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新高考适用2024版高考生物一轮总复习必修1分子与细胞第3单元细胞的能量供应和利用第3讲第1课时捕获光能的色素和结构光合作用的原理课件
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这是一份新高考适用2024版高考生物一轮总复习必修1分子与细胞第3单元细胞的能量供应和利用第3讲第1课时捕获光能的色素和结构光合作用的原理课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，溶解度，溶解色素，研磨充分，保护色素，单层尼龙布，②分离色素，各色素扩散的起点相同，滤液细线等内容，欢迎下载使用。
第三单元 细胞的能量供应和利用
第3讲 能量之源——光与光合作用第1课时 捕获光能的色素和结构、光合作用的原理
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
有机溶剂(如无水乙醇)
(2)实验步骤①提取色素a．研磨
b.过滤：用_______________过滤。c．收集滤液：试管口加棉塞，防止乙醇挥发和色素氧化。
2.叶绿体中色素的吸收光谱(1)分布：___________________________。(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。①叶绿体中的色素只吸收_________，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对__________________的吸收量大，类胡萝卜素对_________的吸收量大。
易错整合，判断正误。(1)在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a。( )(2)叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜和叶绿体内膜。( )(3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。( )(4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。( )(5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。( )(6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。( )
1．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
2．海洋中绿藻、褐藻、红藻在海水中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层，从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其中的原因。提示：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的深层。
考向 结合实验原理及过程，考查科学探究能力(2020·江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是( )A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B．研磨时加入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
解析：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止研磨时叶色素被破坏，B错误；研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨，利于破碎细胞使色素释放，C正确；画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。故选B。
┃┃归纳提示►影响叶绿素合成因素的分析
〔变式训练〕1．(2023·潍坊高三模拟)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是( )A．根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离B．分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D．叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢
解析：根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，橙黄色的色素带(胡萝卜素)距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越快，D错误。
2．(2023·北京房山区期末)如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( )
A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发B．若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁)C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大D．四种色素中，丙和丁主要吸收红光
解析：提取色素时加入碳酸钙是为了防止色素被破坏，A错误；由题图可知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素，失绿变黄的叶片中叶绿素含量较低，所以色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁)，B正确；四种色素都能溶解在层析液中，丁扩散距离最远，丁色素的溶解度最大，C错误；丙(叶黄素)和丁(胡萝卜素)主要吸收蓝紫光，D错误。
考点二 光合作用的基本过程
1．探索光合作用原理的部分实验(连一连)
答案：①—B—c ②—C—e ③—A—a ④—E—b ⑤—D—d
提醒：同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。
2．光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过_______，利用光能，将_____________转化成储存着能量的有机物，并且释放出______的过程。
3．光合作用的过程图解
提醒：(1)暗反应有光、无光都能进行，若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长。(2)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
4．反应式(1)若有机物为(CH2O)：________________________________。(2)若有机物为C6H12O6：_______________________________________。
助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四”
5．光合作用和化能合成作用的比较提醒：绿色植物和化能合成菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。
易错整合，判断正误。(1)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生。( )(2)H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。( )(3)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP。( )(4)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原。( )
(5)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应过程。( )(6)当叶绿体内ATP不足时，线粒体产生的ATP可供应叶绿体用于光合作用。( )(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖，这种反应形式称为硝化作用。( )
