第5章 第4节 光合作用与能量转化-【正禾一本通】2025-2026学年高中生物必修1 分子与细胞同步课堂高效讲义教师用书word（人教版，单选）

第4节　光合作用与能量转化 第1课时　捕获光能的色素和结构►对应学生用书P122 1．生命观念：说出叶绿体中色素的种类及颜色和吸收光谱，感受色素与叶绿体功能之间的关系。 2．科学探究：进行绿叶中色素的提取与分离探究实验，掌握无水乙醇提取法和纸层析分离技术。 3．社会责任：对“人工叶绿体”的可能与困难发表看法与观点，积极面对社会热点问题。　 一、捕获光能的色素 1．绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理及方法 (2)方法步骤 ①色素的提取 ②色素的分离 (3)实验结果 2．色素的种类及功能 二、叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体的形态：一般呈扁平的椭球形或球形。 2．叶绿体的结构模式图 (1)结构 (2)功能：进行光合作用的场所。 (3)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体被光束照射的部位。 3．叶绿体捕获光能、进行光合作用的结构基础 (1)在叶绿体内部巨大的膜表面上，分布着许多吸收光能的色素分子。 (2)在类囊体膜上和叶绿体基质中，含有许多进行光合作用所必需的酶。 绿色植物如同默默奉献的能量魔法师，通过光合作用，将光能转化为化学能，为整个生态系统注入活力。而这一神奇过程，叶绿体中的色素功不可没。它们就像隐藏在叶片中的神秘精灵，默默参与着这场能量转化。 (1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。(×) 提示：提取色素时加二氧化硅的目的是使研磨更充分，加碳酸钙的目的是防止研磨中色素被破坏。 (2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。(×) 提示：绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上越宽，溶解度越大的色素在滤纸条上扩散得越快。 (3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。(×) 提示：叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，对其他波段的光也吸收，只是吸收得少。 (4)在干燥滤纸条一端1 cm处用钢笔画一条细的横线。(×) 提示：在干燥滤纸条一端1 cm处用铅笔画一条细的横线。 (5)没有叶绿体的生物无法进行光合作用。(×) 提示：蓝细菌没有叶绿体也可以进行光合作用。 (6)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。(×) 提示：液泡中不含能进行光合作用的色素。 　绿叶中色素的提取和分离 [实验情境]下图是教材P98～99“绿叶中色素的提取和分离”实验的部分步骤图解，结合图示，小组合作交流，探究以下问题： 1．提取色素时，加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质，A是二氧化硅，其作用是有助于研磨得充分；B是碳酸钙，作用是防止研磨中色素被破坏(氧化分解)；C是无水乙醇，作用是溶解色素。 2．制备滤纸条时，剪去两角的作用是防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画1～2次。 3．在进行过滤操作时，能否用滤纸代替尼龙布进行过滤？ 提示：不能，若用滤纸过滤色素提取液，会导致色素吸附在滤纸上，滤液中的色素含量过低，影响实验结果。 4．将滤纸条插入层析液时，需要注意不要将滤液细线触及层析液，为什么？ 提示：若滤液细线触及层析液，色素会直接溶解在层析液中，不会在滤纸上形成分离后的色素带。 5．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？ 提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多；所用材料叶绿素含量少或不新鲜；未加碳酸钙或加入过少，色素部分被破坏等。 6．色素的提取非常成功，但层析后滤纸条上色素带非常模糊，其原因可能有哪些？ 提示：画滤液细线的次数太少；滤液细线触及层析液，或层析时间较长，色素溶解到层析液中。 1．色素提取和分离中的注意事项 注意事项 目的 材料 叶片要新鲜、深绿 使滤液中色素含量高 试剂 适量无水乙醇 溶解叶绿体中的色素 二氧化硅 利于研磨充分 碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏 层析液 分离色素 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止乙醇挥发 盛滤液的试管口加棉塞 防止乙醇挥发 用单层尼龙布过滤而不用滤纸 防止色素吸附在滤纸上 滤纸条的一端剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快 滤液细线重复画一到两次，且要求细、直、齐 使分离的色素带清晰 滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中 2.绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象分析 1．某兴趣小组对教材中色素提取和分离的实验步骤进行了改进，采用水浴法提取叶绿体中的色素，主要操作如下图所示。下列叙述错误的是(　　) A．加入碳酸钙的作用是防止色素被破坏 B．可以用蒸馏水代替无水乙醇提取叶绿体中的色素 C．水浴加热时用玻璃棒搅拌可加快色素的溶解 D．用纸层析法分离色素时，画好的滤液细线不能触及层析液 解析：选B。加入碳酸钙的作用是防止研磨过程中色素被破坏，A正确；叶绿体中的色素易溶于无水乙醇等有机溶剂，不溶于水，不能用蒸馏水代替无水乙醇提取叶绿体中的色素，B错误；水浴加热时用玻璃棒搅拌可加快色素的溶解，C正确；用纸层析法分离色素时，画好的滤液细线不能触及层析液，否则，色素就溶解在层析液中，不会随层析液在滤纸条上扩散，D正确。 2．某兴趣小组在做“绿叶中色素的提取和分离”实验时，为了确定无水乙醇、CaCO3和SiO2的作用，进行了4组实验来验证，4组实验结果如图所示，第④组是进行了正确操作的对照组。下列相关分析错误的是(　　) A．①可能是未加CaCO3而得到的实验结果 B．②可能是用水取代了无水乙醇而得到的实验结果 C．③可能是未加SiO2而得到的实验结果 D．叶绿体中的色素都能够溶解在层析液中，4种色素的溶解度相同 解析：选D。 植物叶片变黄的原因 植物叶片变黄的原因可从光照、温度和镁等无机盐三个因素分析。 1．作用机制 (1)光照不足：叶绿素合成中的关键步骤需要光驱动。长期黑暗环境下，光依赖反应受阻，叶绿素无法合成，而原有叶绿素逐渐分解，导致叶片黄化。 (2)低温影响：低温抑制叶绿素合成酶的活性(如催化原叶绿素酸酯转化的酶)，同时加速叶绿素分解(如激活叶绿素酶或氧化反应)。合成减少与分解增加共同导致叶片变黄。 (3)缺镁(Mg2＋)：镁是叶绿素分子的核心原子。缺镁时，叶绿素无法合成，原有叶绿素分解后无法补充，导致叶片黄化。　　 2．三者的区别与联系 (1)作用途径：光照直接影响光依赖的合成步骤，温度通过影响酶活性调控合成与分解，缺镁则直接阻碍叶绿素分子构建。 (2)黄化表现：光照不足导致全株黄化，低温可能伴随季节性变化，缺镁则表现为老叶先黄。 (3)协同效应：低温可能间接减少根系对镁的吸收，而缺镁会加剧其他逆境(如低温、强光)对叶绿体的损伤。 [考查角度] 以秋季叶片变黄、水培植物黄化或特定实验处理下色素含量变化为情境，结合对叶绿素代谢的理解，考查信息整合能力、逻辑推理能力、迁移应用与综合思维能力。 　叶绿体的结构和功能 [材料情境]资料1：下图为不同色素的吸收光谱。 资料2：下图为教材P100～101恩格尔曼探究“叶绿体的功能”的实验图示。 1．由资料1可知，叶绿素对蓝紫光和红光的吸收量大；类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，植物色素对绿光吸收量小，所以叶片呈现绿色。 2．秋天叶片变黄的原因：低温使叶绿素遭到破坏，叶片呈现出类胡萝卜素的颜色。 3．温室内自然光照射的情况下，给植物人工补充哪些单色光对增产有利？ 提示：蓝紫光、红光属于对植物光合作用最有效的光，因此可以补充这两种光达到增产的目的。 4．温室或大棚种植蔬菜，应选用什么颜色的玻璃或塑料薄膜？ 提示：无色的玻璃或塑料薄膜。 5．恩格尔曼实验①中先选用黑暗并且没有空气的环境的目的是什么？ 提示：排除实验前环境中光线和O2的影响，确保实验的准确性。 6．实验①中先选极细光束，用需氧细菌检测，能准确判断水绵细胞中释放氧的部位；而后用完全曝光的水绵与之做对照，从而证明了实验结果完全是由光照引起的，氧是由叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。 7．恩格尔曼实验②中为什么大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域？ 提示：大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，说明叶绿体吸收较多的光是红光和蓝紫光。 8．下图是恩格尔曼实验装置改装示意图。光线通过叶绿体色素提取液后照射装片上的水绵，一段时间后，水绵周围需氧细菌分布无显著变化，请分析其原因。 提示：光线通过叶绿体色素提取液后，红光和蓝紫光被吸收，水绵光合作用微弱，产生O2较少，因此需氧细菌分布无显著变化。 1．叶绿体的结构与功能相适应 (1)色素分布在类囊体薄膜上，叶绿体内有众多的基粒，极大地扩展了叶绿体的受光面积。 (2)光合作用的酶位于类囊体薄膜和叶绿体基质中。 (3)色素易溶于有机溶剂不溶于水，生物膜的成分主要有脂质，因此色素分布在叶绿体的膜上而不是基质中。 2．恩格尔曼实验之妙 (1)并不是所有的植物细胞都含有叶绿体，只有进行光合作用的植物细胞才含有叶绿体。 (2)色素不只分布于叶绿体中，也可分布于液泡中，如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。 (3)叶绿体不是细胞进行光合作用的唯一场所，如蓝细菌细胞没有叶绿体。　　 3．图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述错误的是(　　) A．图乙所示结构取自图甲中的③ B．图乙结构上分布有与光合作用有关的酶 C．吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上 D．叶绿体以图甲中③的形式扩大受光面积 解析：选C。图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③类囊体的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A正确，C错误；光合作用所需的酶分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中，B正确；叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大受光面积，D正确。 