第3单元 第12讲 光合作用的原理及影响因素-【优学精研】2027年高考生物一轮总复习教用Word（冀赣专版）

该高中生物学讲义聚焦光合作用原理及影响因素核心考点，涵盖光合作用过程、环境因素探究及应用三大模块，按“原理-探究-应用”逻辑架构梳理知识，结合2025年各地高考题考情分析，通过考点梳理（如光反应与暗反应对比）、方法指导（如过程法分析物质变化）、真题训练等环节，帮助学生构建知识网络，突破难点。 资料突出科学思维与探究实践素养培养，如通过卡尔文实验分析同位素标记法培养科学思维，设计叶圆片上浮实验探究光照强度影响强化探究实践。设置分层练习及考教衔接案例（如光抑制机制拓展），保障复习效果，提升学生解题能力，为教师把控复习节奏提供系统指导。

第12讲　光合作用的原理及影响因素 核心考点 考题统计 考情分析 1.光合作用的原理 2025·山东卷T16 2025·江苏卷T21 2025·黑吉辽蒙卷T21 2025·山东卷T21 2025·陕晋青宁卷T17 2025·广东卷T18 1.命题特点：命题核心是光合作用的过程及影响因素等。 2.备考重点：（1）通过文字、图解准确阐述光合过程，或分析某环节受阻的影响； （2）强化光合作用在碳中和中的作用 2.探究环境因素对光合作用强度的影响 2025·河北卷T5　　　 2025·安徽卷T2 3.影响光合作用的因素及其应用 2025·全国卷T2 2025·甘肃卷T17 2025·山东卷T21 2025·陕晋青宁卷T17 2025·四川卷T16 2025·河南卷T17 2025·广东卷T18 2025·重庆卷T16 考点一　光合作用的基本原理 1.探索光合作用的部分实验 教材拾遗：（1）〔必修1 P103“思考·讨论”〕ATP的合成与希尔反应的关系： （2）〔必修1 P103“思考·讨论”节选〕希尔的实验能够说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，因为希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中没有CO2，因此该实验说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示希尔反应是相对独立的反应阶段。 提醒：（1）鲁宾和卡门的实验用到了同位素标记法，因18O没有放射性，依据的是产物密度不同。 （2）卡尔文的实验用到了放射性同位素标记法，14C有放射性，可被追踪检测。 2.光合作用过程 （1）光合作用的基本过程 图中序号代表的物质：①　NADPH　，②　C3　，③　ADP＋Pi　，④　O2　，⑤　（CH2O）　。 教材拾遗：（1）〔必修1 P103“相关信息”〕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）〔必修1 P104“相关信息”〕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）〔必修1 P104“相关信息”〕光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。 （2）比较光反应与暗反应 （3）元素的转移途径 ①H：3H2O　NADP3H　　（C3H2O）　。 ②C：14CO2　14C3　　（14CH2O）　。 ③O：O　18O2　； C18O2　C3　　（CO）　。 3.“过程法”分析光合作用过程中各物质的变化 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： 4.光合作用和化能合成作用的比较 1.绿色植物的光合作用类囊体膜上消耗H2O、叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2。 （2025·河北卷）（　√　） 2.高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。 （2023·湖北卷）（　×　） 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。 （2021·山东卷）（　×　） 提示：植物细胞中H2O2分解也能产生O2。 4.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。 （2020·天津卷）（　×　） 提示：类囊体产生的ATP参与C3的还原；O2释放到叶绿体外，既不参与CO2固定，也不参与C3的还原。 1.类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图，据图分析： （1）光反应过程中发生的能量转换是　光能转化为电能，再由电能转化为NADPH和ATP中的化学能　。 （2）光反应产生的ATP仅用于暗反应吗？ 提示：由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢，色素合成等其他消耗能量的反应。 （3）水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过几层膜？判断的依据是什么？ 提示：5层。水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体膜的内侧，若被有氧呼吸利用，而氧气在线粒体内膜上被利用，氧气从叶绿体类囊体膜开始，再穿过叶绿体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，所以至少要穿过5层膜。 2.如图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）其中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对这两类物质的转运比例为　1∶1　。 （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，请结合上述（1）中信息推测原因为　外界磷酸浓度低，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　。 （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　非还原糖较稳定　。 光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）。 （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）水的光解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＋。 （3）电子的传递使质子（H＋）逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入到类囊体膜内侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。 （4）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流出产生的能量来合成ATP。 光合作用的探究历程 1.在光合作用的探究历程中，众多科学家秉持着大胆质疑、勇于创新的科学精神，设计并开展了一系列精巧实验，在不断探索与求证中，逐步揭开光合作用原理的神秘面纱，有关这些探究实验，下列说法正确的是（　　） A.恩格尔曼的水绵实验，制作临时装片时，一组是水绵和需氧细菌置于有空气的黑暗环境中，另一组是水绵和需氧细菌置于有空气的完全光照环境中 B.希尔的离体叶绿体悬浮液实验操作是，向离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他还原剂（悬浮液中有H2O和CO2），观察实验现象 C.鲁宾和卡门的同位素示踪实验中，对照组是C18O2和H2O，实验组是CO2和O D.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 解析：D　恩格尔曼实验将水绵和需氧细菌置于没有空气环境中，利用极细光束照射显示好氧菌聚集于叶绿体受光部位，A错误；希尔实验证明离体叶绿体在光下可使氧化剂（如铁盐）还原并释放O2，悬浮液中无需加入CO2，B错误；鲁宾和卡门实验中，两组分别标记H2O和CO2中的氧：一组为O和CO2，另一组为H2O和C18O2，两组实验为对比实验，均是实验组，C错误；希尔反应表明离体叶绿体在光下分解水产生O2，没有加入二氧化碳，没合成糖类，说明水的光解（光反应）与糖的合成（暗反应）为不同化学反应，D正确。 