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高考生物专题复习第9讲 光与光合作用
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这是一份高考生物专题复习第9讲 光与光合作用，共31页。
第9讲 光与光合作用
[考试内容及活动要求] 1.说明光合作用以及对它的认识过程。2.研究影响光合作用速率的环境因素。3.实验：提取和分离叶绿体色素。
考点一 提取和分离叶绿体色素
1．实验原理
2．实验步骤
3．实验结果
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
实验注意事项和目的
注意事项
操作目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
命题点一 实验的基本原理和过程分析
1．甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是( )
A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多
C．丙可能是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是研磨时未加入CaCO3
答案 C
解析 甲图中看不到色素带，叶绿体中的色素属于有机物，易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的，A项正确；乙图中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的，B项正确；丙图中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不是正确操作得到的理想结果，C项错误；丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3，破坏了叶绿素类物质造成的，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏，D项正确。
科学探究 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
(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使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(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：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
2．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
答案 B
解析 甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。
命题点二 实验的拓展与应用
3．以圆形滤纸的中心为圆心，画叶绿体色素滤液的小圆进行色素分离，看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈( )
A．蓝绿色 B．黄绿色 C．黄色 D．橙黄色
答案 D
解析 绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度不同。其中胡萝卜素(橙黄色)的溶解度最大，故其扩散速度最快，排列在最外圈。
4．利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如下图所示)。当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确的位置应为( )
答案 B
解析 在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。
考点二 捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程
1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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。
2．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构
↓决定
(3)功能：进行光合作用的场所。
3．光合作用的探究历程(连线)
(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( × )
下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
提示 选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？
提示 排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？
提示 消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？
提示 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的？
提示 恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
命题点一 捕获光能的色素和结构分析
1．(2016·全国Ⅱ，4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
答案 C
解析 叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A项正确；镁作为细胞中的无机盐，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B项正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C项错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D项正确。
生命观念 影响叶绿素合成的因素
2．(2018·衡水模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是( )
A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
答案 C
解析 ①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性，A项正确；③为类囊体，其上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色，B项正确；叶绿素分子中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋，C项错误；在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量，D项正确。
命题点二 探究光合作用的相关实验分析
3．人们对光合作用这一重要生命现象的发现及认识经历了漫长的过程，以下是光合作用探究历程中的几个经典实验，请结合所学知识回答下列问题：
实验一：普利斯特利的实验
密闭玻璃罩＋绿色植物＋蜡烛/小鼠→蜡烛不易熄灭/小鼠不易窒息死亡。
(1)本实验缺乏________组，应该如何改进？_______________________________________
_____________________________________________________________________________。
实验二：萨克斯的实验
黑暗中饥饿处理的绿叶
(2)本实验的自变量为______________，因变量为_____________________________________，实验组是________(填“曝光组”或“遮光组”)。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是__________________________________________________。
实验三：鲁宾和卡门的实验
(4)鲁宾和卡门应用了__________法追踪CO2和H2O中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)写出光合作用总反应式，并用同位素18O标明H2O中氧的转移途径：___________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)对照(或空白对照) 将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内，作为空白对照 (2)光的有无 叶片颜色变化 遮光组 (3)使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉，排除对实验的干扰，增强实验的说服力 (4)同位素标记 (5)CO2＋H218O(CH2O)＋18O2
解析 (1)在设计探究性实验时应遵循单一变量和对照性原则，而本实验缺乏对照(或空白对照)组，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内，作为空白对照。
(2)分析实验可知，本实验的自变量为光的有无，因变量为叶片颜色变化。本实验中曝光组为对照组，遮光组是实验组。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉，排除对实验结果的干扰，增强实验的说服力。
(4)鲁宾和卡门应用了同位素标记法追踪CO2和H2O中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)由于产生的氧气全部来自于水，在反应中标明同位素(如18O)，总反应式为CO2＋H218O
(CH2O)＋18O2。
考点三 光合作用的基本过程
1．概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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．过程
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
4．光反应和暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
ATP、[H]、CO2、多种酶
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
5.光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物释放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中( × )
(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉( × )
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应过程( √ )
(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度都降低( √ )
(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)光合作用和细胞呼吸均能产生[H]，二者还原的物质不同( √ )
(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖( √ )
分析光合作用的过程图解
(1)图中的甲表示光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上。
(2)乙表示暗反应阶段，又称作卡尔文循环。
(3)图中的物质a是[H]，物质c是CO2。
(4)图中的ATP不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动。
1．光合作用中元素的转移途径
(1)H：3H2O[3H](C3H2O)。
(2)C：14CO214C3(14CH2O)。
