2027届高考一轮复习讲义必修一专题六光合作用1

该高中生物学讲义聚焦光合作用专题，覆盖捕获光能的色素和结构、原理和过程、影响因素及应用三大核心考点，按结构与功能观逻辑梳理知识体系，通过考点精析、实验方法指导、高考真题训练等环节，帮助学生构建完整知识网络，突破光反应与暗反应联系等难点。 资料突出科学思维与探究实践素养培养，如设计色素提取分离实验分析、对比光合作用与化能合成作用表格，结合2022-2025年高考真题分层训练，助力学生掌握实验分析与变量控制方法，高效提升应试能力，为教师把控复习节奏提供清晰路径。

光合作用 ] 姓名： 2027高考专题 1 学科网（北京）股份有限公司 考点一　捕获光能的色素和结构 1．绿叶中色素的提取和分离 2．色素的分布和作用 (1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。 (2)作用：吸收、传递、转化光能。 (3)吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。 3．叶绿体的结构和功能 考点二光合作用原理的和过程 1.探索光合作用的部分实验 2．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。 3．光合作用的反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。 4．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＋ 5.化能合成作用与光合作用的对比 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 考向 1．(2022·重庆，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。 (1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是______________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持__________(填“低温”或“常温”)。 (2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_______________________________________________________________________________。 (3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是______________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是____________。 (4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有_______________________ _______________________________________________________________________(答两点)。 答案　(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂　低温　(2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差　(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高　水　(4)NADPH、ATP和CO2　增加CO2浓度和适当提高环境温度 2．(18分)(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。请回答下列问题： (1)图b表示图a中的____________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。 (2)(12分)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。 叶绿体类型 叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段 实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3 实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6 注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。 据此分析： ①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 ②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于_______________________________________________________________________ ___________________________________________________________，从而提高光反应速率。 ③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：_______________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)类囊体膜　NADPH　减慢 (2)①Fecy　实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DICP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②类囊体上的色素吸收光能、转化光能 ③ATP合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低 3 (10分)捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构，由光合色素和叶绿素结合蛋白 (LHCP) 组成，L 蛋白与 S 蛋白等共同参与 LHCP 向类囊体膜的转运，L 蛋白还参与叶绿素合成的调控，相关过程如图 (a)。回答下列问题 (1) 用纸层析法分离野生型 (WT) 和 L 基因缺失突变体 (l) 植株的叶绿体色素，滤纸条均出现 4 条色素带。l 组自上而下第三条带对应的色素是___________；与 WT 相比，该条带的颜色深浅变化是___________。相较于 WT 植株，l 植株叶绿体内中间物 1 含量___________，l 植株叶片暗反应中 C₃的___________反应过程会受影响。 (2) 通过抗原 — 抗体杂交反应检测 WT 植株叶绿体基质和类囊体中 L 蛋白的量，结果如图 (b) 所示，结构 2 是___________。 (3) WT、l 及 s (S 基因缺失突变体) 植株的表型如图 (c) 所示，其中 l 对应的是___________(填 “甲”“乙” 或 “丙”)，与 WT 相比，两突变体表型差异产生的原因是________________________________________________。 (4) 为进一步验证 L 蛋白的功能，应在 WT、l 两种实验材料基础上，再补充两组不同的实验材料，分别为________________________。 【答案】 (1) 叶绿素 a；变浅；增多；还原 (2) 类囊体（类囊体膜） (3) 丙；L 蛋白既调控叶绿素合成，又参与 LHCP 转运；S 蛋白仅参与 LHCP 转运，不调控叶绿素合成，l 突变体叶绿素合成与转运均受阻，失绿更严重 (4) 转入 L 基因的 l 突变体（回补株）、S 基因缺失突变体（s） 考点三光合作用的影响因素及其应用 一．