形成C3和乙醇酸。 （2）图2中，C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3（丙酮酸），其中的CO2参与暗反应（卡尔文循环），C3（丙酮酸）回到叶肉细胞中，进行循环利用。由于PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco的60倍，故PEP羧化酶能将低浓度CO2固定为C4，C4进入维管束鞘细胞后释放CO2，使Rubisco周围CO2浓度提高许多。此时维管束鞘细胞进行CO2固定时CO2的来源有细胞呼吸和C4途径的释放。 （3）据图分析：当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②（S）与③（WT）重合，是由于光照强度不足导致的。A点之前曲线①和曲线②重合的最主要限制因素是CO2浓度，随着胞间CO2浓度的增加，以及曲线①额外补充光照，其光合作用更强。因此，曲线①比②的光合速率高的具体原因是：额外补充了光照，曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高。 命题角度3 光抑制 在强光下自然光合系统中光反应与暗反应不匹配，类囊体膜上产生大量过剩的还原力，诱发光抑制，科研人员通过向小球藻的培养液中添加人工电子梭（具有导出电子的作用），显著增强了小球藻在强光下的放氧能力，在一定范围内，这种增强效果随光强的升高而越发显著，光饱和点最大可提高7.1倍。下列相关说法正确的是（　　） A．叶绿体具有双层生物膜，光系统位于内膜上 B．在强光下，光反应产生的NADPH只有部分用于固定二氧化碳 C．研究可知，强光下的光抑制可能是由于光合电子未能及时导出导致的 D．在添加人工电子梭之后，小球藻的最大光合作用速率可提升7倍以上 【答案】C 【分析】光合作用的过程：①光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体薄膜）：水的光解产生NADPH与O2，以及ATP的形成；②暗反应阶段（场所是叶绿体的基质）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物。 【详解】A、光系统位于叶绿体的类囊体膜上，而非内膜，叶绿体内膜属于叶绿体自身结构，与光反应无关，A错误； B、NADPH在暗反应中用于C3的还原，而非CO2的固定，B错误； C、题干指出人工电子梭通过导出过剩电子缓解光抑制，说明强光下光抑制的直接原因是电子积累未被及时导出，导致活性氧积累破坏光系统，C正确； D、光饱和点提高7.1倍仅表示光合速率达到最大时所需的光强阈值提升，但最大光合速率是否提升7倍以上无法直接推断，D错误。 故选C。 植物光合作用过程中的电子传递过程主要由光系统等光合复合体完成，当光照强度过强时，电子积累过多，会产生活性氧，如超氧阴离子自由基等，引起光抑制现象。研究人员在微藻培养液中加入铁氰化钾，可将电子及时导出。部分过程如图所示。 (1)图中光系统由 和蛋白质构成，能吸收及转化光能。正常条件下，光反应产生的电子（e⁻）经过传递，最终受体为 。 (2)图示过程为卡尔文循环中 提供了物质和能量。当其他条件不变，转为强光照射时，短时间内微藻叶绿体中NADP+的含量 （填“升高”“下降”或“基本不变”）。 (3)强光条件下培养一段时间后检测发现，微藻放氧量下降，原因是光系统产生活性氧攻击类囊体膜上的 ，使类囊体膜和光系统受到破坏。加入铁氰化钾后微藻放氧能力提高的原因是 。 【答案】(1) 光合色素 NADP⁺ (2) C3的还原 下降 (3) 磷脂分子和蛋白质 铁氰化钾通过导出部分电子，避免活性氧的产生，减少了对光系统的破坏，使光反应产生的O2增加 【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，暗反应发生场所是叶绿体基质中。 【详解】（1）光系统能吸收及转化光能，因此可判断是由光合色素和蛋白质构成。由图可知，弱光条件下，光反应产生的电子（e⁻）经过传递，最终受体为NADP⁺，生成NADPH。 （2）图示过程为卡尔文循环中C3的还原提供了物质和能量。当其他条件不变，转为强光照射时，微藻叶绿体中光反应速率变快，消耗更多NADP⁺，而短时间内暗反应变化较小，因此NADP⁺含量下降。 （3）由题干中活性氧包括超氧阴离子自由基可知，活性氧可以攻击磷脂分子和蛋白质，使类囊体膜和光系统受到破坏，放氧量下降。加入铁氰化钾后微藻放氧能力提高的原因是铁氰化钾通过导出部分电子，避免活性氧的产生，对类囊体膜起保护作用，使光反应产生的O2增加。 命题角度4 电子传递链和氧化磷酸化 呼吸电子传递链是指在线粒体内膜上由一系列呼吸电子传递体组成的将电子传递到分子氧的“轨道”，该过程偶联ATP合成的过程，称为氧化磷酸化，如图所示。下列说法错误的是（    ） A．图示的过程发生在有氧呼吸的第二阶段 B．NADH中的能量可通过H+的电化学势能转移到ATP中 C．细胞中，只有线粒体基质中可以产生NADH D．H+借助F0和F1，以主动运输的方式进入膜内 【答案】ACD 【分析】1、有氧呼吸过程：第一阶段，在细胞质基质，1分子的葡萄糖分解成2分子的丙酮酸，产生少的[H]，释放少量能量；第二阶段，在线粒体基质，丙酮酸和水彻底分解成CO2和[H]，释放少量的能量；第三阶段，在线粒体内膜，前两个阶段产生的[H]，经过一系列反应，与O2结合生成水，释放大量能量。 2、据图分析：蛋白复合体（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）可以传递有机物分解产生的电子，同时又将H+运输到膜间隙，使膜两侧形成H+浓度差；H+通过ATP合成酶以被动运输的方式进入线粒体基质，并驱动ATP生成；H+可以借助F0和F1蛋白以协助扩散的方式由膜间隙跨膜运输到线粒体基质。 【详解】A、图示过程进行的是[H]与氧气结合生成水的过程，有氧呼吸的第三阶段，A错误； B、据图分析：H+通过ATP合成酶以被动运输的方式进入线粒体基质，并驱动ATP生成，所以NADH中的能量可通过H+的电化学势能转移到ATP中，B正确； C、有氧呼吸的第一阶段发生在细胞质基质，该阶段也能产生NADH，即细胞质基质也能产生NADH，C错误； D、据图分析，膜间隙H+高于膜内，所以H+可以借助F0和F1蛋白以协助扩散的方式由膜间隙跨膜运输到线粒体基质，D错误。 故选ACD。 细胞内合成ATP的方式分为氧化磷酸化和底物水平磷酸化。化学渗透假说认为，氧化磷酸化是通过电子传递链建立膜两侧的 H+浓度差，H+经H+通道运输时，H+的势能被转换为合成ATP所需的能量，如图1所示。图2是发生在小麦叶绿体内的光反应机制，回答下列问题： (1)由图1可知，H+通过ATP合酶中的H+通道的运输方式属于 ，叶绿体类囊体腔内 pH （填“高于”或“低于”）叶绿体基质。氧化磷酸化还可以发生在细胞的 中。 (2)图2中，H2O光解会产生电子，电子传递链的最终受体是 。若适当提高CO₂的含量，电子传递速度短时间内会 （填“加快”或“减慢”）。 (3)设计实验验证“叶绿体在光下利用 ADP和 Pi合成ATP的动力直接来源于类囊体膜两侧的H⁺浓度差”，请补充实验思路和预期实验结果（备选试剂和材料：pH为4的缓冲液，pH为8的缓冲液，叶绿体类囊体，ADP， Pi等）。