光合作用的过程分析 2.（2023·湖北高考8题）植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ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，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强 B.Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱 C.弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获 D.PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 思维路径： （1）信息获取与加工 （2）因果推理与论证 解析：C　据图可知，在强光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ分离，减弱PS Ⅱ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PS Ⅱ与LHC Ⅱ结合，增强PS Ⅱ光复合体对光能的捕获。LHC Ⅱ和PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，故叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体上PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合增多，从而使PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强，A正确；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，PS Ⅱ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱，B正确；弱光下PS Ⅱ光复合体与LHC Ⅱ结合，有利于对光能的捕获，C错误；类囊体膜上的PS Ⅱ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。 3.（2025·黑吉辽蒙高考21题）Rubisco是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco基因转入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一改良提高了该作物的光合速率（如图）和产量潜力。回答下列问题。 （1）Rubisco在叶绿体的　基质　中催化　C5　与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是　ATP和NADPH中活跃的化学能转变为（CH2O）中稳定的化学能　。 （2）据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②与③重合是由于　光照（或光照强度）　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　。胞间CO2浓度为300 μmol·mol－1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是　①额外补充了光照，单位时间内光反应能产生更多的ATP和NADPH用于暗反应中C3的还原　。 （3）研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快。使用同位素标记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。 答案：取生理状态、长势相同的S植株和WT植株，在相同的饱和光照条件下，给两组植物提供适宜且相同浓度的14CO2，其他条件相同且适宜，培养相同时间后，分别测定植株S和WT的14CO2消耗速率或14C3生成速率 解析：（1）依据光合作用反应原理：Rubisco可催化C5与CO2生成C3，其中部分C3可在叶绿体基质中生成（CH2O）；在该过程中能量的转变是：ATP和NADPH中活跃的化学能转变为（CH2O）中稳定的化学能。（2）据图分析，当胞间CO2浓度高于B点时，曲线②（S）与③（WT）重合是光照强度不足导致的。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，随胞间CO2浓度逐渐增加，由于①额外补充光照，所以其光合作用更强。因此，曲线①比②的光合速率高的具体原因是：①额外补充了光照，单位时间内光反应能产生更多的ATP和NADPH用于暗反应中C3的还原。（3）分析题意可知，该实验的目的是验证在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S植株固定CO2生成C3的速率比WT更快，自变量为植株类型，因变量可为14CO2消耗速率或14C3生成速率，其他无关变量需保证相同且适宜，要求用同位素标记的方法，故可用14C标记的14CO2进行实验，实验思路见答案。 分析CO2固定的途径 4.★（2025·四川宜宾模拟）我国科学家在人工合成淀粉方面取得了重大突破，科研人员利用CO2和H2为原料，通过多步骤催化反应成功合成淀粉（技术路径如图，①～⑥为关键步骤）。下列相关说法错误的是（　　） A.人工合成淀粉技术的突破可为实现“碳中和”提供新的途径 B.人工合成淀粉的大规模应用，有助于降低大气中的CO2浓度 C.③～⑥过程类似于暗反应，能够固定CO2产生糖类等有机物 D.该过程的能量变化与植物光合作用过程的能量变化是相同的 解析：D　“碳中和”是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。人工合成淀粉技术利用CO2作为原料，消耗了CO2，可为实现“碳中和”提供新途径，A正确；人工合成淀粉大规模应用时，会持续消耗CO2作为原料来合成淀粉，从而有助于降低大气中的CO2浓度，B正确；在光合作用暗反应中，CO2被固定并转化为糖类等有机物。图中③～⑥过程利用CO2产生了糖类等有机物，类似于暗反应固定CO2的过程，C正确；植物光合作用过程是将光能转化为化学能储存在有机物中。而该过程是先通过光伏发电将光能转化为电能，再用电解水产生H2，后续反应中能量转化为化学能，其能量变化与植物光合作用不同，D错误。 5.（2021·辽宁高考22题）早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： （1）真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成　三碳化合物　，进而被还原生成糖类，此过程发生在　叶绿体基质　中。 （2）海水中的无机碳主要以CO2和HC两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HC浓度最高的场所是　叶绿体　（填“细胞外”“细胞质基质”或“叶绿体”），可为图示过程提供ATP的生理过程有　呼吸作用和光合作用　。 （3）某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可将HC转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力　高于　（填“高于”“低于”或“等于”）Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是　NADPH和ATP　。图中由Pyr转变为PEP的过程属于　吸能反应　（填“吸能反应”或“放能反应”）。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用　同位素示踪　技术。 （4）通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有　ACD　。 A.改造植物的HC转运蛋白基因，增强HC的运输能力 B.改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C.改造植物Rubisco基因，增强CO2固定能力 D.