第10讲+光合作用（复习讲义）（3大考点+7大知识+长句作答）（全国通用）2027年高考生物一轮复习讲练测

该高中生物学高考复习讲义聚焦光合作用核心考点，涵盖经典实验分析、过程机制、影响因素及应用，按“命题透视-知识建联-考点精讲-真题溯源-情境探究”逻辑构建体系，通过考点梳理、方法指导、真题训练等环节，帮助学生系统突破难点。 资料以科学思维和探究实践为导向，创新设计“实验变量分析+曲线解读+长句规范”教学活动，如通过“小圆形叶片上浮实验”培养探究能力，结合环境骤变分析C3/C5变化强化物质与能量观。分层练习与真题情境结合，助力学生提升应考能力，为教师提供精准复习节奏把控依据。

第10讲 光合作用 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 知识建联·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，突破命题考向 知识解构+即时演练+高分破译 考点一 探究光合作用原理的实验 知识点1 光合作用的发现史（经典实验分析） 知识点2 叶绿体色素的提取和分离 知识点3 探究·实践——环境因素对光合作用强度的影响 考点二 光合作用的过程 知识点1 捕获光能的色素和结构 知识点2​光反应与暗反应的过程及联系 考点三 影响光合作用的因素及原理应用 知识点1 影响光合作用的外部因素与曲线解读 知识点2​光合作用原理在农业生产中的应用 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构 知识溯源：捕获光能的色素和结构 题组二 情景设定：牡丹绿色系品种“豆绿”花瓣绿色逐渐变化 知识溯源：叶绿体色素的提取和分离 题组三 情景设定：植物光合作用反应过程的部分原料和产物 知识溯源：光反应和暗反应过程 题组四 情景设定：海蛞蝓选择性保留所摄食藻类中的叶绿体 知识溯源：叶绿体结构功能 题组五 情景设定：情景设定：某干旱农业区农光互补系统 知识溯源：光合作用的过程及影响因素 题组六 情景设定：质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE） 知识溯源： 光合作用的影响因素 05 情境探究·素养拓展 深挖素材脉络，规范长句作答 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考查概述 从命题题型与内容看，高考对光合作用的考查融合选择题与非选择题，侧重基础知识迁移、综合分析能力与实验设计能力，核心覆盖：光合作用的过程（光反应与暗反应的联系、物质与能量转化、C₃/C₅含量变化分析）；影响光合作用的环境因素（光照、CO₂、温度、水分、矿质元素等）；光合作用原理的应用（农业生产实践：大棚种植、作物育种、光合午休的应对等）。 考查形式 选择题： 聚焦概念辨析（如光系统与光反应场所、C₃/C₅变化规律、总反应式配平）与图像分析（如曲线拐点分析、柱状图数据解读）； 非选择题： 依托生命情境（如设施农业增产措施、不同植物光合特性比较、生态修复中的光合适应），考查光合速率的测定与分析、环境因素对光合速率的影响机制及科学探究能力。 课标要求 明确目标 1. 阐明光合作用的概念与过程：概括光反应和暗反应的物质变化和能量变化，理解两者之间的相互联系；阐明环境因素对光合作用强度的影响。（生命观念、科学思维） 2. 探究环境因素对光合作用强度的影响：设计实验方案（如探究光照强度、CO₂浓度的影响），分析结果并得出结论；解释生产生活中的相关现象。（科学探究、社会责任） 3. 分析光合作用原理的应用：运用光合原理解释农业生产中提高作物产量的措施（如合理密植、轮作、补充光照或CO₂等），关注粮食安全与生态农业。（科学思维、社会责任） 高考前沿 1. 探究光合作用原理的实验 2026·贵州卷，3；2026·陕晋青宁卷，17；2026·云南卷，4；2025·天津卷，6；2025·贵州卷，17；2025·浙江6月卷，22；2025·四川卷，16；2025·山东卷，13； 2. 光合作用的过程 2026·北京卷，3；2026·湖北卷，4；2026·江西卷，6；2026·四川卷，16；2026·河南卷，17；2025·广西卷，18；2025·重庆卷，16；2025·江苏卷，21； 3. 影响光合作用的因素及原理应用 2026·湖北卷，10；2026·江西卷，13；2026·安徽卷，16；2026·浙江1月卷，9；2025·海南卷，16；2025·江西卷，20；2025·湖南卷，17； 知识建联·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，突破命题考向 自主研学·梳理教材 1. 说出光合作用发现史经典实验的核心结论：恩格尔曼证明叶绿体是光合作用场所，红光和蓝紫光光合效率最高；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的O₂全部来自水；卡尔文用¹⁴C标记CO₂探明了碳的转移路径（卡尔文循环）。 2. 明确鲁宾和卡门实验中同位素的性质：实验使用的¹⁸O属于稳定性同位素，无放射性，不能通过检测放射性追踪，需通过密度梯度离心或质谱法检测，该实验彻底否定了“光合作用释放的O₂来自CO₂”的错误认知。 3. 说明色素提取与分离实验的试剂功能：无水乙醇用于提取色素（色素易溶于有机溶剂）；层析液用于分离色素（不同色素溶解度不同）；二氧化硅使研磨更充分；碳酸钙中和细胞液中的有机酸，防止叶绿素被破坏。 4. 掌握色素分离实验的操作要点：滤纸条需剪去两角，避免层析液在边缘扩散过快导致色素带不整齐；滤液细线需细、直、齐，待干后重复画2-3次以增加色素含量；滤液细线绝对不能触及层析液，否则色素会溶解在层析液中无法分离。 5. 识记四条色素带的特征与功能：由上至下依次为胡萝卜素（橙黄色，溶解度最高，吸收蓝紫光）、叶黄素（黄色，吸收蓝紫光）、叶绿素a（蓝绿色，含量最多，可转化光能）、叶绿素b（黄绿色，吸收和传递光能）；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，对绿光吸收最少故叶片呈绿色。 6. 阐述叶绿体的结构与功能适应性：叶绿体具有双层膜，类囊体堆叠形成基粒，极大增大了膜面积；类囊体薄膜上分布有光合色素和光反应所需的酶，是光反应的场所；基质中含有暗反应所需的多种酶，以及少量DNA和核糖体，属于半自主细胞器。 7. 默写光合作用总反应式并明确元素去向：总反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2 8. 说明光反应的过程与能量转化：光反应在类囊体薄膜上进行，需光、色素和酶参与；能量变化为光能→活跃的化学能（储存在ATP和NADPH中）；物质变化包括水的光解和ATP的合成；光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 9. 说明暗反应的过程与能量转化：暗反应在叶绿体基质中进行，不需要光直接参与，但需光反应提供的ATP和NADPH；能量变化为活跃的化学能→稳定的化学能（储存在有机物中）；物质变化包括CO₂的固定和C₃的还原；注意CO₂的固定不需要ATP供能，C₃还原需要ATP和NADPH。 10. 分析环境条件骤变时相关物质含量的瞬时变化：突然停止光照，光反应停止，ATP、NADPH含量下降，C₃还原受阻导致C₃含量上升，C₅生成减少导致C₅含量下降；突然降低CO₂浓度，CO₂固定受阻导致C₅含量上升，C₃生成减少导致C₃含量下降，ATP、NADPH因消耗减少而积累。 11. 辨析光反应与暗反应的联系：物质上，光反应产生的ATP、NADPH供暗反应使用，暗反应产生的ADP、Pi、NADP⁺供光反应合成ATP、NADPH；能量上，光反应将光能转化为活跃化学能，暗反应将活跃化学能转化为稳定化学能；暗反应间接依赖光，因为需要光反应的产物。 12. 解读光照强度对光合速率的影响曲线：在一定范围内，光合速率随光照强度增强而加快；光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，此时有机物积累为零；光饱和点是光合速率达到最大值时的最低光照强度；阳生植物的光补偿点和光饱和点均高于阴生植物；夏季正午光合午休的主要原因是光照过强导致气孔关闭，CO₂供应不足。 13. 解读CO₂浓度对光合速率的影响曲线：在一定范围内，光合速率随CO₂浓度升高而加快；CO₂补偿点是光合速率等于呼吸速率时的CO₂浓度；CO₂饱和点是光合速率达到最大值时的CO₂浓度；农业生产中通风、施用农家肥可提高CO₂浓度，增强光合速率。 14. 说明温度对光合作用的影响及应用：温度通过影响酶的活性影响光合速率，呈钟形曲线，最适温度时光合速率最高；温室栽培可白天适当升温促进光合，夜间适当降温抑制呼吸，增大昼夜温差以减少有机物消耗。 15. 分析多因素综合曲线的限制因素：以P107图5-16为例，低光照强度下，光照强度是光合速率的主要限制因素；光照强度充足、CO₂浓度较低时，CO₂浓度是限制因素；光照和CO₂均充足时，温度成为限制因素。 16. 阐明化能合成作用的概念与实例：硝化细菌等自养生物可利用体外环境中NH₃氧化释放的化学能，将CO₂和水合成为有机物；化能合成作用与光合作用的本质区别是能量来源不同（化学能vs光能），二者均属于自养型生物。 17. 归纳光合作用原理在农业生产中的应用：合理密植可避免下部叶片光照不足，间作套种可充分利用不同层次的光照；温室使用无色透明薄膜可透过全光谱光，人工补光优先选用红光或蓝紫光LED灯；增施N、Mg、P等矿质元素可保证叶绿素、酶的合成，提高光合速率。 考点一 探究光合作用原理的实验 知●识●解●构 知识点1 光合作用的发现史（经典实验分析） 1. 希尔反应（1937）——离体叶绿体放氧实验 (1) 实验材料：离体的叶绿体（从叶肉细胞中分离出来）。 (2) 实验操作：将离体叶绿体加到含有氧化剂（如铁氰化钾）的水溶液中，在无CO₂的条件下给予光照。 (3) 实验现象：叶绿体在光照下释放出O₂，同时氧化剂被还原。 (4) 实验结论：① 光合作用中水的光解和糖类的合成是两个相对独立的过程（离体叶绿体无CO₂也能放氧）；② 光合作用释放的O₂来自水的分解，而非来自CO₂。 2. 阿尔农实验（1954-1957）——光合磷酸化的发现 (1) 实验发现：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。 (2) 实验结论：光反应阶段，光能不仅用于水的光解产生O₂和NADPH，还可用于合成ATP（即光合磷酸化）；这一发现揭示了光反应的能量转化机制。 3. 恩格尔曼（1884）——水绵与好氧细菌实验 (1) 实验材料：水绵（叶绿体呈带状，大而清晰）、好氧细菌（指示O₂产生部位）。 (2) 实验现象：好氧细菌只集中在叶绿体被红光和蓝紫光照射的部位。 (3) 实验结论：叶绿体是光合作用的场所；光合作用的产物有O₂；红光和蓝紫光区域光合作用最强。 4. 鲁宾和卡门（1941）——同位素标记法 (1) 实验方法：用¹⁸O分别标记H₂O和CO₂，追踪O₂中氧的来源。 (2) 实验组：H₂¹⁸O + CO₂ → 释放¹⁸O₂；H₂O + C¹⁸O₂ → 释放O₂。 (3) 实验结论：光合作用释放的O₂全部来自水，而不是来自CO₂。 5. 卡尔文（20世纪40年代）——¹⁴C标记CO₂ (1) 实验方法：用¹⁴C标记的¹⁴CO₂供小球藻光合作用，追踪碳的转移路径。 (2) 实验结论：探明了CO₂中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的卡尔文循环。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为离体叶绿体在无CO₂条件下不能进行任何光反应——希尔反应恰恰证明，无CO₂时水的光解和放氧仍能进行。 (2) 误以为阿尔农实验只发现了ATP的合成——阿尔农还发现ATP的合成总是与水的光解相伴随，二者耦联。 (3) 误以为恩格尔曼实验中好氧细菌集中的地方光合作用强——好氧细菌趋氧，证明叶绿体在光下产生O₂。 (4) 误以为鲁宾和卡门实验证明了光合作用产生的O₂全部来自CO₂——恰恰相反，全部来自水。 (5) 误以为同位素标记法都具有放射性——¹⁸O、¹⁵N为稳定性同位素，无放射性；¹⁴C、³²P具有放射性。 知识点2 叶绿体色素的提取和分离 1. 实验原理 (1) 提取原理：叶绿体色素易溶于无水乙醇等有机溶剂（相似相溶），故用无水乙醇提取色素。 (2) 分离原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢（纸层析法）。 2. 实验步骤（提取→制备→画线→分离） (1) 提取色素：绿叶剪碎 + 二氧化硅（助磨）+ 碳酸钙（保护色素，防止叶绿素被破坏）+ 无水乙醇（提取剂）。 (2) 制备滤纸条：剪去两角（防止层析液在边缘扩散过快，导致色素带不整齐）。 (3) 画滤液细线：细、直、齐；待干后重复画2-3次（增加色素含量，使分离后的色素带更明显）。 (4) 分离色素：滤液细线不能触及层析液（防止色素溶解在层析液中，无法分离）。 3. 实验结果 色素带（由上至下） 色素名称 颜色 吸收光谱 含量 第一条 胡萝卜素​ 橙黄色 蓝紫光 最少 第二条 叶黄素​ 黄色 蓝紫光 较少 第三条 叶绿素a​ 蓝绿色 红光+蓝紫光 最多 第四条 叶绿素b​ 黄绿色 红光+蓝紫光 较多 4. 关键细节 (1) 二氧化硅：使研磨更充分。 (2) 碳酸钙：中和细胞液中的有机酸，防止叶绿素被破坏（类胡萝卜素不受影响）。 (3) 无水乙醇：提取液，也可用丙酮代替，但不能用蒸馏水（色素不溶于水）。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为碳酸钙是为了研磨更充分——二氧化硅才是助磨的，碳酸钙是保护色素。 (2) 误以为层析液可以触及滤液细线——一旦触及，色素会溶解在层析液中，导致实验失败。 (3) 误以为画滤液细线次数越多越好——必须待干后再画下一次，否则滤液细线过粗，导致色素带重叠。 (4) 误以为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱相同——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。 (5) 误以为色素带在滤纸条上的位置代表含量——位置代表溶解度，含量看色素带的宽窄（叶绿素a最宽）。 知识点3 探究·实践——环境因素对光合作用强度的影响 1. 实验原理 (1) 指标量化：光合作用强度可通过测定单位时间内原料消耗（如CO₂）或产物生成（如O₂）的数量来表示。本实验通过小圆形叶片上浮的数量（或上浮平均时间）来反映光合速率。 (2) 沉水原因：小圆形叶片通过注射器抽气，排出细胞间隙的空气，使细胞间隙充满水，密度增大而沉入水底。 (3) 上浮原因：光合作用产生的O₂在细胞间积累，使叶片浮力增大，从而上浮。叶片上浮速率越快，说明光合作用强度越大。 (4) 变量控制： 自变量：光照强度（通过调节台灯与烧杯的距离控制）或CO₂浓度（通过调节NaHCO₃溶液浓度控制）。 因变量：光合作用强度（以单位时间内小圆形叶片上浮的数量或上浮平均时间衡量）。 无关变量：叶片大小、数量、温度、NaHCO₃初始浓度、光照时间等，各组需保持相同且适宜。 2. 关键操作步骤 (1) 制备小叶片：用打孔器在生长旺盛的绿叶（如菠菜）上打出直径约1cm的小圆形叶片30片。 (2) 抽气处理：将小叶片放入注射器，吸入清水，用手指堵住前端管口，缓慢拉动活塞抽气，重复几次，直至叶片全部沉入水底（目的是排出细胞间隙原有气体，确保后续上浮仅由光合作用产生的O₂引起）。 (3) 分组与光照：将沉底的叶片平均放入3个装有不同浓度NaHCO₃溶液（或清水）的烧杯中，分别置于强、中、弱三种光照条件下（如台灯距离10cm、20cm、30cm）。 (4) 观察记录：记录同一时间段内（如5min）各烧杯中小叶片上浮的数量，或记录每个小叶片上浮所需的时间。 3. 实验现象与结论 (1) 光照强度的影响：在一定范围内，光照越强（距离越近），单位时间内小叶片上浮数量越多（或上浮平均时间越短），说明光合速率越强。超过最适光照强度后，光合速率不再增加甚至下降。 (4) CO₂浓度的影响：在一定范围内，NaHCO₃溶液浓度越高（CO₂供应越充足），小叶片上浮速率越快。但浓度过高会导致细胞失水，反而抑制光合作用，甚至使叶片无法下沉或死亡。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为叶片上浮是因为吸收了CO₂——上浮的直接原因是光合作用产生的O₂在细胞间积累，增加了浮力，而非CO₂的吸收。 (2) 误以为NaHCO₃浓度越高越好——浓度过高会导致细胞渗透失水，反而抑制光合作用，甚至导致叶片无法下沉或死亡；通常选用1%~2%的NaHCO₃溶液。 (3) 误以为抽气步骤可有可无——若不抽气，叶片细胞间隙原有气体会影响浮力变化，导致实验误差；抽气必须彻底，确保叶片沉底。 (4) 误以为该实验只能探究光照强度——通过更换不同浓度的NaHCO₃溶液，也可探究CO₂浓度对光合速率的影响。 (5) 误以为叶片上浮速率只与光合速率有关——温度、pH等环境因素也会影响酶活性，进而影响光合速率，实验中需控制无关变量一致。 (6) 误以为所有叶片上浮时间相同——同一烧杯内叶片上浮时间存在差异，需计算平均上浮时间以减少误差。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.希尔反应（离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生氧气）证明了光合作用释放的氧气全部来自水。