(3)O：H218O18O2; C18O2C3(CH218O)。
2．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化
(2)物质含量变化
条件
光照由强到弱，CO2供应不变
光照由弱到强，CO2供应不变
CO2供应由充足到不足，光照不变
CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量
增加
减少
减少
增加
C5含量
减少
增加
增加
减少
[H]和ATP的含量
减少
增加
增加
减少
(CH2O)的合成量
减少
增加
减少
增加
3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)一直光照条件下，会造成[H]、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下， [H]、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙。
命题点一 光合作用过程的综合分析
1．(2015·福建，3)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案 B
解析 RuBP羧化酶催化上述反应即二氧化碳的固定，属于暗反应，其场所是叶绿体基质，A项正确；暗反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B项错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，采用了同位素标记法，C项正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D项正确。
2．下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是( )
A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
B．c为ATP，f为[H]
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性
D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
答案 B
解析 图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确、B项错误；18O2H218OC18O2(CH218O)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。
命题点二 分析条件骤变对叶绿体中物质含量的影响
3．(2016·天津，2)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是( )
A．红光，ATP下降
B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，[H]下降
D．绿光，C5上升
答案 C
解析 叶绿体中的色素对红光的吸收率高，光反应快，对绿光的吸收率很低，光反应慢，A错误、C正确；光反应快，C3被还原的量多，剩余的少，B错误；绿光照射时，光反应速率降低，C5下降，D错误。
4．如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析正确的是( )
A．突然停止光照
B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度
D．增加光照强度
答案 D
解析 增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确。
命题点三 连续光照和间隔光照条件下的有机物的合成量分析
5．(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是__________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着____________________________________________________
的增加，使光下产生的________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案 (1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质
(2)光照和黑暗交替频率 ATP和[H]
解析 (1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用，暗反应消耗了ATP和[H]，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以单位光照时间内，C组合成有机物的量高于D组。光合产物的生成场所为叶绿体基质。
(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5 s，但是处理方法不同，结果也不一样，并且是单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用产物相对量越高，可知光照时产生的ATP和[H]在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用，还原C3生成糖类等有机物及C5，C5继续与CO2结合，因此提高了光合作用中CO2的同化量。
考点四 影响光合作用的因素及应用
1．光照强度
(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是光合色素含量、酶的数量和活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)应用：①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线分析
图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(3)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
3．温度
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
(2)曲线
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
4．水分和矿质元素
(1)原理
①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
(2)曲线(如图)
(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？
提示 P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗？此时的限制因素分别是什么？
提示 Q点之后横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因素，此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行。
命题点一 单因素对光合作用的影响分析
1．(2015·海南，9)植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是( )
A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自于太阳能
B．叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C．叶温为25 ℃时，植物甲的光合作用与细胞呼吸强度的差值不同于植物乙的
D．叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值均为0
答案 D
解析 植物光合作用所需要的能量都来自于太阳能，A项正确；分析曲线可知，叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高，B项正确；光合作用与细胞呼吸强度的差值即净光合速率，叶温为25 ℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙的，C项正确；叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值相等，均大于0，D项错误。
2．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，据此下列分析正确的是( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱
答案 C
解析 光斑照射前，有O2释放，说明植物细胞在进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是光反应先增加然后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H]，C项正确；移开光斑后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
命题点二 多因素对光合作用的影响分析
3．下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
答案 D
解析 随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度，A错误；植物进行光合作用存在最适温度，高于最适温度后，净光合速率减小，所以随着温度升高，净光合速率应先升高后降低，B错误；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高，C错误；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大，D正确。
4．电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：
(1)第1组实验的作用是__________________________________________________________。
在饱和光照强度下，该实验的自变量是____________________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明________________________________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是______________________________________________。
答案 (1)对照 电场强度和CO2浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增补电场和增施CO2
解析 (1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组实验和第2组实验对比，二者的自变量为电场强度，第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组实验，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。
科学思维 多因素对光合作用影响的曲线分析方法
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。
命题点三 “环境因素对光合作用强度的影响”的探究实验分析
5．图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是( )
A．在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸
答案 B
解析 ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气产生速率加快，净光合速率逐渐增大，A项错误；根据题意可知，上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小，B项正确；通过图乙分析可以找到净光合作用的最适温度，C项错误；虽然抽气后叶片不含氧气，但实验过程中的光照可以引起光合作用产生氧气，故实验过程中叶片能进行有氧呼吸，D项错误。
