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9 2022年高考生物一轮复习（新高考版2(鲁辽)适用） 第3单元 第9讲 光与光合作用
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第9讲 光与光合作用
[目标要求] 1.说明光合作用的基本过程。2.研究影响光合作用速率的环境因素。3.活动：叶绿体色素的提取和分离。
考点一 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
(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
2.叶绿体的结构及其中的色素
(1)叶绿体的结构
①结构模式图
②功能：进行光合作用的场所。
(2)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。
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P99“学科交叉”和图5－12：光是一种电磁波。可见光的波长范围大约是400～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
(2)源于必修1 P97“问题探讨”：生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？
提示 无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯。
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( × )
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( × )
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( × )
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光( × )
(1)(源于必修1 P101“练习与应用·拓展应用”)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布一般依次是浅、中、深。分析原因：这种现象与光能捕获有关，即不同颜色的藻类吸收不同波长的光。
(2)(源于必修1 P99“旁栏思考”)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
提示 这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。
实验出现异常现象的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入的无水乙醇过多，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用的绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条未经干燥处理，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滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
考向一 实验的基本原理和过程分析
1．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中
B．层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液
C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素
答案 B
解析 绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，否则色素会溶解在层析液中，B正确；圆珠笔笔油中有色素，因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止色素被破坏，因此没有加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。
2．(2021·山东济南模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取绿叶中的色素，并进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。有关叙述正确的是(不定项)( )
A．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
B．没有无水乙醇，可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠
C．Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小
D．操作中如果滤液细线触及层析液，会缩短得到四条色素带的时间
答案 ABC
解析 强光照和正常光照相比，叶绿素含量明显降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A正确；没有无水乙醇，可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠，B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，其中Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小，C正确；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，色素会溶解在层析液中，D错误。
考向二 色素的种类和功能
3．(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。
4．(2020·河北省唐山市高三一模)下表是科研人员测得大棚中某草莓在补充X光和Y光后叶片色素含量及果实产量的部分数据。下列分析错误的是( )
组别
叶绿素总量(mg/g)
类胡萝卜(mg/g)
单株果数量(个)
单果质量(g)
对照组
6.4
2.5
12
15
X光组
5.5
4.0
13
16
Y光组
7.6
2.4
10
22
A.大棚中草莓叶片在不同光照下会做出适应性变化
B．Y光组叶片颜色比对照组偏黄
C．X光组叶绿体中NADPH合成速率小于Y光组
D．补充Y光更有利于提高大棚草莓产量
答案 B
解析 根据表格分析可知，在补充X光和Y光后，X光组和Y光组的色素含量变化不一样，说明植株在不同光照下会做出适应性变化，A正确；Y光组叶绿素总量增加，比对照组偏绿，B错误；根据单株果的数量和质量能推测出Y光组植株制造的有机物量高于X光组，所以X光组叶绿体中NADPH合成速率小于Y光组，C正确；根据表格分析，Y光组制造的有机物量高于X光组，所以补充Y光更有利于提高大棚草莓产量，D正确。
考点二 光合作用的过程
1．探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者
内容
19世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔(英国)
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
1941年鲁宾、卡门(美国)
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农(美国)
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.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件：有光。
②场所：类囊体薄膜。
③物质变化
a．将H2O分解为氧和H＋，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b．使ADP和Pi反应形成ATP。
④能量变化
将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段
①条件：有没有光都能进行。
②场所：叶绿体基质。
③过程(卡尔文循环)
a．CO2的固定：C5＋CO22C3。
b．C3的还原：2C3(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中稳定的化合能。
教材中的隐性知识 源于必修1 P104“相关信息”：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)。
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(3)元素的转移途径
①H：3H2ONADPH(C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：HO18O2；C18O2C3(CHO)。
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P104“相关信息”：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。
(2)源于必修1 P106“小字部分”：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
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
别
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)没有叶绿体的生物无法进行光合作用( × )
(2)植物细胞都含有叶绿体( × )
(3)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中( × )
(4)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( × )
(5)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( × )
(6)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量( × )
(7)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( × )
(源于必修1 P100～101“思考·讨论”)下面是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，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 选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需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 排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
1．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、NADPH、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、ATP的水解
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NADPH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
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”
(2)“模型法”
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
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NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，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)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
考向一 光合作用过程的综合考查
5．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NADPH
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O
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、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。
