第05讲 光合作用及光合呼吸的联系-【寒假衔接讲义】高一生物寒假讲义练习

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绿叶中色素的提取和分离
【基础巩固】
实验原理：
提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂 无水乙醇 中
分离：不同色素在 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的快，反之则慢。分离方法： 纸层析法 。
实验步骤
SiO2作用：破坏细胞结构，使叶片研磨更充分；CaCO3作用：防止研磨中色素被破坏。
分离结果
滤纸条上观察到 4 条色素带，自上而下依次是 胡萝卜素 、 叶黄素 、
叶绿素a 和 叶绿素b 。可知 胡萝卜素 的溶解度最高， 叶绿素b 的
溶解度最低； 叶绿素a 的含量最多。
注意事项
5、提取和分离现象异常原因分析
（1）收集到的滤液绿色过浅
原因：①未加 SiO2 ，研磨不充分；
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)含量 较低 ；
③一次加入大量的 无水乙醇 ，提取浓度太低；
④未加 CaCO3 或加入过少，色素分子被破坏。
（2）滤纸条看不见色素带
原因：①忘记画 滤液细线 ；
②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。
滤纸条色素带重叠
原因：①滤液细线画的 不直 。
6、捕获光能的色素
(1)绿叶中的色素包括 叶绿素 和 类胡萝卜素 两大类，其中 叶绿素 含量最多(约占3/4)。
叶绿素分为 叶绿素a 和 叶绿素b ，类胡萝卜素分为 胡萝卜素 和 叶黄素 。
叶绿素主要吸收 蓝紫光 和 红光 ，类胡萝卜素主要吸收 蓝紫光 。叶绿素对 绿光 吸收量最少，绿光被反射出来，所以叶片呈现绿色。色素只能吸收 可见光 进行光合作用。
【考点剖析】
1．为研究光照强度对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，下图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。下列叙述不正确的是（ ）
A．将5克新鲜菠菜叶剪碎后，放入研钵中，加入碳酸钙、二氧化硅和无水乙醇后加以研磨，强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰值的波长不同，滤纸上相邻色素带间距离最小的是叶绿素a与叶绿素b
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次，把画好滤液细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能浸没在层析液中
【答案】D
【分析】分析题图：滤纸条从上到下依次是：Ⅰ胡萝卜素、Ⅱ叶黄素、Ⅲ叶绿素a（最宽）、Ⅳ叶绿素b（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关。
【详解】AB、据图可知，强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照，A、B正确；
C、色素Ⅲ是叶绿素a、Ⅳ是叶绿素b，叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的吸收峰波长不同，滤纸上相邻色素带间距离最小的是叶绿素a与叶绿素b，C正确；
D、分离色素时画滤液细线时，重复画线操作应在前一次画线晾干后再进行重复操作，滤液细线不能触及层析液，以避免色素溶解，D错误。
故选D。
2．（多选题）下图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行的实验流程，相关叙述正确的是（ ）
A．提取叶绿体中色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同
B．两组实验的结果①中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色
C．两组实验的结果②中吸收光谱最明显的差异出现在红光区域
D．在做提取韭黄色素的实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响很大
【答案】BC
【分析】绿叶中色素的提取和分离实验的原理：色素能溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇来提取色素；四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，随着层析液扩散的速度越快，否则越慢，所以能用层析液将四种色素分离。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
【详解】A、四种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，随着层析液扩散的速度越快，否则越慢，所以能用层析液将四种色素分离，而提取色素是利用无水乙醇可以溶解色素，A错误；
B、韭黄中基本没有叶绿素，“结果①”中共有的色素带是胡萝卜素和叶黄素，它们的颜色分别是橙黄色和黄色，B正确；
C、叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在红光区域，C正确；
D、碳酸钙可以保护叶绿素，而韭黄几乎不含叶绿素，因此在做提取韭黄色素的实验时，不加碳酸钙对滤液颜色的影响不大， D错误。
故选BC。
3．下面是甲、乙、丙三位同学进行“绿叶中色素的提取和分离”实验的过程，请分析回答下列问题:
(1)甲同学选用新鲜菠菜的绿色叶片进行实验，在滤纸上出现了四条清晰的色素带，甲同学分离色素的方法是___，滤纸条上色素带位置的不同主要取决于___。
(2)乙同学将5g新鲜完整的菠菜叶放在研钵中，加入二氧化硅后，迅速研磨成糊状，发现糊状的研磨液呈现浅绿色，其原因是___（写出2点）。在提取滤液中的色素时，将收集到滤液倒入试管后，为了防止滤液中挥发性物质的大量挥发，应该采取的措施有___。
(3)丙同学想探究蔬菜的不同叶片在叶绿素含量上的区别，分别选择了新鲜菠菜的“绿叶”“嫩黄叶”做“绿叶中色素的提取和分离”实验，色素层析结果如下图所示，请根据实验结果推测:“绿叶”组的滤纸条是___（填字母），判断依据是______。
【答案】(1) 纸层析法 色素在层析液中溶解度的大小
(2) 菠菜叶片研磨前没有剪碎；没有在研钵中加入碳酸钙和无水乙醇，叶绿素分子受到破坏，色素没有溶解在乙醇中被提取出来 及时用棉塞将试管口塞严
(3) A A中的叶绿素a带和叶绿素b带较宽
【分析】绿叶中色素的提取和分离实验，提取色素时需要加入无水乙醇（溶解色素）、石英砂（使研磨更充分）和碳酸钙（防止色素被破坏）；分离色素时采用纸层析法，原理是色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，最后的结果是观察到四条色素带，从上到下依次是胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
【详解】（1）甲同学分离色素用的是纸层析法；色素在层析液中的溶解度不同，其随着层析液向上扩散的速度不同，就位于色素带的不同位置，因此滤纸条上色素带位置的不同主要取决于色素在层析液中溶解度的大小。
（2）在色素的提取过程中，二氧化硅能使研磨更加充分，碳酸钙则可防止色素在研磨过程中被破坏，无水乙醇可以把色素溶解并提取出来。乙同学加入了二氧化硅但是研磨液呈现浅绿色的糊状原因很可能是菠菜叶片研磨前没有剪碎；没有加入碳酸钙和无水乙醇，叶绿素分子受到破坏，色素没有溶解在乙醇中被提取出来。由于有机溶剂容易挥发，所以迅速研磨、及时用棉塞将试管口塞严或用培养皿盖住小烧杯。
（3）A滤纸条中的最下方两条色素带蓝绿色的叶绿素a带和黄绿色的叶绿素b带较宽，说明叶绿素含量高的是A“绿叶”组，蓝绿色的叶绿素a带和黄绿色的叶绿素b带较窄的，说明叶绿素含量低是B嫩黄叶组。
光合作用
【基础巩固】
1、概念：光合作用是指绿色植物通过 叶绿体 ，利用 光能 ，将 二氧化碳和水 转化成储存着能量的 有机物 ，并且释放出 氧气 的过程。
2、实质：合成 有机物 ，储存 能量
3、反应式：
4、探究历程
(1)恩格尔曼实验证明：O2是 叶绿体 释放出来的， 叶绿体 是绿色植物进行光合作用的场所。
实验设计的妙处：
①实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈 螺旋带 状,便于观察；用需氧细菌可确定释放 氧气 多的部位。
②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了 氧气和光 的干扰。
③实验对照设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组 对照实验 。
鲁宾和卡门实验证明：光合作用释放的O2全部来自 水 ，实验方式是 同位素标记法 。
（3）卡尔文用 14C 标记的14CO2供小球藻(一种绿藻，真核生物)进行光合作用，然后追踪检测其放射性。实验探明了 CO2中的碳 在光合作用中转化成 有机物中碳 的途径(即卡尔文循环)。
5、过程
（1）[H]和ATP的移动方向 类囊体薄膜→叶绿体基质 。
（2）光合作用的 光 反应合成ATP， 暗 反应消耗ATP，且光反应产生的ATP只能用于 暗反应 。
暗反应生成的(CH2O)中的能量直接来源于 ATP和NADPH 。
6、条件变化对物质含量的影响
【考点剖析】
1、图为某植物光合作用过程示意图。请回答：
(1)该反应生成的（CH2O）中的能量直接来源于____。CO2经过C5固定并被还原形成三碳糖后，其中一部分三碳糖再生成C5的反应称为____循环。
(2)若突然停止光照，则短时间内④的含量将____（填增加、减少或不变）。利用纸层析法提取分离叶绿体中光合色素时，距离划线最近的色素带名称是____；若缺少该色素，则植株对____（颜色）光的吸收能力会减弱。
(3)研究发现，植物的Rubisc酶具有“两面性”，CO2浓度较高时，该酶催化C5与CO2反应，完成光合作用；O2浓度较高时，该酶催化C5与O2反应，产物经一系列变化后到线粒体中会产生CO2，这种现象称为光呼吸。Rubisc酶的存在场所为____，Rubisc酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应，这与酶的专一性相矛盾，其“两面性”可能因为在不同环境中酶____发生变化导致其功能变化。在植物长期处于高浓度14CO2环境中时，Rubisc酶所催化反应的产物是____。