实验思路： ①向 pH为4的缓冲液中加入叶绿体类囊体，待类囊体膜内外pH平衡后，均分为两组； ②实验组： ； ③对照组： 。 两组条件相同且适宜，一段时间后，检测两组中ATP 的生成情况。 预期实验结果： 。 【答案】(1) 协助扩散 低于 线粒体和细胞质基质 (2) NADP+ 加快 (3) 将平衡后的类囊体转移到pH为8的缓冲液，加入适量ADP 和 Pi” 将平衡后的类囊体转移到 pH为4 的缓冲液，加入等量 ADP 和 Pi” 实验组中有 ATP的产生，对照组中没有 ATP生成 【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NADPH和ATP的作用下被还原，进而合成有机物。 【详解】（1）由图1可知，H+通过ATP合酶中的H+通道的运输方式属于协助扩散，该过程是顺浓度梯度进行的，不消耗能量，叶绿体类囊体腔H+含量高，因而其中的pH低于叶绿体基质。有氧呼吸的第一、二、三阶段的场所依次是细胞质基质、线粒体基质和线粒体内膜，蔗糖氧化降解是通过糖酵解、柠檬酸循环和氧化磷酸化等过程完成的，它们依次对应有氧呼吸的三个阶段，因此糖酵解和氧化磷酸化反应分别对应有氧呼吸第一、三阶段，故氧化磷酸化发生在线粒体内膜上。 （2）电子由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，电子的最终受体是NADP+，若适当提高CO2的含量，则短时间内产生的C3多，因而C3还原速度快，消耗的NADPH和ATP增多，因此，图中电子传递速度短时间内会“加快”，进而提高光合速率。 （3）本实验的目的是验证“叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力直接来源于类囊体膜两侧的H＋浓度差”，则实验的自变量为H＋浓度差的有无，因变量为是否有ATP产生，因此本实验的实验思路如下： ①向pH为4的缓冲液中加入叶绿体类囊体，待类囊体膜内外pH平衡后，均分为两组（此时类囊体膜两侧不存在浓度差； ②实验组的处理为：将平衡后的类囊体转移到pH为8的缓冲液（此时类囊体膜内外存在浓度差）； ③对照组的处理为：将平衡后的类囊体转移到pH为4的缓冲液（此时类囊体膜内外不存在浓度差）；两组其他条件相同且适宜，一段时间后，检测两组中ATP的生成情况。 根据验证的实验结果可知，支持该实验的实验结果为实验组中有ATP的产生，对照组中没有ATP生成。 难点知识五 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 1．图解光合作用和细胞呼吸过程中的物质转化关系 2．光合作用与细胞呼吸的比较 比较项目 光合作用 呼吸作用 发生范围 含叶绿体的植物细胞；光合细菌（如蓝细菌）等 所有活细胞 发生场所 叶绿体（真核生物）细胞质（原核生物） 真核细胞：有氧呼吸为细胞质基质、线粒体；无氧呼吸为细胞质基质 原核细胞：细胞质基质和细胞膜 发生条件 只在光下进行 有光、无光都能进行 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 化学能→ATP中活跃的化学能、热能 实质 无机物有机物；储存能量 有机物无机物（或简单有机物）；释放能量 能量转化的联系 元素转移的联系 C：CO2（CH2O）丙酮酸CO2 O：H2OO2H2O H：H2OH＋―→NADPH（CH2O）[H]H2O 过程联系 命题角度1 光合作用与细胞呼吸过程、物质和能量的关系 如图所示为甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是（    ） A．过程A中类胡萝卜素吸收的紫外光可为ATP的合成提供能量 B．过程A产生的ATP和NADPH可用于B过程中CO2的固定 C．突然停止光照或提高CO2浓度均可使④的含量在短时间内增加 D．过程B发生在叶绿体基质中，过程C和过程D均会产生ATP 【答案】D 【详解】A、类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，基本不吸收紫外光，且紫外光会损伤细胞，不能为ATP合成供能，A错误； B、光反应（过程A）产生的ATP和NADPH用于暗反应（过程B）中C3还原，不是CO2固定，B错误； C、突然停止光照，光反应产物减少，C3还原减慢，CO2固定正常，C5（④）含量短时间内减少，提高CO2浓度，CO2固定加快，C5消耗增多，含量短时间内也减少，C错误； D、过程B是暗反应，发生在叶绿体基质，过程C是细胞呼吸第一阶段，过程D包含有氧呼吸二、三阶段，细胞呼吸过程会产生ATP，D正确。 故选D。 在植物叶肉细胞中会同时进行光合作用和呼吸作用两种生理过程，下面是相关物质变化示意图，其中A~E为生理过程，请回答： (1)上述A~E过程中，能够产生ATP的过程是 （填字母），B过程中突然减少CO2的供应，C₅的含量短时间内将 （填“上升”、“下降”、“不变”），黑暗条件下，能产生[H]的场所是 ，若该细胞为植物根细胞，可进行的过程是 （填字母）。 (2)过程A发生的场所是 ，过程A为过程B提供的物质有 和 。标记的14CO2在 （填场所）被C5固定后才能被还原。 (3)有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是 （填字母），该阶段反应发生的场所是 ；细胞呼吸生成的[H]指的是 。 【答案】(1) ACDE 上升 细胞质基质和线粒体基质 CDE (2) 叶绿体类囊体薄膜 NADPH ATP 叶绿体基质 (3) C 细胞质基质 NADH 【分析】分析题图，A为光反应阶段，B为暗反应阶段，C可表示有氧呼吸第一阶段，也可以表示无氧呼吸第一阶段，D表示有氧呼吸第二阶段，E表示有氧呼吸第三阶段。 【详解】（1）有氧呼吸的三个阶段（CDE）均可产生ATP，光合作用的光反应阶段（A）有ATP的产生，故上述A～E过程中，能够产生ATP的过程是ACDE。在暗反应阶段，CO₂首先与C5结合形成C₃，若突然减少CO2的供应，则C5的消耗减少，会导致C5的含量短时间内上升。黑暗条件下，不能进行光合作用，只有呼吸作用产生[H]，细胞质基质中进行的呼吸作用第一阶段和线粒体中进行的有氧呼吸第二阶段均可产生[H]。若该细胞为植物根细胞，则该细胞不含叶绿体，不进行光合作用，呼吸作用可正常进行，故植物根细胞可进行的过程是CDE。 （2）过程A表示光反应阶段，发生在叶绿体类囊体薄膜。过程B表示暗反应阶段，发生场所为叶绿体基质；光反应阶段为暗反应阶段提供NADPH和ATP，用于暗反应阶段中C₃还原。暗反应阶段包括CO2固定和C₃还原，标记的14CO2在叶绿体基质中被C5固定形成14C3，随后14C3才能被NADPH还原形成有机物。 （3）有氧呼吸与无氧呼吸的共同阶段是第一阶段，即C，该阶段反应发生的场所是细胞质基质。细胞呼吸生成的[H]指的是还原型辅酶I（NADH）。 如图甲是番茄植株内某些生理过程（a～h代表物质，①～⑤代表反应过程）。图乙为科研人员在不同条件下测定了番茄植株的净光合速率（用CO2的吸收速率表示）并绘制其变化曲线。