6．如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是( )
A．物质b可能是ADP和Pi
B．物质c直接被还原生成(CH2O)和C5
C．甲中色素不溶于水，能溶于有机溶剂
D．乙中含有多种催化反应的酶
答案 B
解析 根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，是光合作用光反应的场所，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A正确；物质c为CO2，CO2转化成(CH2O)和C5需经过CO2的固定和C3的还原两个过程，B错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C正确；叶绿体基质中含有多种催化反应的酶，D正确。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
7．将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的CO2条件下培养，经一段时间后，突然停止光照，则下列叙述中不会发生的是( )
A．光反应停止，不能形成NADPH和ATP
B．短时间内暗反应仍进行，CO2与C5继续结合形成C3
C．短时间内绿藻体内C3的含量会上升
D．由于没有NADPH和ATP供应，C3不能形成糖类等物质，积累了许多C5
答案 D
解析 光照突然停止，光反应不能进行，不能形成ATP和NADPH，短时间内在CO2充足的条件下，CO2继续与C5结合形成C3，但因NADPH及ATP供应不足，C3的还原受阻，无法合成C5和有机物，故细胞内C3增加，C5减少。
8．(2020·全国高三专题练习)科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。
据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间隙光”处理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，原因是“间隙光”能______________________________________。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率________(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1________S2(填“大于”“等于”或“小于”)。
答案 大于 充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP 更快 等于
解析 光照总时间相同的情况下，“间隙光”与连续光照处理相比，“间隙光”处理能充分利用光反应产生的NADPH和ATP，“间隙光”处理的光合作用效率大于连续光照下的光合效率，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，而暗反应速率较慢；S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S1与S2大致相等。
9．(2020·北京海淀人大附中高三月考)植物的叶肉细胞在光下合成糖，以淀粉的形式储存。通常认为若持续光照，淀粉的积累量会增加，但科研人员有了新的发现。
(1)叶肉细胞吸收的CO2，在________________中被固定形成C3，C3在________阶段产生的______________的作用下，形成三碳糖，并进一步合成淀粉。
(2)科研人员给予植物48小时持续光照，测定叶肉细胞中的淀粉量，结果如图1所示。实验结果反映出淀粉积累量的变化规律是______________________________________________。
(3)为了解释(2)的实验现象，研究人员提出了两种假设。
假设一：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成停止。
假设二：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成与降解同时存在。
为验证假设，科研人员测定了叶肉细胞的CO2吸收量和淀粉降解产物——麦芽糖的含量，结果如图2所示。
实验结果支持上述哪一种假设？请运用图中证据进行阐述：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)为进一步确定该假设成立，研究人员在第12小时测得叶肉细胞中的淀粉含量为a，之后为叶片光合作用通入仅含13C标记的13CO2 4个小时，在第16小时测得叶肉细胞中淀粉总量为b,13C标记的淀粉含量为c。若淀粉量a、b、c的关系满足____________(用关系式表示)，则该假设成立。
答案 (1)叶绿体基质 光反应 ATP和NADPH
(2)最初一段时间内，随着持续光照时间增加，淀粉积累量逐渐增加，之后保持稳定
(3)支持假设二。实验结果显示，叶肉细胞持续(或并未停止)吸收CO2，麦芽糖的含量快速增加，说明淀粉的合成与降解同时存在
(4)b－a
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，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线解读
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B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，此时的光照强度称为光补偿点。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为光饱和点。
(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)曲线解读
①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。
②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③B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通风，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)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。
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。
(2)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
5．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
(1)光照强度只影响光反应，不影响暗反应( × )
(2)只要有光照，植物就能正常生长( × )
(3)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应( √ )
(4)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用( √ )
(5)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和呼吸作用强度相等( × )
(1)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？(至少说出两点)
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。
(2)(源于必修1 P106“拓展应用”)：下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题：
①7～10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。
②10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。
③14～17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。
④从图中可以看出，限制光合作用的因素有光照强度、温度。
⑤依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施：根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。
考向一 光合作用影响因素的综合考查
10．(2020·四川省绵阳市高三四模)为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率(mmol/h)，结果如图所示。下列说法错误的是( )
A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致
B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质
C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产
D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量
答案 D
解析 分析图示可知，随着CO2浓度的增加，小麦单位叶面积的CO2吸收速率增加，光合速率增强。相同的CO2浓度下，施加氮肥的组比不施加氮肥的组CO2吸收速率快，光合速率强。本实验中的自变量是CO2浓度和是否施加氮肥，温度和光照强度为无关变量，各组应适宜并且保持一致，A正确；叶片的CO2吸收量代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正光合速率，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。
11．(经典高考题)某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。
据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是____________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
答案 (1)0 A、B、C (2)光强 (3)大于 (4)光强
解析 (1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。
(2)由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的NADPH和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。
(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。
考向二 农业生产中的应用
12．(2020·四川省绵阳市高三二诊)细胞代谢在日常生活和生产中应用广泛，下列方法合理的是( )
A．冬季蔬菜大棚可用蓝色薄膜提高农作物光合速率
B．夜间蔬菜大棚可适当提高温度，有利于提高产量
C．土壤板结后松土主要是促进农作物根系吸收水分
D．充入一定量的氮气可以延长水果蔬菜储藏的时间
答案 D
解析 光合色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光，所以采用蓝色的薄膜不仅不能提高光合速率，反而降低光合速率，A错误；温度通过影响酶的活性来影响绿色植物的有机物的净积累，白天适当提高温度有利于增加光合作用，夜间适当降低温度有利于减弱呼吸作用，减少有机物消耗，提高有机物的净积累量，从而提高作物产量，B错误；土壤板结后，及时松土透气能够增加土壤的通气量，有利于植物的根系进行有氧呼吸，并能促进其吸收土壤中的矿质元素，C错误；充入一定量的氮气可抑制细胞的有氧呼吸，减少有机物的消耗，从而可以延长水果蔬菜储藏的时间，D正确。
13．(2020·全国Ⅰ，30)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。回答下列问题：
(1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有___________________________________________(答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_____________________________
(答出1点即可)。
(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________，选择这两种作物的理由是________________________________________________。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m－2·s－1