【答案】(1) ATP和NADPH 卡尔文
(2) 减少 叶绿素b 红光和蓝紫光
(3) 叶绿体基质 空间结构 14C3
【分析】光合作用包括光反应和暗反应阶段：
1、光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的。叶绿体中光合色素吸收的光能将水分解为氧和H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+）结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。还原型辅酶Ⅱ作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP。
2、暗反应在叶绿体基质中进行，在特定酶的作用下，二氧化碳与五碳化合物结合，形成两个三碳化合物。在有关酶的催化作用下，三碳化合物接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。一些接受能量并被还原的三碳化合物，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的三碳化合物，经过一系列变化，又形成五碳化合物。
①表示氧气；②表示[H]；③表示ATP；④表示C3；⑤表示C5。
【详解】（1）光反应产生的NADPH和ATP是暗反应中将CO2还原为（CH2O）的直接能源来源，CO2经过C5固定并被还原形成三碳糖后，其中一部分三碳糖再生成C5的反应称为卡尔文循环。
（2）④表示C3，若突然停止光照，NADPH和ATP减少，被还原的C3减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故在短时间内C3的含量将增加。色素分离原理：叶绿体中的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，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢．根据这个原理就可以将叶绿体中不同的色素分离开来，四条色素带从上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。距离划线最近的色素带名称是叶绿素b，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
（3）题意显示Rubisc酶能催化C5与CO2反应，该反应进行的场所是叶绿体基质，故该酶存在场所应为叶绿体基质，Rubisc酶既可催化C5与CO2反应，也可催化C5与O2反应，根据结构与功能相适应的原理可知，其“两面性”的原因可能是在不同环境中酶空间结构发生变化导致的。根据CO2浓度较高时，Rubisc酶催化C5与CO2反应生成C3，故在植物长期处于高浓度14CO2环境中时，Rubisc酶所催化反应的产物是14C3。/、
2、通过光合作用合成淀粉大约需要50多个步骤。人工合成淀粉的过程大致是先进行化学反应——利用高密度电/氢能（由低密度太阳能转化而来）将二氧化碳还原为一碳化合物，再进行生物反应——将一碳化合物聚合为三碳化合物、六碳化合物（即葡萄糖）直至长链淀粉分子。如图表示甲、乙两种植物在光合作用的最适温度下，不同光照强度时的净光合速率曲线。
回答下列问题。
(1)根据题干信息可知，高密度电/氢能的来源是_____。植物细胞内二氧化碳还原的场所是_____，在此结构内发生的反应包括_____。
(2)有人称光合作用是地球上最重要的化学反应，其原因是_____。
(3)由图可知，在光照较弱时，生长受到显著影响的是_____（填“甲植物”或“乙植物”），原因是_____。若提高环境温度，甲、乙两种植物的光合速率_____（填“下降”“上升”“不变”或“不确定”）。
【答案】(1) 太阳能 叶绿体基质 二氧化碳的固定和三碳化合物的还原
(2)光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径
(3) 甲植物 在光照强度低于6klx时，甲植物的净光合速率低于乙植物的净光合速率 下降
【分析】据图分析，本实验的自变量是光照强度和植物类型，因变量是净光合速率，据此分析作答。
【详解】（1）由题干信息可知，高密度电/氢能的来源是太阳能（由低密度太阳能转化而来）；植物细胞内二氧化碳还原的场所是叶绿体基质；在叶绿体基质内发生的反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原。
（2）光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径，故有人称光合作用是地球上最重要的化学反应。
（3）在光照强度低于6klx时，甲植物的净光合速率低于乙植物的净光合速率，因此在光照强度较弱时，甲植物的生长受到显著影响；题图表示甲、乙两种植物在光合作用的最适温度下，不同光照强度时的净光合速率曲线，因此若提高环境温度，甲、乙两种植物的光合速率均下降。
光合作用的影响因素
【基础巩固】
影响光合作用强度的内因：光合色素的含量、酶是数量和活性
影响光合作用强度的外因：光照强度、CO2 浓度、温度、水、矿质元素
光合速率与光照强度的关系
(1)原理：影响 光反应 阶段，制约 [H]和ATP 的产生，进而制约 暗反应 阶段。
(2)曲线分析
在一定范围内，光合速率随光照强度的升高而加快，超过这一范围后，光合速率达最大值并保持不变。
①A点： 黑暗 环境，植物只进行 呼吸 作用消耗有机物。此时，细胞从外界吸收 O2 ，并放出 CO2 。A点后有光照，植物光合作用和呼吸作用都进行，叶肉细胞中合成ATP的场所有 细胞质基质 、 线粒体 、 叶绿体 。
②AB段：弱光，随着光照强度增大，光合作用也逐渐增大，CO2释放量逐渐减少，植物呼吸速率 大于 光合速率，即植物呼吸作用有机物消化量 大于 光合作用有机物制造量，植物体不能积累有机物。
③B点：对应光照强度称为 光补偿点 ，植物光合速率 等于 呼吸速率，即植物光合作用有机物制造量 等于 呼吸作用有机物消化量，此时，细胞呼吸产生的CO2全部用于 光合 作用，光合作用产生的O2全部用于 呼吸 作用，植物不与外界进行气体交换。
④B点后：强光，光合速率 大于 呼吸速率，即植物光合作用有机物制造量 大于 呼吸作用有机物消化量，植物体能积累有机物。
⑤E点：称为 光饱和点 ，含义是 光合速率达最大值时的最小光照强度 。
⑥限制光合速率的环境因素(外因)：AB段： 光照强度 ；C点后：主要是 CO2浓度、温度 。
⑦阴生植物的光补偿点和光饱和点都比阳生植物的 低 。
总光合速率、净光合速率、呼吸速率
①净光合速率：用 光照 下，单位时间内 CO2吸收量 、 O2释放量 或 有机物积累量 表示。
②呼吸速率：用 黑暗 环境中，单位时间内 CO2释放量 、 O2吸收量 或 有机物消耗量 表示。
③总光合速率：用单位时间内 CO2利用量 、 O2产生量 或 有机物生成量 表示。
三者关系： 总光合速率 ＝ 净光合速率 ＋ 呼吸速率 。
图中：A表示 净光合速率 ，B表示 呼吸速率 ，C表示 总光合速率 。
（5）应用：合理密植、间作套种、
CO2浓度与光照强度的关系
原理：通过影响 暗反应 影响光合作用，一定范围内，CO2浓度越高，光合作用速率越高。
曲线分析
应用：多施农家肥或有机肥；温室栽培植物时还可使用CO2发生器等；大田中还要注意通风透气。
夏季一天中，绿色植物光合作用强度变化：
【考点剖析】
1．米研究小组为了探究鄂西北的夏日晴天中午时气温和相对湿度对甲品种小麦净光合作用的影响，将生长状态一致的甲品种小麦植株分为五组，第一组在田间生长作为对照组，第二组至第五组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的净光合速率，各组实验处理及结果如表所示：
备注：在同一温度下的呼吸速率相等
根据本实验结果，（ ）A．中午时，相对湿度对甲品种小麦净光合速率影响大于气温的影响
B．与第二组相比，第三组小麦的气孔的开放程度大，吸收CO2速率快
C．与第三组相比，第四组小麦真光合作用酶的活性较高
D．适当提高第五组气候室的环境温度能提高小麦的净光合速率
【答案】C
【分析】据表分析：对照组、实验组一、实验组二的自变量是相对湿度，根据实验结果可知，相对湿度越大，小麦光合速率越大；实验组二、实验组三、实验组四的自变量是温度，适当提高温度可增加酶的活性，提高光合速率。
【详解】A、根据本实验结果可知，相同温度条件下，小麦光合速率随相对湿度的增加而明显加快，但相对湿度相同时，小麦光合速率随温度的变化不明显，由此推知中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是相对湿度，A正确；
B、比较实验组二、三可推知，相对湿度增大，光合速率较高与气孔的开放程度大，吸收CO2快有关，B正确；
C、比较实验组三、四可推知，第四组小麦的净光合速率大于第三组，但第四组30℃时的呼吸速率可能小于第三组35℃时，所以不能确定第三组与第四组真光合速率（=净光合速率+呼吸速率）的大小，C错误；
D、比较实验组三、四、五可推知，小麦光合作用的最适温度在30℃左右，而第五组的25℃还远低于最适温度，所以在实验组中，若适当提高第五组的环境温度能提高小麦净光合速率，D正确。
故选C。
2．下图是夏季连续两天内，某植物整体光合速率的日变化曲线图，S1-S5表示曲线与横轴围成的面积，由图不能得出的结论是（ ）
A．分析曲线变化趋势的不同，推测造成S2、S4面积差异的因素最可能是光照强度
B．MN段CO2释放量波动明显，主要原因是夜间温度的变化影响了呼吸酶的活性
C．在B、I点时，该植物叶肉细胞光合作用固定的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量
D．若该植物经过这两昼夜仍能生长，则S2+S4【答案】D
【分析】净光合作用速率=总光合作用速率-呼吸作用速率。影响光合作用的外界因素有光照强度、温度、CO2浓度、矿质元素、水等。
【详解】A、分析曲线变化趋势，第2天存在光合午休现象（FGH段），而第1天没有出现，可知第1天可能是阴天，第2天是晴天，推测造成S2、S4面积差异的因素最可能是光照强度，A不符合题意；
B、MN段是夜晚，没有光照，CO2的释放量来自于细胞呼吸，CO2释放量波动明显，主要原因是夜间温度的变化影响了呼吸酶的活性，B不符合题意；