4．某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是(　　) 解析：选A。植物叶绿体中的色素分为叶绿素和类胡萝卜素，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，400～500 nm为蓝紫光区，600～700 nm为红光区，叶绿素b是叶绿素的一种，A正确。 葡萄黄叶病 某葡萄园种植的葡萄叶片发黄，葡萄的产量和品质明显受到影响，甚至出现了一些葡萄植株死亡的现象，而该地区的其他葡萄园却没有出现这一现象。某校的生物学兴趣小组针对这一现象进行了研究。 题号 能力考查 素养考查 (1) 信息获取与加工能力 生命观念 (2) 演绎与推理能力 生命观念 (3) 实验结果分析与论证能力 科学探究 (1)植物的颜色主要由位于________中与光合作用有关的色素和位于________中的花青素有关。 (2)根据叶片颜色的变化，推测可能是发黄叶片中的__________________(填色素名称)含量减少或者______________(填色素名称)的含量增多导致的。 (3)为探究叶片发黄与哪种色素含量减少有关，选取正常叶片A组和发黄叶片B组进行了色素的提取与分离实验，请根据预期实验结果得出相应结论： 预期结果 实验结论(说明黄叶病的原因是) A组叶绿素a和叶绿素b色素带宽度都大于B组 A组叶绿素a色素带宽度大于B组，A组叶绿素b色素带宽度和B组一致 A组叶绿素a色素带宽度与B组一致，A组叶绿素b色素带宽度大于B组 解析：(1)植物的颜色既受叶绿体中光合色素的影响，也和液泡中含有的花青素有关。(2)叶片中的颜色主要受叶绿体中光合色素的影响，叶片发黄有可能是叶绿素含量减少，也可能是类胡萝卜素含量增多，呈现出黄色。(3)色素带的宽窄表示色素的含量，越宽代表含有的色素越多，A组是正常叶片，B组是发黄叶片，哪条色素带变窄说明哪种色素减少。 答案：(1)叶绿体　液泡　(2)叶绿素a和叶绿素b　胡萝卜素和叶黄素　(3)叶绿素a和叶绿素b含量都减少　叶绿素a含量减少　叶绿素b含量减少 课后分层练(二十)　捕获光能的色素和结构 (选择题每题5分，非选择题每题15分) 【基础巩固练】 考点一　捕获光能的色素 1．分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中加2 g剪碎的新鲜菠菜绿叶，并按下表所示添加试剂，经研磨、过滤得到三种不同颜色的溶液，即：深绿色、黄绿色、几乎无色。 处理 Ⅰ Ⅱ Ⅲ SiO2(少量) ＋ ＋ ＋ CaCO3(少量) － ＋ ＋ 无水乙醇(10 mL) ＋ － ＋ 蒸馏水(10 mL) － ＋ － 注：“＋”表示加，“－”表示不加。 则Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个研钵中的溶液颜色分别是(　　) A．几乎无色、黄绿色、深绿色 B．深绿色、几乎无色、黄绿色 C．黄绿色、深绿色、几乎无色 D．黄绿色、几乎无色、深绿色 解析：选D。由表格内容可知，研钵Ⅰ中未加入CaCO3和蒸馏水，CaCO3可保护色素免受破坏，研钵Ⅰ因缺少CaCO3而导致部分色素被破坏，因而提取液呈黄绿色。研钵Ⅱ中未加入无水乙醇，无水乙醇用于溶解色素，色素不溶于蒸馏水，因而溶液几乎无色。研钵Ⅲ中未加入蒸馏水，可得到正常的提取液，故溶液呈深绿色。 2．为研究强光照对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图所示为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素带)。下列叙述正确的是(　　) A．画滤液细线时，滤液在点样线上只能画一次 B．色素Ⅲ、Ⅳ在石油醚中的溶解度大于色素Ⅰ、Ⅱ C．强光照导致了该植物类胡萝卜素含量增加 D．色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收蓝紫光 解析：选C。在分离色素实验中，画滤液细线时，需要重复画线，增加色素量，但操作应在前一次画线晾干后再进行，A错误；色素Ⅲ、Ⅳ在石油醚中的溶解度小于色素Ⅰ、Ⅱ，所以扩散速度慢，B错误；强光照和正常光照相比，叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，说明强光照导致了该植物类胡萝卜素含量增加，C正确；色素Ⅲ是叶绿素a、色素Ⅳ是叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，D错误。 3．为探究土鸡蛋蛋黄颜色一般比饲料鸡蛋蛋黄深的原因，有人做了绿叶和两种蛋黄中色素提取与分离的实验，另外还比较了两种蛋黄中色素提取物质的吸收光谱，结果如图所示。据此可知土鸡蛋与饲料鸡蛋蛋黄中所含有的色素种类及含量的关系是(　　) A．色素种类不同，但总的含量相同 B．色素种类相同，但总的含量不同 C．色素种类和含量均不相同 D．色素种类和含量均相同 解析：选B。图甲中色素带由下到上依次是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，图乙、丙中色素带均对应图甲中叶黄素的位置，但色素带的宽度不一样，结合图丁、戊可知两种鸡蛋蛋黄中所含色素的种类相同，但总的含量不同，B正确。 考点二　叶绿体的结构和功能 4．如图为叶绿体结构的示意图，下列叙述不正确的是(　　) A．①具有选择透过性 B．吸收光能的色素分布在②上 C．与光合作用有关的酶只分布在③中 D．叶绿体具有双层膜 解析：选C。叶绿体由双层膜构成，①表示叶绿体外膜，具有选择透过性，A、D正确；吸收光能的色素分布在②(类囊体薄膜)上，B正确；与光合作用有关的酶分布在②(类囊体薄膜)上和③(叶绿体基质)中，C错误。 5．为证实叶绿体有放氧功能，可利用含有水绵与需氧细菌的临时装片进行实验，装片需要给予一定的条件，这些条件是(　　) A．光照、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 B．光照、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液 C．黑暗、有空气、临时装片中无NaHCO3稀溶液 D．黑暗、无空气、临时装片中有NaHCO3稀溶液 解析：选B。本题主要考查了叶绿体功能验证的相关实验设置，具体分析如图： 6．叶绿素是由谷氨酸分子经过一系列酶的催化作用，在光照条件下合成的。叶绿素a的分子结构如图所示，其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列分析错误的是(　　) A．尾部对于叶绿素a分子在类囊体膜上的固定起重要作用 B．叶绿素a的元素组成说明无机盐能构成复杂的化合物 C．叶绿素a分子、催化其合成的酶及胆固醇共有的元素有四种 D．叶片变黄可能是光照不足导致叶绿素合成减少造成的 解析：选C。叶绿素a的尾部具有亲脂性，而生物膜的基本骨架由磷脂双分子层构成，故叶绿素a的尾部有利于其固定在类囊体膜上，A正确；叶绿素a中含有Mg，Mg属于无机盐，叶绿素a的元素组成说明无机盐能构成复杂的化合物，B正确；胆固醇属于固醇类物质，其组成元素是C、H、O，含有3种元素，C错误；叶片变黄可能是光照不足导致叶绿素合成减少造成的，也有可能是温度下降导致叶绿素降解加快引起的，D正确。 7．为研究城市环境污染和某植物生命活动的关系，研究者测定了不同污染程度下该植物叶片光合色素的含量，获得的数据处理成下面的柱状图。请分析回答下列问题： (1)提取叶片中光合色素时常使用________(填试剂名称)来获取色素，为使__________，还可加入少许二氧化硅。 (2)纸层析法是分离叶片光合色素的简便方法。若研究者用该方法能否获得上述实验数据？为什么？ ____________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)据图可知，污染程度的加剧使__________(填色素类型)的含量减少。 答案：(1)无水乙醇　研磨更充分　(2)否。利用纸层析法只能在滤纸上观察到分离的色素带，不能定量分析色素　(3)叶绿素(叶绿素a和叶绿素b) 【综合提升练】 8．科学家用水绵进行了如下实验：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气和光照的条件下一段时间，然后用极细的光束照射水绵不同部位，观测到一些部位有需氧细菌积聚，另一些部位则没有需氧细菌积聚(如图所示)。由此得出的结论是(　　) A．光合作用产生淀粉，场所是叶绿素 B．光合作用产生氧气，场所是叶绿体 C．光合作用产生淀粉，需要水 D．光合作用产生氧气，需要二氧化碳 解析：选B。由题图可知，需氧细菌主要集中分布在极细光束照射的叶绿体附近，说明该部位产生了O2，即进行了光合作用，由此可推知光合作用的场所为叶绿体，光合作用产生氧气。题述实验未体现光合作用产生淀粉和光合作用所需要的原料。 9．沃柑是喜光植物，需要充足的光照，长期的阴雨天气会导致叶片发黄，某科研小组通过纸层析法对比了阴雨天气和充足光照条件下的自上至下四条色素带。下列对过程和结果的描述正确的是(　　) A．纸层析过程中滤液细线接触层析液会加快分离速度 B．推测充足光照条件下滤纸第三条的黄绿色条带最宽 C．阴雨天气叶片发黄推测第一和第二色素条带颜色会变深 D．剪下滤纸条的某个条带浸泡在无水乙醇中可以收集色素 解析：选D。纸层析过程中滤液细线接触层析液会导致色素溶解，无法得到实验结果，A错误；充足光照条件下叶绿素a最多，其颜色是蓝绿色，B错误；阴雨天气叶片发黄是由于叶绿素含量减少，推测第三和第四色素条带颜色会变浅，C错误；色素易溶于有机溶剂，剪下滤纸条的某个条带浸泡在无水乙醇中可以收集色素，D正确。 10．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　) A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光合作用 B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制 C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示 D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的 解析：选A。类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，几乎不吸收红光，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B正确；由于光反应产生的NADPH和ATP能用于暗反应，暗反应要吸收CO2，所以光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示，C正确；640～660 nm波长主要是红光区域，该区域的光可被叶绿素吸收利用，释放O2，D正确。 11．(2023·全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是(　　) A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D．叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢 解析：选D。叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。 12．(2023·海南高考·改编)海南是我国火龙果的主要种植区之一，由于火龙果是长日照植物，冬季日照时间不足导致其不能正常开花，在生产实践中需要夜间补光，使火龙果提前开花，提早上市。某团队研究了同一光照强度下，不同补光光源和补光时间对火龙果成花的影响，结果如图。 回答下列问题： (1)光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是____________________；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第____________条。 (2)本次实验结果表明，三种补光光源中最佳的是____________________，该光源的最佳补光时间是________小时/天，判断该光源是最佳补光光源的依据是 _____________________________________________________________________________________________________________________________________。 解析：(1)火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a和叶绿素b，二者统称为叶绿素。用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，叶绿素b和叶绿素a的色素带位于第一条和第二条。(2)根据实验结果，三种补光光源中最佳的是红光＋蓝光，因为在不同补光时间条件下，红光＋蓝光组平均花朵数都最多，该光源的补光时间是6小时/天时，平均花朵数最多。 答案：(1)叶绿素(或叶绿素a和叶绿素b)　一和二　(2)红光＋蓝光　6　不同的补光时间条件下，红光＋蓝光光源组平均花朵数均最多 第2课时　光合作用的原理►对应学生用书P127 1．生命观念：阐明光反应和暗反应中物质和能量变化；认同细胞生命活动过程始终贯穿着物质和能量的变化。 2．科学思维：分析科学史资料，建构光合作用概念模型，培养搜集处理信息以及表达交流能力。 3．社会责任：认识到光合作用的重要性，树立爱护植物的环保意识。 一、光合作用的概念 二、光合作用的发现历程 三、光合作用的过程 1.填写图中序号代表的物质。 ①O2；②ATP；③NADPH；④C5；⑤C3。 2.图示I阶段——光反应阶段。 (1)场所：类囊体的薄膜。 (2)物质变化： ①将H₂O分解为O₂和 H+，其中H+与 NADP+结合形成NADPH。 ②使ADP和Pi反应形成ATP。 (3)能量变化:将光能转化为储存在ATP和 NADPH中的化学能。 3.图示Ⅱ阶段——暗反应阶段。 (1)场所：叶绿体基质。 (2)物质变化： ①CO₂的固定：C5+CO₂2C3。 ②C3的还原：2C3(CH2O)+C5。 (3)能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中稳定的化学能。 光合作用是地球上最重要的化学反应之一，其过程涵盖光反应和暗反应两个阶段。光反应阶段叶绿体中的光合色素吸收光能，将水分解并产生氧气、ATP和 NADPH；暗反应则利用光反应产物，在酶的催化下，将二氧化碳固定并还原为糖类等有机物，这两个阶段紧密衔接、相辅相成，共同推动光合作用的顺利进行。 (1)鲁宾、卡门运用了放射性同位素18O研究了光合作用中氧气的来源。(×) 提示：18O是稳定同位素，不具有放射性。 (2)希尔的实验说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水。(×) 提示：鲁宾、卡门的实验发现光合作用中氧气来源于水。 (3)光合作用的光反应发生在叶绿体内膜上。(×) 提示：光反应发生的场所是类囊体薄膜，不是叶绿体内膜。 (4)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。(×) 提示：叶绿体光反应产生的ATP用于暗反应还原三碳化合物,因此其转移方向由类囊体薄膜到叶绿体基质。 (5)光合作用中光反应必须有光才可进行，暗反应没有光也可长时间进行。(×) 提示：暗反应需要光反应提供NADPH和ATP,没有光,暗反应不能长时间进行。 (6)淀粉和蔗糖都是光合作用的产物。(√) 　光合作用的原理 [材料情境]分析教材 P102“探索光合作用原理的部分实验”，并结合以下实验资料,小组合作探究,构建光合作用的概念。 资料1：20世纪40年代，卡尔文向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物(C5)和一种六碳糖(C6)中，将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物(C3)中，光照时间为几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物(C3)中。 资料2：1954年，美国科学家阿尔农的离体叶绿体实验过程及结果如下： 组别 条件 过程 现象 1 黑暗 提供CO2、NADPH、ATP 产生(CH2O) 2 黑暗 提供CO2、不提供NADPH、ATP 不产生(CH2O) 3 光照 提供CO2、不提供NADPH、ATP 产生(CH2O) 1.根据教材P102希尔的实验,尝试补充完整希尔的实验表达式。 2.希尔实验可以证明O2来自H2O，能否确定O2全部来自H2O？为什么？ 提示：不能，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到O元素的转移。 3.若要证明O2全部来自H2O或CO2，可采用什么方法？ 提示：可以采用同位素示踪法，用18O分别标记H2O和CO2进行实验。 4.请根据资料1大致描述出CO2转化成有机物的过程中C的转移途径。 提示：如图所示 5.通过对资料2实验的分析，你可以得出什么结论？ 提示：CO2转化成(CH2O)需要光反应提供的ATP和NADPH。 6.暗反应有光无光都能进行，那么暗反应能较长时间在黑暗条件下进行吗？ 提示：不能。因为在黑暗条件下不能进行光反应，暗反应缺少光反应提供的NADPH和ATP。 1.光合作用中元素的去向 2．光反应与暗反应之间的区别和联系 项目 光反应阶段 暗反应阶段 区别 反应 场所 叶绿体的类囊体薄膜上 叶绿体的基质中 反应 速度 较快 较缓慢 与光的关系 必须在光下进行 不直接依赖光 物质 变化 ①水的光解：H2O 2H＋＋1/2O2＋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：NADPH NADP＋＋H＋＋2e－ 能量变化 光能→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 联系 (1)光反应为暗反应提供NADPH和ATP；(2)暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ 光合作用产物理解的三个提醒 (1)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿素夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 (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。 1．下图表示较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，以下相关叙述正确的是(　　) A．Y2的质量小于Y3的质量 B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量 C．②中水的质量大于④中水的质量 D．试管①的质量小于试管②的质量 解析：选B。Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3，A错误；④中小球藻含有(CHO)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻的质量大于①，B正确；②和④中的水都为HO，且含量相同，因此质量相等，C错误；在试管①和②原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②，D错误。 2．(2025·长治高一检测)如图是绿色高等植物的光合作用图解，下列说法正确的是(　　) A．①可代表光合色素，主要吸收蓝紫光 B．③是C3，还原时消耗的能量全部来自ATP C．④是ATP，在叶绿体基质中生成 D．⑤是NADPH，可作为③还原过程中的还原剂 解析：选D。①可代表光合色素，包括叶绿素和类胡萝卜素，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，A错误；③是C3，还原时的能量来自ATP和NADPH，B错误；④是ATP，其形成场所是叶绿体的类囊体薄膜，C错误；⑤是NADPH，可以作为C3还原过程中的还原剂，并提供能量，D正确。 　光合作用中环境改变时相关物质含量变化 [材料情境]卡尔文利用小球藻作实验材料，通过实验发现如果光照下突然减少CO2供应，C3急剧减少而C5增加。 1．依据上述卡尔文小球藻实验，推测植物体在光合作用的过程中C3与C5之间有何关系。 提示：C3与C5之间是相互循环的。 2．结合光合作用原理，分析光照下突然减少CO2供应，C3急剧减少而C5增加的原因。 提示：突然减少CO2供应，导致暗反应中CO2的固定减少，生成的C3减少，消耗的C5减少，因此C3急剧减少而C5增加。 3．细胞中NADPH和ATP的含量如何变化？说明理由。 提示：NADPH和ATP含量增加。因为减少CO2供应，导致暗反应减弱，消耗的NADPH和ATP减少，而短期内光反应速率不变，生成NADPH和ATP的速率不变，因此细胞中NADPH和ATP含量增加。 4．若CO2的含量不变，突然增加光照强度，分析植物体在短时间内C3和C5的变化情况。 提示：若CO2的含量不变，增加光照强度，光反应变强，产生的NADPH和ATP增多，C3的还原加快，C3含量减少，C5生成增多。 1．环境条件改变时光合作用中各物质含量的变化 2．环境条件改变时光合作用各物质含量变化模型 (1)图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。 (2)图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。 (3)图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。 (4)图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。 3．光合作用过程中相关物质的变化规律 3．绿色植物叶肉细胞的光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，在光合作用过程中，若突然停止光照，则短时间内有关物质含量的变化正确的是(　　) A．