科学探究 “叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
6．图甲为某校生物兴趣小组探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置示意图，图乙为所测得的结果。请据图回答下列问题：
(1)图甲中NaHCO3溶液的作用是________________________________。
(2)请写出控制本实验自变量的一种方法________________________________________。
(3)为了防止无关变量对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，请问对照装置如何设置？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验测得，当用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动，这是因为此时__________________________。
(5)图甲所示装置无法测得A点数据，除非将其中的NaHCO3溶液换为______________溶液，且将装置放在____________环境中。
答案 (1)维持密封瓶内CO2量的稳定 (2)用不同瓦数灯泡或改变灯与广口瓶的距离 (3)将装置中的茉莉花换成等量死花，其他设置与装置甲一样 (4)光合作用强度等于细胞呼吸强度 (5)NaOH 黑暗(或遮光)
解析 由题意可知，甲是研究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置，甲中NaHCO3溶液的作用是维持密封瓶内CO2量的稳定。实验的自变量是光照强度，可以用不同功率的电灯泡或相同功率的电灯泡与实验装置之间的距离控制光照强度的变化。该实验通过液滴移动的距离表示光合作用强度，由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动，因此为了消除物理因素对实验结果的干扰，可以将装置中的茉莉花换成等量死花，其他设置与装置甲一样，纠正无关变量对实验结果的影响。用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动说明光合作用产生的氧气量与有氧呼吸消耗的氧气量相等，即光合作用强度与细胞呼吸强度相等；光照条件下既进行光合作用，也进行细胞呼吸，测得的数值是净光合作用量，为了测得细胞呼吸强度，需要将其中的NaHCO3溶液换为NaOH溶液，且将装置放在黑暗条件下。
矫正易错 强记长句
1．关于光合色素的5点提醒
(1)可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝藻等)，但是都有光合色素。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
(4)不同颜色温室大棚的光合效率比较：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高；叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低；不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
(5)植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
2．对光合作用过程的5点说明
(1)光合作用中光反应产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，二者不相同。
(2)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。
(3)暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
(4)光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
(5)叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能直接用于细胞中其他部位的生命活动。
某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题：
1．停止供水后，光合速率下降，原因是一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的暗反应，导致光合作用速率下降。
2．在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，B点光饱和点低，其主要原因是B点气孔开度低，CO2吸收减少，暗反应速率低，需要光反应提供的ATP和[H]少，所以光饱和点低。
3．停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来。
重温高考 演练模拟
1．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A
解析 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。
2．(2017·天津，6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D
解析 由于突变型水稻叶片的叶绿素含量较少，由图可知，光照强度低于P时，突变型的光合作用光反应强度低于野生型，A项正确；由于突变型水稻中固定CO2酶的活性显著高于野生型，由图可知，光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，光照强度没有达到光饱和点，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，C项正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P点小于光饱和点时限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，D项错误。
3．(2015·安徽，2)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[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．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的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗，A项错误；暗反应中，CO2不能直接被[H]还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，一部分C3被[H]还原，经一系列变化形成糖类，另一部分C3经一系列变化形成C5，B项错误，C项正确；在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]、ATP减少，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量上升，C5含量下降，D项错误。
4．(2018·广东化州高三二次模拟) 在置于黑暗条件下的叶绿体悬浮液中加入适量NaH14CO3溶液，再给予瞬时光照。下列说法正确的是( )
A．黑暗条件下，叶绿体基质中不存在C3和C5
B．黑暗条件下，叶绿体悬浮液不能合成ATP和[H]
C．瞬时光照后，(CH2O)出现放射性比C3早
D．光照瞬间，C3含量迅速增加而C5含量迅速减少
答案 B
解析 黑暗条件下，叶绿体基质中存在C3和C5，A错误；黑暗条件下，光反应不能进行，叶绿体悬浮液不能合成ATP和[H]，B正确；瞬时光照后，(CH2O)出现放射性比C3晚，C错误；光照瞬间，C3含量迅速减少而C5含量迅速增加，D错误。
5．(2018·全国Ⅰ，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。回答下列问题：
(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________。
(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________，判断的依据是________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
答案 (1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙 (4)CO2
解析 (1)由曲线图可知，光照强度大于a时，甲植物的净光合速率随着光照强度的增加而增加的幅度更大，说明甲植物对光能的利用率较高。(2)当种植密度过大时，植株的叶片会相互遮挡，植株接受的光照强度减弱，导致植物净光合速率下降。由曲线图可知，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)由曲线图可知，在低光照强度下，乙植物的净光合速率较高，在高光照强度下，乙植物的净光合速率明显低于甲植物，所以乙植物更适合在林下低光照强度的环境下种植。(4)夏日晴天中午12点，温度较高，部分气孔关闭，进入叶肉细胞的CO2明显减少，抑制了暗反应，导致叶片的光合速率明显降低。
一、选择题
1．下列关于叶绿体中色素提取的叙述，错误的是( )
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
答案 C
解析 叶绿体中的四种色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素，它们都溶于无水乙醇，C项错误。
2．红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是( )
A．红枫叶片不含叶绿素
B．红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C．红枫叶片能吸收光能进行光合作用
D．液泡中色素吸收的光能用于光合作用
答案 C
解析 红枫叶片含叶绿素，可进行光合作用；红枫叶片呈红色是因液泡中含有花青素，花青素是不能吸收光能进行光合作用的。
3．(2018·长沙雅礼中学月考)下列有关叶绿体的描述，正确的是( )
A．叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATP
B．经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类
C．叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达
D．叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
答案 D
解析 叶绿体只有在光下才能发生光反应形成ATP，黑暗中叶绿体内不具有形成ATP的条件，A错误；经黑暗处理过的叶肉细胞会向其他部位输出淀粉和消耗糖类等有机物，但叶绿体中的DNA、RNA中含有脱氧核糖或核糖，B错误；RNA聚合酶在细胞中普遍存在，不是基因选择性表达的产物，C错误；叶绿体产生O2在类囊体薄膜上进行，线粒体产生H2O在线粒体内膜上进行，D正确。
4．(2018·临沂一模)下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质。有关分析错误的是( )
A．图中a为氧气，可部分释放到空气中
B．图中b为NADPH，外界CO2浓度升高时，b的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和c来自叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中
答案 B
解析 水光解的产物是氧气和H＋，若光合作用强度大于细胞呼吸强度，氧气会部分释放到空气中；图中b是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP和Pi；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中。
5．为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是( )