将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 解析：（1）光合作用的暗反应中，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。（2）图示可知，HC运输需要消耗ATP，说明HC离子是通过主动运输的，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HC浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。（3）①PEPC参与催化HC＋PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用同位素示踪技术。（4）改造植物的HC转运蛋白基因，增强HC的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A符合题意；改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合题意；改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C符合题意；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，可能进一步提高植物光合作用的效率，D符合题意。 题后归纳： 1.C4植物固定CO2的途径 玉米、甘蔗等起源于热带的植物叶肉细胞的叶绿体内，在有关酶的催化作用下，CO2首先被一种三碳化合物（PEP）固定，形成一个四碳化合物（C4）。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并形成另一种三碳化合物——丙酮酸。释放出来的CO2进入卡尔文循环；丙酮酸则再次进入叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化下，通过ATP提供的能量，转化成PEP，继续固定CO2。具体过程如图所示。 2.景天科植物（CAM）的CO2固定途径 景天科酸代谢是许多肉质植物的一种特殊代谢方式，在夜间，大气中CO2从气孔进入，被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸（OAA），再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮存于液泡中。在白天，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧酶作用形成CO2和丙酮酸，CO2产生后用于卡尔文循环，如图所示。 3.蓝细菌的CO2浓缩机制 蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。 注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。 考点二　探究环境因素对光合作用强度的影响 1.探究光照强度对光合作用强度的影响 （1）实验原理 在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。 （2）实验中变量分析 自变量 不同　光照强度 控制自变量 调节LED台灯的光照强度 因变量 光合作用强度 检测因变量 同一时间段内　叶片浮起数量 对无关变量进行控制 叶片大小、溶液的量　等保持一致 （3）实验流程 ①该实验中叶片上浮的原因是什么？ 提示：光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。 ②在该实验中，若改用普通灯泡（钨丝）作为光源，应注意什么？怎样改进？ 提示：若改用普通灯泡作为光源应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响，应在灯泡和烧杯之间加一玻璃水柱进行隔温处理。 （4）实验结论 在　一定光照强度　范围内，光合作用强度随光照强度的增强而　增强　。 2.探究其他环境因素对光合作用强度的影响 （1）探究CO2浓度对光合作用的影响 将数量相同的叶圆片置于烧杯底部，等距离（10 cm）置于5 W的LED光源下。 （2）探究温度对光合作用的影响 水浴控制温度将数量相同的叶圆片置于烧杯底部，等距离（10 cm）置于5 W的LED光源下。 1.对叶片抽气处理后，转到富含CO2的清水中，探究不同光照下的光合作用强度。（2025·河北卷）（　√　） 2.在探究光照强度对光合作用强度的影响中，增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。 〔必修1 P105“探究·实践”〕（　×　） 提示：不一定，要看是否调整到适宜光照强度或温度。 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。 〔必修1 P105“探究·实践”〕（　√　） 探究环境因素对光合作用的影响 1.（2024·北京高考4题）某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的氧气释放量，结果如图所示。若想提高X，可采取的做法是（　　） A.增加叶片周围环境CO2浓度 B.将叶片置于4 ℃的冷室中 C.给光源加滤光片改变光的颜色 D.移动冷光源缩短与叶片的距离 解析：A　CO2是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的氧气释放量，A符合题意；降低温度会降低光合作用的酶活性，会降低单位时间单位叶面积的氧气释放量，B不符合题意；给光源加滤光片，减少了光源，会降低光合速率，C不符合题意；移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但单位时间单位叶面积的最大氧气释放量可能不变，因为光饱和点之后，光合作用强度不再随着光照强度的增强而增强，D不符合题意。 2.（2022·海南高考3题）某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，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是（　　） A.本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量 B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 C.四组实验中，0.5％NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高 D.若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短 解析：B　本实验的目的是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量是CO2浓度（通过等体积不同浓度的NaHCO3溶液来实现），温度、光照等属于无关变量，应相同且适宜，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片通过光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，B正确；四组实验中，0.5％NaHCO3溶液中叶圆片上浮平均时长最长，表明其光合速率最低，C错误；若从适宜温度降低到4 ℃，与光合作用相关的酶的活性降低，导致光合速率降低，则各组叶圆片上浮所需时长均会延长，D错误。 3.〔多选〕（2025·河北秦皇岛模拟）用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片并用气泵抽出叶圆片内气体直至沉底，然后将等量的叶圆片分别转至含有等浓度的NaHCO3溶液的多个培养皿中，然后给予一定的光照，在相同且适宜的条件下，测量不同温度下的叶圆片全部上浮至液面所用的平均时间，如图所示。下列说法正确的是（　　） A.据图可知，一定范围内随温度升高叶片光合速率先逐渐增大后逐渐减小 B.叶圆片上浮至液面的时间由光合作用释放氧气速率的相对大小决定 C.图中B点和C点对应的温度下光合作用有关酶的活性大小相等 D.