C3升高，C5下降 B．ATP升高，NADPH下降 C．ADP升高，C3下降 D．NADPH下降，C5上升 解析：选A。正在进行光合作用的叶肉细胞突然停止光照，则光反应阶段的产物ATP和NADPH含量都会下降，C3由于ATP和NADPH的减少而还原速率下降，短时间内CO2固定形成C3的速率不变，故C3含量升高，同时C5含量减少。由于光反应停止，不再消耗ADP形成ATP，所以ADP增加。综上所述，A正确，B、C、D错误。 4.某阳生植物细胞在夏季某一晴天内的光合作用过程中，C3、C5含量的变化如图所示。若第二天中午天气由晴转阴，则该植物细胞叶绿体中C3、C5含量的变化分别相当于曲线中的(　　) A．c→d段(x)、b→c段(y) B．d→e段(x)、d→e段(y) C．d→e段(y)、c→d段(y) D．b→c段(y)、b→c段(x) 解析：选B。光照增强时，光反应增强，ATP、NADPH生成量增加，C3被还原成(CH2O)的过程和再生C5的过程增强，而CO2供应量不变，CO2固定消耗C5的量基本不变，所以C3减少、C5增加；光照减弱时则相反。由此判断x曲线表示的是C3在一天中的含量变化，y曲线表示的是一天中C5含量的变化。与晴天相比，阴天光照强度减弱，所以C3含量的变化如x曲线的d→e段，C5含量的变化如y曲线的d→e段，综上，B符合题意。 同位素标记法 同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律。 1．原理：同位素具有相同化学性质(质子数相同)和不同物理性质(中子数不同)，通过检测放射性或质量差异追踪物质转移途径。 2．常用标记元素：14C(光合/呼吸作用)、3H(蛋白质/DNA)、15N(DNA复制)、32P/35S(噬菌体侵染细菌的实验)。 3．应用方向：揭示生物代谢途径(如卡尔文循环)、验证生物大分子转移(如噬菌体侵染细菌的实验)、研究化学反应机理。 4．注意事项：选择半衰期合适的放射性同位素，实验中需严格防护。该方法通过“化学性质相同，物理信号可辨”的特点，使不可见的生化过程可视化，是生命科学研究的核心技术之一。 [考查角度] 同位素标记法常结合具体实验情境，主要考查知识迁移运用能力、过程分析中的科学思维、动态过程推理能力、探究能力和批判思维等。 人工光合系统 人工光合系统是指通过人工方法模拟光合作用生成有机物的技术，如图为一种将无机半导体与还原CO2的微生物催化剂相结合，利用太阳能高效还原CO2的人工光合系统。图中双极膜是特种离子交换膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成，可在直流电场的作用下，将复合层间的H2O解离为H＋和OH－。生物阴极引入了特定的功能微生物——嗜氢产甲烷菌，可将CO2转化为CH4进一步利用。 题号 能力考查 素养考查 (1) 结构与功能观 生命观念 (2) 演绎推理与论证能力 科学思维 (3) 综合运用与创新能力 科学思维 (1)从发挥的作用看，光阳极相当于叶绿体中的__________。光阳极吸收光子并产生光生电子(e－)和“空穴”，“空穴”带________(填“正”或“负”)电。 (2)生物阴极在人工光合系统中对CO2起到了________________的作用。自光照开始，整个系统的能量转换过程是________________________________________________________________________用文字和箭头表示)。 (3)嗜氢产甲烷菌是专性厌氧菌，由此推测该系统中双极膜具有选择透过性，具体表现为________________________________________________________________________。 该人工光合系统在生态学上的重要意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答两点即可)。 解析：(1)由图可知，光阳极有O2产生，相当于叶绿体中的类囊体(或基粒)。由电子守恒可知，光阳极吸收光子并产生光生电子(e－)和“空穴”，“空穴”带正电。(2)生物阴极可将CO2转化为CH4，生物阴极在人工光合系统中对CO2起到了固定、还原的作用。自光照开始，整个系统的能量转换过程是光能→电能→甲烷中的化学能。(3)嗜氢产甲烷菌是专性厌氧菌，有氧条件会抑制其增殖，光阳极有O2产生，由此推测该系统中双极膜具有选择透过性，具体表现为只允许H＋、OH－通过，不允许O2通过，该人工光合系统可将CO2转化为CH4，在生态学上的重要意义是消耗CO2，有利于减弱温室效应；制备清洁能源，有利于减少空气污染。 答案：(1)类囊体(或基粒)　正　(2)固定、还原　光能→电能→甲烷中的化学能　(3)只允许H＋、OH－通过，不允许O2通过　消耗CO2，有利于减弱温室效应；制备清洁能源，有利于减少空气污染 课后分层练(二十一)　光合作用的原理 (选择题每题5分，非选择题每题15分) 【基础巩固练】 考点一　光合作用的探究历程 1．美国科学家鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2中的氧，证明了光合作用(　　) A．制造了有机物 B．利用了根系吸收的水分 C．释放的氧气全部来自H2O D．释放的氧气全部来自CO2 解析：选C。美国科学家鲁宾和卡门用同位素18O分别标记H2O和CO2，发现只有标记H2O的一组产生了18O2，两组实验对照说明光合作用释放的氧气全部来自H2O。 2．卡尔文用14C标记参加光合作用的CO2，由此可以了解(　　) A．光能转化为糖类中的化学能 B．暗反应必须在无光条件下进行 C．光合作用释放的O2中氧元素的来源 D．碳原子转移途径为CO2→C3→糖类 解析：选D。卡尔文用经过14C标记的CO2供小球藻光合作用，追踪14C的去向，探明碳原子转移途径为CO2→C3→糖类，D符合题意。 3．1937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。像这样，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作希尔反应。下列关于希尔反应结论的说法，正确的是(　　) A．不能说明产生氧气是因为水的光解 B．说明了植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水 C．说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应 D．说明ATP的合成与希尔反应有关系 解析：选C。由题干可知，希尔反应是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，故希尔的实验能说明产生氧气是因为水的光解，A错误；该实验仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气，并没有直接观察到氧元素的转移途径，B错误；希尔实验的悬浮液中只有H2O，没有CO2，不能合成糖类，因此该实验可说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，C正确；希尔反应中没有直接证明能量的转化关系，D错误。 考点二　光合作用的过程 4．在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其(　　) A．氧气的释放量 B．ATP的生成量 C．二氧化碳的消耗量 D．糖类的合成量 解析：选A。光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D错误。 5．如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解，下列分析错误的是(　　) A．该过程不直接依赖光，发生的场所为叶绿体基质 B．细胞呼吸过程中也产生物质A，同样具有还原剂的作用 C．CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类 D．突然降低二氧化碳浓度，短时间内C5的含量迅速上升 解析：选B。该过程是光合作用的暗反应阶段，不直接依赖光，发生的场所为叶绿体基质，A正确；细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，光合作用中产生的是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，B错误；暗反应中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被还原生成(CH2O)，故碳原子转移途径是CO2→C3→(CH2O)，C正确；突然降低二氧化碳浓度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不变，所以短时间内C5的含量迅速上升，D正确。 6．如图是光合作用的过程图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是(　　) A．图中a过程发生在类囊体的薄膜上 B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加 C．c过程是CO2的固定，发生在叶绿体的基质中 D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原 解析：选B。图中a过程表示光反应，发生在类囊体的薄膜上，A正确；若光照突然停止，光反应为暗反应提供的ATP和NADPH减少，影响C3的还原，而短时间内不影响CO2的固定，叶绿体中F(C5)的含量会减少，B错误；c过程是CO2的固定，发生在叶绿体的基质中，C正确；E(C3)接受C(ATP)和NADPH释放的能量并被NADPH还原，D正确。 7．如图分别是叶绿体模型图和绿色植物光合作用过程图解，请据图回答下列问题： (1)吸收光能的色素分布在叶绿体的②________上。 (2)暗反应的场所是在____________中，暗反应需要光反应提供的物质是④______________和⑤______________。 (3)过程Ⅰ称为____________，过程Ⅰ中能量变化情况是__________________。 (4)过程Ⅳ称为____________，其代谢产物⑦是____________。 (5)夏日的午后，如果气温过高，叶片的气孔关闭，导致[　]____________供应大大减少，C3的产量随之________(填“增加”或“减少”)。 (6)光合作用过程的总反应式可概括为________________________________________________________________________。 解析：(1)吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，即图中②。(2)暗反应的场所是叶绿体基质，光反应为暗反应过程提供了NADPH和ATP，分别为图中的④⑤。(3)Ⅰ是光反应阶段，该阶段的能量变化是将光能转化成ATP和NADPH中的化学能。(4)据图分析可知，Ⅳ过程表示暗反应过程中C3的还原，代谢产物⑦是(CH2O)(或有机物)。