第3单元 第16讲 光合作用的原理（课件PPT）-【正禾一本通】2026年新高考生物高三一轮总复习高效讲义（人教版 不定项）

该高中生物学高考复习课件聚焦光合作用原理及与细胞呼吸联系等核心考点，对接高考评价体系，整合光反应暗反应场所、物质转化等必备知识，分析物质能量观理解、过程动态分析等高频题型，明确考点权重，体现备考针对性。 课件以“生命观念+科学思维”为特色，通过光合呼吸物质能量联系模型突破考点，课下精练含真题变式，指导C3/C5动态变化等易错点分析，帮助学生构建答题逻辑，教师可据此精准把握复习重点，提升备考效率。

第三单元 细胞的能量供应和 利用 正禾一本通高三一轮总复习 生物学 光合作用的原理 第16讲 01 考点一 光合作用原理的探索 02 03 考点二　 光合作用的原理 考点三　 光合作用和细胞呼吸过程的联系 目录 04 课下巩固精练卷(十六) 光合作用的原理 3 考点一 光合作用原理的探索 返回 4 整合必备知识 × √ × 落实素养题组 考点二 光合作用的原理 返回 14 整合必备知识 叶绿体 光能 二氧化碳 和水 有机物 氧气 类囊体薄膜 叶绿体基质 光 色素 ATP NADPH ATP和NADPH 有机物中稳定的化学能 蔗糖 蔗糖 韧皮部 糖类 光能 某些无机物氧化时 释放的能量 硝化细菌 × × × × 提升关键能力 氧和H＋ NADP＋ NADPH和ATP 水的光解产生 H＋；PQ运输H＋；合成NADPH消耗H＋ 运输H＋和催化ATP的合成 类囊体膜两侧的H＋浓度差 Pi与磷酸丙糖通过磷酸丙糖转运器严格按照1∶1反向交换 进行转运 外界悬浮液中磷酸浓度低，不 利于磷酸丙糖的输出，叶绿体中淀粉等光合产物积累，导致暗反应过程受 阻，从而影响CO2的固定 非还原糖较稳定(或蔗糖分子为二糖，对渗透压影响 相对较小) C5、NADPH ADP、C3 大于 充分利用光合作用光反 应产生的NADPH和ATP 更快 等于 落实素养题组 考点三 光合作用和细胞呼吸过程的联系 返回 42 整合必备知识 O2 CO2 光反应水的光解 还原C3 × × √ 落实素养题组 课下巩固精练卷(十六) 光合作用的原理 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 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【课标要求】说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。 探索光合作用原理的部分实验(连线) 提醒]　有关光合作用原理探索的三个误区 ①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。 ②同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能被追踪检测；而14C有放射性，可被追踪检测。 【正误辨析】　//////////////////////////// (1)希尔实验说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水。( ) (2)卡尔文探究CO2中的碳在光合作用中的转化途径采用了同位素示踪法。( ) (3)鲁宾和卡门用同位素示踪法证明了光合作用的产物是淀粉。( ) 提示：希尔的实验只能说明水的光解产生氧气，不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水。 提示：鲁宾和卡门用同位素示踪法证明了光合作用的产物——氧气中的氧来自水。 1.卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如图。下列相关分析不正确的是(　　) A.用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰 B.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行 C.推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸 D.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程 解析：选D。14C具有放射性，故用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰，A正确；热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，小球藻光合作用的进行程度，B正确；放射性最先在3­磷酸甘油酸中出现，推测暗反应的初产物可能是3­磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。 2.(多选)实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化型)、蔗糖和磷酸缓冲液(pH＝7.3)的溶液中并照光。水在光照下被分解，产生氧气等，溶液中的DCIP被还原，颜色由蓝色变成无色。用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.相同浓度除草剂处理下，单位时间内溶液颜色变化慢的品种受除草剂抑制效果更显著 B.