C、在B、I点时，植物的CO2的吸收量（释放量）是0，即植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，植物通常叶肉细胞进行光合作用，但所有细胞都进行细胞呼吸，该植物叶肉细胞光合作用固定的CO2量大于呼吸作用释放的CO2量，C不符合题意；
D、若该植物经过这两昼夜仍能生长，则光合作用合成的有机物大于呼吸作用分解的有机物，则S2+S4>S1+S3+S5，D符合题意。
故选D。
3、某小组利用草莓对影响光合作用的因素及果实发育期光合产物的转移进行了相关实验。下图1表示在最适温度及其它条件保持不变的条件下，草莓叶肉细胞CO2释放量随光照强度变化的曲线；下图2表示在适宜条件下，向密闭温室中充入一定量14CO2后，草莓叶片、茎、果实的放射性含量随时间变化的曲线。回答下列问题：
(1)图1中A点表示的含义是叶肉细胞的______________，此时植物细胞产生ATP的场所是______________。
(2)如果图1中D点突然变为C点时，短时间内五碳化合物的含量将______________（填“增加”或“减少”）。光照强度过高时草莓的光合速率反而降低，其原因是______________。
(3)由图2可知，有机物在草莓各器官间的转移路径为______________。（用文字和箭头表示）
(4)用该植物为材料，进行“探究环境因素对光合作用的影响”实验，在测量净光合作用速率时可以用单位时间单位叶面积的O2释放量表示，另外还可以用表示______________（答出两点）。
【答案】(1) 呼吸速率 细胞质基质、线粒体
(2) 减少 光照强度过高，导致草莓叶片气孔关闭，CO2含量降低，暗反应速率下降，进而导致光合速率下降
(3)叶片→茎→果实
(4)单位时间单位叶面积的CO2吸收量、单位时间单位叶面积的有机物积累量
【分析】1、图1是叶肉细胞CO2释放量随光照强度变化的曲线：自变量是不同光照强度，因变量是CO2的释放量和CO2的吸收量。A点只有细胞呼吸，B点光合速率=呼吸速率，B点之后光合速率大于呼吸速率，D点为光饱和点。
2、光照和CO2浓度变化对细胞中C3、C5含量的影响：细胞中C3的含量取决于C3的生成速率和C3的消耗速率。C3的生成通过CO2的固定实现，C3的消耗通过C3的还原实现。由CO2+C5→2C3知，C3、C5含量的变化相反。
【详解】（1）图1中A点光照强度为0，CO2的释放量为最大值，此时叶肉细胞只进行细胞呼吸。细胞呼吸的过程发生在细胞质基质和线粒体中，CO2的释放量可以反映呼吸速率，此时植物细胞产生ATP的场所是细胞质基质、线粒体。
（2）当D点突然变为C点时，光照强度减弱，在短时间内C3的还原变慢，而CO2的固定几乎不变，故短时间内五碳化合物的含量将出现减少。光照强度过高，会导致草莓叶片气孔关闭，CO2含量降低，暗反应速率下降，进而导致总光合速率下降。
（3）由图2放射性出现的先后顺序可知，有机物在草莓各器官间的转移路径为叶片→茎→果实。
（4）测定绿色植物净光合作用速率时，将绿色植物置于光下，测定单位时间、单位叶面积的O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量来表示。因此，除了用单位时间单位叶面积的O2释放量表示净光合作用速率外，也可以用单位时间单位叶面积的CO2吸收量、单位时间单位叶面积的有机物积累量表示。
化能合成作用
【基础巩固】
1、概念：利用体外环境中的某些 无机物氧化 时所释放出的能量(化学能)来制造 有机物 。
2、实例：生活在土壤中的硝化细菌，能将土壤中的 氨(NH3) 氧化成亚硝酸(HNO2)，进而将亚硝酸(HNO2)氧化成 硝酸(HNO3) 。硝化细菌能够利用这两个化学反应中释放出的 化学能 ，将 二氧化碳和水 合成为糖类，维持自身生命活动。
【考点剖析】
1．科学家在我国腾冲热泉中分离得到硫细菌，这些细菌通过氧化硫化物和还原CO2来制造有机物。下列关于硫细菌的表述，错误的是（ ）
A．硫细菌和硝化细菌的同化作用类型均为自养型
B．硫细菌能利用化学能将CO2和水合成糖类
C．硫细菌拟核中含有环状DNA
D．硫细菌的生物膜系统实现细胞的区室化和功能专一化
【答案】D
【分析】1、硫细菌属于原核生物，其能通过化能合成作用合成有机物，属于自养型生物。
2、生物膜系统的概念：内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等细胞器膜和核膜、细胞膜等结构共同构成细胞的生物膜系统。
3、生物膜系统的功能：（1）保证内环境的相对稳定，对物质运输、能量转换和信息传递等过程起决定作用。（2）为多种酶提供附着位点，是许多生物化学反应的场所。（3）生物膜将细胞区室化，保证细胞生命活动高效、有序地进行。
【详解】A、硫细菌和硝化细菌都能通过氧化无机物释放能量来还原CO2来制造有机物，同化作用类型均为自养型，A正确；
B、据题意可知，硫细菌通过氧化硫化物产生化学能将CO2和水合成糖类，B正确；
C、硫细菌是原核生物，原核细胞没有细胞核，在拟核中含有环状DNA，C正确；
D、硫细菌是原核生物，原核细胞只有细胞膜这个生物膜，不具有生物膜系统，D错误。
故选D。
2．硝化细菌可以将空气中的NH3氧化成硝酸，并利用上述氧化过程释放的能量合成有机物，下列说法错误的是（ ）
A．硝化细菌和蓝细菌一样属于自养型生物
B．硝化细菌是好氧型细菌，细胞内存在线粒体等能量相关的细胞器
C．硝化细菌可以增加土壤中可利用的氮素营养
D．不同细菌的营养方式不同，体现了细胞的多样性
【答案】B
【分析】化能合成作用：自然界中少数种类的细菌，虽然细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，这种合成作用，叫做化能合成作用，这些细菌也属于自养生物。
【详解】A、硝化细菌属于化能合成型细菌，蓝细菌含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用，两者都属于自养型生物，A正确；
B、硝化细菌属于原核生物，不含线粒体，B错误；
C、硝化细菌可以利用体外环境中的某些无机物氧化时释放的化学能来制造有机物，将NH3转化为NO3-，可以提高土壤中的氮素营养，有利于植物的生长，C正确；
D、不同细菌的营养方式不同，体现了细胞的多样性，D正确。
故选B。
光合作用与呼吸作用的联系
【基础巩固】
1、物质和能量的联系
元素转移路线：
如果给绿色植物浇灌 H218O ，能在(CH2O)中能检测得到 18O 吗？
能，H2O → CO2 →C3 →（CH2O）
总光合速率、净光合速率、呼吸速率的测定方法
气体体积变化法
①装置中溶液的作用：NaOH溶液可 吸收容器中的CO2 ；NaHCO3溶液可 提供CO2 ，保证了容器内 CO2浓度的恒定 。
②测定原理
a在 黑暗 条件下甲装置中的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 吸收O2的速率 ，可代表 呼吸速率 。
b在 光照 条件下乙装置中的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 。
黑白瓶法
①原理：黑瓶”不透光，测定的是 有氧呼吸量 ；“白瓶”透光，给予光照，测定的是 净光合作用量 。
②计算方式：
a有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量(或CO2的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量(或CO2的减少量)为 净光合作用 量；二者之和为真正光合作用量。
b没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝真正光合作用量
【考点剖析】
1.（多选题）为研究有机物的积累对苹果叶片光合作用的影响，研究人员将B组苹果叶片上下的枝条进行环割处理(如图1)以阻断有机物的运输，A组不作处理。然后在白天不同时间测定两组叶片净光合速率的变化，实验结果如图2所示。下列说法正确的是（ ）
A．5时B组苹果叶片叶肉细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体
B．分析图2可知，13时B组苹果叶片内有机物的含量最高
C．7时后B组净光合速率明显低于A组，说明叶片中有机物积累会抑制光合作用的进行
D．图2A、B两组曲线的两个峰值中，下午的峰值均比上午低，可能与上午光合作用较强，积累了有机物有关
【答案】ACD
【分析】1、B组苹果叶片上下枝条进行环割处理使有机物不能运输，A组苹果不作处理则组中有机物不能往外输出。
2、根据图2分析，图中CO2吸收量代表净光合速率，在虚线之上积累有机物，虚线以下消耗有机物。
【详解】A、5时B组净光合速率为0，即光合速率与呼吸速率相等，此时B组叶肉细胞内产生ATP的场所有线粒体、细胞质基质和叶绿体，A正确；
B、11~13时，B组叶片的净光合速率已小于0，这段时间光合速率小于呼吸速率，有机物被不断消耗，故13时B组苹果叶片内有机物的含量并非最高，B错误；
C、根据题意分析，B组苹果叶片上下的枝条进行环割处理，其光合产物不能及时输出，7时后B组净光合速率明显低于A组，说明叶片中光合产物的积累会抑制光合作用的进行，C正确；
D、若上午光合作用较强，积累了有机物，而有机物的积累会抑制下午光合作用的进行，从而会导致A、 B两组曲线中，下午的峰值比上午低，D正确。
故选ACD。
2．研究人员对处于生长期的A、B两种绿色植物进行实验探究。如图1表示植物A与植物B的净光合速率随CO2浓度变化的实验结果，图2是探究光照强度对植物B光合速率的影响，在获取的植物B的叶圆片中，选取大小、颜色相同的叶圆片若干，放在含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，检测叶圆片开始上浮的时间。请回答下列问题：
(1)图1所示实验的自变量是_____。
(2)图1所示实验，在其他条件适宜情况下，若将植物B培养在缺镁的环境中，则a点将向_____移动。当CO2浓度为b时，植物A叶肉细胞中合成ATP场所为________。
(3)如果将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，则_____（“植物A”或“植物B”）先停止生长。
(4)将10片叶圆片投放于含有适宜浓度的NaHCO3溶液的烧杯中，如图2所示。如果降低NaHCO3溶液的浓度，短时间内叶圆片内C3含量会_____，因为_________，开始叶圆片沉在烧杯底部，将烧杯置于适宜光照条件下一段时间，发现叶圆片上浮，上浮的原因是_____。
【答案】(1)CO2浓度和植物种类
