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(新高考)2023年高考生物一轮复习讲义第3单元第6课时光合作用的原理(含解析)
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这是一份(新高考)2023年高考生物一轮复习讲义第3单元第6课时光合作用的原理(含解析)，共22页。试卷主要包含了探索光合作用原理的部分实验等内容，欢迎下载使用。
1．探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用过程
(1)光合作用过程图解
①源于必修1 P103“思考·讨论”：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
提示 如图所示
②源于必修1 P103“相关信息”：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是什么？
提示 可作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。
③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)。
(2)反应式
①产物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2。
②产物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
③元素的转移途径
a．H：3H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(―――→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。
b．C：14CO2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。
c．O：Heq \\al(18,2)Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))18O2；C18O2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))C3eq \(―――→,\s\up7(C3的还原))(CH218O)。
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
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“来源－去路”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。
考向一 光合作用过程的综合考查
1．下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是( )
A．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统
B．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中
C．在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP
D．PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH
答案 B
解析 分析图示可知，光反应过程将吸收的一部分光能转换为活跃的化学能储存在ATP中，还有一部分储存在NADPH中，B错误。
2．下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是( )
A．Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少
B．暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C．叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的
D．农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
答案 D
解析 据图示信息，磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体，因此Pi输入叶绿体减少，说明磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程受阻，即输出减少，A正确；光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程，由图示可知，该过程能合成磷酸丙糖，B正确；由图示可知，叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式运出细胞，C正确；根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
3．(2022·天津河东高三模拟)正常生长的小球藻，照光培养一段时间后，改为在绿光下继续培养，此后小球藻细胞的叶绿体内会发生的变化是( )
A．H2O在光下分解速率不变
B．卡尔文循环增强
C．ADP/ATP比值上升
D．C3/C5比值下降
答案 C
解析 改为在绿光下继续培养，导致光反应减弱，H2O在光下分解速率下降，A错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，导致卡尔文循环减弱，ADP/ATP比值上升，B错误、C正确；C3还原成C5的量减少，但C5的消耗量暂时不变，所以C5含量减少，C3/C5比值上升，D错误。
4．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。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________。
(2)比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加，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____________________
_______________________________________________________________________。
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 (2)ATP和NADPH CO2的同化量
解析 (2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，其将水分解，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
归纳总结 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。
重温高考 真题演练
1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A．Rubisc存在于细胞质基质中
B．激活Rubisc需要黑暗条件
C．Rubisc催化CO2固定需要ATP
D．Rubisc催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisc参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisc的激活对光无要求，B错误；Rubisc催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisc催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2．(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于____________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：______________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体膜 NADPH 减慢 (2)①Fecy 实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②类囊体上的色素吸收、转化光能 ③ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
解析 (1)光反应发生在叶绿体的类囊体的薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
(2)②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。
3．(2021·全国乙，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________________________________________，又能保证____________正常进行。
