2023版高考生物一轮总复习第3单元细胞的能量供应和利用第3讲光合作用与能量转化课件

第3讲　光合作用与能量转化自 主 学 习 · 巩 固 基 础[自主学习]知识点一　捕获光能的色素和结构[自主检测]思考判断(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 (　　)(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。 (　　)(3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。 (　　)(4)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。 (　　)(5)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 (　　)(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。 (　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×[自主学习]知识点二　光合作用的过程1．光合作用的探索历程【答案】叶绿体　氧气　光照　需氧细菌聚集的部位　【答案】水的光解　氧气　同位素标记　光合作用释放的氧气　【答案】二氧化碳　ATP　水的光解2．光合作用的过程【答案】光、色素、酶　类囊体薄膜　ATP和NADPH中活跃的化学能　酶、NADPH、ATP　叶绿体基质　有机物中稳定的化学能 　巧记光合作用过程的“一、二、三、四”3．光合作用和化能合成作用的比较光能　无机物氧化释放的能量　硝化细菌　CO2和H2O　(1)同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性。不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。(2)光合作用过程中的NADPH和呼吸作用中的[H](NADH)不同，光合作用中NADPH是还原型辅酶Ⅱ的简化表示方法。(3)绿色植物和化能合成作用菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。(4)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。[自主检测]1．思考判断(1)光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。 (　　)(2)H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中。 (　　)(3)只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 (　　)(4)在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内，叶绿体中C3和C5含量都迅速增加。 (　　)(5)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止。 (　　)(6)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖。 (　　)【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√2．深挖教材(1)光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用不同是____________________________。(2)研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的完全培养液中，其他条件相同且适宜。培养一段时间后，检测并比较两组菠菜幼苗的干物质的量，B组明显少于A组，原因是____________________________。【答案】(1)提示：光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原和叶绿体中蛋白质、核酸的合成。细胞呼吸产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动(2)提示：Mg2＋是合成叶绿素的原料，缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少3．热图导析如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考：(1)图1中a～d可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？______________________________________________________________________________________________________________。(2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？__________________________________________________。(3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样？可得出何种结论？_________________________________________________________________________________________________________。【答案】(1)提示：图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体(2)提示：图2所示实验运用了同位素标记法，该对比实验说明光合作用产生的O2来源于H2O，而不是来自CO2(3)提示：图3实验选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行以排除氧气和极细光束外的其他光的干扰，实验结果是需氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所，氧气是由叶绿体释放出来的[自主学习]知识点三　光合作用原理的应用1．光合作用强度【答案】糖类　消耗　生成2．