(2) 右 细胞质基质、线粒体、叶绿体
(3)植物B
(4) 减少 NaHCO3溶液的浓度降低，导致CO2浓度降低，CO2的固定速率下降，生成的C3减少，而短时间内C3还原速率不变，所以C3含量减少 叶圆片细胞光合作用大于呼吸作用，释放氧气，细胞间隙氧气积累，叶圆片上浮
【分析】1.叶圆片进行光合作用，释放出的O2多于呼吸作用消耗的O2，叶圆片细胞间隙中的O2积累，使叶圆片上浮。利用注射器抽出细胞间隙的空气，可加快叶圆片的下沉速度。
2.由题意可知，图2的实验目的是探究光照强度与光合速率的关系，实验的自变量是光照强度，可以通过改变台灯和烧杯之间的距离控制自变量，随着距离增加，光照强度减弱，光合作用强度降低，气泡产生的速率下降。
【详解】（1）图1表示植物A与植物B的净光合速率随CO2浓度变化的实验，因此自变量是CO2浓度和植物种类。
（2）若将植物B培养在缺镁的环境中，则叶绿素合成不足导致光合速率降低，而a点为CO2的补偿点，即光合速率与呼吸速率相等，缺镁后，由于温度不变，呼吸速率不变，因此只有在更高CO2浓度的条件下，光合速率才能与呼吸速率相等，故a点右移。当CO2浓度为b时，植物A叶肉细胞中同时进行光合作用和呼吸作用，因此此时合成ATP场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体。
（3）由于植物A能利用较低浓度的CO2，所以当容器中CO2浓度降低到一定程度后，首先受影响的是植物B，如果将植物A、B种植在同一个密封无色并给予适宜光照的玻璃容器中，则植物B先停止生长。
（4）如果降低NaHCO3溶液的浓度，导致CO2浓度降低，CO2的固定速率下降，生成的C3减少，而短时间内C3还原速率不变，所以C3含量减少，故短时间内叶圆片内C3含量会减少，开始叶圆片沉在烧杯底部，将烧杯置于适宜光照条件下一段时间，发现叶圆片上浮，这是因为叶圆片细胞光合作用大于呼吸作用，释放氧气，细胞间隙氧气积累，导致叶圆片上浮。
【跟踪检测】
一、单选题
1．下图为某同学做“光合色素的提取与分离”实验的改进装置，下列叙述错误的是（ ）
A．研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被破坏
B．应向培养皿中倒入层析液
C．应将滤液滴在b处，而不能滴在a处
D．实验结果应是得到四个不同颜色、不同大小的同心圆
【答案】C
【分析】提取的原理：色素可以溶解在有机溶剂中。分离的原理：不同色素在有机溶剂中的溶解度不同。因为不同色素在有机溶剂中的溶解度不同，所以在层析液中溶解度大的，随层析液上升快，所以四种色素会分开。
【详解】A、研磨时细胞破裂，细胞内容物为酸性，会破坏叶绿素，加入CaCO3可以中和酸性物质，防止叶绿素被破坏，A正确；
B、应向培养皿中倒入层析液，使层析液沿着灯芯扩散，从而使色素分离，B正确；
C、可以将滤液滴在b处，也可以滴在a处，C错误；
D、实验结果应是得到四个不同颜色、不同大小的同心圆，从外向内依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，D正确。
故选C。
2．光合作用实现了生态系统中有机物的生产，下列对光合作用生产有机物过程的叙述，错误的是（ ）
A．光反应的产物是O2、H⁺和e⁻
B．碳反应不需要光的直接参与，但是需要光反应的支持
C．光反应和碳反应都是吸能过程
D．光合作用实现了固定太阳能并将CO2还原为糖
【答案】A
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成．光合作用的碳反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】A、光反应包括水的光解和ATP的形成，因此产物有O2、[H]、ATP，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，其中水光解的产物是O2、H+和e⁻，A错误；
B、碳反应不需要光的直接参与，但是需要光反应产生的还原氢和ATP的参与，B正确；
C、光反应吸收光能形成ATP，碳反应将ATP中活跃的化学能储存在有机物中，因此光反应和碳反应都是吸能过程，C正确；
D、光合作用通过光反应过程把光能转变成ATP中活跃的花学能，碳反应过程中将ATP中的活跃的花学能转变成有机物中稳定的化学能，并将二氧化碳固定下来转变成有机物，可见光合作用是最基本的物质代谢和能量代谢，通过光合作用实现了固定太阳能并将CO2还原为糖的过程，D正确。
故选A。
3．用培养液栽培大豆幼苗，提供大豆幼苗生长发育所需的最适条件。当改变条件时，相关叙述正确的是（ ）
A．减少 CO2 供应会暂时引起叶绿体中C5/C3 值增加
B．将白光变为绿光会暂时引起叶绿体中 ATP/ADP 值增加
C．增加光照强度会使大豆幼苗有机物积累速率增加
D．降低培养液中镁的含量后大豆叶片中叶黄素含量将降低
【答案】A
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，①光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH与氧气，以及ATP的形成；②光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能把二氧化碳和水转变成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。
【详解】A、减少CO2供应会使C3合成速率下降，同时，C3的还原正常进行，故短时间内C3相对含量下降，C5/C3值增加，A正确；
B、光合色素几乎不吸收绿光，将白光变为绿光会使光反应减弱，合成的ATP减少 ，ATP/ADP值减小，B错误；
C、达到光饱和点后，增加光照强度不会使大豆幼苗有机物积累速率增加，C错误；
D、镁是组成叶绿素的成分，降低培养液中镁的含量会使大豆叶片中的叶绿素含量下降，从而导致叶黄素相对含量升高，D错误。
故选A。
4．叶绿体在细胞中的分布和位置受到动态调控称为叶绿体定位。光照强度稳定时，叶绿体的分布和位置不呈现明显的变化。化学处理破坏细胞内的微丝后，叶绿体定位出现异常。野生型拟南芥（WT）呈深绿色，对叶片的一部分（整体遮光，中间留出一条窄缝）强光照射1h后，被照射的窄缝处变成浅绿色，过程如下图。下列表述错误的是（ ）
A．光学显微镜下可见到呈椭球形、球形的叶绿体
B．强光下浅绿色叶片条带的出现，是因叶绿体的位置和分布发生了变化
C．叶绿体的运动和位置的维持，可能需要借助微丝的作用
D．强光下叶绿体移到两侧，有利于叶肉细胞更充分地吸收光能
【答案】D
【分析】叶绿体是含有绿色色素（主要为叶绿素 a、b）的质体，为绿色植物进行光合作用的场所，存在于高等植物叶肉、幼茎的一些细胞内，藻类细胞中也含有。叶绿体的形状、数目和大小随不同植物和不同细胞而异。
【详解】A、叶绿体形态各异，有椭球形、球形等形状，在光学显微镜下可见，A正确；
B、当光照强度很高时，叶绿体移动到细胞侧面，减少光照，故强光下浅绿色叶片条带的出现，是因叶绿体的位置和分布发生了变化，B正确；
C、由题目可知“化学处理破坏细胞内的微丝后，叶绿体定位出现异常”，所以可推知叶绿体的移动和位置的保持需要借助微丝的作用，C正确；
D、当光照较弱时，叶绿体汇集到细胞顶面，以接收更多的光照，当光照强度很高时，叶绿体移动到细胞侧面，减少光照，D错误。
故选D。
5．农业生产中，农民会采取一些措施来提高农作物的产量。下列措施不能达到增产目的的是（ ）
A．对温室中的作物，白天适当升高温度，夜间适当降低温度，“小暑不种薯，立伏不种豆”说明不同的植物生长需要的环境条件不同
B．种植玉米时，尽量缩小株距和行距，以增加玉米植株的数量，“玉米带大豆，十年九不漏”描述的是玉米和大豆间作，可以增加产量
C．油菜植株发育过程中，及时去掉油菜下部衰老变黄的叶片
D．在初夏晴天中午，对温室大棚通风或施放干冰，“有收无收在于水，收多收少在于肥。”说明了植物的生长和发育过程离不开水和无机盐
【答案】B
【分析】农业生产实践中，温室蔬菜净光合速率高时（净光合速率=总光合速率-呼吸速率），积累有机物量就多。根据题意，要提高温室蔬菜的产量，可通过增大昼夜温差，适当降低夜间温室内温度，使细胞呼吸消耗有机物减少；而白天温度适当提高，增大总光合速率，从而提高产量．
【详解】A、对温室中的作物，白天适当升高温度，有利于提高光合速率，夜间适当降低温度，有利于降低呼吸速率，最终能增加有机物的积累，从而提高产量，“小暑不种薯，立伏不种豆”强调气候对植物生长的影响，说明不同的植物生长需要的环境条件不同，A正确；
B、“玉米带大豆，十年九不漏”描述的是玉米和大豆间作，不仅充分利用了群落的空间，还因为豆科植物常有根瘤菌与其共生而增加了土壤中的含氮量，促进玉米增产，而种植玉米时，如果尽量缩小株距和行距，则导致玉米分布过于密集，相互遮挡，不利于照光和空气的流通，因此导致光合作用减弱和细胞呼吸增强，因此会导致玉米产量降低，B错误；
C、油菜植株发育过程中，衰老变黄的叶片光合作用较弱，且进行细胞呼吸作用消耗有机物，故及时去掉油菜下部衰老变黄的叶片，减少有机物的消耗，利于油菜植株有机物的积累，C正确；
D、绿色植物的生活需要水，水是植物体的重要组成成分，植物体内水分充足时，植株才能硬挺，保持直立的姿态，叶片才能舒展，有利于光合作用，提高产量；植物的生长需要多种无机盐，无机盐必须溶解在水中植物才能吸收利用，不同的无机盐功能不同，D正确。
故选B。
6．如图，纵坐标表示植物某种气体吸收量或释放量的变化（注：不考虑横坐标和纵坐标单位的具体表示形式，单位的表示方法相同）。下列说法正确的是（ ）
A．a代表CO2释放量，若f点以后进一步提高光照强度，光合作用强度会一直不变
B．若a代表O2吸收量，d点时，叶肉细胞既不吸收O2也不释放O2
C．c点时，叶肉细胞中能产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体
D．若a代表CO2释放量，适当提高大气中的CO2浓度，e点可能向右下移动
【答案】D
【分析】分析题图：曲线图反映是光照强度对植物的光合速率的影响，纵坐标表示气体的释放速率，可为净光合速率，用O2吸收量或CO2释放量来表示。d点时的净光合速率为零，此时真光合速率=呼吸速率；c点时的光照强度为零，纵坐标对应的数值表示呼吸速率；e点时已经达到光饱和点（光合速率达到最大值时所需要的最小光照强度）。
【详解】A、c点时的光照强度为零，纵坐标对应的数值表示呼吸速率，a可代表CO2释放量，图中e点表示光饱和点，故f点以后提高光照强度，光合作用强度将不再增加，但是当光照太强时会引起气孔关闭，导致光合作用减弱，A错误；