A．黑暗中进行，结果表明：H＋能通过自由扩散进入类囊体
B．光照下进行，结果支持：合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推动ATP合成
D．光照下进行，结果表明：光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原
答案 C
解析 在光照条件下，类囊体膜上的色素吸收光能，能将光能转化成ATP中的化学能，干扰实验结果，故应在黑暗中进行；题干中类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，说明ATP的合成与H＋浓度差有关，类囊体内外产生H＋浓度差，从而推动ATP合成。
6．下列对光合作用图解分析不正确的是( )
A．图示为真核生物的光合作用过程
B．若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升
C．图中①为O2，②为ATP
D．若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类
答案 B
解析 由于有叶绿体的存在，所以应为真核生物的光合作用；若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低；图中①为水的分解产物O2，②为光反应为暗反应提供的ATP；光反应中水分解产生[H]，为暗反应提供还原剂，并进入到有机物中。
7．绿色植物中含有的叶绿体(图甲)是可完成能量转换的细胞器，图乙是图甲中的色素分离结果，图丙是在图甲④结构中进行的生化反应，①～④分别代表图甲中叶绿体的结构。
下列相关叙述不正确的是( )
A．图乙中的色素带由1到4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素
B．图甲中①和③的成分和结构相似
C．环境条件相对稳定的情况下，图甲④中的C3含量多于C5
D．如果突然降低CO2的浓度，图丙中的C3含量会一直下降
答案 D
解析 图乙中下方有滤液细线，色素的扩散方向是从下向上的，所以1～4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A项正确；图甲中的①和③分别是叶绿体的内膜和外膜，它们的成分和结构相似，B项正确；分析图丙中的过程要从两个方面进行：一是环境条件相对稳定时，暗反应中的两个过程、光反应与暗反应之间均处于一种相对平衡的状态，由于一个C5对应着两个C3，所以C3含量要比C5高；二是当环境条件突然改变时，如CO2浓度突然降低时，短时间内由于CO2固定过程减弱而C3的还原过程仍在进行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段时间后，反应过程又达到一个新的平衡状态，所以C3含量不会一直下降，C项正确、D项错误。
8．科学家提取植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程(如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加)。下列条件下能产生葡萄糖的是( )
选项
场所
光照
CO2
ATP
[H]
C5
A
基质
－
＋
－
＋
＋
B
基粒
＋
＋
－
－
＋
C
基质和基粒
－
＋
－
－
－
D
基质和基粒
＋
＋
－
－
＋
答案 D
解析 光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应在基粒上进行，需要光照；暗反应进行时需要光反应提供[H]和ATP，需要叶绿体基质中的C5和大气中的CO2的参与。
9．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是( )
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、C5均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
答案 A
解析 在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质；由图可知，CO2与PEP、C5结合分别形成OAA和PGA；液泡内的液体称为细胞液，夜间时苹果酸进入细胞液中，使细胞液pH下降。
10．(2018·湖北高三五月冲刺)研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例，光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。下列相关叙述错误的是( )
组别
起始时水中18O的比例(%)
起始时HCO中18O的比例(%)
释放的O2中18O的比例(%)
1
0.85
0.41
0.84
2
0.85
0.55
0.85
3
0.85
0.61
0.85
A.18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的
B．HCO可为小球藻的光合作用提供碳元素
C．HCO中18O的比例不同导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，推测O2来自于水
答案 C
解析 光合作用光反应阶段，水在光下分解释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供碳元素，B正确；据表中数据可知，放氧速率与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，C错误；释放的O2中18O比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，推知O2的氧原子来自于水，D正确。
二、非选择题
11．下图为叶绿体的结构和功能示意图，请据图回答下列问题：
(1)光合作用中光反应产生的____________可以被暗反应所利用；在光照条件下，ATP的移动方向是________(用图中字母和箭头表示)。
(2)若暗反应被抑制，可能的外部影响因素是____________________、____________________。
(3)在电子显微镜下观察，可见到叶绿体基质中含量最多的物质是________颗粒(光合产物)。
(4)暗反应通过提供________________________(物质)来影响光反应，从而影响光合作用速率。
答案 (1)[H]和ATP A→B (2)二氧化碳供应不足 温度过高或过低 (3)淀粉 (4)ADP、Pi以及NADP＋
解析 (1)光合作用光反应为暗反应提供[H]和ATP，用于三碳化合物的还原。光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜(A)，暗反应的场所是叶绿体基质(B)，所以光照下ATP从A移向B。(2)暗反应主要受外界环境中二氧化碳浓度和温度的影响。(3)光合作用的产物葡萄糖最终以淀粉的形式储存起来，且淀粉颗粒在电子显微镜下是可以观察到的，所以电子显微镜下叶绿体基质中含量最多的物质是淀粉颗粒。(4)暗反应消耗ATP和NADPH产生ADP、Pi以及NADP＋，而ADP、Pi以及NADP＋为光反应过程中ATP、NADPH合成的原料。
12．(2018·芜湖高三上学期期末)下图表示A、B两种植物在光照等其他条件适宜情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。据图回答下列问题：
(1)从图中可以看出，影响光合作用的因素有__________和________。
(2)给两种植物浇灌H218O，一段时间后，叶肉细胞中将出现(CH218O)，18O最可能转移途径是：______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)若将上述两种植物幼苗置于同一密闭玻璃罩中，在光照等其他条件适宜情况下，一段时间内，生长首先受影响的植物是________，原因是______________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)在生产实践中，常采用施用农家肥的方法增加CO2浓度，其原理是________________________________________________________________________。
答案 (1)植物种类(内部因素) CO2浓度(外部因素)
(2)H218O先参与细胞呼吸产生C18O2，C18O2参与光合作用暗反应生成(CH218O) (3)B 两种植物光合作用强度对CO2浓度变化的响应特性不同，在低浓度CO2条件下，B植物利用CO2进行光合作用能力弱，积累光合产物少，故随着玻璃罩中CO2浓度的降低，B 植物生长首先受影响 (4)农家肥富含有机物，在微生物作用下会释放出大量CO2
解析 据图分析可知，同一植物在不同CO2浓度下净光合作用不同；不同植物在相同CO2浓度下净光合作用一般也不同。其中A植物在CO2浓度较低时就吸收CO2进行光合作用，即可以在较低浓度下吸收CO2进行光合作用，且CO2的饱和点较B植物低，所以，在较低的CO2浓度环境中，生长最先受影响的是B植物。(1)据以上分析可知，影响植物光合作用的因素有内在因素(植物种类)和外在因素(CO2浓度)。(2)给植物浇灌H218O，一段时间后，叶肉细胞利用H218O通过有氧呼吸第二阶段形成C18O2，再通过光合作用暗反应阶段，将C18O2固定并还原为(CH218O)。(3)若将上述两种植物幼苗置于同一密闭的玻璃罩中，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，植物不断地消耗CO2，装置内的CO2浓度也不断下降，生长首先受影响的植物是B。原因是两种植物光合作用强度对CO2浓度变化的响应特性不同，在低浓度CO2条件下，B植物利用CO2进行光合作用能力弱，积累光合产物少，故随玻璃罩中CO2浓度的降低，B植物生长首先受影响。(4)在农业生产实践中，常采用施用农家肥的方法增加CO2浓度，其原理是农家肥富含有机物，在微生物作用下会释放出大量CO2。
13．(2018·淄博高三一模)科研人员为探究土壤含水量、CO2浓度对某作物生长的影响，在最适温度和光照强度的智能温室内进行实验的结果如下表。请分析回答下列问题：
组别
土壤含水量
CO2浓度(%)
净光合速率(μmolCO2·m－2·s·－1)
相对气孔开度(%)
水分利用效率
A
适宜
0.03
12
100
1.78
B
干旱
0.03
7.5
62
1.81
C
适宜
0.06
15
83
3.10
D
干旱
0.06
9.5
47
3.25
(1)与C组相比，限制B组作物光合作用的环境因素有________________________________；若在D组的基础上适当提高温度，则该作物净光合速率会__________；提高CO2浓度，作物对水分的利用效率会__________。
(2)研究发现，干旱胁迫导致类囊体结构破坏、光合色素含量和光反应中水的供应减少，导致为暗反应提供的____________________减少。因此，有人认为干旱主要通过影响光反应进而影响光合作用，结合表中数据分析，上述观点______________(填“合理”或“不合理”)，理由是_________________________________________________________________________。
答案 (1)土壤含水量、CO2浓度 降低(或减弱) 提高(或增大) (2)ATP和[H] 不合理 干旱通过影响气孔开度而影响暗反应，干旱对光反应和暗反应的影响大小无从判定
解析 影响植物光合作用的环境因素主要有光照强度、温度和CO2浓度等。据题表分析可知，实验的自变量是土壤含水量、CO2浓度；提高CO2浓度，无论是土壤含水量适宜还是干旱，净光合速率都增强，气孔开度下降，对水分的利用效率增强。(1)与C组相比，B组的土壤含水量低、CO2浓度低，因此光合作用强度较低；该实验是在最适宜温度下进行的，若适当提高温度会降低酶的活性，则该作物净光合速率会降低；C与A相比、D与B相比都说明提高CO2浓度，作物对水分的利用效率会提高。(2)干旱胁迫导致类囊体结构破坏、光合色素含量和光反应中水的供应减少，则光反应产生的ATP和[H]减少，进而影响暗反应过程中三碳化合物的还原；结合表中数据分析，干旱通过影响气孔开度而影响暗反应，干旱对光反应和暗反应的影响大小无从判定，因此不能说明干旱主要是通过影响光反应进而影响光合作用的。
第9讲 光与光合作用