回答下列问题： (1)图甲中①反应的场所为 ，b代表 ，f代表 。 (2)图甲①～⑤代表的反应过程中，ATP合成发生在 （填序号）。 (3)图乙中，CO2浓度小于a时，图示的两种光强下番茄植株呼吸作用产生的CO2 （填“大于”或“等于”或“小于”）光合作用固定的CO2量，A点时限制其光合速率的环境因素主要是 。高光强条件下，CO2浓度为c和b时光合速率差值较大，而弱光强条件下这种差值明显缩小，从光合作用过程的角度分析原因是 。 【答案】(1) 类囊体（薄）膜 O2 C5（五碳化合物） (2)①③④⑤ (3) 大于 二氧化碳（CO2）浓度 光照较弱时，光反应产生的NADPH和ATP较少，还原的CO2少，多余的CO2不能被暗反应利用，所以两者差值较小 【分析】1、光反应的场所是类囊体薄膜，产物是O2、NADPH和ATP。 2、暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等有机物。 【详解】（1）由图甲可知，过程①为光反应过程，场所为叶绿体类囊体薄膜，b为水的光解产物之一，即b为O2，g为CO2，可与C5反应形成C3，因此f是C5，h是C3。 （2）①为光合作用光反应，②为暗反应，③为有氧呼吸第一阶段，④为有氧呼吸第二阶段，⑤为有氧呼吸第三阶段。光反应阶段和有氧呼吸三个阶段都会产生ATP，因此ATP合成发生在①③④⑤。 （3）图乙中的纵坐标的正半轴表示净光合速率大于零，负半轴表示净光合速率小于零，CO2浓度小于a点时，对应的纵坐标为负值，说明植物在释放CO2，呼吸速率大于光合速率，呼吸作用产生的CO2大于光合作用固定的CO2量。高光强下光反应产生的NADPH和ATP较多，所以影响光合速率的主要因素是C3的合成速率，CO2浓度越高，C3的合成速率越快，而弱光下产生的NADPH和ATP较少，多余的CO2不能被暗反应利用，所以番茄在高光强条件下，CO2浓度为c和b时光合速率差值较大，而弱光强条件下这种差值明显缩小。 1．光质和土壤中的盐含量是影响作物生理状态的重要因素。为探究不同光质对高盐含量（盐胁迫）下某作物生长的影响，将作物分组处理一段时间后，结果如图所示（光补偿点指当总光合速率等于呼吸速率时的光照强度）。下列叙述错误的是（    ） A．选用①③④组可以探究实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响 B．提高本实验环境中浓度会导致各组光补偿点降低 C．在光照强度达到光补偿点之前（消耗量与光照强度视为正比关系），③组的总光合速率始终小于④组的总光合速率 D．分析①③组，盐胁迫对光合作用的抑制程度小于对呼吸作用的抑制程度 【答案】D 【详解】A、①③比较可知盐胁迫对作物生长的影响，①③④比较可判断实验光处理是否完全抵消了盐胁迫对该作物生长的影响。A正确； B、提高CO2浓度（光合原料增加），光合速率会增强，因此更低的光照强度就能使光合速率等于呼吸速率（光补偿点降低），B正确； C、④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同也就是呼吸速率等于总光合速率时的光照强度相等，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率也大于③组。C正确； D、对比①（正常盐+正常光）和③（高盐+正常光）： 光补偿点：③＞①（左图③光补偿点更高），说明③组需更高光照才能让光合速率=呼吸速率（光合受抑更严重）。 呼吸速率：③＜①（右图③呼吸速率更低），说明盐胁迫对呼吸的抑制弱于对光合的抑制。 因此 “盐胁迫对光合作用的抑制程度小于对呼吸作用的抑制程度” 错误，D错误。 故选D。 2．科研人员将一盆绿萝放在透明且密闭的容器内，并在一定条件下培养，在不同温度下分别测定其黑暗条件下的CO₂释放量和适宜光照下CO₂吸收量并绘制曲线如图所示，图2表示绿萝叶肉细胞内的线粒体和叶绿体的关系。据图分析，正确的是（    ） A．24℃适宜光照条件下，绿萝的CO₂固定速率会大于60mol/s B．在29℃时，绿萝的呼吸速率等于光合速率 C．植株的CO₂吸收速率为零时，其叶肉细胞的状态如图2中③所示 D．在29℃且每天光照10小时的环境中，植株不能积累有机物 【答案】A 【详解】A、二氧化碳固定量等于光照时CO2吸收速率加黑暗条件下CO2释放速率，实线24℃吸收速率约为52mol/s加虚线24℃释放速率10mol/s，故CO2固定速率62mol/s，大于60mol/s，A正确； B、光照时CO2吸收速率为净光合速率，黑暗条件下CO2释放速率为呼吸速率，根据图1可知，29℃两曲线相交，但二者对应数值不同，光合速率大于呼吸速率，B错误； C、由于植物体内存在不进行光合作用的细胞，因此当绿萝植株的CO2吸收速率（净光合速率）为零时，其叶肉细胞的净光合速率应该大于零，因此状态如图2中④所示，C错误； D、29℃时叶片的净光合速率约为38mol/s，细胞呼吸速率约为18mol/s，在每天光照10小时的环境中一昼夜有机物的积累量为38×10-18×（24-10）=128，因此在29℃且每天光照10小时的环境中植株叶片能积累有机物，D错误。 故选A。 3．为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸入H216O后，放于氧气置换为18O2的密闭装置中，18O2浓度设正常（21%）和低氧（2%）两个水平，测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸作用速率。其中，净光合速率＝光合作用速率－呼吸作用速率。结果如下，下列分析错误的是： A．当净光合速率为0时，叶片非绿色部位线粒体消耗的氧气只有18O2 B．低氧下，500μmolPAR/（m2·s）光照强度下，叶片光合作用速率为10.7μmol/（m2·s） C．高氧环境在光照较强时有助于光合速率的增高，可能与此时呼吸作用更强有关 D．实验结果说明白天正常氧，夜间低氧最有利于糖积累 【答案】A 【详解】A、采集某植物叶片，将叶柄浸入H216O后，放于氧气置换为18O2的密闭装置中，H216O被细胞吸收后参与光合作用的光反应，释放16O2，当净光合速率为0时，叶片非绿色部位线粒体消耗的氧气有18O2和16O2，A错误； B、由图可知，低氧（2% O2）、500μmolPAR/（m2·s）光照强度下，净光合速率为 10 μmol/（m2·s），呼吸作用速率为 0.7 μmol/（m2·s），因此光合作用速率为10＋0.7＝10.7μmol/（m2·s），B正确； C、在光照较强时，高氧环境可能会通过增强呼吸作用提供更多的CO2，从而间接促进光合作用的速率，这是因为呼吸作用产生的CO2可以被光合作用利用，形成一个正反馈循环。综上所述，高氧环境在光照较强时有助于光合速率的增高，可能与此时呼吸作用更强有关，C正确； D、由左图可知，在光照条件相同时，正常氧（21% O2）和低氧（2% O2）水平下的净光合速率无明显差异；由右图可知，黑暗时，正常氧水平下的呼吸作用速率明显高于低氧水平下的呼吸作用速率。可见，白天正常氧、夜间低氧最有利于糖积累，D正确。 故选A。 4．