B、若a代表O2吸收量，d点表示光补偿点，即此时植物的光合作用产生的氧气量与细胞呼吸消耗的氧气量相等，植物只有叶肉细胞等可以进行光合作用，而植物的所有细胞都可以进行细胞呼吸，因此d点叶肉细胞吸收的氧气少于释放的氧气，B错误；
C、c点时，光照强度为0，此时植物只能进行细胞呼吸，因此产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体，C错误；
D、若a代表CO2释放量，提高大气中的CO2浓度，光饱和点（e点）增大，向右下移动，D正确。
故选D。
7．将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是（ ）
A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后，D~E段CO2浓度下降不明显，原因是气孔关闭，植物的光合作用减弱
B．B~C段较A~B段CO2浓度增加减慢，原因是低温使植物呼吸作用减弱，到达图乙中的d点时，玻璃罩内CO2的浓度最高
C．图甲中的F点对应图乙中的g点，影响光合作用的外界因素主要有光照强度和CO2浓度
D．经过这一昼夜之后， G点较A点CO2浓度低，说明一昼夜该植物植物体的有机物含量会增加
【答案】C
【分析】1、图甲中，二氧化碳浓度上升表示呼吸作用大于光合作用或光合作用为0，二氧化碳浓度下降时，表示光合作用大于呼吸作用；C点时玻璃钟罩内CO2浓度最高，此时净光合速率为0；F点玻璃钟罩内CO2浓度最低，此时净光合速率为0。
2、图乙中，纵坐标表示植物吸收或释放CO2的速率，d、h两点植物净光合速率为0；f点时可能由于光照过强导致气孔关闭，二氧化碳吸收减少，导致光合作用强度下降。
【详解】A、根据题意和图甲分析可知：C、F点表示光合速率等于呼吸速率，故光合作用开始于C点之前，结束于F点之后；D~E段CO2浓度下降不明显，此时植株在进行光合午休，由于光照过强，温度过高，植株蒸腾作用过强，导致部分气孔关闭，植物的光合作用减弱，A正确；
B、图甲中B~C段气温较低，呼吸作用减弱，二氧化碳释放减慢，故较AB段CO2浓度增加减慢；图乙中d点表示光合作用速率等于呼吸作用速率，d点后光合作用速率大于呼吸作用速率，使二氧化碳的浓度减少，故d点时密闭容器的二氧化碳浓度最高，B正确；
C、图甲中的C、F点表明光合作用速率等于呼吸作用速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相符，即C点对应d，F点对应h，C错误；
D、由于G点二氧化碳浓度低于A点，表明经过这一昼夜之后，二氧化碳的含量减少，进行光合作用积累有机物，所以植物体的有机物含量会增加，D正确。
故选C。
8．如图表示植物某个叶肉细胞代谢的过程，下列有关说法正确的有（ ）
A．④⑤⑥⑦⑧⑨表示的反应过程中，每个阶段都释放能量，且都有一部分转移并储存于ATP中
B．鲁宾和卡尔文用同位素标记法证明了过程②释放的氧气来自水
C．若将植物突然停止光照，短时间内过程③的中间产物C3含量增加
D．过程③所需还原剂氢可由过程⑧供给
【答案】C
【分析】分析图可知：①是水分吸收的过程，②是光反应过程，③是暗反应过程，④是有氧呼吸第一阶段或无氧呼吸第一阶段，⑤是丙酮酸分解成酒精的过程，⑥是丙酮酸生成乳酸的过程，⑦是有氧呼吸第二第三阶段，⑧是有氧呼吸第二阶段，⑨有氧呼吸第三阶段。
【详解】A、⑤⑥是无氧呼吸的第二阶段，此过程没有能力的释放，A错误；
B、鲁宾和卡门用同位素标记法标记了氧元素证明了②过程释放的氧气来自水，B错误；
C、若将植物突然停止光照，还原氢和ATP的合成减少，二氧化碳固定后形成的C3不能被还原，则所以短时间内③过程的中间产物C3含量增加，C正确；
D、过程③所需还原剂氢来自光反应，⑧有氧呼吸第二阶段产生的还原剂不能用于光合作用，D错误。
故选C。
9．二十世纪六十年代米切尔（Mitchell）的化学渗透假说提出：光反应中ATP的合成是由叶绿体类囊体内外H+浓度差引起的（如图甲所示）。1963年，贾格道夫通过巧妙实验为ATP合成的化学渗透机制提供了早期证据（如图乙所示）。下列相关叙述错误的是（ ）
A．图甲中类囊体内侧的H+通过协助扩散方式运至类囊体外侧
B．图乙中第三步的缓冲液pH=8是为了类囊体膜内外形成H+浓度差
C．图乙中第四步加入锥形瓶中的物质X应该是ADP和Pi
D．图乙中第四步在黑暗中进行操作的目的是避免光照产生O2
【答案】D
【分析】1、物质跨膜运输的方式：①自由扩散：物质通过简单的扩散进出细胞的方式，如：氧气、二氧化碳、脂溶性小分子。②协助扩散：借助转运蛋白（载体蛋白和通道蛋白）的扩散方式，如红细胞吸收葡萄糖。③主动运输：逆浓度梯度的运输。消耗能量，需要有载体蛋白。
2、光合作用光反应阶段：场所在类囊体薄膜，光合色素吸收光能，用于水的光解、ATP和NADPH的合成，光能转化为ATP与NADPH中的化学能。
【详解】A、类囊体中的H+通过H+通道运至类囊体外侧，借助离子通道从高浓度到低浓度的运输属于协助扩散，A正确；
B、经过第一步和第二步，类囊体内外的pH为4，第三步将类囊体置于pH=8的缓冲介质中，就会出现类囊体膜内为pH=4，类囊体膜外为pH=8，从而在类囊体膜内外形成H+浓度差，B正确；
C、在有关酶的催化作用下，由H+提供的电势能可以提供能量促使ADP与Pi反应形成ATP，故第四步加入锥形瓶中的物质X应该是ADP和Pi，C正确；
D、第四步在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP产生的影响，排除光照的作用，用以证明实验中产生的ATP是由叶绿体类囊体内外H+浓度差引起的，并非为了避免光照产生O2，D错误。
故选D。
10．1881年，恩格尔曼把载有水棉和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水棉，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光部位：用透过三棱镜的光照射水棉临时装片，大量需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，下列叙述中错误的是（ ）
A．恩格尔曼的实验直接证明叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
B．需氧细菌利用水棉释放的氧气，在线粒体内膜上完成有氧呼吸第三阶段
C．用极细的光束照射叶绿体，分为光照部位和无光照部位，是一组对照实验
D．叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用
【答案】B
【分析】恩吉尔曼把载有水绵和好氧性细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境里，用极细的光束照射水绵。显微镜观察发现，好氧性细菌只集中在叶绿体被光束照射到的部位附近，说明这些部位释放了氧气，即水绵的这些部位进行了光合作用，从而说明光合作用的场所是叶绿体。
【详解】A、恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确；
B、需氧细菌属于细菌，是原核生物，没有线粒体，其有氧呼吸过程主要在细胞质基质和细胞膜上进行，B错误；
C、用极细的光束照射水绵的叶绿体，曝光部位是水绵在自然状态下的生长状态，故为对照组，未曝光的部位是人为处理后（黑暗）的条件，故应为实验组，可以更加准确地判断产生氧气的部位是叶绿体，从而得出叶绿体是光合作用的场所的结论，C正确；
D、叶绿体中的色素在光合作用中所起的主要作用是吸收可见的太阳光，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，D正确。
故选B。
11．1939年，英国科学家希尔将植物细胞破碎，获得离体叶绿体。他发现即使不提供CO2，只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量铁盐溶液（作氧化剂），离体叶绿体虽然不能合成有机物，但能够放出O2。1941年，几名美国科学家制备了少量的含18O的水和碳酸氢盐。在适宜光照条件下，他们将3组小球藻进行相应处理，一段时间后检测光合产物氧气中18O的比例，实验结果如图所示。下列相关叙述错误的是（ ）
A．希尔的实验中，将叶绿体离体可排除呼吸作用对实验的干扰
B．美国科学家的实验中碳酸氢盐的作用是为小球藻提供二氧化碳
C．两个实验的结果都能确定光合作用释放的氧气中的氧原子仅来自水
D．美国科学家的实验中，O2中18O的比例不受光合作用反应时间影响
【答案】C
【分析】光合作用的发现历程：（1）普利斯特利通过实验证明植物能净化空气。（2）梅耶根据能量转换与守恒定律明确指出植物进行光合作用时光能转换为化学能。（3）萨克斯通过实验证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉。（4）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体。（5）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水。（6）卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径。
【详解】A、由于希尔实验的环境不提供CO2，因此该实验只能证明O2有来自H2O，排除呼吸作用对实验的干扰，A正确；
B、碳酸氢盐的作用是为小球藻提供二氧化碳，B正确；
C、由于希尔实验的环境不提供CO2，因此该实验只能证明O2有来自H2O，但没有证明O2是否能来源于CO2，C错误；
D、三组释放的O2中18O所占比例均与本组供给的H2O中18O所占比例相同，而与本组供给的碳酸氢盐中18O所占比例不同，所以实验结果证明光合作用释放的氧气来自水，而不是二氧化碳，D正确。
故选C。
12．为了研究弱光对大豆生长、光合作用和产量的影响，研究小组用两种大豆在正常光（100%）和弱光（20%）条件下进行实验，结果如下表。
注：净光合速率用单位时间单位面积的叶片从外界吸收的CO2量表示。
下列叙述错误的是（ ）A．弱光条件下，主茎伸长有利于获得更多的光照
B．光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境
C．净光合速率大的大豆品种，单株种子产量也大
D．弱光条件下，南豆比黑豆更适合栽种
【答案】C