1 200
1 180
560
623
答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的细胞呼吸
(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收
(3)A和C 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
解析 (1)中耕松土包括去除杂草和疏松土壤两个方面，去除杂草降低了杂草与作物间的竞争，土壤中的水分、矿质元素离子能更充分地被作物吸收利用；疏松土壤可增加土壤中氧气的含量，有利于根系的有氧呼吸，从而满足根系主动运输吸收矿质元素离子等生理活动对ATP的需求。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被农作物的根系吸收，另外，施肥后土壤中的矿质元素离子的浓度增加，容易导致细胞液浓度小于土壤溶液浓度，作物根细胞失水，引起“烧苗”。浇水后稀释了矿质元素离子的浓度且利于矿质元素呈离子状态，有利于根系对矿质元素离子的吸收。(3)作物A的光饱和点和株高都比较高，可充分利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点比较低、株高矮，可充分利用下层的弱光进行光合作用，因此作物A和C最适合进行间作。
考点四 探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理：叶片含有气体，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2．“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。
考向 光合作用影响因素的实验探究
14．在玻璃温室中，某研究小组分别用三种单色光对某种绿色蔬菜进行光源(补光)实验，结果如图1所示，补光的光照强度为150 μmol·m－2·s－1，补光时间为上午7：00～10：00，温度适宜。请回答下列问题：
(1)补光效果最好的补光组是________________。若该补光组在9：00突然停止补光，则短时间内叶肉细胞中C3的含量将________。
(2)根据光合色素吸收光谱分析，不同单色光补光后结果不同的直接原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)科学家研究了不同光质对芹菜光合作用的影响，分别设置了白光(W)、白光＋红光(WR)、白光＋蓝光(WB)、白光＋红光＋蓝光(WRB)四种处理。然后测定了单位时间内叶片吸收的CO2量和RuBP羧化酶(一种与CO2的固定有关的酶)活性的变化，结果如图2。
①该研究中作为对照组的是________，设置对照组的目的是
________________________________________________________________________。
②如果要测定单位时间内芹菜叶片光合作用消耗的CO2总量，还需要测定
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③如果需要进一步探究光质是否影响芹菜的光反应，还需测定叶片中__________________的含量。
④实验结果表明：增加________(填“红光”或“蓝光”)可增强芹菜光合能力，原因与
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________有关。
答案 (1)680 nm补光组 增多
(2)光合色素对不同单色光的吸收量不同
(3)①白光 排除无关因素的干扰 ②单位时间内细胞呼吸释放CO2的量 ③叶绿素(或叶绿体中的色素) ④红光 RuBP羧化酶活性增强
解析 (1)从图中四条曲线对比可知，给植株补充680 nm补光时，CO2吸收速率最大，所以补光效果最好的组为680 nm补光组；若该补光组在9：00时突然停止补光，就会使光照强度减弱，光反应产生的NADPH和ATP就会减少，这样暗反应中的C3的还原过程就会减慢，而CO2的固定仍在进行，故叶肉细胞中的C3含量将增多。(2)根据光合色素吸收光谱分析，不同的色素吸收不同单色光的量是不同的，所以不同单色光补光后结果不同的直接原因是光合色素对不同单色光的吸收量不同。(3)①分析实验目的可知，该实验中自变量是不同波长的光照，因变量是净光合速率(即CO2吸收速率)和RuBP羧化酶活性，其他因素如温度、CO2浓度、植物生长状况等均为无关变量，白光作为对照组，目的是排除无关因素的干扰。②如果要测定单位时间内芹菜叶片光合作用消耗CO2的总量，还需要测定单位时间内细胞呼吸释放CO2的量。③探究光质是否影响芹菜的光反应，还需测定叶片中叶绿素的含量。④光合色素对不同的单色光的吸收量不同，根据柱形图可知，增加红光可增强芹菜光合能力，原因与RuBP羧化酶活性增强有关。
15．下图甲表示在一定条件下测得的某植物体光照强度与光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：
(1)图甲中的a点表示____________，影响a点上下移动的外界因素主要是________，所以用大棚种植蔬菜时，可采用____________________的方法来提高细胞中有机物的积累量；d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素主要是________，因此大棚种植可采取的措施是________________。
(2)图甲中的c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有__________________________；此时，叶肉细胞光合作用产生的有机物________(“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物。
(3)图乙装置实验中每隔15 min加大一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是________________和________________，导致光合速率下降，O2释放量减小，气泡产生速率下降。
(4)由图丙可推知，24小时内密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是__________(填时间)时，该植物24小时有机物会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
答案 (1)呼吸速率 温度 加大昼夜温差 CO2浓度 增施农家肥 (2)叶绿体、线粒体、细胞质基质 大于
(3)光照强度减弱 CO2浓度降低 (4)18 减少
1．核心概念
(1)(必修1 P102)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)(必修1 P103)光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
(3)(必修1 P104)暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
(4)(必修1 P105)光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2．教材结论性语句
(1)(必修1 P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：叶绿素(含量约占3/4)和类胡萝卜素(含量约占1/4)，其中叶绿素包含叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)。类胡萝卜素包含胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。
(2)(必修1 P99)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
(3)(必修1 P101)叶绿体是进行光合作用的场所。在它内部巨大的膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
1．(2020·天津，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是( )
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
答案 A
解析 绿色植物光反应的场所是类囊体薄膜，产物有O2、NADPH、ATP，暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等有机物，据此推断该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A项正确；该反应体系不断消耗的物质不仅是CO2，还有水等，B项错误；类囊体产生的NADPH、ATP参与CO2固定与还原，C项错误；该反应体系含有从菠菜中分离的类囊体，类囊体上含有光合作用色素，D项错误。
2．(2020·江苏，6)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CaO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
解析 无水乙醇常作为提取叶绿体色素的溶剂，A项正确；研磨时要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止叶绿素被破坏，B项错误；研磨时添加石英砂，有助于使研磨得充分，有助于色素的提取，C项正确；画滤液细线时要做到细、直、齐，减少样液扩散，以保证滤纸条上形成的色素带清晰、整齐，D项正确。
3．(2019·全国Ⅰ，3)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自( )
A．水、矿质元素和空气 B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤 D．光、矿质元素和空气
答案 A
解析 黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；还可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。
4．(2020·山东，21)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”或“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 分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，相当于光合作用过程中突然停止供应CO2，CO2的固定受阻，进而导致乙(C3)的合成量减少，短时间内C3的还原正常进行，消耗量不变，C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。(3)植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。(4)干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。
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。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确( )
A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位
B．希尔发现离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解并产生氧气
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳
D．阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随
答案 C
解析 鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法进行实验，证明光合作用释放的氧气来自水，C错误。
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
－
＋
＋
＋
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。故B正确。
3．(2020·广西高三一模)如图表示某叶片叶肉细胞内叶绿体与线粒体物质上的联系，a～c物质的产生及反应场所如图所示。下列叙述错误的是( )
A．产生a物质时伴随NADPH的产生
B．b为葡萄糖，可直接进入线粒体氧化分解
C．适当增加光照强度，c物质在叶绿体内的消耗速率加快