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 (1)细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体的薄膜 细胞呼吸
(2)蒸腾作用过强导致水分散失过多 光合作用
(3)实验思路：取生长状态相同的植物甲若干株随机均分为A、B两组；A组在(湿度适宜的)正常环境中培养，B组在干旱环境中培养，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检测两组植株夜晚同一时间液泡中的pH，并求平均值。预期结果：A组pH平均值高于B组。
解析 (1)白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP和NADPH中，有氧呼吸三阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体的薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和氧气，反之，细胞呼吸产生的二氧化碳也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。(2)由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡适应这一环境，气孔白天关闭能防止白天因温度较高、蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收二氧化碳储存固定以保证光合作用等生命活动的正常进行。(3)该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收二氧化碳，生成苹果酸储存在液泡中，导致液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。实验思路及预期结果见答案。
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．(2021·辽宁，22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μml·ml－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisc)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisc所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisc的催化下，CO2被固定形成______________，进而被还原生成糖类，此过程发生在________________中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCOeq \\al(－,3)两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCOeq \\al(－,3)浓度最高的场所是________(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有________________________________________________________________________。
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCOeq \\al(－,3)转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisc附近的CO2浓度。
①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力____________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisc。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是___________________________。
图中由Pyr转变为PEP的过程属于_________________________________________(填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用________________技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有____________。
A．改造植物的HCOeq \\al(－,3)转运蛋白基因，增强HCOeq \\al(－,3)的运输能力
B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C．改造植物的Rubisc基因，增强CO2固定能力
D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)三碳化合物 叶绿体基质 (2)叶绿体 呼吸作用和光合作用 (3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素示踪 (4)AC
解析 (2)由题图1可知，HCOeq \\al(－,3)运输需要消耗ATP，说明HCOeq \\al(－,3)是通过主动运输进入叶绿体的，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HCOeq \\al(－,3)浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。(3)①PEPC参与催化HCOeq \\al(－,3)＋PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisc。②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。(4)改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合题意；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，不一定提高植物光合作用的效率，D不符合题意。
一、易错辨析
1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( × )
2．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( × )
3．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( × )
4．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( × )
二、填空默写
1．请根据光合作用的基本过程，填充下图：
2．请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：6CO2＋12H2Oeq \(―――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
课时精练
一、选择题
1．(2022·北京丰台区高三质检)下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是( )
A．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水
B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．鲁宾和卡门的实验中，改变水中H218O的所占比例，植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
答案 A
解析 希尔的实验说明水的光解产生氧气，但没探究CO2的相关实验，故不能说明植物光合作用产生的氧气全部来自水，A错误。
2．厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用，是最古老的光合细菌之一。如图表示绿硫细菌的光复合系统参与的代谢过程简图。下列叙述错误的是( )
A．绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质
B．绿硫细菌能为生态系统中其他生物提供氧气和有机物
C．培养绿硫细菌时不需要通入氧气也无需提供有机碳源
D．图示过程实现了光能到有机物中的化学能的转化
答案 B
解析 厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用，由图可知，绿硫细菌光反应不产生氧气，因此不能为其他生物提供氧气，B错误。
3．叶绿体内绝大多数蛋白质由核基因编码，少数由叶绿体基因编码，其合成、加工与转运过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．甲、乙蛋白通过类似胞吞过程从细胞质进入叶绿体
B．甲蛋白可能和暗反应有关，乙蛋白可能和光反应有关
C．类囊体蛋白质由细胞质和叶绿体中的核糖体合成
D．运至叶绿体不同部位的甲、乙蛋白都需经过加工
答案 A