呼吸作用和光合作用是生物能量转换的核心生理过程，在线粒体和叶绿体的生物膜上都存在一系列电子载体(传递电子)组成的电子传递链，电子传递过程中释放的能量用于运输H+从而建立起跨膜的 H+浓度梯度，膜两侧的 H+浓度梯度驱动 ATP 合酶合成 ATP，相关过程如图，关于呼吸、光合的电子传递链，下列说法正确的是（    ） A．图 1、2 的生物膜分别是线粒体内膜、叶绿体内膜 B．图 1 和图 2 的最终电子受体分别为 O2、NADP+ C．图示两过程均发生化学能转换为电能 D．合成的 ATP 均能用于生物体的各项生命活动 【答案】B 【详解】A、图1表示H+与O2反应生成H2O，该生物膜结构属于线粒体内膜，表示的生理过程是有氧呼吸第三阶段，图2表示H2O分解成H+与O2，属于光反应，发生于叶绿体的类囊体薄膜，A错误； B、图 1（有氧呼吸第三阶段）：电子最终传递给O2  ，生成水，最终电子受体是O2， 图 2（光反应）：电子最终传递给NADP+  ，生成NADPH ，最终电子受体是NADP+，B正确； C、图1的能量转换为有机物中的化学能→电能→化学能（ATP），图2的能量转换为光能→电能→化学能，由此可知图2过程没有发生化学能转换为电能，C错误； D、图1呼吸作用产生的ATP可用于各项生命活动，图2光合作用产生的ATP仅用于暗反应，一般不能直接用于其他生命活动，D错误。 故选B。 5．将某绿色蔬菜放置在密闭、黑暗的容器中，一段时间内分别测定了其中 O2、CO2相对含量数 据见下表， 下列分析正确的是（　　） 0min 5min 10min 15min 20min 25min CO2相对含量 1 4 5.6 6.7 7.7 9.1 O2相对含量 20 17 15.8 15 14.6 14.4 A．随着氧气含量降低，第 5min 开始装置中的植物进行无氧呼吸产生了乳酸和 CO2 B．有氧呼吸过程中葡萄糖中的能量大部分储存在 ATP 中 C．0~5min 植物进行有氧呼吸，NADH 的产生、消耗过程都伴随着产生 ATP D．若在 10min 给予植物适宜光照， 则装置中 CO2 含量会一直下降 【答案】C 【详解】A、植物进行无氧呼吸产 CO2 的过程不产生乳酸 ，A 错误； B、有氧呼吸过程中葡萄糖中的能量大部分以热能形式散失，B 错误； C、0-5min，消耗的氧气的量等于产生的 CO2的量 ，说明植物只进行有氧呼吸 ，有氧呼吸第一、 二阶段产生 NADH 的过程会产生少量 ATP，在有氧呼吸第三阶段 ，NADH 的消耗过程伴随着产生大量 ATP，C正确； D、若在10min给予植物适宜的光照，植物会进行光合作用吸收CO2，但随着光合作用的进行，容器内CO2浓度降低到一定程度后，光合作用强度会等于呼吸作用强度，此时CO2含量不会一直下降，D错误。 故选C。 6．光补偿点为植物的光合速率等于呼吸速率时对应的光照强度；光饱和点为植物的光合速率刚达到最大时对应的光照强度。在一定浓度的CO2、适宜温度及不同光照条件下，科研人员测得甲、乙两种水稻的光合速率变化情况如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．光照强度为1千勒克司时，甲、乙两种水稻的真正光合速率相等 B．未达到各自光饱和点时，影响甲、乙水稻的光合速率的主要因素是CO2浓度 C．在各自光补偿点时，甲、乙水稻叶肉细胞消耗的CO2量等于产生的CO2量 D．作物分层种植，适合将甲种植在下层，乙种植在上层，实现光能的分层利用 【答案】D 【详解】A、光照强度为1千勒克司时：甲的净光合速率为0（光补偿点），其呼吸速率为10（光照强度为0时，CO2释放量为10），因此甲的真正光合速率=10+0=10。乙的呼吸速率为15（光照强度为 0 时，CO2释放量为15），净光合速率为−10（CO2吸收量为−10），因此乙的真正光合速率5，甲、乙真正光合速率不相等，A错误； B、“在一定浓度的CO2、适宜温度及不同光照条件下” 测定光合速率。未达到光饱和点时，光照强度是影响光合速率的主要因素（CO2浓度和温度已处于适宜 / 稳定状态），B错误； C、光补偿点时，整个植株的光合速率=呼吸速率，但植物存在非光合细胞（如根细胞）。叶肉细胞既进行光合作用消耗CO2，又进行呼吸作用产生CO2，且叶肉细胞的光合速率需满足自身和非光合细胞的呼吸消耗，因此叶肉细胞消耗的CO2大于产生的CO2，C错误； D、从图中可知：甲的光补偿点、光饱和点均低于乙。甲在弱光下即可达到光补偿点，适合种植在下层（光照较弱）；乙需较强光照才能充分光合，适合种植在上层（光照较强）。这种分层种植可实现光能的分层利用，提高光能利用率，D正确。 故选D。 7．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，每日光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少 B．光照强度在d点之后，限制植物A的P/R值增大的主要外界因素是光照强度 C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等 D．若适当增加土壤中无机盐镁的含量，一段时间后B植物的a点左移 【答案】D 【详解】A、阳生植物的光饱和点大于阴生植物的，因此曲线A表示红松，曲线B表示人参。光照强度为a时，对于人参（B）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，红松此时 P/R小于1，因此干重也减少，A错误； B、光照强度在d点之后，限制红松（A）P/R 值增大的主要外界因素是光照强度以外的其他因素，如 CO2浓度，B错误； C、人参（阴生）的呼吸速率比红松（阳生）的呼吸速率更低，光强为c时，二者的 P/R值相同，但呼吸速率不同，故净光合速率不同，C错误； D、对于人参（B）而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值（ P/R）为1，对应的光照强度为光补偿点；若适当增加土壤中无机盐镁的含量，B植物合成叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变小，故一段时间后B植物的a点左移，D正确。 故选D。 8．图1表示某生物细胞呼吸(以葡萄糖为底物)时气体交换相对值的情况，图2为密闭玻璃温室内某植物一昼夜CO2浓度的变化情况(整个过程呼吸速率恒定)下列叙述正确的是（　　） A．图1中若氧气浓度为a时，葡萄糖的能量大多都以热能形式散失 B．图1中若氧气浓度为b时，CO2释放量与O2吸收量的比为2：1，则该氧气浓度下无氧呼吸和有氧呼吸消耗葡萄糖的比为1：3 C．细胞呼吸除了能为生物体供能，它还是蛋白质、糖类和脂质代谢的枢纽 D．图2中 ce段光合速率下降主要是因为玻璃温室内的CO2浓度下降 【答案】C 【详解】A、图1中若氧气浓度为a时，只进行无氧呼吸，无氧呼吸（如酒精发酵或乳酸发酵）的主要能量去向是生成酒精，而非热能，A错误； B、设无氧呼吸消耗葡萄糖为X，有氧呼吸为Y。 无氧呼吸CO₂释放量 = 2X；有氧呼吸CO₂释放量 = 6Y，O₂吸收量 = 6Y。 