（ ） 2.鲁宾和卡门利用同位素标记法（¹⁸O）证明了光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水。（ ） 3.阿尔农的实验发现，在光照下叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随。（ ） 4.在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，叶片上浮的原因是光合作用产生了O₂，且光合作用产生的O₂量大于呼吸作用消耗的O₂量。（ ） 5.探究光照强度对光合作用强度的影响时，若将光源改为普通灯泡，必须采取隔温措施以防止温度变化对实验结果造成干扰。（ ） 6.在探究环境因素对光合作用强度影响的实验中，使用NaHCO₃溶液是为了提供CO₂，且NaHCO₃溶液浓度越高，叶片上浮速率一定越快。（ ） 7.恩格尔曼利用水绵和好氧细菌进行实验，证明了叶绿体是光合作用的场所，且光合作用在光下产生氧气。（ ） 8.卡尔文利用¹⁴C标记的¹⁴CO₂探明了CO₂中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的转移途径（卡尔文循环）。（ ） 9.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，加入二氧化硅（SiO₂）的目的是为了保护叶绿素不被破坏，加入碳酸钙（CaCO₃）的目的是使研磨更充分。（ ） 10.画滤液细线时，必须待滤液干后重复画2~3次，目的是增加滤纸条上色素的含量，使分离后的色素带更清晰。（ ） 考向01 光合经典实验的变量分析与结论推导 1．研究人员利用同位素标记技术探究光合作用与呼吸作用的物质联系。以小球藻为材料，设置四组不同处理方式，6小时后分别进行同位素检测。下列对实验结果的预测错误的是（　　） 选项 处理方式 预测结果 A 持续光照，实验开始一段时间后加入3H2O 能在NADPH和NADH中检测到放射性 B 持续光照，实验开始一段时间后加入H218O 能在CO2和O2中检测到18O C 持续黑暗，实验开始一段时间后加入14CO2 能在（CH2O）和C5中检测到放射性 D 持续黑暗，实验开始一段时间后加入18O2 能在H2O和CO2中检测到18O A．A B．B C．C D．D 2．卡尔文将培养的小球藻置于密闭容器中，持续通入14C标记的CO2，短时间后，利用热乙醇杀死细胞，提取细胞内物质，并分析物质的组成。下列有关叙述正确的是（　　） A．首先被检测出含有14C的物质是一种五碳化合物 B．延长通气反应时间，可检测到具有放射性的物质种类增加 C．研究暗反应中碳原子转移途径的实验要在避光环境下进行 D．停止CO2供应后的短时间内，含C的C3和C5的比值增大 考向02 叶绿体结构与色素功能的适应性分析 3．图1、图2分别表示“绿叶中色素的提取和分离”实验结果和色素的吸收光谱图（a、b、c表示色素的种类）。下列相关叙述正确的是（    ） A．a代表的色素对应滤纸条上的条带③ B．b代表的色素在滤纸条上呈现蓝绿色 C．若提取色素时未加CaCO3，条带③④的颜色将会变浅 D．若用清水代替无水乙醇提取色素，条带①②③④的颜色将会变浅 4．某兴趣小组在“绿叶中色素的提取和分离”实验中发现，加入CaCO3能减少叶绿素的破坏，但对其作用原理尚不明确。为探究CaCO3保护叶绿素的机制，设计如下实验方案。进行该实验时，他们提出的假说最可能是（    ） 组别 处理 ① 色素提取液+0.5mL蒸馏水 ② 色素提取液+等量5%稀盐酸 ③ 向色素提取液中加入足量CaCO3，摇匀后加入等量5%稀盐酸 ④ 先向1mL的5%稀盐酸中添加足量CaCO3，待反应完成后摇匀，吸取适量反应液加入色素提取液 A．盐酸对叶绿素具有破坏作用 B．CaCO3通过中和酸而保护叶绿素 C．CaCO3加入的顺序对叶绿素提取的影响 D．CaCO3对盐酸的亲和力比叶绿素的亲和力强 考点二 光合作用的过程 知●识●解●构 知识点1 捕获光能的色素和结构 1、 叶绿体的结构 (1) 双层膜：外膜和内膜，控制物质进出。 (2) 基质：含有与暗反应有关的酶、DNA、RNA、核糖体。 (3) 基粒：由类囊体堆叠而成，增大膜面积。 (4) 类囊体薄膜：分布有光合色素和光反应所需的酶，是光反应的场所。 2、 色素的种类与功能 (1) 叶绿素（占3/4）：包括叶绿素a（蓝绿色，转化光能）和叶绿素b（黄绿色，吸收和传递光能）。主要吸收红光和蓝紫光。 (2) 类胡萝卜素（占1/4）：包括胡萝卜素（橙黄色）和叶黄素（黄色）。主要吸收蓝紫光，具有保护叶绿素免受强光伤害的作用。 3、 叶绿体的功能验证（恩格尔曼实验的延伸） (1) 叶绿体是进行光合作用的场所，其中类囊体薄膜是光反应的场所，基质是暗反应的场所。 (2) 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，故叶片呈绿色（反射绿光）。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为叶绿体中的所有膜结构都分布有色素——色素仅分布在类囊体薄膜上。 (2) 误以为叶绿素a和叶绿素b吸收光谱完全相同——两者都吸收红光和蓝紫光，但吸收峰略有差异。 (3) 误以为类胡萝卜素也能转化光能——类胡萝卜素主要吸收和传递光能，叶绿素a才能将光能转化为化学能。 (4) 误以为叶绿体基质中不含有酶——含有大量与暗反应有关的酶。 (5) 误以为基粒的作用只是支撑类囊体——基粒通过类囊体堆叠，极大地增大了受光面积。 知识点2 光反应与暗反应的过程及联系 1、 总反应式 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 2、 光反应（类囊体薄膜上） (1) 能量变化：光能 → 活跃的化学能（ATP、NADPH中）。 (2) 物质变化： ①水的光解：H2O2H＋＋O2＋2e－。 ②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ATP的合成：ADP + Pi + 能量 酶​ ATP（光合磷酸化）。 (3) 条件：必须有光、色素、酶、水。 (4) 产物：O₂、ATP、NADPH（为暗反应提供能量和还原剂）。 3、 暗反应（叶绿体基质中） (1) 能量变化：活跃的化学能 → 稳定的化学能（有机物中）。 (2) 物质变化（卡尔文循环）： ① CO₂的固定：CO2＋C52C3。 ② C₃的还原：2C3C5＋(CH2O)。 (3) 条件：不需要光（有光无光均可进行），需要酶、CO₂、ATP、NADPH。 (4) 产物：有机物（葡萄糖等）、C₅（循环利用）。 4、 光反应与暗反应的联系 (1) 物质联系：光反应产生的ATP和NADPH供暗反应C₃还原使用；暗反应产生的ADP、Pi和NADP⁺供光反应合成ATP和NADPH使用。 (2) 能量联系：光反应将光能转化为活跃化学能，暗反应将活跃化学能转化为稳定化学能。 (3) 环境联系：光反应需要光，暗反应不需要光；但暗反应受光反应产物（ATP、NADPH）的限制，故整体光合作用需要光。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为光合作用产生的O₂全部来自CO₂——全部来自水（鲁宾和卡门实验结论）。 (2) 误以为暗反应完全不需要光——暗反应不需要光直接参与，但需要光反应提供的ATP和NADPH，故暗反应间接依赖光。 (3) 误以为光反应中的[H]与有氧呼吸中的[H]是同一种物质——光反应中是NADPH（还原型辅酶Ⅱ），有氧呼吸中是NADH（还原型辅酶Ⅰ）。 (4) 误以为C₃还原后只生成有机物——C₃还原后生成有机物和C₅，C₅继续参与CO₂的固定，实现循环利用。 (5) 误以为停止光照后，暗反应立即停止——停止光照后，光反应停止，ATP和NADPH耗尽，暗反应才会逐渐停止。 (6) 误以为CO₂的固定需要ATP供能——CO₂的固定（CO₂+C₅→2C₃）不需要ATP，C₃的还原才需要ATP和NADPH。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.光合作用光反应阶段产生的ATP和NADPH，除了用于暗反应C₃的还原外，也可用于植物细胞的其他生命活动（如根细胞主动运输吸收矿质元素）。（ ） 2.在光反应阶段，水光解产生的电子（e⁻）和质子（H⁺）最终与NADP⁺结合生成NADPH，此过程不需要酶的催化。（ ） 3.光合作用暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，该阶段包括CO₂的固定和C₃的还原两个过程。（ ） 4.暗反应中C₃的还原不仅需要光反应提供的ATP和NADPH，还需要多种酶（如Rubisco酶）的催化。（ ） 5.在C₃的还原过程中，ATP水解为ADP和Pi，ATP中的化学能全部转移到有机物中储存起来。（ ） 6.光合作用过程中产生的O₂全部来自于光反应阶段水的光解，与暗反应阶段无关。（ ） 7.若突然中断CO₂的供应，短时间内叶绿体基质中C₃的含量会增加，C₅的含量会减少。（ ） 8.若突然停止光照，短时间内叶绿体基质中C₃的含量会减少，ATP和NADPH的含量会迅速下降。（ ） 9.光合作用过程中，ATP从叶绿体类囊体薄膜移向叶绿体基质供能，ADP则从叶绿体基质移向类囊体薄膜用于重新合成ATP。（ ） 10.光合作用是将光能转化为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，再将活跃的化学能转化为稳定的化学能储存在糖类等有机物中。（ ） 考向01 光反应与暗反应的物质联系及环境骤变分析 5．如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。下列相关叙述正确的是（     ） A．物质a、b分别代表和 B．过程②发生在膜上，过程①③④发生在基质 C．过程②③在光下才能进行，①④无光条件也能进行 D．过程②产生的还原型辅酶为NADPH，④产生的还原型辅酶为NADH 6．科研团队研究了C4植物（如玉米）和C3植物（如小麦）在三种环境条件下的光合速率（μmol CO2·m-2·s-1），结果如表所示。已知玉米的叶肉细胞和维管束鞘细胞通过“CO2泵（CO2浓缩”）机制（将空气中的CO2“泵”到植物细胞一个局部高浓度CO2的环境中）协同完成光合作用，其PEP羧化酶对CO2亲和力极高。下列叙述错误的是（　　） 植物类型 适宜条件（25℃，正常光） 高温、强光（40℃，强光） 低CO2浓度（150ppm） 玉米 35 32 30 小麦 30 15 10 A．玉米光合速率高于小麦，与C4植物高效转运和固定CO2的机制有关 B．高温、强光下小麦光合速率下降，与其气孔开度减小导致CO2吸收受阻有关 C．与适宜条件比，低CO2浓度下，小麦叶绿体基质中C3含量增加，C5含量减少 D．低CO2浓度下玉米光合速率变化不大，体现了PEP羧化酶高亲和力维持碳固定的优势 考向02 光合作用总反应式的元素去向与[H]的辨析 7．科学家在对光合作用的探究中相继进行了多个经典实验。下列关于相关实验的叙述，错误的是（　　） 实验过程及结果 实验结论 A 在黑暗中用极细的光束照射水绵，需氧细菌只向叶绿体被照射的部位集中 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 C 在离体叶绿体悬浮液（没有CO2）中加入铁盐，在光照下释放出O2 植物光合作用产生O2的氧元素全部来自水 D 用14CO2供小球藻进行光合作用，经检测放射性先后出现在C3、C6中 光合作用过程中碳元素转移路径：CO2→C3→（CH2O） A．A B．B C．C D．D 8．某植物细胞内光能转化、储存和利用的部分途径如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．过程①产生的ATP和NADPH可用于细胞呼吸过程中有机物的分解 B．过程②中活跃化学能转变成稳定化学能仅依赖CO2的固定和C3的还原 C．有机物中稳定化学能转化为ATP中活跃化学能的过程可发生在线粒体中 D．若该类细胞经过程①②形成的有机物大于过程③④消耗的有机物，则该植物一定生长 考点三 影响光合作用的因素及原理应用 知●识●解●构 知识点1 影响光合作用的外部因素与曲线解读 1、 光照强度 (1) 曲线特征：在一定范围内，光合速率随光照强度增强而加快；超过光饱和点后，光合速率不再增加（受CO₂浓度、酶数量等限制）。 (2) 关键点： 光补偿点：光合速率 = 呼吸速率时的光照强度（此时有机物积累为零）。 光饱和点：光合速率达到最大值时的最低光照强度。 (3) 应用：阴生植物光补偿点和光饱和点均低于阳生植物；温室栽培可适当增强光照。 2、 CO₂浓度 (1) 曲线特征：在一定范围内，光合速率随CO₂浓度升高而加快；超过CO₂饱和点后，光合速率不再增加。 (2) 关键点： CO₂补偿点：光合速率 = 呼吸速率时的CO₂浓度。 CO₂饱和点：光合速率达到最大值时的CO₂浓度。 (3) 应用：温室大棚施用农家肥（微生物分解产生CO₂）、通风换气，提高CO₂浓度。 3、 温度 (1) 曲线特征：通过影响酶活性呈钟形曲线，最适温度时光合速率最高。 (2) 应用：温室栽培白天适当升温，晚上适当降温（增大昼夜温差），减少有机物消耗。 4、 水分和矿质元素 (1) 水分：水是光合作用的原料，也是植物体内物质运输的介质；缺水会导致气孔关闭，CO₂供应不足，光合速率下降。 (2) 矿质元素：N（叶绿素、酶）、Mg（叶绿素）、P（ATP、NADPH）、K（促进有机物运输）等。 5、 多因素综合曲线 分析曲线时，需遵循“单一变量原则”。如P107图5-16中，Q点限制光合速率的因素是温度，P点限制因素是CO₂浓度。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为光照强度越强光合作用越强——超过光饱和点后，光合速率不再增加，甚至因强光破坏色素而下降。 (2) 误以为CO₂浓度越高光合作用越好——过高会导致气孔关闭（CO₂中毒），光合速率下降。 (3) 误以为光补偿点时植物不生长——光补偿点时有机物积累为零，但白天光合>呼吸，夜间呼吸消耗，长期会生长不良。 (4) 误以为阴生植物不适强光是因为叶绿素含量低——阴生植物叶绿素含量高，但光饱和点低，强光会破坏其光合结构。 (5) 误以为温度只影响暗反应——温度通过影响酶活性同时影响光反应（如ATP合成酶）和暗反应。 知识点2 光合作用原理在农业生产中的应用 1、 提高光能利用率 (1) 延长光合作用时间：轮作（一年两熟或三熟），延长单位土地面积上植物的光合时间。 (2) 增加光合作用面积：合理密植（避免过密导致下部叶片光照不足，过稀浪费光能和土地）；间作套种（高秆与矮秆作物搭配，充分利用不同层次的光照）。 (3) 光照强弱的控制：温室大棚使用无色透明薄膜（透过所有光）；阴雨天补充人工光照（红光或蓝紫光LED灯）。 2、 提高光合作用效率 (1) 控制适宜温度：温室栽培白天适当升温，夜间适当降温（增大昼夜温差），减少呼吸消耗。 (2) 适当增加CO₂浓度：通风换气；施用农家肥（微生物分解产生CO₂）；使用CO₂发生器。 (3) 合理施肥：适时适量施加N、Mg、P、K等矿质元素，保证叶绿素、酶、ATP等的合成。 3、 化能合成作用 (1) 概念：某些细菌（如硝化细菌）利用体外环境中的NH₃氧化释放的化学能，将CO₂和水合成为有机物，供自身利用。 (2) 实例：硝化细菌将NH₃氧化为HNO₂，再氧化为HNO₃，利用释放的化学能将CO₂和H₂O合成糖类。 (3) 自养生物：包括光合自养生物（绿色植物、蓝细菌）和化能自养生物（硝化细菌、铁细菌等）。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为合理密植越密越好——过密会导致下部叶片光照不足，光合<呼吸，且通风不良，CO₂供应不足。 (2) 误以为温室大棚用有色薄膜更好——有色薄膜会过滤部分光，降低透光率，无色透明薄膜最好。 (3) 误以为化能合成作用也属于光合作用——化能合成作用利用的是化学能，光合利用的是光能，二者本质不同。 (4) 误以为硝化细菌是异养生物——硝化细菌能自己合成有机物，属于自养生物。 (5) 误以为提高CO₂浓度就能无限增产——CO₂浓度过高会导致气孔关闭，且受光反应产物（ATP、NADPH）的限制。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.光照强度直接影响光合作用的光反应阶段，光照越强，光反应产生的ATP和NADPH就一定越多。（ ） 2.温室大棚种植蔬菜时，白天适当提高温度、夜间适当降低温度，有利于提高蔬菜的产量。（ ） 3.CO₂浓度主要影响光合作用的暗反应阶段，适当增加CO₂浓度一定能提高光合速率。（ ） 4.光照突然停止，短时间内叶绿体中C₅的含量会增加，C₃的含量会减少。（ ） 5.在夏季晴朗的中午，植物为了降低蒸腾作用而关闭气孔，会导致光合作用速率明显下降，这种现象称为“光合午休”。（ ） 6.温度通过影响酶的活性来影响光合作用，因此温室栽培中温度越高，植物光合作用速率就越快。（ ） 7.施用农家肥（有机肥）能有效提高温室大棚内的CO₂浓度，主要原因是农家肥富含有机物，能被植物根系直接吸收利用并释放CO₂。（ ） 8.阳生植物的光补偿点和光饱和点都高于阴生植物，因此在大棚种植中应优先选择阳生植物以提高产量。（ ） 9.合理密植既能提高光能利用率，又能保证田间的通风透光，从而增加CO₂供应，是提高作物产量的重要措施。（ ） 10.在探究光照强度对光合作用强度影响的实验中，可通过调节台灯与实验装置的距离来控制光照强度。