(5)夏日的午后，如果气温过高，叶片的气孔关闭，导致CO2供应不足，CO2固定过程减弱，生成的C3减少，而C3仍然被还原，因此叶肉细胞中C3含量降低。(6)光合作用过程的总反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2。 答案：(1)类囊体薄膜　(2)叶绿体基质　NADPH　ATP　(3)光反应　光能转化成ATP和NADPH中的化学能　(4)C3的还原　(CH2O)(或有机物)　(5)⑥　CO2　减少　(6)CO2＋H2O(CH2O)＋O2 【综合提升练】 8．在对光合作用原理的探索历程中，科学家做过很多经典实验。下列说法错误的是(　　) A．恩格尔曼的实验直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用，并放出O2 B．希尔证明了叶绿体在适宜条件下能发生水的光解，并伴随有ATP的合成 C．鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2来自H2O D．卡尔文利用14C标记的14CO2探明了暗反应阶段CO2中的碳转化为有机物中碳的途径 解析：选B。恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用，并放出O2，A正确；希尔证明了叶绿体在适宜条件下能发生水的光解，并没有发现ATP的合成，B错误；鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2，进行两组实验：第一组向植物提供H2O和C18O2，第二组向同种植物提供HO和CO2，在其他条件都相同的情况下，结果表明，第一组释放的氧气全部是O2，第二组释放的氧气全部是18O2，证明了光合作用释放的氧气来自水，C正确；卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性14C去向，证明了光合作用中C的转移途径，即从CO2到C3再到糖类等有机物，D正确。 9．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列说法错误的是(　　) A．该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1 B．模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等 C．在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量更高 D．若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将减少 解析：选A。由题意知模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同，因此判断甲为C5，乙为C3。叶绿体通过光反应将光能转化成ATP、NADPH中活跃的化学能，据图可知，模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来执行相当于叶绿体中光反应的功能，A错误。由图可知，模块3模拟的是暗反应过程，因此模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等，B正确。因为该系统只产生糖类，不消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量更高，C正确。若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的合成减少，甲的合成不变，乙的含量将减少，D正确。 10．如图为光合作用过程示意图，相关叙述正确的是(　　) A．结构A中发生能量转化的场所是类囊体腔 B．供给14CO2，14C在化合物中的出现顺序为CO2→C3→甲 C．结构B中C5转化成C3过程中消耗ATP中的化学能 D．如果突然增加CO2供应，短时间内C5的含量将会增加 解析：选B。图中结构A是基粒，在类囊体薄膜上可发生光能转化为活跃化学能的过程，A错误；供给14CO2，14C在化合物中的出现顺序为CO2→C3→甲(糖类)，B正确；结构B是叶绿体基质，C5转化成C3的过程为CO2的固定过程，不消耗ATP，C3的还原过程消耗ATP中的化学能，C错误；如果突然增加CO2供应，有利于CO2的固定过程，消耗的C5增多，而C3还原形成C5的过程短时间内基本不受影响，所以短时间内C5的含量将会减少，D错误。 11．植入“生物电池”可使动物借助光合作用修复因能量不足而受损的细胞。科研人员利用菠菜叶肉细胞的类囊体制成纳米类囊体(NTU)，将其注入小鼠软骨受损的部位，治疗小鼠的骨关节炎，相关机制如图。下列叙述错误的是(　　) A．NTU膜上含有光合色素和与光反应相关的酶，能通过光反应合成ATP和NADPH B．光照条件下，图中受损的小鼠软骨细胞内的ATP可来自线粒体和NTU C．NTU产生的NADPH可以进入线粒体，在线粒体内膜上与O2结合生成水 D．此研究说明植物光反应固定的能量在一定情况下可直接用于动物细胞生命活动 解析：选C。NTU是由菠菜叶肉细胞中的类囊体制成的，类囊体薄膜上含有光合色素和光反应相关的酶等，能通过光反应合成ATP和NADPH，A正确；光照条件下，NTU中会合成ATP，线粒体也能提供细胞代谢所需要的ATP，故图中受损的小鼠软骨细胞内的ATP可来自线粒体和NTU，B正确；NTU产生的NADPH不可以进入线粒体与O2结合生成水，在线粒体内膜上与O2结合生成水的是NADH，C错误；此研究说明植物光反应过程中固定的能量在一定情况下可直接用于动物细胞生命活动，D正确。 12．卡尔文与同事利用14C探明光合作用中的碳固定途径。他们将小球藻放置在密闭容器中培养，然后将14CO2注入容器，隔一段时间取部分小球藻浸入热乙醇中杀死，提取溶液中的分子，利用双向纸层析法分离各种化合物，通过放射自显影分析带有放射性的物质。根据带有放射性物质出现的时间顺序就能知道暗反应中CO2参与生成的物质顺序。其中隔30 s和隔5 s的层析结果分别如图1、图2所示(注：图中阴影面积越大、颜色越深，表示放射性物质越多)。据图分析，回答下列问题： (1) CO2固定的场所是____________。CO2生成糖类需要光反应产生的 ____________________为其提供能量。 (2)根据双向层析结果推测图2中最先合成的化合物是____________。 (3)为了确定光合作用暗反应中固定CO2所形成的第一种化合物，应进一步进行的实验处理是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (4)卡尔文对C3的分子结构进行分析后发现，形成的C3中只有一个碳原子带有放射性，另外两个碳原子则不带放射性，这说明C3不是由3个14CO2生成的，而是由一个14CO2和其他物质结合生成的(X物质＋CO2→C3)。为了进一步探究14CO2和什么物质结合生成C3，卡尔文在反应中将1%浓度的14CO2突然降低到0.003%浓度，检测部分物质的含量变化，结果如图3所示。 据图分析，这个X物质是________，判断依据是 _________________________________________________________________。 解析：(1)CO2固定发生在暗反应，暗反应的场所是叶绿体基质。CO2生成糖类需要光反应产生的ATP和NADPH为其提供能量。(2)14CO2同化5 s的结果显示，PGA的阴影面积最大，表明放射性物质最多，故推测最先合成的化合物是PGA。(3)为了确定光合作用暗反应中固定CO2所形成的第一种化合物，应进一步进行的实验处理是缩短小球藻利用14C同化的时间，直到只出现一种化合物为止。(4)由题图可以看出，当CO2浓度突然下降时，RuBP(C5)即刻呈现上升趋势，随后随着C3含量下降而下降直到同步稳定，故这个X物质是RuBP(C5)。 答案：(1)叶绿体基质　ATP、NADPH　(2)PGA　(3)缩短小球藻利用14C同化的时间，直到只出现一种化合物为止　(4)RuBP(C5)　当CO2浓度突然下降时，RuBP(C5)即刻呈现上升趋势，随后随着C3含量下降而下降直到同步稳定 [备课札记] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第3课时　光合作用原理的应用►对应学生用书P132 1．科学探究：通过分析和讨论相关实验，理解环境因素与光合作用强度的关系，并阐明环境因素对光合作用的影响。 2．科学思维：通过构建模型分析影响光合作用的因素，形成利用科学的思维方法解决问题的习惯。 3．社会责任：依据不同因素影响光合作用的原理，科学指导其在生产实践中的应用，培养社会责任感。　 一、探究环境因素对光合作用强度的影响 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： 3．影响因素 (1)原料——水、CO2，如环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况等。 (2)动力——光能，如光照强度、光质等。 (3)场所——叶绿体，影响其形成和结构的因素如无机营养、病虫害等。 (4)酶——影响酶合成，如N元素；影响酶活性的因素，如温度等。 4．探究实验 二、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合成作用。 2．化能合成作用与光合作用的比较 类型 化能合成作用 光合作用 实例 硝化细菌 绿色植物 反应物、生成物相同 利用H2O和CO2合成有机物，并储存能量 能量来源不同 无机物氧化时释放的能量 光能 光合作用产生的氧气供人类呼吸，制造的有机物为人类提供食物与工业原料，是人类美好生活的基石。光合作用的效率受多种因素影响，光照强度不足或过强，都无法让光合作用高效进行；温度过高或过低，会影响参与光合作用的酶活性；二氧化碳作为关键原料，浓度过低会限制反应；此外，水分亏缺也会阻碍光合作用正常运转。 (1)植物的光合作用和细胞呼吸总是同时进行。(×) 提示：植物在黑暗条件下只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用。 (2)能进行光合作用的生物是自养生物。(√) (3)光照强度会影响光反应，但是不会影响暗反应。(×) 提示：光照强度会影响NADPH和ATP的含量，进而影响暗反应中C3的还原。 (4)温度等外部因素可影响植物体的内部因素，进而影响光合作用强度。(√) (5)在夏季，光照强度与植物的光合作用速率成正比。(×) 提示：在夏季，当光照强度达到一定程度后，由于植物叶片气孔关闭等因素限制，光合作用速率不再随光照强度增加而增加，甚至可能下降。 (6)硝化细菌不能通过光合作用利用CO2和H2O合成糖类，因此它不是自养生物。(×) 提示：硝化细菌通过化能合成作用制造有机物，也属于自养生物。 　探究光照强度对光合作用的影响 [实验情境]某小组利用如图实验装置设计实验甲和乙，以分别探究光照强度和NaHCO3溶液浓度对菠菜叶片光合速率的影响。 1．利用上图实验装置进行实验时，用直径为1 cm的打孔器打出圆形小叶片若干(注意避开大的叶脉)，需抽出圆形小叶片内的气体，抽出圆形小叶片内气体的目的是什么？在相同且适宜的条件下，单位时间内绿色圆形小叶片上浮数量多于黄色圆形小叶片，该现象与圆形小叶片中的什么有关？