增加NaHCO3溶液浓度，各温度下叶圆片上浮至液面的时间会缩短 解析：AB　随温度升高，叶圆片全部上浮至液面所用的平均时间先减小后增大，故叶片光合速率先逐渐增大后逐渐减小，A正确；叶圆片上浮至液面的时间由光合作用释放氧气速率的相对大小决定，即净光合速率大小，B正确；B点和C点是净光合速率相等，但对应的温度不同，由于温度变化也会影响呼吸酶的活性，对应的温度下光合作用有关酶的活性大小不一定相等，C错误；NaHCO3溶液浓度过高会使叶片细胞失水影响光合作用，此时若已经达到CO2饱和状态，则即使增加NaHCO2溶液浓度，各温度下叶圆片上浮至液面的时间也不一定会缩短，D错误。 考点三　影响光合作用的因素及应用 1.影响光合作用强度的内部因素及应用 （1）植物自身的遗传特性（如植物品种不同），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 （3）叶面积指数 2.影响光合作用强度的外部因素及应用 （1）单因子变量对光合作用影响的曲线分析 ①光照强度 ②CO2浓度 ③温度 ⑤矿质元素 （2）多因子对光合速率的影响 1.延长光照时间能够提高光合作用强度。 〔必修1 P105正文〕（　×　） 提示：光合作用强度强调的是植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 2.生长于较弱光照条件下的植物，当提高CO2浓度时，其光合速率未随之增加，主要是光反应受到限制。 〔必修1 P105正文拓展〕（　√　） 3.在大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量，是因为农家肥可以为植物提供大量有机物和CO2。 〔必修1 P106“拓展应用1”〕（　×　） 提示：农家肥被微生物分解可以为植物提供大量无机物和CO2。 光合作用的影响因素及应用分析 1.（2025·河南新乡模拟）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，光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）随光照强度变化的曲线图。下列叙述错误的是（　　） A.当光照强度为a时，持续光照一昼夜后人参干重不会增加 B.光照强度大于d时，可能是温度限制了红松P/R值的增大 C.若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a点左移 D.光照强度为c时，红松和人参的光合速率有可能不同 解析：B　光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）为1，即光合速率等于呼吸速率，没有有机物的净积累，因此，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A正确；光照强度在d点时，红松P/R值达到最大，此后随着光照强度的增加，光合速率也不再增加，则此时限制光合速率的因素是光照强度以外的其他因素，如CO2浓度（非温度，因已是最适温度），B错误；镁是合成叶绿素的原料，适当增施含镁的肥料，会增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应，提高光合速率，则在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a点左移，C正确；光照强度为c时，红松和人参的P/R相等，由于红松是阳生植物，而人参为阴生植物，因此二者的呼吸速率有差别，进而可推测二者的光合速率有可能不同，D正确。 2.（2025·甘肃高考17题）波长为400～700 nm的光属于光合有效辐射（PAR），其中400～500 nm为蓝光（B），600～700 nm为红光（R）。远红光（700～750 nm，FR）通常不能用于植物光合作用，但可作为信号调节植物的生长发育。研究者测定了某高大作物冠层中A（高）和B（低）两个位置的PAR、红光/远红光比例（R/FR）和叶片指标（厚度、叶绿素含量、线粒体暗呼吸），并分析了施氮肥对以上指标的影响，结果如下表。回答下列问题。 冠层位置 PAR R/FR 叶片厚度（μm） 叶绿素含量（μg·g－1） 线粒体暗呼吸 A 0.90 3.40 160 0.15 1.08 B 0.20 0.29 100 0.20 1.08 A（施氮肥） 0.70 1.75 150 0.28 1.08 B（施氮肥） 0.02 0.01 — — — （1）植物叶片中　叶绿素　可吸收红光用于光合作用，　光敏色素　可吸收少量的红光和远红光作为光信号，导致B位置PAR和R/FR较A位置低；　类胡萝卜素　虽不能吸收红光，但可吸收蓝光，也可使B位置PAR降低。 （2）由表中数据可知，施氮肥　提高　（填“提高”或“降低”）了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少　。 （3）光补偿点是指光合作用中吸收的CO2与呼吸作用中释放的CO2相等时的光照强度。研究者分析了冠层A、B处的叶片（未施氮肥）在不同光照强度下的净光合作用速率（如图），发现冠层　B　位置的叶片具有较高的光补偿点，由表中数据可知其主要原因是　B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光（FR，700～750 nm）通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点　。 解析：（1）叶绿素（主要是叶绿素a和叶绿素b）是光合作用中的主要色素，能吸收红光（R，600～700 nm）用于光反应。光敏色素是一种光受体蛋白，能吸收红光（R，600～700 nm）和远红光（FR，700～750 nm），并通过构象变化传递信号，调节植物生长发育。在冠层中，B位置（低处）的R/FR较低，这是因为上层叶片吸收了更多红光，导致下层红光减少、远红光相对增多，从而降低了R/FR比例。类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、叶黄素）主要吸收蓝光（B，400～500 nm），不吸收红光；在冠层中，上层叶片的类胡萝卜素吸收蓝光，减少了透射到下层的蓝光，导致B位置PAR降低。（2）由表中数据可知，施氮肥提高了冠层叶片对太阳光的吸收，其可能的原因是施氮肥促进了叶绿素合成和叶片生长，增加了叶片的光捕获能力，导致冠层整体吸光增强，透射到下层的PAR减少。（3）据表可知，B处光合有效辐射、红光/远红光比例远低于A处，光合作用主要利用红光和蓝紫光，远红光（FR，700～750 nm）通常不能用于植物光合作用，故B处需要较强光照才能达到光补偿点。 题后归纳： 1.光（CO2）补偿点、饱和点的移动问题 （1）A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。 （2）B点与C点的变化（注：只有横坐标为自变量，其他条件不变） B点（补偿点） C点（饱和点） 适当增大CO2浓度（光照强度） 左移 右移 适当减小CO2浓度（光照强度） 右移 左移 土壤缺Mg2＋ 右移 左移 提醒：细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2（或光）补偿点应右移，反之左移。 （3）D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。 2.饱和点与补偿点的应用分析 （1）饱和点代表植物在一定条件下的最大光合作用能力。在一定条件下，饱和点越大，表示植物的光合作用能力越强。 （2）补偿点表示植物在一定条件下开始生长（积累有机物）的临界值，高于补偿点，植物开始生长；低于补偿点，植物会净消耗有机物。补偿点低，说明植物在较弱光照或低CO2浓度下就能生长。 （3）通常，阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的低，由此可以区分判断阴生植物和阳生植物。 分析光抑制的机理及应答机制 3.（2025·四川巴中模拟预测）为了研究高温胁迫对水稻拔节期相对叶绿素含量（SPAD）的影响，研究人员以水稻为材料进行实验，温度具体设定如下：10：00为36 ℃、11：00为38 ℃、12：00为39 ℃、13：00为40 ℃、14：00为38 ℃、15：00为35 ℃。实验结果如图1，图2为高温胁迫诱导水稻PSⅡ发生光抑制的局部作用机理图（PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光系统，ROS代表活性氧，D1蛋白是组成PSⅡ的重要蛋白之一）。下列相关分析错误的是（　　） A.