2027届高三生物人教版一轮复习讲义：第3单元 细胞的代谢（光合作用）

该高中生物学高考复习讲义聚焦光合作用的色素与原理核心考点，涵盖色素提取分离实验、叶绿体结构、光反应与暗反应过程、影响因素及与呼吸作用综合应用，按“基础实验—过程原理—影响因素—综合应用”逻辑架构知识体系，通过考点梳理、易错提醒、真题精讲、分层练习等环节，帮助学生系统突破难点。 讲义突出科学思维与探究实践素养培养，如通过实验异常现象原因分析（滤液颜色过浅、色素带重叠等）引导学生基于证据推理，结合鲁宾和卡门同位素示踪实验等经典案例解析光合作用原理。设置基础自检与高考真题分层训练，配合实验操作要点与曲线分析方法指导，助力学生高效掌握考点，为教师把控复习节奏提供精准教学支持。

2027届高三一轮 生物学科 复习资料 考点六 光合作用的色素和原理 基础 满分练 【课前回顾 自检自测】 【必备知识】 一.捕获光能的色素和结构 1.绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 易错提醒:①色素提取液——无水乙醇; ②色素分离液——层析液。 (2) 实验过程 过程 操作内容 操作目的 提 取 色 素 材料 叶片要新鲜、深绿(如 菠菜叶片) 使滤液中光合色素含量高 试剂 无水乙醇、丙酮等有机溶剂 用于提取色素,色素可溶解在有机溶剂中 二氧化硅 充分研磨 碳酸钙 防止研磨过程中色素被破坏(保护色素) 关键 步骤 研磨要迅速、充分 提取较多色素、防止溶剂挥发 用单层尼龙布过滤, 而不用滤纸也不用纱布 防止色素吸附在滤纸或纱布上 盛滤液的试管口加棉塞 防止溶剂挥发 分 离 色 素 试剂 层析液 (以多种有机溶剂的混合物) 分离色素,不同色素在层析液的溶解度不同,在滤纸条上的扩散速度不同【纸层析法】 关键 步骤 定性滤纸条的一端1cm处剪去两角 防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快,保证色素同步上升(使扩散均匀) 滤液细线先画一次待干后重复画一两次,要求细、直、齐 重复画一两次可染上更多滤液使色素带清晰; 细、直目的是色素能同步上升,防止滤纸条色素带部分重叠 分离色素时滤液细线不能触及层析液 防止色素溶解到层析液中 (3)实验结果及分析 植物绿叶中的光合色素(捕获光能的色素)有 4 种。类胡萝卜素占1/4,叶绿素占3/4。 (4)对色素提取、分离过程中异常现象原因分析: 出现异常现象 原因分析 滤液的颜色过浅 1. 未加二氧化硅,研磨不充分,提取到的光合色素少 2. 一次加入大量无水乙醇,提取液浓度太低 3. 未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏 4. 使用放置数天的菠菜叶,滤液色素(叶绿素)太少; 滤纸条上最下面 两条色素带较浅 1. 研磨时未加碳酸钙,研磨时叶绿素被破坏 2. 取材时没有取新鲜叶片,取了“黄叶” 滤纸条色素带重叠 1. 滤液细线不直(细、直、齐) 2. 滤纸条未经干燥处理 滤纸条无色素带 1. 忘记画滤液细线 2. 滤液细线接触到层析液且时间长,色素全部溶解在层析液中 3. 提取时未加无水乙醇等有机溶剂 (高考题组编)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的相关叙述正确的是( D ) A.(2024贵州卷)提取光合色素可采用纸层析法 B. (2025河北卷)将小麦色素提取液滴加到滤纸条,然后将色素滴加部位浸入层析液进行层析。 C.(2021北京卷)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。 D.(2025黑吉辽卷)分离菠菜中的色素时,因层析液有挥发性,需在通风好的条件下进行 (2025 山东卷)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是( B ) A. 应使用干燥的定性滤纸 B.绿叶需烘干后再提取色素 C.重复画线前需等待滤液细线干燥 D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代 (2023 江苏卷,12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是( B ) A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素,但易出现色素带重叠 C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带,花青素位于叶绿素a、b之间 2.叶绿体中的色素及吸收光谱 (1)分布: 叶绿体的类囊体薄膜上(真核细胞的光合色素分布位置) (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(400-760nm),红外光和紫外光是不吸收的。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收 蓝紫光;不吸收红光; (注意:光合色素对其他波段的光并非不吸收,只是吸收量较少,都对绿光吸收极少。) (必修1第99页旁栏思考)温室或大棚种植蔬菜时,不选用绿色光源的原因是 光合色素几乎不吸收绿光 ;为提高作物产量,最好选用 无色透明 的玻璃或塑料薄膜,因为它可以使各种颜色的光通过;如果在阴天给大棚内的作物“人工补光”,补充光源可选择红光或蓝紫光 。 (2023 全国乙卷) 植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述,错误的是( D ) A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰 D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高,随层析液在滤纸上扩散得越慢 (2023 海南卷改编)在进行光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a和 叶绿素b ;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第 1、2 条。 3. 叶绿体的结构适于进行光合作用(光合作用的场所) (1)叶绿体具两层膜, 叶绿体是通过许多个类囊体堆叠形成基粒的方式增大内部膜面积。 叶绿体的外膜、内膜、类囊体薄膜等生物膜结构都是以磷脂双分子层为基本支架。 (2)内部的膜面积增大的目的是以为光合色素和光反应有关的酶提供的附着位点。 (3)叶绿体基质中含有核糖体,与暗反应有关的酶,少量的DNA和RNA等物质。 (4)在真核生物中,含有叶绿体的细胞有:一般存在于绿色植物的叶肉细胞中,但在某些植 物幼嫩的茎和果实细胞中也有。(说明这些部位是光合作用发生的部位) (5)叶绿素的合成需要①必备元素:C、H、O、N、Mg等;②条件:光刺激,酶,矿质元素等。 4.证明叶绿体的功能——恩格尔曼实验 A.恩格尔曼在选材上有什么巧妙之处?选择水绵和需氧细菌 实验材料选择巧妙:水绵的叶绿体呈螺旋式带状,便于观察; 观测指标设计巧妙:用好氧细菌可确定释放氧气多的部位; B.恩格尔曼在实验设计上有什么巧妙之处? 排除干扰的方法巧妙:设置没有空气的黑暗环境目的是排除了氧气和光的干扰; 实验对照设计巧妙:用极细光束照射,叶绿体上有光照多和光照少的部位,形成对比实验;C.实验结果:需氧型菌只集中分布在叶绿体被光束照射到的部位;实验结果说明了水绵叶绿体在有光的条件下有氧气释放。 D.临时装片暴露在光下的实验再一次验证了实验结果,与实验组起到对照作用;结果是需氧型细菌分布在叶绿体所有受光的部位。(右图) (2025河南开封期末)叶绿体结构模式图如图甲所示,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是( D ) 甲 乙 A.图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B.图乙来自甲中的③,上面只有色素分子而没有酶分子 C.④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D.恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 二.光合作用的原理 1.探索光合作用的部分实验 科学家 发现 恩格尔曼 好氧型细菌分布在水绵有光照射的部位,说明该部位有氧气释放,说明光合作用过程有O2产生。 问题:O2由什么物质产生的? 希尔 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出O2; 结论:离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气。 问题:该实验能说明光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水吗? 不能,该实验未排除叶绿体其他物质的干扰,也没有直接观察到氧元素的转移。 鲁宾和卡门 用同位素示踪的方法,研究了光合作用中氧气的来源: ①自变量为被标记的C18O2和H218O ,因变量是观察产物O2的同位素情况。 ②结论:光合作用释放的氧气来自水并非来自二氧化碳 。 ③设计巧妙之处:两组实验相互对比直观地表现出氧气来自水中的氧。 阿尔农 发现在光照下,叶绿体可合成ATP。1957年,他发现该过程总是与水的光解相伴随。 问题:希尔实验是否说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应? 能,希尔实验的反应体系中有H2O,没有合成糖的必需原料CO2,说明水的光解并非必须与糖的合成相关联,暗示着希尔反应是相对独立的光反应阶段。 卡尔文 用放射性同位素示踪的方法,探究了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径:用14C标记CO2,供小球藻光合作用,踪检测放射性的转移路径:14CO2 14C3 (14CH2O)+14C5。【卡尔文循环:C5-C3-C5循环】 (2025福建福州模拟)植物学家希尔发现,在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气。根据光合作用原理推测,加入的铁盐类似于叶绿体中的( A ) A.NADP+ B.ATP C.H+ D.CO2 (2026重庆模拟)科学发现的过程蕴含严谨的逻辑与方法。下列关于光合作用探索历程的叙述,正确的是( C ) A.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 B.鲁宾和卡门同位素示踪实验中对照组是C18O2和H2O,实验组是CO2和O C.卡尔文向小球藻提供14CO2,光照一段时间后,14C3先于14C5出现 D.恩格尔曼用水绵和乳酸菌进行实验,证明叶绿体释放氧气 2.光合作用的原理 (1)光合作用:是指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。 (2)光合作用的意义:利用太阳能合成有机物,供植物体自身生命活动利用,还养活了包括你我在内的所有异养型生物。 (3)光合作用的过程的解读 项目 光反应阶段 暗反应阶段(卡尔文循环) 场所 叶绿体类囊体的薄膜 叶绿体基质 条件 光、光合色素、酶 酶、NADPH、ATP等 物质 变化 (1)H2OO2+H++e- (2)NADP++H++e- NADPH (3)ADP+PiATP NADPH中文名是还原型辅酶 , (1)CO2固定: CO2+C52C3 (2)C3还原: 2C3(CH2O)+C5+ADP+Pi+NADP+。。。 NADPH的作用①作为暗反应的还原剂(还原C3); ②将储备的能量转移到有机物中 。 实质 将光能转换到ATP和NADPH活跃的化学能中 将光反应产生的ATP和NADPH中的能量转移到有机物(CH2O)中 能量变化 光能 ATP、NADPH 有机物稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应为光反应提供NADP+、ADP和Pi。 联系 暗反应在有光、无光都能进行,若光反应停止,暗反应是否也马上停止? 不会,暗反应可持续一段时间后再停止,原因是光反应产生的ATP和NADPH未消耗完,可供暗反应利用;没有暗反应,光反应也会受到影响。 CO2不足暗反应减弱后,光反应也无法正常进行,原因是 光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP+,CO2不足使暗反应减弱后,光反应在缺少原料的情况下无法正常进行 。 (4)总反应:;若有机物为C6H12O6:。 (5)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)。C5、C3的元素构成除了C以外还有H、O等元素; (6)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,供植物生命活动的利用。 (7)元素的转移途径: H:3H2ONADPH(C3H2O)+3H2O。 C:14CO214C3(14CH2O)+14C5。 O:光反应:HO18O2; 暗反应:C18O2C3(CH218O)+H218O。 判断: (1)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020 天津卷,5C)( ) (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,11D)( ) (3)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021 山东卷,16C)( ) 关键点1 光反应过程核心机制(类囊体膜上光能 e- ATP/NADPH) (高考题组编)下列关于光合作用原理的相关叙述错误的是( D ) A.(2025 河北卷)水的光解不消耗ATP B.(2024 江西卷)光合作用中,水的光解发生在类囊体薄膜上 C.(2024 贵州卷)幼苗中的水可参与形成NADPH,也可参与形成NADH D. (2021 湖南卷)弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用 (2025广东广州模拟)光反应中,叶绿素吸收的光能会被转化成电子进行传递。电子从光系统 (PS )转移到光系统 (PS ),最终生成NADPH。除此之外,PS 还负责光合生物中水的光依赖性氧化,同时释放氧气和质子(H+),质子可以推动ATP合成,过程如图所示。下列叙述错误的是( C ) A.PS 具有吸收利用光能,并进行电子传递的作用 B.破坏PS 会影响光反应中氧气的释放和ATP的合成 C.若降低B侧的H+浓度,则有利于光反应过程中产生ATP D.通过光合电子传递链,光能可转化到NADPH和ATP中 (2026安徽合肥模拟改编)光是光合作用的必要条件,在光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递(如图所示)。请分析回答下列问题。 (1)由图可知,光反应中产生ATP的直接能量来源是 H+的电化学梯度 。光反应过程产生的ATP可用于暗反应及叶绿体内其他的耗能生命活动。 (2)ATP合酶的作用是 催化ATP的合成、协助H+跨膜运输 ,增加膜两侧的H+浓度差的生理过程有 水的光解产生H+、PQ将H+从叶绿体基质侧运输到类囊体腔侧、合成NADPH消耗叶绿体基质侧的H+ (答出2点即可)。 (3)物质X通过与质体醌(PQ)竞争PS 上的结合位点而阻碍电子传递,导致 ATP和NADPH (填物质名称)生成量减少,进而影响暗反应中 C3的还原 。 关键点2 暗反应碳同化路径[CO2+C5 2C3 (CH2O)+C5再生] (2024 安徽卷节选)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合,在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸;在有关酶的作用下,3-磷酸甘油酸接受ATP和NADPH释放的能量并被还原,随后在叶绿体基质中转化为 核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类 。 (2021 高考广东卷)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( D ) 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 关键点3 光反应与暗反应的联系及物质与能量转换(ATP/NADPH驱动C3还原) (2026 广东名校联考)研究发现外源性甲醛(HCHO)可作为碳源参加常春藤的光合作用,具体过程如下图所示(Ru5P和Hu6P为中间产物),下列说法错误的是( B ) A.甲醛通过气孔以自由扩散方式进入细胞 B.①过程称为暗反应,与基粒的功能无关 C.可用同位素标记法验证②过程 D.细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质 3.光合作用与化能合成作用的比较 项目 光合作用 化能合成作用 相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物(CH2O) 区 别 能量来源 光能 无机物氧化释放的化学能 代表生物 光能自养生物,如绿色植物、蓝细菌等 化能自养生物,如 硝化细菌 (2026安徽模拟)亚硝酸细菌和硝酸细菌是土壤中普遍存在的化能自养型细菌,前者将氨氧化为亚硝酸,后者将亚硝酸氧化为硝酸,其过程如图所示。下列相关叙述错误的是( C ) A.是否利用光能是光合作用和化能合成作用的本质区别 B.氧化氨和亚硝酸的过程都能释放出化学能,这两种细菌都能利用相应的能量合成有机物 C.细菌的化能合成作用可降低土壤中硝酸盐含量,有利于植物渗透吸水 D.亚硝酸细菌化能合成作用与植物光合作用的能量来源和发生场所均不相同 3. 光合作用的影响因素及其应用 1. 探究环境因素对光合作用强度的影响 (1)光合作用强度: 植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。 (2)表示方法: 用一定时间内原料消耗(如 CO2)或产物生成的数量(O2、有机物)来定量表示。 (3)探究光照强度对光合作用强度的影响实验 ① 实验装置: 中间盛水玻璃柱的作用是吸收灯光的热量,避免光照对烧杯内水温产生影响。 ②实验原理: 一定范围内,光合作用越强,单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。 ②变量控制: 自变量 不同光照强度 自变量的控制 5W LED台灯离实验装置的不同距离代表不同的光照强度 因变量 光合作用强度(O2的产生量多少代表光合作用强度的大小) 因变量的检测 同一时间段内(单位时间内)叶片浮起的数量与快慢 对无关变量的控制 叶片大小、溶液的量等保持相同且适宜 ③实验步骤:取材 打孔 排气 沉水 分组 光照 观察并记录。 实验前,在实验材料的处理上,用注射器排气的目的是使叶片内的气体溢出,保证小叶片上释放的气体是光合作用过程产生的。使用注射器排气处理过的叶片为什么会沉到水底?在拉动活塞使圆形小叶片内的气体溢出,同时使细胞间隙充满了水,所以会沉到水底 。处理好的叶片应放置在黑暗盛有清水 的条件下待用。 实验时,为什么要将圆形小叶片放置在富含CO2的清水中进行实验?光合作用过程需吸收二氧化碳,保证清水中二氧化碳充足,排除二氧化碳这一无关变量对实验结果造成影响。可通过什么方式使清水中的CO2保持充足?吹气或用1%-2%的NaHCO3溶液提供CO2。 ④实验结果:叶圆片浮起的数量:强光组>中光组>弱光组。 圆形小叶片浮起的原因是光照下叶片进行光合作用,光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2,释放氧气,使叶肉细胞间隙充满了气体,浮力增大,叶片上浮。 ⑤实验的结论:在一定的范围内,随光照强度的不断增强,光合作用强度也不断增强(产生的O2多,圆形小叶片浮起的数量多) 。 (2025 安徽卷)关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验,下列叙述错误的是( C ) A.用打孔器打出叶圆片时,为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉 B.调节LED灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离,以进行对比实验 C.用化学传感器监测光照时O2浓度变化,可计算出实际光合作用强度 D.同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同,可能与其接受的光照强度不同有关 (2024 北京卷)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 )(光照强度) 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 (2024 深二模) 某研究性学习小组利用新鲜的菠菜叶打出若干个圆形小叶片,经处理后在适宜的光照条件下将其分别放在实验室提供的质量分数为0.5%、1.5%、2.5%、3.5%的碳酸氢钠溶液中,观察叶片上浮情况,实验结果如下表。回答下列问题:(CO2) 碳酸氢钠质量分数(%) 0.5 1.5 2.5 3.5 单位时间内叶片上浮片数(片) 4 18 20 8 (1)绿叶通过 气孔 (填叶片结构)从外界吸收的CO2,最终在叶绿体基质中与C5结合形成C3,接受能量后,被 NADPH还原,最终转化为糖类和C5。这样,暗反应阶段就形成从C5到C3再到C5的循环,可以源源不断地进行下去,因此暗反应过程也称作 卡尔文循环 。 (2)沉降到烧杯底部的圆形小叶片在适宜的条件下一段时间会上浮,小圆叶片上浮的原因是 叶片在适宜条件下光合作用速率大于呼吸作用,释放氧气,氧气充满细胞间隙,叶片上浮 (真净呼) 。 (3)碳酸氢钠溶液浓度超过一定数值后圆形小叶片的光合作用强度反而下降。为探究该问题,小组成员作出假设并进行探究。 ①假设:较高质量分数的碳酸氢钠溶液中,保卫细胞 通过渗透作用失水气孔开度变小,导致二氧化碳供应不足,致使光合作用减弱。 ②为验证该假设,设置两组实验,对该植物的气孔开度作检测,检测结果符合预期。 ③若用上述实验中的菠菜叶为材料,验证该假设提出的光合作用减弱原因,你的研究思路是 撕取菠菜叶(下表皮)制作临时装片,分别用质量分数为2.5%、3.5%的碳酸氢钠溶液处理,观察气孔开度的变化情况 。 2.影响光合作用的因素及应用 影响光合作用的因素包括内在因素和外界因素,如图所示: 内部因素(由基因决定):植物自身的特性(阳生植物,阴生植物),叶龄,光合色素(叶绿素),酶(酶的数量,酶的活性),叶面指数,C5 ,NADP+,ADP,Pi等。 分析:阴生植物、阳生植物 光合速率情况,如下图所示。 光照强度 ①原理:光照强度通过影响光反应进而影响光合速率。直接通过影响光反应中NADPH和ATP的合成,进而影响暗反应,从而影响使光合作用产物量。 ②曲线分析 项目 A点 AB段 B点 B点以后 生理过程 只进行呼吸 呼吸>光合 (净光合<0) 呼吸=光合 (净光合=0) 呼吸<光合 (净光合>0) 生理状态模型 C点后限制光合作用强度的因素不再是光照强度。若使C点后光合作用强度继续增大,可采取的措施是增加CO2浓度,适当提高温度,补充水分等。 ③应用:温室生产中,适当增强光照强度,以提高光合速率。 ④根据关键词判定真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率 总(真正)光合速率 净(表观)光合速率 呼吸速率 CO2的“固定”或“消耗”量 从环境(容器)中“吸收”的CO2量或 环境(容器)中“减少”的CO2量 黑暗中CO2的释放量 O2的“产生”或“制造”量 “释放”至环境(容器)中的O2量或 环境(容器)中“增加”的O2量 黑暗中O2的吸收量 有机物的“产生”“合成”量 有机物的“积累”“增加” 量 黑暗中有机物的消耗量 【真光合一般是不能被直接测定,是通过直接测定呼吸速率和净光合速率,再算出真光合】 (2018.全国卷 ,30)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。 ①当光照强度大于a时,甲、乙两种植物中,对光能的利用率较高的植物是 甲。 ②甲、乙两种植物单独种植时,如果种植密度过大,那么净光合速率下降幅度较大的植物是 甲 ,判断的依据是 种植密度过大,植株接受的光照强度减弱,光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大 。 ③甲、乙两种植物中,更适合在林下种植的是 乙 。 (2018.全国卷 ,30)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性,某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片,分别测定其净光合速率,结果如图所示。据图回答: ①从图可知,A叶片是树冠下层(填“上层”或“下层”)的叶片,判断依据是 A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片 。 ②光照强度达到一定数值时,A叶片的净光合速率开始下降,但测得放氧速率不变,则净光合速率降低的主要原因是光合作用的 暗 反应受到抑制。 (2020 全国 ,T30(3))农业生产常采用间作(同一生长期内,在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物,在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑,最适合进行间作的两种作物是A和C,选择这两种作物的理由是 作物A光饱和点高且长得高,可利用上层光照进行光合作用;作物C光饱和点低且长得矮,与作物A间作后,能利用下层的弱光进行光合作用。 作物 A B C D 株高/cm 170 65 59 165 光饱和点/( mol m-2 s-1) 1 200 1 180 560 623 (2018 全国 ,29)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知:当叶面积系数小于a时,随叶面积系数增加,群体光合速率和干物质积累速率均。当叶面积系数超过b时,群体干物质积累速率降低,其原因是。 CO2浓度 ①通过通风增加空气流动,增加CO2,提高光合速率; ②增施农家肥,(有机物 无机物(CO2浓度、无机盐等),利于光合速率提高。 (2019 全国 ,T29(2))将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理,该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。与干旱处理前相比,干旱处理后该植物的光合速率会降低,出现这种变化的主要原因是 气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少 。 温度 温度主要是通过影响酶的活性进而影响光合速率,同时,植物体内温度过高促使蒸腾作用加强,影响叶片气孔导度的开闭CO2无法进入叶片组织,从而影响暗反应阶段。 (2023 金太阳)莴苣是世界上最重要的蔬菜之一。提高产量是莴苣育种和生产中急需解决的问题,为此科学家探究了多方面因素对莴苣光合作用的影响。回答下列问题: 研究人员对夏季和冬季晴天条件下,温室内莴苣叶的光合作用日变化规律进行研究,以便给大棚蔬菜种植提供科学依据,部分结果如图所示。图中代表夏季的曲线为 a ,判断依据是夏季温度更高,酶活性增强,同时,中午时间蒸腾作用加强(带走多于热量的同时散失水分),气孔关闭(CO2进入减少),植物光合速率降低,会出现“光合午休”现象;夏季光照强度更强,光照时间更长,植物光合速率更高。 水分或矿质元素 分析: ①施肥的同时,往往适当浇水,小麦的光合速率会更大,此时浇水的原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中,以离子形式存在,才能被作物根系吸收;同时可以保证小麦吸收充足的水分,保证叶肉细胞中CO2的供应。 ②土壤板结,光合速率下降的原因是土壤板结导致土壤中缺氧,根细胞进行无氧呼吸,产生的ATP减少,供给根细胞用于矿质元素吸收的能量减少。 ③西瓜、玉米和辣椒轮作和固定种植玉米相比,其优点是充分利用土壤中的矿质资源避免土壤肥力下降,改善土壤;避免专一性侵害玉米的害虫、病菌大量繁殖,减少大面积病虫害发生。 光质 多因子变量对光合速率的影响 植物生活的环境是复杂多样的,环境中的各种因素对光合作用的影响是综合的。下面的曲线是科学家研究多种因素对光合作用影响得到的结果。请分析回答: ①图1中P点光照强度下,要想提高光合速率,可以采取的措施是提高CO2浓度;图2中P点温度条件下,要想提高光合速率,可以采取的措施是提高温度。 ②根据图1分析,在30 条件下,光照强度达到Q点之后,光合作用速率不再增加,限制因素可能有哪些?光合色素的含量、空气中CO2浓度。 ③图1结果不足以说明30 是光合作用最适宜温度,为什么?如何改进实验才能获得正确的结果?实验提供的温度条件太少,需要在20~40 之间增加温度梯度进行实验。 关键点1 单因子对光合速率的影响及应用 (2025 福建卷)为研究光照对培养箱中拟南芥生长的影响,科研人员在总光强相同情况下设置了不同的红蓝光强度比,并改变光照时间,进行相关实验,部分结果如图。下列叙述正确的是( C ) A. 蓝光不能作为信号调控拟南芥生长 B. 拟南芥叶绿素b的吸收光谱受光照时长的影响 C. 适当调高16:1组的蓝光比例有利于拟南芥生长 D. 不同光照时间下促进拟南芥生长的最佳红蓝光强度比相同 (2021 北京,3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后,测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率,结果如图。由图不能得出的结论是( B ) A. 两组植株的CO2吸收速率最大值接近 B.35 时两组植株的真正(总)光合速率相等 C.50 时HT植株能积累有机物而CT植株不能 D.HT植株表现出对高温环境的适应性 (2025全国卷)在一定温度下,生长在大田的某种植物光合速率(CO2固定速率)和呼吸速率(CO2释放速率)对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是( C ) A.光照强度为a时,该植物的干重不会增加 B.光照强度从a逐渐增加到b时,该植物生长速率逐渐增大 C.光照强度小于b时,提高大田CO2浓度,CO2固定速率会增大 D.光照强度为b时,适当降低光反应速率,CO2固定速率会降低 (2025 甘肃卷)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。 (1)植物叶片中可吸收红光用于光合作用,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; 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(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 。 (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(右图),发现冠层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 。 【答案】(1)①. 叶绿素 ②. 光敏色素 ③. 类胡萝卜素 (2)①. 提高 ②. 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)①. B ②. 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(700~750nm,FR)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 关键点2 多因子对光合速率的影响及应用 (2022 北京卷)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如下图。据图分析不能得出( D ) A.低于最适温度时,光合速率随温度升高而升高 B.在一定的范围内,CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高 C.CO2浓度为200 L L-1时,温度对光合速率影响小 D.10 条件下,光合速率随CO2浓度的升高会持续提高 (2023 北京卷)在两种光照强度下,不同温度对某植物CO2吸收速率的影响如图。对此图理解错误的是( C ) A.在低光强下,CO2吸收速率随叶温升高而下降的原因是呼吸速率上升 B.在高光强下,M点左侧CO2吸收速率升高与光合酶活性增强相关 C.在图中两个CP点处,植物均不能进行光合作用 D.图中M点处光合速率与呼吸速率的差值最大 (2025 四川卷)在温室中种植番茄,光照强度和CO2浓度是制约其产量的主要因素。某地冬季温室的平均光照强度约为200 mol/(m2 s),CO2浓度约为400 mol/mol。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。回答下列问题。 组别 光照强度/ ( mol m-2 s-1) CO2浓度/ ( mol mol-1) 净光合速率/ ( mol m-2s-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,甲组光合作用的光反应阶段为暗反应阶段提供了更多的 ,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)①无水乙醇 ②红光 (2) ①ATP(腺苷三磷酸)和NADPH(还原型辅酶 ) ②丙组外界的CO2浓度为800,远高于甲组400,虽气孔导度略低,但进入叶肉细胞间隙的CO2总量更多,加上丙组的叶绿素含量更高,丙组净光合速率更高,虽消耗CO2的速率快,但外源高浓度CO2的补给作用更强,所以胞间的CO2的浓度更高 (3)①光照强度加倍 ②甲>乙(乙<甲)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 (2025 广东卷)我国科学家以不同植物为材料,在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定了番茄的光合作用相关指标并拟合CO2响应曲线(图a);比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异(图b),鉴定到突变体发生了PIL15基因的功能缺失,并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。回答下列问题。(光照强度、光质) 图a 图b 注:红光下植物的相关反应与白天相似,远红光下植物相关反应与夜间相似。 (1)图a中,当胞间CO2浓度在900~1 200 mol/mol范围时,红光条件下光合速率的限制因子可能是 ,推测此时蓝光条件下净光合速率更高的原因是 。 (2)图b中,突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近,推测其原因是 。 (3)归纳上述两个研究内容,总结出光影响植物的两条通路(图c)。通路1中,①吸收的光在叶绿体中最终被转化为 。通路2中吸收光的物质②为 。用箭头完成图c中②所介导的通路,并在箭头旁用“(+)”或“(-)”标注前后两者间的作用,(+)表示正相关,(-)表示负相关: 。 图c (4)根据图c中相关信息,概括出植物利用光的方式: 。 答案:4.(1)光照强度、光质等 蓝光能促进光合作用相关酶的活性(或蓝光被光合色素吸收后转化为化学能的效率更高等) (2)突变体中PIL15基因功能缺失,阻断了脱落酸信号通路对气孔开放程度的调控,使得气孔开放程度在远红光和红光条件下无明显差异 (3)有机物中的化学能 光敏色素 光敏色素PIL15基因脱落酸信号通路气孔开放程度 (4)通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物;通过光敏色素吸收光信号调控基因表达,影响植物生理过程 三.光合作用与细胞呼吸的综合 项目 光合作用 有氧呼吸 物质变化 无机物有机物 有机物无机物 能量变化 光能 稳定的化学能(储能) 稳定的化学能 ATP中活跃化学能及热能 实质 合成有机物,储存能量 分解有机物、释放能量,供细胞利用 场所 叶绿体 细胞质基质、线粒体 条件 光反应只在光下进行 有光、无光都能进行 (1)光合作用和细胞呼吸中物质和能量的变化关系 C:14CO214C3 (14CH2O)14丙酮酸14CO2。 H:3H2ONADP3H(C3H2O)NAD3H3H2O。 O:H218O18O2H218OC18O2(CH218O)C18O2 (2)能量变化 (3)比较光合作用与呼吸作用中的NADPH和NADH 光合作用过程 细胞呼吸过程 本质 还原型辅酶 (NADPH) 还原型辅酶 (NADH) 来源 光反应阶段 无氧呼吸第一阶段,有氧呼吸第一、二阶段 去向 三碳化合物的还原 有氧呼吸第三阶段、无氧呼吸第二阶段 (4)光合呼吸中ATP的来源和去向 光合作用过程中ATP 细胞呼吸过程中ATP 来源 光反应阶段 无氧呼吸第一阶段,有氧呼吸第一、二、三阶段 去向 主要用于三碳化合物的还原 细胞内各项耗能的生命活动 分析:给小球藻提供18O2,在小球藻合成的有机物中检测到了18O,其最可能的转化途径是 有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了HO,有氧呼吸第二阶段利用HO生成C18O2,C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物 (2022 全国乙)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中,在适宜且恒定的温度和光照条件下培养,发现容器内CO2含量初期逐渐降低,之后保持相对稳定。关于这一实验现象,下列解释合理的是( D ) A.初期光合速率逐渐升高,之后光合速率等于呼吸速率 B.初期光合速率和呼吸速率均降低,之后呼吸速率保持稳定 C.初期呼吸速率大于光合速率,之后呼吸速率等于光合速率 D.初期光合速率大于呼吸速率,之后光合速率等于呼吸速率 (2024 新课标卷,31)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d),分别置于密闭装置中照光培养,a、b、c、d组的光照强度依次增大,实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度,结果如图所示,其中M为初始O2浓度,c、d组O2浓度相同。回答下列问题。 (1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成,其中高等植物光合作用利用的光主要是,原因是。 (2)光照t时间时,a组CO2浓度(填“大于”“小于”或“等于”)b组。 (3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加,则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是组,判断依据是 。 (4)光照t时间后,将d组密闭装置打开,并以c组光照强度继续照光,其幼苗光合速率会(填“升高”“降低”或“不变”)。 答案 (1)红光和蓝紫光 光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光 (2)大于 (3)b 再延长光照时长,c、d组CO2浓度不再增加,此时光合作用强度等于呼吸作用强度。据图可知,a组光合作用强度等于呼吸作用强度,b组光合作用强度大于a组,所以三组中,b组光合作用强度最大 (4)升高 (5)光合作用影响因素的改变曲线相应点的移动情况 提醒:当植株净光合速率为0时,叶肉细胞的净光合速率大于0;当叶肉细胞中净光合速率为0时,植株的净光合速率小于0。 (1)植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为 速率(A点)。植物绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行,测得的数据为 速率; 点后开始植物有积累,有有机物积累植物才能正常生长。 (2)若细胞呼吸强度增强,A点 移;反之,A点 移; 若适当地增加CO2浓度,则A点向 移,C点向 移;B点向 移; 若土壤缺Mg2+,则B点向 移,C点向 移。 若该曲线是描述阳生植物的,则阴生植物A点向 移,B点向 移,C点向 移。 分析:g点光照强度下,A、B两植物的 (填“净光合速率”或“真正光合速率”)相等;若适当提高CO2浓度,b点会向 移动。 (2026 广东茂名调研)如图表示植物光合作用速率随光照强度改变的曲线,请分析并选出错误的一项( B ) A.若适当提高温度,光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值,则光补偿点B应相应地向右移动 B.若增加二氧化碳浓度,B点左移,C点左移,D点向右上方移动 C.D点时,ATP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动 D.若图为阳生植物,则换为阴生植物,B点向左移动,D点向左下方移动 1 学科网(北京)股份有限公司 $