【分析】影响光合作用的因素：1、光照强度：光照会影响光反应，从而影响光合作用，因此，当光照强度低于光饱和点时，光合速率随光照强度的增加而增加，但达到光饱和点后，光合作用不再随光照强度增加而增加；2、CO2浓度：CO2是光合作用暗反应的原料，当CO2浓度增加至1%时，光合速率会随CO2浓度的增高而增高；3、温度：温度对光合作用的影响主要是影响酶的活性，或午休现象；4、矿质元素：在一定范围内，增大必须矿质元素的供应，以提高光合作用速率；5、水分：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，植物缺水时又会导致气孔关闭，影响CO2的吸收，使光合作用减弱。
【详解】A、分析表格数据可知，弱光条件下，株高较正常光条件下高，可推测主茎伸长有利于获得更多的光照，A正确；
B、不同光照条件下光合色素含量不同，可知光合色素含量改变有利于适应不同的光照环境，B正确；
C、只有表中两种大豆，无法得出该结论，C错误；
D、弱光条件下，南豆比黑豆的净光合速率高，且单株种子产量也大，南豆比黑豆更适合栽种，D正确。
故选C。
13．将某种植物栽培于玻璃温室内，下图为用CO2浓度测定仪测定的密闭玻璃温室内一昼夜CO2浓度的变化情况，则下列相关说法不正确的是（ ）
A．图中曲线表示植物积累有机物的区段是bf
B．g点与a点相比，植物体内有机物含量更高
C．de段CO2浓度下降趋于平缓的原因是部分气孔关闭，吸收CO2减少
D．b、c、d三点的C3含量满足c＞b，c>d
【答案】D
【分析】题图分析：图中曲线上升，表示呼吸作用大于光合作用或只进行呼吸作用；曲线下降，二氧化碳含量下降，表示光合作用吸收的二氧化碳大于呼吸作用释放的二氧化碳，即光合速率大于呼吸速率。
【详解】A、分析题图，当测定的二氧化碳浓度下降时，表示光合速率大于呼吸速率，即植物积累有机物，因此图中曲线积累有机物的区段是bf段，A正确；
B、g点CO2浓度低于a点，说明经过24小时后植物光合作用消耗的二氧化碳大于呼吸作用释放的二氧化碳积累有机物，B正确；
C、de段部分气孔关闭，CO2吸收减少，光合速率下降，CO2浓度下降趋于平缓，C正确；
D、bc段光照逐渐增强，NADPH和ATP增多，C3含量减少，即c＜b，cd段CO2供应减少，C3含量减少，即c>d，D错误。
故选D。
14．某中学生物兴趣小组的师生利用小青菜绿叶提取出光合色素溶液，然后在30℃的室温条件下进行了如下实验，以此来探究pH对叶绿素稳定性的影响。下列对实验的叙述错误的是（ ）
A．酸性环境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解
B．该实验结果表明叶绿素在碱性环境中不会被破坏
C．提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏
D．纸层析法分离色素后可得出②④两组出现颜色差异的原因
【答案】B
【分析】分析表格数据：在pH为7或8的环境中，色素溶液的颜色均为绿色，但在酸性环境下色素溶液的颜色由绿色变成黄绿色或黄褐色，说明酸性环境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解。
【详解】A、根据表中数据可知，酸性环境下色素溶液的颜色由绿色变成黄绿色，说明酸性环境下的叶绿素可能因稳定性较差而被分解，A正确；
B、在pH为7或8的环境中，色素溶液的颜色均为绿色，但这不能说明叶绿素在碱性环境中不会被破坏，如碱性增强时色素可能会被破坏，B错误；
C、碳酸钙能中和酸，提取色素时加入碳酸钙可防止研磨中色素被破坏，C正确；
D、可用纸层析法分离各种色素来分析色素的种类，因此可用纸层析法分析②④两组出现颜色差异的原因，D正确。
故选B。
15．卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后，从小球藻中提取并分析放射性物质。预测实验结果是（ ）
A．光照时间越长，C3的积累越多
B．光照时间越长，C5的积累越多
C．光照时间越长，带有放射性的物质种类越多
D．无论光照时间长短，放射性物质都会集中分布在类囊体薄膜上
【答案】C
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和[H]的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】A、光合作用过程中，由C元素的转移途径可知，C5与C3是一个循环过程，正常情况下，会保持相对平衡的状态，光照时间延长不会是使三碳化合物积累更多，A错误；
B、光合作用过程中，由C元素的转移途径可知，C5与C3是一个循环过程，正常情况下，会保持相对平衡的状态，光照时间延长不会是使五碳化合物积累更多，B错误；
C、由C元素的转移途径可知，二氧化碳中的C元素先与五碳化合物结合形成三碳化合物，然后又进入有机物和五碳化合物，如果时间过长，有机物还会转变成蛋白质，脂肪等，因此随时间的延长产生的放射性物质的种类越多，C正确；
D、类囊体膜进行光反应阶段，二氧化碳的固定和还原是在叶绿体基质中进行的，如果光照时间短，类囊体膜上无放射性，D错误。
故选C。
二、多选题
16．光合作用和呼吸作用是细胞中重要的代谢过程，他们之间并不是孤立的，通常是相互联系的，下列有关说法正确的是（ ）
A．光合作用制造的氧气可以用于有氧呼吸的第二阶段
B．细胞呼吸产生的CO2可以参与暗反应阶段
C．光合作用制造的葡萄糖参与呼吸作用的场所是细胞质基质
D．呼吸作用产生的水中的氧可参与有氧呼吸第二阶段和光反应
【答案】BCD
【分析】1、光合作用过程分为光反应和暗反应，光反应包括水在光下分解和ATP的合成，暗反应包括二氧化碳的固定和三碳化合物的还原。
2、有氧呼吸第一阶段的物质变化是葡萄糖分解为丙酮酸和[H]，第二阶段丙酮酸和水生成二氧化碳和[H]，第三阶段[H]和氧气生成水。
【详解】A、有氧呼吸第二阶段不消耗氧气，光合作用制造的氧气可以用于有氧呼吸的第三阶段，A错误；
B、细胞呼吸产生的CO2可以参与暗反应阶段中CO2的固定，B正确；
C、光合作用制造的葡萄糖在细胞质基质中参与呼吸作用的第一阶段，C正确；
D、呼吸作用产生的水可在有氧呼吸第二阶段中与丙酮酸的反应，也可在光反应中进行水的光解，D正确。
故选BCD。
17．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述正确的是（ ）
A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C．光照强度为a~b时，曲线I、Ⅱ的光合作用强度随光照强度的升高而升高
D．光照强度为b~c时，曲线Ⅱ、Ⅲ的光合作用强度随光照强度的升高而升高
【答案】ABC
【分析】影响光合作用的主要环境因素有光照强度、温度、二氧化碳浓度等。由于图中涉及自变量较多，因此可分组探究：曲线Ⅰ和Ⅱ、曲线Ⅱ和Ⅲ；确定光照强度后曲线Ⅰ和Ⅱ的自变量为温度；而曲线Ⅱ和Ⅲ的自变量为二氧化碳浓度。
【详解】A、光照强度为a时，曲线Ⅱ和Ⅲ的光照强度相同、温度相同，而曲线Ⅱ的光合速率，明显高于曲线Ⅲ，说明此处造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A正确；
B、光照强度为b时，曲线Ⅰ和Ⅱ的光照强度相同，二氧化碳浓度相同，因此造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度的不同，B正确；
C、图中看出，光照强度为a~b，曲线Ⅰ、Ⅱ的光合作用强度随光照强度升高而升高，C正确；
D、光照强度为a~c，曲线Ⅲ光合作用强度不再增强，说明a点时就达到饱和点，D错误。
故选ABC。
18．研究人员将某绿色植物放在密闭容器内（如图1所示）。经黑暗处理后置于某一恒定光照下并测量容器内氧气的变化量，测量的结果（如图2所示）。下列说法正确的是（ ）
A．若利用图1装置研究光照强度对植物光合作用的影响，图中水浴的温度应适宜且恒定
B．图2光照条件下，氧气量增加变慢的原因是植物光合作用接近最大值
C．图2中A点以后的短时间内，植物的叶绿体内ATP的量先增加，而后C3的量将减少
D．图2中5-15min内，该植物叶绿体释放O2的平均速率是4×10-3ml/min
【答案】AC
【分析】光合作用，通常是指绿色植物（包括藻类）吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物，同时释放氧气的过程。光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。呼吸作用一般指机体将来自环境的或细胞自己储存的有机营养物的分子（如糖类、脂类、蛋白质等），通过一步步反应降解成较小的、简单的终产物（如二氧化碳、乳酸、乙醇等）的过程。光合与呼吸的差值可用净光合速率来表示，具体指标可以是氧气释放量、二氧化碳吸收量、有机物积累量等，图2中曲线AB表示净光合速率。
【详解】A、图1中，通过变换光源可以研究光照强度对光合作用的影响，水浴的目的是为了排除无关变量的影响，故图中水浴的温度应适宜且恒定，A正确；
B、影响光合作用的环境因素有光照、温度和二氧化碳浓度，图2光照条件下，氧气量增加变慢的原因是主要是容器内二氧化碳的含量减少，导致光合作用减弱，B错误；
C、图2A点以后的短时间内，光照增强，光反应产物增多，叶绿体ATP的量将增加，叶肉细胞的叶绿体内C3被还原增多，C3的量将减少，C正确；
D、结合图示可知，黑暗下氧气量的变化量为呼吸速率，为1×10-7ml÷5=2×10-8ml/min，在5-15min内，净光合速率为（8×10-7ml－4×10-7ml）÷10=4×10-8ml/min，该植物光合作用产生氧气的平均速率即总光合速率=净光合速率+呼吸速率=4×10-8ml/min＋2×10-8ml/min=6×10-8ml/min，D错误。
故选AC。
19．如图表示一株生长迅速的植物在夏季24 h内CO2的吸收量和释放量，净光合速率和呼吸速率分别用单位时间内CO2的吸收量和CO2的释放量表示（图中A、B、C表示相应图形的面积，假设该植物在24 h内呼吸速率不变）。下列表述合理的是（ ）
A．若白天维持6：00时的光照强度，不利于该植物的生长
B．该植物在最大光合速率时，每小时产生57.95 mg的葡萄糖
C．该植物6：00～18：00有机物积累量的代数式可表示为C＋A
D．该植物在B对应时段内不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸
【答案】ABC
【分析】题图分析：图中二氧化碳净吸收量大于0时，均表明光合速率大于呼吸速率；其净吸收量等于0时，表明光合速率等于呼吸速率；当二氧化碳释放量小于0时，表明此时光合速率小于呼吸速率或只进行呼吸作用；图中还可以看出，中午12点之前二氧化碳的吸收量有所下降，这是由于温度过高导致气孔关闭，二氧化碳的供应减少的缘故。另外，在夜间只进行呼吸作用，白天既有光合作用又有呼吸作用。