探究环境因素对光合作用强度的影响 1．影响光合作用强度的因素 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。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 二　辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理 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 注：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。 (3)叶面积指数 2．外部环境因素 (1)单因子变量对光合速率的影响 ①光照强度 ②CO2浓度 ③温度 ④水分或矿质元素 (2)多因子变量对光合速率的影响 考向 1．(2024·湖北，21)气孔是指植物叶表皮组织上两个保卫细胞之间的孔隙。植物通过调节气孔大小，控制CO2进入和水分的散失，影响光合作用和含水量。科研工作者以拟南芥为实验材料，研究并发现了相关环境因素调控气孔关闭的机理(图1)。已知ht1基因、rhc1基因各编码蛋白甲和乙中的一种，但对应关系未知。研究者利用野生型(wt)、ht1基因功能缺失突变体(h)、rhc1基因功能缺失突变体(r)和ht1/rhc1双基因功能缺失突变体(h/r)，进行了相关实验，结果如图2所示。 回答下列问题： (1)保卫细胞液泡中的溶质转运到胞外，导致保卫细胞________(填“吸水”或“失水”)，引起气孔关闭，进而使植物光合作用速率________(填“增大”“不变”或“减小”)。 (2)图2中的wt组和r组对比，说明高浓度CO2时rhc1基因产物________(填“促进”或“抑制”)气孔关闭。 (3)由图1可知，短暂干旱环境中，植物体内脱落酸含量上升，这对植物的积极意义是_______________________________________________________________________________。 (4)根据实验结果判断：编码蛋白甲的基因是______________(填“ht1”或“rhc1”)。 答案　(1)失水　减小　(2)促进　(3)干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内的水分，使植物能够在干旱环境中生存　(4)rhc1 答案　(1)失水　减小　(2)促进　(3)干旱条件下脱落酸含量升高，促进叶片脱落，抑制气孔开放，能够减少蒸腾作用，保存植物体内的水分，使植物能够在干旱环境中生存　(4)rhc1 解析　(4)根据图1可知，蛋白甲、乙作用的上下游关系为蛋白甲在上游 、蛋白乙在下游，即缺失蛋白甲，蛋白乙仍然能够发挥调控作用，而若缺失蛋白乙，则蛋白甲即使存在也不能发挥调控作用，因蛋白甲必须通过蛋白乙发挥作用，根据图2可知，h组，h/r组气孔开度相同，在缺失h的前提下，r存在与否都不影响气孔开度，即r不能单独发挥调控作用，必须通过h进行调控，即r在h上游；r组，h/r组气孔开度不同，可知在缺失r的前提下，h仍然能够发挥调控作用，h在r下游，综上，蛋白甲、乙关系为甲→乙，h和r关系为r→h，可知甲对应r，即蛋白甲由rhc1编码。 2．(2024·重庆，18)重庆石柱是我国著名传统中药黄连的主产区之一，黄连生长缓慢，存在明显的光饱和(光合速率不再随光强增加而增加)和光抑制(光能过剩导致光合速率降低)现象。 (1)探寻提高黄连产量的技术措施，研究人员对黄连的光合特征进行了研究，结果见图1。 ①黄连的光饱和点约为________μmol·m－2·s－1。光强大于1 300 μmol·m－2·s－1后，胞间二氧化碳浓度增加主要是由于____________________________________________________________。 ②推测光强对黄连生长的影响主要表现为___________________________________________ _______________________________________________________________________________。 黄连叶片适应弱光的特征有_______________________________________________________ ________________________________________________________________________(答2点)。 (2)黄连露天栽培易发生光抑制，严重时其光合结构被破坏(主要受损的部位是位于类囊体薄膜上的色素蛋白复合体)，为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向(图2)的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括________(多选)。 ①叶片叶绿体避光运动　②提高光合产物生成速率　③自由基清除能力增强　 ④提高叶绿素含量　⑤增强热耗散 (3)生产上常采用搭棚或林下栽培减轻黄连的光抑制，为增强黄连光合作用以提高产量还可采取的措施及其作用是________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)①500　光合作用受到抑制，消耗的二氧化碳减少，且气孔导度增加　②黄连在弱光随光强增加生长快速达到最大，光照过强其生长受到抑制　叶片较薄，叶绿素较多(叶色深绿，叶绿体颗粒较大，叶绿体类囊体膜面积更大)　(2)①②③⑤　(3)合理施肥增加光合面积，补充二氧化碳提高暗反应 解析　(2)为减轻光抑制，黄连能采取调节光能在叶片上各去向的比例，提升修复能力等防御机制，具体可包括①叶片叶绿体避光运动(减少对光的吸收)、②提高光合产物生成速率(从而提高光合速率消耗更多的光能)、③自由基清除能力增强(减少对光合结构的破坏)、⑤增强热耗散；而④提高叶绿素含量会增加对光能的吸收不能减轻光抑制。 3．(14分)(2023·重庆)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。 (1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如表。 项目 光反应 暗反应 光能转化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化酶含量 Vmax 野生型 0.49 180.1 4.6 129.5 突变体 0.66 199.5 7.5 164.5 注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶：Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是__________。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和__________________。 ②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是________________________。 (2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如表。 项目 田间光照产量 田间遮阴产量 野生型 6.93 6.20 突变体 7.35 3.68 ①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是____________________________，外因是___________________________________________。 