影响光合作用强度的因素   【答案】①水分　②温度　③CO2浓度　④长短、强弱[自主检测]1．思考判断(1)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，主要限制因素是光照强度。 (　　)(2)延长光照时间能提高光合作用强度。 (　　)(3)植物体从土壤中吸收的水分主要用于光合作用。 (　　)(4)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合产物在植物体内运输的主要介质。 (　　)(5)夏季晴天，植物出现光合“午休”现象的主要原因是环境中CO2浓度过低。 (　　)【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×2．深挖教材哈密瓜盛产于新疆的哈密地区。在哈密地区农作物生长季节里，阳光充沛、昼夜温差大。分析回答：(1)从影响哈密瓜生长的环境因素分析，哈密瓜特别甜的原因是__________________________。(2)如果你的家乡想种哈密瓜并使瓜甜，仅从光合作用的角度分析，你认为应当采取的措施有__________________________。(3)大棚种植使用有机肥有利于增产，请从影响光合作用的因素分析原因：____________________________。【答案】(1)提示：白天温度高，光照强，哈密瓜光合作用强，积累的有机物较多；夜间温度低，哈密瓜细胞呼吸较弱，消耗的有机物较少，一昼夜积累的有机物较多(2)提示：增加光照强度、延长光照时间等(3)提示：有机肥在被微生物分解的时候会释放CO2，增加了大棚中的CO2浓度，促进光合作用3．热图导析如图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线并回答下列问题：(1)图中显示，7～10时，光合作用强度不断增强，其原因是什么？__________________________。(2)由上图可看出大约中午12时左右，光合作用强度明显减弱，其主要原因是__________________________。(3)由B点到C点的过程中，短时间内C3和C5的变化分别是__________________。(4)为何14～17时的光合作用强度不断下降？__________________________。【答案】(1)提示：在一定温度和CO2供应充足的情况下，光合作用强度是随着光照强度加强而增强(2)提示：因此时温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱(3)提示：C3下降，C5上升(4)提示：14～17时光合作用强度不断下降是因为此时光照强度不断减弱重 难 探 究 · 素 养 达 标光合作用的过程1．光反应与暗反应的比较[深度讲解]3．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化。下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，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：(“↑”表示增加，“↓”表示减少)(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化。起始值C3高于C5(约为2倍)。 环境对光反应和暗反应的影响(1)其他条件不变，当光照停止时，C3含量增加还是减少？为什么？(2)其他条件不变，当CO2减少时，C5含量增加还是减少？为什么？(3)你发现了什么规律？【答案】(1)提示：光照停止→ATP、NADPH含量减少→C3消耗量减少→C3含量增加(2)提示：CO2减少→C3合成量减少→ATP、NADPH含量增加→C5含量增加(3)提示：C3的量和C5的量变化相反；C5的量与ATP、NADPH的量密切相关(一)光合作用的探究历程的有关实验(素养目标：科学探究)1．(2021年天津静海区一中月考)在光合作用的探究历程中，科学家恩格尔曼利用水绵和需氧细菌等做了如下实验。甲组：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境中，再用极细光束照射水绵；乙组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下；丙组：用透过三棱镜的光照射载有水绵和需氧细菌的临时装片。[考向预测]下列关于上述实验的分析，不正确的是 (　　)A．选择水绵和需氧细菌做实验材料的好处是便于观察和确定放出氧气的部位B．临时装片置于黑暗和没有空气的环境中，其目的是消耗水绵中的有机物C．丙组的实验结果可以证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光D．设置乙组实验的目的是进一步对甲组实验结果进行验证【答案】B　【解析】需氧细菌会集中在氧气产生的部位，水绵具有带状叶绿体，选择水绵和需氧细菌做实验材料的好处是便于观察和确定放出氧气的部位，A正确；临时装片置于黑暗和没有空气的环境中，从而排除了光和氧气对实验的干扰，B错误；丙组的实验，根据需氧细菌集中的部位，可知光合作用的有效光是红光和蓝紫光，C正确；需氧细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近；如将上述装片完全曝光，则需氧细菌集中在叶绿体所有受光部位周围，设置乙组实验的目的是进一步对甲组实验结果进行验证：需氧细菌只集中在叶绿体照光部位，说明这些部位释放了氧气，即水绵的这些部位进行了光合作用，从而说明光合作用的场所是叶绿体，D正确。(二)光合作用的过程(素养目标：科学思维)2．(2021年合肥一六八中学月考)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是 (　　)A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能B．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类C．固定CO2形成的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高【答案】C　【解析】CO2的固定实质上是CO2与C5结合，形成C3，A项错误；CO2不能直接被NADPH还原，B项错误；固定CO2形成的C3在相关酶的催化作用下，可生成C5和(CH2O)，C项正确；光照强度由强变弱时，光反应生成的ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，C5来源减少，而C5参与CO2的固定被消耗，短时间内C5含量会降低，D项错误。 　