（ ） 考向01 单因素与多因素曲线解读及关键点移动规律 9．取桑苗的离体叶肉细胞和叶绿体制备悬浮液，在不同光照强度下分别测定O₂释放速率并构建数学模型如图所示。假设叶肉细胞和叶绿体离体前后生理活性保持不变，下列叙述错误的是（     ） A．在叶绿体悬浮液中加入氧化剂，在光照下可以释放O2 B．乙曲线表示叶绿体悬浮液中离体叶绿体的O2释放速率 C．当悬浮液处于A点对应光照强度时，类囊体薄膜上可进行ATP的合成 D．在光饱和点之前，叶绿体悬浮液的O2释放速率随光照强度增强而加快 10．将正常生长的甲、乙植物分别放置在提供光照的两个相同的密闭小室中，其他培养条件相同，定期测量小室中的O2浓度，得到如图所示曲线。下列说法错误的是（    ） A．光照强度为a时，甲的叶肉细胞中会产生O2 B．当光照强度长时间大于a小于b时，乙会比甲先死亡 C．b点时均补充等量CO2，甲小室中O2增加速率比乙大 D．过高密度种植，对甲光合速率的影响大于乙 考向02 农业生产措施的原理综合应用 11．我国的历史悠久，劳动人民积累、总结了大量生产实践经验，如：①玉米、小麦和水稻收获后晒干了再进仓；②水稻分蘖(植物在接近地面处发生分枝)后，在晴天将田中的水排尽并“烤田”；③在果实成熟季节昼夜温差大的区域种植苹果、西瓜等；④对农作物进行合理密植，并“正其行，通其风”；⑤在黏性较大的黄泥巴地里埋入一些作物秸秆并多施用农家肥；⑥在同一块田上，一定年限内按一定顺序逐年轮换种植不同作物，即进行轮作；⑦夏季每天适当对菊花植株进行遮光，缩短菊花植株的光照时间。下列相关叙述错误的是（　　） A．①②涉及减少无氧呼吸对作物的影响 B．④⑤⑦有利于为农作物提供充足的CO2，提高产量 C．③利用了温度对代谢活动影响提高产量 D．⑥能在一定程度上控制农作物害虫 12．温室栽培番茄时，可通过调控光照、温度等条件提高产量。下列做法不合理的是（    ） A．选择绿色透光的棚膜 B．适当延长光照时间 C．保持合理的昼夜温差 D．适当增加CO2浓度 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构 知识溯源：捕获光能的色素和结构 1．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）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___________。 题组二 情景设定：牡丹绿色系品种“豆绿”花瓣绿色逐渐变化 知识溯源：叶绿体色素的提取和分离 2．（2025·贵州·高考真题）牡丹绿色系品种“豆绿”开花初期花瓣绿色逐渐加深，中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素，其合成与降解需多种酶参与。回答下列问题： (1)开花初期花瓣绿色逐渐加深，影响这一过程的主要环境因素是______，叶绿素分布在叶绿体的______上，开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是______。 (2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化，需在不同时间取样，并将样品低温保存，低温保存的目的______。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是______。 (3)研究表明，PSNAC5蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。下图所示为“豆绿”开花初期PSNAC5基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。据图推测，PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是______。（答出2点） 题组三 情景设定：植物光合作用反应过程的部分原料和产物 知识溯源：光反应和暗反应过程 3．（2026·北京·高考真题）下表给出了植物光合作用反应过程的部分原料和产物。 反应过程 原料 产物 ① H2O O2 ② NADP+ NADPH ③ ADP ATP ④ CO2 （CH2O） 对上述反应过程的叙述，错误的是（     ） A．①只有在光下才能进行 B．①②③在叶绿体基质中进行 C．④所需的还原剂为NADPH D．④消耗ATP和NADPH中的能量 题组四 情景设定：“神奇”动物海蛞蝓选择性保留所摄食藻类中的叶绿体 知识溯源：叶绿体结构功能 4．（2026·江西·高考真题）“神奇”动物海蛞蝓能选择性保留所摄食藻类中的叶绿体，并用一层膜包裹形成宿主衍生细胞器“盗食体”。“盗食体”内的叶绿体可合成部分光合蛋白，在一段时间内保持光合能力；“盗食体”可利用转运蛋白维持内部环境相对稳定。下列关于“盗食体”内叶绿体的推测，合理的是（　　） A．编码光合色素蛋白的基因来自海蛞蝓细胞核 B．需要海蛞蝓细胞为其提供原料进行光合作用 C．叶绿体外膜与海蛞蝓细胞膜的蛋白结构相同 D．能够通过分裂实现增殖以维持光合作用能力 题组五 情景设定：某干旱农业区农光互补系统 知识溯源：光合作用的过程及影响因素 5．（2026·四川·高考真题）农光互补能在同一片土地上兼顾太阳能光伏发电与农业生产，有利于推动资源综合利用。在某干旱农业区农光互补系统的光伏板下，光照强度最大值降低近75%，研究人员测定了该系统对某作物净光合速率的影响，结果如图1。回答下列问题。 (1)光合作用与农作物的产量联系密切，_________________作为直接原料参与植物的光合作用。 (2)11:00到15:00期间，与全日照相比，农光互补系统下该作物的净光合速率更高，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)农光互补系统下，该作物全天光合作用吸收CO2总量较全日照下__________。 (4)正常灌溉是全日照下的最适灌溉。推测在农光互补系统中，适当减量灌溉更适合该作物生长，从而提高产量。有人测量了不同处理下该作物的产量，正常灌溉组应为图2中的________组，请综合分析后，在图2方框内画出符合上述推测的实验结果________。 题组六 情景设定：质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE） 知识溯源： 光合作用的影响因素 6．（2026·河南·高考真题）质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE）的产量显著高于野生型水稻（WT）。为探究H-OE增产的机制，研究人员在光饱和点时测定两种水稻的相关指标，结果如下表所示。 材料 气孔导度(mol·m-2·s-1) 净光合速率(µmol·m-2·s-1) 吸收速率(µmol·g-1·h-1) WT 0.61 20.5 58.4 H-OE 1.25 27.5 75.3 注：气孔导度反映气孔开放的程度。 回答下列问题： (1)光合作用强度是指________，直接关系到农作物产量。除CO2供应量和无机营养之外，影响光合作用强度的环境因素还有________（答出两点即可）。 (2)与WT相比，H-OE的气孔导度提高约105%，净光合速率仅提高约34%，此时还制约CO2供应量的环境因素为________。质膜H+-ATP酶通过________（填运输方式）将H+泵至膜外，建立H+梯度，促进吸收。 (3)从物质代谢和能量供应两个角度分析，吸收更多的氮元素在提高H-OE光合作用强度中的作用为________（每个角度各答出一点），无机碳被固定也能提高H-OE对氮元素的吸收速率，原因是________（每个角度各答出一点）。 情境探究·素养拓展 ——深挖素材脉络，规范长句作答 1．（2026·江西·模拟预测）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200μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400μmol·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，结果见如下表。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)从能量的角度分析，与对照组相比，甲组光合作用的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)根据本研究中___________(填组别)的生理指标对比分析可得出，在冬季温室种植番茄时，光照强度加倍比CO2浓度加倍提高番茄产量的效果更好。 (4)除增加光照强度和CO2浓度外，适量增施农家肥也能提高光合作用速率，原因是：___________。 2．（2026·辽宁·模拟预测）学习以下内容，回答问题： I．虽然光是植物光合作用的根本推动力，没有光植物便不能进行光合作用，光不足则不能高速地进行光合作用，可是光过剩对植物来说也不是好事。当叶片接受的光能超过它所能利用的量时，光可以引起光合活性的降低，这就是光合作用的光抑制现象。最新的研究成果认为，可能的机理主要是光能过剩时，过多还原力的形成引起NADP+不足使电子传递给O2，形成超氧阴离子自由基(O)；另一方面会导致还原态电子(e-)的积累，形成三线态叶绿素(chlT)，chlT与分子氧反应生成单线态氧(1O2)(氧分子的一种激发态)，破坏叶绿素和PSⅡ(由蛋白质和光合色素组成的复合物)反应中心的D1蛋白(PSⅡ的核心亚基蛋白)，从而损伤光合结构。 (1)根据上述内容分析，PSⅡ位于植物细胞的___________上；分离植物叶肉细胞中的4种光合色素，随层析液在滤纸上扩散速度最慢的色素主要吸收可见光中的___________光。 (2)当光照突然减弱时，光反应产物中的___________减少，会抑制二氧化碳还原为糖的一系列反应。若长期处于弱光条件，植物叶绿体的发育会产生适应性变化，___________数目会增加。 (3)从光反应和暗反应物质联系的角度来分析，强光条件下NADP+不足的原因是___________。 (4)在强光下科研人员通过添加人工电子梭显著增强了小球藻叶绿体释放氧气的能力，从而有效解除了光合作用的光抑制现象。据信息分析，该方法能有效解除光抑制的机制是___________。 Ⅱ．科学家研究发现，细胞也可通过非光化学淬灭(NPQ)减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：修复损伤的PSⅡ；参与NPQ的调节。科研人员以野生型拟南芥和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。请根据相关信息回答： (5)①该实验的自变量为___________，两组实验应在CO2浓度、温度等一致的环境条件下进行。 ②若测得突变体的光合作用强度高于野生型，结合题图分析，推测其原因可能是___________。 ——梳理实验脉络,强化探究逻辑 3．（2026·浙江·模拟预测）同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律，如在追踪光合作用中O2的来源、二氧化碳中的碳是如何转化为有机物中的碳的研究过程中，科学家们都使用了同位素标记法。回答下列问题： (1)兴趣小组进行“追踪光合作用中O2的来源”的模拟实验（如图）：用H218O和普通的CO2进行甲组实验，用C18O2和普通的H2O 进行乙组实验。能否通过检测两组实验收集到的O2是否具有放射性作为得出结论的依据？_____，原因是_____。 (2)科学家曾经进行如下实验：向小球藻悬浮液中通入14CO2→用“14CO2同化处理不同的时间→用沸腾的酒精处理→蒸发浓缩→双向纸层析→放射自显影。 ①用沸腾的酒精处理的目的是_____； ②双向纸层析是一种常见的物质分离方法，在第一种层析系统进行第一向层析后，将滤纸烘干，旋转90°，用另一层析系统进行第二向层析，纸层析法分离不同物质的原理是_____。 ③做实验时发现：通入14CO2仅30秒后杀死小球藻，提取到的放射性产物就多达几十种；缩短时间到7秒，放射性产物减少到了12种。若要确定CO2被固定生存的第一种产物是什么，实验的思路是_____。 ④如果CO2首先与物质甲结合生成了该产物，则突然停止供应CO2，物质甲的含量应该_____。对大多数绿色植物来说，物质甲最可能是_____。 (3)研究者给盆栽植物浇灌H218O，一段时间后，植株周围空气中出现含18O的物质，请列举3种：_____。 4．（2026·山东·模拟预测）“绿叶中色素的提取和分离”是高中生物的经典实验，某同学按下列步骤进行实验：①取新鲜菠菜叶5g，剪碎放入研钵；②加入少量石英砂、5mL无水乙醇和1mL碳酸钙，研磨；③过滤得到滤液；④用毛细吸管在滤纸条上画滤液细线，待干燥后重复画3次；⑤将滤纸条放入层析液中，层析液液面低于滤液细线；⑥一段时间后取出滤纸条，观察色素带。 回答下面的问题 (1)该同学绘制的滤纸条色素带示意图如下，请标注出①②③④对应的色素名称：①________；②________；③________；④________。 (2)步骤②中加入碳酸钙的作用是________，若未加入碳酸钙，滤纸条上________（填色素带序号）的颜色会变浅。 (3)步骤④中“重复画3次”的目的是________，若滤液细线画得过粗，会导致________。 (4)若该同学用红色苋菜叶代替菠菜叶进行实验，滤纸条上会出现额外的红色色素带，该色素是________，其是否属于光合色素？________（填“是”或“否”），原因是________。 ——科技前沿改编，开放选拔特训 5．（2026·天津·模拟预测）高等植物含有光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），其过程如图1所示，其中e为电子（含有的电能可转化为化学能），甲、乙和数字表示反应过程。在强光下，能量可传递给分子氧产生氧自由基，会破坏类囊体膜结构，使光合系统无法充分利用光能，导致光合速率下降产生光抑制（光系统转化光能的相对效率降低）。科研人员采用不同强光处理的方法研究了PSⅠ光抑制对小麦叶片PSⅡ以及整个光合电子传递链活性的影响，研究结果如图2．请回答： 持续强光 频闪强光 起始（0h） 3h 起始（0h） 3h PSⅡ转化光能的相对效率 0．81 0．73 0．82 0．75 PSⅠ转化光能的相对效率 0．79 0．72 0．83 0．47 PSⅡ受体开放程度 0．79 0．75 0．79 0．43 PSⅡ自身活性 0．70 0．50 0．70 0．65 图2 (1)据图分析，PSII和PSI分布在_____上，②③过程分别为_____。 (2)PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物具有吸收、传递、转化光能的作用。O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过_____吸收利用的。NADPH中的化学能来自_____吸收和转换的光能。 (3)叶肉细胞中，ATP合成酶除了在类囊体腔中有分布外，在_____处也有分布，图中ATP合成酶所具有的作用有_____、_____。 (4)将强光处理过的小麦叶片立即置于低于光合作用饱和光强的中低光强下，光抑制往往需要经过许多小时甚至几天才能完全恢复，原因可能是_____，无法立即修复。 (5)据图与表分析，频闪强光处理下对PSⅠ的光抑制程度比对PSⅡ更明显，判断的依据是_____。 (6)研究表明在PSⅡ光抑制程度相同的情况下，频闪强光处理时叶片PSⅡ的电子传递活性的下降幅度远大于持续强光处理叶片。PSⅡ的电子传递活性取决于PSⅡ自身活性以及PSⅡ电子受体的开放程度，据表分析，频闪强光处理限制PSⅡ电子传递主要与_____有关。 6．（2026·重庆·模拟预测）如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol⋅L-1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。水稻光合作用暗反应仅在叶肉细胞中进行。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol⋅L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)水稻光合作用暗反应所需的CO2的来源有____。 (2)根据题干信息分析，下列细胞中能进行光呼吸的有____（多选）。 A．水稻叶肉细胞 B．水稻维管束鞘细胞 C．玉米叶肉细胞 D．玉米维管束鞘细胞 (3)PEP与CO2在PEPC的作用下形成第一种C4化合物——草酰乙酸，草酰乙酸再被NADPH还原成第二种C4化合物——苹果酸，后者可通过叶肉细胞和维管束鞘细胞之间的通道____进入维管束鞘细胞，在相应酶的作用下释放出CO2再进行卡尔文循环。 (4)玉米籽粒中富含淀粉，其合成过程主要是：首先在叶肉细胞中通过卡尔文循环合成光合还原产物____（填具体名称），该产物跨____（填结构名称）转运到细胞质基质中合成X后，再通过韧皮部的筛管将X长距离运输到胚乳细胞，随后在____的催化下将其水解为单糖，然后在一系列酶的作用下以单糖为原料合成淀粉。 (5)在干旱、高光照条件下，玉米的光合作用强度高于水稻。原因包括____（多选）。 A．玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高 B．玉米叶肉细胞的叶绿体生成ATP和NADPH的能力更强 C．高光照条件下玉米可以通过维管组织将光合产物及时转移 D．玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲 光合作用 答案版 考点精讲·靶向突破 考点一 探究光合作用原理的实验 即●时●演●练 考向01 光合经典实验的变量分析与结论推导 1．C 2．B 考向02 叶绿体结构与色素功能的适应性分析 3． C 4． B 考点二 光合作用的过程 考●向●破●译 考向01 光反应与暗反应的物质联系及环境骤变分析 5．D 6．C 考向02 光合作用总反应式的元素去向与[H]的辨析 7．C 8．C 考点三 影响光合作用的因素及原理应用 考●向●破●译 考向01 单因素与多因素曲线解读及关键点移动规律 9．B 10．C 考向02 农业生产措施的原理综合应用 11．B 12．A 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构 知识溯源：捕获光能的色素和结构 1．【答案】(1) 叶绿素a 变浅 增多 还原 (2)类囊体 (3) 丙 L蛋白兼具调控叶绿素合成与协助LHCP转运的双重功能，而S蛋白仅参与LHCP的转运 (4)突变体中转入正常的L基因表达载体，让其重新表达L蛋白；向突变体中转入不含L基因的空表达载体 题组二 情景设定：牡丹绿色系品种“豆绿”花瓣绿色逐渐变化 知识溯源：叶绿体色素的提取和分离 2．【答案】(1) 温度和光照 类囊体薄膜 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，绿光被反射出来 (2) 低温条件下，酶活性低，叶绿素不易被降解 无水乙醇 (3)PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达，抑制了与叶绿素分解相关基因的表达 题组三 情景设定：植物光合作用反应过程的部分原料和产物 知识溯源：光反应和暗反应过程 3．B 题组四 情景设定：“神奇”动物海蛞蝓选择性保留所摄食藻类中的叶绿体 知识溯源：叶绿体结构功能 4．B 题组五 情景设定：某干旱农业区农光互补系统 知识溯源：光合作用的过程及影响因素 5．【答案】(1)CO2和H2O (2)该时间段内温度较高，植物因蒸腾作用过强导致关闭气孔，二氧化碳吸收量减少，光合速率下降；农光互补系统下光伏板遮光导致光照强度降低，蒸腾作用减弱，气孔关闭程度小，二氧化碳吸收量较多，净光合速率更高 (3)更大 (4) A 题组六 情景设定：质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE） 知识溯源： 光合作用的影响因素 6．【答案】(1) 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类（产生O2、固定CO2）的数量 光照强度、温度、水分 (2) 温度 主动运输 (3) 物质代谢：氮是叶绿素（或光合作用相关酶）的组成元素，更多氮可合成更多叶绿素/光合酶，提升光反应/暗反应速率；能量供应：氮参与呼吸酶合成，增强细胞呼吸，产生更多ATP为光合作用供能 无机碳固定生成的有机物可为氮素转运载体合成提供原料，增加载体数量；光合产物促进呼吸作用产生更多ATP，为根系主动吸收氮元素提供更多能量 情境探究·素养拓展 ——深挖素材脉络，规范长句作答 1.【答案】(1) 无水乙醇 红光 (2) ATP和NADPH 丙组虽然气孔导度略低于甲组，但环境中CO2浓度更高，CO2扩散进入细胞间隙的驱动力大，使得胞间CO2浓度升高 (3)对照组、甲组、乙组 (4)农家肥中的有机物经微生物分解后，为植株提供无机盐和CO2 2.【答案】(1) 类囊体薄膜(叶绿体的类囊体薄膜) 红光和蓝紫 (2) ATP、NADPH 类囊体(基粒) (3)强光下光反应产生的NADPH多于暗反应消耗的量，导致光反应中NADP+供应不足(合理即可) (4)添加人工电子梭使叶绿体中O2的浓度下降，产生O和1O2(或超氧阴离子自由基和单线态氧)的量减少，降低了D1蛋白(或PSⅡ)受损伤的程度(合理即可) (5) 光、H蛋白[答光能/光能(有无)/光照有无/强光有无、H基因均可] 突变体的NPQ强度更大，NPQ减少PSⅡ损伤的功能强于H蛋白的修复功能(合理即可) ——梳理实验脉络,强化探究逻辑 3.【答案】(1) 不能 18O是稳定同位素，不具有放射性 (2) 杀死细胞，提取产生的有机物 溶解度高的物质随层析液在滤纸上扩散快，反之则慢 继续缩短杀死小球藻的时间，直至放射性产物只有一种 增多 C5化合物 (3)H218O、18O2、C18O2 4.【答案】(1) 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b (2) 防止叶绿素被酸性物质破坏 ③④ (3) 增加滤液细线中色素的含量，使色素带更清晰 色素带重叠 (4) 花青素 否 花青素不参与光合作用，且不存在于叶绿体中（或存在于液泡中） ——科技前沿改编，开放选拔特训 5.【答案】(1) 叶绿体类囊体薄膜 CO2的固定、C3的还原 (2) PSⅡ PSⅠ和PSⅡ (3) 细胞质基质和线粒体 催化ATP的形成 H+的载体 (4)强光下产生的氧自由基破坏了类囊体薄膜的膜结构和光系统蛋白 (5)频闪强光处理下对PSⅠ的相对效率由0.83降到0.47，大于PSⅡ的相对效率由0.82降到0.75的减小值 (6)PSⅡ受体开放程度 6.【答案】(1)外界环境、细胞呼吸、光呼吸 (2)AD (3)胞间连丝 (4) 3-磷酸甘油醛 叶绿体膜 蔗糖酶/蔗糖水解酶 (5)ACD 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲 光合作用 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 知识建联·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，突破命题考向 知识解构+即时演练+高分破译 考点一 探究光合作用原理的实验 知识点1 光合作用的发现史（经典实验分析） 知识点2 叶绿体色素的提取和分离 知识点3 探究·实践——环境因素对光合作用强度的影响 考点二 光合作用的过程 知识点1 捕获光能的色素和结构 知识点2​光反应与暗反应的过程及联系 考点三 影响光合作用的因素及原理应用 知识点1 影响光合作用的外部因素与曲线解读 知识点2​光合作用原理在农业生产中的应用 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构 知识溯源：捕获光能的色素和结构 题组二 情景设定：牡丹绿色系品种“豆绿”花瓣绿色逐渐变化 知识溯源：叶绿体色素的提取和分离 题组三 情景设定：植物光合作用反应过程的部分原料和产物 知识溯源：光反应和暗反应过程 题组四 情景设定：海蛞蝓选择性保留所摄食藻类中的叶绿体 知识溯源：叶绿体结构功能 题组五 情景设定：情景设定：某干旱农业区农光互补系统 知识溯源：光合作用的过程及影响因素 题组六 情景设定：质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE） 知识溯源： 光合作用的影响因素 05 情境探究·素养拓展 深挖素材脉络，规范长句作答 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 考查概述 从命题题型与内容看，高考对光合作用的考查融合选择题与非选择题，侧重基础知识迁移、综合分析能力与实验设计能力，核心覆盖：光合作用的过程（光反应与暗反应的联系、物质与能量转化、C₃/C₅含量变化分析）；影响光合作用的环境因素（光照、CO₂、温度、水分、矿质元素等）；光合作用原理的应用（农业生产实践：大棚种植、作物育种、光合午休的应对等）。 考查形式 选择题： 聚焦概念辨析（如光系统与光反应场所、C₃/C₅变化规律、总反应式配平）与图像分析（如曲线拐点分析、柱状图数据解读）； 非选择题： 依托生命情境（如设施农业增产措施、不同植物光合特性比较、生态修复中的光合适应），考查光合速率的测定与分析、环境因素对光合速率的影响机制及科学探究能力。 课标要求 明确目标 1. 阐明光合作用的概念与过程：概括光反应和暗反应的物质变化和能量变化，理解两者之间的相互联系；阐明环境因素对光合作用强度的影响。（生命观念、科学思维） 2. 探究环境因素对光合作用强度的影响：设计实验方案（如探究光照强度、CO₂浓度的影响），分析结果并得出结论；解释生产生活中的相关现象。（科学探究、社会责任） 3. 分析光合作用原理的应用：运用光合原理解释农业生产中提高作物产量的措施（如合理密植、轮作、补充光照或CO₂等），关注粮食安全与生态农业。（科学思维、社会责任） 高考前沿 1. 探究光合作用原理的实验 2026·贵州卷，3；2026·陕晋青宁卷，17；2026·云南卷，4；2025·天津卷，6；2025·贵州卷，17；2025·浙江6月卷，22；2025·四川卷，16；2025·山东卷，13； 2. 光合作用的过程 2026·北京卷，3；2026·湖北卷，4；2026·江西卷，6；2026·四川卷，16；2026·河南卷，17；2025·广西卷，18；2025·重庆卷，16；2025·江苏卷，21； 3. 影响光合作用的因素及原理应用 2026·湖北卷，10；2026·江西卷，13；2026·安徽卷，16；2026·浙江1月卷，9；2025·海南卷，16；2025·江西卷，20；2025·湖南卷，17； 知识建联·脉络梳理 ——搭建知识框架，构建系统思维 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，突破命题考向 自主研学·梳理教材 1. 说出光合作用发现史经典实验的核心结论：恩格尔曼证明叶绿体是光合作用场所，红光和蓝紫光光合效率最高；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的O₂全部来自水；卡尔文用¹⁴C标记CO₂探明了碳的转移路径（卡尔文循环）。 2. 明确鲁宾和卡门实验中同位素的性质：实验使用的¹⁸O属于稳定性同位素，无放射性，不能通过检测放射性追踪，需通过密度梯度离心或质谱法检测，该实验彻底否定了“光合作用释放的O₂来自CO₂”的错误认知。 3. 说明色素提取与分离实验的试剂功能：无水乙醇用于提取色素（色素易溶于有机溶剂）；层析液用于分离色素（不同色素溶解度不同）；二氧化硅使研磨更充分；碳酸钙中和细胞液中的有机酸，防止叶绿素被破坏。 4. 掌握色素分离实验的操作要点：滤纸条需剪去两角，避免层析液在边缘扩散过快导致色素带不整齐；滤液细线需细、直、齐，待干后重复画2-3次以增加色素含量；滤液细线绝对不能触及层析液，否则色素会溶解在层析液中无法分离。 5. 识记四条色素带的特征与功能：由上至下依次为胡萝卜素（橙黄色，溶解度最高，吸收蓝紫光）、叶黄素（黄色，吸收蓝紫光）、叶绿素a（蓝绿色，含量最多，可转化光能）、叶绿素b（黄绿色，吸收和传递光能）；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，对绿光吸收最少故叶片呈绿色。 6. 阐述叶绿体的结构与功能适应性：叶绿体具有双层膜，类囊体堆叠形成基粒，极大增大了膜面积；类囊体薄膜上分布有光合色素和光反应所需的酶，是光反应的场所；基质中含有暗反应所需的多种酶，以及少量DNA和核糖体，属于半自主细胞器。 7. 默写光合作用总反应式并明确元素去向：总反应式为CO2＋H2O(CH2O)＋O2 8. 说明光反应的过程与能量转化：光反应在类囊体薄膜上进行，需光、色素和酶参与；能量变化为光能→活跃的化学能（储存在ATP和NADPH中）；物质变化包括水的光解和ATP的合成；光反应为暗反应提供ATP和NADPH。 9. 说明暗反应的过程与能量转化：暗反应在叶绿体基质中进行，不需要光直接参与，但需光反应提供的ATP和NADPH；能量变化为活跃的化学能→稳定的化学能（储存在有机物中）；物质变化包括CO₂的固定和C₃的还原；注意CO₂的固定不需要ATP供能，C₃还原需要ATP和NADPH。 10. 分析环境条件骤变时相关物质含量的瞬时变化：突然停止光照，光反应停止，ATP、NADPH含量下降，C₃还原受阻导致C₃含量上升，C₅生成减少导致C₅含量下降；突然降低CO₂浓度，CO₂固定受阻导致C₅含量上升，C₃生成减少导致C₃含量下降，ATP、NADPH因消耗减少而积累。 11. 辨析光反应与暗反应的联系：物质上，光反应产生的ATP、NADPH供暗反应使用，暗反应产生的ADP、Pi、NADP⁺供光反应合成ATP、NADPH；能量上，光反应将光能转化为活跃化学能，暗反应将活跃化学能转化为稳定化学能；暗反应间接依赖光，因为需要光反应的产物。 12. 解读光照强度对光合速率的影响曲线：在一定范围内，光合速率随光照强度增强而加快；光补偿点是光合速率等于呼吸速率时的光照强度，此时有机物积累为零；光饱和点是光合速率达到最大值时的最低光照强度；阳生植物的光补偿点和光饱和点均高于阴生植物；夏季正午光合午休的主要原因是光照过强导致气孔关闭，CO₂供应不足。 13. 解读CO₂浓度对光合速率的影响曲线：在一定范围内，光合速率随CO₂浓度升高而加快；CO₂补偿点是光合速率等于呼吸速率时的CO₂浓度；CO₂饱和点是光合速率达到最大值时的CO₂浓度；农业生产中通风、施用农家肥可提高CO₂浓度，增强光合速率。 14. 说明温度对光合作用的影响及应用：温度通过影响酶的活性影响光合速率，呈钟形曲线，最适温度时光合速率最高；温室栽培可白天适当升温促进光合，夜间适当降温抑制呼吸，增大昼夜温差以减少有机物消耗。 15. 分析多因素综合曲线的限制因素：以P107图5-16为例，低光照强度下，光照强度是光合速率的主要限制因素；光照强度充足、CO₂浓度较低时，CO₂浓度是限制因素；光照和CO₂均充足时，温度成为限制因素。 16. 阐明化能合成作用的概念与实例：硝化细菌等自养生物可利用体外环境中NH₃氧化释放的化学能，将CO₂和水合成为有机物；化能合成作用与光合作用的本质区别是能量来源不同（化学能vs光能），二者均属于自养型生物。 17. 归纳光合作用原理在农业生产中的应用：合理密植可避免下部叶片光照不足，间作套种可充分利用不同层次的光照；温室使用无色透明薄膜可透过全光谱光，人工补光优先选用红光或蓝紫光LED灯；增施N、Mg、P等矿质元素可保证叶绿素、酶的合成，提高光合速率。 考点一 探究光合作用原理的实验 知●识●解●构 知识点1 光合作用的发现史（经典实验分析） 1. 希尔反应（1937）——离体叶绿体放氧实验 (1) 实验材料：离体的叶绿体（从叶肉细胞中分离出来）。 (2) 实验操作：将离体叶绿体加到含有氧化剂（如铁氰化钾）的水溶液中，在无CO₂的条件下给予光照。 (3) 实验现象：叶绿体在光照下释放出O₂，同时氧化剂被还原。 (4) 实验结论：① 光合作用中水的光解和糖类的合成是两个相对独立的过程（离体叶绿体无CO₂也能放氧）；② 光合作用释放的O₂来自水的分解，而非来自CO₂。 2. 阿尔农实验（1954-1957）——光合磷酸化的发现 (1) 实验发现：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。 (2) 实验结论：光反应阶段，光能不仅用于水的光解产生O₂和NADPH，还可用于合成ATP（即光合磷酸化）；这一发现揭示了光反应的能量转化机制。 3. 恩格尔曼（1884）——水绵与好氧细菌实验 (1) 实验材料：水绵（叶绿体呈带状，大而清晰）、好氧细菌（指示O₂产生部位）。 (2) 实验现象：好氧细菌只集中在叶绿体被红光和蓝紫光照射的部位。 (3) 实验结论：叶绿体是光合作用的场所；光合作用的产物有O₂；红光和蓝紫光区域光合作用最强。 4. 鲁宾和卡门（1941）——同位素标记法 (1) 实验方法：用¹⁸O分别标记H₂O和CO₂，追踪O₂中氧的来源。 (2) 实验组：H₂¹⁸O + CO₂ → 释放¹⁸O₂；H₂O + C¹⁸O₂ → 释放O₂。 (3) 实验结论：光合作用释放的O₂全部来自水，而不是来自CO₂。 5. 卡尔文（20世纪40年代）——¹⁴C标记CO₂ (1) 实验方法：用¹⁴C标记的¹⁴CO₂供小球藻光合作用，追踪碳的转移路径。 (2) 实验结论：探明了CO₂中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的卡尔文循环。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为离体叶绿体在无CO₂条件下不能进行任何光反应——希尔反应恰恰证明，无CO₂时水的光解和放氧仍能进行。 (2) 误以为阿尔农实验只发现了ATP的合成——阿尔农还发现ATP的合成总是与水的光解相伴随，二者耦联。 (3) 误以为恩格尔曼实验中好氧细菌集中的地方光合作用强——好氧细菌趋氧，证明叶绿体在光下产生O₂。 (4) 误以为鲁宾和卡门实验证明了光合作用产生的O₂全部来自CO₂——恰恰相反，全部来自水。 (5) 误以为同位素标记法都具有放射性——¹⁸O、¹⁵N为稳定性同位素，无放射性；¹⁴C、³²P具有放射性。 知识点2 叶绿体色素的提取和分离 1. 实验原理 (1) 提取原理：叶绿体色素易溶于无水乙醇等有机溶剂（相似相溶），故用无水乙醇提取色素。 (2) 分离原理：不同色素在层析液中的溶解度不同。溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢（纸层析法）。 2. 实验步骤（提取→制备→画线→分离） (1) 提取色素：绿叶剪碎 + 二氧化硅（助磨）+ 碳酸钙（保护色素，防止叶绿素被破坏）+ 无水乙醇（提取剂）。 (2) 制备滤纸条：剪去两角（防止层析液在边缘扩散过快，导致色素带不整齐）。 (3) 画滤液细线：细、直、齐；待干后重复画2-3次（增加色素含量，使分离后的色素带更明显）。 (4) 分离色素：滤液细线不能触及层析液（防止色素溶解在层析液中，无法分离）。 3. 实验结果 色素带（由上至下） 色素名称 颜色 吸收光谱 含量 第一条 胡萝卜素​ 橙黄色 蓝紫光 最少 第二条 叶黄素​ 黄色 蓝紫光 较少 第三条 叶绿素a​ 蓝绿色 红光+蓝紫光 最多 第四条 叶绿素b​ 黄绿色 红光+蓝紫光 较多 4. 关键细节 (1) 二氧化硅：使研磨更充分。 (2) 碳酸钙：中和细胞液中的有机酸，防止叶绿素被破坏（类胡萝卜素不受影响）。 (3) 无水乙醇：提取液，也可用丙酮代替，但不能用蒸馏水（色素不溶于水）。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为碳酸钙是为了研磨更充分——二氧化硅才是助磨的，碳酸钙是保护色素。 (2) 误以为层析液可以触及滤液细线——一旦触及，色素会溶解在层析液中，导致实验失败。 (3) 误以为画滤液细线次数越多越好——必须待干后再画下一次，否则滤液细线过粗，导致色素带重叠。 (4) 误以为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱相同——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。 (5) 误以为色素带在滤纸条上的位置代表含量——位置代表溶解度，含量看色素带的宽窄（叶绿素a最宽）。 知识点3 探究·实践——环境因素对光合作用强度的影响 1. 实验原理 (1) 指标量化：光合作用强度可通过测定单位时间内原料消耗（如CO₂）或产物生成（如O₂）的数量来表示。本实验通过小圆形叶片上浮的数量（或上浮平均时间）来反映光合速率。 (2) 沉水原因：小圆形叶片通过注射器抽气，排出细胞间隙的空气，使细胞间隙充满水，密度增大而沉入水底。 (3) 上浮原因：光合作用产生的O₂在细胞间积累，使叶片浮力增大，从而上浮。叶片上浮速率越快，说明光合作用强度越大。 (4) 变量控制： 自变量：光照强度（通过调节台灯与烧杯的距离控制）或CO₂浓度（通过调节NaHCO₃溶液浓度控制）。 因变量：光合作用强度（以单位时间内小圆形叶片上浮的数量或上浮平均时间衡量）。 无关变量：叶片大小、数量、温度、NaHCO₃初始浓度、光照时间等，各组需保持相同且适宜。 2. 关键操作步骤 (1) 制备小叶片：用打孔器在生长旺盛的绿叶（如菠菜）上打出直径约1cm的小圆形叶片30片。 (2) 抽气处理：将小叶片放入注射器，吸入清水，用手指堵住前端管口，缓慢拉动活塞抽气，重复几次，直至叶片全部沉入水底（目的是排出细胞间隙原有气体，确保后续上浮仅由光合作用产生的O₂引起）。 (3) 分组与光照：将沉底的叶片平均放入3个装有不同浓度NaHCO₃溶液（或清水）的烧杯中，分别置于强、中、弱三种光照条件下（如台灯距离10cm、20cm、30cm）。 (4) 观察记录：记录同一时间段内（如5min）各烧杯中小叶片上浮的数量，或记录每个小叶片上浮所需的时间。 3. 实验现象与结论 (1) 光照强度的影响：在一定范围内，光照越强（距离越近），单位时间内小叶片上浮数量越多（或上浮平均时间越短），说明光合速率越强。超过最适光照强度后，光合速率不再增加甚至下降。 (4) CO₂浓度的影响：在一定范围内，NaHCO₃溶液浓度越高（CO₂供应越充足），小叶片上浮速率越快。但浓度过高会导致细胞失水，反而抑制光合作用，甚至使叶片无法下沉或死亡。 深度避坑·易错直击 (1) 误以为叶片上浮是因为吸收了CO₂——上浮的直接原因是光合作用产生的O₂在细胞间积累，增加了浮力，而非CO₂的吸收。 (2) 误以为NaHCO₃浓度越高越好——浓度过高会导致细胞渗透失水，反而抑制光合作用，甚至导致叶片无法下沉或死亡；通常选用1%~2%的NaHCO₃溶液。 (3) 误以为抽气步骤可有可无——若不抽气，叶片细胞间隙原有气体会影响浮力变化，导致实验误差；抽气必须彻底，确保叶片沉底。 (4) 误以为该实验只能探究光照强度——通过更换不同浓度的NaHCO₃溶液，也可探究CO₂浓度对光合速率的影响。 (5) 误以为叶片上浮速率只与光合速率有关——温度、pH等环境因素也会影响酶活性，进而影响光合速率，实验中需控制无关变量一致。 (6) 误以为所有叶片上浮时间相同——同一烧杯内叶片上浮时间存在差异，需计算平均上浮时间以减少误差。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.希尔反应（离体叶绿体在适当条件下发生水的光解产生氧气）证明了光合作用释放的氧气全部来自水。（ ✗ ） 2.鲁宾和卡门利用同位素标记法（¹⁸O）证明了光合作用释放的氧气中的氧元素全部来源于水。（ ✓ ） 3.阿尔农的实验发现，在光照下叶绿体可合成ATP，且这一过程总是与水的光解相伴随。（ ✓ ） 4.在探究光照强度对光合作用强度的影响实验中，叶片上浮的原因是光合作用产生了O₂，且光合作用产生的O₂量大于呼吸作用消耗的O₂量。（ ✓ ） 5.探究光照强度对光合作用强度的影响时，若将光源改为普通灯泡，必须采取隔温措施以防止温度变化对实验结果造成干扰。（ ✓ ） 6.在探究环境因素对光合作用强度影响的实验中，使用NaHCO₃溶液是为了提供CO₂，且NaHCO₃溶液浓度越高，叶片上浮速率一定越快。（ ✗ ） 7.恩格尔曼利用水绵和好氧细菌进行实验，证明了叶绿体是光合作用的场所，且光合作用在光下产生氧气。（ ✓ ） 8.卡尔文利用¹⁴C标记的¹⁴CO₂探明了CO₂中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的转移途径（卡尔文循环）。（ ✓ ） 9.在“绿叶中色素的提取和分离”实验中，加入二氧化硅（SiO₂）的目的是为了保护叶绿素不被破坏，加入碳酸钙（CaCO₃）的目的是使研磨更充分。（ ✗ ） 10.画滤液细线时，必须待滤液干后重复画2~3次，目的是增加滤纸条上色素的含量，使分离后的色素带更清晰。（ ✓ ） 考向01 光合经典实验的变量分析与结论推导 1．研究人员利用同位素标记技术探究光合作用与呼吸作用的物质联系。以小球藻为材料，设置四组不同处理方式，6小时后分别进行同位素检测。下列对实验结果的预测错误的是（　　） 选项 处理方式 预测结果 A 持续光照，实验开始一段时间后加入3H2O 能在NADPH和NADH中检测到放射性 B 持续光照，实验开始一段时间后加入H218O 能在CO2和O2中检测到18O C 持续黑暗，实验开始一段时间后加入14CO2 能在（CH2O）和C5中检测到放射性 D 持续黑暗，实验开始一段时间后加入18O2 能在H2O和CO2中检测到18O A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A、持续光照条件下，加入的3H2O可参与光反应中水的光解，使3H进入NADPH；同时3H2O可参与有氧呼吸第二阶段，或光合产生的含3H有机物经呼吸作用分解，使3H进入NADH，因此二者均可检测到放射性，A正确； B、持续光照条件下，加入的H218O参与光反应水的光解，18O会进入O2；同时H218O参与有氧呼吸第二阶段，与丙酮酸反应生成C18O2，因此CO2和O2均可检测到18O，B正确； C、持续黑暗条件下，光反应无法进行，缺乏暗反应C3还原所需的ATP和NADPH，加入的14CO2仅能与C5结合生成14C3，无法进一步还原生成（CH2O）和C5，因此检测不到放射性，C错误； D、持续黑暗条件下小球藻只进行有氧呼吸，加入的18O2参与有氧呼吸第三阶段，与[H]结合生成H218O；H218O再参与有氧呼吸第二阶段，与丙酮酸反应生成C18O2，因此H2O和CO2中均可检测到18O，D正确。 2．卡尔文将培养的小球藻置于密闭容器中，持续通入14C标记的CO2，短时间后，利用热乙醇杀死细胞，提取细胞内物质，并分析物质的组成。下列有关叙述正确的是（　　） A．首先被检测出含有14C的物质是一种五碳化合物 B．延长通气反应时间，可检测到具有放射性的物质种类增加 C．研究暗反应中碳原子转移途径的实验要在避光环境下进行 D．停止CO2供应后的短时间内，含C的C3和C5的比值增大 【答案】B 【详解】A、卡尔文循环中，14C标记的CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，故首先检测到14C的物质是三碳化合物，A错误； B、延长反应时间，14C会从三碳化合物逐渐转移到葡萄糖、RuBP等多种物质中，放射性物质种类增加，B正确； C、暗反应需要光反应提供的ATP和NADPH，黑暗环境中光反应无法进行，暗反应也会停止，不能在黑暗中研究暗反应中碳原子转移途径，C错误； D、停止CO2供应的短时间内，C3生成减少，消耗不变，C3含量下降；C5消耗减少，生成不变，C5含量上升，故含14C的C3和C5的比值减小，D错误。 考向02 叶绿体结构与色素功能的适应性分析 3．图1、图2分别表示“绿叶中色素的提取和分离”实验结果和色素的吸收光谱图（a、b、c表示色素的种类）。下列相关叙述正确的是（    ） A．a代表的色素对应滤纸条上的条带③ B．b代表的色素在滤纸条上呈现蓝绿色 C．若提取色素时未加CaCO3，条带③④的颜色将会变浅 D．若用清水代替无水乙醇提取色素，条带①②③④的颜色将会变浅 【答案】C 【详解】A、分析题图，a表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光；条带①是胡萝卜素，条带②是叶黄素，条带③是叶绿素a，条带④是叶绿素b。a 是类胡萝卜素，而条带③是叶绿素 a，A错误； B、b是叶绿素b，叶绿素b是黄绿色而非蓝绿色，B错误； C、CaCO3的作用是保护叶绿素不被酸性物质破坏，若未加 CaCO₃，叶绿素 a（条带③）和叶绿素 b（条带④）会被破坏，颜色变浅，C正确； D、色素不溶于水，清水无法提取色素，滤纸条上不会出现任何色素条带，而不是 “颜色变浅”，D错误。 4．某兴趣小组在“绿叶中色素的提取和分离”实验中发现，加入CaCO3能减少叶绿素的破坏，但对其作用原理尚不明确。为探究CaCO3保护叶绿素的机制，设计如下实验方案。进行该实验时，他们提出的假说最可能是（    ） 组别 处理 ① 色素提取液+0.5mL蒸馏水 ② 色素提取液+等量5%稀盐酸 ③ 向色素提取液中加入足量CaCO3，摇匀后加入等量5%稀盐酸 ④ 先向1mL的5%稀盐酸中添加足量CaCO3，待反应完成后摇匀，吸取适量反应液加入色素提取液 A．盐酸对叶绿素具有破坏作用 B．CaCO3通过中和酸而保护叶绿素 C．CaCO3加入的顺序对叶绿素提取的影响 D．CaCO3对盐酸的亲和力比叶绿素的亲和力强 【答案】B 【详解】A、盐酸会破坏叶绿素是本实验默认的前提背景，不属于探究CaCO₃保护机制的假说，A不符合题意； B、若假说为CaCO₃通过中和酸而保护叶绿素，四组实验可验证该假说：①为空白对照，②组加酸叶绿素被破坏，③组CaCO₃中和加入的盐酸可保护叶绿素，④组CaCO₃预先完全中和盐酸后，加入提取液也不会破坏叶绿素，各组对照可验证假说成立，B符合题意； C、CaCO₃的加入顺序是实验设置的自变量，不属于关于保护机制的原理性假说，C不符合题意； D、CaCO₃与盐酸是发生复分解反应消耗盐酸，并非依靠亲和力结合盐酸，该假说不符合反应原理，D不符合题意。 故选B。 考点二 光合作用的过程 知●识●解●构 知识点1 捕获光能的色素和结构 1、 叶绿体的结构 (1) 双层膜：外膜和内膜，控制物质进出。 (2) 基质：含有与暗反应有关的酶、DNA、RNA、核糖体。 (3) 基粒：由类囊体堆叠而成，增大膜面积。 (4) 类囊体薄膜：分布有光合色素和光反应所需的酶，是光反应的场所。 2、 色素的种类与功能 (1) 叶绿素（占3/4）：包括叶绿素a（蓝绿色，转化光能）和叶绿素b（黄绿色，吸收和传递光能）。主要吸收红光和蓝紫光。 (2) 类胡萝卜素（占1/4）：包括胡萝卜素（橙黄色）和叶黄素（黄色）。主要吸收蓝紫光，具有保护叶绿素免受强光伤害的作用。 3、 叶绿体的功能验证（恩格尔曼实验的延伸） (1) 叶绿体是进行光合作用的场所，其中类囊体薄膜是光反应的场所，基质是暗反应的场所。 (2) 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，故叶片呈绿色（反射绿光）。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为叶绿体中的所有膜结构都分布有色素——色素仅分布在类囊体薄膜上。 (2) 误以为叶绿素a和叶绿素b吸收光谱完全相同——两者都吸收红光和蓝紫光，但吸收峰略有差异。 (3) 误以为类胡萝卜素也能转化光能——类胡萝卜素主要吸收和传递光能，叶绿素a才能将光能转化为化学能。 (4) 误以为叶绿体基质中不含有酶——含有大量与暗反应有关的酶。 (5) 误以为基粒的作用只是支撑类囊体——基粒通过类囊体堆叠，极大地增大了受光面积。 知识点2 光反应与暗反应的过程及联系 1、 总反应式 CO2＋H2O(CH2O)＋O2 2、 光反应（类囊体薄膜上） (1) 能量变化：光能 → 活跃的化学能（ATP、NADPH中）。 (2) 物质变化： ①水的光解：H2O2H＋＋O2＋2e－。 ②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ATP的合成：ADP + Pi + 能量 酶​ ATP（光合磷酸化）。 (3) 条件：必须有光、色素、酶、水。 (4) 产物：O₂、ATP、NADPH（为暗反应提供能量和还原剂）。 3、 暗反应（叶绿体基质中） (1) 能量变化：活跃的化学能 → 稳定的化学能（有机物中）。 (2) 物质变化（卡尔文循环）： ① CO₂的固定：CO2＋C52C3。 ② C₃的还原：2C3C5＋(CH2O)。 (3) 条件：不需要光（有光无光均可进行），需要酶、CO₂、ATP、NADPH。 (4) 产物：有机物（葡萄糖等）、C₅（循环利用）。 4、 光反应与暗反应的联系 (1) 物质联系：光反应产生的ATP和NADPH供暗反应C₃还原使用；暗反应产生的ADP、Pi和NADP⁺供光反应合成ATP和NADPH使用。 (2) 能量联系：光反应将光能转化为活跃化学能，暗反应将活跃化学能转化为稳定化学能。 (3) 环境联系：光反应需要光，暗反应不需要光；但暗反应受光反应产物（ATP、NADPH）的限制，故整体光合作用需要光。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为光合作用产生的O₂全部来自CO₂——全部来自水（鲁宾和卡门实验结论）。 (2) 误以为暗反应完全不需要光——暗反应不需要光直接参与，但需要光反应提供的ATP和NADPH，故暗反应间接依赖光。 (3) 误以为光反应中的[H]与有氧呼吸中的[H]是同一种物质——光反应中是NADPH（还原型辅酶Ⅱ），有氧呼吸中是NADH（还原型辅酶Ⅰ）。 (4) 误以为C₃还原后只生成有机物——C₃还原后生成有机物和C₅，C₅继续参与CO₂的固定，实现循环利用。 (5) 误以为停止光照后，暗反应立即停止——停止光照后，光反应停止，ATP和NADPH耗尽，暗反应才会逐渐停止。 (6) 误以为CO₂的固定需要ATP供能——CO₂的固定（CO₂+C₅→2C₃）不需要ATP，C₃的还原才需要ATP和NADPH。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.光合作用光反应阶段产生的ATP和NADPH，除了用于暗反应C₃的还原外，也可用于植物细胞的其他生命活动（如根细胞主动运输吸收矿质元素）。（ ✗ ） 2.在光反应阶段，水光解产生的电子（e⁻）和质子（H⁺）最终与NADP⁺结合生成NADPH，此过程不需要酶的催化。（ ✗ ） 3.光合作用暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，该阶段包括CO₂的固定和C₃的还原两个过程。（ ✓ ） 4.暗反应中C₃的还原不仅需要光反应提供的ATP和NADPH，还需要多种酶（如Rubisco酶）的催化。（ ✓ ） 5.在C₃的还原过程中，ATP水解为ADP和Pi，ATP中的化学能全部转移到有机物中储存起来。（ ✗ ） 6.光合作用过程中产生的O₂全部来自于光反应阶段水的光解，与暗反应阶段无关。（ ✓ ） 7.若突然中断CO₂的供应，短时间内叶绿体基质中C₃的含量会增加，C₅的含量会减少。（ ✗ ） 8.若突然停止光照，短时间内叶绿体基质中C₃的含量会减少，ATP和NADPH的含量会迅速下降。（ ✗ ） 9.光合作用过程中，ATP从叶绿体类囊体薄膜移向叶绿体基质供能，ADP则从叶绿体基质移向类囊体薄膜用于重新合成ATP。（ ✓ ） 10.光合作用是将光能转化为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，再将活跃的化学能转化为稳定的化学能储存在糖类等有机物中。（ ✓ ） 考向01 光反应与暗反应的物质联系及环境骤变分析 5．如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。下列相关叙述正确的是（     ） A．物质a、b分别代表和 B．过程②发生在膜上，过程①③④发生在基质 C．过程②③在光下才能进行，①④无光条件也能进行 D．过程②产生的还原型辅酶为NADPH，④产生的还原型辅酶为NADH 【答案】D 【详解】分析题图可知，过程①为有氧呼吸第三阶段，发生在线粒体内膜上，物质a为O2；过程②为光合作用的光反应阶段，发生在类囊体薄膜上，在有光条件下进行，产生的还原型辅酶为NADPH；过程③为光合作用的暗反应阶段，发生在叶绿体基质中，有光无光均可发生，物质b为CO2；过程④为有氧呼吸第一、二阶段，分别发生在细胞质基质和线粒体基质中，产生的还原型辅酶为NADH。