【详解】A、如果白天维持6：00时的光照强度，则该植物净光合作用为0，缺少有机物的积累，不利于植物的生长，A正确；
B、该植物最大光合速率时吸收CO2的量为75＋10＝85（mg），产生葡萄糖为（85×180）/（6×44）≈57.95 （mg），B正确；
C、6：00～18：00 ，光合速率大于呼吸速率，C和A相应图形的面积表示的是白天积累的有机物，因此该植物6：00～18：00 有机物的净积累量为C＋A，C正确；
D、该植物在B时段内出现向上的斜线，说明此时植物可以进行光合作用，但光合作用强度小于呼吸作用强度，D错误。
故选ABC。
20．在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是（ ）
A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少
B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量
C．叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低
D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降
【答案】AD
【分析】影响光合作用的因素：1、光照强度：光照会影响光反应，从而影响光合作用，因此，当光照强度低于光饱和点时，光合速率随光照强度的增加而增加，但达到光饱和点后，光合作用不再随光照强度增加而增加；2、CO2浓度：CO2是光合作用暗反应的原料，当CO2浓度增加至1%时，光合速率会随CO2浓度的增高而增高；3、温度：温度对光合作用的影响主要是影响酶的活性，或午休现象；4、矿质元素：在一定范围内，增大必须矿质元素的供应，以提高光合作用速率；5、水分：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，植物缺水时又会导致气孔关闭，影响CO2的吸收，使光合作用减弱。
【详解】A、夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；
B、夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响（呼吸酶最适温度高于光合酶），光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；
C、光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上，C错误；
D、夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。
故选AD。
三、综合题
21．气孔是水分和气体进出植物叶片的通道，它由叶片表皮上的保卫细胞环绕而成。保卫细胞失水会导致气孔关闭，吸水会导致气孔开启，如图1所示。调节气孔开闭的机制目前有多种说法，“淀粉—糖转化学说”和“无机离子吸收学说”是其中两种较为经典的假说，分别如图2和图3所示。请据图回答下列问题:
(1)保卫细胞的吸水与失水主要与其细胞内的___结构有关。正常情况下，保卫细胞吸水能力的大小与其细胞内浓度的大小呈__(选填“正相关”或“负相关”或“不确定”)。
(2)若要通过实验观察气孔的开放和关闭状态，必需的器材和试剂有___。
①清水；②光学显微镜；③镊子；④酒精灯；⑤苏丹III染液
(3)根据图2所示学说推测，当植物处于黑暗或光照弱时，保卫细胞光合作用停止或减弱，但呼吸作用仍进行，则细胞中CO2浓度___，pH值___，可溶性糖转化成淀粉，导致保卫细胞的浓度___，细胞失水，气孔关闭。
(4)根据图3所示学说推测，光照能促进细胞中ATP的合成，进而__(选填“促进”或“抑制”)H+的外排，激活___，细胞以___的方式增加K+的吸收量，引起细胞吸水，最终导致气孔的开启。由此可见，细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行__(至少答出两点)等过程中起着决定性作用。
【答案】(1) 液泡 正相关
(2)①②③
(3) 升高 降低 下降
(4) 促进 K+通道（的开放） 协助扩散 物质运输、能量转化、信息传递（催化作用）等
【分析】自由扩散的方向是从高浓度向低浓度，不需载体和能量，常见的有水、CO2、O2、甘油、苯、酒精等；协助扩散的方向是从高浓度向低浓度，需要载体，不需要能量，如红细胞吸收葡萄糖；主动运输的方向是从低浓度向高浓度，需要载体和能量，常见的如小肠绒毛上皮细胞吸收氨基酸、葡萄糖，K+等。
【详解】（1）保卫细胞的吸水与失水主要与其细胞内的液泡有关，因为液泡与植物细胞的吸水和失水有关。正常情况下，保卫细胞吸水能力的大小与其细胞内浓度的大小呈正相关，即细胞液浓度越大，与外界溶液的浓度差就越大，吸水能力就越强。
（2）若要通过实验观察气孔的开放和关闭状态，则需要通过显微镜来观察，需要制片来观察，由于植物叶片较厚，需要用镊子撕取叶表皮细胞，然后制片观察，因此必需的器材和试剂有①清水、②光学显微镜、③镊子。
（3）根据图2所示学说推测，当植物处于黑暗或光照弱时，保卫细胞光合作用停止或减弱，但呼吸作用仍进行，细胞呼吸会吸收氧气、产生二氧化碳，则细胞中CO2浓度会上升，二氧化碳溶于水形成碳酸，则pH值下降，可溶性糖转化成淀粉，导致保卫细胞的浓度下降，细胞失水，气孔关闭。
（4）根据图3所示学说推测，光照能促进细胞中ATP的合成，进而促进H+的外排，激活了钾离子通道，促进细胞以协助扩散的方式增加K+的吸收量，是细胞液浓度上升，引起细胞吸水，最终导致气孔的开启。由此可见，细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内部环境，同时在细胞与外部环境进行物质交换、能量转化和信息传递等过程中起着决定性作用。
22．I．下图是某绿色植物的光合作用过程的图 解，图中甲、乙、丙、丁表示能量或物质，①、②表示过程。据图回答：
(1)甲一部分可转变为储存在丙中的_____
(2)过程①称为_____。突然增强 CO2，短时间内叶绿体中 C3 的含量 _____ （填“增加”“不变”或“减少”）。
(3)植物光合作用强度受多种环境因素的影响。冬季蔬菜大棚主要是通过改变_______来提高光合作用强度。为提高蔬菜产量，菜农常向大棚内施加有机肥以增加______________的供应。
Ⅱ．研究小组在O2、CO 2满足需要的条件下，分别于 20℃、30 ℃条件，测定不同光照强度对该绿色植物O2 的总产生速率和CO2 释放速率的影响，结果如下：请分析回答：
(4)该绿色植物在 30°C 下，光照强度为 1 时，[H]的消耗场所是_____（填具体结构）
(5)在 30℃下，当光照强度为 1klx 时，该绿色植物的呼吸作用速率是 nml·h-1。
(6)若该绿色植物长期生活在 30℃、4 klx 条件下，光照和黑暗环境各12 小时，那么该绿色植物_____（填“能”或“不能”）正常生长。
(7)分析数据，可以判定该绿色植物呼吸酶的最适温度应_____（填“大于”“小于”或“等于”）30℃，且该绿色植物呼吸速率与光照强度_____（填“有关”“无关”或“无法确定”）。
【答案】(1)（活跃的）化学能
(2) 二氧化碳的固定 增加
(3) 温度
无机盐和CO2
(4)线粒体内膜、叶绿体基质
(5)4
(6)能
(7) 小于 无关
【分析】分析题图：叶绿体中的色素可以吸收、传递并转换光能，故甲为光能，光能经过光反应阶段可以转化为ATP中活跃的化学能，故丙为ATP。 CO2在暗反应阶段与C5结合生成C3， 故物质丁为C3。水光解成氧气和还原氢，故乙为氧气；过程①是CO2的固定，过程②是C3的还原。
【详解】（1）叶绿体中的色素可以吸收、传递并转换光能，故甲为光能，光能经过光反应阶段可以转化为丙ATP中活跃的化学能。
（2）过程①是二氧化碳和C5生成C3，称为二氧化碳的固定；突然增强 CO2，二氧化碳的固定加快，生成的C3增加。
（3）影响光合作用的环境因素主要有光照强度、温度和二氧化碳浓度等，温度会影响光合作用酶的活性，在冬季白天需要适当升高大棚的升温，可以提高光合作用酶的活性，进而提高光合作用强度。因此冬季蔬菜大棚主要是通过改变温度来提高光合作用强度；有机肥被土壤中微生物分解后产生大量的二氧化碳以及矿物质元素，可以被蔬菜利用合成有机物，提高产量。
（4）据表分析，在30°C下， 当光照强度为1klx时，O2的总产生速率为2nml·h－1，CO2释放速率为2nml·h－1，说明该绿色植物既进行呼吸作用，也进行光合作用，有氧呼吸第三阶段消耗[H]，场所为线粒体内膜，暗反应也消耗[H]，场所为叶绿体基质，故[H]的消耗场所是线粒体内膜、叶绿体基质。
（5）该绿色植物处于30°C，1klx条件下， 植物有二氧化碳的释放，故呼吸速率＞光合速率，植物的呼吸速率为2+2=4nml·h－1。
（6）该绿色植物长期处于30°C、4klx条件下， 该植物真正光合速率为10nml·h－1，呼吸速率为10-6=4nml·h－1，即该植物光合速率大于呼吸速率， 该绿色植物能正常生长。
（7）据表分析，该绿色细胞在20℃时细胞呼吸速率为10nml·h－1，在30℃时细胞呼吸速率为4nml·h－1，可判断该绿色植物呼吸酶的最适温度应小于30℃；而在相同温度下，随着光照强度的增加，该绿色植物呼吸速率不发生改变，可知其呼吸速率与光照强度无关。
23．Ⅰ、如图表示光合作用和有氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程，图中序号表示相关的生理过程，请据图分析回答：
(1)C元素转移途径中，①过程发生在光合作用的________反应阶段；③过程进行的场所是_____。
(2)在H元素的转移途径中，影响⑤过程的主要环境因素是________。在O元素的转移途径中，影响⑧过程的主要环境因素是光照强度和温度。在植物体内，细胞分裂以及物质吸收等生命活动所消耗的能量直接来源自于②③⑥⑦⑨过程产生的ATP。
Ⅱ、如图所示，图甲为叶绿体结构与功能示意图，图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化，请据图分析：
(3)在a中发生的过程称为光反应 ，在a中含有的参与此过程的物质是______。
(4)在a中发生的能量转变是_______。
(5)图乙中，从B点开始合成有机物，AB段C3含量较高，其主要原因是________；G点C3含量极少，其原因是_________。
【答案】(1) 暗 线粒体内膜