D．叶肉细胞内c物质的产生和消耗速率相等时，叶片可能需消耗外界的a物质
答案 B
解析 叶绿体产生O2伴随NADPH产生，A正确；葡萄糖须分解成丙酮酸才能进入线粒体，B错误；适当增加光照强度，光合速率加快，则CO2的消耗速率加快，C正确；叶片由叶肉细胞与表皮细胞等组成，只有叶肉细胞可进行光合作用，叶肉细胞内CO2的产生和消耗速率相等时，叶片的总光合速率小于呼吸速率，叶片消耗外界的O2，D正确。
4．(2020·青铜峡市高级中学高三月考)下列有关放射性同位素标记法相关实验的叙述，正确的是( )
A．小鼠吸入18O2，可以在其尿液中检测到HO
B．用35S标记某种氨基酸，放射性只能出现在细胞的核糖体中
C．德国科学家恩格尔曼利用同位素标记法证明了叶绿体是植物进行光合作用的场所
D．环境中的14CO2中的14C在叶绿体中的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)→14C2H5OH
答案 A
解析 小鼠吸入18O2,18O2参与有氧呼吸第三阶段生成H218O，则在其尿液中可以检测到H218O，A正确；用35S标记某种氨基酸，若合成的是分泌蛋白，放射性出现在细胞的核糖体、内质网、高尔基体中，B错误；德国科学家恩格尔曼用水绵进行光合作用实验，证明了叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，未使用同位素标记法，C错误；环境中的14CO2中的14C在叶绿体中的大致转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)，在缺氧时才会出现在14C2H5OH，D错误。
5．如图表示在一定的光照强度和温度下，植物光合作用增长速率随CO2浓度变化的情况，下列有关说法错误的是( )
A．与D点相比，C点时细胞内NADPH的含量较高
B．与A点相比，B点时细胞内的C5含量较低
C．图中C点时光合作用速率达到最大值
D．图中D点以后限制光合速率的主要环境因素是光照强度或温度
答案 C
解析 与D点相比，C点时细胞内CO2含量少，CO2固定产生的C3少，需要的NADPH少，因此NADPH的含量较高，A正确；与A点相比，B点时细胞内的CO2含量多，CO2固定消耗的C5多，因此C5的含量较低，B正确；图中纵轴代表光合作用增长速率，D点之前光合速率一直在增长，因此D点光合速率最大，C错误；横坐标表示CO2浓度，D点时光合速率不再随着CO2浓度的升高而加快，说明D点时CO2不再是限制因素，此时限制光合作用速率的主要环境因素是光照强度或温度，D正确。
6．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；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。
7．如图表示蝴蝶兰在正常条件下和长期干旱条件下CO2吸收速率的日变化曲线，据图分析，下列叙述正确的是( )
A．长期干旱条件下，蝴蝶兰可通过夜间吸收CO2以适应环境
B．长期干旱条件下，叶肉细胞在10～16时不能进行光反应
C．正常条件下，12时CO2吸收速率最快，植株干重最大
D．长期干旱条件下，叶肉细胞在0～24时不能产生ATP
答案 A
解析 由图可以看出，在长期干旱条件下，蝴蝶兰除了可以进行细胞呼吸外还可在夜间吸收CO2并储存在细胞中，而白天气孔关闭，A正确；10～16时CO2的吸收速率降为0，此时的光合作用速率等于细胞呼吸的速率，B错误；正常条件下，12时CO2吸收速率最快，表明此时光合作用最强，但是植株干重在20点之前与横轴的交点处最大，C错误；长期干旱条件下，植物细胞在0～24时都可进行呼吸作用，产生ATP，D错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
8．下面列举了一些与温室大棚种植蔬菜有关的生产措施，你认为不合理的是( )
A．温室的设计应尽量提高采光效率，尽量减少不必要的热量散失
B．施足有机肥可直接为植物提供有机营养，同时可以补充大棚内的CO2
C．采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，节约成本
D．夜晚适当降低温度可提高作物产量
答案 B
解析 有机肥可以被微生物分解产生CO2和矿质元素，可直接为植物提供矿质营养，同时可以补充大棚内的CO2，植物不能吸收有机营养，B错误；夜晚适当降低温度可以减少夜间细胞呼吸消耗的有机物，可以提高作物产量，D正确。
9．如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述错误的是( )
A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B．①上产生的B物质移动到②参与CO2的固定
C．②中产生的NADP＋移动到①上参与水的光解
D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
答案 BD
解析 光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B错误；②叶绿体基质中产生的NADP＋移动到①类囊体薄膜上参与水的光解，C正确；①类囊体薄膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。
10．如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析错误的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
答案 ABC
解析 根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
三、非选择题
11．图甲表示光合作用过程的图解，图乙为大棚中栽培的某种蔬菜在水肥充足、温度适宜条件下，光合作用强度受环境因素影响的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题：
(1)参与光合作用的色素分布在叶绿体的________上。
(2)光合作用的过程可以分为两个阶段，图甲中B表示 ________阶段，反应场所是
________________________________________________________________________。
(3)图甲中A生理过程的产物是______________________________________________。
(4)由图乙可知，影响光合作用的外界因素是__________和____________。
(5)比较图乙中Ⅰ、Ⅱ两条曲线，当光照强度大于a时，曲线Ⅱ的光合作用强度不再增大的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
限制了光合作用________阶段的进行。
答案 (1)类囊体薄膜 (2)暗反应 叶绿体基质 (3)O2、NADPH、ATP (4)光照强度 CO2浓度 (5)CO2浓度过低 暗反应
12．某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＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的二氧化碳进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量。请回答下列问题：
(1)该实验的目的是_____________________________________________________________。
(2)B组14C标记的(CH2O)的量比A组低，原因是_______________________________
________________________________________________________________________。
(3)在检测过程中，发现6 s后有十余种产物含有放射性，而0.5 s内只发现一种产物含有放射性，这种产物最可能是____________________________。
(4)实验中的“其他条件”主要是指______________________(至少答两项)。
若在实验过程中突然停止14CO2供应，则此时两组实验中14C5的含量均会________，(CH2O)/C3的比值会____________。
答案 (1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响 (2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减弱，形成的(CH2O)减少 (3)三碳化合物 (4)温度、光照、pH等 增加 增大
解析 (1)根据实验的自变量为是否含有Mg2＋，说明该实验的目的是探究Mg2＋对植物光合作用的影响。(2)由于缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，导致光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减弱，形成的(CH2O)减少，所以B组14C标记的(CH2O)的量比A组低。(3)根据题干信息，提供14C标记的二氧化碳进行光合作用，二氧化碳与C5反应，生成三碳化合物，所以0.5 s内发现的唯一的含放射性的物质最可能是三碳化合物。(4)实验中的“其他条件”指的是无关变量，如温度、光照、pH等。若在实验过程中突然停止14CO2供应，则生成的C3减少，消耗的C5也减少，导致两组实验中14C5的含量均增加，(CH2O)/C3的比值也增大。
13．(2020·河南省濮阳市高三模拟)某生物兴趣小组的同学在20 ℃和相同的光照强度条件下，以菠菜叶为实验材料，用不同浓度的NaHCO3溶液控制CO2浓度，进行了“探究CO2浓度对光合作用影响”的实验，获得如下图所示的实验结果(叶圆片大小相同，实验前叶圆片细胞间隙中的气体已抽出；NaHCO3溶液浓度变化对溶液pH的影响忽略不计)。请回答下列问题：
(1)该小组同学在进行上述正式实验前，先将NaHCO3溶液浓度梯度设置为0、1%、2%、3%、4%，每组放入20片叶圆片，其他条件均与上述正式实验相同，2 min时得到的结果如下表。
NaHCO3溶液浓度
0
1%
2%
3%
4%
上浮叶圆片数量/片
0
11
4
3
0
该实验是预实验，其目的是_____________________________。
4 min后，除蒸馏水组叶圆片未见上浮外，其他组叶圆片均有上浮。NaHCO3溶液在常温下能分解产生CO2，有人认为叶圆片上浮是由CO2气泡附着引起的。为此实验小组另设计了一个对照实验，最好选择上表中浓度为 ________________的NaHCO3溶液进行对照，将20片叶圆片放到溶液中后进行遮光处理；若结果为__________________，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。
(2)由曲线图可以看出，20 ℃条件下，NaHCO3溶液浓度为________时最有利于叶圆片进行光合作用，在此浓度下若适当增加光照强度，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会________。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，上浮的叶圆片数量减少，其原因可能是____________
________________________________________________________________________。
(3)在进行正式实验时，若要使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致，则应进行的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围 4% 4 min后未见叶圆片上浮
(2)1% 增加 随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降
(3)缩小NaHCO3溶液浓度梯度，重复实验
解析 (1)预实验是为正式实验摸索条件，检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围。根据表格数据可知，当NaHCO3溶液为4%时，2 min时上浮叶圆片数量为0，因此选择上表中浓度为4%的NaHCO3溶液进行对照，因为遮光处理，植物不进行光合作用，不产生氧气。若4 min后未见叶圆片上浮，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。(2)根据曲线可知，20 ℃条件下，当NaHCO3溶液浓度为1%时上浮叶圆片数量最多，最有利于叶圆片进行光合作用。在此浓度下若适当增加光照强度，光合作用增强，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会增加。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降，因此上浮的叶圆片数量减少。(3)当把NaHCO3溶液浓度梯度缩小，重复实验，可以使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致。