解析 甲、乙蛋白进入叶绿体没有形成囊泡，不属于胞吞作用，A错误；甲蛋白在叶绿体基质中，可能和暗反应有关，乙蛋白在类囊体中，可能和光反应有关，B正确；运至叶绿体不同部位的甲、乙蛋白都是核基因编码的，都需经过加工，D正确。
4．(2022·夏津高三模拟)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是( )
A．黑暗的目的是为了与光照作对照
B．pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体基质的环境
C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
答案 D
解析 实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；实验结果看出，pH平衡前，加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi后不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的原动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
5．(2022·北京东城高三期末)下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制
答案 A
解析 过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。
6．如图是保卫细胞控制气孔张开和关闭的原理示意图，细胞膨胀状态时，气孔张开。下列说法错误的是( )
A．水分通过被动运输的方式进出保卫细胞
B．保卫细胞的近气孔、背气孔的壁厚度不均匀，这与其控制气孔开关的功能相适应
C．保卫细胞发生渗透失水，会引起气孔开度变化，短时间内物质ATP和NADPH的含量均下降
D．组成气孔的保卫细胞吸收水分后，有利于处于关闭状态的气孔张开
答案 C
解析 保卫细胞发生渗透失水，细胞萎缩引起气孔开度变小，二氧化碳供应不足，暗反应减弱，导致短时间内物质ATP和NADPH的含量均上升。
7．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是( )
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
答案 A
解析 在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误；具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确；晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2,14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→(14CH2O)，C正确；由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D正确。
8．小麦体内只有一条固定CO2的途径——卡尔文循环，也称为C3途径；甘蔗除了具有C3途径外，还有另外一条途径，即C4途径。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列叙述错误的是( )
A．干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C．甘蔗、小麦光反应的场所发生在叶肉细胞中
D．甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体不完全相同
答案 A
解析 小麦体内只有一条固定CO2的途径，即卡尔文循环；甘蔗除了具有C3途径外，还有C4途径，能有效利用较低浓度的CO2，因此在干旱环境中，小麦叶片气孔关闭，吸收CO2较少，小麦光合作用速率比甘蔗小，A错误；由图可知：甘蔗有机物的生成是在维管束鞘细胞中经过卡尔文循环合成的，而叶肉细胞只进行C4途径，不形成有机物，故甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物，B正确；甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒；小麦光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成，故甘蔗、小麦光反应的场所都发生在叶肉细胞中，C正确；由图可知，甘蔗暗反应过程中CO2可以与PEP结合生成C4，也可与C5结合生成C3，故暗反应过程中CO2的受体是PEP和C5，小麦暗反应过程中CO2的受体是C5，故两个过程中CO2的受体不完全相同，D正确。
9．光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应。如图为某高等植物细胞光合作用过程示意图，a、b、c、d、e、f分别表示光合作用不同阶段中的物质。下列相关叙述正确的是( )
A．图中的膜结构为叶绿体的内膜，膜上分布有吸收光能的四种色素
B．物质b逆浓度梯度跨膜运输，并供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量
C．d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c为该过程的进行提供的物质是氢
D．若将图中的光照撤离，则短时间内d、e的含量将增加，f的含量将降低
答案 C
解析 由图示信息可知，图中为光合作用过程，所以膜结构为叶绿体的类囊体薄膜，膜上分布有吸收光能的四种色素，A错误；物质b为H＋，其顺浓度梯度跨膜运输，供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量，B错误；d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c(NADPH)为该过程的进行提供的物质是氢，C正确；若将图中的光照撤离，则短时间内光反应停止，使d→f过程减慢，而e→d过程继续进行，所以d的含量将增加，e、f的含量将减少，D错误。
10．西北农林科技大学对某甜瓜品种进行“低温锻炼对冷胁迫下幼苗超氧化物歧化酶(SOD，该酶能减缓植株的衰老)活性与叶绿素含量的影响”实验。设置了如下三组实验：T1(昼夜15～10 ℃)，T2(昼夜10～5 ℃)和CK(昼夜25～15 ℃)。低温锻炼十天后，将三组幼苗同时进行低温胁迫处理，测定各项生化指标，结果如下。下列相关分析错误的是( )
A．低温锻炼能防止甜瓜幼苗在冷胁迫下叶绿素的分解，提高幼苗的抗寒能力
B．在冷胁迫下，经低温锻炼的处理组SOD活性逐渐下降，但仍高于未经低温锻炼的CK组
C．幼苗经过低温锻炼后使清除自由基的机制起作用，增强其对冷胁迫环境下的适应能力
D．未锻炼的CK组冷胁迫后SOD活性降低不是其空间结构发生改变导致的
答案 A
解析 在低温胁迫下，T1和T2组甜瓜幼苗细胞中叶绿素含量均低于CK组，说明低温锻炼不能防止甜瓜幼苗在冷胁迫下叶绿素的分解，A错误；低温会使酶的活性降低，但空间结构不改变，故未锻炼的CK组冷胁迫后SOD活性降低，不是其空间结构发生改变导致的，D正确。
11．下图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意图，下列相关叙述不正确的是( )
A．光合作用过程中CO2在叶绿体基质中被利用
B．农业上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于农作物增产
C．在高O2含量的环境中，植物不能进行光合作用
D．将植物突然置于黑暗环境中，叶绿体中C5与C3间的转化受影响
答案 C
解析 光合作用过程中CO2参与暗反应，场所是叶绿体基质，A正确；分析题图可知，O2和CO2的浓度会影响光合作用和细胞呼吸，故农业上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于农作物增产，B正确；在高O2含量的环境中，产生的C3也可用于卡尔文循环，进而生成糖，C错误；C5与C3之间的转化是通过卡尔文循环实现的，将植物突然置于黑暗环境中，光反应不能进行，不能为暗反应提供NADPH和ATP，因而二者的转化受影响，D正确。
二、非选择题
12．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验。结果如下图：
(1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有NADP＋、__________________，这是为了产生两种高能物质。只要供给了这两种高能物质，即使在黑暗中，叶绿体也可将CO2转变为糖。
(2)该实验直接测量出来的是________光合作用速率，阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的________，出现阴影部分的原因是_____________。
(3)据图推测，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，这是因为光合作用时的光反应和暗反应会有物质和能量上的联系，闪光照射时_______________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)无机磷(或Pi、磷酸)、ADP (2)真正(或总) 积累量 光反应速率大于暗反应速率