[考试内容及活动要求] 1.说明光合作用以及对它的认识过程。2.研究影响光合作用速率的环境因素。3.实验：提取和分离叶绿体色素。
考点一 提取和分离叶绿体色素
1．实验原理
2．实验步骤
3．实验结果
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
实验注意事项和目的
注意事项
操作目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
命题点一 实验的基本原理和过程分析
1．甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是( )
A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多
C．丙可能是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是研磨时未加入CaCO3
答案 C
解析 甲图中看不到色素带，叶绿体中的色素属于有机物，易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的，A项正确；乙图中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的，B项正确；丙图中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不是正确操作得到的理想结果，C项错误；丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3，破坏了叶绿素类物质造成的，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏，D项正确。
科学探究 绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
(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使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，色素溶液浓度太低(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：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
2．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
水
＋
－
－
－
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
答案 B
解析 甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③。
命题点二 实验的拓展与应用
3．以圆形滤纸的中心为圆心，画叶绿体色素滤液的小圆进行色素分离，看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈( )
A．蓝绿色 B．黄绿色 C．黄色 D．橙黄色
答案 D
解析 绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度不同。其中胡萝卜素(橙黄色)的溶解度最大，故其扩散速度最快，排列在最外圈。
4．利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如下图所示)。当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确的位置应为( )
答案 B
解析 在层析液中四种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。
考点二 捕获光能的色素和结构及光合作用的探究历程
1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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。
2．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构
↓决定
(3)功能：进行光合作用的场所。
3．光合作用的探究历程(连线)
(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( × )
下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
提示 选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？
提示 排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？
提示 消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？
提示 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的？
提示 恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
命题点一 捕获光能的色素和结构分析
1．(2016·全国Ⅱ，4)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
答案 C
解析 叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A项正确；镁作为细胞中的无机盐，可以离子状态由植物的根从土壤中吸收，进而参与叶绿素的合成，B项正确；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C项错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，因而叶片呈黄色，D项正确。
生命观念 影响叶绿素合成的因素
2．(2018·衡水模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是( )
A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
答案 C
解析 ①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性，A项正确；③为类囊体，其上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色，B项正确；叶绿素分子中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋，C项错误；在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量，D项正确。
命题点二 探究光合作用的相关实验分析
3．人们对光合作用这一重要生命现象的发现及认识经历了漫长的过程，以下是光合作用探究历程中的几个经典实验，请结合所学知识回答下列问题：
实验一：普利斯特利的实验
密闭玻璃罩＋绿色植物＋蜡烛/小鼠→蜡烛不易熄灭/小鼠不易窒息死亡。
(1)本实验缺乏________组，应该如何改进？_______________________________________
_____________________________________________________________________________。
实验二：萨克斯的实验
黑暗中饥饿处理的绿叶
(2)本实验的自变量为______________，因变量为_____________________________________，实验组是________(填“曝光组”或“遮光组”)。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是__________________________________________________。
实验三：鲁宾和卡门的实验
(4)鲁宾和卡门应用了__________法追踪CO2和H2O中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)写出光合作用总反应式，并用同位素18O标明H2O中氧的转移途径：___________________
_______________________________________________________________________________。
答案 (1)对照(或空白对照) 将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内，作为空白对照 (2)光的有无 叶片颜色变化 遮光组 (3)使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉，排除对实验的干扰，增强实验的说服力 (4)同位素标记 (5)CO2＋H218O(CH2O)＋18O2
解析 (1)在设计探究性实验时应遵循单一变量和对照性原则，而本实验缺乏对照(或空白对照)组，应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于密闭玻璃罩内，作为空白对照。
(2)分析实验可知，本实验的自变量为光的有无，因变量为叶片颜色变化。本实验中曝光组为对照组，遮光组是实验组。
(3)实验中进行饥饿处理的目的是使叶片中的营养物质(淀粉)被消耗掉，排除对实验结果的干扰，增强实验的说服力。
(4)鲁宾和卡门应用了同位素标记法追踪CO2和H2O中的氧元素在光合作用中的转移途径。
(5)由于产生的氧气全部来自于水，在反应中标明同位素(如18O)，总反应式为CO2＋H218O
(CH2O)＋18O2。
考点三 光合作用的基本过程
1．概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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．过程
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
4．光反应和暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
ATP、[H]、CO2、多种酶
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
5.光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物释放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中( × )
(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉( × )
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应过程( √ )
(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和暗反应强度都降低( √ )
(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)光合作用和细胞呼吸均能产生[H]，二者还原的物质不同( √ )
(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖( √ )
分析光合作用的过程图解
(1)图中的甲表示光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上。
(2)乙表示暗反应阶段，又称作卡尔文循环。
(3)图中的物质a是[H]，物质c是CO2。
(4)图中的ATP不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动。
1．光合作用中元素的转移途径
(1)H：3H2O[3H](C3H2O)。
(2)C：14CO214C3(14CH2O)。
(3)O：H218O18O2; C18O2C3(CH218O)。
2．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化
(2)物质含量变化
条件
光照由强到弱，CO2供应不变
光照由弱到强，CO2供应不变
CO2供应由充足到不足，光照不变
CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量
增加
减少
减少
增加
C5含量
减少
增加
增加
减少
[H]和ATP的含量
减少
增加
增加
减少
(CH2O)的合成量
减少
增加
减少
增加
3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的[H]和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)一直光照条件下，会造成[H]、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下， [H]、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙。
命题点一 光合作用过程的综合分析
1．(2015·福建，3)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案 B
解析 RuBP羧化酶催化上述反应即二氧化碳的固定，属于暗反应，其场所是叶绿体基质，A项正确；暗反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B项错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，采用了同位素标记法，C项正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D项正确。
2．下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是( )
A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
B．c为ATP，f为[H]
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性
D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
答案 B
解析 图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确、B项错误；18O2H218OC18O2(CH218O)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。
命题点二 分析条件骤变对叶绿体中物质含量的影响
3．(2016·天津，2)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是( )
A．红光，ATP下降
B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，[H]下降
D．绿光，C5上升
答案 C
解析 叶绿体中的色素对红光的吸收率高，光反应快，对绿光的吸收率很低，光反应慢，A错误、C正确；光反应快，C3被还原的量多，剩余的少，B错误；绿光照射时，光反应速率降低，C5下降，D错误。
4．如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析正确的是( )
A．突然停止光照
B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度
D．增加光照强度
答案 D
解析 增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确。
命题点三 连续光照和间隔光照条件下的有机物的合成量分析
5．(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是__________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着____________________________________________________
的增加，使光下产生的________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案 (1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质
(2)光照和黑暗交替频率 ATP和[H]
解析 (1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用，暗反应消耗了ATP和[H]，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以单位光照时间内，C组合成有机物的量高于D组。光合产物的生成场所为叶绿体基质。
(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5 s，但是处理方法不同，结果也不一样，并且是单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用产物相对量越高，可知光照时产生的ATP和[H]在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用，还原C3生成糖类等有机物及C5，C5继续与CO2结合，因此提高了光合作用中CO2的同化量。
考点四 影响光合作用的因素及应用
1．光照强度
(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是光合色素含量、酶的数量和活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)应用：①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线分析
图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(3)应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
3．温度
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
(2)曲线
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
4．水分和矿质元素
(1)原理
①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
(2)曲线(如图)
(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？
提示 P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子还是影响光合速率的主要因素吗？此时的限制因素分别是什么？
提示 Q点之后横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的主要因素，此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行。
命题点一 单因素对光合作用的影响分析
1．(2015·海南，9)植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是( )
A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自于太阳能
B．叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C．叶温为25 ℃时，植物甲的光合作用与细胞呼吸强度的差值不同于植物乙的
D．叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值均为0
答案 D
解析 植物光合作用所需要的能量都来自于太阳能，A项正确；分析曲线可知，叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高，B项正确；光合作用与细胞呼吸强度的差值即净光合速率，叶温为25 ℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙的，C项正确；叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值相等，均大于0，D项错误。
2．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，据此下列分析正确的是( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱
答案 C
解析 光斑照射前，有O2释放，说明植物细胞在进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是光反应先增加然后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H]，C项正确；移开光斑后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
命题点二 多因素对光合作用的影响分析
3．下图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
答案 D
解析 随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度，A错误；植物进行光合作用存在最适温度，高于最适温度后，净光合速率减小，所以随着温度升高，净光合速率应先升高后降低，B错误；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高，C错误；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大，D正确。
4．电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：
(1)第1组实验的作用是__________________________________________________________。
在饱和光照强度下，该实验的自变量是____________________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明________________________________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是______________________________________________。
答案 (1)对照 电场强度和CO2浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增补电场和增施CO2
解析 (1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组实验和第2组实验对比，二者的自变量为电场强度，第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组实验，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。
科学思维 多因素对光合作用影响的曲线分析方法
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。
命题点三 “环境因素对光合作用强度的影响”的探究实验分析
5．图甲为研究光合作用的实验装置，用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是( )
A．在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸
答案 B
解析 ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气产生速率加快，净光合速率逐渐增大，A项错误；根据题意可知，上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小，B项正确；通过图乙分析可以找到净光合作用的最适温度，C项错误；虽然抽气后叶片不含氧气，但实验过程中的光照可以引起光合作用产生氧气，故实验过程中叶片能进行有氧呼吸，D项错误。
科学探究 “叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