第9讲 光与光合作用
[目标要求] 1.说明光合作用的基本过程。2.研究影响光合作用速率的环境因素。3.活动：叶绿体色素的提取和分离。
考点一 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
(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
2.叶绿体的结构及其中的色素
(1)叶绿体的结构
①结构模式图
②功能：进行光合作用的场所。
(2)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。
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P99“学科交叉”和图5－12：光是一种电磁波。可见光的波长范围大约是400～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
(2)源于必修1 P97“问题探讨”：生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？
提示 无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯。
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( × )
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( × )
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( × )
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光( × )
(1)(源于必修1 P101“练习与应用·拓展应用”)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布一般依次是浅、中、深。分析原因：这种现象与光能捕获有关，即不同颜色的藻类吸收不同波长的光。
(2)(源于必修1 P99“旁栏思考”)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？
提示 这种波长的光不能被光合色素吸收，因此不能用于光合作用中合成有机物。
实验出现异常现象的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入的无水乙醇过多，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用的绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条未经干燥处理，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滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
考向一 实验的基本原理和过程分析
1．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中
B．层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液
C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素
答案 B
解析 绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，否则色素会溶解在层析液中，B正确；圆珠笔笔油中有色素，因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止色素被破坏，因此没有加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。
2．(2021·山东济南模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取绿叶中的色素，并进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。有关叙述正确的是(不定项)( )
A．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
B．没有无水乙醇，可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠
C．Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小
D．操作中如果滤液细线触及层析液，会缩短得到四条色素带的时间
答案 ABC
解析 强光照和正常光照相比，叶绿素含量明显降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A正确；没有无水乙醇，可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠，B正确；四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，其中Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小，C正确；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，色素会溶解在层析液中，D错误。
考向二 色素的种类和功能
3．(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。
4．(2020·河北省唐山市高三一模)下表是科研人员测得大棚中某草莓在补充X光和Y光后叶片色素含量及果实产量的部分数据。下列分析错误的是( )
组别
叶绿素总量(mg/g)
类胡萝卜(mg/g)
单株果数量(个)
单果质量(g)
对照组
6.4
2.5
12
15
X光组
5.5
4.0
13
16
Y光组
7.6
2.4
10
22
A.大棚中草莓叶片在不同光照下会做出适应性变化
B．Y光组叶片颜色比对照组偏黄
C．X光组叶绿体中NADPH合成速率小于Y光组
D．补充Y光更有利于提高大棚草莓产量
答案 B
解析 根据表格分析可知，在补充X光和Y光后，X光组和Y光组的色素含量变化不一样，说明植株在不同光照下会做出适应性变化，A正确；Y光组叶绿素总量增加，比对照组偏绿，B错误；根据单株果的数量和质量能推测出Y光组植株制造的有机物量高于X光组，所以X光组叶绿体中NADPH合成速率小于Y光组，C正确；根据表格分析，Y光组制造的有机物量高于X光组，所以补充Y光更有利于提高大棚草莓产量，D正确。
考点二 光合作用的过程
1．探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者
内容
19世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔(英国)
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
1941年鲁宾、卡门(美国)
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农(美国)
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.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件：有光。
②场所：类囊体薄膜。
③物质变化
a．将H2O分解为氧和H＋，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b．使ADP和Pi反应形成ATP。
④能量变化
将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段
①条件：有没有光都能进行。
②场所：叶绿体基质。
③过程(卡尔文循环)
a．CO2的固定：C5＋CO22C3。
b．C3的还原：2C3(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中稳定的化合能。
教材中的隐性知识 源于必修1 P104“相关信息”：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)。
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(3)元素的转移途径
①H：3H2ONADPH(C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：HO18O2；C18O2C3(CHO)。
教材中的隐性知识 (1)源于必修1 P104“相关信息”：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。
(2)源于必修1 P106“小字部分”：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
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
别
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)没有叶绿体的生物无法进行光合作用( × )
(2)植物细胞都含有叶绿体( × )
(3)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中( × )
(4)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( × )
(5)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( × )
(6)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量( × )
(7)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( × )
(源于必修1 P100～101“思考·讨论”)下面是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，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 选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需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 排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
1．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、NADPH、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、ATP的水解
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NADPH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
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”
(2)“模型法”
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
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NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，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)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
考向一 光合作用过程的综合考查
5．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NADPH
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O
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、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。
6．如图表示光合作用过程，a、b、c表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是( )
A．物质b可能是ADP和Pi