总CO₂/O₂ = (2X + 6Y)/(6Y) = 3⇒ 2X + 6Y = 12Y ⇒ X/Y = 3⇒无氧呼吸和有氧呼吸消耗葡萄糖的比= 3:1​​（非1:3），B错误； C、细胞呼吸通过分解有机物提供能量，并为物质合成（如氨基酸、脂肪酸）提供中间产物（如乙酰辅酶A、NADH等），是代谢网络的核心，C正确； D、图2中ce段光合速率下降主要是因为玻璃温室内温度上升，出现光合午休现象，气孔关闭，D错误。 故选C。 9．下图是菠菜叶肉细胞光合作用和呼吸作用的部分过程，a、b 代表气体。相关叙述正确的是（    ） A．物质 a、b 分别代表 CO₂和 O₂ B．过程②④都在生物膜上进行 C．过程③消耗的 ATP 可由过程①②④提供 D．只有在有光条件下过程①②③④才能同时进行 【答案】D 【详解】A、a为水的光解产生的O2，b为暗反应的原料CO2，A错误； B、④为有氧呼吸第一、第二阶段，发生的场所在细胞质基质和线粒体基质，B错误； C、过程③为暗反应，该过程消耗的ATP可由光反应提供，即过程②，C错误； D、①④为细胞呼吸，②③光合作用，故只有在有光条件下过程①②③④才能同时进行，D正确。 故选D。 10．用某植物的叶片在不同温度条件下进行如下实验：先测量叶片单位面积干重，再暗处理 1h，再测其单位面积干重，随后立即用 8000 勒克斯光照 1h，最后再测其单位面积干重，结果如图所示。以下说法正确的是（　　） A．35℃时单位面积叶片 1h 光合作用制造的有机物的量与 30℃时相等 B．25℃时单位面积叶片 1h 光合作用积累的有机物的量与 35℃时相等 C．由图中数据可知，该植物叶片中与光合作用有关酶的最适温度更有可能低于 35℃ D．在全天恒温 5℃条件下，每日用 8000 勒克斯光照时间超过 6h，该植物即可正常生长 【答案】C 【详解】A、本实验总共历时2小时，其中第1小时为暗处理，只进行呼吸作用，第2小时为光照处理，进行光合作用和呼吸作用，分析曲线，暗处理后的干重减少量（实线）为1h 呼吸作用消耗的干重；光照后与暗处理前的干重增加量（虚线）为1h光合作用-2h呼吸作用的干重变化。光合作用制造的有机物的量为总光合作用，总光合作用=呼吸作用+净光合作用，虚线数值+实线数值为净光合，因此总光合作用=虚线数值+2×实线数值，35℃时单位面积叶片1h光合作用制造的有机物的量=3+3.5×2=10， 30℃时为3.5+2×3=9.5，两者不相等，A错误； B、光合作用积累的有机物的量为净光合作用，单位面积叶片1h净光合作用=虚线数值+实线数值，25℃时净光合作用为2.25+3.75=6， 35℃时为3+3.5=6.5，两者不相等，B错误； C、净光合作用=虚线数值+实线数值，30℃时净光合作用为3.5+3=6.5， 35℃时净光合为3+3.5=6.5，可知净光合作用速率最大值在30~35℃，可推测该植物叶片中与光合作用有关酶的最适温度更有可能低于 35℃，C正确； D、植物茎秆和根不进行光合作用，但呼吸作用消耗有机物，恒温5℃条件下，每日用 8000 勒克斯光照时间超过6h，植物叶片的净光合大于0，但是对于整个植株能否生长，无法判断，D错误。 故选C。 11．为研究光照强度对植物光合作用强度的影响，某学习小组设计实验装置如图甲所示（密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化）。将实验装置放置于室温一段时间后，测量小室中的气体释放量，改变光源距离，重复实验，得到实验结果如图乙所示。 下列叙述正确的是（    ） A．光源距离为b和d时，植物的光合速率相等 B．光源距离位于cd之间时，植物叶肉细胞的光合速率小于呼吸速率 C．光源距离小于c和大于c时释放的气体不同 D．光源距离为a时，限制光合速率的因素为光照强度 【答案】C 【分析】本实验的自变量是光源与植物的距离，因变量是气体的变化量。 【详解】AC、甲图装置液滴的移动实验测的是整个植株气体释放速率，当距离为c时，整个植株的光合速率等于呼吸速率，光照强度为b的时候，光合大于呼吸，释放的气体是氧气，d点时呼吸大于光合，释放的气体是二氧化碳，两点时光合速率不相等，呼吸速率不变，A错误、C正确； B、当距离为c时，整个植株的光合速率等于呼吸速率，但相当一部分植物细胞不能进行光合作用但可以进行呼吸作用，所以叶肉细胞中的光合速率应大于呼吸速率，B错误； D、光源与密闭小室距离小于a时，光合速率最大，限制光合作用主要因素不再是光照强度，D错误。 故选C。 12．现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。实验结果如图所示，其中的绿藻质量为鲜重。下列说法错误的是（　　） A．由甲图可知，绿藻在低光强下比高光强下需吸收更多的Mg2+ B．由乙图可知，在实验温度范围内，高光强条件下光合速率并不是随着温度升高而升高 C．由乙图可知，在20℃下持续光照2h，高光强组比低光强组多吸收CO2150μmol·g-1 D．若细胞呼吸的耗氧速率为30μmol·g-1·h-1，则在30℃、高光强下每克绿藻每小时积累葡萄糖4.77g 【答案】D 【分析】1、总(真正)光合速率可以用 “同化”“固定”或“消耗”的CO2的量、“产生”或“制造”的O2的量和“产生”“合成”或“制造”的有机物的量表示。 2、净(表观)光合速率可以用“从环境(容器)中吸收”或“环境(容器)中减少”的CO2的量、“释放至容器(环境)中”或“容器(环境)中增加”的O2的量和“积累”“增加”或“净产生”的有机物的量表示。 3、呼吸速率可以用黑暗中释放的CO2的量、黑暗中吸收的O2的量和黑暗中消耗的有机物的量表示。 【详解】A、由甲图可知，叶绿素a含量在低光强下比高光强下高，而叶绿素a含有Mg2+，所以绿藻在低光强下比高光强下需吸收更多的Mg2+，A正确； B、由乙图可知，在高光强条件下，在25℃下的光合速率高于在20℃下和在30℃下的光合速率，B正确； C、乙图中的绿藻放氧速率表示净光合速率，则在20℃下持续光照2h，高光强组比低光强组释放的氧气量多2×75=150（μmol·g-1），根据光合作用的反应式可知，6分子的氧气对应6分子的二氧化碳，则多消耗二氧化碳的量也为150μmol·g-1，C正确； D、乙图中的绿藻放氧速率表示净光合速率，根据光合作用的反应式可知，6分子的氧气对应1分子的葡萄糖，则绿藻在30℃、高光强条件下，每克绿藻每小时积累的葡萄糖量为129÷6=21.5（μmol），换算成质量为21.5×180×10－6=3.87×10－3（g），D错误。 故选D。 13．当光照过强时，会引起植物光能转化效率降低，这种现象被称为光抑制。植物具有多种光保护机制，主要包括依赖于叶黄素循环的热耗散机制（NPQ）和 D1 蛋白周转依赖的 PSⅡ损伤修复机制。叶黄素循环是指依照光照条件的改变，植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化。光系统PSⅡ是一种光合色素和蛋白质的复合体，D1蛋白是PSⅡ的核心蛋白，铁氰化钾是能接收电子的人工电子梭，可有效解除植物的光抑制现象。据图回答下列问题： (1)据图1分析，光系统 PSⅡ分布在叶绿体的 上，电子的最初供体是 ，加入铁氰化钾后光抑制解除的机制是强光下生成 运输到细胞质基质，细胞膜上的 使其分解，同时把电子泵出细胞膜与铁氰化钾结合，从而消耗过多的电子，有效解除光抑制现象。 (2)图2为夏季白天对番茄光合作用相关指标的测量结果（Pn表示净光合速率，Fv /F m 表示光合色素对光能的转化效率），则在叶片内叶黄素总量基本保持不变的前提下，12~14 时，叶黄素种类发生了 （填“V→A→Z”或“Z→A→V”）的转化，该转化有利于防止光损伤。16 时以后，光照减弱，（A+Z）与（V十A十Z）的比值 （填“增大”或“减小”），光损伤减弱，损伤的光系统得以部分修复，F v /F m （填“升高”或“降低”）。 (3)研究发现过剩的光能会损伤D1蛋白进而影响植物的光合作用。研究人员对番茄进行亚高温强光（HH）处理，实验结果如图3所示。据图分析，HH 条件下，光合速率降低的原因不是气孔因素引起的（气孔限制因素—CO2供应不足；非气孔限制因素—CO2得不到充分利用），理由是 ，试推测光合速率降低可能的原因是 。 【答案】(1) 类囊体膜 水或 H2O NADPH NADPH氧化酶 (2) V→A→Z 减小 升高 (3)气孔导度降低，但胞间二氧化碳浓度升高 由于RuBP羧化酶活性下降，使C3的合成速率下降，导致光反应产物积累，进而使光能转化效率降低而造成光能过剩，D1蛋白受损，光反应减弱，光合速率降低 【分析】光合作用过程：（1）光反应场所在叶绿体类囊体薄膜，发生水的光解、ATP和NADPH的生成；（2）暗反应场所在叶绿体的基质，发生CO2的固定和C3的还原，消耗ATP和NADPH。 【详解】（1）分析题意可知，光系统PSⅡ是光合作用中的重要色素蛋白复合体，故分布在叶绿体的类囊体膜上；据图可知，在光合作用中，水分子是电子的最初供体，通过光解水产生电子、H+和氧气；据图可知，强光下生成NADPH运输到细胞质基质；细胞膜上的 NADPH氧化酶使NADPH分解为NADP＋；同时把电子泵出细胞膜与铁氰化钾（铁氰化钾是一种人工电子受体）结合， 生成的NADP＋通过叶绿体膜运输到叶绿体内，去消耗过多的电子，从而有效解除光抑制现象。 （2）已知植物体内的叶黄素V和叶黄素Z可以经过叶黄素A发生相互转化，在叶片内叶黄素总量基本保持不变的前提下，据图可知，12~14时，（A+Z）/（V十A十Z）增大，说明叶黄素种类发生了V→A→Z的转化；据图可知，16时以后光照强度减弱，(A+Z)与(V十A十Z)的比值减小；光损伤减弱，损伤的光系统得以部分修复，Fv/Fm（表示光合色素对光能的转化效率）升高。 （3）结合图示可知，HH组的气孔导度降低，但胞间二氧化碳浓度较高，说明光合速率降低的原因不是气孔因素；结合图3分析，光合速率降低可能的原因是在亚高温强光条件下，由于RuBP羧化酶活性下降，使C3的合成速率下降，导致光反应产物积累，进而使光能转化效率降低而造成光能过剩，D1蛋白受损，光反应减弱，光合速率降低。 14．S基因的表达产物——S蛋白是位于植物保卫细胞膜上的阴离子通道蛋白，参与保卫细胞渗透压的调控（渗透压升高，气孔开度增大，相反则减小），它与R基因、H基因共同参与气孔的开闭。为探究高CO2浓度时气孔开度的调控机制，研究者利用野生型（WT）、S基因功能缺失体s、R基因功能缺失体r、H基因功能缺失体h及R/H双基因功能缺失体r/h进行了相关实验，结果如图。 (1)气孔开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、呼吸作用以及 等生理过程（答出1点即可）。 (2)据左图可知，当CO2浓度升高时，突变体s较WT的气孔开度下降较少，可促进其进行 阶段进而提高光合速率。由此推测CO2浓度升高时，S基因 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭。左图中 组相比，说明高CO2浓度时，H基因能抑制气孔关闭；h组与r/h组相比，说明高CO2浓度时，H基因功能缺失，R基因 （填“促进”或“抑制”）气孔关闭的调控作用不能体现出来。 (3)右图为膜片钳记录的高CO2浓度下不同植株保卫细胞原生质体中阴离子外流电流情况（电流越强，阴离子外流越多），WT组存在明显的阴离子外流电流，s组几乎无外流电流，而r组的外流电流显著弱于WT组，请依据图推测R与S两基因的关系： 。 (4)综合以上分析，总结出高CO2浓度时S基因、R基因、H基因共同参与气孔开闭的机制，请在方框中填入合适的基因名称，在括号中选填“+”或“-”（“+”表示促进作用，“-”表示抑制作用），并完善流程图。    、 、 、 。 【答案】(1)光合作用、水分和无机盐的吸收与运输、光呼吸 (2) 暗反应或CO2固定 促进 r组与r/h 促进 (3)R基因表达产物促进S基因表达/R基因表达产物提高S基因表达产物活性 (4) R基因 H基因 - - 【分析】气孔是植物与外界环境进行气体交换的通道，气孔开闭影响气体进出。 【详解】（1）气孔是植物与外界环境进行气体交换的通道，气孔开闭影响气体进出，进而影响光合作用CO2进入影响暗反应、蒸腾作用（水分散失）、呼吸作用（O2进入和CO2排出）、光呼吸（与O2、CO2浓度相关）以及水分和无机盐的吸收与运输（蒸腾作用影响其动力）等生理过程。 （2）对比正常CO2浓度和高CO2浓度条件下的实验数据，发现高CO2浓度条件下，突变体s较WT的气孔开度下降较少，这意味着突变体s可以获得更多的CO2进而促进暗反应进行。比较s组（无S基因）和WT组（有S基因），可知高CO2浓度条件下，S基因的存在使得气孔开度下降幅度较小，即S基因促进了气孔关闭。分析r组与r/h组，在高CO2浓度条件下，r组气孔开度大于r/h组，说明H基因正常存在时（r组H基因正常），气孔开度较大，即H基因能抑制气孔关闭。比较r组（无R基因）和WT组（有R基因）可知，在高CO2浓度条件下，R基因存在时气孔开度较小，即R基因能促进气孔关闭。h组（无H基因）与r/h组相比，h组气孔开度与r/h组无显著差异，由于r/h组是R基因和H基因双缺失，h组只是H基因缺失，这表明在H基因功能缺失的情况下，R基因促进气孔关闭的调控作用不能体现出来。 （3）据图可知，WT组存在明显的阴离子外流电流，s组几乎无外流电流，说明S蛋白促进阴离子外流。结合题干中内容“S基因的表达产物——S蛋白是位于植物保卫细胞膜上的阴离子通道蛋白”也可得出这一结论。r组（无R基因）的外流电流显著弱于WT组（有R基因），这表明R基因功能缺失会降低阴离子外流强度，结合S基因的作用，可推测R基因促进S基因表达或R基因提高S基因表达产物活性，使得r组因R基因缺失，S基因的功能受影响，从而使阴离子外流电流减弱。 （4）综合前面的分析，R基因在H基因缺失时无法促进气孔关闭（从h组与r/h组对比可知），H基因抑制气孔关闭，可知R基因在H基因的上游，故①为R基因，②为H基因，③和④处均是“-”。 15．研究发现，西洋参适宜在土壤相对含水量为 60%~80%的环境下生长，在自然栽培下，干旱胁迫是影响其生长发育的重要因素。某西洋参种植基地的春季降水量偏少，为研究植物叶片光合作用对干旱胁迫的响应机制，有人通过盆栽西洋参植株模拟干旱胁迫进行相关实验，部分实验结果（单位已省略）见下表。