(2)二氧化碳浓度、温度
(3)光合色素和酶
(4)光能→ATP中活跃的化学能
(5) 无光不进行光反应，不产生[H]和ATP，C3不能被还原，CO2和C5继续生成C3 部分气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱
【分析】由图Ⅰ分析，①是暗反应阶段；②是有氧呼吸第一阶段，③是有氧呼吸第二阶段，④是光反应的光解过程，⑤是[H]催化三碳化合物还原过程，⑥是有氧呼吸的第一、二阶段产生[H]的过程，⑦是有氧呼吸的第三阶段，⑧是光反应阶段水光解产生氧气的过程，⑨是有氧呼吸的第三阶段。
据图Ⅱ分析：图甲中，A表示水，B表示二氧化碳，C表示三碳化合物，D表示五碳化合物，a表示叶绿体类囊体薄膜，进行光反应。图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化，其中，0～6时和18～24时C3相对含量不变，说明在该时间段内不进行光合作用．6～18时C3相对含量降低是光合作用过程中其被还原的结果。
【详解】（1）C元素转移途径中，①是暗反应阶段；③过程是有氧呼吸第二阶段，有氧呼吸第二阶段的场所是线粒体内膜。
（2）在H元素的转移途径中，⑤是[H]催化三碳化合物还原过程，是光合作用的暗反应阶段，影响三碳化合物还原过程的主要环境因素是二氧化碳浓度、温度。
（3）据图分析，a表示叶绿体类囊体薄膜，在叶绿体类囊体薄膜可以发生光反应，参与光反应的物质是光合色素和酶。
（4）在叶绿体类囊体薄膜可以发生光反应，光反应上的能量变化为光能→ATP中活跃的化学能。
（5）图乙表示一株小麦叶片细胞内C3相对含量在一天24小时内的变化，AB段没有光照，不进行光反应，不产生[H]和ATP，C3不能被还原，CO2和C5继续生成C3，G点时，光照强度较大、温度较高，蒸腾作用过强，导致植株部分气孔关闭，叶肉细胞内CO2含量低，CO2的固定减弱，C3含量极少。
24．一栋温室十亩田，一年四季都生钱。”近年来，临夏市折桥镇高度重视设施农业，把发展大棚经济作为引导和带领农民增收致富的重要突破口。为研究大棚作物光合作用强度与光照强度的关系，科研人员利用若干大小一致的密闭透明容器，并给予不同的光照强度进行相关实验，测得容器内CO2浓度的变化情况如图所示。回答下列问题：
(1)B点时，植物叶肉细胞中能产生ATP的场所有_________，C点时，植物光合作用强度_________（填“大于”、“等于”或“小于”）细胞呼吸强度。
(2)D点时，若光照强度不变，增加CO2浓度供应，则短时间内叶绿体中C5含量会_________，原因是_________。
(3)光照强度低于B点所对应的光照强度时，大棚中植物不能正常生长，其原因是__________________。
(4)植物的光合作用与叶绿素密切相关，叶绿素中含有Mg，植物必须吸收足够的Mg2+才能保证光合作用的正常进行。若要探究小麦根部吸收Mg2+的方式是主动运输还是协助扩散，请简要写出实验思路：_________________________________。
【答案】(1) 细胞质基质、线粒体和叶绿体 等于
(2) 下降##减少 CO2浓度增加，CO2的固定加快，使C5的消耗加快，但C3还原速率不变，C5的合成速率不变
(3)光照强度低于B点所对应的光照强度时，CO2浓度逐渐升高，说明植物光合作用强度小于细胞呼吸强度，有机物不能积累，植物不能生长
(4)取甲、乙两组生长状态基本相同的小麦幼苗，放入适宜浓度的含有Mg2+的溶液中；甲组给予正常的呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸，一段时间后，测定两组溶液中Mg2+的剩余量
【分析】密闭容器中CO2浓度的变化与净光合速率的大小有关，净光合速率大于0，容器中CO2浓度降低，净光合速率小于0，容器中CO2浓度升高。
【详解】（1）AB段密闭容器中CO2浓度升高，说明净光合速率小于0，BC段密闭容器中CO2浓度降低，说明净光合速率大于0，B点时，密闭容器中CO2浓度最高，说明净光合速率为0，即光合速率=呼吸速率＞0，因此植物叶肉细胞中可通过光合作用和呼吸作用产生ATP，场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。C点后，CO2浓度不在发生变化，说明C点时植物光合作用强度等于细胞呼吸强度，植物既不从外界吸收CO2，也不释放CO2。
（2）D点时，若光照强度不变，增加CO2浓度供应，则CO2与C5的固定加快，使C5的消耗加快，但短时间内C3还原生成C5的速率不变，因此C5含量会下降。
（3）由图可知，光照强度低于B点所对应的光照强度时，密闭透明容器内CO2浓度逐渐升高，说明植物光合作用强度小于细胞呼吸强度，有机物不能积累，且消耗自身储存的有机物，故植物不能生长。
（4）探究小麦根部吸收Mg2+是主动运输还是协助扩散，由于主动运输和协助扩散的区别在于主动运输是需要消耗能量的，故自变量为是否有能量提供，因此设计实验为：取甲、乙两组生长状态基本相同的小麦幼苗，放入适宜浓度的含有Mg2+的溶液中；甲组给予正常的呼吸条件，乙组抑制细胞呼吸，一段时间后测定两组植物对Mg2+的吸收速率。
25．图1是长势相同、数量相等的甲、乙两品种的大豆幼苗，分别置于两个相同的密闭透明玻璃罩内，在光照、温度等相同且适宜的条件下培养，定时测定玻璃罩内的CO2含量图2表示在不同温度下，测定甲品种大豆叶片1cm2质量（mg）变化情况（均考虑为有机物的质量变化）的操作流程及实验结果，据图分析回答问题：
(1)图1中0～25min期间，影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是______含量。
(2)若将图1甲、乙两个品种大豆幼苗置于同一密闭的玻璃钟罩中，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，生长首先受影响的是______品种，判断依据是______。
(3)分析图2可知，该植物的呼吸速率可表示为______mg·cm-2·h-1（用图中字母表示），实际光合速率可表示为______mg·cm-2·h-1（用图中字母表示）。
(4)从图2分析，恒定在上述14℃下，维持10h光照，14h黑暗，该植物叶片100cm2增重了______mg。
【答案】(1)CO2
(2) 甲 在低浓度CO2条件下，与乙相比，甲植物利用CO2进行光合作用的能力弱，积累光合产物少，故随着玻璃罩中CO2浓度的降低，甲植物生长首先受到影响
(3) X Y+2X
(4)2200
【分析】玻璃罩内的豆苗同时进行着光合作用和细胞呼吸。由图示结果可知：在一定时间内，玻璃罩内CO2含量随着时间的推移而逐渐下降，这说明大豆苗利用CO2进行光合作用并释放O2；随着玻璃罩内的CO2被利用，CO2含量越来越低，光合作用越来越弱，O2释放速率越来越慢，这说明限制光合作用强度的主要因素是CO2含量。由图示还可看出：乙曲线与甲曲线相比，CO2含量下降得更快，这说明乙植株比甲植株固定CO2的能力强。当植物的光合作用速率与细胞呼吸速率相等时，玻璃罩内CO2的含量保持相对稳定。
【详解】（1）0～25min期间，在密闭容器内随着光合作用的进行，玻璃罩内CO2含量随着时间的推移而逐渐下降，影响甲品种大豆幼苗光合作用强度的主要因素是CO2含量。
（2）两种植物光合作用强度对二氧化碳浓度变化的影响特性不同，在低浓度二氧化碳条件下，甲植物利用二氧化碳进行光合作用能力弱，积累光产物少，随着玻璃钟罩中二氧化碳浓度的降低，甲植物生长首先受影响，所以将上述两种植物幼苗置于同一密闭的玻璃罩中，在光照等其他条件适宜的情况下，一段时间内，生长首先受影响的是甲植物。
（3）图2无光时单位时间内叶片重量的减少量等于呼吸强度，故1小时呼吸消耗的有机物为X，该植物的呼吸速率可表示为X（mg/cm2•h）（用图中字母表示），而单位时间光照下叶片重量的增加量表示的是净光合速率，故光照一小时总光合速率=净光合速率+呼吸速率=M+Y-（M-X）+X=Y+2X。
（4）从结果可以看出，在14℃温度下，维持10小时光照，14小时黑暗，该植物叶片增重最多，每cm2叶片净光合作用=总光合作用-呼吸作用=（3+2×2）×10-2×24=22mg，则100cm2叶片增重了22×100=2200mg。
实验步骤
注意事项
作 用
提取色素
研磨要迅速、充分
提取较多色素、防止溶剂挥发
盛滤液的试管口加棉塞
防止溶剂挥发
分离色素
滤纸条的一端剪去两角
防止层析液在滤纸条的边缘扩散过快
滤液细线重复画一两次，且要求细直齐
使分离的色素带清晰
滤液细线不能触及层析液
防止色素溶解到层析液中
光反应
暗反应
条件
光照、色素和酶
酶(不需要光)
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
①水光解为O2和H+
②ATP的合成
③NADPH的合成
①CO2 的固定
②C3 的还原
③ATP和NADPH的分解
能量变化
光能→ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中稳定的化学能
联 系
光反应和暗反应紧密联系：光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP和Pi、NADP+。
NADPH
C5
C3
ATP
光照减弱，CO2供应不变
增加
减少
减少
减少
光照增强，CO2供应不变
减少
增加
增加
增加
CO2供应减少，光照不变
减少
增加
增加
减少
CO2供应增加，光照不变
增加
减少
减少
增加
第一组
第二组
第三组
第四组
第四组
实验
处理
温度/℃
35
35
35
30
25
相对湿度/%
17
27
52
52
52
实验
净光合速率
11．1
15．1
22．1
23．7
20．7
品种
光照处理
株高（cm）
叶绿素a（mg·cm-2）
叶绿素b（mg·cm-2）
类胡萝卜素（mg·cm-2）
净光合速率（μmlCO2·m-2·s-1）
单株种子产量（g）
南豆
100%
32.78
1.23
0.33
0.71
4.41
18.21
20%
64.67
1.30
0.25
1.09
3.17
15.09
黑豆
100%
41.67
1.39
0.27
0.78
3.97
36.71
20%
99.50
3.80
3.04
0.62
2.97
8.92
光照强度（klx）
1
2
3
4
5
6
O2 的总产生速率（nml·h-1）
20℃
1
3
6
8
8
8
30℃
2
4
7
10
12
12
CO2 释放速率（nml·h-1）
20℃
9
7
4
2
2
2
30℃
2
0
－3
－6
－8
－8