D正确，ABC错误。 6．科研团队研究了C4植物（如玉米）和C3植物（如小麦）在三种环境条件下的光合速率（μmol CO2·m-2·s-1），结果如表所示。已知玉米的叶肉细胞和维管束鞘细胞通过“CO2泵（CO2浓缩”）机制（将空气中的CO2“泵”到植物细胞一个局部高浓度CO2的环境中）协同完成光合作用，其PEP羧化酶对CO2亲和力极高。下列叙述错误的是（　　） 植物类型 适宜条件（25℃，正常光） 高温、强光（40℃，强光） 低CO2浓度（150ppm） 玉米 35 32 30 小麦 30 15 10 A．玉米光合速率高于小麦，与C4植物高效转运和固定CO2的机制有关 B．高温、强光下小麦光合速率下降，与其气孔开度减小导致CO2吸收受阻有关 C．与适宜条件比，低CO2浓度下，小麦叶绿体基质中C3含量增加，C5含量减少 D．低CO2浓度下玉米光合速率变化不大，体现了PEP羧化酶高亲和力维持碳固定的优势 【答案】C 【详解】A、玉米为C4植物，存在CO2浓缩机制，PEP羧化酶对CO2亲和力极高，可高效转运、固定CO2，因此光合速率高于C3植物小麦，A正确； B、高温、强光环境下，小麦为降低蒸腾作用减少水分散失，气孔开度减小，导致CO2吸收量减少，光合速率下降，B正确； C、低CO2浓度下，暗反应中CO2固定（CO2与C5结合生成C3）速率减慢，C3生成量减少，而短时间内C3还原速率基本不变，因此叶绿体基质中C3含量减少，C5含量增加，C错误； D、玉米的PEP羧化酶对CO2亲和力极高，低CO2浓度下仍可固定足量CO2维持碳反应进行，因此光合速率变化不大，体现了该酶的优势，D正确。 考向02 光合作用总反应式的元素去向与[H]的辨析 7．科学家在对光合作用的探究中相继进行了多个经典实验。下列关于相关实验的叙述，错误的是（　　） 实验过程及结果 实验结论 A 在黑暗中用极细的光束照射水绵，需氧细菌只向叶绿体被照射的部位集中 叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B 用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域 叶绿体主要吸收红光和蓝紫光 C 在离体叶绿体悬浮液（没有CO2）中加入铁盐，在光照下释放出O2 植物光合作用产生O2的氧元素全部来自水 D 用14CO2供小球藻进行光合作用，经检测放射性先后出现在C3、C6中 光合作用过程中碳元素转移路径：CO2→C3→（CH2O） A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A、该实验是恩格尔曼的探究实验，需氧细菌只向叶绿体被照射部位集中，说明该部位光合作用释放了氧气，可得出叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧的结论，A正确； B、红光和蓝紫光区域聚集大量需氧细菌，说明这两个区域光合作用放氧更多，可得出叶绿体主要吸收红光和蓝紫光的结论，B正确； C、该实验为希尔反应，仅能证明离体叶绿体在光照条件下可分解水释放O2，无法证明O2的氧元素全部来自水，该结论是鲁宾和卡门通过同位素标记法实验得出的，C错误； D、该实验是卡尔文探究碳转移路径的实验，放射性先后出现在C3、C6（糖类）中，可得出碳元素转移路径为CO2→C3→（CH2O）的结论，D正确。 8．某植物细胞内光能转化、储存和利用的部分途径如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．过程①产生的ATP和NADPH可用于细胞呼吸过程中有机物的分解 B．过程②中活跃化学能转变成稳定化学能仅依赖CO2的固定和C3的还原 C．有机物中稳定化学能转化为ATP中活跃化学能的过程可发生在线粒体中 D．若该类细胞经过程①②形成的有机物大于过程③④消耗的有机物，则该植物一定生长 【答案】C 【详解】A、过程①光反应产生的ATP和NADPH仅可用于暗反应中C3的还原，不能为细胞呼吸过程供能，A错误； B、过程②中活跃化学能转变为稳定化学能仅依赖C3的还原过程，CO2的固定过程不消耗ATP和NADPH，不涉及该能量转化，B错误； C、线粒体是有氧呼吸第二、第三阶段的反应场所，这两个阶段可将丙酮酸中的稳定化学能转化为ATP中的活跃化学能，C正确； D、图示为植物某类细胞的代谢过程，植物还存在大量无法进行光合作用的细胞（如根细胞）需要消耗有机物，仅该类细胞光合产生的有机物大于自身呼吸消耗的有机物，无法确定整个植物是否有有机物积累，因此植物不一定生长，D错误。 考点三 影响光合作用的因素及原理应用 知●识●解●构 知识点1 影响光合作用的外部因素与曲线解读 1、 光照强度 (1) 曲线特征：在一定范围内，光合速率随光照强度增强而加快；超过光饱和点后，光合速率不再增加（受CO₂浓度、酶数量等限制）。 (2) 关键点： 光补偿点：光合速率 = 呼吸速率时的光照强度（此时有机物积累为零）。 光饱和点：光合速率达到最大值时的最低光照强度。 (3) 应用：阴生植物光补偿点和光饱和点均低于阳生植物；温室栽培可适当增强光照。 2、 CO₂浓度 (1) 曲线特征：在一定范围内，光合速率随CO₂浓度升高而加快；超过CO₂饱和点后，光合速率不再增加。 (2) 关键点： CO₂补偿点：光合速率 = 呼吸速率时的CO₂浓度。 CO₂饱和点：光合速率达到最大值时的CO₂浓度。 (3) 应用：温室大棚施用农家肥（微生物分解产生CO₂）、通风换气，提高CO₂浓度。 3、 温度 (1) 曲线特征：通过影响酶活性呈钟形曲线，最适温度时光合速率最高。 (2) 应用：温室栽培白天适当升温，晚上适当降温（增大昼夜温差），减少有机物消耗。 4、 水分和矿质元素 (1) 水分：水是光合作用的原料，也是植物体内物质运输的介质；缺水会导致气孔关闭，CO₂供应不足，光合速率下降。 (2) 矿质元素：N（叶绿素、酶）、Mg（叶绿素）、P（ATP、NADPH）、K（促进有机物运输）等。 5、 多因素综合曲线 分析曲线时，需遵循“单一变量原则”。如P107图5-16中，Q点限制光合速率的因素是温度，P点限制因素是CO₂浓度。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为光照强度越强光合作用越强——超过光饱和点后，光合速率不再增加，甚至因强光破坏色素而下降。 (2) 误以为CO₂浓度越高光合作用越好——过高会导致气孔关闭（CO₂中毒），光合速率下降。 (3) 误以为光补偿点时植物不生长——光补偿点时有机物积累为零，但白天光合>呼吸，夜间呼吸消耗，长期会生长不良。 (4) 误以为阴生植物不适强光是因为叶绿素含量低——阴生植物叶绿素含量高，但光饱和点低，强光会破坏其光合结构。 (5) 误以为温度只影响暗反应——温度通过影响酶活性同时影响光反应（如ATP合成酶）和暗反应。 知识点2 光合作用原理在农业生产中的应用 1、 提高光能利用率 (1) 延长光合作用时间：轮作（一年两熟或三熟），延长单位土地面积上植物的光合时间。 (2) 增加光合作用面积：合理密植（避免过密导致下部叶片光照不足，过稀浪费光能和土地）；间作套种（高秆与矮秆作物搭配，充分利用不同层次的光照）。 (3) 光照强弱的控制：温室大棚使用无色透明薄膜（透过所有光）；阴雨天补充人工光照（红光或蓝紫光LED灯）。 2、 提高光合作用效率 (1) 控制适宜温度：温室栽培白天适当升温，夜间适当降温（增大昼夜温差），减少呼吸消耗。 (2) 适当增加CO₂浓度：通风换气；施用农家肥（微生物分解产生CO₂）；使用CO₂发生器。 (3) 合理施肥：适时适量施加N、Mg、P、K等矿质元素，保证叶绿素、酶、ATP等的合成。 3、 化能合成作用 (1) 概念：某些细菌（如硝化细菌）利用体外环境中的NH₃氧化释放的化学能，将CO₂和水合成为有机物，供自身利用。 (2) 实例：硝化细菌将NH₃氧化为HNO₂，再氧化为HNO₃，利用释放的化学能将CO₂和H₂O合成糖类。 (3) 自养生物：包括光合自养生物（绿色植物、蓝细菌）和化能自养生物（硝化细菌、铁细菌等）。 易错警示（避坑指南） (1) 误以为合理密植越密越好——过密会导致下部叶片光照不足，光合<呼吸，且通风不良，CO₂供应不足。 (2) 误以为温室大棚用有色薄膜更好——有色薄膜会过滤部分光，降低透光率，无色透明薄膜最好。 (3) 误以为化能合成作用也属于光合作用——化能合成作用利用的是化学能，光合利用的是光能，二者本质不同。 (4) 误以为硝化细菌是异养生物——硝化细菌能自己合成有机物，属于自养生物。 (5) 误以为提高CO₂浓度就能无限增产——CO₂浓度过高会导致气孔关闭，且受光反应产物（ATP、NADPH）的限制。 即●时●演●练 回归教材·易错辨析 判断以下表述是否正确： 1.光照强度直接影响光合作用的光反应阶段，光照越强，光反应产生的ATP和NADPH就一定越多。（ ✗ ） 2.温室大棚种植蔬菜时，白天适当提高温度、夜间适当降低温度，有利于提高蔬菜的产量。（ ✓ ） 3.CO₂浓度主要影响光合作用的暗反应阶段，适当增加CO₂浓度一定能提高光合速率。（ ✗ ） 4.光照突然停止，短时间内叶绿体中C₅的含量会增加，C₃的含量会减少。（ ✗ ） 5.在夏季晴朗的中午，植物为了降低蒸腾作用而关闭气孔，会导致光合作用速率明显下降，这种现象称为“光合午休”。（ ✓ ） 6.温度通过影响酶的活性来影响光合作用，因此温室栽培中温度越高，植物光合作用速率就越快。（ ✗ ） 7.施用农家肥（有机肥）能有效提高温室大棚内的CO₂浓度，主要原因是农家肥富含有机物，能被植物根系直接吸收利用并释放CO₂。（ ✗ ） 8.阳生植物的光补偿点和光饱和点都高于阴生植物，因此在大棚种植中应优先选择阳生植物以提高产量。（ ✗ ） 9.合理密植既能提高光能利用率，又能保证田间的通风透光，从而增加CO₂供应，是提高作物产量的重要措施。（ ✓ ） 10.在探究光照强度对光合作用强度影响的实验中，可通过调节台灯与实验装置的距离来控制光照强度。（ ✓ ） 考向01 单因素与多因素曲线解读及关键点移动规律 9．取桑苗的离体叶肉细胞和叶绿体制备悬浮液，在不同光照强度下分别测定O₂释放速率并构建数学模型如图所示。假设叶肉细胞和叶绿体离体前后生理活性保持不变，下列叙述错误的是（     ） A．在叶绿体悬浮液中加入氧化剂，在光照下可以释放O2 B．乙曲线表示叶绿体悬浮液中离体叶绿体的O2释放速率 C．当悬浮液处于A点对应光照强度时，类囊体薄膜上可进行ATP的合成 D．在光饱和点之前，叶绿体悬浮液的O2释放速率随光照强度增强而加快 【答案】B 【详解】A、该过程符合希尔反应，离体叶绿体在有氧化剂作为氢受体时，光照下可分解水释放O2，A正确； B、离体叶绿体没有细胞呼吸消耗O2，光照强度为0时O2释放速率为0，因此甲曲线才代表离体叶绿体的O2释放速率，B错误； C、A点是叶肉细胞的光补偿点，此时光合速率等于呼吸速率，光合作用光反应阶段在类囊体薄膜上进行，可合成ATP，C正确； D、光饱和点之前，光照强度是限制光合作用的主要因素，光照越强光反应速率越快，叶绿体悬浮液的O2释放速率随光照强度增强而加快，D正确。 10．将正常生长的甲、乙植物分别放置在提供光照的两个相同的密闭小室中，其他培养条件相同，定期测量小室中的O2浓度，得到如图所示曲线。下列说法错误的是（    ） A．光照强度为a时，甲的叶肉细胞中会产生O2 B．当光照强度长时间大于a小于b时，乙会比甲先死亡 C．b点时均补充等量CO2，甲小室中O2增加速率比乙大 D．过高密度种植，对甲光合速率的影响大于乙 【答案】C 【详解】A、光照强度为a时，甲整株的净光合速率为0（整株所有细胞呼吸消耗的O2​=光合细胞产生的O2​），因此叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，一定会产生O2​，A正确； B、由图可知，纵坐标表示净光合速率，当光照强度长时间大于a小于b时，乙的净光合速率大于甲，消耗CO2的速率更快，因此会先死亡，B正确； C、乙的光饱和点低，b点光照已经达到乙的光饱和点，此时限制乙光合速率的因素是CO2浓度，补充CO2后乙的光合速率会明显提升；甲的光饱和点高，b点光照强度对甲来说仍然偏低，限制甲光合速率的主要因素是光照强度，补充CO2​后甲的光合速率提升幅度远小于乙，C错误； D、过高密度种植会导致植株接受的平均光照强度下降，据图可知甲植物的光饱和点和光补偿点均大于乙植物，说明乙更适应弱光，甲更适应强光，光照下降对甲光合速率的影响更大；乙更适应弱光照，受影响更小，因此过高密度种植对甲光合速率的影响大于乙，D正确。 考向02 农业生产措施的原理综合应用 11．我国的历史悠久，劳动人民积累、总结了大量生产实践经验，如：①玉米、小麦和水稻收获后晒干了再进仓；②水稻分蘖(植物在接近地面处发生分枝)后，在晴天将田中的水排尽并“烤田”；③在果实成熟季节昼夜温差大的区域种植苹果、西瓜等；④对农作物进行合理密植，并“正其行，通其风”；⑤在黏性较大的黄泥巴地里埋入一些作物秸秆并多施用农家肥；⑥在同一块田上，一定年限内按一定顺序逐年轮换种植不同作物，即进行轮作；⑦夏季每天适当对菊花植株进行遮光，缩短菊花植株的光照时间。下列相关叙述错误的是（　　） A．①②涉及减少无氧呼吸对作物的影响 B．④⑤⑦有利于为农作物提供充足的CO2，提高产量 C．③利用了温度对代谢活动影响提高产量 D．⑥能在一定程度上控制农作物害虫 【答案】B 【详解】A、①收获种子后晒干可降低种子自由水含量，减弱细胞呼吸，避免无氧呼吸产生酒精导致种子腐烂；②烤田可提高土壤含氧量，避免水稻根细胞无氧呼吸产生酒精毒害根细胞，二者均涉及减少无氧呼吸对作物的不利影响，A正确； B、④“正其行，通其风”可促进空气流通，为作物提供更多CO₂；⑤秸秆和农家肥被微生物分解可释放CO₂，二者均可提高CO₂浓度进而提高产量，但⑦适当遮光缩短光照时间是利用光周期调节菊花开花时间，与提高CO₂供应无关，B错误； C、③昼夜温差大的区域，白天温度高，光合作用相关酶活性高，有机物合成多，夜间温度低，呼吸作用相关酶活性低，有机物消耗少，最终积累的有机物更多，是利用温度对代谢活动的影响提高产量，C正确； D、⑥轮作是轮换种植不同作物，不同作物对应的害虫种类存在差异，轮作可使特定害虫因缺乏适宜寄主作物而种群数量下降，能在一定程度上控制农作物害虫，D正确。 12．温室栽培番茄时，可通过调控光照、温度等条件提高产量。下列做法不合理的是（    ） A．选择绿色透光的棚膜 B．适当延长光照时间 C．保持合理的昼夜温差 D．适当增加CO2浓度 【答案】A 【分析】在提高大棚作物产量的过程中，可以增大昼夜温差，降低夜间有机物的消耗；或白天的时候适当增加光照强度、延长光照时间、增加室内CO2浓度等均有助于提高光合作用速率，可以提高产量。 【详解】A、光合色素主要吸收红光和蓝紫光，不吸收绿光，选择绿色透光的棚膜（主要透过绿光）不能提高产量，A错误； B、适当延长光照时间可以提高光合作用有机物的积累量，有助于提高农作物的产量，B正确； C、保持合理的昼夜温差将减少呼吸作用消耗的有机物，有利于有机物的积累，从而提高产量，C正确； D、适当增加CO2浓度可以提高光合作用速率，有助于提高农作物的产量，D正确。 故选A。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 题组一 情景设定：捕光复合体是叶绿体中捕获光能的关键结构 知识溯源：捕获光能的色素和结构 1．（2026·陕晋青宁卷·高考真题）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 (3) 丙 L蛋白兼具调控叶绿素合成与协助LHCP转运的双重功能，而S蛋白仅参与LHCP的转运 (4)突变体中转入正常的L基因表达载体，让其重新表达L蛋白；向突变体中转入不含L基因的空表达载体 【详解】（1）叶绿体色素分离实验中，滤纸条自上而下四条色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以第三条带对应的色素是叶绿素a。因为L基因缺失突变体缺乏L蛋白，而L蛋白参与叶绿素合成调控，所以l组叶绿素合成减少，自上而下第三条带（叶绿素a）颜色变浅。由于L蛋白参与叶绿素合成，l植株叶绿素合成受阻，中间物1转化为中间物2减少，所以中间物1含量增加。叶绿素是光反应中吸收、转化光能的重要色素，叶绿素减少会使光反应产生的ATP和NADPH减少，进而影响暗反应中C3的还原过程。 （2）图（b）中，完整叶绿体的L蛋白含量最多，结构1次之，结构2不含，结合图（a）中L蛋白存在于叶绿体基质，与S蛋白等共同参与LHCP向类囊体膜的转运，因此结构1是叶绿体基质，结构2是类囊体。 （3）l是L基因缺失突变体，L蛋白参与叶绿素合成调控，所以l植株叶绿素合成受影响更显著，表型为严重失绿，对应图（c）中的丙。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，所以与WT相比，两突变体表型差异产生的原因是L蛋白兼具调控叶绿素合成与协助LHCP转运的双重功能，而S蛋白仅参与LHCP的转运。 （4）为进一步验证L蛋白的功能，自变量是L蛋白的有无，需要补充突变体中转入正常的L基因表达载体，让其重新表达L蛋白，另一组向突变体中转入不含L基因的空表达载体，排除载体本身对实验的干扰。 题组二 情景设定：牡丹绿色系品种“豆绿”花瓣绿色逐渐变化 知识溯源：叶绿体色素的提取和分离 2．（2025·贵州·高考真题）牡丹绿色系品种“豆绿”开花初期花瓣绿色逐渐加深，中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素，其合成与降解需多种酶参与。