由图可知，在10：00～15：00时，CK组的温度越高，SPAD越低；在12：00～13：00时，实验组中高温胁迫5 d处理组的SPAD下降最多 B.水稻细胞中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，可以用无水乙醇分离叶片中的叶绿素 C.由题意可推知PSⅡ可能是由蛋白质和光合色素组成的复合物，分布于叶绿体的类囊体薄膜上 D.高温胁迫下产生过量ROS，可直接导致PSⅡ失活，也可抑制D1蛋白的合成来导致PSⅡ失活 解析：B　由图1中CK组曲线走向可知，在10：00～15：00时，温度越高对应的SPAD越低；在12：00～13：00时，实验组中高温胁迫5 d处理组的SPAD下降最多，A正确；可以用无水乙醇提取叶片中的叶绿素，分离色素用层析液，B错误；由题干信息“PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光系统，D1蛋白是组成PSⅡ的重要蛋白之一”推测其中有光合色素和蛋白质分布于类囊体薄膜上，C正确；由图2推测高温胁迫下产生过量ROS，可直接导致PSⅡ失活，也可抑制D1蛋白的合成来导致PSⅡ失活，D正确。 分析光呼吸的过程及影响 4.★（2025·重庆模拟）为助力“碳达峰”“碳中和”，我国研究人员通过研究光呼吸拟通过在植物体内构建人工代谢途径进一步提高植物的固碳能力。光呼吸与光合作用相伴发生，其过程如图所示： （1）已知R酶具有双重催化功能既可催化CO2与C5结合，生成C3；又能催化O2与C5结合，生成C3和乙醇酸（C2），该过程称为光呼吸。生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的，请从光合作用原理和R酶的作用特点两个方面解释其原理：　CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸　。 （2）R酶起作用的场所是　叶绿体基质　。干旱条件下，暗反应受到　抑制　（填“促进”或“抑制”），光呼吸可以消耗光反应积累的　NADPH和ATP　。 （3）研究人员利用水稻自身的基因成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路，并成功将支路导入水稻叶绿体，该支路的作用是使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，显著提高了水稻的光合速率和产量。请分析原因：　光呼吸使一部分碳以CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率　。 解析：（1）二氧化碳是光合作用暗反应过程的原料，CO2浓度升高可促进光合作用暗反应的进行，进而提高光合作用强度；同时还可促进 R酶催化更多的C5与CO2结合，减少C5与O2的结合，从而降低光呼吸，故生产实际中，可以通过适当升高CO2浓度达到增产的目的。（2）分析题意可知，R酶可催化CO2与C5结合生成C3，该过程是暗反应阶段，场所是叶绿体基质；暗反应阶段需要光反应提供的NADPH和ATP，而该产物与水的光解有关，故干旱条件下，暗反应受到抑制，光呼吸可以消耗光反应积累的NADPH和ATP。（3）结合题意可知，GOC支路的作用是使光呼吸的中间产物C2直接在叶绿体内代谢释放CO2，光呼吸使一部分碳以CO2的形式散失，GOC支路使光呼吸产生的CO2直接在叶绿体内释放，提高了CO2的利用率，故显著提高了水稻的光合速率和产量。 题后归纳：光呼吸的过程及影响 光呼吸简要过程 RuBP羧化酶是双功能酶，既可催化C5与CO2的固定（羧化），又可催化C5与O2（加氧）的反应，其催化方向取决于CO2/O2的值： ①比值增大，羧化反应增强，进行光合作用； ②比值减小，加氧反应增强，进入C2途径。因此，高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。 分析胁迫对光合作用的影响 5.（2025·河南高考17题）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）。 回答下列问题： （1）光对植物生长发育的作用有　为光合作用提供能量　和　作为一种信号调节植物生长发育　两个方面。 （2）上述实验需控制变量，为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，至少应选用上述　①③④　组（填组别）进行对比分析，该实验中的无关变量有　温度和二氧化碳浓度　（答出2点即可）。 （3）在光照强度达到光补偿点之前（CO2消耗量与光照强度视为正比关系），④组的总光合速率　始终大于　（填“始终大于”“始终小于”“先大于后等于”或“先小于后等于”）③组的总光合速率，判断依据是　④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组　。 解析：（1）光可以为植物光合作用提供能量；同时光可以作为一种信号调节植物生长发育，故光对植物生长发育的作用有为光合作用提供能量和作为一种信号调节植物生长发育两个方面。（2）为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，至少应选用题述无胁迫对照组（①）、盐胁迫组（③）和盐胁迫加光处理组（④）进行对比分析。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。实验中除了自变量和因变量，其余变量称为无关变量，该实验中的无关变量有温度和二氧化碳浓度等。（3）由于④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点相同，所以④组达到光补偿点之前的总光合速率始终大于③组。 题后归纳：逆境胁迫对植物生存与生长的影响 （1）逆境：对植物生存与生长不利的环境因子。 （2）逆境类型与胁迫机制 考教衔接　光抑制的机理及应答机制 （2025·山东高考21题）高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其部分光合过程如图所示。 （1）叶绿体膜的基本支架是　磷脂双分子层　；叶绿体中含有许多由类囊体组成的　基粒　，扩展了受光面积。 （2）据图分析，生成NADPH所需的电子源自于　H2O　。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含3H2O的溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质且被3H标记的物质有H2O、　丙酮酸和[H]　。离心收集绿藻并重新放入含O的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产生的带18O标记的气体有　O2和CO2　。 （3）据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为　途径①以电子的形式释放过多光能，途径②以热能的形式耗散过多的光能　。 题号 考查内容 教材对应知识点（必修1） （1） 类囊体膜结构、叶绿体结构 生物膜基本支架（磷脂双分子层，P44～45）；基粒（类囊体堆叠，P100） （2） NADPH、电子来源、同位素追踪 水的光解（P103）；有氧呼吸阶段（P93）、光反应产O2（P102） （3） 高光适应机制 光反应的能量转化（光能→化学能/热能，P103） 考法1：拓展新材料进一步理解高光适应机制 1.强光条件下，过量的光会对光系统（如PS Ⅱ）造成损伤，其作用机制如图1所示。PS Ⅱ是一个多亚基的色素蛋白复合体，在高等植物和藻类的类囊体中驱动水的光解，该过程极易产生活性氧等有害物质，尤其是在高光条件下，对其造成损伤引起光抑制的发生。为避免高光造成的损伤，植物形成了高光适应机制，主要含3道防线，如图2所示。 （1）强光条件下，叶绿体可通过防线Ⅱ来适应环境，通过类胡萝卜素可快速淬灭3chl（三线态叶绿素）和直接清除1O2（单线态氧）等活性氧，从而起到保护叶绿体的作用。强光条件下NADP＋不足的原因是　强光下光反应增强，对NADP＋的消耗速率增大，暗反应提供的NADP＋不足　。 强光条件下，与正常植株相比，缺乏类胡萝卜素突变体植株的光合速率减小，原因是　突变体植株缺乏类胡萝卜素，对蓝紫光的吸收减少；无法及时淬灭3chl并清除1O2等，损伤光合结构　（答出2点即可）。 （2）如果第Ⅰ、Ⅱ道防线协同作用仍不能避免高光损伤，则将对光系统造成一定程度的破坏，此时植物需要启动防线Ⅲ　PSⅡ损伤修复　来应对强光对植物的不良影响。 