B．物质c直接被还原生成(CH2O)和C5
C．甲中色素不溶于水，能溶于有机溶剂
D．乙中含有多种催化反应的酶
答案 B
解析 根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，是光合作用光反应的场所，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A正确；物质c为CO2，CO2转化成(CH2O)和C5需经过CO2的固定和C3的还原两个过程，B错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C正确；叶绿体基质中含有多种催化反应的酶，D正确。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
7．将单细胞绿藻置于适宜的温度、光照以及充足的CO2条件下培养，经一段时间后，突然停止光照，则下列叙述中不会发生的是( )
A．光反应停止，不能形成NADPH和ATP
B．短时间内暗反应仍进行，CO2与C5继续结合形成C3
C．短时间内绿藻体内C3的含量会上升
D．由于没有NADPH和ATP供应，C3不能形成糖类等物质，积累了许多C5
答案 D
解析 光照突然停止，光反应不能进行，不能形成ATP和NADPH，短时间内在CO2充足的条件下，CO2继续与C5结合形成C3，但因NADPH及ATP供应不足，C3的还原受阻，无法合成C5和有机物，故细胞内C3增加，C5减少。
8．(2020·全国高三专题练习)科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20秒，黑暗20秒，交替进行12小时，并用灵敏传感器记录环境中氧气和二氧化碳的变化，实验结果部分记录如下图所示。
据实验结果部分记录图分析，与连续光照6小时，再连续黑暗6小时的相比，“间隙光”处理的光合作用效率________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，原因是“间隙光”能______________________________________。上面曲线出现的原因是光合作用光反应的速率比暗反应的速率________(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1________S2(填“大于”“等于”或“小于”)。
答案 大于 充分利用光合作用光反应产生的NADPH和ATP 更快 等于
解析 光照总时间相同的情况下，“间隙光”与连续光照处理相比，“间隙光”处理能充分利用光反应产生的NADPH和ATP，“间隙光”处理的光合作用效率大于连续光照下的光合效率，光合作用合成的有机物增多，光合作用效率更高，因为一般情况下，光合作用过程中的光反应速率很快，而暗反应速率较慢；S1面积相当于光照时光反应积累的NADPH和ATP，而这些NADPH和ATP在后续的黑暗处理时被暗反应所消耗，所以S1与S2大致相等。
9．(2020·北京海淀人大附中高三月考)植物的叶肉细胞在光下合成糖，以淀粉的形式储存。通常认为若持续光照，淀粉的积累量会增加，但科研人员有了新的发现。
(1)叶肉细胞吸收的CO2，在________________中被固定形成C3，C3在________阶段产生的______________的作用下，形成三碳糖，并进一步合成淀粉。
(2)科研人员给予植物48小时持续光照，测定叶肉细胞中的淀粉量，结果如图1所示。实验结果反映出淀粉积累量的变化规律是______________________________________________。
(3)为了解释(2)的实验现象，研究人员提出了两种假设。
假设一：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成停止。
假设二：当叶肉细胞内淀粉含量达到一定值后，淀粉的合成与降解同时存在。
为验证假设，科研人员测定了叶肉细胞的CO2吸收量和淀粉降解产物——麦芽糖的含量，结果如图2所示。
实验结果支持上述哪一种假设？请运用图中证据进行阐述：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)为进一步确定该假设成立，研究人员在第12小时测得叶肉细胞中的淀粉含量为a，之后为叶片光合作用通入仅含13C标记的13CO2 4个小时，在第16小时测得叶肉细胞中淀粉总量为b,13C标记的淀粉含量为c。若淀粉量a、b、c的关系满足____________(用关系式表示)，则该假设成立。
答案 (1)叶绿体基质 光反应 ATP和NADPH
(2)最初一段时间内，随着持续光照时间增加，淀粉积累量逐渐增加，之后保持稳定
(3)支持假设二。实验结果显示，叶肉细胞持续(或并未停止)吸收CO2，麦芽糖的含量快速增加，说明淀粉的合成与降解同时存在
(4)b－a
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，光反应速率加快，产生的NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线解读
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B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，此时的光照强度称为光补偿点。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为光饱和点。
(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)曲线解读
①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。
②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③B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通风，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)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。
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。
(2)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
5．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
(1)光照强度只影响光反应，不影响暗反应( × )
(2)只要有光照，植物就能正常生长( × )
(3)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应( √ )
(4)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用( √ )
(5)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和呼吸作用强度相等( × )
(1)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？(至少说出两点)
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。
(2)(源于必修1 P106“拓展应用”)：下图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答问题：
①7～10时的光合作用强度不断增强的原因是光照强度逐渐增大。
②10～12时左右的光合作用强度明显减弱的原因是此时温度很高，导致气孔大量关闭，CO2无法进入叶片组织，致使光合作用暗反应受到限制。
③14～17时的光合作用强度不断下降的原因是光照强度不断减弱。
④从图中可以看出，限制光合作用的因素有光照强度、温度。
⑤依据本题提供的信息，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施：根据本题信息，可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。
考向一 光合作用影响因素的综合考查
10．(2020·四川省绵阳市高三四模)为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率(mmol/h)，结果如图所示。下列说法错误的是( )
A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致
B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质
C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产
D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量
答案 D
解析 分析图示可知，随着CO2浓度的增加，小麦单位叶面积的CO2吸收速率增加，光合速率增强。相同的CO2浓度下，施加氮肥的组比不施加氮肥的组CO2吸收速率快，光合速率强。本实验中的自变量是CO2浓度和是否施加氮肥，温度和光照强度为无关变量，各组应适宜并且保持一致，A正确；叶片的CO2吸收量代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正光合速率，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。
11．(经典高考题)某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。
据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是____________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
答案 (1)0 A、B、C (2)光强 (3)大于 (4)光强
解析 (1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。
(2)由题图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的NADPH和ATP不足，暗反应受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。
(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应同时考虑光强这一因素的影响。
考向二 农业生产中的应用
12．(2020·四川省绵阳市高三二诊)细胞代谢在日常生活和生产中应用广泛，下列方法合理的是( )
A．冬季蔬菜大棚可用蓝色薄膜提高农作物光合速率
B．夜间蔬菜大棚可适当提高温度，有利于提高产量
C．土壤板结后松土主要是促进农作物根系吸收水分
D．充入一定量的氮气可以延长水果蔬菜储藏的时间
答案 D
解析 光合色素主要吸收可见光中的红光和蓝紫光，所以采用蓝色的薄膜不仅不能提高光合速率，反而降低光合速率，A错误；温度通过影响酶的活性来影响绿色植物的有机物的净积累，白天适当提高温度有利于增加光合作用，夜间适当降低温度有利于减弱呼吸作用，减少有机物消耗，提高有机物的净积累量，从而提高作物产量，B错误；土壤板结后，及时松土透气能够增加土壤的通气量，有利于植物的根系进行有氧呼吸，并能促进其吸收土壤中的矿质元素，C错误；充入一定量的氮气可抑制细胞的有氧呼吸，减少有机物的消耗，从而可以延长水果蔬菜储藏的时间，D正确。
13．(2020·全国Ⅰ，30)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。回答下列问题：
(1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有___________________________________________(答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是_____________________________
(答出1点即可)。
(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________，选择这两种作物的理由是________________________________________________。
作物
A
B
C
D
株高/cm
170
65
59
165
光饱和点/μmol·m－2·s－1
1 200
1 180
560
623
答案 (1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的细胞呼吸
(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收