与品种甲相比，除草剂抑制品种乙类囊体的功能较强 C.除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体能合成有机物 D.不用除草剂处理时，品种乙的叶绿体放氧速率等于品种甲 解析：选BC。相同浓度除草剂处理下，品种乙的叶绿体放氧速率高于品种甲，说明除草剂抑制品种甲类囊体的功能较强，B错误；除草剂浓度为K时，品种乙的叶绿体虽能为暗反应阶段提供NADPH和ATP，但缺乏二氧化碳，无法合成C3，故无法合成有机物，C错误。 1.光合作用的概念：绿色植物通过 ，利用 ，将 转化成储存着能量的 ，并且释放出 的过程。 2.光合作用的反应式： 3.光合作用的过程 项目 光反应 暗反应 场所 条件 、 、酶、H2O、ADP、Pi、 NADP＋ 酶、CO2、 、 、C5等 项目 光反应 暗反应 物质变化 ①水的光解： ②ATP的合成： ③还原型辅酶Ⅱ的形成： ①CO2的固定： ②C3的还原： 能量变化 光能―→ 中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能―→ 项目 光反应 暗反应 联系 ①光反应为暗反应提供NADPH、ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi； ②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也会受到抑制 [深挖教材](必修1 P104“相关信息”)光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是 。 可以进入筛管，再通过 运输到植株各处。　 [提醒]　光合作用过程的两个“不是” ①叶绿体并不是进行光合作用的必要条件：能进行光合作用的生物不一定含有叶绿体，如蓝细菌(只要有与光合作用有关的色素和酶，在条件适宜时即可进行光合作用)。 ②为暗反应提供能量的物质不是只有ATP，ATP和NADPH均可为暗反应提供能量。 4.光合作用的相关分析 (1)光合作用反应式中元素去向分析 (2)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 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： ②“模型法”表示各物质的含量变化 起始值C3高于C5(约为其2倍) 5.光合作用和化能合成作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 条件 光、色素、酶 酶 原料 CO2和H2O等无机物 产物 等有机物 能量 来源 生物 种类 绿色植物、蓝细菌等 、硫细菌等 【正误辨析】　//////////////////////////// (1)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中。( ) (2)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。( ) 提示：光反应将光能转化为储存在ATP和NADPH中活跃的化学能。 提示：光反应中生成NADPH。 (3)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。( ) (4)暗反应中CO2可接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。( ) 提示：植物细胞中H2O2分解也能产生O2。 提示：暗反应中CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。 1.如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，其中PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，它们是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。其中PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成。 (1)少数处于特殊状态的叶绿素分子在光能激发下失去高能e－，失去e－的叶绿素分子，能够从水分子中夺取e－，使水分解为 ；电子(e－)由水释放出来后，经过一系列的传递体形成电子流，最终传递给 (电子的最终受体)合成NADPH。PSⅠ和PSⅡ吸收的光能储存在 中。 (2)据图分析，使类囊体膜两侧H＋浓度差增加的过程有 。 (3)由图可知，图中ATP合成酶的作用有 。合成ATP依赖于 形成的电化学势能。 2.图1为番茄叶肉细胞进行光合作用的过程及磷酸丙糖的转化和运输情况。 (1)磷酸丙糖转运器发挥作用时，并不会直接改变叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量，由此推测磷酸丙糖转运器维持叶绿体内磷酸丙糖和Pi的总含量不变的原因是 。 (2)将离体的叶绿体置于磷酸浓度低的外界悬浮液中，叶绿体CO2的固定速率会减慢，请结合(1)中信息推测原因： 。 (3)蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是 。 (4)图2中T0～T1表示的是适宜条件下生长的番茄叶绿体(NADPH、ADP、C3或C5)中某两种化合物的含量，T1～T3表示改变其生长条件后两种化合物的含量变化。若T1时刻降低了培养液中NaHCO3的浓度，则物质甲、乙分别指的是 。若T1时刻降低了光照强度，则物质甲、乙分别指的是 。 (5)科研人员利用“间隙光”来测定番茄的光合作用，每次光照20 s，黑暗20 s，交替进行12 h，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如图3所示。与连续光照6 h，再连续黑暗6 h相比，“间隙光”处理的光合作用效率 (填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合作用效率，原因是“间隙光”处理时能 。图3中曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率 (填“更快”或“更慢”)。图3中两条曲线所围成的面积S1 (填“大于”“等于”或“小于”)S2。 1.(2024·山东泰安二模)磷酸丙糖是卡尔文循环最先产生的糖。磷酸丙糖转运体(TPT)是叶绿体膜上的一种反向共转运蛋白，将磷酸丙糖从叶绿体运出的同时，将无机磷酸(Pi)运入叶绿体。当细胞质基质中Pi浓度高时，磷酸丙糖通过TPT运出叶绿体，合成蔗糖；当细胞质基质中Pi浓度低时，磷酸丙糖就滞留在叶绿体中，合成淀粉暂时储存。下列说法错误的是(　　) A.在叶肉细胞叶绿体中，蔗糖和淀粉的合成存在竞争性关系 B.晚上磷酸丙糖合成受阻，TPT转运效率降低 C.大田种植甘蔗时，可适当施加磷肥提高甘蔗蔗糖含量 D.滞留在叶绿体中的磷酸丙糖合成淀粉储存，可以避免渗透压升高造成膜结构损伤 解析：选A。蔗糖的合成场所是细胞质基质而不是叶绿体，A错误；晚上不能进行光合作用产生磷酸丙糖，TPT转运效率降低，B正确；甘蔗种植过程中增施磷肥后，有利于磷酸丙糖输出至细胞质基质合成蔗糖，C正确；滞留在叶绿体中的磷酸丙糖合成淀粉储存，可以降低渗透压，避免造成膜结构损伤，D正确。 2.(多选)(2024·山东聊城模拟)强光胁迫会导致大豆出现光抑制现象。接近光饱和点的强光会导致大豆的光系统Ⅱ(PSⅡ)出现可逆失活，失活状态的PSⅡ加强了能量耗散，以避免受到进一步破坏。该过程中起重要作用的是参与构成PSⅡ的D1蛋白。强光下D1开始降解，其净损失率与PSⅡ单位时间接受的光量子数呈正相关。编码D1的psbA基因定位于叶绿体基因组，科研人员尝试将蓝细菌psbA导入大豆细胞核(纯合品系R)，结果发现在强光下D1的降解率并没有下降，但光饱和点提高了。下列说法正确的是(　　) A.强光下D1的降解速率可超过其补充速率 B.PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中 C.品系R的核psbA表达产物应定位于叶绿体基质 D.强光下气孔关闭，可能导致C5的含量迅速降低，阻碍暗反应的进行 解析：选AB。强光下D1的降解速率可超过其补充速率，导致PSⅡ单位时间接受的光量子数减少，A正确；PSⅡ等吸收的光能一部分储存在ATP、NADPH中，一部分以热能的形式散失，B正确；构成PSⅡ的D1蛋白定位于叶绿体中的类囊体，C错误；强光下气孔关闭，CO2吸收减少，CO2的固定减慢，C3的还原不变，C5的含量会积累，阻碍暗反应的进行，D错误。 1.物质转化 C H O 2.能量变化 3.有关物质的来源与去路 【正误辨析】　//////////////////////////// (1)提取完整的线粒体和叶绿体悬浮液，可以独立完成有氧呼吸和光合作用过程。( ) 提示：有氧呼吸的第一阶段是在细胞质基质中进行的，因此提取完整的线粒体悬浮液，不可以独立完成有氧呼吸过程；而提取叶绿体悬浮液可以独立完成光合作用过程，但前提是保证叶绿体的活性。 (2)用H218O浇灌植物，周围空气中的H2O、O2、CO2都能检测到18O。( ) (3)植物细胞都能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。( ) 提示：用H218O浇灌植物，植物通过蒸腾作用使H218O出现在周围空气中，经过光合作用光反应阶段，H218O中的18O进入O2中，经过细胞呼吸，H218O进入CO2中。 提示：只有能进行光合作用的植物细胞才能产生还原型辅酶Ⅱ(NADPH)。 1.(2024·四川成都模拟)如图是生物体内能量供应及利用的示意图，下列说法错误的是(　　) A.a过程一定伴随O2的释放，d过程不需要O2的直接参与 B.a过程产生的ATP和NADPH可用于b过程中C3的还原 C.a、c中合成ATP所需的能量来源不同 D.c过程葡萄糖中的化学能全部转移到ATP中 解析：选D。a表示光反应阶段，该过程一定伴随O2的释放，d表示ATP水解过程，该过程不需要O2的直接参与，A正确；a(光反应)过程产生的ATP和NADPH可用于b(暗反应)过程中C3的还原，B正确；a、c中合成ATP所需的能量来源不同，a过程合成ATP所需能量来自光能，而c过程合成ATP所需能量来自有机物，C正确；c过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移到ATP中，大部分以热能的形式散失，D错误。 2.