考法2：结合高温胁迫发生光抑制的机制进一步拓展思维视野 2.高温胁迫会对植物叶片光系统功能造成影响。光系统包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），主要由蛋白质和叶绿素组成。PSⅡ是光反应中吸收、传递并转化光能的一个重要场所，D1蛋白是PSⅡ中的关键蛋白。如果PSⅡ的破坏速率超过修复速率，将导致光能利用效率降低，造成光抑制。如图所示为高温胁迫诱导植物PSⅡ发生光抑制的部分机制。回答下列问题： 注：ROS（活性氧）是指在生物体内与氧代谢有关的、含氧自由基和易形成自由基的过氧化物的总称。 （1）适量增施氮肥有利于提高光合速率，试从PSⅠ和PSⅡ的物质组成上解释其原因：　PSⅠ和PSⅡ主要由蛋白质和叶绿素组成，这两类物质的合成均需要N　。 （2）据图可知，高温胁迫下过剩激发能不能被及时耗散时，容易引发ROS累积，一方面直接破坏　PSⅡ中的关键蛋白　；另一方面通过抑制D1蛋白的从头合成，阻碍　PSⅡ修复　过程，从而加剧PS Ⅱ光抑制。 一、命题角度练 角度一 结合光合作用的原理，考查科学思维 1.（2021·重庆高考6题）如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。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：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，其场所在线粒体内膜，O2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，所以至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子（e－）和质子（H＋）结合形成NADPH，提供给暗反应，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子（e－）的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。 2.（2021·广东高考12题）在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是（　　） A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件 C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合 解析：D　由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体的基质中，A错误，D正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误。 角度二 结合影响光合作用的因素，考查科学思维 3.（2024·福建高考11题）叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。已知黑暗中的大豆叶片气孔处于关闭状态，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放。为研究气孔开放与光诱导期的关系，科研人员将大豆叶片分为两组，A组不处理，B组用壳梭孢素处理，将两组叶片从黑暗中转移到光照下，测定光合速率，结果如图所示。 下列分析正确的是（　　） A.0 min时，A组胞间CO2浓度等于B组胞间CO2浓度 B.30 min时，B组叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组 C.30 min时，限制A组光合速率的主要因素是光照时间 D.与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更长 解析：B　题图横坐标是光照时间，在0 min之前，A和B两组已经黑暗了一段时间，而二者不是相同条件，B组已经用壳梭孢素处理，壳梭孢素处理可使大豆叶片气孔充分开放，所以B组和A组胞间CO2浓度不相等，A错误；30 min时，B组的光合速率相对值高于A组，叶绿体中C3生成和还原速率均大于A组，B正确；30 min时，限制A组光合速率的主要因素是气孔开放度，随着光照时间增加，A组光合速率相对值不再改变，限制因素不是光照时间，C错误；题意叶片从黑暗中转移到光照下，其光合速率要先经过一个增高过程，然后达到稳定的高水平状态，这个增高过程称为光合作用的光诱导期。B组达到最高平衡点用的光照时间比A组短，与A组叶片相比，B组叶片光合作用的光诱导期更短，D错误。 二、长句表达练 4.（2025·江苏高考21题节选）科研人员从植物叶绿体中分离类囊体，构建含类囊体的人工细胞，并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题： （1）已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，在适宜光照下，荧光强度　变弱（从“变强”“不变”“变弱”中选填），说明类囊体膜具有的功能有　使水分子分解产生H＋；转运H＋　。 （2）在光反应研究的基础上，利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究，理论上还需要的物质有　C5、CO2、与暗反应相关的酶　。 5.（2025·四川高考16题节选）在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 μmol·m－2·s－1，CO2浓度约为400 μmol·mol－1。为提高温室番茄产量，有人测定了补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。 组别 光照强度μmol· m－2·s－1 CO2浓度μmol· mol－1 净光合速率 μmol·m－2·s－1 气孔导度mol· m－2·s－1 叶绿素含量 mg·g－1 对照 200 400 7.5 0.08 42.8 甲 400 400 14.0 0.15 59.1 乙 200 800 10.0 0.08 55.3 丙 400 800 17.5 0.13 65.0 注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关。 根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择　光照强度加倍　，依据是　甲＞乙的光合作用速率（净光合作用速率/有机物生成量/有机物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大　。 1.（2025·贵州贵阳模拟）下列关于光合作用探究历程中几位科学家研究方法及结论的叙述，正确的是（　　） A.希尔利用离体叶绿体的实验探明了光合作用中氧气的来源 B.鲁宾和卡门采用放射性同位素标记法证明氧气中的氧全部来自水 C.阿尔农发现叶绿体在光照下可合成ATP，该过程与CO2的固定相伴随 D.卡尔文向小球藻提供14CO2，光照一段时间后，14C3先于14C5出现 解析：D　希尔利用离体叶绿体在无CO2条件下进行实验，证明水的光解可以产生氧气，但未明确氧气中的氧全部来自水（鲁宾和卡门实验才最终确定），A错误；鲁宾和卡门使用同位素标记法（O和C18O2），但18O是稳定性同位素，而非放射性同位素，B错误；阿尔农发现叶绿体在光照下合成ATP属于光反应，ATP主要用于C3的还原，C错误；卡尔文实验中，14CO2首先与C5结合生成C3（CO2的固定），因此14C会先出现在C3中，随后在C5再生时才会出现，D正确。 2.（2025·河南郑州期末）下图为某绿色植物光合作用的过程简图，其中①②表示相关过程，A、B、C、D表示光合作用中的某些物质，下列说法不正确的是（　　） A.光合作用的产物只有淀粉 B.物质A表示氧气，物质B表示二氧化碳 C.物质C是光反应为暗反应提供的ATP和NADPH D.①过程表示光反应，场所在叶绿体的类囊体薄膜上 解析：A　光合作用的产物除了淀粉等糖类外，还有氧气等，A错误；①表示光反应阶段，完成水的光解产生氧气（A），②表示暗反应阶段，B表示CO2，B正确；①光反应阶段产生的ATP和NADPH（C）用于②暗反应阶段中三碳化合物的还原，C正确；①表示光反应阶段，光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行，D正确。 