(3)A和C 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
解析 (1)中耕松土包括去除杂草和疏松土壤两个方面，去除杂草降低了杂草与作物间的竞争，土壤中的水分、矿质元素离子能更充分地被作物吸收利用；疏松土壤可增加土壤中氧气的含量，有利于根系的有氧呼吸，从而满足根系主动运输吸收矿质元素离子等生理活动对ATP的需求。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被农作物的根系吸收，另外，施肥后土壤中的矿质元素离子的浓度增加，容易导致细胞液浓度小于土壤溶液浓度，作物根细胞失水，引起“烧苗”。浇水后稀释了矿质元素离子的浓度且利于矿质元素呈离子状态，有利于根系对矿质元素离子的吸收。(3)作物A的光饱和点和株高都比较高，可充分利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点比较低、株高矮，可充分利用下层的弱光进行光合作用，因此作物A和C最适合进行间作。
考点四 探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理：叶片含有气体，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2．“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。
考向 光合作用影响因素的实验探究
14．在玻璃温室中，某研究小组分别用三种单色光对某种绿色蔬菜进行光源(补光)实验，结果如图1所示，补光的光照强度为150 μmol·m－2·s－1，补光时间为上午7：00～10：00，温度适宜。请回答下列问题：
(1)补光效果最好的补光组是________________。若该补光组在9：00突然停止补光，则短时间内叶肉细胞中C3的含量将________。
(2)根据光合色素吸收光谱分析，不同单色光补光后结果不同的直接原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)科学家研究了不同光质对芹菜光合作用的影响，分别设置了白光(W)、白光＋红光(WR)、白光＋蓝光(WB)、白光＋红光＋蓝光(WRB)四种处理。然后测定了单位时间内叶片吸收的CO2量和RuBP羧化酶(一种与CO2的固定有关的酶)活性的变化，结果如图2。
①该研究中作为对照组的是________，设置对照组的目的是
________________________________________________________________________。
②如果要测定单位时间内芹菜叶片光合作用消耗的CO2总量，还需要测定
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③如果需要进一步探究光质是否影响芹菜的光反应，还需测定叶片中__________________的含量。
④实验结果表明：增加________(填“红光”或“蓝光”)可增强芹菜光合能力，原因与
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________有关。
答案 (1)680 nm补光组 增多
(2)光合色素对不同单色光的吸收量不同
(3)①白光 排除无关因素的干扰 ②单位时间内细胞呼吸释放CO2的量 ③叶绿素(或叶绿体中的色素) ④红光 RuBP羧化酶活性增强
解析 (1)从图中四条曲线对比可知，给植株补充680 nm补光时，CO2吸收速率最大，所以补光效果最好的组为680 nm补光组；若该补光组在9：00时突然停止补光，就会使光照强度减弱，光反应产生的NADPH和ATP就会减少，这样暗反应中的C3的还原过程就会减慢，而CO2的固定仍在进行，故叶肉细胞中的C3含量将增多。(2)根据光合色素吸收光谱分析，不同的色素吸收不同单色光的量是不同的，所以不同单色光补光后结果不同的直接原因是光合色素对不同单色光的吸收量不同。(3)①分析实验目的可知，该实验中自变量是不同波长的光照，因变量是净光合速率(即CO2吸收速率)和RuBP羧化酶活性，其他因素如温度、CO2浓度、植物生长状况等均为无关变量，白光作为对照组，目的是排除无关因素的干扰。②如果要测定单位时间内芹菜叶片光合作用消耗CO2的总量，还需要测定单位时间内细胞呼吸释放CO2的量。③探究光质是否影响芹菜的光反应，还需测定叶片中叶绿素的含量。④光合色素对不同的单色光的吸收量不同，根据柱形图可知，增加红光可增强芹菜光合能力，原因与RuBP羧化酶活性增强有关。
15．下图甲表示在一定条件下测得的某植物体光照强度与光合速率的关系；图乙是某同学“探究影响植物光合速率的因素”的实验装置；图丙是某兴趣小组将植物栽培在密闭玻璃温室中，用红外线测量仪测得室内的CO2浓度与时间关系的曲线。请分析回答：
(1)图甲中的a点表示____________，影响a点上下移动的外界因素主要是________，所以用大棚种植蔬菜时，可采用____________________的方法来提高细胞中有机物的积累量；d点后限制大棚蔬菜光合作用的环境因素主要是________，因此大棚种植可采取的措施是________________。
(2)图甲中的c点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有__________________________；此时，叶肉细胞光合作用产生的有机物________(“大于”“等于”或“小于”)呼吸作用消耗的有机物。
(3)图乙装置实验中每隔15 min加大一次广口瓶与灯之间的距离，随着时间与距离的增加，气泡产生速率下降，产生这一结果的原因是________________和________________，导致光合速率下降，O2释放量减小，气泡产生速率下降。
(4)由图丙可推知，24小时内密闭玻璃温室中氧气浓度最大的是__________(填时间)时，该植物24小时有机物会________(填“增加”“减少”或“不变”)。
答案 (1)呼吸速率 温度 加大昼夜温差 CO2浓度 增施农家肥 (2)叶绿体、线粒体、细胞质基质 大于
(3)光照强度减弱 CO2浓度降低 (4)18 减少
1．核心概念
(1)(必修1 P102)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)(必修1 P103)光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
(3)(必修1 P104)暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
(4)(必修1 P105)光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2．教材结论性语句
(1)(必修1 P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：叶绿素(含量约占3/4)和类胡萝卜素(含量约占1/4)，其中叶绿素包含叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)。类胡萝卜素包含胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。
(2)(必修1 P99)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
(3)(必修1 P101)叶绿体是进行光合作用的场所。在它内部巨大的膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
1．(2020·天津，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是( )
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
答案 A
解析 绿色植物光反应的场所是类囊体薄膜，产物有O2、NADPH、ATP，暗反应的场所是叶绿体基质，产物是糖类等有机物，据此推断该半人工光合作用反应体系中产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A项正确；该反应体系不断消耗的物质不仅是CO2，还有水等，B项错误；类囊体产生的NADPH、ATP参与CO2固定与还原，C项错误；该反应体系含有从菠菜中分离的类囊体，类囊体上含有光合作用色素，D项错误。
2．(2020·江苏，6)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CaO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
解析 无水乙醇常作为提取叶绿体色素的溶剂，A项正确；研磨时要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止叶绿素被破坏，B项错误；研磨时添加石英砂，有助于使研磨得充分，有助于色素的提取，C项正确；画滤液细线时要做到细、直、齐，减少样液扩散，以保证滤纸条上形成的色素带清晰、整齐，D项正确。
3．(2019·全国Ⅰ，3)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自( )
A．水、矿质元素和空气 B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤 D．光、矿质元素和空气
答案 A
解析 黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；还可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。
4．(2020·山东，21)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”或“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 分析题图可知，模块1将光能转换为电能，模块2电解水，同时转换能量供模块3还原CO2产生糖类，比较这一过程与光合作用的全过程可知，模块1和模块2相当于光合作用的光反应阶段，模块3相当于光合作用的暗反应阶段。(1)根据上面的分析可知，该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块，即吸收和转化光能的模块是模块1和模块2。光合作用的暗反应包括两步反应，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，与C5结合，形成C3。二是C3的还原：C3接受ATP和NADPH释放的能量，在酶的作用下最终转化为糖类和C5。比较该过程与模块3的反应过程可知，甲与CO2反应产生乙，这一阶段为CO2的固定，那么甲为C5，即五碳化合物，乙为C3，即三碳化合物。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，相当于光合作用过程中突然停止供应CO2，CO2的固定受阻，进而导致乙(C3)的合成量减少，短时间内C3的还原正常进行，消耗量不变，C3含量减少。光合作用的暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若气泵停转时间较长，相当于暗反应无法进行，就无法为模块2提供ADP、Pi和NADP＋，从而影响了模块2中的能量转换效率。(3)植物有机物的积累量称为净光合作用量，即有机物的制造量(真正光合作用量)减去呼吸作用消耗的有机物量。这个人工光合作用系统中只有有机物的制造，没有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情况下，有机物(糖类)的积累量将高于植物。(4)干旱条件下，植物为降低蒸腾作用对水分的过度散失，气孔的开放程度降低，进而影响CO2的吸收，会间接影响光合作用速率。
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。
课时精练
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．在科学家对光合作用的探索历程中，下列哪一项叙述不准确( )
A．恩格尔曼以水绵为实验材料，证明光合作用是发生在叶绿体的受光部位
B．希尔发现离体叶绿体在适当条件下，可以发生水的光解并产生氧气
C．鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，证明光合作用中释放的氧气来自二氧化碳
D．阿尔农发现光合作用中叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随
答案 C
解析 鲁宾和卡门采用同位素示踪的方法进行实验，证明光合作用释放的氧气来自水，C错误。
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
－
＋
＋
＋
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。故B正确。