1．如图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。
2．尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。提示：
3．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：(1)可作为暗反应阶段的还原剂；(2)储存部分能量供暗反应阶段利用。
4．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)。5．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。
1．光合作用过程中元素的去向分析
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)模型法表示C3和C5等物质含量变化
考向 光合作用的探究历程和光合作用的过程 (2023·襄城区模拟)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是( )
A.推论①：C3是CO2被还原的第一个产物B．推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖C．推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物D．推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物
解析：根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知，C3是CO2被固定的第一个产物，A符合题意；结合(1)(2)可知，C3进一步反应生成C5和葡萄糖，B不符合题意；根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知，C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物，C不符合题意；根据光照停止时，C3明显增加，C5明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，且C3转化为C5需要依赖光反应的产物，D不符合题意。
〔变式训练〕3．(2022·张家口三模)如图是某叶肉细胞进行光合作用的示意图，其中PSⅡ和PSⅠ由蛋白质和光合色素组成，Rubisc是催化C5固定CO2的酶。下列叙述错误的是( )
A．图示生物膜为叶绿体的类囊体薄膜B．反应①产生的O2扩散进入线粒体要经过4层生物膜C．合成ATP所需的能量直接来自膜两侧H＋的浓度差D．PSⅡ和PSI能够捕获光能并转化光能
解析：图示生物膜是光反应进行的场所，故为类囊体薄膜，A正确；分析图示可知，反应①产生的O2释放到了类囊体腔中，所以扩散进入线粒体至少要依次经过类囊体膜、叶绿体内外膜、线粒体内外膜，共5层生物膜，B错误；由图示可知，在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运出类囊体并将分子势能转化为化学能，储存在ATP中，C正确；PSⅡ和PSI中含有光合色素，可吸收光能，由图示可知，PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H＋和电子(e－)，产生的电子传递给PSI用于将NADP＋和H＋结合形成NADPH，因此其还能将光能转化为电能，D正确。
考向 围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维能力 (2023·福州模拟)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列说法正确的是( )A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增加，且因为C3含量减少，导致ATP和NADPH消耗减少，所以叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，因此叶绿体基质中ATP/ADP的值增加，D错误。
┃┃归纳提示►判断C3、C5等物质含量变化的分析思路叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析：
〔变式训练〕4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图所示。回答问题：
(1)图中物质A是______(填“C3”或“C5”)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________________________________________________。
暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍
C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的___(填“低”或“高”)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的___(填“高”或“低”)，其原因是____________。
解析：(1)CO2浓度降低时，C3的产生减少而消耗不变，故C3的含量降低，与物质A的变化趋势一致；而C5的产生不变却消耗减少，故C5的含量增加，与物质B的变化趋势一致。(2)在正常情况下，1 ml CO2与1 ml C5结合形成2 ml C3，即C3的分子数是C5的2倍。CO2浓度迅速下降后，C5的产生不变却消耗减少，故C5的浓度升高。(3)在达到相对稳定时，C3的含量是C5含量的2倍。(4)CO2浓度较低时，暗反应强度低，需要的[H]和ATP的量少，故在较低的光照强度时就能达到此CO2浓度时的最大光合速率。
1．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
解析：弱光条件下植物没有氧气的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的氧气被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有氧气的释放，A错误；二氧化碳性质不活泼，在暗反应阶段，一个二氧化碳分子被一个C5分子固定以后，很快形成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量并且被NADPH还原，因此二氧化碳不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期减掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和二氧化碳，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。
2. (2021·山东卷改编)关于细胞中的 H2O和O2，下列说法错误的是( )A．由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生B．有氧呼吸第二阶段一定消耗H2OC．植物细胞产生的O2只能来自光合作用D．光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O
解析：由葡萄糖合成糖原的过程属于脱水缩合，有水的产生，A正确；有氧呼吸第二阶段是H2O与丙酮酸反应形成CO2与NADH并释放能量的过程，消耗水，B正确；光合作用通过H2O的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催化H2O2水解为H2O和O2，C错误；光合作用的光反应中H2O的光解会产生O2，其他过程均没有产生O2，所以O2中的氧元素只能来自于水，D正确。
3. (2020·天津卷)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CO2C．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
解析：乙醇酸是光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。
4．(2020·浙江7月选考)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A－B段对应的关系相似
解析：测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏， 导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少， C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似，D错误。
5．(2022·河北卷)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如下图。回答下列问题：
(1)从叶片中分离叶绿体可采用____________法。(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是_________________________________________(写出两点即可)。(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少_______________。
叶绿体内部结构解体；光合色素减少
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于_________中的基因编码，通过特定的机制完成跨膜运输，其余蛋白质由存在于_________中的基因编码。
解析：(1)叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分离叶绿体。(2)光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与，据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少水分的散失，利于植物的生存。(4)叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经特定机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中(叶绿体)的基因编码。
6．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是__________________(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是__________________________________ (答出1点即可)。(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是________________________________________________________________________。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
解析：(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisc；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisc。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
7．(2020·山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为_____________________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将______(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是____________________________________________________。
五碳化合物(或：C5)
模块3为模块2提供的ADP、Pi和
(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。
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)
叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析：(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。(2)据图分析可知，乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi
和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)糖类的积累量＝产生量－消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致二氧化碳的吸收量减少，因此光合作用速率降低。
8．(2019·江苏卷)叶绿体中催化CO2固定的酶R由叶绿体DNA编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成，其合成过程及部分相关代谢途径如图所示。请回答下列问题：
(1)合成酶R时，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息______到RNA上，RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成；在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的RNA中，种类最多的是____________。
(2)进行光合作用时，组装完成的酶R需ATP参与激活，光能转化为ATP中的化学能是在_________(填场所)上完成的。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3－Ⅰ)，C3－Ⅰ 还原为三碳糖(C3－Ⅱ)，这一步骤需要_______________作为还原剂。在叶绿体中C3－Ⅱ除了进一步合成淀粉外，还必须合成化合物X以维持卡尔文循环，X为______。
(3)作为光合作用的重要成分，X在叶绿体中的浓度受多种因素调控，下列环境条件和物质代谢过程，与X浓度相关的有____________(填序号)。 ①外界环境的CO2浓度②叶绿体接受的光照强度③受磷酸根离子浓度调节的C3－Ⅱ输出速度④酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强度
(4)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体____________。
解析：(1)据图分析可知，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息转录到RNA上，再通过核糖体上的翻译形成小亚基。叶绿体编码大亚基的DNA，经过转录和翻译，形成大亚基，在此过程中需要一种mRNA和rRNA，多种tRNA，故需要RNA种类最多的是tRNA。(2)ATP是在光合作用光反应阶段合成的，场所是在叶绿体的类囊体薄膜。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3－Ⅰ)，C3－Ⅰ被还原为三碳糖(C3－Ⅱ)，这一步骤需要NADPH作为还原剂。从图中分析，C3化合物还原的产物除了C3－Ⅱ还有C5，X为C5。(3)外界环境的CO2浓度，直接影响CO2的
第三单元 细胞的能量供应和利用
第3讲 能量之源——光与光合作用第1课时 捕获光能的色素和结构、光合作用的原理
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
有机溶剂(如无水乙醇)
(2)实验步骤①提取色素a．研磨
b.过滤：用_______________过滤。c．收集滤液：试管口加棉塞，防止乙醇挥发和色素氧化。
2.叶绿体中色素的吸收光谱(1)分布：___________________________。(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。①叶绿体中的色素只吸收_________，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对__________________的吸收量大，类胡萝卜素对_________的吸收量大。
易错整合，判断正误。(1)在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a。( )(2)叶绿体中的色素分布在类囊体薄膜和叶绿体内膜。( )(3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。( )(4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。( )(5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。( )(6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。( )
1．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。
2．海洋中绿藻、褐藻、红藻在海水中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层，从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其中的原因。提示：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的深层。
考向 结合实验原理及过程，考查科学探究能力(2020·江苏卷)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是( )A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B．研磨时加入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
解析：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而可以用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；研磨时需要加入碳酸钙(CaCO3)，可防止研磨时叶色素被破坏，B错误；研磨时加入少许石英砂(SiO2)有助于充分研磨，利于破碎细胞使色素释放，C正确；画滤液细线时应尽量减少滤液扩散，要求细、直、齐，才有利于色素均匀地分离，D正确。故选B。
┃┃归纳提示►影响叶绿素合成因素的分析
〔变式训练〕1．(2023·潍坊高三模拟)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是( )A．根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离B．分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远C．利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D．叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢
解析：根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，橙黄色的色素带(胡萝卜素)距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越快，D错误。
2．(2023·北京房山区期末)如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是( )
A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发B．若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁)C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大D．四种色素中，丙和丁主要吸收红光
解析：提取色素时加入碳酸钙是为了防止色素被破坏，A错误；由题图可知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素，失绿变黄的叶片中叶绿素含量较低，所以色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁)，B正确；四种色素都能溶解在层析液中，丁扩散距离最远，丁色素的溶解度最大，C错误；丙(叶黄素)和丁(胡萝卜素)主要吸收蓝紫光，D错误。
考点二 光合作用的基本过程
1．探索光合作用原理的部分实验(连一连)
答案：①—B—c ②—C—e ③—A—a ④—E—b ⑤—D—d
提醒：同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。
2．光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过_______，利用光能，将_____________转化成储存着能量的有机物，并且释放出______的过程。
3．光合作用的过程图解
提醒：(1)暗反应有光、无光都能进行，若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长。(2)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
4．反应式(1)若有机物为(CH2O)：________________________________。(2)若有机物为C6H12O6：_______________________________________。
助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四”
5．光合作用和化能合成作用的比较提醒：绿色植物和化能合成菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。
易错整合，判断正误。(1)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生。( )(2)H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。( )(3)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP。( )(4)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原。( )
(5)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应过程。( )(6)当叶绿体内ATP不足时，线粒体产生的ATP可供应叶绿体用于光合作用。( )(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖，这种反应形式称为硝化作用。( )
1．如图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。
2．尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。提示：
3．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：(1)可作为暗反应阶段的还原剂；(2)储存部分能量供暗反应阶段利用。
4．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)。5．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。
1．光合作用过程中元素的去向分析
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)模型法表示C3和C5等物质含量变化
考向 光合作用的探究历程和光合作用的过程 (2023·襄城区模拟)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是( )
A.推论①：C3是CO2被还原的第一个产物B．推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖C．推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物D．推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物
解析：根据光照时间缩短至几分之一秒的结果可知，C3是CO2被固定的第一个产物，A符合题意；结合(1)(2)可知，C3进一步反应生成C5和葡萄糖，B不符合题意；根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知，C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物，C不符合题意；根据光照停止时，C3明显增加，C5明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，且C3转化为C5需要依赖光反应的产物，D不符合题意。
〔变式训练〕3．(2022·张家口三模)如图是某叶肉细胞进行光合作用的示意图，其中PSⅡ和PSⅠ由蛋白质和光合色素组成，Rubisc是催化C5固定CO2的酶。下列叙述错误的是( )
A．图示生物膜为叶绿体的类囊体薄膜B．反应①产生的O2扩散进入线粒体要经过4层生物膜C．合成ATP所需的能量直接来自膜两侧H＋的浓度差D．PSⅡ和PSI能够捕获光能并转化光能
解析：图示生物膜是光反应进行的场所，故为类囊体薄膜，A正确；分析图示可知，反应①产生的O2释放到了类囊体腔中，所以扩散进入线粒体至少要依次经过类囊体膜、叶绿体内外膜、线粒体内外膜，共5层生物膜，B错误；由图示可知，在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运出类囊体并将分子势能转化为化学能，储存在ATP中，C正确；PSⅡ和PSI中含有光合色素，可吸收光能，由图示可知，PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H＋和电子(e－)，产生的电子传递给PSI用于将NADP＋和H＋结合形成NADPH，因此其还能将光能转化为电能，D正确。
考向 围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维能力 (2023·福州模拟)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列说法正确的是( )A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增加，且因为C3含量减少，导致ATP和NADPH消耗减少，所以叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，因此叶绿体基质中ATP/ADP的值增加，D错误。
┃┃归纳提示►判断C3、C5等物质含量变化的分析思路叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析：
〔变式训练〕4．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图所示。回答问题：
(1)图中物质A是______(填“C3”或“C5”)。(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_____________________________________________________________________________________________________________________；将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________________________________________________。
暗反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和C5的含量稳定。根据暗反应的特点，此时C3的分子数是C5的2倍
C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，暗反应中C3和C5浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的___(填“低”或“高”)。(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的___(填“高”或“低”)，其原因是____________。
解析：(1)CO2浓度降低时，C3的产生减少而消耗不变，故C3的含量降低，与物质A的变化趋势一致；而C5的产生不变却消耗减少，故C5的含量增加，与物质B的变化趋势一致。(2)在正常情况下，1 ml CO2与1 ml C5结合形成2 ml C3，即C3的分子数是C5的2倍。CO2浓度迅速下降后，C5的产生不变却消耗减少，故C5的浓度升高。(3)在达到相对稳定时，C3的含量是C5含量的2倍。(4)CO2浓度较低时，暗反应强度低，需要的[H]和ATP的量少，故在较低的光照强度时就能达到此CO2浓度时的最大光合速率。
1．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是( )A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
解析：弱光条件下植物没有氧气的释放，有可能是光合作用强度小于或等于呼吸作用强度，光合作用产生的氧气被呼吸作用消耗完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有氧气的释放，A错误；二氧化碳性质不活泼，在暗反应阶段，一个二氧化碳分子被一个C5分子固定以后，很快形成两个C3分子，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量并且被NADPH还原，因此二氧化碳不能直接被还原，B正确；在禾谷类作物开花期减掉部分花穗，光合作用产物输出受阻，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植可以充分利用光照，增施有机肥可以为植物提供矿质元素和二氧化碳，这些措施均能提高农作物的光合作用强度，D正确。
2. (2021·山东卷改编)关于细胞中的 H2O和O2，下列说法错误的是( )A．由葡萄糖合成糖原的过程中一定有H2O产生B．有氧呼吸第二阶段一定消耗H2OC．植物细胞产生的O2只能来自光合作用D．光合作用产生的O2中的氧元素只能来自H2O
解析：由葡萄糖合成糖原的过程属于脱水缩合，有水的产生，A正确；有氧呼吸第二阶段是H2O与丙酮酸反应形成CO2与NADH并释放能量的过程，消耗水，B正确；光合作用通过H2O的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催化H2O2水解为H2O和O2，C错误；光合作用的光反应中H2O的光解会产生O2，其他过程均没有产生O2，所以O2中的氧元素只能来自于水，D正确。
3. (2020·天津卷)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CO2C．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
解析：乙醇酸是光合作用暗反应产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到周围环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。
4．(2020·浙江7月选考)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是( )
A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A－B段对应的关系相似
解析：测得植物叶片的光合速率是叶片的总光合速率减去叶片的呼吸速率，而分离得到的叶绿体的光合速率，就是总光合速率，A正确；破碎叶绿体，其叶绿素释放出来，被破坏， 导致消耗二氧化碳减少，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏小，B错误；若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，影响碳反应速率，蔗糖合成一直较少， C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片光合作用产生的蔗糖不能运到花瓣，在叶片积累，光合速率下降，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B－C段对应的关系相似，D错误。
5．(2022·河北卷)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如下图。回答下列问题：
(1)从叶片中分离叶绿体可采用____________法。(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是_________________________________________(写出两点即可)。(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少_______________。
叶绿体内部结构解体；光合色素减少
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于_________中的基因编码，通过特定的机制完成跨膜运输，其余蛋白质由存在于_________中的基因编码。
解析：(1)叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分离叶绿体。(2)光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与，据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少水分的散失，利于植物的生存。(4)叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经特定机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中(叶绿体)的基因编码。
6．(2022·全国甲卷)根据光合作用中CO2的固定方式不同，可将植物分为C3植物和C4植物等类型。C4植物的CO2补偿点比C3植物的低。CO2补偿点通常是指环境CO2浓度降低导致光合速率与呼吸速率相等时的环境CO2浓度。回答下列问题。(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是__________________(答出3点即可)。
(2)正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位，原因是__________________________________ (答出1点即可)。(3)干旱会导致气孔开度减小，研究发现在同等程度干旱条件下，C4植物比C3植物生长得好。从两种植物CO2补偿点的角度分析，可能的原因是________________________________________________________________________。
自身呼吸消耗或建造植物体结构
C4植物的CO2补偿点低于C3植物，C4植物能够利用较低浓度的CO2
解析：(1)光合作用光反应阶段的场所是叶绿体的类囊体薄膜上，光反应发生的物质变化包括水的光解以及ATP的形成，因此光合作用光反应阶段生成的产物有O2、[H]和ATP。(2)叶片光合作用产物一部分用来建造植物体结构和自身呼吸消耗，其余部分被输送到植物体的储藏器官储存起来。故正常条件下，植物叶片的光合产物不会全部运输到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途径有C4和C3途径，其主要的CO2固定酶是PEPC，Rubisc；而C3植物只有C3途径，其主要的CO2固定酶是Rubisc。干旱会导致气孔开度减小，叶片气孔关闭，CO2吸收减少；由于C4植物的CO2补偿点低于C3植物，则C4植物能够利用较低浓度的CO2，因此光合作用受影响较小的植物是C4植物，C4植物比C3植物生长得好。
7．(2020·山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为_____________________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将______(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是____________________________________________________。
五碳化合物(或：C5)
模块3为模块2提供的ADP、Pi和
(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。
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)
叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
解析：(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物(或C5)。(2)据图分析可知，乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi
和NADP＋不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)糖类的积累量＝产生量－消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致二氧化碳的吸收量减少，因此光合作用速率降低。
8．(2019·江苏卷)叶绿体中催化CO2固定的酶R由叶绿体DNA编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成，其合成过程及部分相关代谢途径如图所示。请回答下列问题：
(1)合成酶R时，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息______到RNA上，RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成；在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的RNA中，种类最多的是____________。
(2)进行光合作用时，组装完成的酶R需ATP参与激活，光能转化为ATP中的化学能是在_________(填场所)上完成的。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3－Ⅰ)，C3－Ⅰ 还原为三碳糖(C3－Ⅱ)，这一步骤需要_______________作为还原剂。在叶绿体中C3－Ⅱ除了进一步合成淀粉外，还必须合成化合物X以维持卡尔文循环，X为______。
(3)作为光合作用的重要成分，X在叶绿体中的浓度受多种因素调控，下列环境条件和物质代谢过程，与X浓度相关的有____________(填序号)。 ①外界环境的CO2浓度②叶绿体接受的光照强度③受磷酸根离子浓度调节的C3－Ⅱ输出速度④酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强度
(4)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体____________。
解析：(1)据图分析可知，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息转录到RNA上，再通过核糖体上的翻译形成小亚基。叶绿体编码大亚基的DNA，经过转录和翻译，形成大亚基，在此过程中需要一种mRNA和rRNA，多种tRNA，故需要RNA种类最多的是tRNA。(2)ATP是在光合作用光反应阶段合成的，场所是在叶绿体的类囊体薄膜。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3－Ⅰ)，C3－Ⅰ被还原为三碳糖(C3－Ⅱ)，这一步骤需要NADPH作为还原剂。从图中分析，C3化合物还原的产物除了C3－Ⅱ还有C5，X为C5。(3)外界环境的CO2浓度，直接影响CO2的
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