回答下列问题： (1)开花初期花瓣绿色逐渐加深，影响这一过程的主要环境因素是______，叶绿素分布在叶绿体的______上，开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是______。 (2)为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化，需在不同时间取样，并将样品低温保存，低温保存的目的______。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是______。 (3)研究表明，PSNAC5蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。下图所示为“豆绿”开花初期PSNAC5基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。据图推测，PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是______。（答出2点） 【答案】(1) 温度和光照 类囊体薄膜 叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，几乎不吸收绿光，绿光被反射出来 (2) 低温条件下，酶活性低，叶绿素不易被降解 无水乙醇 (3)PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达，抑制了与叶绿素分解相关基因的表达 【分析】叶绿体中的色素包括叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)、胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)。其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，胡萝卜素主要吸收蓝紫光。在滤纸条上的分布从上到下依次为：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。 【详解】（1）牡丹绿色系品种“豆绿”开花初期花瓣绿色逐渐加深，中后期逐渐褪绿转为淡粉色。叶绿素是影响该花呈色的主要色素，其合成与降解需多种酶参与，酶活性受温度的影响，此外叶绿素还会在光下分解，据此推测，开花初期花瓣绿色逐渐加深，影响这一过程的主要环境因素是温度和光照，叶绿素分布在叶绿体的类囊体薄膜上，开花初期叶绿素使花呈现绿色的原因是叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光，因此花瓣呈现绿色。 （2）为研究不同时期花瓣中叶绿素含量变化，需在不同时间取样，并将样品低温保存，这是因为低温条件下，酶活性低，叶绿素不易被降解，因而便于叶绿素含量的检测。用于提取“豆绿”花瓣中叶绿素的试剂是无水乙醇，这是根据叶绿素能溶解到有机溶剂中设计的。 （3）研究表明，PSNAC5蛋白通过调控叶绿素代谢相关基因的表达影响叶绿素含量。题图所示为“豆绿”开花初期PSNAC5基因沉默对花瓣中叶绿素含量的影响。图中显示，PSNAC5基因沉默后叶绿素含量比对照组增多，据此推测，PSNAC5基因沉默后叶绿素含量变化的根本原因可能是PSNAC5基因沉默后促进了叶绿素合成相关基因的表达，抑制了与叶绿素分解相关基因的表达。 题组三 情景设定：植物光合作用反应过程的部分原料和产物 知识溯源：光反应和暗反应过程 3．（2026·北京·高考真题）下表给出了植物光合作用反应过程的部分原料和产物。 反应过程 原料 产物 ① H2O O2 ② NADP+ NADPH ③ ADP ATP ④ CO2 （CH2O） 对上述反应过程的叙述，错误的是（     ） A．①只有在光下才能进行 B．①②③在叶绿体基质中进行 C．④所需的还原剂为NADPH D．④消耗ATP和NADPH中的能量 【答案】B 【详解】A、①是水的光解，属于光反应过程，仅在有光条件下才能进行，A正确； B、①②③均属于光反应过程，发生场所为叶绿体类囊体薄膜，不是叶绿体基质，B错误； C、④为暗反应阶段，C₃还原过程所需的还原剂为NADPH，C正确； D、暗反应中C₃的还原过程需要消耗ATP和NADPH中的能量，将活跃化学能转化为有机物中稳定的化学能，D正确。 题组四 情景设定：“神奇”动物海蛞蝓选择性保留所摄食藻类中的叶绿体 知识溯源：叶绿体结构功能 4．（2026·江西·高考真题）“神奇”动物海蛞蝓能选择性保留所摄食藻类中的叶绿体，并用一层膜包裹形成宿主衍生细胞器“盗食体”。“盗食体”内的叶绿体可合成部分光合蛋白，在一段时间内保持光合能力；“盗食体”可利用转运蛋白维持内部环境相对稳定。下列关于“盗食体”内叶绿体的推测，合理的是（　　） A．编码光合色素蛋白的基因来自海蛞蝓细胞核 B．需要海蛞蝓细胞为其提供原料进行光合作用 C．叶绿体外膜与海蛞蝓细胞膜的蛋白结构相同 D．能够通过分裂实现增殖以维持光合作用能力 【答案】B 【详解】A、题干明确“盗食体”内的叶绿体来自被摄食的藻类，且叶绿体可自身合成部分光合蛋白，说明编码光合色素蛋白的基因来自藻类叶绿体的DNA，并非海蛞蝓细胞核，A错误； B、叶绿体进行光合作用需要CO2、水、无机盐、ADP、Pi等多种原料，这些原料无法由叶绿体全部自主合成，需要海蛞蝓细胞通过转运蛋白运输到“盗食体”内部供叶绿体使用，B正确； C、叶绿体外膜来源于藻类，海蛞蝓细胞膜来源于动物细胞，二者的来源和功能不同，因此蛋白质结构存在差异，C错误； D、叶绿体在藻类细胞中可分裂增殖，但被包裹进 “盗食体” 后，失去了藻类细胞的调控和分裂相关因子，无法自主分裂增殖，其光合能力只能维持一段时间，D错误。 题组五 情景设定：某干旱农业区农光互补系统 知识溯源：光合作用的过程及影响因素 5．（2026·四川·高考真题）农光互补能在同一片土地上兼顾太阳能光伏发电与农业生产，有利于推动资源综合利用。在某干旱农业区农光互补系统的光伏板下，光照强度最大值降低近75%，研究人员测定了该系统对某作物净光合速率的影响，结果如图1。回答下列问题。 (1)光合作用与农作物的产量联系密切，_________________作为直接原料参与植物的光合作用。 (2)11:00到15:00期间，与全日照相比，农光互补系统下该作物的净光合速率更高，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 (3)农光互补系统下，该作物全天光合作用吸收CO2总量较全日照下__________。 (4)正常灌溉是全日照下的最适灌溉。推测在农光互补系统中，适当减量灌溉更适合该作物生长，从而提高产量。有人测量了不同处理下该作物的产量，正常灌溉组应为图2中的________组，请综合分析后，在图2方框内画出符合上述推测的实验结果________。 【答案】(1)CO2和H2O (2)该时间段内温度较高，植物因蒸腾作用过强导致关闭气孔，二氧化碳吸收量减少，光合速率下降；农光互补系统下光伏板遮光导致光照强度降低，蒸腾作用减弱，气孔关闭程度小，二氧化碳吸收量较多，净光合速率更高 (3)更大 (4) A 【详解】（1）光合作用光反应的原料是水，暗反应的原料是二氧化碳，因此CO2和H2O是光合作用的直接原料。 （2）该区域气候干旱，11:00~15:00 全日照条件下光照强、温度高，植物蒸腾作用过强，为减少水分散失，叶片气孔大量关闭，CO2吸收减少，暗反应受限，净光合速率降低； 农光互补模式下因光伏板遮挡，光照强度大幅降低，既能满足光合作用对光照的需求，又避免了强光高温引发的气孔关闭，植物气孔开放程度更高，CO2供应充足，同时蒸腾作用减弱，水分散失少，缓解了光合午休现象，因此净光合速率更高。 （3）全天光合作用吸收CO2总量代表总光合速率，总光合速率=净光合速率+呼吸速率。由图1可知：两组为同种作物且无关变量一致，呼吸速率无显著差异，结合白天大部分时段农光互补组净光合速率更高，可推出其全天光合作用吸收CO2总量更大。 （4）题干说明正常灌溉是全日照下的最适灌溉，A 组全日照的作物产量高于B 组全日照，因此A为正常灌溉组，B为减量灌溉组。推测在农光互补系统中，适当减量灌溉更适合该作物生长，从而提高产量。按此推测，农光互补组，B组要高于A组。示意图如下：。 题组六 情景设定：质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE） 知识溯源： 光合作用的影响因素 6．（2026·河南·高考真题）质膜H+-ATP酶基因过表达型水稻（H-OE）的产量显著高于野生型水稻（WT）。为探究H-OE增产的机制，研究人员在光饱和点时测定两种水稻的相关指标，结果如下表所示。 材料 气孔导度(mol·m-2·s-1) 净光合速率(µmol·m-2·s-1) 吸收速率(µmol·g-1·h-1) WT 0.61 20.5 58.4 H-OE 1.25 27.5 75.3 注：气孔导度反映气孔开放的程度。 回答下列问题： (1)光合作用强度是指________，直接关系到农作物产量。除CO2供应量和无机营养之外，影响光合作用强度的环境因素还有________（答出两点即可）。 (2)与WT相比，H-OE的气孔导度提高约105%，净光合速率仅提高约34%，此时还制约CO2供应量的环境因素为________。质膜H+-ATP酶通过________（填运输方式）将H+泵至膜外，建立H+梯度，促进吸收。 (3)从物质代谢和能量供应两个角度分析，吸收更多的氮元素在提高H-OE光合作用强度中的作用为________（每个角度各答出一点），无机碳被固定也能提高H-OE对氮元素的吸收速率，原因是________（每个角度各答出一点）。 【答案】(1) 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类（产生O2、固定CO2）的数量 光照强度、温度、水分 (2) 温度 主动运输 (3) 物质代谢：氮是叶绿素（或光合作用相关酶）的组成元素，更多氮可合成更多叶绿素/光合酶，提升光反应/暗反应速率；能量供应：氮参与呼吸酶合成，增强细胞呼吸，产生更多ATP为光合作用供能 无机碳固定生成的有机物可为氮素转运载体合成提供原料，增加载体数量；光合产物促进呼吸作用产生更多ATP，为根系主动吸收氮元素提供更多能量 【详解】（1）光合作用强度是指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类（产生O2、固定CO2）的数量。影响光合作用强度的环境因素除CO2供应量、无机营养外，常见的还有光照强度、温度、水分等。 （2）已知实验是在光饱和点测定的，光照强度已经不再是限制因素。 H-OE气孔导度大幅提升（气孔开放程度大，外界CO2进入叶肉的通道更通畅），但净光合速率提升幅度远小于气孔导度增幅，说明此时气孔对CO2供应的限制已大幅减弱，制约CO2供应量的主要环境因素是温度：温度会影响光合作用相关酶的活性，进而限制叶肉细胞对CO2的固定利用，相当于从反应端制约了CO2的消耗与利用效率。质膜H⁺-ATP酶将H⁺泵至膜外时，需要载体蛋白协助并消耗ATP 逆浓度梯度运输，该过程属于主动运输，以此建立的H⁺梯度可促进NH4⁺的吸收。 （3）从物质代谢角度看，氮元素是叶绿素、光合酶、ATP、NADPH等关键物质的组成成分，吸收更多氮元素可促进叶绿素和光合酶的合成，提升对光能的捕获与暗反应的催化效率；从能量供应角度看，氮参与呼吸酶等物质的合成，能增强细胞呼吸强度，为光合作用提供更多ATP，吸收更多的氮元素也能为光合作用提供更多的NADPH。无机碳被固定生成的有机物，可为氮素转运载体蛋白的合成提供碳骨架，增加载体数量，同时也能促进细胞呼吸，为根系主动吸收氮元素提供更多能量，从而提高H-OE 对氮元素的吸收速率。 情境探究·素养拓展 ——深挖素材脉络，规范长句作答 1．（2026·江西·模拟预测）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200μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400μmol·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，结果见如下表。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)从能量的角度分析，与对照组相比，甲组光合作用的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)根据本研究中___________(填组别)的生理指标对比分析可得出，在冬季温室种植番茄时，光照强度加倍比CO2浓度加倍提高番茄产量的效果更好。 (4)除增加光照强度和CO2浓度外，适量增施农家肥也能提高光合作用速率，原因是：___________。 【答案】(1) 无水乙醇 红光 (2) ATP和NADPH 丙组虽然气孔导度略低于甲组，但环境中CO2浓度更高，CO2扩散进入细胞间隙的驱动力大，使得胞间CO2浓度升高 (3)对照组、甲组、乙组 (4)农家肥中的有机物经微生物分解后，为植株提供无机盐和CO2 【详解】（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，甲组光照强度高，因而甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP和NADPH，从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的二氧化碳浓度是甲的二倍，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，可能的原因是丙组虽然气孔导度略低于甲组，但环境中CO2浓度更高，CO2扩散进入细胞间隙的驱动力大，使得胞间CO2浓度升高。 （3）根据本研究中对照组、甲组和乙组的生理指标对比可知，增加光照强度和提高二氧化碳浓度均能提高光合速率，但甲组净光合速率增幅远远大于乙组净光合速率增幅，因而推测，在冬季温室种植番茄的过程中，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。 （4）除增加光照强度和CO2浓度外，适量增施农家肥也能提高光合作用速率，因为农家肥中的有机物经微生物分解后，为植株提供无机盐和CO2，无机盐和二氧化碳均是光合作用过程需要的，因而能提高光合速率。 2．（2026·辽宁·模拟预测）学习以下内容，回答问题： I．虽然光是植物光合作用的根本推动力，没有光植物便不能进行光合作用，光不足则不能高速地进行光合作用，可是光过剩对植物来说也不是好事。当叶片接受的光能超过它所能利用的量时，光可以引起光合活性的降低，这就是光合作用的光抑制现象。最新的研究成果认为，可能的机理主要是光能过剩时，过多还原力的形成引起NADP+不足使电子传递给O2，形成超氧阴离子自由基(O)；另一方面会导致还原态电子(e-)的积累，形成三线态叶绿素(chlT)，chlT与分子氧反应生成单线态氧(1O2)(氧分子的一种激发态)，破坏叶绿素和PSⅡ(由蛋白质和光合色素组成的复合物)反应中心的D1蛋白(PSⅡ的核心亚基蛋白)，从而损伤光合结构。 (1)根据上述内容分析，PSⅡ位于植物细胞的___________上；分离植物叶肉细胞中的4种光合色素，随层析液在滤纸上扩散速度最慢的色素主要吸收可见光中的___________光。 (2)当光照突然减弱时，光反应产物中的___________减少，会抑制二氧化碳还原为糖的一系列反应。若长期处于弱光条件，植物叶绿体的发育会产生适应性变化，___________数目会增加。 (3)从光反应和暗反应物质联系的角度来分析，强光条件下NADP+不足的原因是___________。 (4)在强光下科研人员通过添加人工电子梭显著增强了小球藻叶绿体释放氧气的能力，从而有效解除了光合作用的光抑制现象。据信息分析，该方法能有效解除光抑制的机制是___________。 Ⅱ．科学家研究发现，细胞也可通过非光化学淬灭(NPQ)减少多余光能对PSⅡ的损伤。已知拟南芥的H蛋白有2个功能：修复损伤的PSⅡ；参与NPQ的调节。科研人员以野生型拟南芥和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，结果如图所示。实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，且强光对二者的PSⅡ均造成了损伤。请根据相关信息回答： (5)①该实验的自变量为___________，两组实验应在CO2浓度、温度等一致的环境条件下进行。 ②若测得突变体的光合作用强度高于野生型，结合题图分析，推测其原因可能是___________。 【答案】(1) 类囊体薄膜(叶绿体的类囊体薄膜) 红光和蓝紫 (2) ATP、NADPH 类囊体(基粒) (3)强光下光反应产生的NADPH多于暗反应消耗的量，导致光反应中NADP+供应不足(合理即可) (4)添加人工电子梭使叶绿体中O2的浓度下降，产生O和1O2(或超氧阴离子自由基和单线态氧)的量减少，降低了D1蛋白(或PSⅡ)受损伤的程度(合理即可) (5) 光、H蛋白[答光能/光能(有无)/光照有无/强光有无、H基因均可] 突变体的NPQ强度更大，NPQ减少PSⅡ损伤的功能强于H蛋白的修复功能(合理即可) 【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、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH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，三碳化合物利用光反应产生的NADPH和ATP被还原。 