借助图解突破物质变化分析环境条件改变后，短时间内物质量的即时变化分析(把光反应和暗反应比作咬合在一起的齿轮，二者在②③处联动，故②③的即时变化一致)：光照增强时→①加快→ATP和NADPH的量增加→②③加快→C3消耗量增加、C5生成量增加(即时变化分析至此，④速率暂时不变，一小段时间后将加快)。规律Ⅰ　反应速率变化情况分析：光照变化从左端入手，按①→②③分析，④暂时不变；CO2浓度变化从右端入手，按④→②③分析，①暂时不变。这是很短时间内的变化，快则均快，慢则均慢；最终四个反应速率的变化保持一致。规律Ⅱ　物质量变化分析：ATP、NADPH和C5量的变化一致，C3量的变化与C5量的变化相反。光照强度变化从ATP、NADPH量的变化切入，CO2浓度变化从C3量的变化切入。例如：光照强度不变，停止CO2供应→C3的量减少→ATP、NADPH的量增加→C5的量增加。环境因素对光合作用的影响及在农业生产上的应用1．探究单因子对光合作用速率的影响[深度讲解](1)光照强度。原理：影响光反应，制约NADPH和ATP产生。A点：光照强度为0，只进行呼吸作用。AB段：光合作用强度小于呼吸作用强度。B点：光补偿点(光合作用强度与呼吸作用强度相等时的光照强度)。BC段：光合作用强度大于呼吸作用强度。C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随光照强度增强而增强)。应用：温室大棚内适当提高光照强度可以提高光合速率；欲使植物生长，必须使光照强度大于光补偿点。(2)CO2浓度。原理：影响暗反应，制约C3的生成。A点：CO2补偿点(表示光合作用速率等于呼吸作用速率时的CO2浓度)。A′点：表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点：CO2饱和点(CO2浓度达到该点后，光合作用强度不再随CO2浓度的增加而增加)。应用：①大田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”；②温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度。(3)温度。原理：影响酶的活性，主要制约暗反应。B点：最适温度，酶的活性最强，光合速率达到最大值。应用：在大棚内，白天调到最适温度，增强光合速率；晚上适当降低温度，降低呼吸速率，利于有机物积累。2．探究多种因子对光合作用的影响图解：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子不再影响光合速率，要想提高光合速率，可适当提高除横坐标所表示的因子之外的其他因子。3．光合作用坐标图中关键点移动规律(1)关键点移动。如图为光照强度对某一植物光合作用强度的影响，若适当提高CO2浓度：①A点(光补偿点)：呼吸作用不变，光合作用增强，A点光合作用强度等于呼吸作用强度，需要降低光照强度，故A点左移；②B点(光饱和点)：B点是光合作用强度达到最大值所需的最低的光照强度，需要增加光照强度，故B点右移；③C点(光合强度最高点)：光合作用最强的点，需要增加光照强度，故C点右上移。(2)规律总结。若条件的改变(提高CO2浓度、提高光照强度)有利于光合作用，则A、B、C三点围成的三角形变大。(一)影响光合作用的单一环境因素(素养目标：科学探究)1．(2020年广东肇庆质量监测)为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，设计图甲所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量绘制曲线如图乙。[考向预测]下列叙述正确的是 (　　)A．若距离s突然由a时变为b，短时间内叶绿体中C3的含量减少B．K点时，叶肉细胞产生NADPH的细胞器是细胞质基质、叶绿体和线粒体C．IK段表示该植物光合作用逐渐减弱，KL段表示呼吸作用逐渐增强D．L点时该植物仍能进行光合作用【答案】D　【解析】若距离s突然由a变为b，光照减弱，光反应减弱，光反应产生的ATP、NADPH减少，使暗反应中C3的还原受阻，短时间内C3的合成量不变，所以叶绿体中C3含量增加，A错误；K点时气体释放量为0，表示该植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，此时该植物叶肉细胞产生NADPH的场所是叶绿体，B错误；IK段表示该植物光合作用强度逐渐减弱，KL段释放的二氧化碳量增加，是因为光合作用强度逐渐减弱，由于实验中温度不变，所以呼吸速率不变，C错误；L点时仍然有光照，该植物仍在进行光合作用，只是光合作用强度小于呼吸作用强度，D正确。(二)多因子变量对光合作用的影响(素养目标：科学思维)B．b→d点，叶绿体中C5浓度升高C．曲线a→b点，叶绿体中C5生成速率降低D．d点时，限制光合作用强度的环境因素可能有CO2浓度和温度等【答案】C　2．(2021年河南郑州一模)如图所示为研究光照强度和CO2浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述错误的是 (　　)A．曲线a→b点，叶绿体中C3浓度降低【解析】曲线中a点转向b点时，光照强度增强，光反应产生的NADPH和ATP增加，促进暗反应中C3的还原，导致叶绿体中C3浓度降低，相对应的C5生成速率升高；曲线中b点转向d点时，CO2浓度降低，CO2用于暗反应中和C5固定生成C3的反应减弱，因此叶绿体中C5浓度升高；曲线中d点为光饱和点，限制光合作用强度的环境因素可能有CO2浓度和温度等。 　多因素对光合作用影响的曲线分析解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。实 验 平 台 · 专 讲 专 练绿叶中色素的提取和分离[实验理论]1．绿叶中色素的提取和分离的实验操作分析[方法透析]2．绿叶中色素提取分离异常现象分析(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析。①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。(2)滤纸条色素带重叠：滤液细线不直；滤液细线过粗。