3.（2025·江苏常州期末）科学家曾用含14C标记的CO2追踪光合作用中碳原子的转移途径，下列相关叙述错误的是（　　） A.追踪碳原子转移路径的方法是同位素标记法 B.碳原子的转移过程不需要酶的参与 C.中间产物C3中的14C可转移至C5或（CH2O） D.碳原子的转移过程不需要光能的直接参与 解析：B　同位素标记法通过追踪放射性同位素的转移路径来研究物质变化，如卡尔文用14C标记CO2确定碳转移途径，A正确；碳原子转移各环节均需要酶的参与，B错误；C3在ATP和NADPH作用下，一部分还原为（CH2O），另一部分重新生成C5，故C3中的14C可转移至C5或有机物，C正确；碳原子转移属于暗反应，依赖光反应提供的ATP和NADPH，不需要光能直接参与，D正确。 4.（2025·河南开封期末）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 解析：C　二者都需要水和二氧化碳作原料合成有机物，A错误；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；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；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。 5.（2025·北京丰台期末）某同学取生长旺盛的绿叶，用打孔器打出圆形小叶片30片，用于探究环境因素对光合作用强度的影响。相关分析中错误的是（　　） A.处理过的小叶片全沉到水底，相同时间内浮起的小叶片越多光合作用强度越高 B.若要探究光照强度对光合作用强度的影响，可调节小烧杯与光源之间的距离 C.若不同光照强度下光合作用均很弱，可能是因为烧杯液体中CO2含量不足 D.不改变光照强度的情况下，不断升高温度光合作用强度会不断提升 解析：D　圆形小叶片经处理后沉底，光合作用释放的O2积累在细胞间隙使叶片上浮，相同时间内上浮数量越多，说明光合作用越强，A正确；通过调节小烧杯与光源的距离可改变实际光照强度，从而探究光照强度对光合作用的影响，B正确；若不同光照强度下光合作用均很弱，可能因烧杯液体中CO2不足（如未添加NaHCO3），导致暗反应受限，整体光合速率低，C正确；温度通过影响酶活性调控光合作用。在适宜范围内，升温可提高酶活性，但超过最适温度后酶活性下降，光合作用强度反而降低，D错误。 6.（2025·山西太原模拟）CAM植物白天气孔关闭，夜晚打开，以适应干旱环境。如图为其部分代谢途径，相关叙述不正确的是（　　） A.卡尔文循环的场所是叶绿体类囊体薄膜 B.白天气孔关闭可减少水分散失 C.催化过程①和过程②所需的酶不同 D.夜晚气孔开放以便储存更多CO2 解析：A　据图可知，卡尔文循环即光合作用的暗反应阶段，CAM植物进行暗反应的场所是叶绿体基质，A错误；CAM植物白天关闭气孔，能减少水分散失以适应干旱环境，B正确；过程①是将CO2转化为C4，②是CO2固定，酶具有专一性，因此催化过程①和过程②所需的酶不同，C正确；在夜晚气孔开放可吸收CO2，合成苹果酸储存在液泡中，D正确。 7.（2025·海南海口模拟）绿色植物进行光合作用的光反应过程如图所示，其中PSⅠ和PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光系统，e－表示电子。下列叙述错误的是（　　） A.PS Ⅰ和PS Ⅱ可吸收、传递、转化光能的原因是其中含有光合色素 B.图示过程发生在叶绿体中，可进行光合作用的细胞都含有叶绿体 C.光反应产生的O2可以被自身细胞或其他细胞在线粒体内膜上利用 D.图中ATP合酶具有催化和运输功能，产生的ATP可用于C3的还原过程 解析：B　光合色素能吸收、传递和转化光能，PS Ⅰ和PS Ⅱ含光合色素，A正确；光反应发生在叶绿体类囊体薄膜，但蓝细菌无叶绿体也能进行光合作用，B错误；光反应产生的O2可被自身或其他细胞线粒体利用（有氧呼吸第三阶段利用氧气，发生在线粒体内膜），C正确；ATP合酶不仅催化ATP合成，还运输H＋，光反应产生的ATP用于暗反应C3还原过程，D正确。 8.（2025·河北衡水中学模拟）淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图所示。下列叙述正确的是（　　） A.磷是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷 B.CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂 C.若光照骤减，核酮糖-1，5-二磷酸的含量变化短时间内会减少 D.若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止 解析：C　磷脂构成生物膜的基本支架，中心体和核糖体都是无膜结构，但核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误；CO2形成三碳糖磷酸的过程中，需要NADPH作还原剂和提供光反应阶段储存的能量，B错误；若光照骤减，光反应产生的ATP和NADPH会减少，C3还原过程减慢，而CO2的固定过程基本不变，导致核酮糖-1，5-二磷酸的含量短时间内会减少，C正确；若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi含量下降，进而影响卡尔文循环，但卡尔文循环不会马上停止，D错误。 9.〔多选〕（2025·河北秦皇岛模拟）一般的C3植物的光合作用只具有C3途径，而玉米等C4植物既有C4途径又有C3途径（如下图），PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力。据图分析，下列说法错误的是（　　） A.玉米维管束鞘细胞内含有叶绿体 B.为过程②提供能量的物质有ATP和NADH C.物质B为C3，它和PEP均可固定CO2 D.相比C3植物，玉米更易在高温干旱的环境中生存 解析：BC　卡尔文循环（即暗反应）进行的场所是叶绿体基质，据此可知，玉米维管束鞘细胞内含有叶绿体，A正确；②为C3的还原，光反应提供的ATP和NADPH可为其提供能量，B错误；物质B为C5，B可参与CO2的固定，C错误；相比C3植物，玉米作为C4植物，PEP羧化酶对CO2具有较强亲和力，因而能固定更低浓度的二氧化碳，因此更易在高温干旱（此时气孔关闭，提供的二氧化碳浓度低）的环境中生存，D正确。 10.〔多选〕（2025·江西景德镇模拟）研究人员从开花至果实成熟，每天定时对花生植株进行遮阴处理。实验结果如表，下列分析正确的是（　　） 处理 指标 光饱和点 （lx） 光补偿点 （lx） 低于5 000 lx 光合曲线的斜率 叶绿素含量 （mg·dm－2） 单株光合产量 （g干重） 单株叶片产量 （g干重） 单株果实产量 （g干重） 不遮阴 40 000 550 1.22 2.09 18.92 3.25 8.25 遮阴2小时 35 000 515 1.23 2.66 18.84 3.05 8.21 遮阴4小时 30 000 500 1.46 3.03 16.64 3.05 6.13 注：光饱和点：光合速率不再随光照强度增加而增加时的光照强度；光补偿点：光合速率等于呼吸速率时的光照强度，lx为光照强度单位。 A.在较低的光照强度下花生植株可通过降低呼吸速率实现有机物的积累 B.一定范围内，遮阴时间越长，花生植株利用弱光的效率越低 C.较长遮阴时间处理下，花生植株优先将光合产物分配给叶片 D.一天内对花生的遮阴时间不超过2小时可获得较高的单株果实产量 解析：ACD　遮阴处理后，光补偿点降低（550→515→500 lx），说明在较低光照下，光合速率即可等于呼吸速率。这可能由于植株降低呼吸速率以减少消耗，从而在弱光下积累有机物，A正确；遮阴时间越长，低于5 000 lx的光合曲线斜率越大（1.22→1.23→1.46），斜率越大表明弱光下光合速率随光照增强上升更快，即利用弱光效率更高，B错误；遮阴4小时时，单株叶片产量保持在3.05 g，而果实产量大幅下降（8.25→6.13 g），说明光合产物优先分配给叶片而非果实，C正确；不遮阴时果实产量最高（8.25 g），遮阴2小时略低（8.21 g），遮阴4小时显著下降（6.13 g）。因此，遮阴时间不超过2小时（包括不遮阴）可获得较高果实产量，D正确。 11.★（2025·云南模拟预测）微藻固碳是我国实现碳中和路径的重要环节，海洋微藻固碳总量远高于陆地植物。