(多选)(2024·山东德州三模)植物叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用，两个代谢过程中存在多种相似物质的转化，如水的分解与合成、二氧化碳的产生与消耗等。某叶片有机物量为M，先黑暗处理两小时，叶片重量的变化量为2；再光照两小时叶片重量变为M＋4(光强恒定)。下列相关叙述正确的是(　　) A.若给该叶片提供H218O，四小时后有机物中也能检测出18O B.该光照强度下，此叶片每天至少光照12小时，叶片有机物的量才不会减少 C.光合作用和呼吸作用过程中产生的还原氢都储存了活跃的化学能 D.CO2的产生和CO2的消耗都在生物膜上进行 解析：选AC。给植物提供H218O，其参与光合作用和呼吸作用，可在有机物中检测出18O，A正确。某叶片有机物量为M，先黑暗处理两小时，叶片重量的变化量为2，说明每小时呼吸值为2÷2＝1；再光照两小时叶片重量变为M＋4(光强恒定)，总光合速率为(M＋4＋2－M)÷2＝3，则一天呼吸消耗的有机物量为1×24＝24，24÷3＝8小时，故该光照强度下，此叶片每天至少光照8小时，叶片有机物的量才不会减少，B错误。光合作用产生的NADPH和呼吸作用产生的NADH都储存了活跃的化学能，C正确。CO2的产生在线粒体基质，CO2的消耗在叶绿体基质，都不在生物膜上进行，D错误。 【高考真题·感悟试做】 考向一　光合作用的原理 1.(2023·湖北高考)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　　) A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 解析：选C。据题图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确，C错误。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 2.(2021·重庆高考)类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图如下。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜 B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应 D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节 解析：选A。水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体薄膜的内侧，若被有氧呼吸利用，即O2在线粒体内膜上被利用，则需要从叶绿体类囊体薄膜开始，穿过叶绿体2层膜，然后进入同一细胞中的线粒体，穿过线粒体的2层膜，至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子 (H＋)结合形成NADPH，然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及色素合成、核酸代谢等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。 考向二　光合作用和细胞呼吸过程的联系 3.(2024·江西高考)农谚有云：“雨生百谷”。“雨”有利于种子的萌发，是“百谷”丰收的基础。下列关于种子萌发的说法，错误的是(　　) A.种子萌发时，细胞内自由水所占的比例升高 B.水可借助通道蛋白以协助扩散方式进入细胞 C.水直接参与了有氧呼吸过程中丙酮酸的生成 D.光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上 解析：选C。种子萌发时，代谢加强，结合水转变为自由水，细胞内自由水所占的比例升高，A正确；水可借助通道蛋白以协助扩散方式进入细胞，不需要消耗能量，B正确；丙酮酸的生成属于有氧呼吸第一阶段，没有水的参与，C错误；光合作用中，水的光解属于光反应阶段，发生在类囊体薄膜上，D正确。 4.(2024·广东高考)2019年，我国科考队在太平洋马里亚纳海沟采集到一种蓝细菌，其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用。在该结构中，下列物质存在的可能性最小的是(　　) A.ATP B.NADP＋ C.NADH D.DNA 解析：选D。由题干信息可知，采集到的蓝细菌其细胞内存在由两层膜组成的片层结构，此结构可进行光合作用与呼吸作用，进行光合作用时，光反应阶段可以将ADP和Pi转化为ATP、NADP＋和H＋转化为NADPH，用于暗反应，有氧呼吸的第一阶段和第二阶段都可以生成NADH，而DNA存在于蓝细菌的拟核中，D符合题意。 5.(2024·黑吉辽高考)在光下叶绿体中的C5能与CO2反应形成C3；当CO2/O2的值低时，C5也能与O2反应形成C2等化合物。C2在叶绿体、过氧化物酶体和线粒体中经过一系列化学反应完成光呼吸过程。上述过程在叶绿体与线粒体中主要物质变化如图1。 图1 光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程。回答下列问题。 (1)反应①是______________过程。 (2)与光呼吸不同，以葡萄糖为反应物的有氧呼吸产生NADH的场所是____________和____________。 (3)我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2，测定净光合速率，结果如图2、图3。图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自______和________(填生理过程)。7－10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异，原因是__________________________________。据图3中的数据________(填“能”或“不能”)计算出株系1的总光合速率，理由是_______________________________。 (4)结合上述结果分析，选择转基因株系1进行种植，产量可能更具优势，判断的依据是_______________________________________________。 解析：(1)反应①C5和CO2在酶R的作用下生成C3，是CO2的固定过程。(2)有氧呼吸的第一阶段和第二阶段产生NADH，场所分别为细胞质基质和线粒体基质。 (3)由图1可知，光呼吸过程也可以产生CO2；结合教材知识可知，有氧呼吸第二阶段也可以产生CO2，故图2中植物光合作用CO2的来源除了有外界环境外，还可来自光呼吸和细胞呼吸。根据题中信息“我国科学家将改变光呼吸的相关基因转入某种农作物野生型植株(WT)，得到转基因株系1和2”推测，7－10时株系1和2与WT净光合速率逐渐产生差异是株系1和2与WT的光呼吸速率存在差异导致的，再结合题干信息“光呼吸将已经同化的碳释放，且整体上是消耗能量的过程”推测，7－10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，从而导致株系1和2的净光合速率增强。总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，根据图3无法推出株系1的呼吸速率，故不能计算出株系1的总光合速率。 (4)由图2和图3可以看出，在相同光照强度和CO2浓度下，与株系2相比，株系1的净光合速率较高，积累的有机物较多，产量可能更具优势。 答案：(1)CO2的固定　(2)细胞质基质　线粒体基质　(3)细胞呼吸　光呼吸　7－10时，随着光照强度的增加，株系1和2转入了改变光呼吸的相关基因，导致光呼吸速率降低，与O2反应的C5减少，更多的C5参与CO2的固定，故吸收的CO2增多，与WT相比，株系1和2的净光合速率较高　不能　总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，由图3不能得出株系1的呼吸速率，故不能计算出其总光合速率　(4)相同光照强度和CO2浓度下，株系1的净光合速率较高，积累有机物较多 知识点 较易题 中档题 较难题 光合作用原理的探索 1 10 － 光合作用的原理 3 7、9、11 － 光合作用和细胞呼吸过程的联系 2、4、5 6、8 12、13 一、选择题：每小题只有一个选项符合题目要求。 1.(2024·河南郑州模拟)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。离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称为希尔反应。下列说法错误的是(　　) A.希尔反应不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水 B.可用放射性同位素标记法追踪水中氧原子的去路 C.希尔反应模拟了叶绿体反应阶段的部分变化 D.希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应 解析：选B。希尔反应证明了光合作用产生O2，但不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，也可能来自其他有机物，A正确；氧原子的同位素18O是稳定同位素，无放射性，B错误；希尔反应模拟的是光合作用光反应阶段的部分变化，发生在叶绿体中，C正确；希尔反应的悬浮液中只有水，没有CO2，不能合成糖类，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。 2.(2024·安徽合肥模拟)如图为某植物细胞内部分物质转化示意图，其中字母代表物质。据图分析，下列叙述错误的是(　　) A.图中的B为丙酮酸，只能在线粒体基质中被分解产生C B.葡萄糖脱水缩合形成的A可能是不易溶于水且遇碘呈现蓝色的淀粉 C.图中的D为C3，E为有机物，D合成E的过程发生在叶绿体基质 D.若光照强度不变，C增加，则短时间内D增加，C5减少 解析：选A。由图可知，B为丙酮酸，C为CO2，在无氧呼吸过程中，丙酮酸可在细胞质基质中被分解产生CO2，在有氧呼吸过程中，可在线粒体基质中被分解产生CO2，A错误；图中脱水缩合发生在植物细胞内，可推测A可能是淀粉，淀粉不易溶于水且遇碘呈现蓝色，B正确；题图中的D为C3，生成E的过程为光合作用的暗反应，发生在叶绿体基质，E为有机物，C正确；若光照强度不变，C(CO2)增加，则CO2固定速率增大，C3还原速率不变，短时间内D(C3)增加，C5减少，D正确。 3.