(3)滤纸条看不见色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。(1)提取叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？(2)生产上，用何种颜色的塑料薄膜做顶棚产量高？如果阴天或夜间给大棚内的农作物补光呢？ 【答案】(1)提示：①胡萝卜素(橙黄色)、②叶黄素(黄色)、③叶绿素a(蓝绿色)、④叶绿素b(黄绿色)(2)提示：无色(透明)，因日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。补红光和蓝紫光(一)对实验原理和操作的考查1．(2020年江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是 (　　)A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B．研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏C．研磨时添加石英砂有助于色素提取D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散【答案】B　[诊断小练]【解析】绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止研磨时色素被破坏，B错误；研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨，利于破碎细胞使色素释放，C正确；画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。(二)对实验结果的分析2．(2021年黑龙江实验中学高三阶段测试)提取新鲜菠菜叶的叶绿体色素，用圆形滤纸层析法分离色素，实验装置如图。正确的层析结果是(深色圈表示色素环) (　　)【答案】A　【解析】在植物叶绿体中，各色素的含量从多至少依次是叶绿素a、叶绿素b，叶黄素，胡萝卜素；溶解度从大到小依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以滤纸上从外至内依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b(第2宽)。典 题 演 练 · 破 解 高 考1．(2021年河北卷)关于生物学实验的叙述，错误的是 (　　)A．NaOH与CuSO4配合使用在还原糖和蛋白质检测实验中作用不同B．染色质中的DNA比裸露的DNA更容易被甲基绿着色C．纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液D．利用取样器取样法调查土壤小动物的种类和数量，推测土壤动物的丰富度【答案】B　【解析】检测还原糖时，NaOH和CuSO4混合后形成Cu(OH)2，Cu(OH)2被还原糖还原成砖红色的Cu2O，检测蛋白质时，先加入NaOH营造碱性环境，Cu2＋可以与肽键反应生成紫色物质，A项正确；染色质中的DNA与蛋白质结合在一起，不容易被甲基绿着色，B项错误；层析液是由石油醚、丙酮、苯混合而成的，C项正确；调查土壤中小动物类群的丰富度，用取样器取样法，D项正确。考向预测高考对教材实验的考查，往往在一个题目中涉及多个实验，考查的主要内容是实验选材、试剂和原理方法等方面。2．(2021年广东卷)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 (　　)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ATPD．Rubisco催化C5和CO2结合【答案】D　【解析】CO2的固定发生于暗反应阶段，场所是叶绿体基质，A项错误。CO2的固定过程在有光和无光条件下都能进行，但Rubisco需要光激活，B项错误。CO2的固定过程需要酶的参与，不需要消耗ATP，C项错误。由题干信息可知，催化CO2固定形成C3的酶是Rubisco，D项正确。名师点拨根据Rubisco催化的过程是CO2固定形成C3，可知该酶催化的过程是光合作用中的暗反应，据此可以推出该酶的分布部位及催化的具体反应过程。3．(2021年广东卷)与野生型拟南芥WT相比，突变体t1和t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运动的前提下，下列叙述错误的是 (　　)A．t2比t1具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增加时的光照强度)B．t1比t2具有更低的光补偿点(光合吸收CO2与呼吸释放CO2等量时的光照强度)C．三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关D．三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大【答案】D　【解析】由题图可知，t1的叶绿体相对受光面积大于t2，因此，t1在较小的光照强度下就能达到光补偿点和光饱和点，A、B两项正确。由题干“叶绿素含量及其他性状基本一致”可知，叶绿素的含量与三者光合速率的高低无关，C项正确。由题图可知，三者光合速率的差异是由叶绿体在细胞中的分布及位置不同引起的，与光照强度无关，D项错误。名师点拨根据题干可知，三种植株的区别是叶绿体的位置，其他如叶绿素的含量等均一致，分析A和B两个选项要根据图b，由于t2的叶绿体受光面积相对较低，所以需要更高的光照强度才能得到最高光合速率。4．(2020年浙江卷)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是 (　　)A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC段对应的关系相似D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中AB段对应的关系相似【答案】A　【解析】测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏，导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中BC段对应的关系相似，D错误。5．