(3)大于 暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP
解析 (1)两种高能物质分别是NADPH、ATP，合成的原料分别是NADP＋与ADP和游离的Pi。(2)由于该实验中只存在离体的叶绿体，所以测出O2的释放速率全为光合作用的效果，不存在呼吸作用，故测量出来的是真正(或总)光合速率；由于氧气的释放速率代表光反应，能产生ATP与NADPH，暗反应固定二氧化碳，消耗ATP与NADPH，所以阴影部分应该表示光反应产生量与暗反应消耗量的差值，故可表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量；出现阴影部分的原因是光反应速率大于暗反应速率。(3)光合作用的过程分为光反应和暗反应两个过程，两者在不同的酶的催化作用下独立进行，一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉，原因是暗反应中酶的催化效率和数量都是有限的。光照和黑暗间隔处理实际上是延长了光合作用的暗反应时间，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要大于连续光照下的光合效率，闪光照射时暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP。
13．(2022·胶州市实验中学质检)下图1是某植物叶肉细胞在白天与夜晚糖类代谢途径的简图，图2枝条上的叶片生长状况相同，其形态学上、下端均保持完整，枝条尖端生长需要消耗韧皮部运输来的大量有机物。回答下列问题∶
(1)磷酸丙糖(TP)是卡尔文循环最初合成的糖类，CO2合成TP的反应主要包括________________________________________________________________________
(填反应的名称)，合成TP的具体场所是_____________________________________。
据图1分析，写出TP在叶肉细胞内合成淀粉的两种途径：______________________，
________________________________________________________________________。
(2)白天在叶绿体中常见颗粒状的大淀粉粒，而夜间则会消失，原因是____________
________________________________________________________________________。
(3)有研究发现该植物光合产物的积累会抑制光合作用，环割枝条的韧皮部可阻断叶片中有机物的运输。欲对这一结论进行验证，以上图2的甲、乙叶片为实验材料(甲为对照组、乙为实验组)，应选择________(填“A”“B”或“C”)进行韧皮部环割处理，实验测量的指标包括_______________________________________________________________(答出两种即可)。
答案 (1)CO2的固定和C3的还原 叶绿体基质 在叶绿体内转化为ADPG合成淀粉 运出叶绿体合成蔗糖后再转化为ADPG，ADPG再转入叶绿体合成淀粉 (2)白天叶绿体进行光合作用合成与积累淀粉；夜间叶绿体不能进行光合作用合成淀粉，且淀粉会分解运出叶绿体 (3)B 叶片的光合速率、蔗糖和淀粉的含量
解析 (3)要想验证植物光合产物的积累会抑制光合作用，可以环割枝条的韧皮部来阻断叶片中有机物的运输。若甲、乙叶片为实验材料，其中甲为对照组、乙为实验组。由于枝条尖端生长需要消耗韧皮部运输来的大量有机物，故选择B进行韧皮部环割处理，这样甲合成的有机物可以运输，而乙叶片的有机物不可运输，作为实验组，最后测量叶片的光合速率、蔗糖和淀粉的含量，来验证植物光合产物的积累是否会抑制光合作用。
14．绿色植物中RuBP羧化酶(Rubisc)具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应(如图1所示)。过氧化物酶体为单层膜细胞器，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2(乙醇酸)氧化为乙醛酸和过氧化氢。回答下列问题：
(1)据图1中的信息，绿色植物在Rubisc催化下________与C5反应，形成的________中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。参与此过程的细胞器有____________________________。研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是_________________________________________________________________________。
(2)水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途径如图2所示。
与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化CO2和C3反应形成C4(苹果酸)。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3(丙酮酸)，其中的CO2参与______________，C3(丙酮酸)回到叶肉细胞中，进行循环利用。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物低很多的原因：________________________________________________________________________，从而使CO2在与O2竞争Rubisc中有优势，抑制光呼吸。
(3)科学家利用水稻自身的三个基因，即GLO(乙醇酸氧化酶基因)、OXO(草酸氧化酶基因)和CAT(过氧化氢酶基因)，成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，由此使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，从而形成一种类似C4植物的光合CO2浓缩机制，大大提高了水稻的产量(如图3)。
请根据上述材料，阐明GOC工程水稻株系的产量提高的机制：_____________________。
答案 (1)O2 C2(乙醇酸) 叶绿体、线粒体、过氧化物酶体 高浓度CO2可减少Rubisc与O2结合，减少光呼吸 (2)卡尔文循环 更强 C4植物叶肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用极低浓度的CO2且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高 (3)C3植物叶绿体中引入光呼吸代谢支路，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被分解为CO2，将原本释放于线粒体中的CO2转移到叶绿体中释放，类似于C4植物的CO2浓缩机制，提高叶绿体中CO2浓度，在与O2竞争Rubisc酶中有优势，抑制光呼吸，由此可提高植物的光合效率等时间/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
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体类囊体的薄膜
叶绿体基质
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
(1)H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))O2＋H＋
(2)NADP＋＋H＋―→NADPH
(3)ADP＋Pieq \(――――→,\s\up7(光能),\s\d5(色素、酶))ATP
(1)CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
(2)2C3eq \(――――――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5
能量变化
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。
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
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
叶绿体类型
相对值
实验项目
叶绿体A：双层膜结构完整
叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤
叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂
叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
1．探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用过程
(1)光合作用过程图解
①源于必修1 P103“思考·讨论”：尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。
提示 如图所示
②源于必修1 P103“相关信息”：水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是什么？
提示 可作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。
③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)。
(2)反应式
①产物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))(CH2O)＋O2。
②产物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
③元素的转移途径
a．H：3H2Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))NADPHeq \(―――→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)。
b．C：14CO2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq \(――――→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)。
c．O：Heq \\al(18,2)Oeq \(―――→,\s\up7(光反应))18O2；C18O2eq \(――――→,\s\up7(CO2的固定))C3eq \(―――→,\s\up7(C3的还原))(CH218O)。
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
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“来源－去路”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。
考向一 光合作用过程的综合考查
1．下图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统。下列叙述错误的是( )
A．自然界中能发生光合作用的生物，不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统
B．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中
C．在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP
D．PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2和H＋，产生电子传递给PSⅠ将NADP＋和H＋结合形成NADPH
答案 B
解析 分析图示可知，光反应过程将吸收的一部分光能转换为活跃的化学能储存在ATP中，还有一部分储存在NADPH中，B错误。
2．下图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径，研究表明，磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足时，TPT活性降低。下列有关叙述错误的是( )
A．Pi输入叶绿体减少时，磷酸丙糖从叶绿体输出减少
B．暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C．叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的
D．农业生产上可通过增加CO2浓度来提高作物中蔗糖的含量
答案 D
解析 据图示信息，磷酸丙糖通过TPT从叶绿体输出的同时伴随着Pi进入叶绿体，因此Pi输入叶绿体减少，说明磷酸丙糖从叶绿体中的输出过程受阻，即输出减少，A正确；光反应产生的ATP能用于暗反应中C3的还原过程，由图示可知，该过程能合成磷酸丙糖，B正确；由图示可知，叶肉细胞的光合产物磷酸丙糖会在细胞质基质中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式运出细胞，C正确；根据题意可知，CO2充足时，TPT活性降低，则磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程会受到影响，作物中淀粉含量会上升，而蔗糖含量下降，D错误。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
3．(2022·天津河东高三模拟)正常生长的小球藻，照光培养一段时间后，改为在绿光下继续培养，此后小球藻细胞的叶绿体内会发生的变化是( )
A．H2O在光下分解速率不变
B．卡尔文循环增强
C．ADP/ATP比值上升
D．C3/C5比值下降
答案 C
解析 改为在绿光下继续培养，导致光反应减弱，H2O在光下分解速率下降，A错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，导致卡尔文循环减弱，ADP/ATP比值上升，B错误、C正确；C3还原成C5的量减少，但C5的消耗量暂时不变，所以C5含量减少，C3/C5比值上升，D错误。
4．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。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________。
(2)比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加，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____________________
_______________________________________________________________________。
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 (2)ATP和NADPH CO2的同化量
解析 (2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，其将水分解，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
归纳总结 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。
重温高考 真题演练
1．(2021·广东，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A．Rubisc存在于细胞质基质中
B．激活Rubisc需要黑暗条件
C．Rubisc催化CO2固定需要ATP
D．Rubisc催化C5和CO2结合
答案 D
解析 Rubisc参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所在叶绿体基质，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisc的激活对光无要求，B错误；Rubisc催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisc催化二氧化碳的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2．(2021·湖南，18)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以__________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于____________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：______________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)类囊体膜 NADPH 减慢 (2)①Fecy 实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用 ②类囊体上的色素吸收、转化光能 ③ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
解析 (1)光反应发生在叶绿体的类囊体的薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
(2)②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。
3．(2021·全国乙，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________，光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和____________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________________________________________，又能保证____________正常进行。
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 (1)细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体的薄膜 细胞呼吸
(2)蒸腾作用过强导致水分散失过多 光合作用
(3)实验思路：取生长状态相同的植物甲若干株随机均分为A、B两组；A组在(湿度适宜的)正常环境中培养，B组在干旱环境中培养，其他条件相同且适宜，一段时间后，分别检测两组植株夜晚同一时间液泡中的pH，并求平均值。预期结果：A组pH平均值高于B组。
解析 (1)白天有光照，叶肉细胞能利用液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2进行光合作用，也能利用光合作用产生的氧气和有机物进行有氧呼吸，光合作用光反应阶段能将光能转化为化学能储存在ATP和NADPH中，有氧呼吸三阶段都能产生能量合成ATP，因此叶肉细胞能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体(线粒体基质和线粒体内膜)、叶绿体类囊体的薄膜。光合作用为有氧呼吸提供有机物和氧气，反之，细胞呼吸产生的二氧化碳也能用于光合作用暗反应，故光合作用所需的CO2可来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。(2)由于环境干旱，植物吸收的水分较少，为了维持机体的平衡适应这一环境，气孔白天关闭能防止白天因温度较高、蒸腾作用较强导致植物体水分散失过多，晚上气孔打开吸收二氧化碳储存固定以保证光合作用等生命活动的正常进行。(3)该实验自变量是植物甲所处的生存环境是否干旱，由于夜间气孔打开吸收二氧化碳，生成苹果酸储存在液泡中，导致液泡pH降低，故可通过检测液泡的pH验证植物甲存在该特殊方式，即因变量检测指标是液泡中的pH。实验思路及预期结果见答案。
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．(2021·辽宁，22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μml·ml－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisc)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisc所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisc的催化下，CO2被固定形成______________，进而被还原生成糖类，此过程发生在________________中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCOeq \\al(－,3)两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCOeq \\al(－,3)浓度最高的场所是________(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有________________________________________________________________________。
(3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCOeq \\al(－,3)转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisc附近的CO2浓度。
①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力____________(填“高于”“低于”或“等于”)Rubisc。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是___________________________。
图中由Pyr转变为PEP的过程属于_________________________________________(填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用________________技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有____________。
A．改造植物的HCOeq \\al(－,3)转运蛋白基因，增强HCOeq \\al(－,3)的运输能力
B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C．改造植物的Rubisc基因，增强CO2固定能力
D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)三碳化合物 叶绿体基质 (2)叶绿体 呼吸作用和光合作用 (3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素示踪 (4)AC
解析 (2)由题图1可知，HCOeq \\al(－,3)运输需要消耗ATP，说明HCOeq \\al(－,3)是通过主动运输进入叶绿体的，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HCOeq \\al(－,3)浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。(3)①PEPC参与催化HCOeq \\al(－,3)＋PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisc。②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。(4)改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合题意；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，不一定提高植物光合作用的效率，D不符合题意。
一、易错辨析
1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( × )
2．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( × )
3．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( × )
4．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( × )
二、填空默写
1．请根据光合作用的基本过程，填充下图：
2．请写出光合作用的反应式(产物为C6H12O6)：6CO2＋12H2Oeq \(―――→,\s\up7(光能),\s\d5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。
课时精练
一、选择题
1．(2022·北京丰台区高三质检)下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是( )
A．希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水
B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．鲁宾和卡门的实验中，改变水中H218O的所占比例，植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
答案 A
解析 希尔的实验说明水的光解产生氧气，但没探究CO2的相关实验，故不能说明植物光合作用产生的氧气全部来自水，A错误。
2．厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用，是最古老的光合细菌之一。如图表示绿硫细菌的光复合系统参与的代谢过程简图。下列叙述错误的是( )
A．绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质
B．绿硫细菌能为生态系统中其他生物提供氧气和有机物
C．培养绿硫细菌时不需要通入氧气也无需提供有机碳源
D．图示过程实现了光能到有机物中的化学能的转化
答案 B
解析 厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用，由图可知，绿硫细菌光反应不产生氧气，因此不能为其他生物提供氧气，B错误。
3．叶绿体内绝大多数蛋白质由核基因编码，少数由叶绿体基因编码，其合成、加工与转运过程如图所示。下列说法错误的是( )
A．甲、乙蛋白通过类似胞吞过程从细胞质进入叶绿体
B．甲蛋白可能和暗反应有关，乙蛋白可能和光反应有关
C．类囊体蛋白质由细胞质和叶绿体中的核糖体合成
D．运至叶绿体不同部位的甲、乙蛋白都需经过加工
答案 A
解析 甲、乙蛋白进入叶绿体没有形成囊泡，不属于胞吞作用，A错误；甲蛋白在叶绿体基质中，可能和暗反应有关，乙蛋白在类囊体中，可能和光反应有关，B正确；运至叶绿体不同部位的甲、乙蛋白都是核基因编码的，都需经过加工，D正确。
4．(2022·夏津高三模拟)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是( )
A．黑暗的目的是为了与光照作对照
B．pH＝4的缓冲液模拟的是叶绿体基质的环境
C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
答案 D
解析 实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；实验结果看出，pH平衡前，加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi后不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的原动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
5．(2022·北京东城高三期末)下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是( )
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质
C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．④受阻时，②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制
答案 A
解析 过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，三碳化合物的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行葡萄糖和果糖合成蔗糖的过程，C正确；图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。
6．如图是保卫细胞控制气孔张开和关闭的原理示意图，细胞膨胀状态时，气孔张开。下列说法错误的是( )
A．水分通过被动运输的方式进出保卫细胞
B．保卫细胞的近气孔、背气孔的壁厚度不均匀，这与其控制气孔开关的功能相适应
C．保卫细胞发生渗透失水，会引起气孔开度变化，短时间内物质ATP和NADPH的含量均下降
D．组成气孔的保卫细胞吸收水分后，有利于处于关闭状态的气孔张开
答案 C
解析 保卫细胞发生渗透失水，细胞萎缩引起气孔开度变小，二氧化碳供应不足，暗反应减弱，导致短时间内物质ATP和NADPH的含量均上升。
7．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)利用。下列关于这类植物的叙述错误的是( )
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
答案 A
解析 在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误；具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收二氧化碳，因此可以适应干旱的环境条件，B正确；晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2,14CO2首先与五碳化合物结合生成三碳化合物，随后三碳化合物被还原生成有机物，即14CO2→14C3→(14CH2O)，C正确；由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D正确。
8．小麦体内只有一条固定CO2的途径——卡尔文循环，也称为C3途径；甘蔗除了具有C3途径外，还有另外一条途径，即C4途径。比较甘蔗和小麦的叶片结构发现，小麦的维管束鞘细胞不含叶绿体，光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成。而甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒。甘蔗细胞暗反应中CO2固定过程如下图所示，能有效利用较低浓度的CO2。下列叙述错误的是( )
A．干旱环境小麦光合作用速率比甘蔗大
B．甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物
C．甘蔗、小麦光反应的场所发生在叶肉细胞中
D．甘蔗、小麦暗反应过程中CO2的受体不完全相同
答案 A
解析 小麦体内只有一条固定CO2的途径，即卡尔文循环；甘蔗除了具有C3途径外，还有C4途径，能有效利用较低浓度的CO2，因此在干旱环境中，小麦叶片气孔关闭，吸收CO2较少，小麦光合作用速率比甘蔗小，A错误；由图可知：甘蔗有机物的生成是在维管束鞘细胞中经过卡尔文循环合成的，而叶肉细胞只进行C4途径，不形成有机物，故甘蔗叶肉细胞不能通过卡尔文循环产生有机物，B正确；甘蔗的叶肉细胞的叶绿体中基粒发达，维管束鞘细胞的叶绿体中无基粒；小麦光合作用的全过程在叶肉细胞叶绿体中完成，故甘蔗、小麦光反应的场所都发生在叶肉细胞中，C正确；由图可知，甘蔗暗反应过程中CO2可以与PEP结合生成C4，也可与C5结合生成C3，故暗反应过程中CO2的受体是PEP和C5，小麦暗反应过程中CO2的受体是C5，故两个过程中CO2的受体不完全相同，D正确。
9．光合作用的过程十分复杂，它包括一系列化学反应，这些化学反应可以概括地分为光反应和暗反应。如图为某高等植物细胞光合作用过程示意图，a、b、c、d、e、f分别表示光合作用不同阶段中的物质。下列相关叙述正确的是( )
A．图中的膜结构为叶绿体的内膜，膜上分布有吸收光能的四种色素
B．物质b逆浓度梯度跨膜运输，并供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量
C．d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c为该过程的进行提供的物质是氢
D．若将图中的光照撤离，则短时间内d、e的含量将增加，f的含量将降低
答案 C
解析 由图示信息可知，图中为光合作用过程，所以膜结构为叶绿体的类囊体薄膜，膜上分布有吸收光能的四种色素，A错误；物质b为H＋，其顺浓度梯度跨膜运输，供给ADP和Pi反应合成ATP所需的能量，B错误；d→f为暗反应中C3的还原过程，物质c(NADPH)为该过程的进行提供的物质是氢，C正确；若将图中的光照撤离，则短时间内光反应停止，使d→f过程减慢，而e→d过程继续进行，所以d的含量将增加，e、f的含量将减少，D错误。
10．西北农林科技大学对某甜瓜品种进行“低温锻炼对冷胁迫下幼苗超氧化物歧化酶(SOD，该酶能减缓植株的衰老)活性与叶绿素含量的影响”实验。设置了如下三组实验：T1(昼夜15～10 ℃)，T2(昼夜10～5 ℃)和CK(昼夜25～15 ℃)。低温锻炼十天后，将三组幼苗同时进行低温胁迫处理，测定各项生化指标，结果如下。下列相关分析错误的是( )
A．低温锻炼能防止甜瓜幼苗在冷胁迫下叶绿素的分解，提高幼苗的抗寒能力
B．在冷胁迫下，经低温锻炼的处理组SOD活性逐渐下降，但仍高于未经低温锻炼的CK组
C．幼苗经过低温锻炼后使清除自由基的机制起作用，增强其对冷胁迫环境下的适应能力
D．未锻炼的CK组冷胁迫后SOD活性降低不是其空间结构发生改变导致的
答案 A
解析 在低温胁迫下，T1和T2组甜瓜幼苗细胞中叶绿素含量均低于CK组，说明低温锻炼不能防止甜瓜幼苗在冷胁迫下叶绿素的分解，A错误；低温会使酶的活性降低，但空间结构不改变，故未锻炼的CK组冷胁迫后SOD活性降低，不是其空间结构发生改变导致的，D正确。
11．下图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意图，下列相关叙述不正确的是( )
A．光合作用过程中CO2在叶绿体基质中被利用
B．农业上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于农作物增产
C．在高O2含量的环境中，植物不能进行光合作用
D．将植物突然置于黑暗环境中，叶绿体中C5与C3间的转化受影响
答案 C
解析 光合作用过程中CO2参与暗反应，场所是叶绿体基质，A正确；分析题图可知，O2和CO2的浓度会影响光合作用和细胞呼吸，故农业上，控制好大棚中O2和CO2含量有利于农作物增产，B正确；在高O2含量的环境中，产生的C3也可用于卡尔文循环，进而生成糖，C错误；C5与C3之间的转化是通过卡尔文循环实现的，将植物突然置于黑暗环境中，光反应不能进行，不能为暗反应提供NADPH和ATP，因而二者的转化受影响，D正确。
二、非选择题
12．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行闪光实验。结果如下图：
(1)叶绿体悬浮液中加入的必要物质有NADP＋、__________________，这是为了产生两种高能物质。只要供给了这两种高能物质，即使在黑暗中，叶绿体也可将CO2转变为糖。
(2)该实验直接测量出来的是________光合作用速率，阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的________，出现阴影部分的原因是_____________。
(3)据图推测，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要________(填“大于”“等于”或“小于”)连续光照下的光合效率，这是因为光合作用时的光反应和暗反应会有物质和能量上的联系，闪光照射时_______________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)无机磷(或Pi、磷酸)、ADP (2)真正(或总) 积累量 光反应速率大于暗反应速率
(3)大于 暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP
解析 (1)两种高能物质分别是NADPH、ATP，合成的原料分别是NADP＋与ADP和游离的Pi。(2)由于该实验中只存在离体的叶绿体，所以测出O2的释放速率全为光合作用的效果，不存在呼吸作用，故测量出来的是真正(或总)光合速率；由于氧气的释放速率代表光反应，能产生ATP与NADPH，暗反应固定二氧化碳，消耗ATP与NADPH，所以阴影部分应该表示光反应产生量与暗反应消耗量的差值，故可表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量；出现阴影部分的原因是光反应速率大于暗反应速率。(3)光合作用的过程分为光反应和暗反应两个过程，两者在不同的酶的催化作用下独立进行，一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和NADPH不能被暗反应及时消耗掉，原因是暗反应中酶的催化效率和数量都是有限的。光照和黑暗间隔处理实际上是延长了光合作用的暗反应时间，光能量、光照总时间和实验时间相同的情况下，闪光照射的光合效率要大于连续光照下的光合效率，闪光照射时暗反应更能充分利用光反应提供的NADPH和ATP。
13．(2022·胶州市实验中学质检)下图1是某植物叶肉细胞在白天与夜晚糖类代谢途径的简图，图2枝条上的叶片生长状况相同，其形态学上、下端均保持完整，枝条尖端生长需要消耗韧皮部运输来的大量有机物。回答下列问题∶
(1)磷酸丙糖(TP)是卡尔文循环最初合成的糖类，CO2合成TP的反应主要包括________________________________________________________________________
(填反应的名称)，合成TP的具体场所是_____________________________________。
据图1分析，写出TP在叶肉细胞内合成淀粉的两种途径：______________________，
________________________________________________________________________。
(2)白天在叶绿体中常见颗粒状的大淀粉粒，而夜间则会消失，原因是____________
________________________________________________________________________。
(3)有研究发现该植物光合产物的积累会抑制光合作用，环割枝条的韧皮部可阻断叶片中有机物的运输。欲对这一结论进行验证，以上图2的甲、乙叶片为实验材料(甲为对照组、乙为实验组)，应选择________(填“A”“B”或“C”)进行韧皮部环割处理，实验测量的指标包括_______________________________________________________________(答出两种即可)。
答案 (1)CO2的固定和C3的还原 叶绿体基质 在叶绿体内转化为ADPG合成淀粉 运出叶绿体合成蔗糖后再转化为ADPG，ADPG再转入叶绿体合成淀粉 (2)白天叶绿体进行光合作用合成与积累淀粉；夜间叶绿体不能进行光合作用合成淀粉，且淀粉会分解运出叶绿体 (3)B 叶片的光合速率、蔗糖和淀粉的含量
解析 (3)要想验证植物光合产物的积累会抑制光合作用，可以环割枝条的韧皮部来阻断叶片中有机物的运输。若甲、乙叶片为实验材料，其中甲为对照组、乙为实验组。由于枝条尖端生长需要消耗韧皮部运输来的大量有机物，故选择B进行韧皮部环割处理，这样甲合成的有机物可以运输，而乙叶片的有机物不可运输，作为实验组，最后测量叶片的光合速率、蔗糖和淀粉的含量，来验证植物光合产物的积累是否会抑制光合作用。
14．绿色植物中RuBP羧化酶(Rubisc)具有双重活性，当O2/CO2偏高时，光呼吸的过程会加强。光呼吸是在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水的一个生化过程，是一个高耗能的反应(如图1所示)。过氧化物酶体为单层膜细胞器，有特定的功能，负责将光合作用的副产物C2(乙醇酸)氧化为乙醛酸和过氧化氢。回答下列问题：
(1)据图1中的信息，绿色植物在Rubisc催化下________与C5反应，形成的________中的C原子最终进入线粒体放出CO2，完成光呼吸的过程。参与此过程的细胞器有____________________________。研究发现，光合产物1/3以上要消耗在光呼吸底物上。据上述信息推测，细胞中CO2浓度倍增可以使光合产物的积累增加，原因是_________________________________________________________________________。
(2)水稻、小麦等C3植物的光呼吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途径如图2所示。
与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化CO2和C3反应形成C4(苹果酸)。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2和C3(丙酮酸)，其中的CO2参与______________，C3(丙酮酸)回到叶肉细胞中，进行循环利用。根据图中信息推测，PEP羧化酶比Rubisc酶对CO2的亲和力________。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。根据此结构特点，进一步推测C4植物光呼吸比C3植物低很多的原因：________________________________________________________________________，从而使CO2在与O2竞争Rubisc中有优势，抑制光呼吸。
(3)科学家利用水稻自身的三个基因，即GLO(乙醇酸氧化酶基因)、OXO(草酸氧化酶基因)和CAT(过氧化氢酶基因)，成功构建了一条新的光呼吸支路，简称GOC支路。通过多转基因技术成功将GOC支路导入水稻并定位至叶绿体中，由此使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被催化为草酸并最终完全分解为CO2，从而形成一种类似C4植物的光合CO2浓缩机制，大大提高了水稻的产量(如图3)。
请根据上述材料，阐明GOC工程水稻株系的产量提高的机制：_____________________。
答案 (1)O2 C2(乙醇酸) 叶绿体、线粒体、过氧化物酶体 高浓度CO2可减少Rubisc与O2结合，减少光呼吸 (2)卡尔文循环 更强 C4植物叶肉细胞中高效的PEP羧化酶能够利用极低浓度的CO2且花环状的结构使得多个叶肉细胞中的CO2富集到一个维管束鞘细胞中，使得维管束鞘细胞CO2浓度高 (3)C3植物叶绿体中引入光呼吸代谢支路，使光呼吸产生的部分乙醇酸直接在叶绿体内被分解为CO2，将原本释放于线粒体中的CO2转移到叶绿体中释放，类似于C4植物的CO2浓缩机制，提高叶绿体中CO2浓度，在与O2竞争Rubisc酶中有优势，抑制光呼吸，由此可提高植物的光合效率等时间/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
项目
光反应
暗反应
场所
叶绿体类囊体的薄膜
叶绿体基质
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
(1)H2Oeq \(――→,\s\up7(光能),\s\d5(酶))O2＋H＋
(2)NADP＋＋H＋―→NADPH
(3)ADP＋Pieq \(――――→,\s\up7(光能),\s\d5(色素、酶))ATP
(1)CO2＋C5eq \(――→,\s\up7(酶))2C3
(2)2C3eq \(――――――→,\s\up7(ATP、NADPH),\s\d5(酶))(CH2O)＋C5
能量变化
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。
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
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
叶绿体类型
相对值
实验项目
叶绿体A：双层膜结构完整
叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤
叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂
叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
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