(2024·山东烟台一模)科学家从菠菜中分离出类囊体，将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中，构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是(　　) A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成 B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂 C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化 D.与菠菜叶肉细胞相比，人工光合细胞更有利于有机物积累 解析：选B。人工光合细胞内部是水，膜外是油，磷脂分子的头部亲水，尾部疏水，因此人工光合细胞膜中磷脂分子头朝里、尾部朝外，呈单层排列，A正确；ATP和NADPH能为CO2转化提供能量和还原剂，由光反应提供，而多种辅因子参与CO2的固定，且C3还原能产生，故不需持续加入多种辅因子，B错误；通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化，从而得到不同的有机物，C正确；叶肉细胞需要进行消耗有机物的细胞呼吸，而人工光合系统只进行光合作用，不进行呼吸作用，能够更有效地积累有机物，D正确。 4.(2024·江苏南通模拟)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 解析：选D。a为水的光解产生的O2，b为暗反应的原料CO2，A错误；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；过程③消耗的ATP是由光反应产生提供，即过程②，C错误；①④为细胞呼吸，②③为光合作用，故只有在有光条件下过程①②③④才能同时进行，D正确。 5.如图为真核细胞中两种传递电子并产生ATP的生物膜结构示意图。据图分析，下列有关叙述正确的是(　　) A.图甲为叶绿体内膜，图乙为线粒体内膜 B.两种膜产生ATP的能量直接来源均为H＋的跨膜运输 C.自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构 D.图甲中NADPH为电子最终受体，图乙中O2为电子最终受体 解析：选B。图甲中利用光能分解水，为光合作用的光反应阶段，所以图甲为叶绿体中的类囊体薄膜；图乙中利用NADH生成水和ATP，应为有氧呼吸第三阶段，所以图乙为线粒体内膜，A错误。由图可知，这两种膜结构上的ATP合成酶在合成ATP时，都需要利用膜两侧的H＋跨膜运输，即 H＋的梯度势能转移到ATP中，B正确。自养需氧型生物，如硝化细菌为原核生物，不存在图甲结构和图乙结构，C错误。图甲中的NADP＋接受电子变成NADPH，NADP＋为电子最终受体，图乙中O2接受电子变成水，O2为电子最终受体，D错误。 6.(2024·湖北荆门模拟)将不同种类的种子分别置于条件适宜的密闭玻璃容器中，并检测其在萌发过程中的相关物质的变化量。下列叙述正确的是(　　) A.若某一种子发芽前O2吸收量大于CO2释放量，则呼吸作用的底物只有糖类 B.若在密闭容器中充入18O标记的O2，一段时间后能检测到放射性的CO2 C.若经过一昼夜，密闭容器中CO2的浓度降低，则萌发的种子已进行光合作用 D.种子发芽长出绿叶后，若光照条件变弱，叶肉细胞中C5的含量会突然升高 解析：选C。只以糖类为呼吸底物时，O2的吸收量小于或等于CO2的释放量；若呼吸底物为脂肪时，与糖类相比，等量脂肪中氢含量高、氧含量低，故氧化分解时O2的消耗增多，使O2吸收量大于CO2释放量，A错误。15N、18O等是稳定同位素，不具有放射性，B错误。若经过一昼夜，密闭容器中CO2浓度降低，说明CO2转化为糖类储存在植物体中，该萌发的种子已进行光合作用，C正确。光照突然减弱，短时间内光反应生成的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，生成的C5减少，而CO2固定中C5的消耗不变，故C5含量降低，D错误。 7.(2024·山东菏泽一模)下图是某绿藻适应水生环境、提高光合效率的机制图。光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成。下列叙述错误的是(　　) A.可为图中生命活动提供ATP的生理过程有细胞呼吸和光合作用 B.图中HCO3-的浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体 C.物质X为氧气，通过提高有氧呼吸水平促进HCO3-进入细胞质基质 D.水光解产生H＋可提高叶绿体内CO2水平，利于暗反应进行 解析：选B。细胞呼吸和光合作用能产生ATP，可为图中生命活动提供ATP，A正确；由图可知，HCO3-从细胞外进入细胞质基质、从细胞质基质进入叶绿体均消耗能量，方式为主动运输，主动运输的方向为逆浓度梯度，因此HCO3-的浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体，B错误；线粒体为有氧呼吸的主要场所，光反应产生的物质X可进入线粒体促进ATP合成，可推测物质X为氧气，HCO3-从细胞外进入细胞质基质、从细胞质基质进入叶绿体均消耗ATP，因此物质X通过提高有氧呼吸水平可促进HCO3-进入细胞质基质，C正确；CO2为暗反应原料，水光解产生的H＋与HCO3-结合会产生CO2，可提高叶绿体内CO2水平，利于暗反应进行，D正确。 