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和________________________，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 ③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型__________________(填“高”“低”或“相等”)。 答案　(1)①NADPH　C5(核酮糖—1,5­二磷酸，RuBP)　②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快　(2)①突变体叶绿素含量太低　光照强度太低　②蔗糖　③高 4.(12分)(2025·河南，17)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______________和___________________________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________组(填组别)进行对比分析，该实验中的无关变量有________________ _______________________________________________________________(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________(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__________________________________________________________。 答案　(1)为光合作用提供能量　作为一种信号影响、调控植物生长、发育的全过程　(2)①③④　温度和二氧化碳浓度　(3)始终大于　④组呼吸作用强于③组，但是两组光补偿点也就是总光合速率等于呼吸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 解析　(1)光既是光合作用的能量来源，又作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。(2)通过①③比较可知正常光下盐胁迫对作物生长的影响，再通过①③④比较可判断实验光是否完全抵消盐胁迫对作物生长的影响。无关变量包含温度、二氧化碳浓度、光照时长等。 5．(12分)(2025·四川，16)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，结果见表。回答下列问题： 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。 (1)为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用__________提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择____________(填“蓝紫光”或“红光”)来测定叶绿素含量。 (2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的__________________，从而提高了净光合速率。与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是_______________________________________。 (3)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__________________，依据是_________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)无水乙醇　红光　(2)ATP(腺苷三磷酸)和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)　环境(或外界或温室)提供(补充)的CO2更多　(3)光照强度加倍　光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大 解析　(1)叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中，故为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用无水乙醇提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，光合作用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。为减少类胡萝卜素的干扰，应选择红光来测定叶绿素含量。(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP(腺苷三磷酸)和NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的CO2浓度是甲组的2倍，与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的原因是环境提供的CO2更多。(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，甲组的净光合速率大于乙组的净光合速率，光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大，故若只能从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。 6.叶绿体中 R 酶既能催化 CO2 固定，也能催化 C5 与 O2 反应，CO2 和 O2 两种底物竞争 R 酶同一活性位点；线粒体中 G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细胞中 G 酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株 W 为参照，构建了 G 酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株 S，实验结果如图（b）。回答下列问题。 (1) R 酶催化CO2 固定的场所是叶绿体的 ，产物 C3 在光反应生成的 参与下合成糖类等有机物。 (2) 植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株 S 保卫细胞中 G 酶表达量提高，叶片的净光合速率高于植株 W，原因是 。 (3) 保持环境中 CO2 浓度不变，当 O2 浓度从 21%升高到 40%时，植株 S 的净光合速率 （填“增大”或“减小”）；相较于植株 W，植株 S 的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判断”）。 （4）若需确认保卫细胞中G酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果： 【答案】 (1) 基质 ATP、NADPH (2) 植株 S 保卫细胞中 G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快 (3) 减小 小 (4) 实验思路：以野生型植株 W 为参照，构建了 G 酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株 S 和构建了 G 酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株 T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下的净光合速率。预期结果：植株 T 净光合速率小于植株 W，植株 S 净光合速率大于植株 W $