回答下列问题： 干旱胁迫天数 0 2 4 6 8 10 12 呼吸速率 0.60 0.57 0.58 1.04 0.89 0.65 0.74 光饱和点 613.3 609.2 510.5 520.9 445.3 500.6 511.1 光补偿点 16.69 16.24 72.07 42.78 35.26 86.26 88.3 最大净光合速率 5.35 5.36 3.12 4.37 2.86 1.18 1.51 (1)在光补偿点时，西洋参叶肉细胞所固定的来自 ，此时产生 ATP 的膜结构有 。 (2)据表可知，对照组的处理是 。0~6 d内，西洋参植株叶片的光饱和点的变化趋势是 。 (3)为进一步研究干旱胁迫的影响，研究者测得如图所示的实验数据: ①据图可知，在干旱胁迫前6天，影响西洋参叶片净光合速率的因素为气孔因素，判断依据是 。 ②综合上述的研究结果，请你为该种植基地在春季种植西洋参植株提出合理的建议，并说明依据 。 【答案】(1)细胞呼吸和外界环境 线粒体内膜、类囊体薄膜 (2)控制土壤相对含水量在 60%~80% 先降低后升高 (3)净光合速率、胞间CO2浓度和气孔导度均呈下降趋势 春季应及时灌溉，保持土壤相对含水量在 60%~80% 【分析】光合作用人为划分光反应和暗反应阶段。光反应的场所在类囊体的薄膜上，光反应阶段发生水的光解，NADPH、ATP的合成，将光能转变为ATP和NADPH中活跃的化学能。暗反应发生在叶绿体基质中，发生二氧化碳的固定和三碳化合物的还原，将ATP和NADPH中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能。 【详解】（1）光补偿点时，此时植株整体光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞是光合作用核心部位，其光合速率大于自身呼吸速率（植株存在非光合细胞仅进行呼吸）。因此叶肉细胞固定的CO2，一部分来自自身细胞呼吸产生；另一部分需从外界环境吸收（因植株整体光合消耗与呼吸释放的CO2平衡，叶肉细胞需额外从外界获取以满足自身光合需求。因为光合作用产生ATP的场所是叶绿体类囊体薄膜，呼吸作用产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体，所以此时产生ATP的膜结构有线粒体内膜、叶绿体类囊体薄膜。 （2）对照组是不接受“干旱胁迫”实验变量的组，结合题干“西洋参适宜在土壤相对含水量为60% - 80%的环境下生长”，可知对照组处理为控制土壤相对含水量在 60%~80%，以此与干旱胁迫组形成对照。查看表格中干旱胁迫天数0、2、4、6对应的光饱和点数值（613.3、609.2、510.5、520.9），0 - 4d数值下降，4 - 6d数值上升，因此变化趋势为先降低后升高。 （3）气孔因素影响光合的逻辑是：气孔导度降低→CO2供应不足→光合速率下降。气孔导度下降时胞间CO2浓度也下降，说明CO2供应因气孔关闭受限，属于气孔因素。结合实验数据（对应图形前6天），干旱胁迫前6天气孔导度下降，胞间CO2浓度也同步下降，故影响净光合速率的因素为气孔因素，净光合速率、胞间 CO2浓度和气孔导度均呈下降趋势。综合实验结果，干旱会抑制西洋参的光合作用，所以春季应及时灌溉，保持土壤相对含水量在 60%~80%，保证西洋参正常的光合速率，促进生长。 16．为研究氮肥对高温胁迫下马铃薯光合作用的影响，研究人员构建了三个氮肥施用量和两个温度条件下的试验体系，在开花后40天测定相关指标，结果如表所示。 温度 施氮肥量 叶绿素总量 （mg·g-1） 气孔导度 （mol·m-2·s-1） 胞间CO2浓度 （μmol·mol-1） 块茎产量 （kg·hm-2） RT N0 6.2 0.17 350 17292 N1 8.9 0.19 322 20905 N2 12.9 0.24 310 26583 NT N0 8.3 0.21 305 24567 N1 11.4 0.32 287 28307 N2 14.8 0.46 262 30942 注：RT（高温胁迫）NT（环境温度） N0（不施氮肥）N1（75kg·hm-2）N2（150kg·hm-2） 回答下列问题： (1)照射到叶片的光能 （填“全部”、“大部分”或“少部分”）被位于类囊体膜上的 吸收，其主要吸收 光。 (2)据表分析，高温胁迫下叶绿素总量 ，导致光反应产生 减少，直接影响碳反应的 （过程）。 (3)随着氮肥施用量从N0增加到N2，气孔导度逐渐增加，胞间CO2浓度却逐渐减少，分析原因是 ，说明施氮肥可以 高温胁迫对光合作用的负面影响。 (4)高温胁迫会降低马铃薯块茎产量，而施氮肥可以提高块茎产量，从物质吸收和转运的角度分析原因可能是 （答出1点即可）。 【答案】(1) 少部分 光合色素 红光和蓝紫光 (2) 下降 ATP、NADPH C3的还原（三碳酸的还原） (3) 随着施氮肥量的增加，植物光合作用固定CO2的能力增加，叶肉细胞从胞间吸收的CO2量超过叶片通过气孔从外界吸收的CO2量 缓解 (4)高温胁迫使根系吸收氮素功能减弱，合理追施氮肥可增强根系对氮素的主动吸收能力（或高温胁迫干扰氮素由根系向地上部分的运输过程，施氮肥能激活氮素转运蛋白活性，保障氮素在植株体内的高效分配） 【分析】光合作用的过程分为光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段发生在类囊体薄膜上将光能转化为储存在ATP中的化学能；暗反应阶段发生在叶绿体基质中，将ATP 中的化学能转化为储存在糖类等有机物中的化学能。 【详解】（1）在光合作用中，照射到叶片的光能并非全部被吸收，只有少部分光能被类囊体膜上的光合色素吸收，用于光反应，其中，光合色素主要吸收红光和蓝紫光。 （2）从表中数据看，高温胁迫（RT）下，相同氮肥水平的叶绿素总量均低于环境温度（NT）下，表明高温胁迫导致叶绿素总量减少， 叶绿素是光反应的关键色素，其减少导致光反应生成的ATP和NADPH减少，ATP和NADPH用于碳反应中三碳化合物的还原，因此，直接影响C3的还原过程，降低碳反应效率。 （3） 从表中可见，氮肥增加（N0→N2）时，气孔导度增大，有利于CO₂进入叶片，但胞间CO₂浓度反而降低，这是因为光合作用速率提高，CO₂消耗加快，导致胞间CO₂积累减少，叶肉细胞从胞间吸收的CO2量超过叶片通过气孔从外界吸收的CO2量。氮肥通过提高光合效率，缓解高温胁迫对气孔功能（如气孔关闭）和光合碳同化的抑制。 （4）高温胁迫使根系吸收氮素功能减弱，合理追施氮肥可增强根系对氮素的主动吸收能力，因此，高温胁迫会降低马铃薯块茎产量，而施氮肥可以提高块茎产量（或高温胁迫干扰氮素由根系向地上部分的运输过程，施氮肥能激活氮素转运蛋白活性，保障氮素在植株体内的高效分配）。 17．镁（Mg）是影响光合作用的重要元素，科研人员进行了相关研究。请回答下列问题： (1)镁是构成光合色素中 的重要成分。为探究镁对水稻光合作用的影响，将正常培养38天的水稻分别转移到缺镁培养液（-Mg2+）和正常培养液（+Mg2+）中培养15天，连续跟踪检测光合色素含量相对值、Vc max（最大羧化速率，碳固定指标）和An（净光合速率），结果如图1．推测前15天光合色素含量相对值变化不明显的原因是 ，但10天后，缺镁组An显著下降，其原因是 。若验证缺镁前期对光反应的影响，需要检测的指标有 （答出2点即可）。 (2)在上述对照培养12天后，改变光照条件，持续48h检测Vc max，结果如图2，实验结果表Mg2+主要通过促进 条件下的碳固定，从而影响光合作用。 (3)已知叶绿体中的镁含量与图2中Vc max存在相似的变化，且与叶绿体镁转运蛋白MGT3相关。为验证缺镁处理能够动态抑制MGT3基因的表达，设计实验如下表，表中①为 ，预测实验结果为 。 组别 实验材料 实验处理 检测指标 对照组 缺镁培养的水稻植株 缺镁培养液 持续48h检测水稻叶片中的① 实验组 正常培养液 (4)研究发现，RuBP羧化酶（参与CO2的固定）的活性依赖于Mg2+，结合上述研究内容解释缺镁第10~15天影响水稻光合作用的机制 。 【答案】(1) 叶绿素 植物利用体内原有的Mg2+合成光合色素（或叶绿素） 缺镁导致（暗反应的）碳固定速率（或指标）（或Vc max或最大羧化速率）下降 ATP、NADPH、光反应速率、电子传递速率、氧气产生速率等 (2)光照 (3) MGT3（转运蛋白）的相对含量（或MGT3基因的相对表达量） 黑暗条件下，两组的MGT3相对含量无明显差异；光照条件下，缺镁组的MGT3相对含量明显低于正常组 (4)缺Mg2+抑制MGT3基因的表达（MGT3蛋白含量降低）使叶绿体中Mg2+含量下降；导致RuBP羧化酶的活性降低，从而抑制光合作用的暗反应，降低水稻光合作用）。 【分析】光合作用过程分为光反应和暗反应两个阶段，光反应阶段在叶绿体类囊体的薄膜上进行的，首先是水在光下分解成氧气、H+和e-，H+、e-与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合形成还原性辅酶Ⅱ（NADPH），在有关酶的催化作用下促使ADP与Pi反应生成ATP；暗反应是在叶绿体基质中进行的，二氧化碳与C5结合生成C3，即二氧化碳的固定。随后在有关酶的作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADHP还原。随后，一些C3经过一系列的反应形成糖类，另一部分C3经过一系列化学变化又形成C5。 【详解】（1）光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，其中镁是叶绿素的组成成分，缺镁会直接影响叶绿素合成。水稻正常培养38天，体内已储存一定量的 Mg²⁺，转移到缺镁培养液后，初期可利用储存的Mg²⁺维持光合色素合成，故前15天含量变化不明显。10天后An下降原因，图1显示缺镁组10天后Vc max（碳固定指标）下降，暗反应是光合作用的关键环节，碳固定能力减弱会直接导致净光合速率降低。光反应的产物是ATP和NADPH，同时伴随氧气释放，电子传递速率也直接反映光反应效率，这些均可作为检测光反应的指标。 （2）图2显示，对照培养12天后改变光照条件，正常镁组（+Mg²⁺）在光照时段的Vc max 明显高于缺镁组（-Mg²⁺），而黑暗时段两组Vc max 差异不显著。这表明Mg²⁺对碳固定的促进作用主要在光照条件下体现，进而影响光合作用整体效率。 （3）实验目的是验证缺镁处理动态抑制MGT3基因的表达，故检测指标应直接反映MGT3基因的表达情况，即MGT3基因的相对表达量或其编码的转运蛋白相对含量。实验结果分析：结合图2光照对Vc max的影响规律，MGT3基因表达与光照相关。黑暗时光照条件一致，两组MGT3表达无明显差异；光照下，缺镁组因镁缺乏抑制MGT3基因表达，故其表达量显著低于正常镁组。 （4）Mg²⁺通过影响MGT3基因表达调控叶绿体中Mg²⁺含量，缺镁时MGT3基因表达受抑，MGT3蛋白减少，叶绿体吸收和积累Mg²⁺的能力下降。对暗反应的影响，RuBP羧化酶是CO₂固定的关键酶，其活性依赖Mg²⁺，叶绿体中Mg²⁺不足会直接导致该酶活性降低，暗反应无法高效进行，最终使整体光合作用效率下降。 18．马铃薯是全球重要的粮食作物，在保障粮食安全中具有关键作用。为探究温室种植马铃薯的高产适宜条件，科研人员在某地冬季温室（平均光照强度约，浓度约）条件下，设置不同光照强度和浓度处理，测定了马铃薯植株的相关生理指标，结果如下表。请结合所学知识，回答下列问题： 组别 光照强度 () 浓度 () 净光合速率 () 气孔导度 () 叶绿素含量 () 对照 240 360 6.5 0.08 45.8 甲 400 360 13 0.15 65.6 乙 240 720 10 0.08 55.3 丙 400 720 16.5 0.13 67 注：气孔导度与气孔开放程度呈正相关。 (1)色素对特定波长光的吸收量可反映出色素的含量。为测定马铃薯叶片中色素的含量应选择 （填“红光”或“蓝紫光”）原因是 。 (2)净光合速率可以通过测定单位时间内 （答出1点即可）来表示。与对照组相比，甲组净光合速率显著提高，从表中信息分析，其原因可能是 （答出两点）。 (3)与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，经测定发现其叶肉细胞的胞间浓度却更高，可能的原因是 。 (4)根据本研究结果，在冬季温室种植马铃薯的过程中，若只能从增加浓度或增加光照强度中选择一种措施来提高马铃薯产量，应选择 ，依据是 。 【答案】(1) 蓝紫光 叶绿素和类胡萝卜素都吸收蓝紫光，而红光只能被叶绿素吸收 (2) 氧气释放量（或二氧化碳吸收量、有机物积累量） 光合色素增加，光反应增强，可为暗反应提供更多的NADPH和ATP；气孔导度增大，供应增加，暗反应增强 (3)丙组外界环境中浓度更高，进入胞间浓度更多 (4) 增加光照强度 与对照组净光合速率相比甲组的净光合速率提高幅度大于乙组 【分析】题表分析，本实验的自变量为光照强度和CO2浓度，因变量包括叶绿素含量、气孔导度等。影响光合作用的因素包括内因和外因：内因：色素含量、酶数量等；外因：光照强度、二氧化碳浓度、温度、含水量、矿质元素等。 【详解】（1）光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素和类胡萝卜素都吸收蓝紫光，而红光只能被叶绿素吸收，故为测定马铃薯叶片中色素的含量应选择蓝紫光。 （2）植物的光合作用能够吸收二氧化碳，将其转化为有机物并释放氧气，净光合速率可以通过测定单位时间内氧气释放量（或二氧化碳吸收量、有机物积累量）表示； 光反应可为暗反应提供NADPH和ATP等，而二氧化碳是暗反应的原料，与对照组相比，甲组净光合速率显著提高，从表中信息分析，其原因可能是光合色素含量提高，光反应增强，可为暗反应提供更多的NADPH和ATP；气孔导度增大，供应增加，暗反应增强。 （3）气孔是二氧化碳等气体进出细胞的通道，与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，经测定发现其叶肉细胞的胞间浓度却更高，可能的原因是丙组外界环境中浓度更高，进入胞间浓度更多。 （4）分析表格数据可知，与对照组净光合速率相比甲组（两者的区别是光照强度不同）的净光合速率提高幅度大于乙组（乙组与对照组的不同二氧化碳浓度不同），说明该条件下光照强度的影响更大，故若只能从增加浓度或增加光照强度中选择一种措施来提高马铃薯产量，应选择增加光照强度。 2 学科网（北京）股份有限公司 $