3．(2020·广西高三一模)如图表示某叶片叶肉细胞内叶绿体与线粒体物质上的联系，a～c物质的产生及反应场所如图所示。下列叙述错误的是( )
A．产生a物质时伴随NADPH的产生
B．b为葡萄糖，可直接进入线粒体氧化分解
C．适当增加光照强度，c物质在叶绿体内的消耗速率加快
D．叶肉细胞内c物质的产生和消耗速率相等时，叶片可能需消耗外界的a物质
答案 B
解析 叶绿体产生O2伴随NADPH产生，A正确；葡萄糖须分解成丙酮酸才能进入线粒体，B错误；适当增加光照强度，光合速率加快，则CO2的消耗速率加快，C正确；叶片由叶肉细胞与表皮细胞等组成，只有叶肉细胞可进行光合作用，叶肉细胞内CO2的产生和消耗速率相等时，叶片的总光合速率小于呼吸速率，叶片消耗外界的O2，D正确。
4．(2020·青铜峡市高级中学高三月考)下列有关放射性同位素标记法相关实验的叙述，正确的是( )
A．小鼠吸入18O2，可以在其尿液中检测到HO
B．用35S标记某种氨基酸，放射性只能出现在细胞的核糖体中
C．德国科学家恩格尔曼利用同位素标记法证明了叶绿体是植物进行光合作用的场所
D．环境中的14CO2中的14C在叶绿体中的转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)→14C2H5OH
答案 A
解析 小鼠吸入18O2,18O2参与有氧呼吸第三阶段生成H218O，则在其尿液中可以检测到H218O，A正确；用35S标记某种氨基酸，若合成的是分泌蛋白，放射性出现在细胞的核糖体、内质网、高尔基体中，B错误；德国科学家恩格尔曼用水绵进行光合作用实验，证明了叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，未使用同位素标记法，C错误；环境中的14CO2中的14C在叶绿体中的大致转移途径为14CO2→14C3→(14CH2O)，在缺氧时才会出现在14C2H5OH，D错误。
5．如图表示在一定的光照强度和温度下，植物光合作用增长速率随CO2浓度变化的情况，下列有关说法错误的是( )
A．与D点相比，C点时细胞内NADPH的含量较高
B．与A点相比，B点时细胞内的C5含量较低
C．图中C点时光合作用速率达到最大值
D．图中D点以后限制光合速率的主要环境因素是光照强度或温度
答案 C
解析 与D点相比，C点时细胞内CO2含量少，CO2固定产生的C3少，需要的NADPH少，因此NADPH的含量较高，A正确；与A点相比，B点时细胞内的CO2含量多，CO2固定消耗的C5多，因此C5的含量较低，B正确；图中纵轴代表光合作用增长速率，D点之前光合速率一直在增长，因此D点光合速率最大，C错误；横坐标表示CO2浓度，D点时光合速率不再随着CO2浓度的升高而加快，说明D点时CO2不再是限制因素，此时限制光合作用速率的主要环境因素是光照强度或温度，D正确。
6．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；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。
7．如图表示蝴蝶兰在正常条件下和长期干旱条件下CO2吸收速率的日变化曲线，据图分析，下列叙述正确的是( )
A．长期干旱条件下，蝴蝶兰可通过夜间吸收CO2以适应环境
B．长期干旱条件下，叶肉细胞在10～16时不能进行光反应
C．正常条件下，12时CO2吸收速率最快，植株干重最大
D．长期干旱条件下，叶肉细胞在0～24时不能产生ATP
答案 A
解析 由图可以看出，在长期干旱条件下，蝴蝶兰除了可以进行细胞呼吸外还可在夜间吸收CO2并储存在细胞中，而白天气孔关闭，A正确；10～16时CO2的吸收速率降为0，此时的光合作用速率等于细胞呼吸的速率，B错误；正常条件下，12时CO2吸收速率最快，表明此时光合作用最强，但是植株干重在20点之前与横轴的交点处最大，C错误；长期干旱条件下，植物细胞在0～24时都可进行呼吸作用，产生ATP，D错误。
二、选择题：每小题给出的四个选项中有一个或多个符合题目要求。
8．下面列举了一些与温室大棚种植蔬菜有关的生产措施，你认为不合理的是( )
A．温室的设计应尽量提高采光效率，尽量减少不必要的热量散失
B．施足有机肥可直接为植物提供有机营养，同时可以补充大棚内的CO2
C．采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，节约成本
D．夜晚适当降低温度可提高作物产量
答案 B
解析 有机肥可以被微生物分解产生CO2和矿质元素，可直接为植物提供矿质营养，同时可以补充大棚内的CO2，植物不能吸收有机营养，B错误；夜晚适当降低温度可以减少夜间细胞呼吸消耗的有机物，可以提高作物产量，D正确。
9．如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述错误的是( )
A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B．①上产生的B物质移动到②参与CO2的固定
C．②中产生的NADP＋移动到①上参与水的光解
D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
答案 BD
解析 光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B错误；②叶绿体基质中产生的NADP＋移动到①类囊体薄膜上参与水的光解，C正确；①类囊体薄膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。
10．如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析错误的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
答案 ABC
解析 根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
三、非选择题
11．图甲表示光合作用过程的图解，图乙为大棚中栽培的某种蔬菜在水肥充足、温度适宜条件下，光合作用强度受环境因素影响的变化曲线图。请据图分析并回答下列问题：
(1)参与光合作用的色素分布在叶绿体的________上。
(2)光合作用的过程可以分为两个阶段，图甲中B表示 ________阶段，反应场所是
________________________________________________________________________。
(3)图甲中A生理过程的产物是______________________________________________。
(4)由图乙可知，影响光合作用的外界因素是__________和____________。
(5)比较图乙中Ⅰ、Ⅱ两条曲线，当光照强度大于a时，曲线Ⅱ的光合作用强度不再增大的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________，
限制了光合作用________阶段的进行。
答案 (1)类囊体薄膜 (2)暗反应 叶绿体基质 (3)O2、NADPH、ATP (4)光照强度 CO2浓度 (5)CO2浓度过低 暗反应
12．某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＋的培养液中，其他条件相同且适宜。一段时间后，持续提供14C标记的二氧化碳进行光合作用，然后检测并比较14C标记的有机化合物的量。请回答下列问题：
(1)该实验的目的是_____________________________________________________________。
(2)B组14C标记的(CH2O)的量比A组低，原因是_______________________________
________________________________________________________________________。
(3)在检测过程中，发现6 s后有十余种产物含有放射性，而0.5 s内只发现一种产物含有放射性，这种产物最可能是____________________________。
(4)实验中的“其他条件”主要是指______________________(至少答两项)。
若在实验过程中突然停止14CO2供应，则此时两组实验中14C5的含量均会________，(CH2O)/C3的比值会____________。
答案 (1)探究Mg2＋对植物光合作用的影响 (2)缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减弱，形成的(CH2O)减少 (3)三碳化合物 (4)温度、光照、pH等 增加 增大
解析 (1)根据实验的自变量为是否含有Mg2＋，说明该实验的目的是探究Mg2＋对植物光合作用的影响。(2)由于缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，导致光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减弱，形成的(CH2O)减少，所以B组14C标记的(CH2O)的量比A组低。(3)根据题干信息，提供14C标记的二氧化碳进行光合作用，二氧化碳与C5反应，生成三碳化合物，所以0.5 s内发现的唯一的含放射性的物质最可能是三碳化合物。(4)实验中的“其他条件”指的是无关变量，如温度、光照、pH等。若在实验过程中突然停止14CO2供应，则生成的C3减少，消耗的C5也减少，导致两组实验中14C5的含量均增加，(CH2O)/C3的比值也增大。
13．(2020·河南省濮阳市高三模拟)某生物兴趣小组的同学在20 ℃和相同的光照强度条件下，以菠菜叶为实验材料，用不同浓度的NaHCO3溶液控制CO2浓度，进行了“探究CO2浓度对光合作用影响”的实验，获得如下图所示的实验结果(叶圆片大小相同，实验前叶圆片细胞间隙中的气体已抽出；NaHCO3溶液浓度变化对溶液pH的影响忽略不计)。请回答下列问题：
(1)该小组同学在进行上述正式实验前，先将NaHCO3溶液浓度梯度设置为0、1%、2%、3%、4%，每组放入20片叶圆片，其他条件均与上述正式实验相同，2 min时得到的结果如下表。
NaHCO3溶液浓度
0
1%
2%
3%
4%
上浮叶圆片数量/片
0
11
4
3
0
该实验是预实验，其目的是_____________________________。
4 min后，除蒸馏水组叶圆片未见上浮外，其他组叶圆片均有上浮。NaHCO3溶液在常温下能分解产生CO2，有人认为叶圆片上浮是由CO2气泡附着引起的。为此实验小组另设计了一个对照实验，最好选择上表中浓度为 ________________的NaHCO3溶液进行对照，将20片叶圆片放到溶液中后进行遮光处理；若结果为__________________，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。
(2)由曲线图可以看出，20 ℃条件下，NaHCO3溶液浓度为________时最有利于叶圆片进行光合作用，在此浓度下若适当增加光照强度，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会________。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，上浮的叶圆片数量减少，其原因可能是____________
________________________________________________________________________。
(3)在进行正式实验时，若要使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致，则应进行的操作是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围 4% 4 min后未见叶圆片上浮
(2)1% 增加 随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降
(3)缩小NaHCO3溶液浓度梯度，重复实验
解析 (1)预实验是为正式实验摸索条件，检验实验的科学性和可行性，并确定正式实验时NaHCO3溶液浓度的大致范围。根据表格数据可知，当NaHCO3溶液为4%时，2 min时上浮叶圆片数量为0，因此选择上表中浓度为4%的NaHCO3溶液进行对照，因为遮光处理，植物不进行光合作用，不产生氧气。若4 min后未见叶圆片上浮，则说明NaHCO3溶液产生的CO2不足以引起叶圆片的上浮。(2)根据曲线可知，20 ℃条件下，当NaHCO3溶液浓度为1%时上浮叶圆片数量最多，最有利于叶圆片进行光合作用。在此浓度下若适当增加光照强度，光合作用增强，则4 min时上浮的叶圆片数量可能会增加。当NaHCO3溶液浓度大于1%时，随着NaHCO3溶液浓度升高，部分叶圆片细胞渗透失水过多，光合速率随之下降，因此上浮的叶圆片数量减少。(3)当把NaHCO3溶液浓度梯度缩小，重复实验，可以使得到的曲线更光滑，变化趋势更细致。
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