圆形小叶片上浮的主要原因是什么？ 提示：抽出圆形小叶片内气体的目的是使圆形小叶片下沉，同时也避免其中含有的O2对实验结果的影响。该现象与圆形小叶片中色素的含量和种类有关。圆形小叶片上浮的主要原因是叶片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶肉细胞间隙中的O2增加，叶片上浮。 2．实验甲中，可通过观察什么来判断光合作用强度？ 提示：实验甲中，可通过观察单位时间内圆形小叶片浮起的数量(或相同数量的圆形小叶片浮起来需要的时间)来判断光合作用强度。 3．实验乙中，若NaHCO3溶液浓度过高，则可能导致圆形小叶片不上浮，为什么？ 提示：实验乙中，若NaHCO3溶液浓度过高，则可能导致圆形小叶片细胞失水死亡，因而无法上浮。 4．若用已经上浮的圆形小叶片进行实验，探究圆形小叶片的有氧呼吸对圆形小叶片上浮和下沉情况的影响，则需将图中的实验装置置于黑暗条件下，其他条件适宜，一段时间后，原来上浮的圆形小叶片将出现下沉情况，原因是什么？ 提示：叶肉细胞有氧呼吸消耗了细胞间隙的O2，呼吸产生的CO2溶解到水中，浮力减小，因而原来上浮的圆形小叶片将出现下沉。 5．为什么不同植物的叶圆片在相同条件下上浮所需的时间不同？有的同学认为是由于不同植物的叶圆片质量不同，有的同学认为是由于不同植物的叶细胞间隙大小不同(细胞间隙越大积聚气体的速度越快)。同学们利用电子天平测量相同数量的爬山虎和石榴的叶圆片质量，发现两者等重。那么，应如何针对上述问题展开进一步的探究呢？ 提示：取两种植物的叶片做成切片，在显微镜下观察其各自叶横切面，比较两者叶细胞间隙的大小。 1．叶圆片上浮、沉降情况分析 结果 原因 图示 叶片沉到水底 只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水 光合作用强度小于细胞呼吸强度，吸收氧气 光合作用强度等于细胞呼吸强度，不吸收也不释放氧气 叶片上浮 光合作用强度大于细胞呼吸强度，叶片中氧气增多 O2的释放量不等于O2的产生量 (1)关系式 O2的释放量＝O2的产生量－呼吸消耗O2的量 (2)分析 当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，叶绿体光合作用产生的O2有两个去向： ①进入线粒体，参与有氧呼吸； ②释放到外界。　　 2．总光合速率、净光合速率、呼吸速率 (1)表示方法 项目 CO2 O2 有机物 净光合速率 吸收量 释放量 积累量 总光合速率 固定量、利用量、消耗量 产生量 制造量、产生量 呼吸速率 产生量 消耗量 消耗量 (2)三者间的关系 ①CO2关系：m3＝m2＋m1 ②O2关系：n3＝n2＋n1 ③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率 3．光照强度对光合作用强度的影响 (1)模型分析 A点 光照强度为0时，只进行细胞呼吸，CO2的释放量可代表呼吸速率 AB段 随着光照强度增大，光合速率逐渐增大，CO2释放量逐渐减少，此段呼吸速率大于光合速率 B点 光合作用速率等于呼吸速率，此时的光照强度为光补偿点 BC段 随着光照强度增大，光合作用速率也不断增大，此段光合作用速率大于呼吸速率，净光合速率大于0 C点 C点后光合作用速率不再随着光照强度的改变而改变，C点对应的光照强度为光饱和点 (2)应用 ①阴雨天，在温室大棚生产过程中，适当增加光照强度，可以提高光合速率，使作物增产。 ②一般阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，间作套种，可合理利用光能。 4．CO2浓度对光合作用速率的影响 (1)模型分析 A 光合作用速率等于细胞呼吸速率，此时的CO2浓度为CO2补偿点 A′ 开始进行光合作用的CO2浓度 AB(A′B′) 随着CO2浓度的增加，光合作用速率增加 B(B′) 光合作用速率达到最大值，此时的CO2浓度为CO2饱和点 (2)应用 ①栽种农作物时“正其行，通其风”，增大CO2浓度，从而提高光合作用速率。 ②在农业生产上可通过增施农家肥等措施来增大CO2浓度，提高光合作用速率。 1．如图所示装置可用来探究光照强度对光合作用强度的影响。根据该图的材料及设置，下列说法错误的是(　　) A．可通过调整台灯与叶圆片之间的距离来改变光照强度 B．可根据相同时间内叶圆片上浮数量来判断光合作用强度 C．叶圆片上浮说明叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度 D．叶圆片不上浮说明叶片没有进行光合作用 解析：选D。台灯与叶圆片之间的距离越远，光照越弱，距离越近，光照越强，故可通过调整台灯与叶圆片之间的距离来改变光照强度，A正确；由于光合作用会产生氧气，在呼吸速率不变的情况下，释放的氧气越多，单位时间内叶片上浮的数量越多，故相同时间内叶圆片上浮数量直接反应净光合速率，B正确；叶圆片上浮说明有氧气的释放，即叶肉细胞的光合作用强度大于呼吸作用强度，C正确；叶圆片不上浮的原因可能为光合作用强度小于呼吸作用强度，D错误。 2．如图为光照强度对某绿色植物光合作用影响的示意图，下列说法正确的是(　　) A．A点时，植物的线粒体和叶绿体都能产生ATP B．植物从B点开始进行光合作用 C．植物一直处于B点状态不利于植物生长 D．C点以后限制光合作用的因素是光照强度 解析：选C。A点时光照强度为0，此时只有呼吸作用，产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质，A错误；B点净光合速率等于0，此时光合速率等于呼吸速率，A点之后就开始进行光合作用，B错误；植物一直处于B点状态，即光合速率等于细胞呼吸速率，没有有机物的积累，不利于植物生长，C正确；C点之前限制光合作用的因素是光照强度，C点之后限制光合作用的因素可能是温度或二氧化碳浓度，D错误。 　探究影响光合作用强度的其他因素 [材料情境] 温室工程的利用功能从育苗到生产，从种植业到养殖业，把现代农业新示范提升到了一个新高度。温室自动化是一种温室管理工具。种植者根据不同作物的生理需求，利用自动化对温室各种不同设备进行管理。调控温室的光照、温度、CO2浓度、水分、pH等，给植物提供一个稳定的气候环境，从而降低不良气候条件影响，为作物提供优化种植环境，同时降低能源与资源的消耗。 1．温室工程在培育优良作物时，要考虑植物自身哪些因素对其光合作用的影响？ 提示：植物本身的遗传特性，如阴生植物和阳生植物；植物的叶绿素含量、相关酶的含量和活性等。 2．温室自动化调控光照、CO2浓度的目的是什么？ 提示：调控光合作用强度。 3．温室通常在晴朗的下午进行“换气”，打开温室的换气装置与外界空气进行交换处理，这种做法的目的是什么？ 提示：降低温室中的O2浓度和提高CO2浓度，从而降低呼吸速率和提高光合作用强度。 4．温室自动化调控的温度、水分、pH等条件会影响光合作用强度吗？如何影响？ 提示：会影响。温度、pH通过影响酶的活性影响光合作用强度；高温和干旱通过影响气孔的开度影响叶肉细胞吸收CO2的量，进而影响光合作用强度。 5．如果遇到连续阴雨天气，温室中的蔬菜会减产，此时温室自动化系统需要调节哪些装置？ 提示：调节温室中的补光装置，提供植物光合作用所需的光照强度。 1．温度对光合速率的影响 (1)原理：温度主要通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合速率。 (2)曲线分析 AB段 随温度升高，光合作用速率逐渐增强 B点 光合作用最适温度下的光合作用速率 BC段 随着温度升高，光合作用速率逐渐减弱，温度过高时，酶变性失活，光合作用完全停止 (3)应用：冬季温室栽培，白天可适当提高温度，晚上可适当降低温度，以降低细胞呼吸消耗有机物。 2．水分和无机盐对光合速率的影响 (1)原理 水 缺水引起气孔关闭，叶肉细胞吸收CO2减少 无机盐 N 各种酶以及NADPH和ATP的重要组成成分 P NADPH和ATP的重要组成成分 K 对光合产物的运输和转化起促进作用 (2)应用 ①预防干旱，合理灌溉。 ②合理施肥，由于肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，施肥的同时，往往需要适当的浇水。 3．叶龄和叶面积对光合速率的影响 (1)叶龄 叶龄 光合速率 OA 叶面积增加、叶绿体和叶绿素含量增加，光合速率增加 AB 叶片成熟，光合速率最大且稳定 BC 叶片衰老，叶绿体解体、叶绿素分解，光合速率下降 (2)叶面积 叶面积 光合速率 0～4 叶面积指数增大，光合作用和呼吸作用均增加，且光合作用增加程度大于呼吸作用，干物质量增加 4～8 叶片相互遮挡，进行光合作用的叶面积不再增大，光合作用不再增强；呼吸作用随叶面积指数增加而增加，干物质量减少 (3)农业生产上的启示 ①合理密植(增加光合作用面积)。 ②适当间苗(“间作套种”讲的就是这个方面)。 ③修剪以增加有效光合作用面积。 ④适当摘除老叶。 4．多因子变量对光合速率的影响 (1)曲线分析 项目 限制因素 P点 横坐标所表示的因子 Q点 各曲线所表示的因子 (2)应用 ①温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率。 ②当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。 3．将某种植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响，实验以该植物叶绿体光合作用吸收的CO2总量与线粒体呼吸作用CO2的释放量为指标，实验结果如下表所示。下列叙述正确的是(　　) 温度/℃ 20 25 30 35 40 45 光照下叶绿体CO2吸收总量/(mg/h) 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 黑暗中CO2释放量/ (mg/h) 0.60 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 A．昼夜不停地光照，温度为40 ℃时，最有利于有机物的积累 B．昼夜不停地光照，温度为45 ℃时，最有利于有机物的积累 C．每天交替进行12 h光照12 h黑暗，温度均保持在35 ℃条件下，能正常生长 D．每天交替进行12 h光照12 h黑暗，温度均保持在40 ℃条件下，能正常生长 解析：选C。由表可知，不同温度条件下植物有机物的积累量分别为：0.4、1.0、1.5、1.75、1.5、0.5，因此昼夜不停地光照，温度为35 ℃时最有利于有机物的积累，A、B错误；温度均保持在35 ℃条件下，12 h光照能积累的有机物量可用1.75 mg/h×12 h＝21 mg表示，12 h黑暗消耗的有机物量可用1.50 mg/h×12 h＝18 mg表示，该植物存在有机物的积累，能正常生长，C正确；温度均保持在40 ℃条件下，12 h光照能积累的有机物量可用1.5 mg/h×12 h＝18 mg表示，12 h黑暗消耗的有机物量可用2.25 mg/h×12 h＝27 mg表示，该植物不存在有机物的积累，所以不能正常生长，D错误。 4．某研究小组测定了某植物在不同CO2浓度下CO2吸收速率随光照强度的变化，结果如下图所示。下列叙述错误的是(　　) A．实验的自变量有光照强度和CO2浓度 B．a点为光补偿点，b、c点不是光饱和点 C．b点时叶肉细胞内C3合成速率较a点高 D．