8.如图表示光合作用和细胞呼吸之间的能量转变过程，下列说法错误的是(　　) A.只有含叶绿素的细胞才能进行过程①和③ B.过程③④发生的场所分别为叶绿体基质和线粒体基质 C.过程①中光能转变为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中 D.有氧呼吸过程中产生的NADH主要来自第二阶段 解析：选B。过程①表示光反应中水的光解，过程③表示暗反应，则①和③是光合作用过程，光反应中需要色素吸收、传递、转化光能，其中叶绿素是转化光能必不可少的色素，A正确；过程③表示暗反应，发生在叶绿体基质中，过程④包括有氧呼吸的第一、第二阶段，第一阶段发生在细胞质基质中，第二阶段发生在线粒体基质中，B错误；过程①光反应中，光能转变成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，二者可被暗反应利用，C正确；有氧呼吸第一阶段只产生少量的NADH，NADH主要来自有氧呼吸第二阶段，D正确。 二、选择题：每小题有一个或多个选项符合题目要求。 9.“光斑”是阳光穿过树冠枝叶投射到地面的光点，它会随太阳运动和枝叶摆动而移动。如图表示某一生长旺盛的植物在“光斑”照射前后O2释放速率和CO2吸收速率的变化曲线。下列叙述正确的是(　　) A.“光斑”照射前，植物进行着较弱的光合作用 B.“光斑”照射后，短时间内C3含量增多 C.图示O2释放速率的变化说明暗反应限制了光反应 D.CO2吸收曲线ab段的变化说明暗反应与光照有关 解析：选ACD。O2释放速率可代表光反应速率，CO2吸收速率可代表暗反应速率，“光斑”照射前，O2释放速率和CO2吸收速率都较低，说明植物进行着较弱的光合作用，A正确；“光斑”照射开始，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率增大相对较慢，短时间内C3的还原强于CO2的固定，故短时间内C3含量减少，B错误；“光斑”照射后，CO2吸收速率增加的同时，O2释放速率下降，说明暗反应限制了光反应，C正确；ab段“光斑”移开，光照减弱，光反应减弱，O2释放速率下降的同时CO2吸收速率也下降，说明暗反应的进行与光照有关，D正确。 10.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)，在光照条件下发生了水的光解、产生氧气的现象称为“希尔反应”。下列叙述错误的是(　　) A.希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化 B.希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADPH的作用相似 C.希尔反应说明植物产生的氧气中的氧元素全部都来自水 D.希尔反应说明水的光解和糖类的合成不是同一个化学反应 解析：选BC。希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，需要光照、水等条件，A正确；希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP＋的作用相似，都具有氧化的作用，B错误；希尔反应不能证明光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，实验中其他物质也含有氧，需要进一步研究，C错误；希尔反应过程没有加入二氧化碳，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。 11.光系统Ⅱ的功能之一是利用从光中吸收的能量将水光解，并将其释放的电子传递给质体醌。三氮苯作用于光系统Ⅱ中的质体醌，阻断电子传递。用不同质量分数的三氮苯分别处理甲、乙两种植物的离体叶绿体溶液，并置于光照且无CO2的密闭透明容器中进行实验，其他条件适宜，结果如图。下列叙述正确的是(　　) A.光系统Ⅱ位于甲、乙两种植物的叶绿体基质中 B.与品种乙相比，品种甲光系统Ⅱ中的质体醌对三氮苯更敏感 C.随着三氮苯质量分数的增加，品种甲中水的光解速率逐渐减小，三氮苯质量分数达到20%时品种甲水的光解停止 D.据实验可推测水的光解与糖的合成不是同一个化学反应 解析：选BCD。光系统Ⅱ的功能之一是利用从光中吸收的能量将水光解，并将其释放的电子传递给质体醌，即光系统Ⅱ参与光反应过程，光反应场所是叶绿体类囊体薄膜，因此光系统Ⅱ位于甲、乙两种植物的叶绿体类囊体薄膜上，A错误；三氮苯作用于光系统Ⅱ中的质体醌，阻断电子传递，从而阻断光反应，使氧气释放减少，据图可知，与品种乙相比，品种甲放氧速率降低得更快，推测品种甲光系统Ⅱ中的质体醌对三氮苯更敏感，B正确；据图可知，随着三氮苯质量分数的增加，品种甲的放氧速率逐渐降低，水的光解速率逐渐减小，达到20%时放氧速率为0，水的光解也停止，C正确；糖的合成与CO2有关，图中实验是将甲、乙两种植物的离体叶绿体溶液置于无CO2环境下进行，即没有糖的合成，但水的光解依然能够进行，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，D正确。 12.(2024·山东泰安模拟)如图①～⑥为某高等植物体内一些细胞中发生的代谢过程。