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高中生物高考2023年高考生物一轮复习（新人教新高考） 第3单元 第6课时 光合作用的原理课件PPT
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这是一份高中生物高考2023年高考生物一轮复习（新人教新高考） 第3单元 第6课时 光合作用的原理课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了可以释放出氧气，ATP，类囊体的薄膜，叶绿体基质，O2＋H＋，提示如图所示，－磷酸甘，NADPH，C3H2O，14CH2O等内容，欢迎下载使用。
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
1.探索光合作用原理的部分实验
梳理归纳 夯实必备知识
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。
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——_______________，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)： 。②产物为C6H12O6： 。③元素的转移途径
①源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，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
①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。④图4中曲线甲表示 ，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
考向突破 强化关键能力
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ATPD.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
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ATPC.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
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
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_____________。
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%
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ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
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___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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。
类囊体上的色素吸收、转化光能
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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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。
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
(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。
蒸腾作用过强导致水分散失过多
(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 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。
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_________________________________________。
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
(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_____________________________________________________________。
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)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。
程度降低，CO2的吸收量减少
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 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 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 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 转运蛋白基因， 增强 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
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)：_______________________ 。
C6H12O6＋6O2＋6H2O
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
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
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
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
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NADPHB.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
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
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
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固定过程如右图所示，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
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
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
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
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_________________________。
光反应速率大于暗反应速率
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_____________________________________________。
(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
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：_______________________________，_______________________________________________________________。
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____________________________________________________________________________________________________。
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)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，以下图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)。
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______________________________________________。
高浓度CO2可减少Rubisc与O2结合，减少光呼吸
(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。
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)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)。
说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
1.探索光合作用原理的部分实验
梳理归纳 夯实必备知识
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。
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——_______________，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)： 。②产物为C6H12O6： 。③元素的转移途径
①源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是_____，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入 ，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
①图1中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。②图2中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。③图3中曲线甲表示 ，曲线乙表示 。④图4中曲线甲表示 ，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
考向突破 强化关键能力
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ATPD.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
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ATPC.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
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
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_____________。
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%
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ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
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___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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。
类囊体上的色素吸收、转化光能
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：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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。
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
(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。
蒸腾作用过强导致水分散失过多
(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 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。
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_________________________________________。
模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足
(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_____________________________________________________________。
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)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。
程度降低，CO2的吸收量减少
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 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 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 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 转运蛋白基因， 增强 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
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)：_______________________ 。
C6H12O6＋6O2＋6H2O
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
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
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
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
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NADPHB.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
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
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
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固定过程如右图所示，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
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
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
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
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_________________________。
光反应速率大于暗反应速率
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_____________________________________________。
(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
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：_______________________________，_______________________________________________________________。
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____________________________________________________________________________________________________。
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)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，以下图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)。
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______________________________________________。
高浓度CO2可减少Rubisc与O2结合，减少光呼吸
(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。
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)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)。
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