若在c点条件下补光处理，会提高光合速率 解析：选D。由图可知，实验的自变量是光照强度和CO2浓度，A正确；a点时光合作用强度等于呼吸作用强度，为光补偿点，b、c点所对应的光照强度达到饱和，但b、c点不是光饱和点，B正确；b点的光照强度远大于a点，故光合作用速率远大于a点，因此暗反应速率和光反应速率也大于a点，即b点时叶肉细胞内C3合成速率较a点高，C正确；c点对应的光照强度为光饱和点，再增加光照强度，光合作用速率不会升高，此时限制因素为CO2浓度，D错误。 提升作物产量角度分析 一、光照因素 1．合理密植 (1)措施：控制作物种植密度，避免过密或过稀。 (2)原理：提高群体光能利用率，减少因叶片重叠导致的弱光区域，同时避免过度稀疏造成光能浪费。 2．间作套种 (1)措施：高矮作物搭配种植(如玉米与大豆)。 (2)原理：分层利用光能，延长群体光合作用时间，减少光竞争。 3．延长光照时间 (1)措施：温室中使用人工补光(如LED灯)。 (2)原理：延长光反应时间，增加ATP和NADPH生成，促进暗反应中C3的还原。 二、二氧化碳浓度 1．温室增施气肥 (1)措施：燃烧秸秆或释放干冰提高CO2浓度。 (2)原理：CO2是暗反应的原料，提高其浓度可加快C3的还原，减少光呼吸消耗。 2．通风透光 (1)措施：合理设计大棚通风结构或露天农田垄向。 (2)原理：促进空气流通，避免CO2浓度因光合作用消耗而成为限制因子。 三、温度调控 (1)措施：冬季保温(覆盖薄膜)、夏季遮阳降温。 (2)原理：维持酶(如Rubisco)活性的适宜温度(25～30 ℃)，避免高温导致酶变性或低温抑制反应速率。 总结：农业生产需综合调控光、CO2、温度、水肥等因子，通过技术手段突破光合作用“限制因子”，实现“源－库”平衡优化产量。 [考查角度] 高考对光合作用与作物增产的考查聚焦三个维度： 1．因素分析：结合光照强度、CO2浓度、温度等变量，通过曲线图比较光补偿点、光饱和点变化，解释合理密植、间作套种的科学性。 2．结构功能观：分析叶绿体结构缺陷或酶活性变化对碳同化的影响。 3．实践应用：设计提高光能利用率的方案(如补光、增施气肥)。 重点考查科学思维(变量分析、模型建构)、实验探究(数据转换、方案设计)能力及社会责任(解决粮食安全问题的生物学视角)。 蕨麻的光合作用 蕨麻也叫“人参果”，具有很高的营养价值和药用价值。科研工作者为了研究高原寒冷地区蕨麻的光合作用效率和外界影响因素，选择若尔盖草原(位于青藏高原东部边缘，年平均气温1.7 ℃)中高寒草地和高寒湿地两个典型生态系统对植物的光合速率进行了相关实验，结果如图所示。 题号 能力考查 素养考查 (1) 信息获取与加工能力 生命观念 (2) 数据分析与处理能力 科学探究 (3) 逻辑推理与验证能力 辩证思维能力 科学思维 (1)蕨麻在8：00时，净光合速率较低主要是因为光照强度影响了__________上进行的光反应过程，在12：00时，外界条件主要影响了光合作用的______(填“光反应”或“暗反应”)阶段。 (2)图示的净光合速率是测定光照下CO2的____量，再通过计算得出的，若要获取总光合速率的数据，还需在______条件下测量蕨麻的CO2______量。 (3)有人认为，限制高寒地区植物光合作用的因素主要为温度，若将温度上升到20 ℃，蕨麻的光合速率会有大幅度提高，因此我们可以将蕨麻引入到气温较高地区种植来增加产量。针对以上方案是否可行观点，同学们产生了分歧，请你填写相应的理由。 是否可行 理由 可行 温度是影响光合作用的主要环境因素，适当的提高温度可能会__________________________________，增加光合速率 不可行 解析：(1)植物光合作用是分阶段进行的，光照强度主要影响光反应，发生的场所是类囊体薄膜，正午时分净光合速率下降主要是气孔关闭导致的CO2吸收量下降引起的，影响的是暗反应阶段。(2)植物的净光合速率可以通过植物CO2的吸收量、氧气的释放量和有机物的积累量来表示，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，呼吸速率需要在黑暗条件下测得。(3)从温度影响光合作用和呼吸作用的角度分析，提出相关的理由即可。 答案：(1)叶绿体类囊体薄膜　暗反应　(2)吸收　黑暗　释放　(3)影响植物叶绿体的数量和叶绿素的含量，提高某些酶的活性　蕨麻长期生活在高寒环境，当温度上升到20 ℃可能会导致与光合作用和呼吸作用相关的酶活性降低甚至失活，出现光合速率降低甚至光合作用不能进行的情况 课后分层练(二十二)　光合作用原理的应用 (选择题每题5分，非选择题每题15分) 【基础巩固练】 考点一　探究环境因素对光合作用强度的影响 1．在如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。光照后叶片重新浮出液面的原因是(　　) A．叶片吸水膨胀，密度减小 B．叶片进行光合作用所产生的O2附着在叶面上 C．溶液内产生的CO2大量附着在叶面上 D．NaHCO3溶液因放出CO2而密度增大 解析：选B。由于光照时叶片进行光合作用产生的O2充满了细胞间隙，使叶片的浮力增大而重新浮出液面。 2．将甲、乙两种植株分别置于两个密闭玻璃罩内，在光照、温度等相同且适宜条件下培养，定时测量玻璃罩内CO2含量，结果如图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A．AB段，甲植株光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物 B．B点以后，甲植株所在玻璃罩内的O2含量达到最小值 C．降低光照强度，则甲植株光合速率降低，B点将上移 D．甲、乙植株置于同一密闭玻璃罩内培养，一段时间后，乙植株将先死亡 解析：选A。据图可知，AB段，玻璃罩内CO2含量逐渐降低，说明甲植株光合作用吸收了CO2，即净光合速率大于0，光合作用制造的有机物多于细胞呼吸消耗的有机物，A正确；B点以后，甲植株所在玻璃罩内的CO2含量不再变化，O2含量达到最大值，B错误；若降低光照强度，则光合速率降低，甲植株达到B点所需时间延长，故B点将右移，C错误；乙植株能利用较低浓度的CO2，积累的有机物更多，能维持更久的生命，若将甲、乙植株置于同一密闭玻璃罩内培养，一段时间后，甲植株将先死亡，D错误。 3．将某绿藻细胞悬浮液放入密闭容器中，保持适宜的pH和温度，改变其他条件，测定细胞溶解氧的量，结果如图所示。下列有关绿藻细胞代谢的叙述，正确的是(　　) A．实验全过程绿藻细胞都进行细胞呼吸 B．第5 min开始发生光能转化为化学能 C．第7 min C5的含量瞬间增加 D．9～12 min光合作用速率大于细胞呼吸速率 解析：选A。实验全过程绿藻细胞是活的，所以都进行细胞呼吸，A正确；第4 min时给予光照，此时开始进行光合作用，发生光能转化为化学能，B错误；第7 min添加一定量的CO2，导致CO2固定过程加快，C5的含量瞬间减少，C错误；9～12 min，细胞悬浮液中溶解氧的含量不变，说明光合作用速率等于细胞呼吸速率，D错误。 4．取生长旺盛的天竺葵叶片，用打孔器打出小圆片若干并抽取叶片内空气，均分后置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的一定强度光照，记录圆叶片上浮至液面所需时间，其结果绘制的曲线如图。相关叙述错误的是(　　) A．YZ段平缓的限制因素可能是光照强度 B．Y点比X点细胞内的C5含量高 C．Z点后曲线上行，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致 D．Y点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体 解析：选B。YZ段平缓，说明随着CO2浓度的增加光合作用不再增强，则限制因素可能是光照强度，A正确；Y点与X点相比，CO2浓度高，CO2的固定加快，则Y点细胞内的C5含量低，B错误；Z点后光照不变，CO2浓度升高，而曲线上行，说明光合作用减弱，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致，C正确；Y点既有光合作用又有呼吸作用，则叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体，D正确。 考点二　影响光合作用的因素 5．如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合速率的影响。下列有关叙述错误的是(　　) A．曲线中a→b点，叶绿体中C3浓度降低 B．b→d点，叶绿体中C5浓度升高 C．曲线中a→b点，叶绿体中C5生成速率降低 D．d点时，限制光合速率的环境因素可能有CO2浓度和温度等 解析：选C。曲线中a→b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进暗反应中C3还原，导致叶绿体中C3浓度降低，C5生成速率提高，A正确，C错误；b→d点时，CO2浓度降低，CO2的固定减弱，C3的还原不变，因此叶绿体中C5浓度升高，B正确；曲线中d点为光饱和点，限制光合速率的环境因素可能有CO2浓度和温度等，D正确。 6．在CO2浓度相同、光照不同的条件下，对油菜光合速率日变化研究的实验结果如图所示。以下分析错误的是(　　) A．据图可知，油菜最大光合速率上午均比下午高，这与环境因素的变化有关 B．与Ⅰ相比，Ⅱ出现“午休现象”是由于中午光照强、温度高，导致叶片气孔关闭影响光合作用的暗反应阶段，从而使光合速率下降 C．与Ⅱ相比，Ⅲ也出现了“午休现象”，可推测油菜的光合速率除受外界环境因素影响外，还受遗传因素的控制 D．据图可知，提高CO2浓度，Ⅰ的光合速率可达到Ⅲ 解析：选D。通过曲线可以看出，油菜的最大光合速率上午均比下午高，因为上午的光照强度和温度等环境因素对于植物的光合作用来说比下午更适宜，A正确；出现“午休现象”是因为中午温度高、光照强，植物蒸腾作用失水剧烈导致气孔关闭，致使进入细胞的CO2减少，光合作用的暗反应减弱，使光合速率下降，B正确；Ⅲ是恒定光照强度，与Ⅱ相比同样时间也出现了“午休现象”，很可能是内部因素影响即遗传因素控制，C正确；Ⅰ的光合速率较低是因为阴天光照强度较弱引起的光反应较弱，产生的NADPH和ATP较少，即使增大CO2浓度也不能提高光合速率，D错误。 7．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如图。请据图判断，下列叙述错误的是(　　) A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同 B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度的不同 C．光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高 D．光照强度为a～c时，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高 解析：选D。光照强度为a时，影响曲线Ⅱ、Ⅲ光合作用强度的温度、光照强度相同，而CO2浓度不同，A正确；光照强度为b时，影响曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度的CO2浓度和光照强度相同，而温度不同，B正确；在光照强度为a～b时，曲线Ⅰ、Ⅱ都未达到光饱和点，光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；光照强度在a～c时，曲线Ⅲ已达到光饱和点，随光照强度增加，光合作用强度不再增加，D错误。 8．影响绿色植物光合作用的因素是多方面的，既有内部因素(如酶的活性等)，又有外界因素(如光照强度等)。 (1)若x代表光照强度，则光照强度影响光合速率的曲线是______________，它主要影响__________阶段。 (2)在外部因素适宜时，影响光合速率的内部因素的曲线是____________。 (3)在不同季节或一天的不同时间，植物光合速率一般不同，图B为验证温度对光合速率影响的实验装置，请回答下列问题。 ①本实验的原理是：a._______________________________________________； b．_______________________________________________________________。 ②在实验过程中可通过观察________________________________________来判断光合作用的强度。 解析：(1)若x代表光照强度，则反映光照强度与光合速率关系的曲线为a曲线，光照强度主要影响光反应阶段。(2)限制光合作用的内部因素有酶的活性、色素的数量、C5的含量等。由于题中提出外界条件是适宜的，因此随着内因的变化，光合速率将不断增加，对应图中曲线b。(3)本实验中的自变量是温度，而温度是通过影响酶的活性来影响光合作用的，光合速率可用O2产生的快慢来表示。 答案：(1)a　光反应　(2)b　(3)①a.温度主要通过影响光合作用有关的酶的活性影响光合作用的强度　b．在一定时间内，光合作用产生的O2量可反映光合作用的强度　②一定时间内，光合作用产生O2的气泡数 【综合提升练】 9．某实验小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于等体积不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同强度的适宜光照，记录叶圆片上浮的时长，如图所示，下列叙述错误的是(　　) A．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放O2的速率 B．本实验也可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量 C．若继续增大NaHCO3溶液浓度，叶圆片上浮所需时长会继续缩短 D．若想探究光照强度对光合作用的影响，可通过调节光源与烧杯的距离实现 解析：选C。当光合作用产生的O2多于细胞呼吸消耗的O2时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放O2的速率，A正确；本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量为CO2浓度(NaHCO3溶液浓度)，也可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量，B正确；若继续增大NaHCO3溶液浓度，叶细胞会因过度失水而死亡，C错误；可通过调节光源与烧杯的距离改变光照的强弱，D正确。 10．某植物叶片有全绿和绿色带白斑两种，研究人员利用不同的叶片开展了甲、乙、丙三组实验。三组均给予适宜的光照，其中丙组用14CO2培养叶片(过程中不断充入14CO2，使瓶中14CO2浓度保持不变且与外界CO2浓度相等)，培养过程测定叶肉细胞中放射性三碳化合物浓度的变化情况，结果如图。下列说法错误的是(　　) A．培养一段时间后，用碘液处理甲、乙两组叶片，蓝色最深的部位为④ B．不考虑温度的变化，培养过程中，乙瓶的气体总体积可能一直保持不变 C．丙实验的OA段，叶肉细胞中五碳化合物的浓度在不断地下降 D．丙实验的AB段，叶肉细胞中放射性三碳化合物的生成和消耗达到平衡 解析：选C。甲瓶中无CO2，叶片白色部分无叶绿体，光合作用受阻，所以培养一段时间淀粉产生最多的部分应为④，碘液处理后蓝色最深，A正确；不考虑温度的变化，若乙瓶中叶片的光合速率等于呼吸速率，则叶片整体上表现为与外界环境无气体交换，培养过程中，乙瓶的气体总体积可保持不变，B正确；丙组用14CO2培养叶片，此过程中不断充入14CO2，使瓶中14CO2浓度保持不变且与外界CO2浓度相等，CO2浓度不变，暗反应速率不变，所以五碳化合物的浓度不变，C错误；暗反应过程中，三碳化合物的消耗和生成在不断进行，AB段放射性三碳化合物浓度不变，即消耗量等于生成量，D正确。 11．图甲表示水稻的叶肉细胞在光照强度分别为a、b、c、d时，单位时间内CO2释放量和O2产生总量的变化；图乙表示蓝细菌光合速率与光照强度的关系。下列有关说法正确的是(　　) A．图甲中，光照强度为b时，光合速率等于呼吸速率 B．图甲中，光照强度为d时，单位时间内细胞从周围吸收2个单位的CO2 C．图乙中，当光照强度为x时，细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体 D．图乙中，限制e、f、g点光合速率的因素主要是光照强度 解析：选B。分析图甲可知，光照强度为b时，CO2的释放量和O2产生总量相等，细胞呼吸释放的CO2首先供应叶绿体进行光合作用，剩余部分释放到外界，说明此时细胞的呼吸速率大于光合速率，A错误；光照强度为d时，水稻叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，光照强度为a时，CO2的释放量即为呼吸速率，则光照强度为d时，O2产生总量为8个单位，需要消耗的CO2也为8个单位，所以单位时间内需从外界吸收CO2为2个单位，B正确；图乙中所示生物为蓝细菌，蓝细菌不含线粒体和叶绿体，C错误；图乙中，限制g点光合速率的因素不是光照强度，可能是CO2浓度及温度等，D错误。 12．如图表示适宜温度条件下，不同光照强度、CO2浓度对植物幼苗净光合速率的影响。下列相关叙述正确的是(　　) A．该实验的自变量为CO2浓度，因变量为CO2吸收量 B．当CO2浓度为400 mg·L-1时，a点的主要限制因素是光照强度 C．在不同光照强度下，幼苗只有在CO2浓度大于100 mg·L-1时才正常生长 D．b点表示植物在适宜温度下，光照强度为350 lx、CO2浓度为500 mg·L-1时植物的真光合速率为60 mg·h-1 解析：选B。根据题意和题图可知，自变量为光照强度和CO2浓度，因变量用CO2吸收量表示，A错误；a点光照强度为70 lx，CO2饱和点为400 mg·L-1，当光照强度为350 lx和800 lx时，CO2浓度大于400 mg·L-1，CO2吸收量还会增加，故a点的主要限制因素是光照强度，B正确；题图中在不同光照强度下，CO2补偿点为200 mg·L-1，幼苗只有在CO2浓度大于200 mg·L-1时才正常生长，C错误；b点表示植物在适宜温度下，光照强度为350 lx、CO2浓度为500 mg·L-1时植物的净光合速率为60 mg·h-1，D错误。 13．(2023·浙江6月选考·节选)植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组(白光)、A组(红光∶蓝光＝1∶2)、B组(红光∶蓝光＝3∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)，每组输出的功率相同。回答下列问题： (1)光为生菜的光合作用提供__________，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因______作用失水造成生菜萎蔫。 (2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是________________________________________________________________________。 由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为_________，最有利于生菜产量的提高，原因是________________________________________________________________________。 (3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。 由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是____________________________________________________________________________________________________________________________________。 植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以________，使光合速率进一步提高。 解析：(1)植物进行光合作用需要在光照下进行，光为生菜的光合作用提供能量，又能作为信号调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，造成外界溶液浓度高于细胞液浓度，根细胞会因渗透作用失水，造成生菜萎蔫。(2)分析图乙可知，与CK组相比，A、B、C组的干重都较高。结合题意可知，CK组使用的是白光照射，而A、B、C组使用的是红光和蓝光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，故A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，积累的有机物更多，植物干重更高。由图乙可知，当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物的干重最高；结合图甲可知，B组植物叶绿素含量和氮含量都比A组、C组高，有利于植物充分吸收光能用于光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组、C组，有机物积累量最高，植物干重最大，最有利于生菜产量的增加。(3)由图可知，在25 ℃时，光合速率最大且提高CO2浓度时增加值最大，因此，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳。植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以升高温度，使光合作用有关的酶活性更高，使光合速率进一步提高。 答案：(1)能量　渗透　(2)与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光　3∶2　实验条件下当光质配比为红光∶蓝光＝3∶2时，植物叶绿素含量和氮含量都最高，净光合速率最大　(3)在25 ℃时光合速率最大且提高CO2浓度时增加值最大　升高温度 [备课札记] 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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