6．图甲为某校生物兴趣小组探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置示意图，图乙为所测得的结果。请据图回答下列问题：
(1)图甲中NaHCO3溶液的作用是________________________________。
(2)请写出控制本实验自变量的一种方法________________________________________。
(3)为了防止无关变量对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，请问对照装置如何设置？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验测得，当用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动，这是因为此时__________________________。
(5)图甲所示装置无法测得A点数据，除非将其中的NaHCO3溶液换为______________溶液，且将装置放在____________环境中。
答案 (1)维持密封瓶内CO2量的稳定 (2)用不同瓦数灯泡或改变灯与广口瓶的距离 (3)将装置中的茉莉花换成等量死花，其他设置与装置甲一样 (4)光合作用强度等于细胞呼吸强度 (5)NaOH 黑暗(或遮光)
解析 由题意可知，甲是研究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置，甲中NaHCO3溶液的作用是维持密封瓶内CO2量的稳定。实验的自变量是光照强度，可以用不同功率的电灯泡或相同功率的电灯泡与实验装置之间的距离控制光照强度的变化。该实验通过液滴移动的距离表示光合作用强度，由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动，因此为了消除物理因素对实验结果的干扰，可以将装置中的茉莉花换成等量死花，其他设置与装置甲一样，纠正无关变量对实验结果的影响。用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动说明光合作用产生的氧气量与有氧呼吸消耗的氧气量相等，即光合作用强度与细胞呼吸强度相等；光照条件下既进行光合作用，也进行细胞呼吸，测得的数值是净光合作用量，为了测得细胞呼吸强度，需要将其中的NaHCO3溶液换为NaOH溶液，且将装置放在黑暗条件下。
矫正易错 强记长句
1．关于光合色素的5点提醒
(1)可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝藻等)，但是都有光合色素。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
(4)不同颜色温室大棚的光合效率比较：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高；叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低；不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
(5)植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
2．对光合作用过程的5点说明
(1)光合作用中光反应产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，细胞呼吸产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)，二者不相同。
(2)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。
(3)暗反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
(4)光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
(5)叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能直接用于细胞中其他部位的生命活动。
某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题：
1．停止供水后，光合速率下降，原因是一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的暗反应，导致光合作用速率下降。
2．在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，B点光饱和点低，其主要原因是B点气孔开度低，CO2吸收减少，暗反应速率低，需要光反应提供的ATP和[H]少，所以光饱和点低。
3．停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来。
重温高考 演练模拟
1．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A
解析 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。
2．(2017·天津，6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D
解析 由于突变型水稻叶片的叶绿素含量较少，由图可知，光照强度低于P时，突变型的光合作用光反应强度低于野生型，A项正确；由于突变型水稻中固定CO2酶的活性显著高于野生型，由图可知，光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，光照强度没有达到光饱和点，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，C项正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P点小于光饱和点时限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，D项错误。
3．(2015·安徽，2)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[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．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的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗，A项错误；暗反应中，CO2不能直接被[H]还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，一部分C3被[H]还原，经一系列变化形成糖类，另一部分C3经一系列变化形成C5，B项错误，C项正确；在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]、ATP减少，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量上升，C5含量下降，D项错误。
4．(2018·广东化州高三二次模拟) 在置于黑暗条件下的叶绿体悬浮液中加入适量NaH14CO3溶液，再给予瞬时光照。下列说法正确的是( )
A．黑暗条件下，叶绿体基质中不存在C3和C5
B．黑暗条件下，叶绿体悬浮液不能合成ATP和[H]
C．瞬时光照后，(CH2O)出现放射性比C3早
D．光照瞬间，C3含量迅速增加而C5含量迅速减少
答案 B
解析 黑暗条件下，叶绿体基质中存在C3和C5，A错误；黑暗条件下，光反应不能进行，叶绿体悬浮液不能合成ATP和[H]，B正确；瞬时光照后，(CH2O)出现放射性比C3晚，C错误；光照瞬间，C3含量迅速减少而C5含量迅速增加，D错误。
5．(2018·全国Ⅰ，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。回答下列问题：
(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________。
(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________，判断的依据是________________________________________________________
_____________________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
答案 (1)甲 (2)甲 光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙 (4)CO2
解析 (1)由曲线图可知，光照强度大于a时，甲植物的净光合速率随着光照强度的增加而增加的幅度更大，说明甲植物对光能的利用率较高。(2)当种植密度过大时，植株的叶片会相互遮挡，植株接受的光照强度减弱，导致植物净光合速率下降。由曲线图可知，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)由曲线图可知，在低光照强度下，乙植物的净光合速率较高，在高光照强度下，乙植物的净光合速率明显低于甲植物，所以乙植物更适合在林下低光照强度的环境下种植。(4)夏日晴天中午12点，温度较高，部分气孔关闭，进入叶肉细胞的CO2明显减少，抑制了暗反应，导致叶片的光合速率明显降低。
一、选择题
1．下列关于叶绿体中色素提取的叙述，错误的是( )
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
答案 C
解析 叶绿体中的四种色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素，它们都溶于无水乙醇，C项错误。
2．红枫是一种木本观赏植物，在生长季节叶片呈红色，下列关于该植物的叙述，正确的是( )
A．红枫叶片不含叶绿素
B．红枫叶片呈红色是因为吸收了红光
C．红枫叶片能吸收光能进行光合作用
D．液泡中色素吸收的光能用于光合作用
答案 C
解析 红枫叶片含叶绿素，可进行光合作用；红枫叶片呈红色是因液泡中含有花青素，花青素是不能吸收光能进行光合作用的。
3．(2018·长沙雅礼中学月考)下列有关叶绿体的描述，正确的是( )
A．叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATP
B．经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类
C．叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达
D．叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
答案 D
解析 叶绿体只有在光下才能发生光反应形成ATP，黑暗中叶绿体内不具有形成ATP的条件，A错误；经黑暗处理过的叶肉细胞会向其他部位输出淀粉和消耗糖类等有机物，但叶绿体中的DNA、RNA中含有脱氧核糖或核糖，B错误；RNA聚合酶在细胞中普遍存在，不是基因选择性表达的产物，C错误；叶绿体产生O2在类囊体薄膜上进行，线粒体产生H2O在线粒体内膜上进行，D正确。
4．(2018·临沂一模)下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质。有关分析错误的是( )
A．图中a为氧气，可部分释放到空气中
B．图中b为NADPH，外界CO2浓度升高时，b的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和c来自叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中
答案 B
解析 水光解的产物是氧气和H＋，若光合作用强度大于细胞呼吸强度，氧气会部分释放到空气中；图中b是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP和Pi；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中。
5．为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是( )
A．黑暗中进行，结果表明：H＋能通过自由扩散进入类囊体
B．光照下进行，结果支持：合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推动ATP合成
D．光照下进行，结果表明：光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原
答案 C
解析 在光照条件下，类囊体膜上的色素吸收光能，能将光能转化成ATP中的化学能，干扰实验结果，故应在黑暗中进行；题干中类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，说明ATP的合成与H＋浓度差有关，类囊体内外产生H＋浓度差，从而推动ATP合成。
6．下列对光合作用图解分析不正确的是( )
A．图示为真核生物的光合作用过程
B．若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升
C．图中①为O2，②为ATP
D．若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类
答案 B
解析 由于有叶绿体的存在，所以应为真核生物的光合作用；若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低；图中①为水的分解产物O2，②为光反应为暗反应提供的ATP；光反应中水分解产生[H]，为暗反应提供还原剂，并进入到有机物中。
7．绿色植物中含有的叶绿体(图甲)是可完成能量转换的细胞器，图乙是图甲中的色素分离结果，图丙是在图甲④结构中进行的生化反应，①～④分别代表图甲中叶绿体的结构。
下列相关叙述不正确的是( )
A．图乙中的色素带由1到4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素
B．图甲中①和③的成分和结构相似
C．环境条件相对稳定的情况下，图甲④中的C3含量多于C5
D．如果突然降低CO2的浓度，图丙中的C3含量会一直下降
答案 D
解析 图乙中下方有滤液细线，色素的扩散方向是从下向上的，所以1～4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A项正确；图甲中的①和③分别是叶绿体的内膜和外膜，它们的成分和结构相似，B项正确；分析图丙中的过程要从两个方面进行：一是环境条件相对稳定时，暗反应中的两个过程、光反应与暗反应之间均处于一种相对平衡的状态，由于一个C5对应着两个C3，所以C3含量要比C5高；二是当环境条件突然改变时，如CO2浓度突然降低时，短时间内由于CO2固定过程减弱而C3的还原过程仍在进行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段时间后，反应过程又达到一个新的平衡状态，所以C3含量不会一直下降，C项正确、D项错误。
8．科学家提取植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程(如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加)。下列条件下能产生葡萄糖的是( )
选项
场所
光照
CO2
ATP
[H]
C5
A
基质
－
＋
－
＋
＋
B
基粒
＋
＋
－
－
＋
C
基质和基粒
－
＋
－
－
－
D
基质和基粒
＋
＋
－
－
＋
答案 D
解析 光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应在基粒上进行，需要光照；暗反应进行时需要光反应提供[H]和ATP，需要叶绿体基质中的C5和大气中的CO2的参与。
9．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是( )
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、C5均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
答案 A
解析 在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质；由图可知，CO2与PEP、C5结合分别形成OAA和PGA；液泡内的液体称为细胞液，夜间时苹果酸进入细胞液中，使细胞液pH下降。
10．(2018·湖北高三五月冲刺)研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例，光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。下列相关叙述错误的是( )
组别
起始时水中18O的比例(%)
起始时HCO中18O的比例(%)
释放的O2中18O的比例(%)
1
0.85
0.41
0.84
2
0.85
0.55
0.85
3
0.85
0.61
0.85
A.18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的
B．HCO可为小球藻的光合作用提供碳元素
C．HCO中18O的比例不同导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，推测O2来自于水
答案 C
解析 光合作用光反应阶段，水在光下分解释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供碳元素，B正确；据表中数据可知，放氧速率与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，C错误；释放的O2中18O比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，推知O2的氧原子来自于水，D正确。
二、非选择题
11．下图为叶绿体的结构和功能示意图，请据图回答下列问题：
(1)光合作用中光反应产生的____________可以被暗反应所利用；在光照条件下，ATP的移动方向是________(用图中字母和箭头表示)。
(2)若暗反应被抑制，可能的外部影响因素是____________________、____________________。
(3)在电子显微镜下观察，可见到叶绿体基质中含量最多的物质是________颗粒(光合产物)。
(4)暗反应通过提供________________________(物质)来影响光反应，从而影响光合作用速率。
答案 (1)[H]和ATP A→B (2)二氧化碳供应不足 温度过高或过低 (3)淀粉 (4)ADP、Pi以及NADP＋
解析 (1)光合作用光反应为暗反应提供[H]和ATP，用于三碳化合物的还原。光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜(A)，暗反应的场所是叶绿体基质(B)，所以光照下ATP从A移向B。(2)暗反应主要受外界环境中二氧化碳浓度和温度的影响。(3)光合作用的产物葡萄糖最终以淀粉的形式储存起来，且淀粉颗粒在电子显微镜下是可以观察到的，所以电子显微镜下叶绿体基质中含量最多的物质是淀粉颗粒。(4)暗反应消耗ATP和NADPH产生ADP、Pi以及NADP＋，而ADP、Pi以及NADP＋为光反应过程中ATP、NADPH合成的原料。
12．(2018·芜湖高三上学期期末)下图表示A、B两种植物在光照等其他条件适宜情况下，光合作用强度对环境中CO2浓度变化的响应特性。据图回答下列问题：
(1)从图中可以看出，影响光合作用的因素有__________和________。
(2)给两种植物浇灌H218O，一段时间后，叶肉细胞中将出现(CH218O)，18O最可能转移途径是：______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)若将上述两种植物幼苗置于同一密闭玻璃罩中，在光照等其他条件适宜情况下，一段时间内，生长首先受影响的植物是________，原因是______________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)在生产实践中，常采用施用农家肥的方法增加CO2浓度，其原理是________________________________________________________________________。
答案 (1)植物种类(内部因素) CO2浓度(外部因素)
(2)H218O先参与细胞呼吸产生C18O2，C18O2参与光合作用暗反应生成(CH218O) (3)B 两种植物光合作用强度对CO2浓度变化的响应特性不同，在低浓度CO2条件下，B植物利用CO2进行光合作用能力弱，积累光合产物少，故随着玻璃罩中CO2浓度的降低，B 植物生长首先受影响 (4)农家肥富含有机物，在微生物作用下会释放出大量CO2
解析 据图分析可知，同一植物在不同CO2浓度下净光合作用不同；不同植物在相同CO2浓度下净光合作用一般也不同。其中A植物在CO2浓度较低时就吸收CO2进行光合作用，即可以在较低浓度下吸收CO2进行光合作用，且CO2的饱和点较B植物低，所以，在较低的CO2浓度环境中，生长最先受影响的是B植物。(1)据以上分析可知，影响植物光合作用的因素有内在因素(植物种类)和外在因素(CO2浓度)。(2)给植物浇灌H218O，一段时间后，叶肉细胞利用H218O通过有氧呼吸第二阶段形成C18O2，再通过光合作用暗反应阶段，将C18O2固定并还原为(CH218O)。(3)若将上述两种植物幼苗置于同一密闭的玻璃罩中，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，植物不断地消耗CO2，装置内的CO2浓度也不断下降，生长首先受影响的植物是B。原因是两种植物光合作用强度对CO2浓度变化的响应特性不同，在低浓度CO2条件下，B植物利用CO2进行光合作用能力弱，积累光合产物少，故随玻璃罩中CO2浓度的降低，B植物生长首先受影响。(4)在农业生产实践中，常采用施用农家肥的方法增加CO2浓度，其原理是农家肥富含有机物，在微生物作用下会释放出大量CO2。
13．(2018·淄博高三一模)科研人员为探究土壤含水量、CO2浓度对某作物生长的影响，在最适温度和光照强度的智能温室内进行实验的结果如下表。请分析回答下列问题：
组别
土壤含水量
CO2浓度(%)
净光合速率(μmolCO2·m－2·s·－1)
相对气孔开度(%)
水分利用效率
A
适宜
0.03
12
100
1.78
B
干旱
0.03
7.5
62
1.81
C
适宜
0.06
15
83
3.10
D
干旱
0.06
9.5
47
3.25
(1)与C组相比，限制B组作物光合作用的环境因素有________________________________；若在D组的基础上适当提高温度，则该作物净光合速率会__________；提高CO2浓度，作物对水分的利用效率会__________。
(2)研究发现，干旱胁迫导致类囊体结构破坏、光合色素含量和光反应中水的供应减少，导致为暗反应提供的____________________减少。因此，有人认为干旱主要通过影响光反应进而影响光合作用，结合表中数据分析，上述观点______________(填“合理”或“不合理”)，理由是_________________________________________________________________________。
答案 (1)土壤含水量、CO2浓度 降低(或减弱) 提高(或增大) (2)ATP和[H] 不合理 干旱通过影响气孔开度而影响暗反应，干旱对光反应和暗反应的影响大小无从判定
解析 影响植物光合作用的环境因素主要有光照强度、温度和CO2浓度等。据题表分析可知，实验的自变量是土壤含水量、CO2浓度；提高CO2浓度，无论是土壤含水量适宜还是干旱，净光合速率都增强，气孔开度下降，对水分的利用效率增强。(1)与C组相比，B组的土壤含水量低、CO2浓度低，因此光合作用强度较低；该实验是在最适宜温度下进行的，若适当提高温度会降低酶的活性，则该作物净光合速率会降低；C与A相比、D与B相比都说明提高CO2浓度，作物对水分的利用效率会提高。(2)干旱胁迫导致类囊体结构破坏、光合色素含量和光反应中水的供应减少，则光反应产生的ATP和[H]减少，进而影响暗反应过程中三碳化合物的还原；结合表中数据分析，干旱通过影响气孔开度而影响暗反应，干旱对光反应和暗反应的影响大小无从判定，因此不能说明干旱主要是通过影响光反应进而影响光合作用的。
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