(2021年河北卷)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g/m2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g/m2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。注：气孔导度反映气孔开放的程度。回答下列问题。(1)植物细胞中自由水的生理作用包括______________________ ______________________等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的________________________，提高植株氮供应水平。(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与____离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动____________________两种物质的合成以及________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是__________________。【答案】(1)参与化学反应、细胞内的良好溶剂、运输养料和废物等　吸收和运输　(2)镁　ATP和NADPH　H2O　C5　(3)气孔开放程度升高，CO2吸收量增加【解析】(1)细胞中自由水的生理作用包括参与化学反应、是细胞内的良好溶剂、运输养料和废物等。补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收和运输。(2)氮与Mg2＋参与组成的环式结构使叶绿素能吸收光能，用于ATP、NADPH的合成及水的光解。暗反应中CO2首先与五碳化合物(C5)结合生成C3。(3)从实验结果可以看出，施氮同时补充水分时气孔导度增大，说明气孔开放程度升高，吸收CO2增多。名师点拨解答本题首先要明确实验目的——探究水和氮对光合作用的影响，自变量是水和氮素的使用情况，因变量是表格中测量的相关数据。分析测量的数据与光合速率的关系是关键，首先要对照三组实验某个指标是否存在较明显的差异，然后可以结合光合作用的相关知识进行分析。6．(2020年江苏卷)大豆与根瘤菌是互利共生关系，下图所示为大豆叶片及根瘤中部分物质的代谢、运输途径，请据图回答下列问题：(1)在叶绿体中，光合色素分布在________________上；在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是H2O和________________。(2)上图所示的代谢途径中，催化固定CO2形成3－磷酸甘油酸(PGA)的酶在________________中，PGA还原成磷酸丙糖(TP)运出叶绿体后合成蔗糖，催化TP合成蔗糖的酶存在于________________。(3)根瘤菌固氮产生的NH3可用于氨基酸的合成，氨基酸合成蛋白质时，通过脱水缩合形成__________键。(4)CO2和N2的固定都需要消耗大量ATP。叶绿体中合成ATP的能量来自_____________；根瘤中合成ATP的能量主要源于_____________的分解。(5)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________________________。【答案】(1)类囊体(薄)膜　C5　(2)叶绿体基质　细胞质基质　(3)肽　(4)光能　糖类　(5)非还原糖较稳定【解析】(1)在叶绿体中，光反应在类囊体薄膜上进行，色素吸收光能，光合色素分布在类囊体薄膜上；暗反应在叶绿体基质中进行，在酶催化下从外界吸收的CO2，和基质中的五碳化合物结合很快形成二分子三碳化合物。(2)据图所示可知，CO2进入叶绿体基质形成PGA，推知催化该过程的酶位于叶绿体基质；然后PGA被还原，形成TP，TP被运出叶绿体，在细胞质基质中TP合成为蔗糖，可推知催化该过程的酶存在于细胞质基质中。(3)NH3中含有N元素，可以组成氨基酸中的氨基，氨基酸的合成蛋白质时，通过脱水缩合形成肽键。(4)光合作用的光反应中，叶绿体的色素吸收光能，将ADP和Pi合成为ATP；根瘤菌与植物共生，从植物根细胞中吸收有机物，主要利用糖类作原料进行细胞呼吸，释放能量，合成ATP。(5)葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，而且蔗糖为非还原糖，性质较稳定。7．(2020年山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是__________ ______，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________________ (填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是__________________。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量________________ (填“高于”“低于”“等于”)植物，原因是__________________。(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________ ____________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。【答案】(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5)　(2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)　(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少【解析】(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP和NADPH中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。(2)据分析可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)糖类的积累量＝产生量－消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致二氧化碳的吸收量减少，因此光合作用速率降低。