下列叙述正确的是(　　) A.该细胞一定具有叶绿体，且⑤过程发生在叶绿体的内膜上 B.可为成熟叶片细胞中的①过程提供能量的ATP来自②③④⑤过程 C.NADPH可作为光合作用暗反应的还原剂，且能提供能量 D.当细胞内①过程速率大于②过程时，植物不一定积累有机物 解析：选CD。由图中生理过程可知，①⑤⑥过程为光合作用，②③④过程为有氧呼吸，该细胞能进行光合作用，因此一定具有叶绿体，且⑤过程(光反应)发生在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；①是暗反应中C3的还原过程，所消耗的ATP只能来自⑤过程(光反应)，B错误；NADPH可作为光合作用暗反应的还原剂且能提供能量，C正确；由于该细胞是能进行光合作用的细胞，当细胞内①过程速率大于②过程时，该细胞的光合速率大于呼吸速率，但整株植物光合速率不一定大于呼吸速率，即植物不一定积累有机物，D正确。 三、非选择题 13.(2024·四川成都三模)光合作用、有氧呼吸、厌氧发酵的和谐有序进行是土壤底栖藻类正常生命活动的基础。某单细胞土壤底栖藻类在黑暗条件下无氧发酵产生醋酸等有机酸(HA)，导致类囊体、线粒体酸化，有利于其从黑暗向黎明过渡，相关过程如图1所示，字母B～H代表相关物质。请回答下列问题。 (1)物质B是________，除TCA循环外，图中能产生物质B的过程还有__________________________________；物质C、H分别是________、________。 (2)黑暗条件下，PQ等电子传递体处于________(填“氧化”或“还原”)状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致________(填字母)量成为卡尔文循环的限制因素，此时吸收的光能过剩，对电子传递链造成压力。 (3)光合色素吸收的光能有三个去向：用于光合作用、以热能散失、以荧光的形式发光。由光合作用引起的荧光淬灭称为光化学淬灭(qP)，由热能散失引起的荧光淬灭称为非光化学淬灭(NPQ)。为了探究厌氧发酵产酸对光能利用的影响，研究人员以npq4突变体(缺失LHCSR蛋白，LHCSR催化NPQ)和正常藻为材料，在黑暗中进行厌氧发酵，发酵180 min后添加KOH。整个实验过程中连续抽样，在光下测定荧光强度，结果如图2、图3所示。相关推断合理的是________。 A.突变体厌氧发酵时间越长，光化学淬灭越强 B.正常藻厌氧发酵后加入KOH，非光化学淬灭增强 C.正常藻厌氧发酵产生有机酸，降低类囊体pH，促进非光化学淬灭 D.正常藻厌氧发酵产生有机酸，有利于缓解黎明时电子传递链的压力 (4)为进一步研究厌氧发酵产酸对光下放氧的影响，研究人员将正常藻平均分为两组，在黑暗条件下厌氧发酵3小时后，对照组不加KOH，实验组用KOH处理，在弱光下连续测定放氧量并计算达到最大氧气释放量的百分比，结果如下表。 组别 光照时间/h 0.5 1 2 3 对照组 30% 80% 100% 100% 实验组 0 0 60% 100% 放氧速率等于光合作用产生氧气的速率减去呼吸作用消耗氧气的速率。实验数据说明厌氧发酵产酸______(填“促进”或“抑制”)有氧呼吸。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是________________________________________________________________。 解析：(1)据图可知，丙酮酸进入线粒体后在线粒体基质中生成B，在有氧呼吸第二阶段，丙酮酸进入线粒体，在线粒体基质中生成二氧化碳，因此B为二氧化碳。除TCA循环外，图中能产生物质B的过程还有丙酮酸分解为乙酰辅酶A、丙酮酸分解为酒精。据图可知，物质C在类囊体膜上经光解生成H＋和D，可知物质C是水；物质G在类囊体膜上利用H＋顺浓度运输提供的能量，反应生成物质H，因此可知，物质H为ATP。(2)黑暗条件下，类囊体膜上不发生水的光解，PQ等电子传递体无法获得电子，因此它们处于氧化状态。从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，产生的ATP和NADPH少，导致暗反应的卡尔文循环受限。据图可知，F和H分别代表ATP和NADPH。因此，从黑暗转黎明时，整体光合电子传递速率慢，导致F、H量成为卡尔文循环的限制因素。 (3)据图2可知，突变体厌氧发酵过程中，荧光强度基本保持不变，说明光化学淬灭并没有变强，推断不合理，A不符合题意；据图3可知，正常藻厌氧发酵后加入KOH，荧光强度明显增强，并未淬灭，推断不合理，B不符合题意；正常藻在厌氧发酵产生有机酸，类囊体pH降低，光反应减慢，合成的ATP减少，热能散失增加，促进非光化学淬灭，还能缓解黎明时电子传递链的压力，推断合理，C、D符合题意。(4)据表中数据表明，加了KOH的实验组，在相同时间内，氧气释放量低，说明此时有氧呼吸强消耗了氧气，由此可推断，厌氧发酵产酸对有氧呼吸有抑制作用。实验组放氧速率比对照组低，主要原因是实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组。 答案：(1)CO2　丙酮酸分解为乙酰辅酶A、丙酮酸分解为酒精　H2O　ATP　(2)氧化　F、H　(3)CD　(4)抑制　实验组与对照组光合作用放氧速率相当，实验组有氧呼吸速率大于对照组 $