【详解】（1）由题干信息分析，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，并且D1蛋白位于PSⅡ上，因PSⅡ位于植物细胞的类囊体薄膜上；叶肉细胞中的4种光合色素中随层析液在滤纸上扩散速度最慢的色素是叶绿素b，主要吸收可见光中的红光和蓝紫光。 （2）当光照突然减弱时，光反应变慢，产物中的ATP、NADPH减少，会抑制二氧化碳还原为糖的系列反应；若长期处于弱光条件，植物叶绿体的发育会产生适应性变化，类囊体(基粒)数目会增加，进而增加光合色素的含量，以便充分吸收光能用于光合作用。 （3）光反应产生NADPH，暗反应消耗NADPH用于C3的还原，强光条件下，光反应产生的NADPH多于暗反应消耗的量，导致 NADP+供应不足。 （4）由题干可知，O2-和1O2会攻击叶绿素和PSⅡ反应中心的D1蛋白，从而损伤光合结构，进而减少O2的释放，故可推测添加人工电子梭使叶绿体中O2的浓度下降，产生O2-和1O2的量减少，降低了D1蛋白(或PSⅡ)受损伤的程度，使光反应增强，释放的氧气增加。 （5）①据题意可知，以拟南芥的野生型和H基因缺失突变体为材料进行了相关实验，实验中强光照射时对野生型和突变体光照的强度相同，结合题图分析实验的自变量为有无光照、H蛋白。 ②据图分析，强光照射下突变体中NPQ相对值高，而NPQ能将过剩的光能耗散，从而使流向光合作用的能量减少，也就是说突变体的NPQ强度大，能够减少强光对PSⅡ的损伤且减少作用大于野生型H蛋白的修复作用，这样导致突变体的PSⅡ活性高，能为暗反应提供较多的NADPH和ATP促进暗反应进行，因此突变体的暗反应强度高于野生型，从而导致突变体的光合作用强度高于野生型。 ——梳理实验脉络,强化探究逻辑 3．（2026·浙江·模拟预测）同位素标记法可用于示踪物质的运行和变化规律，如在追踪光合作用中O2的来源、二氧化碳中的碳是如何转化为有机物中的碳的研究过程中，科学家们都使用了同位素标记法。回答下列问题： (1)兴趣小组进行“追踪光合作用中O2的来源”的模拟实验（如图）：用H218O和普通的CO2进行甲组实验，用C18O2和普通的H2O 进行乙组实验。能否通过检测两组实验收集到的O2是否具有放射性作为得出结论的依据？_____，原因是_____。 (2)科学家曾经进行如下实验：向小球藻悬浮液中通入14CO2→用“14CO2同化处理不同的时间→用沸腾的酒精处理→蒸发浓缩→双向纸层析→放射自显影。 ①用沸腾的酒精处理的目的是_____； ②双向纸层析是一种常见的物质分离方法，在第一种层析系统进行第一向层析后，将滤纸烘干，旋转90°，用另一层析系统进行第二向层析，纸层析法分离不同物质的原理是_____。 ③做实验时发现：通入14CO2仅30秒后杀死小球藻，提取到的放射性产物就多达几十种；缩短时间到7秒，放射性产物减少到了12种。若要确定CO2被固定生存的第一种产物是什么，实验的思路是_____。 ④如果CO2首先与物质甲结合生成了该产物，则突然停止供应CO2，物质甲的含量应该_____。对大多数绿色植物来说，物质甲最可能是_____。 (3)研究者给盆栽植物浇灌H218O，一段时间后，植株周围空气中出现含18O的物质，请列举3种：_____。 【答案】(1) 不能 18O是稳定同位素，不具有放射性 (2) 杀死细胞，提取产生的有机物 溶解度高的物质随层析液在滤纸上扩散快，反之则慢 继续缩短杀死小球藻的时间，直至放射性产物只有一种 增多 C5化合物 (3)H218O、18O2、C18O2 【分析】1、叶绿体色素的提取和分离实验结果为：滤纸条从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），其中胡萝卜素（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。 2、用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法，同位素标记可用于示踪物质的运行和变化规律。 【详解】（1）同位素包括放射性同位素和稳定同位素，稳定同位素不具有放射性，如18O、15N等，故不能通过检测两组实验收集到的O2是否具有放射性作为得出结论的依据。 （2）①沸腾的酒精带来的高温能杀死细胞，使反应“固定”在预定时间；有机物质可以溶解在酒精中，用酒精处理可以提取产生的有机物。 ②纸层析法分离不同物质的原理是溶解度高的物质随层析液在滤纸上扩散快，反之则慢。 ③由题意分析可知实验思路是不断缩短时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种反射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。 ④突然停止供应CO2，若该物质与CO2直接结合，则因为没有CO2与之结合而使其含量变增多，光合作用中与CO2直接结合的是C5化合物。 （3）给盆栽植物浇灌H218O，根系吸收的H218O大部分通过蒸腾作用以水蒸气的形式散失到周围空气；小部分参与光合作用、细胞呼吸等代谢过程，光合作用光反应过程中，H218O分解产生的18O2一部分释放到空气；有氧呼吸过程中，H218O与丙酸一起被分解，产生CO2和NADH，产生的CO2部分为C18O2，综上所述，一段时间后，植株周围空气中会出现H218O、18O2、C18O2。 4．（2026·山东·模拟预测）“绿叶中色素的提取和分离”是高中生物的经典实验，某同学按下列步骤进行实验：①取新鲜菠菜叶5g，剪碎放入研钵；②加入少量石英砂、5mL无水乙醇和1mL碳酸钙，研磨；③过滤得到滤液；④用毛细吸管在滤纸条上画滤液细线，待干燥后重复画3次；⑤将滤纸条放入层析液中，层析液液面低于滤液细线；⑥一段时间后取出滤纸条，观察色素带。 回答下面的问题 (1)该同学绘制的滤纸条色素带示意图如下，请标注出①②③④对应的色素名称：①________；②________；③________；④________。 (2)步骤②中加入碳酸钙的作用是________，若未加入碳酸钙，滤纸条上________（填色素带序号）的颜色会变浅。 (3)步骤④中“重复画3次”的目的是________，若滤液细线画得过粗，会导致________。 (4)若该同学用红色苋菜叶代替菠菜叶进行实验，滤纸条上会出现额外的红色色素带，该色素是________，其是否属于光合色素？________（填“是”或“否”），原因是________。 【答案】(1) 胡萝卜素 叶黄素 叶绿素a 叶绿素b (2) 防止叶绿素被酸性物质破坏 ③④ (3) 增加滤液细线中色素的含量，使色素带更清晰 色素带重叠 (4) 花青素 否 花青素不参与光合作用，且不存在于叶绿体中（或存在于液泡中） 【分析】1、“叶绿体中色素的提取和分离”实验中几种化学药品的作用：①加入少量SiO2，可破坏细胞结构，使研磨更充分，便于色素完全释放，②加入少量CaCO3，可以中和细胞内的有机酸，防止有机酸夺取叶绿素中的镁离子使叶绿素被破坏，从而起到保护色素的作用，但SiO2和CaCO3的加入量要少，否则滤液杂质多、混浊、颜色浅，实验效果差。 2、滤液细线不仅要求细、直、均匀，而且要求含有较多的色素(可以重复画二至三次)。 【详解】（1）纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的扩散快。滤纸条上从远到近（扩散速度从快到慢）的色素依次为胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色），且叶绿素a含量最多（带最宽），叶绿素b含量次之，胡萝卜素含量最少（带最窄）； （2）碳酸钙可中和叶片中的酸性物质，防止叶绿素被破坏；未加碳酸钙时，叶绿素a和b（③④）会被破坏，颜色变浅； （3）重复画滤液细线可累积色素，使色素带更清晰；细线过粗会导致色素扩散时相互重叠； （4）红色苋菜叶的红色色素为花青素，存在于液泡中，不参与光合作用，不属于光合色素。 ——科技前沿改编，开放选拔特训 5．（2026·天津·模拟预测）高等植物含有光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ），其过程如图1所示，其中e为电子（含有的电能可转化为化学能），甲、乙和数字表示反应过程。在强光下，能量可传递给分子氧产生氧自由基，会破坏类囊体膜结构，使光合系统无法充分利用光能，导致光合速率下降产生光抑制（光系统转化光能的相对效率降低）。科研人员采用不同强光处理的方法研究了PSⅠ光抑制对小麦叶片PSⅡ以及整个光合电子传递链活性的影响，研究结果如图2．请回答： 持续强光 频闪强光 起始（0h） 3h 起始（0h） 3h PSⅡ转化光能的相对效率 0．81 0．73 0．82 0．75 PSⅠ转化光能的相对效率 0．79 0．72 0．83 0．47 PSⅡ受体开放程度 0．79 0．75 0．79 0．43 PSⅡ自身活性 0．70 0．50 0．70 0．65 图2 (1)据图分析，PSII和PSI分布在_____上，②③过程分别为_____。 (2)PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物具有吸收、传递、转化光能的作用。O2是水光解的产物，其中需要的光能是通过_____吸收利用的。NADPH中的化学能来自_____吸收和转换的光能。 (3)叶肉细胞中，ATP合成酶除了在类囊体腔中有分布外，在_____处也有分布，图中ATP合成酶所具有的作用有_____、_____。 (4)将强光处理过的小麦叶片立即置于低于光合作用饱和光强的中低光强下，光抑制往往需要经过许多小时甚至几天才能完全恢复，原因可能是_____，无法立即修复。 (5)据图与表分析，频闪强光处理下对PSⅠ的光抑制程度比对PSⅡ更明显，判断的依据是_____。 (6)研究表明在PSⅡ光抑制程度相同的情况下，频闪强光处理时叶片PSⅡ的电子传递活性的下降幅度远大于持续强光处理叶片。PSⅡ的电子传递活性取决于PSⅡ自身活性以及PSⅡ电子受体的开放程度，据表分析，频闪强光处理限制PSⅡ电子传递主要与_____有关。 【答案】(1) 叶绿体类囊体薄膜 CO2的固定、C3的还原 (2) PSⅡ PSⅠ和PSⅡ (3) 细胞质基质和线粒体 催化ATP的形成 H+的载体 (4)强光下产生的氧自由基破坏了类囊体薄膜的膜结构和光系统蛋白 (5)频闪强光处理下对PSⅠ的相对效率由0.83降到0.47，大于PSⅡ的相对效率由0.82降到0.75的减小值 (6)PSⅡ受体开放程度 【分析】类囊体薄膜上进行光反应，物质上发生水的光解，生成氧气，并合成ATP、NADPH，能量方面则是将光能转化成活跃的化学能。 图中①-③依次表示水的光解、二氧化碳的固定、C3的还原。 【详解】（1）由图1可知，PSII和PSI分布在叶绿体类囊体薄膜上，②过程为CO2与C5生成C3，即CO2的固定，③过程为C3在ATP和NADPH的还原下生成C5和（CH2O），即C3的还原。 （2）由图可知，O2是水光解的产物，需要的光能是通过PSⅡ直接吸收利用的。图中显示，PSII中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H+和电子，产生的电子传递给PSI用于将NADP+和H+结合形成NADPH，NADPH中的化学能来自PSⅠ和PSⅡ吸收和转换的光能。 （3）发生在细胞质基质和线粒体中的呼吸作用能合成ATP，因此，细胞质基质和线粒体中有ATP合成酶的分布。由图可知，图中ATP合成酶所具有的作用有催化ATP的形成，作为H+的载体。 （4）在强光下，能量可传递给分子氧产生氯自由基，会破坏类囊体膜结构，使光合系统无法充分利用光能。将强光处理过的小麦叶片再置于较低的光强下，光抑制往往需要经过许多小时甚至几天才能完全恢复，可能是强光下产生的氧自由基破坏了光反应的结构——类囊体薄膜的膜结构和光系统蛋白。 （5）据表分析，频闪强光处理下对PSⅠ的相对效率由0.83降到0.47，PSⅡ的相对效率由0.82降到0.75，说明频闪强光处理下对PSⅠ的光抑制程度比对PSⅡ更明显。 （6）据表分析，频闪强光处理下，PSⅡ自身活性由0.70下降至0.65，小于PSⅡ受体开放程度的下降（0.79至0.43），即频闪强光处理限制PSII电子传递主要与PSⅡ受体开放程度有关。 6．（2026·重庆·模拟预测）如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco酶对CO2的Km为450μmol⋅L-1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。水稻光合作用暗反应仅在叶肉细胞中进行。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC对CO2的Km为7μmol⋅L-1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题： (1)水稻光合作用暗反应所需的CO2的来源有____。 (2)根据题干信息分析，下列细胞中能进行光呼吸的有____（多选）。 A．水稻叶肉细胞 B．水稻维管束鞘细胞 C．玉米叶肉细胞 D．玉米维管束鞘细胞 (3)PEP与CO2在PEPC的作用下形成第一种C4化合物——草酰乙酸，草酰乙酸再被NADPH还原成第二种C4化合物——苹果酸，后者可通过叶肉细胞和维管束鞘细胞之间的通道____进入维管束鞘细胞，在相应酶的作用下释放出CO2再进行卡尔文循环。 (4)玉米籽粒中富含淀粉，其合成过程主要是：首先在叶肉细胞中通过卡尔文循环合成光合还原产物____（填具体名称），该产物跨____（填结构名称）转运到细胞质基质中合成X后，再通过韧皮部的筛管将X长距离运输到胚乳细胞，随后在____的催化下将其水解为单糖，然后在一系列酶的作用下以单糖为原料合成淀粉。 (5)在干旱、高光照条件下，玉米的光合作用强度高于水稻。原因包括____（多选）。 A．玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高 B．玉米叶肉细胞的叶绿体生成ATP和NADPH的能力更强 C．高光照条件下玉米可以通过维管组织将光合产物及时转移 D．玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境 【答案】(1)外界环境、细胞呼吸、光呼吸 (2)AD (3)胞间连丝 (4) 3-磷酸甘油醛 叶绿体膜 蔗糖酶/蔗糖水解酶 (5)ACD 【分析】本题主要考查光合作用的暗反应过程，也就是卡尔文循环。绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在特定酶的催化下，与C5结合，这个过程称作CO2的固定。一分子的CO2被固定后，很快形成两个C3分子。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。随后，一些接受能量并被还原的C3，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C3，经过一系列变化，又形成C5。这些C5又可以参与CO2的固定。 【详解】（1）由图可知，水稻光呼吸会产生CO2，其细胞呼吸也会产生CO2，可见水稻叶肉细胞光合作用暗反应所需的CO2可来自外界环境、细胞呼吸和光呼吸。 （2）光呼吸需要Rubisco酶（该酶可参与卡尔文循环）的催化，水稻维管束鞘细胞和玉米叶肉细胞中均不进行卡尔文循环，没有Rubisco酶，因此不能进行光呼吸，但水稻叶肉细胞和玉米维管束鞘细胞中均有Rubisco酶，所以都能进行光呼吸，AD正确，BC错误。 故选AD。 （3）高等植物细胞之间进行物质交换和信息交流的连接通道是胞间连丝，因此苹果酸可通过叶肉细胞和维管束鞘细胞之间的通道胞间连丝进入维管束鞘细胞，在相应酶的作用下释放出CO2再进行卡尔文循环。 （4）玉米与水稻的卡尔文循环的过程是相同的。由图可知：CO2固定的直接产物是3-磷酸甘油酸，然后直接被NADPH还原成3-磷酸甘油醛。题述中的X为蔗糖，蔗糖是植物长距离运输的主要糖类，3-磷酸甘油醛跨叶绿体膜转运到细胞质基质中合成蔗糖后，再通过韧皮部的筛管将蔗糖长距离运输到胚乳细胞，随后在蔗糖水解酶（蔗糖酶）的催化下将其水解为单糖，然后在一系列酶的作用下以单糖为原料合成淀粉。 （5）A、干旱、高光强时会导致植物气孔关闭，吸收的CO2减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力比水稻的Rubisco酶更高，因此玉米能利用低浓度的CO2进行光合作用，使得在干旱、高光照条件下，玉米的光合作用强度高于水稻，A正确； B、玉米叶肉细胞的叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关，玉米叶肉细胞的叶绿体生成ATP和NADPH的能力更强不是玉米耐干旱、耐高光照的原因，B错误； C、玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，玉米能将叶绿体内的光合产物通过维管组织及时转移出细胞，因此在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻，C正确； D、玉米能通过PEPC酶生成C4，使维管束鞘内的CO2浓度高于外界环境，抑制玉米的光呼吸，使得在干旱、高光照条件下，玉米的光合作用强度高于水稻，D正确。 故选ACD。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $