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新高考生物一轮复习精品讲义第9讲 光合作用（含解析）
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这是一份新高考生物一轮复习精品讲义第9讲 光合作用（含解析），共36页。试卷主要包含了 光合作用色素的提取、分离，光合色素及光合作用过程，影响光合作用的环境因素，光合作用与呼吸作用的关系等内容，欢迎下载使用。
[高中生物一轮复习教学讲义 必修1]
第9讲 光合作用
考点一 (实验) 光合作用色素的提取、分离
1．色素的提取和分离
(1)实验原理
①色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，因此，可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。
②色素的分离：纸层析法。根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，从而在扩散过程中将色素分离开来。
(2)实验步骤
提取色素
称取5g绿色叶片，剪碎，放入研钵中→加入少许SiO2、CaCO3和10 mL无水乙醇→研磨→过滤→收集到试管内并塞严试管口
制备滤纸条
干燥定性滤纸→将定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，并在一端剪去两角→在距离剪角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液→沿铅笔线画出一条细线→待滤液干后，再画一两次
分离色素
将适量的层析液倒入试管中→将滤纸条轻轻插入层析液中→用棉塞塞紧试管口(如图所示）
观察结果
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
(3)结果分析
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。
③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。
实验拓展：(1)实验注意事项及操作目的归纳
实验过程
注意事项
操作目的
提
取
色
①
选取新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
素
②
研磨时加入10 mL 无水乙醇
溶解叶片中的色素
③
研磨时加入少许SiO2和CaCO3
使研磨充分和保护叶绿素
④
迅速、充分研磨
防止有机溶剂挥发，并充分溶解色素
⑤
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止有机溶剂挥发
制备
滤纸条
①
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸条上的扩散速度快
②
滤纸条的一端剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
画滤液
细线
①
滤液细线要直、细、齐
使分离的色素带平整、不重叠
②
滤液细线干燥后重复画2~3次
使分离的色素带清晰，便于观察
分离色素
①
滤液细线不能触及层析液
防止色素直接溶解到试管内的层析液中
②
覆盖试管口
防止层析液挥发
(2)绿叶中的色素提取和分离实验的异常现象分析
①收集到的滤液绿色过浅的原因分析：未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分；使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少；一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)；未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
②滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线未画成一条细线。
③滤纸条上得不到色素带的原因分析：
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(3)做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，实验时应该将滤液滴在a处。
(4)秋天树叶变黄的原因：秋天气温降低，叶绿素分子易被破坏，使叶子变黄，由于缺少叶绿素a和叶绿素b，所以叶子呈现类胡萝卜素的黄色。
考点二 光合色素及光合作用过程
1．叶绿体的结构和捕获光能的色素
(1)叶绿体
①结构示意图：
②功能：进行光合作用的场所。
(2)色素的种类和功能
分布
叶绿体类囊体薄膜上
功能
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)
化学特性（提取）
不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
色素种类及特点
类胡萝卜素(1/4)
胡萝卜素
橙黄色
主要吸收蓝 紫光
叶黄素
黄色
叶绿素(3/4)
叶绿素a
蓝绿色
主要吸收红光和蓝紫光
叶绿素b
黄绿色
吸收光
谱图示
图示说明
①阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光
②折射光透过色素滤液时部分光被吸收
③色素对红光和蓝紫光吸收较多，使两光区呈现暗带
2．光合作用的探究历程
实验说明：
(1)恩格尔曼实验设计的巧妙之处
①实验材料的选择妙：实验材料选择水绵，水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体以螺旋状分布在细胞中，便于观察。
②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。
③观测指标的设计妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位
④实验对照的设计妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验；进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。
(2)鲁宾、卡门实验
①同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即用放射性同位素的原子标记某些物质，再用放射性探测仪器进行追踪，研究该物质的运动、变迁和分布。
②同位素标记法的特点：a.灵敏度高；b.方法简便；c.定位、定量准确；d.符合生理条件。
生物学中同位素标记实验总结
分泌蛋白的合成与运输：氢的同位素—3H标记亮氨酸或H2O
光合作用碳循环（卡尔文循环）：碳的同位素—14C标记糖类或CO2
DNA是噬菌体的遗传物质：磷的同位素—32P标记DNA；硫的同位素—35S标记蛋白质
基因探针（DNA分子杂交、RNA分子杂交）：将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作为标记，以此作为探针，使探针与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明重组成功。
单克隆抗体：利用同位素标记的单克隆抗体，在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。如果把抗癌的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成生物导弹，注入体内借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。
光合作用产生的氧气来源于水：氧的同位素—18O标记H2O
验证DNA的半保留复制：氮的同位素—15N标记核苷酸。
3．光合作用完整过程图解
光合作用过程中原子的去路分析
4．光反应、暗反应的比较
过程
光反应
暗反应
根据区别
必须在光下
有光、无光都可以
条件
光照、叶绿素、酶
多种酶
实质
将光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解
2H2O4[H]＋O2↑
②ATP的合成
ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2固定
CO2＋C52C3
②C3的还原
2C3(CH2O)＋C5
能量转化
光能―→活跃的化学能ATP
ATP中活跃的化学能―→(CH2O)等有机物中稳定的化学能
关系
①光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi
②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成
5．叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
项目
条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)合成量
光照不变停止CO2供应
减少
增加
增加
减少或没有
光照不变CO2供应增加
增加
减少
减少
增加
光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻
增加
减少
增加
减少
停止光照CO2供应不变
增加
下降
减少或没有
减少或没有
突然光照CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
模型法分析光合作用过程中物质的量的变化
注意说明：(1)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
(2)光反应产生的[H]为NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，细胞呼吸产生的[H]为NADH(还原型辅酶Ⅰ)。
考点三 影响光合作用的环境因素
光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造有机物的量。用一定时间内原料消耗或产物生成的量表示。光合作用与化能合成作用的比较：
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
1．单因子对光合作用速率影响的分析
(1)光照强度：通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B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(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(2)二氧化碳浓度：CO2是植物进行光合作用的原料，CO2通过影响暗反应阶段C3的合成进而影响光合作用强度。
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。温室内可通过放干冰、使用CO2生成器、施用农家肥与猪舍鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
(3)温度：：温度通过影响酶的活性影响光合作用速率。
①曲线分析：
光合速率和呼吸速率都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(4)必需矿质元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物因渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(5)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
2．多因子对光合作用速率影响的分析
(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，随着该因子的不断加强，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，增强光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，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。
注意说明：①温度改变对光合作用强度的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量要比参与光反应的多。
②CO2浓度对光合作用强度的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用强度。
③结构与功能相适应的生物学观点：阴生植物不能在强光下生长的根本原因是遗传物质决定了阴生植物的结构中酶的含量、色素的含量等比阳生植物少。
3．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
(1)图1中各点含义及形成原因分析：
a点：凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
fg段：没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
4．密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线
(2)图2中各点含义及形成原因分析：
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<呼吸作用强度。
D点：随光照增强，光合作用强度＝呼吸作用强度。
DH段：光照继续增强，光合作用强度>呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度<呼吸作用强度，直至光合作用完全停止。
补充实验探究：环境因素对光合作用强度的影响
①实验原理：在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。若叶片中的气体逸出，细胞间隙充满了水，浮力减小，叶片就会沉到水底；若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中，浮力增大，叶片会从水底浮起。光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。
②实验装置：
③实验流程：
1．取生长旺盛的绿叶，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片(注意避开大叶脉)。
2．将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排除注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓慢拉动活塞，使小圆形叶片内的气体溢出。这一步可重复几次。
3．将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用，这样的小圆形叶片因为细胞间隙充满水，所以全部沉到水底。
4．取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水（可事先通过玻璃管向清水中吹气）。
5．分别向3只小烧杯中再各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照处理
6．观察并记录同一时间段内各实验装置中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。
④实验结果(见下表)
烧杯
项目
小圆形叶片数量
加入富含CO2的清水
光照强度
叶片浮起数量
甲
10片
20mL
强
多
乙
10片
20mL
中
中
丙
10片
20mL
弱
少
⑤实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(光合作用越强，叶片中产生的O2越多，浮起的小圆形叶片越多)。
注意说明：
①选择叶片的厚薄、颜色、鲜嫩程度要尽可能一致。
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。
④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。
⑤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度。
⑥为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
考点四 光合作用与呼吸作用的关系
1．光合作用和有氧呼吸的区别
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物有机物
有机物无机物
能量变化
光能―→稳定的化学能(储能)
稳定的化学能―→ATP中活跃的化学能、热能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物、释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
2．光合作用与有氧呼吸的联系
(1)物质方面
C：CO2C6H12O6 C3H4O3 CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃化学能(CH2O)中稳定的化学能
(3)气体交换模式图分析
技巧点拨：光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源与去路
项目
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为还原剂用于暗反应阶段中C3的还原
有氧呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量
ATP
光合作用
光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳能
用于暗反应阶段C3的还原
有氧呼吸
第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生的能量最多。能量来自有机物的氧化分解
作为能量“通货”，用于各项生命活动
3．真正光合作用速率、净光合作用速率与呼吸速率的关系
(1)净光合作用速率与真正光合作用速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(2)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目
含义
表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2
CO2
有机物
真正光合速率
植物在光下实际合成有机物的速率
O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2量
CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量
有机物产生(制造、生成)速率
净光合速率
植物有机物的积累速率
植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率
植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
(3)计算公式
实际光合速率＝表观(净)光合速率＋呼吸速率。
注意说明：植物“三率”的判定
①根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
②根据关键词判定：
检测指标
呼吸速率
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量
4．光合作用与呼吸作用的测定
绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，在光下测定植物的光合作用时，实际测得的数值应为光合作用与呼吸作用的差值，即真正或实际或总光合速率＝测得(净)光合速率＋呼吸速率。
(1)气体体积变化法——测光合作用O2产生(或CO2消耗)的体积
(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理
①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
5．以有机物变化量为测量指标——半叶法
如图，可在同一片叶主脉两侧对称位置取等大的两部分A、B。若给B照光，A取下并放置在与B温度、湿度等条件相同，但无光的环境中保存，一段时间后，与取下的B同时烘干、称重，质量差值与时间的比值表示真正的光合速率。假设最初A、B初始质量为X g，实验处理t时间后A、B称重分别为WA、WB，则(X－WA)表示呼吸消耗量，(WB－X)表示净光合量，真正光合量＝(WB－X)＋(X－WA)，真正光合速率＝(WB－WA)/t。若先将A取下烘干称重，B照光一段时间后再取下烘干称重，则质量差值与时间比值表示净光合速率[A、B初始干重相等，故(WB－WA)表示有机物积累量]。
6．“黑白瓶法”：用黑瓶(无光照的一组)测得呼吸作用强度值，用白瓶(有光照的一组)测得净光合作用强度值，综合两者即可得到真光合作用强度值。
拓展延伸：光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制
①增加水中O2——泵入空气或吹气或放入绿色水生植物；
②减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水；
③除去容器中CO2——氢氧化钠溶液；
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中；
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热；
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光；
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光；
⑧线粒体提取——细胞匀浆离心。
1．迁移率是用纸层析法分离绿叶中各种光合色素的重要指标，也可用于各色素的鉴定，已知迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。某兴趣小组分离菠菜叶滤液中各种色素的层析结果(部分数据)如表所示。下列相关叙述正确的是( )
溶剂移动距离
色素1移动距离
色素2移动距离
色素3移动距离
色素4移动距离
实验组1
6.6
1.6
实验组2
7.0
1.4
实验组3
7.4
1.2
平均移动距离
7.0
6.3
0.7
迁移率
0.9
0.5
0.1
A．本实验需要用无水乙醇对色素进行分离
B．色素4的迁移率为0.2，若植物体缺Mg，其含量会减少
C．在层析液中溶解度最大的是色素4，在滤纸上扩散速度最快的是色素4
D．可用洋葱鳞片叶表皮细胞作为该实验的材料
[答案]B．[解析]利用绿叶中各种色素易溶于有机溶剂的特点，可用无水乙醇提取色素，但无水乙醇不用于色素分离，分离色素需用层析液，A项错误；色素4的平均移动距离为(1.6+1.4+1.2)/3=1.4，迁移率为1.4/7.0=0.2，根据4种色素在滤纸上的移动距离可知，色素4应为叶绿素a，若植物体缺Mg，其含量会减少，B项正确；在层析液中溶解度最大的色素是迁移率最大的色素，应是色素1，其在滤纸上扩散速度最快，C项错误；洋葱鳞片叶表皮细胞中不含光合色素，D项错误。
2．下列有关图中曲线的叙述，正确的是( )
A．“绿叶中色素的提取和分离”实验中，四种光合色素均可用层析液提取
B．光合色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸条上扩散速度越慢
C．光照由450 nm转为550 nm后，叶绿体类囊体薄膜上的ATP产量将会增多
D．光照由550 nm迅速转为670 nm后，短时间内叶绿体中C3的含量将会减少
[答案]D．[解析]提取色素用有机溶剂，如无水乙醇或丙酮，分离色素用层析液，A错误；光合色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸条上随层析液扩散速度越快，B错误；由题图可知，光照由450 nm转为550 nm后，叶绿素b和叶绿素a吸收的光能明显减少，而类胡萝卜素不吸收此段波长的光，光反应强度减弱，叶绿体类囊体薄膜上的ATP产量将会减少，C错误；光照由550 nm迅速转为670 nm后，
叶绿素a吸收的光能增多，光反应增强，短时间内C3消耗量增加，而C3生成量不变，故C3的含量将会减少，D正确。
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，其增加的质量来自于( )
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]水是占细胞鲜重最多的化合物，矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础，植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素等使植株质量增加；另外，植物在光照条件下可进行光合作用，通过吸收空气中的CO2合成有机物从而使植株质量增加。故A符合题意。
4．生物制氢有良好的发展前景，[H]在产氢酶的作用下可以产生H2，产氢酶对O2敏感。下面是利用生物制H2的两种方法：①真核生物绿藻在光照条件下可以产生H2；②一些厌氧微生物在黑暗环境下，能将多种有机物发酵成各种有机酸，同时产生大量的H2。下列叙述正确的是( )
A．绿藻在光照条件下产生[H]的场所只有叶绿体
B．在题述厌氧微生物产H2的过程中无氧呼吸不会影响产氢酶的活性
C．方法①中绿藻产生的[H]均为NADPH
D．利用厌氧微生物制H2的优点：不受光照条件限制、避免了氧气的干扰等
[答案]D．[解析]本题考查了光合作用和呼吸作用的相关内容，要求考生能够识记光合作用和呼吸作用各阶段的物质变化以及发生的场所，能够结合题干信息准确分析。真核生物绿藻在光照条件下，既进行光合作用又进行呼吸作用，两过程都产生[H]，因此绿藻在光照条件下产生[H]的场所是细胞质基质、线粒体、叶绿体，A错误。题述厌氧菌无氧呼吸产生有机酸，导致溶液pH降低，影响产氢酶的活性，因此在厌氧微生物产H2过程中无氧呼吸也会影响产氢酶的活性，B错误。方法①中绿藻既进行光合作用，也进行细胞呼吸，所以产生的[H]还有NADH，C错误。②一些厌氧微生物在黑暗环境下，能将多种有机物发酵成各种有机酸，同时产生大量的H2。与题述①绿藻制氢方法相比，利用厌氧微生物制H2的优点是不受光照条件限制、避免了氧气的干扰、产H2量大，D正确。
5．当阳光照射到菠菜叶片的上表面时，菠菜叶片细胞的可吸收光量及叶绿素相对含量随组织深度的变化情况如图中曲线所示。下列有关叙述错误的是( )
A．绿光的可吸收光量的峰值出现的组织深度大于红光和蓝光
B．在可吸收光量的峰值处细胞吸收蓝光、红光和绿光所获得的能量相等
C．绿光更容易进入组织深层并在红光、蓝光可吸收光量极低时为光合作用提供光能
D．不同组织深度细胞的叶绿素含量差异有利于该处细胞更好地适应环境
[答案]B．[解析]本题主要考查组织深度与细胞的可吸收光量和叶绿素含量的关系，意在考查考生的识图能力和知识应用能力。据图可知绿光的可吸收光量的峰值出现的组织深度大于红光和蓝光，A正确；在可吸收光量的峰值处细胞吸收蓝光、红光和绿光所获得的能量不同，B错误；据图可知，组织深度超过20%后，随着组织深度的增加，与红光和蓝光相比，绿光的可吸收光量多，即绿光更容易进入组织深层并在红光、蓝光可吸收光量极低时为光合作用提供光能，C正确；图中不同组织深度细胞的叶绿素含量存在差异，这样可以使细胞更好地适应环境，D正确。
6．光合作用中，叶绿体在光下把ADP和Pi合成ATP的过程称为光合磷酸化。为探究光合作用中ATP形成的动力，科学家在黑暗中进行了如图实验(图中平衡的目的是让类囊体内部的pH和外界溶液相同)。下列相关描述正确的是( )
A．该实验通过检测是否产生O2来判断类囊体功能是否完好
B．光合磷酸化产生的ATP可以用于细胞的各项生命活动
C．ATP的合成与膜两侧的H+浓度差有关
D．类囊体在pH为4的缓冲液中被破坏
[答案]C．[解析]本题创设新情境考查光合作用的过程，体现了科学探究和科学思维等学科核心素养。该实验通过检测是否产生ATP来判断类囊体的功能是否完好，A错误。光合磷酸化产生的ATP一般用于光合作用的暗反应，B错误。依题意和图示分析可知，先将类囊体置于pH为4的缓冲溶液中，当类囊体内部的pH为4时，再将类囊体转移至pH为8的缓冲溶液中，当立即加入ADP和Pi时，有ATP生成，但当类囊体内部的pH和外界溶液pH相同时，即pH均为8时再加入ADP和Pi，则没有ATP生成。可见，叶绿体中合成ATP需要膜内外pH不一致，即ATP的合成与膜两侧的pH(H+浓度)差有关，C正确。根据实验结果判断，在pH为4的缓冲液中类囊体并没有被破坏，D错误。
7．某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验，连续48小时测定温室内CO2浓度及植物的CO2吸收速率，得到如图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定)，据图分析正确的是
A．图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个
B．绿色植物吸收CO2速率达到最大的时间是第45小时
C．实验开始的前24小时比后24小时的平均光照强度弱
D．实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体
[答案]C．[解析]图中CO2吸收速率曲线是在恒温密闭环境中测得的，当吸收速率为零时，呼吸速率与光合速率相等，表示植物不从外界吸收CO2。根据题图可知呼吸速率与光合速率相等的点有4个，分别在第6、18、30、42小时，A错误。据曲线分析，CO2吸收速率最大时对应的时间是第36小时，B错误。由曲线图可以看出，前24小时比后24小时的平均CO2吸收速率低，因此，前24小时比后24小时的平均光照强度弱，C正确。实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所包括细胞质基质、线粒体和叶绿体，D错误。
8．将小球藻放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内小球藻的生理状态与自然环境中相同。得到实验结果如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A．图乙中的C点对应图甲中的C点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的①
B．图甲中的F点对应图乙中的H点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③
C．到达图乙中的D点时，玻璃罩内CO2浓度最高，此时细胞内气体交换状态对应图丙中的③
D．经过这一昼夜，小球藻体的有机物含量会增加
[答案]A．[解析]图乙中C点表示光合作用即将开始，对应图甲中C点之前的一点，细胞内的气体交换状态为图丙中的①；到达图乙中D点时，玻璃罩内的CO2浓度最高，A错误、C正确。图甲中的F点是一天中第二次光合速率等于呼吸速率的点，对应图乙中的H点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③，B正确。经过一昼夜，玻璃罩内的CO2浓度降低，说明小球藻体内的有机物含量增加，D正确。
9．如图表示光照强度、CO2浓度和温度对植物光合速率的影响。根据图形分析，下列有关说法错误
的是( )
A．CO2浓度直接影响光合作用C3的生成速率
B．在OA区间限制光合速率的环境因素主要是光照强度
C．在BC区间限制Ⅱ组实验光合速率的环境因素一定有光照强度、温度
D．图中所示温度一定是t1大于t2
[答案]D．[解析]分析题图，该实验的自变量是光照强度、温度和CO2浓度，因变量是光合速率。光合作用过程中，CO2与C5结合生成C3，故CO2浓度直接影响光合作用中C3的生成速率，A正确；图中在OA区间，曲线处于上升阶段，限制图示三组实验光合速率的环境因素主要是光照强度，B正确；光照强度在BC区间时，Ⅱ组还没有达到光饱和点，且Ⅱ组与Ⅰ组相比，除温度不同外其他条件相同，而Ⅱ组光合速率低于Ⅰ组，此时限制Ⅱ组实验光合速率的环境因素一定有光照强度、温度，C正确；温度可通过影响光合作用相关酶的活性来影响光合速率，图中曲线Ⅰ与Ⅱ对应的CO2浓度相同、温度不同，光合速率不同，据此无法判断t1和t2的大小，D错误。
10．为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，研究人员设计图甲所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量，绘制曲线(如图乙)。下列叙述正确的是( )
A．该实验中植物释放的气体是O2
B．当距离为c时，该植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
C．当距离由c突然变为a时，短时间内叶绿体中C5的含量增加
D．当光源与密闭小室的距离小于a时，限制光合作用的主要因素是光照强度
[答案]C．[解析]本题考查影响光合作用的因素等知识，意在考查考生的理解能力和图像分析能力。当光源与密闭小室的距离大于c时，呼吸速率大于光合速率，植物释放的气体是CO2，在距离小于c时，光合速率大于呼吸速率，植物释放的气体是O2，A项错误；该实验测的是整个植株的气体释放速率，当距离为c时，整个植株的光合速率等于呼吸速率，而有一部分植物细胞不能进行光合作用但可以进行呼吸作用，所以叶肉细胞中的光合速率大于呼吸速率，B项错误；当距离由c突然变为a时，光照强度增强，
[H]和ATP的生成速率增加，C5的生成速率增加，而C5的利用速率不变，故短时间内叶绿体中C5的含量增加，C项正确；当光源与密闭小室的距离小于a时，限制光合作用的主要因素不再是光照强度，D项错误。
11．图1为番茄叶肉细胞中的两种膜结构以及发生的部分生化反应示意图；在密闭容器中，用水培法栽培番茄(CO2充足)。测得图1中两种膜产生与消耗O2速率的变化曲线(如图2所示)。下列叙述错误的是( )
A．图1中，甲所示结构存在于线粒体，乙所示结构存在于叶绿体
B．5~8 h，容器内的CO2含量将减少，番茄植株干重将增加
C．图1中，10 h时不再产生ATP的是甲膜；若此环境因素维持不变，容器内的O2含量在一段时间后将逐渐下降至0，此时细胞质基质成为ATP合成的唯一场所
D．若在8 h时，将容器置于冰水浴中，推测乙膜消耗O2的速率将(明显)下降，因为低温抑制了酶的活性
[答案]A．[解析]本题考查光合作用与呼吸作用的相关知识，意在考查考生对光合作用与呼吸作用的过程、发生场所和光合速率与呼吸速率关系的理解。据题图进行分析可知，甲所示结构存在于叶绿体，乙所示结构存在于线粒体，A项错误。5~8 h，实际光合速率大于呼吸速率，容器内的CO2含量将减少，番茄植株干重将增加，B项正确。10 h时实际光合速率为0，说明光反应不再进行，不再产生ATP，但呼吸作用可以进行；若此环境因素维持不变，容器内的O2含量在一段时间后将逐渐下降至0，此时细胞进行无氧呼吸，细胞质基质成为ATP合成的唯一场所，C项正确。若在8 h时，将容器置于冰水浴中，由于低温会抑制与呼吸作用有关的酶的活性，故乙膜消耗O2的速率将(明显)下降，D项正确。
12．某种野生型油菜存在一种突变体，其叶绿素、类胡萝卜素含量均低，叶片呈现黄化色泽。野生型和突变体的成熟叶片净光合速率、呼吸速率及相关指标见表。下列分析不正确的是( )
指标
类型
类胡萝卜素/
叶绿素
叶绿素
a/b
净光合速率/(μmolCO2·m-2·s-1)
胞间CO2浓度/(μmolCO2·m-2·s-1)
呼吸速率/(μmolCO2·m-2·s-1)
野生型
0.28
6.94
8.13
210.86
4.07
突变体
0.32
9.30
5.66
239.07
3.60
A．CO2浓度不是导致突变体光合速率降低的限制因素
B．与野生型相比，突变体中发生的改变可能抑制了叶绿素a向叶绿素b的转化
C．突变体成熟叶片中叶绿体消耗CO2 的速率比野生型低2.94μmolCO2·m-2·s-1
D．叶绿素和类胡萝卜素分布于叶绿体类囊体薄膜上，可用纸层析法提取叶片中的色素
[答案]D．[解析]由表格数据可知，突变体叶片中的胞间CO2浓度高于野生型，因此CO2浓度不是导致突变体光合速率降低的限制因素，A正确；据题表可知，与野生型相比，突变体中叶绿素a/b与类胡萝卜素/叶绿素的值均升高，叶绿素减少会使叶片呈现黄化色泽，突变体中发生的改变可能是突变抑制了叶绿素a向叶绿素b的转化，B正确；叶绿体消耗CO2的速率是指实际光合速率，由表格信息可知，突变体的实际光合速率是5.66+3.60=9．26(μmolCO2·m-2·s-1)，野生型的实际光合速率是8.13+4.07=12.20(μmolCO2·m-2·s-1)，突变体叶片中叶绿体消耗CO2的速率比野生型低2.94μmolCO2·m-2·s-1，C正确；光合作用的色素主要是叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，可用纸层析法分离叶片中的色素，D错误。
13．植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定某植物叶片在不同光照条件下的净光合作用速率，单位为mg/(100 cm2·h)。下列有关说法错误的是 ( )
A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体
B．该植物叶片的呼吸速率可表示为5 mg/(100 cm2·h)
C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点对应的光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将右移，c点将下移
[答案]A．[解析]由题图可知，在a点该植物只进行呼吸作用，呼吸速率可表示为5 mg/(100 cm2·h)，不能进行光合作用，所以在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体，A错误、B正确。将该植物叶片置于c点所对应光照强度条件下11小时，每100 cm2叶片CO2的净吸收量为10×11=110(mg)；其余时间置于黑暗中，每100 cm2叶片CO2的释放量为5×13=65(mg)，故每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为110-65=45(mg)，C正确。若将温度升高到 30 ℃，则细胞呼吸强度会增大，光合作用强度会减小，故b点将右移，c点将下移，D正确。
14．研究小组同学研究某湖泊中X深度的生物光合作用和有氧呼吸时，设计了如下操作：
①取三个相同的透明玻璃瓶并标号a、b、c，将a瓶用不透光的黑布包起来；
②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水，并测定c瓶水中的溶氧量；
③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24小时后取出；
④测定a、b两瓶水中的溶氧量，三个瓶子的测量结果如图所示。
则24小时内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析正确的是
A．光合作用产生的氧气量为k-v
B．光合作用产生的氧气量为k-w
C．有氧呼吸消耗的氧气量为k-v
D．有氧呼吸消耗的氧气量为v
[答案]A．[解析]分析操作步骤可知，c瓶为对照，测量的是实验前每瓶中的溶氧量，即原溶氧量=w；a瓶用不透光的黑布包起来，其内生物只能进行呼吸作用，测量的值为原溶氧量与有氧呼吸消耗的氧气量之差，即有氧呼吸消耗的氧气量=w-v；b瓶内的植物能进行光合作用，同时能进行呼吸作用，测量的结果为光合作用产生的氧气量-有氧呼吸消耗的氧气量+原溶氧量的值，即光合作用产生的氧气量=k-w+(w-v)=k-v。根据以上分析可知，c瓶中的溶氧量为初始溶氧量，a瓶用不透光的黑布包起来，则其中生物只能进行有氧呼吸，因此有氧呼吸消耗的氧气量为w-v，C、D错误；b瓶中生物既进行有氧呼吸又进行光合作用，而a瓶和b瓶中有氧呼吸强度相等，则光合作用产生氧气量=净光合作用产生的氧气量+呼吸作用消耗的氧气量= k-w+(w-v)=k-v，A正确、B错误。
15．为了研究2个新育品种P1、P2幼苗的光合作用特性，研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量，结果如图所示。请回答下列问题。
图1 图2
(1)图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片，在 相同的实验条件下，测得的单位时间、单位叶面积 的释放量。
(2)光合作用过程中，CO2与C5结合生成 ，消耗的C5由 经过一系列反应再生。
(3)由图可知，P1的叶片光合作用能力最强，推断其主要原因有：一方面是其叶绿素含量较高，可以产生更多的 ；另一方面是其蛋白质含量较高，含有更多的 。
(4)栽培以后，P2植株干重显著大于对照，但籽实的产量并不高，最可能的生理原因是 。
[答案](1)光照强度、 CO2浓度 O2 (2)C3 C3 (3)[H]和ATP 参与光合作用的酶 (4)P2光合作用能力强，但向籽实运输的光合产物少
[解析](1)叶龄属于影响光合速率的内在因素，温度、CO2浓度和光照强度等属于影响光合速率的环境因素。由图1可知自变量是温度，CO2浓度和光照强度属于无关变量，应保持相同且适宜。可用单位时间、单位叶面积的O2释放量来代表净光合速率。(2)在光合作用的暗反应阶段，CO2与C5结合生成的C3
被[H]还原，该还原过程同时会再生成一定量的C5。(3)图2显示，P1叶片中叶绿素含量较高，能吸收更多的光能，生成更多的[H]和ATP；同时P1叶片中蛋白质含量也较高，含有更多的参与光合作用的酶，这两方面导致P1叶片光合作用的能力较强。(4)P2植株的干重(有机物)较大但籽实的产量并不高，可能的原因是P2植株的光合作用能力较强，但其向籽实运输的有机物量较少。
16．研究人员利用番茄研究高温下空气湿度对番茄光合作用的影响。研究人员在每天10：00~16：00设置三个空气湿度处理，即高湿度(70%)、中湿度(55%)、低湿度(40%)，实验期间平均温度为35 ℃，分别测量处理7天和14天的实验数据，实验结果如表：
处理时间(d)
湿度处理
净光合速率(μmol·m-2·s-1)
气孔导度(mol·m-2·s-1)
胞间CO2浓度(μmol·mol-1)
气孔限制值
7
低
5.22
0.21
361
0.115
中
7.27
0.52
394
0.063
高
9.76
0.30
381
0.072
14
低
1.68
0.07
421
0.085
中
2.07
0.04
383
0.167
高
4.43
0.11
377
0.154
*气孔限制值=1-胞间CO2浓度/空气中CO2浓度。
(1)CO2会参与光合作用的 反应， CO2需要与 反应而被固定。
(2)通过分析处理7 d的数据可知，空气湿度较低时，气孔导度较 ，胞间CO2浓度较小，推测此时净光合作用速率较低的原因是 。
(3)进一步研究不同湿度下的叶温发现，高湿度组叶温要显著低于低湿度组。处理14 d 时，高湿度组相较于低湿度组的胞间CO2浓度降低，气孔限制值增大。这说明湿度增大，除了气孔导度增大，有利于相关气体的吸收以外，还增强了 ，从而促进光合速率的提高。
(4)根据以上实验结果分析，在农业生产中可以通过 来降低“光合午休”现象。
[答案](1)暗 五碳化合物(C5) (2)小 气孔导度小，影响CO2的吸收，暗反应速率受限制，光合速率较低 (3)光合作用相关酶的活性 (4)喷灌(增加空气湿度)
[解析] (1)CO2是光合作用暗反应的原料，因此，CO2参与光合作用的暗反应。在暗反应过程中，CO2需要与五碳化合物(C5)反应而被固定。(2)表中信息显示，处理7 d、空气湿度较低时，气孔导度较小，胞间CO2浓度较小，推测由于气孔导度小，影响了CO2的吸收，使暗反应速率受到限制，光合速率较低。 (3)处理 14 d 时，高湿度组相较于低湿度组的胞间CO2浓度降低、气孔限制值增大，但叶温要显著低于低湿度组，结合温度会影响酶的活性分析可知，湿度增大，除了气孔导度增大，有利于二氧化碳的吸收以外，还增强了光合作用相关酶的活性，从而促进光合速率的提高。(4) “光合午休”现象出现的原因是中午环境温度高，蒸腾作用旺盛，部分保卫细胞失水而导致气孔关闭，使得CO2的供应不足，暗反应减弱。因此，
根据实验结果分析，在农业生产中可以通过喷灌(增加空气湿度)来降低“光合午休”现象。
17．科学探究是研究生物学的重要方法。为了探究绿色植物的呼吸作用和光合作用，某生物兴趣小组的同学在老师指导下设计了图甲所示的装置，图乙为C装置中叶片在夏季晴朗的一天内呼吸作用和光合作用的变化曲线。请据图回答下列问题(氢氧化钠溶液具有吸收二氧化碳的作用)。
甲 乙
(1)为了确保实验的科学性，该兴趣小组的同学对图甲中的叶片先进行一定时间的暗处理，这样做的目的是 。
(2)图甲所示的实验设计能探究 (至少写两个)等因素对光合作用的影响。
(3)D装置弯玻璃管中红墨水的移动方向是 (填“向左”“向右”或“不动”)。图乙中的曲线
与D装置内叶片的生理活动相对应。
(4)对图甲C装置中的叶片进行脱水称重，欲使得到的质量最大，结合图乙中的曲线分析，应选择 (填图中字母)时左右摘取叶片。
[答案](1)把叶片内原有的营养物质耗尽 (2)水、光照、二氧化碳(写出两个即可) (3)向左 Ⅱ (4)c
[解析](1)“进行一定时间的暗处理”时，无光照，植物只进行呼吸作用而不能进行光合作用，这样可以将叶片中原来储存的营养物质消耗尽，以免原有营养物质对实验结果造成影响。(2)图甲中，对A叶片的处理是割断主叶脉，导管被切断，这样A叶片的左端部分就得不到从根运输来的水分，因此，A叶片的左端和右端部分就形成以是否有水供应为自变量的对照实验；B装置中没有光照，C装置中有光照，二者唯一不同的是有无光照，可用作以光为自变量的对照实验；D装置中有氢氧化钠溶液(吸收二氧化碳)，造成瓶中没有二氧化碳，因此C装置和D装置唯一不同的是有无二氧化碳，可作为以二氧化碳为自变量的对照实验。因此，图甲所示的实验设计能探究水、光照、二氧化碳等因素对光合作用的影响。(3)D装置中叶片进行呼吸作用吸收氧气、释放二氧化碳，而释放的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收了，导致D装置中气体减少，气压降低，因此D装置弯玻璃管中红墨水的移动方向是向左。结合题干信息“图乙为C装置中叶片在夏季晴朗的一天内呼吸作用和光合作用的变化曲线”分析图乙，曲线Ⅰ有活动强度为0的时间段，由于光合作用在有光条件下才能进行，无光条件下不能进行，故曲线Ⅰ表示光合作用的变化曲线，曲线Ⅱ没有活动强度为0的时间段，因此曲线Ⅱ表示呼吸作用的变化曲线。D装置内的叶片不能进行光合作用(二氧化碳被吸收)，而能进行呼吸作用，所以图乙中的曲线Ⅱ与D装置内叶片的生理活动相对应。(4)光合作用制造有机物，光合作用积累的有机物越多，叶片脱水后质量越大。因此，若“对图甲C装置中的叶片进行脱水称重，欲使得到的质量最大”，结合图乙中的曲线分析，应选择c时左右摘取叶片，因为此时植物叶片的光合作用强度等于呼吸作用强度，达到了一天中有机物积累最多的时刻。
18．
利用以下装置可探究某绿色植物的某些生理作用。假如该植物的光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸。回答下列问题。
(1)简述“光反应和暗反应相互依存，不可分割”的原因： 。
(2)可利用装置 来探究该植物的呼吸作用类型(忽略装置内其他微生物的干扰)，此时应对实验装置进行 处理；若 ，则该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸；该植物的根尖细胞内，能产生CO2，但不伴随ATP合成的生理过程是 。
(3)忽略装置内其他微生物的干扰，最好选择装置 来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
[答案](1)光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi(3分) (2)甲和乙 完全遮光 装置甲中的有色液滴向左移，装置乙中的有色液滴向右移(3分) 无氧呼吸的第二阶段 (3)甲和丙
[解析](1)光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi。(2)装置甲和乙可以用来探究该植物的呼吸作用类型，为了排除光合作用产生的气体对呼吸作用产生气体的影响，在探究该植物呼吸作用类型时装置应该完全遮光，装置甲内烧杯中盛放氢氧化钠溶液，能够吸收呼吸作用产生的CO2，装置乙内烧杯中盛放水，不能吸收CO2，若装置甲中的有色液滴向左移，装置乙中的有色液滴向右移，则说明该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸。产生酒精的无氧呼吸的第二阶段能产生CO2，但不伴随ATP合成。(3)验证CO2是植物进行光合作用的必需原料时，自变量是有无CO2，装置甲中氢氧化钠溶液吸收掉了CO2，装置丙中的CO2缓冲液可以为植物的光合作用提供CO2，因此可以选择装置甲和丙来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
19．A、B两种植物的叶片在不同温度下光合速率和呼吸速率如图所示，对照实验是在30 ℃条件下进行的。请回答问题。
(1)当温度超过 ℃后，植物B的呼吸作用就会受抑制；这两种植物中，最可能原产于热带地区的是 。
(2)写出在高温时光合作用受抑制的两个原因：① ；② 。
(3)据图分析，对植物A、B而言， (填“光合作用”或“呼吸作用”)对高温较为敏感，支持这一观点的实验证据是 。
(4)导致植物A叶片细胞受热致死的临界温度约是57 ℃，理由是 。
(5)在其他条件不变的情况下，当气温由40 ℃升至45 ℃的过程中，植物B的叶绿体中ATP的合成速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(6)水果类植物在生长季节如果长期处于不致死的高温环境中，甜度会较低，参考本研究的结果，说明产生这一现象的可能原因：
。
[答案](1)50 植物A (2)高温时气孔部分关闭，光合作用所需CO2供应不足 相关酶在高温时活性降低甚至变性失活(两空顺序可调换) (3)光合作用 相对于呼吸作用，A、B植物的光合速率在较低温度时就开始下降 (4)此温度左右植物A呼吸速率降到0，细胞死亡 (5)减小(1分) (6)长期处在不致死的高温下，植物光合速率可能下降，而呼吸速率可能仍然很高，所以有机物积累量较少，水果中储存的糖分较少
[解析](1)分析题图可以看出，当温度超过50 ℃后，植物B的呼吸作用就会受抑制；植物A的光合作用和呼吸作用开始下降的温度均较植物B高，所以植物A最可能生活在热带地区。(2)高温时气孔会部分关闭，光合作用所需CO2供应不足；相关酶在高温时活性可能降低，甚至变性失活；高温也可能破坏叶绿体膜等，所以高温会导致光合作用受抑制。(3)从题图中可以看出，两种植物的光合速率均在较低温度下就开始下降，因此光合作用对高温较为敏感。(4)由于57 ℃左右时，植物A叶片细胞呼吸速率降到0，而光合速率在52 ℃左右时就降到0，因此57 ℃左右时叶片细胞已死亡。(5)当温度升高时，相关酶的活性可能下降，因此ATP的合成速率减小。(6)长期处在不致死的高温下，植物光合速率可能下降，而呼吸速率可能仍然很高，所以有机物积累量较少，水果中储存的糖分较少。
20．芦荟属于景天酸代谢植物，它们在夜晚气孔开放，叶肉细胞吸收CO2转变成苹果酸储存在液泡中；到了白天气孔关闭，液泡里的苹果酸逐渐转化并释放CO2，用于光合作用。如图是某兴趣小组设计的测量一盆芦荟光合速率的实验密闭装置(初始时液滴在“0”刻度处，装置温度、周围气压恒定)，已知氧传感器用于测量装置内O2的含量(初始时数据显示屏读数为E)。请回答下列问题：
(1)芦荟夜晚能吸收CO2，却不能进行暗反应的主要原因是缺少暗反应所需的 。关于芦荟叶肉细胞液泡内的pH，夜间 (填“小于”“等于”或“大于”)白天。白天芦荟进行光合作用所需CO2的来源是 (填生理过程)。在自然条件下生长的芦荟，白天突然降低其所处环境中的CO2浓度，则短时间内植物体内C3含量的变化情况是 。
(2)将该装置放于黑暗条件下，液滴 (填“向左移”或“向右移”)；若2 h后测得气体的变化量为20 mL，则该数据所反映生理活动的速率为 mL/h。
(3)若将该装置放于黑暗条件下，1 h后刻度尺读数为N，数据显示屏读数为Q；若将该装置放于适宜光照条件下，1 h后刻度尺读数为M，数据显示屏读数为P。欲测量芦荟在适宜光照条件下的总光合速率，
下列可用的数据有 。
①M-N ②M+N ③P-Q ④P+Q
[答案](1)ATP、[H] 小于 有氧呼吸第二阶段(丙酮酸的分解)和苹果酸转化(2分) 不变 (2)向左移 10 (3)①③(2分)
[解析]本题考查光合作用和呼吸作用的相关知识，要求考生能够从题干中获取有效的信息，并理解实验装置中各部分的原理，要求考生能够运用数学方法分析实验装置测得的数据，体现了科学思维和科学探究等核心素养。(1)夜晚没有光照，芦荟叶肉细胞中不能进行光反应，无法为暗反应提供ATP、[H]，导致暗反应不能进行。由题干信息可知，夜间芦荟叶肉细胞合成苹果酸并将其储存在液泡中，白天液泡中的苹果酸发生转化并释放CO2用于光合作用，故可推知夜间芦荟叶肉细胞液泡内的pH小于白天。白天芦荟叶肉细胞液泡里的苹果酸逐渐转化可为芦荟光合作用提供CO2，同时有氧呼吸第二阶段中丙酮酸的分解也可为芦荟光合作用提供CO2。白天芦荟气孔关闭，不受外界CO2浓度的影响。(2)装置内CO2浓度稳定，黑暗条件下装置气体体积变化是由呼吸作用消耗O2导致的，故液滴向左移。此时测量的数据反映的是呼吸量，2 h后测得气体的变化量为20 mL，即2 h呼吸作用消耗O2量为20 mL，则呼吸速率为20/2=10 mL/h。(3)将该装置放于黑暗条件下，液滴会左移，此时测量的数据可用于表示呼吸速率；将该装置放于适宜光照条件下，液滴会右移，此时测量的数据可用于表示净光合速率。总光合速率=呼吸速率+净光合速率，所以为了测量芦荟在适宜光照条件下的总光合速率，可用的数据有M-N(N为负值)和P-E+E-Q=P-Q。
[高中生物一轮复习教学讲义 必修1]
第9讲 光合作用
考点一 (实验) 光合作用色素的提取、分离
1．色素的提取和分离
(1)实验原理
①色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，因此，可以用无水乙醇等有机溶剂来提取叶绿体中的色素。
②色素的分离：纸层析法。根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，从而在扩散过程中将色素分离开来。
(2)实验步骤
提取色素
称取5g绿色叶片，剪碎，放入研钵中→加入少许SiO2、CaCO3和10 mL无水乙醇→研磨→过滤→收集到试管内并塞严试管口
制备滤纸条
干燥定性滤纸→将定性滤纸剪成略小于试管长与直径的滤纸条，并在一端剪去两角→在距离剪角一端1 cm处用铅笔画一条细的横线
画滤液细线
用毛细吸管吸取少量滤液→沿铅笔线画出一条细线→待滤液干后，再画一两次
分离色素
将适量的层析液倒入试管中→将滤纸条轻轻插入层析液中→用棉塞塞紧试管口(如图所示）
观察结果
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
(3)结果分析
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b的色素带比叶黄素的稍宽。
③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
④相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。
实验拓展：(1)实验注意事项及操作目的归纳
实验过程
注意事项
操作目的
提
取
色
①
选取新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
素
②
研磨时加入10 mL 无水乙醇
溶解叶片中的色素
③
研磨时加入少许SiO2和CaCO3
使研磨充分和保护叶绿素
④
迅速、充分研磨
防止有机溶剂挥发，并充分溶解色素
⑤
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止有机溶剂挥发
制备
滤纸条
①
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸条上的扩散速度快
②
滤纸条的一端剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘处扩散过快
画滤液
细线
①
滤液细线要直、细、齐
使分离的色素带平整、不重叠
②
滤液细线干燥后重复画2~3次
使分离的色素带清晰，便于观察
分离色素
①
滤液细线不能触及层析液
防止色素直接溶解到试管内的层析液中
②
覆盖试管口
防止层析液挥发
(2)绿叶中的色素提取和分离实验的异常现象分析
①收集到的滤液绿色过浅的原因分析：未加二氧化硅(石英砂)，研磨不充分；使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素(叶绿素)太少；一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)；未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
②滤纸条色素带重叠：滤纸条上的滤液细线未画成一条细线。
③滤纸条上得不到色素带的原因分析：
滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(3)做“绿叶中色素的提取和分离”实验的改进装置，实验时应该将滤液滴在a处。
(4)秋天树叶变黄的原因：秋天气温降低，叶绿素分子易被破坏，使叶子变黄，由于缺少叶绿素a和叶绿素b，所以叶子呈现类胡萝卜素的黄色。
考点二 光合色素及光合作用过程
1．叶绿体的结构和捕获光能的色素
(1)叶绿体
①结构示意图：
②功能：进行光合作用的场所。
(2)色素的种类和功能
分布
叶绿体类囊体薄膜上
功能
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)
化学特性（提取）
不溶于水，能溶于酒精、丙酮和石油醚等有机溶剂
分离方法
纸层析法
色素种类及特点
类胡萝卜素(1/4)
胡萝卜素
橙黄色
主要吸收蓝 紫光
叶黄素
黄色
叶绿素(3/4)
叶绿素a
蓝绿色
主要吸收红光和蓝紫光
叶绿素b
黄绿色
吸收光
谱图示
图示说明
①阳光经三棱镜折射后形成不同波长和颜色的光
②折射光透过色素滤液时部分光被吸收
③色素对红光和蓝紫光吸收较多，使两光区呈现暗带
2．光合作用的探究历程
实验说明：
(1)恩格尔曼实验设计的巧妙之处
①实验材料的选择妙：实验材料选择水绵，水绵不仅具有细而长的带状叶绿体，而且叶绿体以螺旋状分布在细胞中，便于观察。
②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。
③观测指标的设计妙：通过好氧细菌的分布进行检测，从而能够准确地判断出释放氧气的部位
④实验对照的设计妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照部位和无光照部位，相当于一组对照实验；进行黑暗条件下局部光照和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果是由光照引起的。
(2)鲁宾、卡门实验
①同位素标记法是利用放射性同位素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即用放射性同位素的原子标记某些物质，再用放射性探测仪器进行追踪，研究该物质的运动、变迁和分布。
②同位素标记法的特点：a.灵敏度高；b.方法简便；c.定位、定量准确；d.符合生理条件。
生物学中同位素标记实验总结
分泌蛋白的合成与运输：氢的同位素—3H标记亮氨酸或H2O
光合作用碳循环（卡尔文循环）：碳的同位素—14C标记糖类或CO2
DNA是噬菌体的遗传物质：磷的同位素—32P标记DNA；硫的同位素—35S标记蛋白质
基因探针（DNA分子杂交、RNA分子杂交）：将转基因生物的基因组DNA提取出来，在含有目的基因的DNA片段上用放射性同位素作为标记，以此作为探针，使探针与基因组DNA杂交，如果显示出杂交带，就表明重组成功。
单克隆抗体：利用同位素标记的单克隆抗体，在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。如果把抗癌的单克隆抗体跟放射性同位素、化学药物或细胞毒素相结合，制成生物导弹，注入体内借助单克隆抗体的导向作用，能将药物定向带到癌细胞所在位置，在原位杀死癌细胞。
光合作用产生的氧气来源于水：氧的同位素—18O标记H2O
验证DNA的半保留复制：氮的同位素—15N标记核苷酸。
3．光合作用完整过程图解
光合作用过程中原子的去路分析
4．光反应、暗反应的比较
过程
光反应
暗反应
根据区别
必须在光下
有光、无光都可以
条件
光照、叶绿素、酶
多种酶
实质
将光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解
2H2O4[H]＋O2↑
②ATP的合成
ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2固定
CO2＋C52C3
②C3的还原
2C3(CH2O)＋C5
能量转化
光能―→活跃的化学能ATP
ATP中活跃的化学能―→(CH2O)等有机物中稳定的化学能
关系
①光反应为暗反应提供[H]和ATP；暗反应为光反应提供ADP和Pi
②没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成
5．叶绿体处于不同条件下，C3、C5、[H]、ATP以及(CH2O)合成量的动态变化
项目
条件
C3
C5
[H]和ATP
(CH2O)合成量
光照不变停止CO2供应
减少
增加
增加
减少或没有
光照不变CO2供应增加
增加
减少
减少
增加
光照不变，CO2供应不变，(CH2O)运输受阻
增加
减少
增加
减少
停止光照CO2供应不变
增加
下降
减少或没有
减少或没有
突然光照CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
模型法分析光合作用过程中物质的量的变化
注意说明：(1)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
(2)光反应产生的[H]为NADPH(还原型辅酶Ⅱ)，细胞呼吸产生的[H]为NADH(还原型辅酶Ⅰ)。
考点三 影响光合作用的环境因素
光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造有机物的量。用一定时间内原料消耗或产物生成的量表示。光合作用与化能合成作用的比较：
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
1．单因子对光合作用速率影响的分析
(1)光照强度：通过影响植物的光反应进而影响光合速率。
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B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(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点左移，C点较低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(2)二氧化碳浓度：CO2是植物进行光合作用的原料，CO2通过影响暗反应阶段C3的合成进而影响光合作用强度。
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光能利用率。温室内可通过放干冰、使用CO2生成器、施用农家肥与猪舍鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
(3)温度：：温度通过影响酶的活性影响光合作用速率。
①曲线分析：
光合速率和呼吸速率都受温度的影响，但光合作用相关酶对温度反应更为敏感。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(4)必需矿质元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物因渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(5)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
2．多因子对光合作用速率影响的分析
(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，随着该因子的不断加强，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，增强光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，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。
注意说明：①温度改变对光合作用强度的影响：当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量要比参与光反应的多。
②CO2浓度对光合作用强度的影响：CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用强度。
③结构与功能相适应的生物学观点：阴生植物不能在强光下生长的根本原因是遗传物质决定了阴生植物的结构中酶的含量、色素的含量等比阳生植物少。
3．自然环境中一昼夜植物光合作用曲线
(1)图1中各点含义及形成原因分析：
a点：凌晨2时～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放减少。
b点：有微弱光照，植物开始进行光合作用。
bc段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
c点：上午7时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ce段：光合作用强度大于呼吸作用强度。
d点：温度过高，部分气孔关闭，出现“午休”现象。
e点：下午6时左右，光合作用强度等于呼吸作用强度。
ef段：光合作用强度小于呼吸作用强度。
fg段：没有光照，停止光合作用，只进行呼吸作用。
4．密闭容器中一昼夜植物光合作用曲线
(2)图2中各点含义及形成原因分析：
AB段：无光照，植物只进行呼吸作用。
BC段：温度降低，呼吸作用减弱。
CD段：4时后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度<呼吸作用强度。
D点：随光照增强，光合作用强度＝呼吸作用强度。
DH段：光照继续增强，光合作用强度>呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象。
H点：随光照减弱，光合作用强度下降，光合作用强度＝呼吸作用强度。
HI段：光照继续减弱，光合作用强度<呼吸作用强度，直至光合作用完全停止。
补充实验探究：环境因素对光合作用强度的影响
①实验原理：在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。若叶片中的气体逸出，细胞间隙充满了水，浮力减小，叶片就会沉到水底；若光合作用产生的O2充斥在叶片的细胞间隙中，浮力增大，叶片会从水底浮起。光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。
②实验装置：
③实验流程：
1．取生长旺盛的绿叶，用直径为1cm的打孔器打出小圆形叶片30片(注意避开大叶脉)。
2．将小圆形叶片置于注射器内，并让注射器吸入清水，待排除注射器内残留的空气后，用手堵住注射器前端的小孔并缓慢拉动活塞，使小圆形叶片内的气体溢出。这一步可重复几次。
3．将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用，这样的小圆形叶片因为细胞间隙充满水，所以全部沉到水底。
4．取3只小烧杯，分别倒入20mL富含CO2的清水（可事先通过玻璃管向清水中吹气）。
5．分别向3只小烧杯中再各放入10片小圆形叶片，然后分别对这3个实验装置进行强、中、弱三种光照处理
6．观察并记录同一时间段内各实验装置中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。
④实验结果(见下表)
烧杯
项目
小圆形叶片数量
加入富含CO2的清水
光照强度
叶片浮起数量
甲
10片
20mL
强
多
乙
10片
20mL
中
中
丙
10片
20mL
弱
少
⑤实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强(光合作用越强，叶片中产生的O2越多，浮起的小圆形叶片越多)。
注意说明：
①选择叶片的厚薄、颜色、鲜嫩程度要尽可能一致。
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。
④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。
⑤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度。
⑥为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
考点四 光合作用与呼吸作用的关系
1．光合作用和有氧呼吸的区别
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物有机物
有机物无机物
能量变化
光能―→稳定的化学能(储能)
稳定的化学能―→ATP中活跃的化学能、热能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物、释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行
2．光合作用与有氧呼吸的联系
(1)物质方面
C：CO2C6H12O6 C3H4O3 CO2
O：H2OO2H2O
H：H2O[H]C6H12O6[H]H2O
(2)能量方面
光能ATP中活跃化学能(CH2O)中稳定的化学能
(3)气体交换模式图分析
技巧点拨：光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源与去路
项目
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为还原剂用于暗反应阶段中C3的还原
有氧呼吸
第一、二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量
ATP
光合作用
光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳能
用于暗反应阶段C3的还原
有氧呼吸
第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生的能量最多。能量来自有机物的氧化分解
作为能量“通货”，用于各项生命活动
3．真正光合作用速率、净光合作用速率与呼吸速率的关系
(1)净光合作用速率与真正光合作用速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
③真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(2)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目
含义
表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2
CO2
有机物
真正光合速率
植物在光下实际合成有机物的速率
O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2量
CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量
有机物产生(制造、生成)速率
净光合速率
植物有机物的积累速率
植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率
植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
(3)计算公式
实际光合速率＝表观(净)光合速率＋呼吸速率。
注意说明：植物“三率”的判定
①根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
②根据关键词判定：
检测指标
呼吸速率
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量
4．光合作用与呼吸作用的测定
绿色植物每时每刻都在进行细胞呼吸，在光下测定植物的光合作用时，实际测得的数值应为光合作用与呼吸作用的差值，即真正或实际或总光合速率＝测得(净)光合速率＋呼吸速率。
(1)气体体积变化法——测光合作用O2产生(或CO2消耗)的体积
(1)装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时NaOH溶液可吸收容器中的CO2；在测净光合速率时NaHCO3溶液可提供CO2，保证了容器内CO2浓度的恒定。
(2)测定原理
①甲装置在黑暗条件下植物只进行细胞呼吸，由于NaOH溶液吸收了细胞呼吸产生的CO2，所以单位时间内红色液滴左移的距离表示植物的O2吸收速率，可代表呼吸速率。
②乙装置在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于NaHCO3溶液保证了容器内CO2浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的距离表示植物的O2释放速率，可代表净光合速率。
(3)测定方法
①将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算呼吸速率。
②将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液滴移动的距离，计算净光合速率。
③根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速率。
(4)物理误差的校正：为防止气压、温度等物理因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
5．以有机物变化量为测量指标——半叶法
如图，可在同一片叶主脉两侧对称位置取等大的两部分A、B。若给B照光，A取下并放置在与B温度、湿度等条件相同，但无光的环境中保存，一段时间后，与取下的B同时烘干、称重，质量差值与时间的比值表示真正的光合速率。假设最初A、B初始质量为X g，实验处理t时间后A、B称重分别为WA、WB，则(X－WA)表示呼吸消耗量，(WB－X)表示净光合量，真正光合量＝(WB－X)＋(X－WA)，真正光合速率＝(WB－WA)/t。若先将A取下烘干称重，B照光一段时间后再取下烘干称重，则质量差值与时间比值表示净光合速率[A、B初始干重相等，故(WB－WA)表示有机物积累量]。
6．“黑白瓶法”：用黑瓶(无光照的一组)测得呼吸作用强度值，用白瓶(有光照的一组)测得净光合作用强度值，综合两者即可得到真光合作用强度值。
拓展延伸：光合作用和细胞呼吸实验探究中常用实验条件的控制
①增加水中O2——泵入空气或吹气或放入绿色水生植物；
②减少水中O2——容器密封或油膜覆盖或用凉开水；
③除去容器中CO2——氢氧化钠溶液；
④除去叶中原有淀粉——置于黑暗环境中；
⑤除去叶中叶绿素——酒精隔水加热；
⑥除去光合作用对呼吸作用的干扰——给植株遮光；
⑦如何得到单色光——棱镜色散或薄膜滤光；
⑧线粒体提取——细胞匀浆离心。
1．迁移率是用纸层析法分离绿叶中各种光合色素的重要指标，也可用于各色素的鉴定，已知迁移率=色素移动距离/溶剂移动距离。某兴趣小组分离菠菜叶滤液中各种色素的层析结果(部分数据)如表所示。下列相关叙述正确的是( )
溶剂移动距离
色素1移动距离
色素2移动距离
色素3移动距离
色素4移动距离
实验组1
6.6
1.6
实验组2
7.0
1.4
实验组3
7.4
1.2
平均移动距离
7.0
6.3
0.7
迁移率
0.9
0.5
0.1
A．本实验需要用无水乙醇对色素进行分离
B．色素4的迁移率为0.2，若植物体缺Mg，其含量会减少
C．在层析液中溶解度最大的是色素4，在滤纸上扩散速度最快的是色素4
D．可用洋葱鳞片叶表皮细胞作为该实验的材料
[答案]B．[解析]利用绿叶中各种色素易溶于有机溶剂的特点，可用无水乙醇提取色素，但无水乙醇不用于色素分离，分离色素需用层析液，A项错误；色素4的平均移动距离为(1.6+1.4+1.2)/3=1.4，迁移率为1.4/7.0=0.2，根据4种色素在滤纸上的移动距离可知，色素4应为叶绿素a，若植物体缺Mg，其含量会减少，B项正确；在层析液中溶解度最大的色素是迁移率最大的色素，应是色素1，其在滤纸上扩散速度最快，C项错误；洋葱鳞片叶表皮细胞中不含光合色素，D项错误。
2．下列有关图中曲线的叙述，正确的是( )
A．“绿叶中色素的提取和分离”实验中，四种光合色素均可用层析液提取
B．光合色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸条上扩散速度越慢
C．光照由450 nm转为550 nm后，叶绿体类囊体薄膜上的ATP产量将会增多
D．光照由550 nm迅速转为670 nm后，短时间内叶绿体中C3的含量将会减少
[答案]D．[解析]提取色素用有机溶剂，如无水乙醇或丙酮，分离色素用层析液，A错误；光合色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸条上随层析液扩散速度越快，B错误；由题图可知，光照由450 nm转为550 nm后，叶绿素b和叶绿素a吸收的光能明显减少，而类胡萝卜素不吸收此段波长的光，光反应强度减弱，叶绿体类囊体薄膜上的ATP产量将会减少，C错误；光照由550 nm迅速转为670 nm后，
叶绿素a吸收的光能增多，光反应增强，短时间内C3消耗量增加，而C3生成量不变，故C3的含量将会减少，D正确。
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，其增加的质量来自于( )
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]水是占细胞鲜重最多的化合物，矿质元素是构成细胞中主要化合物的基础，植物幼苗生长过程中可从土壤中吸收水分和矿质元素等使植株质量增加；另外，植物在光照条件下可进行光合作用，通过吸收空气中的CO2合成有机物从而使植株质量增加。故A符合题意。
4．生物制氢有良好的发展前景，[H]在产氢酶的作用下可以产生H2，产氢酶对O2敏感。下面是利用生物制H2的两种方法：①真核生物绿藻在光照条件下可以产生H2；②一些厌氧微生物在黑暗环境下，能将多种有机物发酵成各种有机酸，同时产生大量的H2。下列叙述正确的是( )
A．绿藻在光照条件下产生[H]的场所只有叶绿体
B．在题述厌氧微生物产H2的过程中无氧呼吸不会影响产氢酶的活性
C．方法①中绿藻产生的[H]均为NADPH
D．利用厌氧微生物制H2的优点：不受光照条件限制、避免了氧气的干扰等
[答案]D．[解析]本题考查了光合作用和呼吸作用的相关内容，要求考生能够识记光合作用和呼吸作用各阶段的物质变化以及发生的场所，能够结合题干信息准确分析。真核生物绿藻在光照条件下，既进行光合作用又进行呼吸作用，两过程都产生[H]，因此绿藻在光照条件下产生[H]的场所是细胞质基质、线粒体、叶绿体，A错误。题述厌氧菌无氧呼吸产生有机酸，导致溶液pH降低，影响产氢酶的活性，因此在厌氧微生物产H2过程中无氧呼吸也会影响产氢酶的活性，B错误。方法①中绿藻既进行光合作用，也进行细胞呼吸，所以产生的[H]还有NADH，C错误。②一些厌氧微生物在黑暗环境下，能将多种有机物发酵成各种有机酸，同时产生大量的H2。与题述①绿藻制氢方法相比，利用厌氧微生物制H2的优点是不受光照条件限制、避免了氧气的干扰、产H2量大，D正确。
5．当阳光照射到菠菜叶片的上表面时，菠菜叶片细胞的可吸收光量及叶绿素相对含量随组织深度的变化情况如图中曲线所示。下列有关叙述错误的是( )
A．绿光的可吸收光量的峰值出现的组织深度大于红光和蓝光
B．在可吸收光量的峰值处细胞吸收蓝光、红光和绿光所获得的能量相等
C．绿光更容易进入组织深层并在红光、蓝光可吸收光量极低时为光合作用提供光能
D．不同组织深度细胞的叶绿素含量差异有利于该处细胞更好地适应环境
[答案]B．[解析]本题主要考查组织深度与细胞的可吸收光量和叶绿素含量的关系，意在考查考生的识图能力和知识应用能力。据图可知绿光的可吸收光量的峰值出现的组织深度大于红光和蓝光，A正确；在可吸收光量的峰值处细胞吸收蓝光、红光和绿光所获得的能量不同，B错误；据图可知，组织深度超过20%后，随着组织深度的增加，与红光和蓝光相比，绿光的可吸收光量多，即绿光更容易进入组织深层并在红光、蓝光可吸收光量极低时为光合作用提供光能，C正确；图中不同组织深度细胞的叶绿素含量存在差异，这样可以使细胞更好地适应环境，D正确。
6．光合作用中，叶绿体在光下把ADP和Pi合成ATP的过程称为光合磷酸化。为探究光合作用中ATP形成的动力，科学家在黑暗中进行了如图实验(图中平衡的目的是让类囊体内部的pH和外界溶液相同)。下列相关描述正确的是( )
A．该实验通过检测是否产生O2来判断类囊体功能是否完好
B．光合磷酸化产生的ATP可以用于细胞的各项生命活动
C．ATP的合成与膜两侧的H+浓度差有关
D．类囊体在pH为4的缓冲液中被破坏
[答案]C．[解析]本题创设新情境考查光合作用的过程，体现了科学探究和科学思维等学科核心素养。该实验通过检测是否产生ATP来判断类囊体的功能是否完好，A错误。光合磷酸化产生的ATP一般用于光合作用的暗反应，B错误。依题意和图示分析可知，先将类囊体置于pH为4的缓冲溶液中，当类囊体内部的pH为4时，再将类囊体转移至pH为8的缓冲溶液中，当立即加入ADP和Pi时，有ATP生成，但当类囊体内部的pH和外界溶液pH相同时，即pH均为8时再加入ADP和Pi，则没有ATP生成。可见，叶绿体中合成ATP需要膜内外pH不一致，即ATP的合成与膜两侧的pH(H+浓度)差有关，C正确。根据实验结果判断，在pH为4的缓冲液中类囊体并没有被破坏，D错误。
7．某生物研究小组在密闭恒温玻璃温室内进行植物栽培实验，连续48小时测定温室内CO2浓度及植物的CO2吸收速率，得到如图所示曲线(整个过程呼吸速率恒定)，据图分析正确的是
A．图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个
B．绿色植物吸收CO2速率达到最大的时间是第45小时
C．实验开始的前24小时比后24小时的平均光照强度弱
D．实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所只有线粒体和叶绿体
[答案]C．[解析]图中CO2吸收速率曲线是在恒温密闭环境中测得的，当吸收速率为零时，呼吸速率与光合速率相等，表示植物不从外界吸收CO2。根据题图可知呼吸速率与光合速率相等的点有4个，分别在第6、18、30、42小时，A错误。据曲线分析，CO2吸收速率最大时对应的时间是第36小时，B错误。由曲线图可以看出，前24小时比后24小时的平均CO2吸收速率低，因此，前24小时比后24小时的平均光照强度弱，C正确。实验全过程叶肉细胞内产生ATP的场所包括细胞质基质、线粒体和叶绿体，D错误。
8．将小球藻放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内小球藻的生理状态与自然环境中相同。得到实验结果如图所示。下列有关说法错误的是 ( )
A．图乙中的C点对应图甲中的C点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的①
B．图甲中的F点对应图乙中的H点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③
C．到达图乙中的D点时，玻璃罩内CO2浓度最高，此时细胞内气体交换状态对应图丙中的③
D．经过这一昼夜，小球藻体的有机物含量会增加
[答案]A．[解析]图乙中C点表示光合作用即将开始，对应图甲中C点之前的一点，细胞内的气体交换状态为图丙中的①；到达图乙中D点时，玻璃罩内的CO2浓度最高，A错误、C正确。图甲中的F点是一天中第二次光合速率等于呼吸速率的点，对应图乙中的H点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③，B正确。经过一昼夜，玻璃罩内的CO2浓度降低，说明小球藻体内的有机物含量增加，D正确。
9．如图表示光照强度、CO2浓度和温度对植物光合速率的影响。根据图形分析，下列有关说法错误
的是( )
A．CO2浓度直接影响光合作用C3的生成速率
B．在OA区间限制光合速率的环境因素主要是光照强度
C．在BC区间限制Ⅱ组实验光合速率的环境因素一定有光照强度、温度
D．图中所示温度一定是t1大于t2
[答案]D．[解析]分析题图，该实验的自变量是光照强度、温度和CO2浓度，因变量是光合速率。光合作用过程中，CO2与C5结合生成C3，故CO2浓度直接影响光合作用中C3的生成速率，A正确；图中在OA区间，曲线处于上升阶段，限制图示三组实验光合速率的环境因素主要是光照强度，B正确；光照强度在BC区间时，Ⅱ组还没有达到光饱和点，且Ⅱ组与Ⅰ组相比，除温度不同外其他条件相同，而Ⅱ组光合速率低于Ⅰ组，此时限制Ⅱ组实验光合速率的环境因素一定有光照强度、温度，C正确；温度可通过影响光合作用相关酶的活性来影响光合速率，图中曲线Ⅰ与Ⅱ对应的CO2浓度相同、温度不同，光合速率不同，据此无法判断t1和t2的大小，D错误。
10．为研究环境因素对某植物光合作用强度的影响，研究人员设计图甲所示实验装置若干(已知密闭小室内的CO2充足，光照不影响温度变化)，在相同温度条件下进行实验，一段时间后测量每个小室中的气体释放量，绘制曲线(如图乙)。下列叙述正确的是( )
A．该实验中植物释放的气体是O2
B．当距离为c时，该植物叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
C．当距离由c突然变为a时，短时间内叶绿体中C5的含量增加
D．当光源与密闭小室的距离小于a时，限制光合作用的主要因素是光照强度
[答案]C．[解析]本题考查影响光合作用的因素等知识，意在考查考生的理解能力和图像分析能力。当光源与密闭小室的距离大于c时，呼吸速率大于光合速率，植物释放的气体是CO2，在距离小于c时，光合速率大于呼吸速率，植物释放的气体是O2，A项错误；该实验测的是整个植株的气体释放速率，当距离为c时，整个植株的光合速率等于呼吸速率，而有一部分植物细胞不能进行光合作用但可以进行呼吸作用，所以叶肉细胞中的光合速率大于呼吸速率，B项错误；当距离由c突然变为a时，光照强度增强，
[H]和ATP的生成速率增加，C5的生成速率增加，而C5的利用速率不变，故短时间内叶绿体中C5的含量增加，C项正确；当光源与密闭小室的距离小于a时，限制光合作用的主要因素不再是光照强度，D项错误。
11．图1为番茄叶肉细胞中的两种膜结构以及发生的部分生化反应示意图；在密闭容器中，用水培法栽培番茄(CO2充足)。测得图1中两种膜产生与消耗O2速率的变化曲线(如图2所示)。下列叙述错误的是( )
A．图1中，甲所示结构存在于线粒体，乙所示结构存在于叶绿体
B．5~8 h，容器内的CO2含量将减少，番茄植株干重将增加
C．图1中，10 h时不再产生ATP的是甲膜；若此环境因素维持不变，容器内的O2含量在一段时间后将逐渐下降至0，此时细胞质基质成为ATP合成的唯一场所
D．若在8 h时，将容器置于冰水浴中，推测乙膜消耗O2的速率将(明显)下降，因为低温抑制了酶的活性
[答案]A．[解析]本题考查光合作用与呼吸作用的相关知识，意在考查考生对光合作用与呼吸作用的过程、发生场所和光合速率与呼吸速率关系的理解。据题图进行分析可知，甲所示结构存在于叶绿体，乙所示结构存在于线粒体，A项错误。5~8 h，实际光合速率大于呼吸速率，容器内的CO2含量将减少，番茄植株干重将增加，B项正确。10 h时实际光合速率为0，说明光反应不再进行，不再产生ATP，但呼吸作用可以进行；若此环境因素维持不变，容器内的O2含量在一段时间后将逐渐下降至0，此时细胞进行无氧呼吸，细胞质基质成为ATP合成的唯一场所，C项正确。若在8 h时，将容器置于冰水浴中，由于低温会抑制与呼吸作用有关的酶的活性，故乙膜消耗O2的速率将(明显)下降，D项正确。
12．某种野生型油菜存在一种突变体，其叶绿素、类胡萝卜素含量均低，叶片呈现黄化色泽。野生型和突变体的成熟叶片净光合速率、呼吸速率及相关指标见表。下列分析不正确的是( )
指标
类型
类胡萝卜素/
叶绿素
叶绿素
a/b
净光合速率/(μmolCO2·m-2·s-1)
胞间CO2浓度/(μmolCO2·m-2·s-1)
呼吸速率/(μmolCO2·m-2·s-1)
野生型
0.28
6.94
8.13
210.86
4.07
突变体
0.32
9.30
5.66
239.07
3.60
A．CO2浓度不是导致突变体光合速率降低的限制因素
B．与野生型相比，突变体中发生的改变可能抑制了叶绿素a向叶绿素b的转化
C．突变体成熟叶片中叶绿体消耗CO2 的速率比野生型低2.94μmolCO2·m-2·s-1
D．叶绿素和类胡萝卜素分布于叶绿体类囊体薄膜上，可用纸层析法提取叶片中的色素
[答案]D．[解析]由表格数据可知，突变体叶片中的胞间CO2浓度高于野生型，因此CO2浓度不是导致突变体光合速率降低的限制因素，A正确；据题表可知，与野生型相比，突变体中叶绿素a/b与类胡萝卜素/叶绿素的值均升高，叶绿素减少会使叶片呈现黄化色泽，突变体中发生的改变可能是突变抑制了叶绿素a向叶绿素b的转化，B正确；叶绿体消耗CO2的速率是指实际光合速率，由表格信息可知，突变体的实际光合速率是5.66+3.60=9．26(μmolCO2·m-2·s-1)，野生型的实际光合速率是8.13+4.07=12.20(μmolCO2·m-2·s-1)，突变体叶片中叶绿体消耗CO2的速率比野生型低2.94μmolCO2·m-2·s-1，C正确；光合作用的色素主要是叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，可用纸层析法分离叶片中的色素，D错误。
13．植物的光合作用受CO2浓度、温度与光照强度的影响。如图为在一定CO2浓度和适宜温度条件下，测定某植物叶片在不同光照条件下的净光合作用速率，单位为mg/(100 cm2·h)。下列有关说法错误的是 ( )
A．在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位只有线粒体
B．该植物叶片的呼吸速率可表示为5 mg/(100 cm2·h)
C．在一昼夜中，将该植物叶片置于c点对应的光照强度条件下11小时，其余时间置于黑暗中，则每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为45 mg
D．已知该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。若将温度提高到30 ℃的条件下(原光照强度和CO2浓度不变)，则图中b点将右移，c点将下移
[答案]A．[解析]由题图可知，在a点该植物只进行呼吸作用，呼吸速率可表示为5 mg/(100 cm2·h)，不能进行光合作用，所以在a点所示条件下，该植物的叶肉细胞内能够产生ATP的部位是细胞质基质和线粒体，A错误、B正确。将该植物叶片置于c点所对应光照强度条件下11小时，每100 cm2叶片CO2的净吸收量为10×11=110(mg)；其余时间置于黑暗中，每100 cm2叶片CO2的释放量为5×13=65(mg)，故每100 cm2叶片一昼夜中CO2的净吸收量为110-65=45(mg)，C正确。若将温度升高到 30 ℃，则细胞呼吸强度会增大，光合作用强度会减小，故b点将右移，c点将下移，D正确。
14．研究小组同学研究某湖泊中X深度的生物光合作用和有氧呼吸时，设计了如下操作：
①取三个相同的透明玻璃瓶并标号a、b、c，将a瓶用不透光的黑布包起来；
②将a、b、c三个瓶子均在湖中X深度取满水，并测定c瓶水中的溶氧量；
③将a、b两瓶密封后再沉入X深度水体中，24小时后取出；
④测定a、b两瓶水中的溶氧量，三个瓶子的测量结果如图所示。
则24小时内X深度水体中生物光合作用和有氧呼吸情况的分析正确的是
A．光合作用产生的氧气量为k-v
B．光合作用产生的氧气量为k-w
C．有氧呼吸消耗的氧气量为k-v
D．有氧呼吸消耗的氧气量为v
[答案]A．[解析]分析操作步骤可知，c瓶为对照，测量的是实验前每瓶中的溶氧量，即原溶氧量=w；a瓶用不透光的黑布包起来，其内生物只能进行呼吸作用，测量的值为原溶氧量与有氧呼吸消耗的氧气量之差，即有氧呼吸消耗的氧气量=w-v；b瓶内的植物能进行光合作用，同时能进行呼吸作用，测量的结果为光合作用产生的氧气量-有氧呼吸消耗的氧气量+原溶氧量的值，即光合作用产生的氧气量=k-w+(w-v)=k-v。根据以上分析可知，c瓶中的溶氧量为初始溶氧量，a瓶用不透光的黑布包起来，则其中生物只能进行有氧呼吸，因此有氧呼吸消耗的氧气量为w-v，C、D错误；b瓶中生物既进行有氧呼吸又进行光合作用，而a瓶和b瓶中有氧呼吸强度相等，则光合作用产生氧气量=净光合作用产生的氧气量+呼吸作用消耗的氧气量= k-w+(w-v)=k-v，A正确、B错误。
15．为了研究2个新育品种P1、P2幼苗的光合作用特性，研究人员分别测定了新育品种与原种(对照)叶片的净光合速率、蛋白质含量和叶绿素含量，结果如图所示。请回答下列问题。
图1 图2
(1)图1的净光合速率是采用叶龄一致的叶片，在 相同的实验条件下，测得的单位时间、单位叶面积 的释放量。
(2)光合作用过程中，CO2与C5结合生成 ，消耗的C5由 经过一系列反应再生。
(3)由图可知，P1的叶片光合作用能力最强，推断其主要原因有：一方面是其叶绿素含量较高，可以产生更多的 ；另一方面是其蛋白质含量较高，含有更多的 。
(4)栽培以后，P2植株干重显著大于对照，但籽实的产量并不高，最可能的生理原因是 。
[答案](1)光照强度、 CO2浓度 O2 (2)C3 C3 (3)[H]和ATP 参与光合作用的酶 (4)P2光合作用能力强，但向籽实运输的光合产物少
[解析](1)叶龄属于影响光合速率的内在因素，温度、CO2浓度和光照强度等属于影响光合速率的环境因素。由图1可知自变量是温度，CO2浓度和光照强度属于无关变量，应保持相同且适宜。可用单位时间、单位叶面积的O2释放量来代表净光合速率。(2)在光合作用的暗反应阶段，CO2与C5结合生成的C3
被[H]还原，该还原过程同时会再生成一定量的C5。(3)图2显示，P1叶片中叶绿素含量较高，能吸收更多的光能，生成更多的[H]和ATP；同时P1叶片中蛋白质含量也较高，含有更多的参与光合作用的酶，这两方面导致P1叶片光合作用的能力较强。(4)P2植株的干重(有机物)较大但籽实的产量并不高，可能的原因是P2植株的光合作用能力较强，但其向籽实运输的有机物量较少。
16．研究人员利用番茄研究高温下空气湿度对番茄光合作用的影响。研究人员在每天10：00~16：00设置三个空气湿度处理，即高湿度(70%)、中湿度(55%)、低湿度(40%)，实验期间平均温度为35 ℃，分别测量处理7天和14天的实验数据，实验结果如表：
处理时间(d)
湿度处理
净光合速率(μmol·m-2·s-1)
气孔导度(mol·m-2·s-1)
胞间CO2浓度(μmol·mol-1)
气孔限制值
7
低
5.22
0.21
361
0.115
中
7.27
0.52
394
0.063
高
9.76
0.30
381
0.072
14
低
1.68
0.07
421
0.085
中
2.07
0.04
383
0.167
高
4.43
0.11
377
0.154
*气孔限制值=1-胞间CO2浓度/空气中CO2浓度。
(1)CO2会参与光合作用的 反应， CO2需要与 反应而被固定。
(2)通过分析处理7 d的数据可知，空气湿度较低时，气孔导度较 ，胞间CO2浓度较小，推测此时净光合作用速率较低的原因是 。
(3)进一步研究不同湿度下的叶温发现，高湿度组叶温要显著低于低湿度组。处理14 d 时，高湿度组相较于低湿度组的胞间CO2浓度降低，气孔限制值增大。这说明湿度增大，除了气孔导度增大，有利于相关气体的吸收以外，还增强了 ，从而促进光合速率的提高。
(4)根据以上实验结果分析，在农业生产中可以通过 来降低“光合午休”现象。
[答案](1)暗 五碳化合物(C5) (2)小 气孔导度小，影响CO2的吸收，暗反应速率受限制，光合速率较低 (3)光合作用相关酶的活性 (4)喷灌(增加空气湿度)
[解析] (1)CO2是光合作用暗反应的原料，因此，CO2参与光合作用的暗反应。在暗反应过程中，CO2需要与五碳化合物(C5)反应而被固定。(2)表中信息显示，处理7 d、空气湿度较低时，气孔导度较小，胞间CO2浓度较小，推测由于气孔导度小，影响了CO2的吸收，使暗反应速率受到限制，光合速率较低。 (3)处理 14 d 时，高湿度组相较于低湿度组的胞间CO2浓度降低、气孔限制值增大，但叶温要显著低于低湿度组，结合温度会影响酶的活性分析可知，湿度增大，除了气孔导度增大，有利于二氧化碳的吸收以外，还增强了光合作用相关酶的活性，从而促进光合速率的提高。(4) “光合午休”现象出现的原因是中午环境温度高，蒸腾作用旺盛，部分保卫细胞失水而导致气孔关闭，使得CO2的供应不足，暗反应减弱。因此，
根据实验结果分析，在农业生产中可以通过喷灌(增加空气湿度)来降低“光合午休”现象。
17．科学探究是研究生物学的重要方法。为了探究绿色植物的呼吸作用和光合作用，某生物兴趣小组的同学在老师指导下设计了图甲所示的装置，图乙为C装置中叶片在夏季晴朗的一天内呼吸作用和光合作用的变化曲线。请据图回答下列问题(氢氧化钠溶液具有吸收二氧化碳的作用)。
甲 乙
(1)为了确保实验的科学性，该兴趣小组的同学对图甲中的叶片先进行一定时间的暗处理，这样做的目的是 。
(2)图甲所示的实验设计能探究 (至少写两个)等因素对光合作用的影响。
(3)D装置弯玻璃管中红墨水的移动方向是 (填“向左”“向右”或“不动”)。图乙中的曲线
与D装置内叶片的生理活动相对应。
(4)对图甲C装置中的叶片进行脱水称重，欲使得到的质量最大，结合图乙中的曲线分析，应选择 (填图中字母)时左右摘取叶片。
[答案](1)把叶片内原有的营养物质耗尽 (2)水、光照、二氧化碳(写出两个即可) (3)向左 Ⅱ (4)c
[解析](1)“进行一定时间的暗处理”时，无光照，植物只进行呼吸作用而不能进行光合作用，这样可以将叶片中原来储存的营养物质消耗尽，以免原有营养物质对实验结果造成影响。(2)图甲中，对A叶片的处理是割断主叶脉，导管被切断，这样A叶片的左端部分就得不到从根运输来的水分，因此，A叶片的左端和右端部分就形成以是否有水供应为自变量的对照实验；B装置中没有光照，C装置中有光照，二者唯一不同的是有无光照，可用作以光为自变量的对照实验；D装置中有氢氧化钠溶液(吸收二氧化碳)，造成瓶中没有二氧化碳，因此C装置和D装置唯一不同的是有无二氧化碳，可作为以二氧化碳为自变量的对照实验。因此，图甲所示的实验设计能探究水、光照、二氧化碳等因素对光合作用的影响。(3)D装置中叶片进行呼吸作用吸收氧气、释放二氧化碳，而释放的二氧化碳被氢氧化钠溶液吸收了，导致D装置中气体减少，气压降低，因此D装置弯玻璃管中红墨水的移动方向是向左。结合题干信息“图乙为C装置中叶片在夏季晴朗的一天内呼吸作用和光合作用的变化曲线”分析图乙，曲线Ⅰ有活动强度为0的时间段，由于光合作用在有光条件下才能进行，无光条件下不能进行，故曲线Ⅰ表示光合作用的变化曲线，曲线Ⅱ没有活动强度为0的时间段，因此曲线Ⅱ表示呼吸作用的变化曲线。D装置内的叶片不能进行光合作用(二氧化碳被吸收)，而能进行呼吸作用，所以图乙中的曲线Ⅱ与D装置内叶片的生理活动相对应。(4)光合作用制造有机物，光合作用积累的有机物越多，叶片脱水后质量越大。因此，若“对图甲C装置中的叶片进行脱水称重，欲使得到的质量最大”，结合图乙中的曲线分析，应选择c时左右摘取叶片，因为此时植物叶片的光合作用强度等于呼吸作用强度，达到了一天中有机物积累最多的时刻。
18．
利用以下装置可探究某绿色植物的某些生理作用。假如该植物的光合作用的产物和呼吸作用的底物均为葡萄糖，且不能进行产生乳酸的无氧呼吸。回答下列问题。
(1)简述“光反应和暗反应相互依存，不可分割”的原因： 。
(2)可利用装置 来探究该植物的呼吸作用类型(忽略装置内其他微生物的干扰)，此时应对实验装置进行 处理；若 ，则该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸；该植物的根尖细胞内，能产生CO2，但不伴随ATP合成的生理过程是 。
(3)忽略装置内其他微生物的干扰，最好选择装置 来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
[答案](1)光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi(3分) (2)甲和乙 完全遮光 装置甲中的有色液滴向左移，装置乙中的有色液滴向右移(3分) 无氧呼吸的第二阶段 (3)甲和丙
[解析](1)光合作用分为光反应和暗反应两个阶段，光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi。(2)装置甲和乙可以用来探究该植物的呼吸作用类型，为了排除光合作用产生的气体对呼吸作用产生气体的影响，在探究该植物呼吸作用类型时装置应该完全遮光，装置甲内烧杯中盛放氢氧化钠溶液，能够吸收呼吸作用产生的CO2，装置乙内烧杯中盛放水，不能吸收CO2，若装置甲中的有色液滴向左移，装置乙中的有色液滴向右移，则说明该植物在进行有氧呼吸的同时也进行产生酒精和CO2的无氧呼吸。产生酒精的无氧呼吸的第二阶段能产生CO2，但不伴随ATP合成。(3)验证CO2是植物进行光合作用的必需原料时，自变量是有无CO2，装置甲中氢氧化钠溶液吸收掉了CO2，装置丙中的CO2缓冲液可以为植物的光合作用提供CO2，因此可以选择装置甲和丙来验证CO2是植物进行光合作用的必需原料。
19．A、B两种植物的叶片在不同温度下光合速率和呼吸速率如图所示，对照实验是在30 ℃条件下进行的。请回答问题。
(1)当温度超过 ℃后，植物B的呼吸作用就会受抑制；这两种植物中，最可能原产于热带地区的是 。
(2)写出在高温时光合作用受抑制的两个原因：① ；② 。
(3)据图分析，对植物A、B而言， (填“光合作用”或“呼吸作用”)对高温较为敏感，支持这一观点的实验证据是 。
(4)导致植物A叶片细胞受热致死的临界温度约是57 ℃，理由是 。
(5)在其他条件不变的情况下，当气温由40 ℃升至45 ℃的过程中，植物B的叶绿体中ATP的合成速率 (填“增大”“不变”或“减小”)。
(6)水果类植物在生长季节如果长期处于不致死的高温环境中，甜度会较低，参考本研究的结果，说明产生这一现象的可能原因：
。
[答案](1)50 植物A (2)高温时气孔部分关闭，光合作用所需CO2供应不足 相关酶在高温时活性降低甚至变性失活(两空顺序可调换) (3)光合作用 相对于呼吸作用，A、B植物的光合速率在较低温度时就开始下降 (4)此温度左右植物A呼吸速率降到0，细胞死亡 (5)减小(1分) (6)长期处在不致死的高温下，植物光合速率可能下降，而呼吸速率可能仍然很高，所以有机物积累量较少，水果中储存的糖分较少
[解析](1)分析题图可以看出，当温度超过50 ℃后，植物B的呼吸作用就会受抑制；植物A的光合作用和呼吸作用开始下降的温度均较植物B高，所以植物A最可能生活在热带地区。(2)高温时气孔会部分关闭，光合作用所需CO2供应不足；相关酶在高温时活性可能降低，甚至变性失活；高温也可能破坏叶绿体膜等，所以高温会导致光合作用受抑制。(3)从题图中可以看出，两种植物的光合速率均在较低温度下就开始下降，因此光合作用对高温较为敏感。(4)由于57 ℃左右时，植物A叶片细胞呼吸速率降到0，而光合速率在52 ℃左右时就降到0，因此57 ℃左右时叶片细胞已死亡。(5)当温度升高时，相关酶的活性可能下降，因此ATP的合成速率减小。(6)长期处在不致死的高温下，植物光合速率可能下降，而呼吸速率可能仍然很高，所以有机物积累量较少，水果中储存的糖分较少。
20．芦荟属于景天酸代谢植物，它们在夜晚气孔开放，叶肉细胞吸收CO2转变成苹果酸储存在液泡中；到了白天气孔关闭，液泡里的苹果酸逐渐转化并释放CO2，用于光合作用。如图是某兴趣小组设计的测量一盆芦荟光合速率的实验密闭装置(初始时液滴在“0”刻度处，装置温度、周围气压恒定)，已知氧传感器用于测量装置内O2的含量(初始时数据显示屏读数为E)。请回答下列问题：
(1)芦荟夜晚能吸收CO2，却不能进行暗反应的主要原因是缺少暗反应所需的 。关于芦荟叶肉细胞液泡内的pH，夜间 (填“小于”“等于”或“大于”)白天。白天芦荟进行光合作用所需CO2的来源是 (填生理过程)。在自然条件下生长的芦荟，白天突然降低其所处环境中的CO2浓度，则短时间内植物体内C3含量的变化情况是 。
(2)将该装置放于黑暗条件下，液滴 (填“向左移”或“向右移”)；若2 h后测得气体的变化量为20 mL，则该数据所反映生理活动的速率为 mL/h。
(3)若将该装置放于黑暗条件下，1 h后刻度尺读数为N，数据显示屏读数为Q；若将该装置放于适宜光照条件下，1 h后刻度尺读数为M，数据显示屏读数为P。欲测量芦荟在适宜光照条件下的总光合速率，
下列可用的数据有 。
①M-N ②M+N ③P-Q ④P+Q
[答案](1)ATP、[H] 小于 有氧呼吸第二阶段(丙酮酸的分解)和苹果酸转化(2分) 不变 (2)向左移 10 (3)①③(2分)
[解析]本题考查光合作用和呼吸作用的相关知识，要求考生能够从题干中获取有效的信息，并理解实验装置中各部分的原理，要求考生能够运用数学方法分析实验装置测得的数据，体现了科学思维和科学探究等核心素养。(1)夜晚没有光照，芦荟叶肉细胞中不能进行光反应，无法为暗反应提供ATP、[H]，导致暗反应不能进行。由题干信息可知，夜间芦荟叶肉细胞合成苹果酸并将其储存在液泡中，白天液泡中的苹果酸发生转化并释放CO2用于光合作用，故可推知夜间芦荟叶肉细胞液泡内的pH小于白天。白天芦荟叶肉细胞液泡里的苹果酸逐渐转化可为芦荟光合作用提供CO2，同时有氧呼吸第二阶段中丙酮酸的分解也可为芦荟光合作用提供CO2。白天芦荟气孔关闭，不受外界CO2浓度的影响。(2)装置内CO2浓度稳定，黑暗条件下装置气体体积变化是由呼吸作用消耗O2导致的，故液滴向左移。此时测量的数据反映的是呼吸量，2 h后测得气体的变化量为20 mL，即2 h呼吸作用消耗O2量为20 mL，则呼吸速率为20/2=10 mL/h。(3)将该装置放于黑暗条件下，液滴会左移，此时测量的数据可用于表示呼吸速率；将该装置放于适宜光照条件下，液滴会右移，此时测量的数据可用于表示净光合速率。总光合速率=呼吸速率+净光合速率，所以为了测量芦荟在适宜光照条件下的总光合速率，可用的数据有M-N(N为负值)和P-E+E-Q=P-Q。
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