水体中CO2扩散速度慢，微藻通过如图所示途径提高叶绿体基质中CO2的浓度。Rubisco（化学本质蛋白质）能催化CO2的固定，但也能催化O2和C5结合，消耗C5导致光合效率下降。O2和CO2竞争性结合Rubisco同一位点。回答下列问题。 （1）图中叶绿体基质中的HC浓度　大于　（填“大于”“等于”或“小于”）细胞质基质。海水中的CO2进入微藻中被固定至少穿过　6　层磷脂分子层。上图过程能有效提高微藻的光合速率，原因是　微藻通过图中过程提高叶绿体基质中Rubisco周围CO2的浓度，从而通过促进CO2的固定和抑制O2和C5结合提高光合效率　。 （2）抗生素已成为海洋污染物之一，红霉素会使微藻中肽链过早从核糖体上脱离，即通过影响　翻译　过程从而影响蛋白质合成。结合题干信息，分析红霉素导致微藻细胞光合速率下降的原因是　红霉素抑制了Rubisco的合成从而使CO2的固定速率下降；红霉素抑制了细胞膜和叶绿体膜上HC转运蛋白的合成，从而使叶绿体基质中Rubisco周围CO2的浓度降低，Rubisco催化O2和C5结合，消耗C5导致光合效率下降　（答出2点即可）。 内共生学说认为，微藻细胞中的叶绿体是原始真核细胞吞噬光合细菌后演化而来的。研究人员发现，微藻的细胞活性不受抗生素的影响，但抗生素却能直接作用于微藻细胞内的叶绿体，影响微藻光合作用。这一事实　支持　（填“支持”或“不支持”）内共生学说。 （3）微藻蛋白质含量超过60％人工养殖后可采用　过滤、沉淀　等方法获得单细胞蛋白。 解析：（1）据图可知，HC由细胞质基质进入叶绿体基质，需要消耗ATP的能量，因此叶绿体基质中的HC浓度大于细胞质基质。CO2的固定是在叶绿体基质，所以海水中的CO2进入微藻被固定，需要穿过三层膜（1层细胞膜和2层叶绿体膜），每层生物膜由2层磷脂分子构成，所以海水中的CO2进入微藻中被固定至少穿过6层磷脂分子层。图示过程之所以能有效提高微藻的光合速率，是由于微藻通过图中过程提高叶绿体基质中Rubisco周围CO2的浓度（一是通过自由扩散进入叶绿体基质中的CO2，二是HC逆浓度梯度进入叶绿体基质，并分解产生的CO2），由于O2和CO2竞争性结合Rubisco同一位点，所以可通过促进CO2的固定和抑制O2和C5结合提高光合效率。（2）肽链的合成是通过翻译，在核糖体上合成的，所以红霉素会使微藻中肽链过早从核糖体上脱离，即通过影响翻译过程来影响蛋白质合成的。图示中，卡尔文循环需要Rubisco的催化，所以红霉素之所以导致微藻细胞光合速率下降，可能是由于：①红霉素通过抑制Rubisco的合成，从而使CO2的固定速率下降；②HC进入叶绿体基质是逆浓度梯度，需要转运蛋白的参与，可推知，红霉素还可以通过抑制细胞膜和叶绿体膜上HC转运蛋白的合成，从而使叶绿体基质中Rubisco周围CO2的浓度降低，Rubisco催化O2和C5结合，消耗C5导致光合效率下降。微藻细胞中的叶绿体是原始真核细胞吞噬光合细菌后演化而来的，且微藻的细胞活性不受抗生素的影响，但抗生素却能直接作用于微藻细胞内的叶绿体，影响微藻光合作用，上述事实支持内共生学说。（3）单细胞蛋白就是微生物菌体自身，所以微藻蛋白质含量超过60％人工养殖后可采用过滤、沉淀等方法获得单细胞蛋白。 12.（2025·河南鹤壁期末）拟南芥是科学研究中常用的模式植物，研究人员以野生型拟南芥为材料研究“孔运动对光合作用的影响。在相同强度的白光、红光和蓝光照射下，记录拟南芥气孔导度和胞间CO2浓度情况（如图1）。另外，TOR激酶在气孔运动调节中起重要作用，在光照12 h＋黑暗12 h的光照周期下，用TOR 激酶抑制剂处理拟南芥，得到保卫细胞中淀粉颗粒大小的曲线（如图2）。请回答下列问题： （1）白天光照条件下，绿叶通过气孔吸收的CO2与C5结合，这个过程称作　CO2的固定　。据图分析，同等光照强度下，蓝光组的光合作用强度最大，依据是蓝光组气孔导度最大，但胞间CO2浓度最低，说明　单位时间内蓝光组拟南芥利用的CO2更多　。与红光组比，白光组的气孔导度相对值大的原因是　白光是复合光，含有蓝光，由图可知，与红光相比，蓝光可使气孔导度增大　。 （2）保卫细胞吸水会引起气孔打开。研究发现，保卫细胞中淀粉可水解成麦芽糖，进而转变为苹果酸，在光照下苹果酸进入液泡，引起气孔导度　增大　。结合上述研究和图2分析，TOR激酶对气孔运动的作用是　TOR激酶能促进淀粉降解，从而使气孔导度增大　。 （3）研究发现，蓝光照射可使保卫细胞细胞膜上的H＋泵-ATP酶活化，H＋排出细胞膜外，有利于液泡积累较多的无机盐和有机物，从而调节气孔运动，其中保卫细胞排出H＋的运输方式是　主动运输　。 解析：（1）光合作用暗反应阶段，绿叶吸收的CO2和C5结合生成C3，这一步就是CO2的固定。据图1分析，同等光照强度下，蓝光组气孔导度最大，但胞间CO2浓度最低，说明单位时间内蓝光组拟南芥光合作用利用的CO2更多，光合作用强度更大。光合色素主要吸收红光、蓝紫光，白光是复合光，含有蓝光。由图可知，与红光相比，蓝光可促进气孔的开放，故白光组比红光组的气孔导度相对值大。（2）保卫细胞里淀粉先水解成麦芽糖，再变成苹果酸，苹果酸进到液泡，会让细胞液浓度升高，保卫细胞吸水，气孔导度就增大。TOR激酶抑制剂处理组和野生型（有TOR激酶）相比，淀粉颗粒大小变化不一样，野生型淀粉颗粒更小，说明TOR激酶能促进淀粉降解，降解后的产物会影响细胞渗透压，进而使气孔导度增大。（3）保卫细胞细胞膜上H＋-ATP酶活化后，H＋排出细胞膜外，这个过程需要H＋-ATP酶（相当于载体蛋白），还得消耗ATP（酶活化需要能量，靠ATP水解提供），符合主动运输“需要载体、消耗能量、逆浓度梯度运输”的特点。 13.（2025·湖南长沙期末）利用衣藻光合作用产氢是具有前景的清洁能源生产途径。下图为衣藻光合作用示意图，PS Ⅱ的反应中心将水分解释放的e－经电子传递链依次传递至Fd，被还原的Fd将e－沿3个途径进行分配和利用：①自然条件下，将e－传递给FNR（铁氧还蛋白-NADP＋还原酶），该酶利用电子和H＋将NADP＋还原为NADPH；②强光高温等胁迫时，将e－重新传递给PQ，PQ、PC、Fd构成环式电子传递；③O2浓度低时，将e－传递给氢化酶（H2ase），用于H2的合成。已知氢化酶（H2ase）活性与氧气浓度呈负相关。请分析回答： （1）图中的PSⅡ、PS Ⅰ以及各电子传递体位于　类囊体薄膜　上，ATP合酶以协助扩散的方式运输H＋，并利用H＋浓度差合成ATP。H＋浓度差形成的原因有：　水的光解产生H＋、PQ主动运输H＋、基质中消耗H＋合成NADPH　。 （2）D1是一种含硫的蛋白质，是PS Ⅱ的反应中心的核心组成部分之一。高温胁迫下过剩的光能会使D1受损，此时环式电子传递过程会增强，使ATP/NADPH的比例升高，叶绿体可消耗多余的ATP修复受损蛋白。请解释ATP/NADPH比例升高的机制： ①环式电子传递过程的e－不能传递给　氧化型辅酶Ⅱ　（填中文名称），导致NADPH合成减少； ②此时H＋的梯度仍维持正常，　ATP的合成过程正常进行　。 （3）为提高衣藻产H2的速率，在适宜光照、密闭条件下，用　缺硫　（填“含硫量高”或“缺硫”）培养液培养衣藻。结合以上所有信息，判断选择上述培养条件的理由是：　缺硫时D1合成受阻，PS Ⅱ处产生氧气的速率下降，密闭条件可以阻止外界环境中氧气对氢化酶活性的抑制，氢化酶活性升高　，此时衣藻仍可通过NADH产生e－和H＋来维持H2的合成。 解析：（1）PS Ⅱ、PS Ⅰ以及各电子传递体位于类囊体膜上。H＋浓度差形成的原因包括：PS Ⅱ催化水分解为O2、H＋和e－，直接释放H＋至类囊体腔；PQ在传递电子的同时，将基质中的H＋泵入类囊体腔；在基质中消耗H＋合成NADPH。（2）①高温胁迫时，环式电子传递过程的电子不传递给NADP＋（氧化型辅酶Ⅱ），导致NADPH合成减少。②H＋的梯度仍维持正常，ATP的合成过程正常进行，因此ATP含量增加，NADPH含量下降，ATP/NADPH比例升高。（3）在适宜光照、通气条件下，用完全培养液培养衣藻，其光合作用产生的O2的去向是用于细胞呼吸和释放到空气中。根据题干O2浓度低时，传递给氢化酶（H2ase），用于H2的合成，已知氢化酶活性与氧气浓度负相关，因此为提高衣藻产H2的速率，应该抑制氧气的产生速率，应使用缺硫培养液，在适宜光照、密闭（不通气）条件下培养衣藻，因为缺硫时D1合成受阻，PS Ⅱ产生氧气的速率下降，密闭条件可以阻止外界环境中氧气对氢化酶活性的抑制，氢化酶活性升高；此时仍可通过NADH产生电子和H＋来维持H2的合成。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $