5.4.2 光合作用的原理和应用【分层练】2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

**基本信息** 以光合作用原理与应用为核心，通过基础概念辨析、过程图解分析、实验探究设计的三层递进，实现从生命观念建构到科学思维与探究实践能力的培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|光合作用碳转移途径、光反应产物等单一原理|以选择题（如第1题）直接考查核心概念，强化物质与能量观| |进阶层|光反应与暗反应联系、环境因素对光合速率影响|结合过程示意图（如第2题）和实验情境（如第5题），培养结构与功能观| |提升层|C3/C4植物光合差异、跨情境实验分析|通过主观题（第10题）整合实验设计与结果分析，发展科学探究与批判性思维|

第四节 （二）光合作用的原理和应用 学科网（北京）股份有限公司 知识点一 光合作用的原理 1.科学家用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，这种碳原子的转移途径是( ) A.二氧化碳→ADP→NADP B.二氧化碳→NADPH→ATP C.二氧化碳→糖类→五碳化合物 D.二氧化碳→三碳化合物→糖类 2.下图是某植物光合作用过程示意图，其中I～Ⅳ代表物质，①～②代表过程。下列叙述错误的是( ) A.叶绿体释放出的Ⅳ可在线粒体内膜被消耗 B.水在光下分解产生氧、H+和e- C.①和②分别表示C3的还原和CO2的固定 D.当Ⅲ供应减少时，短时间内I的量会增加 3.下列关于绿色植物光合作用叙述错误的是( ) A.光合作用第一个阶段的化学反应必须有光才能进行 B.该植物进行光合作用，释放的氧气的氧元素来自水，而不是CO2 C.该植物捕获的光能可直接用于CO2中C的还原，并将C3转化为(CH2O) D.若突然中断光照，其细胞内C5的含量在短时间内会显著下降 4.如图是生物兴趣小组绘制的桑叶光合作用过程的示意图，其中I、Ⅱ表示光合作用过程的两个阶段，①～④表示物质。下列叙述正确的是( ) A.I过程只在有光照下进行，Ⅱ过程有无光照都能持续进行 B.①、②均可参与Ⅱ过程，②、ATP均可为④的合成提供能量 C.参与光合作用有关的色素、酶分别位于类囊体薄膜、基质中 D.适宜光照条件下突然提高③的浓度，短时间内叶绿体中C5/C3的比值会降低 知识点二 光合作用原理的应用 5.生物兴趣小组在密封容器的两侧放置完全相同的植株A、B，A植株左上角有适宜光源，B植株无光源，中间用挡板隔开（挡板既能遮光又能隔绝气体交换）（如图甲）。然后在适宜条件下培养，一段时间后，撤去挡板继续培养，测定培养过程A植株的光合速率与呼吸速率，得到图乙曲线L1。不考虑温度、水分等因素的影响，下列说法错误的是( ) A.a点对应的时刻为测定的起始时刻 B.ab、cd段限制光合速率的因素均为CO2浓度 C.b点为撤去挡板的时刻 D.c点时A植株光合速率等于B植株 6.科研人员探究环境因素对光合速率的影响，发现高温强光下植物会出现光合午休现象。下列关于光合作用过程及影响因素的分析，错误的是( ) A.光反应在类囊体薄膜上进行，可为暗反应提供ATP和NADPH B.光合午休的直接原因是气孔关闭，CO2供应不足，暗反应速率受限 C.暗反应消耗的ATP全部来自光反应，无法利用细胞呼吸产生的ATP D.持续弱光环境下，植物叶绿体类囊体数量减少，色素含量持续上升 7.下列有关光合作用原理和应用的叙述错误的是( ) A.叶绿体中光合色素吸收的光能可用于将水分解成氧和 B.在暗反应阶段中，从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被NADPH还原 C.提高白天与夜间的温度，有利于增加大棚蔬菜产量 D.适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度 8.某实验小组为了探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于等体积不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同浓度的适宜光照，记录叶圆片上浮的时长，如图所示，下列叙述错误的是( ) A.叶圆片上浮时长所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率 B.本实验也可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量 C.若继续增大NaHCO3溶液浓度，叶圆片上浮所需时长会继续缩短 D.若想探究光照强度对光合作用的影响，可通过调节光源与烧杯的距离实现 9.为研究低氧条件下光合作用与呼吸作用的关系，采集某植物叶片，将叶柄浸入H216O后，放于氧气置换为18O2的密闭装置中，18O2浓度设正常(21%)和低氧(2%)两个水平，测定短时间内、不同光照条件下的净光合速率和呼吸速率。其中，净光合速率=光合速率-呼吸速率，结果如图。下列分析错误的是( ) A.当净光合速率为0时，叶片非绿色部位线粒体消耗的氧气只有18O2 B.低氧下,500μmolPAR/(m2·s)光照强度下，叶片光合速率为10.7μmol/(m2·s) C.在光照较强时高氧环境有助于光合速率的增高，可能与此时呼吸作用更强有关 D.实验结果说明白天正常氧、夜间低氧有利于糖积累 10.科学家研究时发现地球上多数植物的光合作用只有C3途径，而部分植物的光合作用还存在C4途径。图1所示是玉米的光合作用途径（含C4、C3途径）和花生的光合作用途径（C3途径），其中PEPC、Rubisco为催化CO2固定的两种酶。回答下列问题： （1）光合作用过程包括一系列化学反应，第一个阶段的化学反应为光反应，是在_______上进行的，产物有______________________（答出3点即可）。 （2）结合图1，PEPC能催化进入叶肉细胞的CO2和_________反应生成C4酸，C4酸进入维管束鞘细胞再分解产生CO2供暗反应利用，由此可见，玉米和花生的C3途径分别发生在____________细胞和_______________细胞。 （3）研究表明，PEPC对CO2的亲和力比Rubisco对CO2的亲和力大得多，由此推测，在晴朗夏季的中午，玉米可能__________（填“存在”或“不存在”）“光合午休”现象（与气孔开度下降，胞间CO2浓度降低等有关），原因是_______________。 （4）图2、3所示分别表示玉米、花生单作和间作情况下，二者光合作用速率随光照强度变化的曲线。实验者分析各组光合作用速率时发现，相比于单作体系，在玉米、花生间作体系中，玉米、花生的光补偿点、光饱和点也发生了变化，其中玉米通过_______光饱和点和_________________强光时的光合作用速率，而花生通过______________光补偿点和________________弱光时的光合作用速率，从而提高对强光和弱光的利用，提升总体产量，实现间作优势。（填“提高”或“降低”） 答案以及解析 1.答案：D 解析：根据暗反应阶段，二氧化碳的固定可知，二氧化碳中的碳原子转移到三碳化合物中，再根据三碳化合物的还原，三碳化合物中的碳原子又转移到有机物中，即碳原子的转移途径为二氧化碳→三碳化合物→糖类。 故选D。 2.答案：C 解析：A、Ⅳ是O2，线粒体内膜进行有氧呼吸第三阶段，O2与[H]结合生成水，A正确； B、光反应中，水的光解产物就是O2、H+、电子，B正确； C、①是CO2的固定，②是C3的还原，C项错误； D、Ⅲ是CO2，供应减少则CO2固定减弱，C3生成少，C3还原消耗的NADPH(I)减少，光反应持续产生NADPH，故短时间内I(NADPH)的量会增加，D正确。 故选C。 3.答案：C 解析：A、光合作用第一个阶段为光反应阶段，其化学反应必须有光才能进行，A正确； B、通过同位素标记实验可证明，植物光合作用释放的氧气中的氧元素全部来自水，而不是CO2，B正确； C、植物捕获的光能需要先转化为ATP和NADPH中的活跃化学能，再用于C3的还原，无法直接用于CO2中C的还原，C错误； D、若突然中断光照，光反应产生的ATP和NADPH减少，C3还原过程受阻，C5生成量减少，短时间内CO2固定仍在消耗C5且速率不变，因此C5的含量会显著下降，D正确。 4.答案：D 解析：A、图中的I、Ⅱ分别是光反应和暗反应，没有光照则光反应不能进行，虽然暗反应不直接依赖于光，但暗反应需要光反应提供物质NADPH和ATP，如果光反应不能进行，则暗反应也不能持续进行，A错误； B、①是水光解的产物，包括氧气等，氧气不参与Ⅱ暗反应过程，②是NADPH，与ATP均可为④的合成提供能量，B错误； C、与光合作用有关的色素只存在于叶绿体的类囊体薄膜上，而酶在叶绿体的类囊体薄膜和基质中均含有，C错误； D、③是CO2，适宜光照条件下突然提高CO2的浓度，短时间内C3的产生速率加快，而固定CO2会消耗更多的C5，则C5的含量会降低，短时间内C3的还原不变，C3含量增多，故短时间内叶绿体中C5/C3的比值会降低，D正确。 故选D。 5.答案：D 解析：A、观察图乙，a点之前没有对A植株的光合速率与呼吸速率进行测定相关操作，所以a点对应的时刻为测定的起始时刻，A正确； B、ab段挡板存在，A植株的光合作用消耗CO2，导致容器内CO2浓度逐渐降低，限制光合速率，cd段挡板撤去后，B植株的呼吸作用释放CO2被A植株利用，但随CO2消耗，浓度再次成为限制因素，因此ab、cd段均受CO2浓度限制，B正确； C、ab段，A植株光合速率逐渐降低，由于有适宜光源，因此ab段A植株光合速率下降的原因是随着容器内CO2浓度逐渐降低，在b点之后，光合速率又逐渐上升，说明b点对应撤去挡板的时刻，C正确； D、挡板打开后，B植株有光照，但因为距离远，光照强度小于A植株，所以c点时A植株光合速率大于B植株，D错误。 故选D。 6.答案：D 解析：A、光反应的场所是叶绿体类囊体薄膜，光反应产生的ATP和NADPH可作为暗反应中C3还原的能量和还原剂，A正确； B、光合午休的直接原因是高温下植物为减少水分散失，气孔部分关闭，导致CO2吸收不足，暗反应原料缺乏，速率受限，B正确； C、光合作用暗反应消耗的ATP全部由光反应提供，细胞呼吸产生的ATP用于暗反应外的其他生命活动，无法用于暗反应，C正确； D、持续弱光环境下，植物为适应弱光会增加类囊体数量、短时间内升高色素含量以提高捕光能力，且色素含量不可能持续上升，长期弱光下光合合成的有机物不足，相关物质合成也会受限，D错误。 7.答案：C 解析：A.叶绿体中光合色素吸收的光能用于光反应阶段，驱动水的光解产生氧气和H+（质子），A正确； B.暗反应中，CO2需先与C5结合形成C3化合物（二氧化碳固定），再由NADPH提供还原力将其还原为有机物，CO2不能被NADPH直接还原，B正确； C.提高白天温度可促进光合作用，但提高夜间温度会增强呼吸作用消耗有机物，导致净光合积累减少，不利于增产，C错误； D.“光合午休”主要由气孔关闭导致CO2供应不足引起，灌溉可缓解植物水分胁迫，维持气孔开放，从而减轻午休现象，D正确。 故选C。 8.答案：C 解析：当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸消耗的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，A正确；本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，自变量为CO2浓度（NaHCO3溶液浓度），也可将同一时间段内各组装置中叶圆片浮起的数量作为因变量，B正确；若继续增大NaHCO3溶液浓度，叶细胞会因过度失水而死亡，C错误；通过调节光源与烧杯的距离可代表光照强度的强弱，D正确。 9.答案：A 解析：A（×）采集某植物叶片，将叶柄浸入H216O后，放于氧气置换为18O2的密闭装置中，H216O被细胞吸收后参与光合作用的光反应，释放H216O，当净光合速率为0时，叶片非绿色部位线粒体消耗的氧气有18O2和H216O。B（√）由图可知，低氧（2%(O2)、500μmolPAR/(m2·s)光照强度下，净光合速率为10μmol/(m2·s),呼吸速率为0.7μmol/(m2·s)因此叶片光合速率为10+0.7=,10.7μmol/(m2·s)。C（√）在光照较强时，高氧环境可能会通过增强呼吸作用提供更多的CO2，从而间接提高光合作用的速率。D（√）由图1可知，在光照条件相同时，正常氧(21%O2)和低氧(2%O2)水平下的净光合速率无明显差异；由图2可知，黑暗时，正常氧水平下的呼吸作用速率明显高于低氧水平下的呼吸作用速率。可见，白天正常氧、夜间低氧有利于糖积累。 10.答案：(1)(叶绿体的)类囊体薄膜;O2、NADPH和ATP (2)C3酸;维管束鞘;叶肉 (3)不存在;玉米细胞中有与CO2亲和力强的PEPC，在晴朗夏季的中午，叶片气孔开度下降时，玉米能利用较低浓度的CO2进行光合作用 (4)提高;提高;降低;提高 解析：(1)光反应是在(叶绿体的)类囊体薄膜上进行的。光反应的产物有O2、NADPH和ATP。 (2)由图1可知，PEPC能催化进入叶肉细胞的CO2和C3酸反应生成C4酸，C4酸进入维管束鞘细胞再分解产生CO2供暗反应利用。玉米是C4植物，由图可知，其C3途径发生在维管束鞘细胞，花生是C3植物，其C3途径发生在叶肉细胞。 (3)由题图可知，在玉米叶肉细胞中含有PEPC，该酶与CO2的亲和力较强，因此玉米的叶肉细胞可以在较低浓度CO2条件下通过PEPC固定CO2，然后将固定的CO2转移到维管束鞘细胞，使维管束鞘细胞积累较高浓度的CO2。由此推测在晴朗夏季的中午，植物叶片气孔开度下降时，玉米作为C4植物，能利用较低浓度的CO2进行光合作用，使玉米光合作用速率基本不受影响，即可能不存在“光合午休”现象。 (4)在间作体系中，玉米相对处于上层，能获得更多的光照，花生相对处于下层，获得的光照相对较弱。从图2可以看出，相比于单作，玉米间作时，其光饱和点增大，在强光下的光合作用速率更高，使得玉米能够充分利用较强的光照进行光合作用，提高产量。从图3可以看出，相比于单作，花生间作时，其光补偿点和光饱和点均降低，在弱光下的光合作用速率更高，从而使其在弱光环境中能更好地生存和进行光合作用，提高总体产量。 $