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所属成套资源：2020版高考一轮复习生物江苏专版讲义
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2020版高考一轮复习生物江苏专版讲义：必修1 第三单元 第3讲 能量之源--光与光合作用
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第3讲 能量之源——光与光合作用
第1课时 光合作用的探究历程与基本过程
[师说考点·解疑难]
1．实验原理
(1)提取原理：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。
(2)分离原理：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
2．实验步骤及结果
色素分离装置
[提醒] 提取叶绿体中的色素，也可用右图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，①～④的颜色依次是：橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。
3．实验操作及目的
过程
实验操作
操作目的
提
取
色
素
(1)
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
(2)
研磨时加无水乙醇
溶解色素
(3)
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
(4)
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
(5)
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分
离
色
素
(1)
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
(2)
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
(3)
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
(4)
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
[研透考情·备高考]
考向一 考查色素提取和分离的过程及结果
1．(2016·江苏高考)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是( )
A．应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素
B．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素
C．为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
解析：选B 在提取绿叶中的色素时，应先加入少量的CaCO3，再进行研磨，防止研磨过程中酸破坏叶绿素；即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素，只是滤液中色素的含量较低，分离后4条色素带较窄；若要获得总量10 mL的提取液，在研磨时应分次加入10 mL乙醇；层析完毕后应迅速记录结果，这是因为叶绿素在光下容易分解，导致色素条带很快消失，而不是随溶剂挥发消失。
2．(多选)某同学在进行光合色素的提取和分离实验时，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到近似同心的四个色素环。下列说法正确的是( )
A．通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素含量比类胡萝卜素高
B．色素能彼此分离是因为不同色素在层析液中的溶解度不同
C．最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光
D．若提取液取自缺镁叶片，最外侧两圈色素环颜色较淡
解析：选ABC 缺镁无法合成叶绿素，最内侧两圈色素是叶绿素a、叶绿素b，颜色较淡。
[归纳拓展] 绿叶中色素提取分离异常现象分析
收集到的滤液绿色过浅
原因
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少
③一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)
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
原因
①滤液细线不直；②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
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
考向二 考查叶绿体色素的种类和功能
3．(2017·天津高考)叶绿体中的色素为脂溶性，液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料，下列实验无法达到目的的是( )
A．用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B．用水做层析液观察花青苷的色素带
C．用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D．用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
解析：选D 月季叶绿体中含有的叶绿素和类胡萝卜素为脂溶性，能溶于有机溶剂，故可用无水乙醇提取叶绿体中的色素；月季成熟的紫红色叶片中含有的花青苷能溶于水，可用水做层析液观察花青苷的色素带；月季成熟叶片有大液泡，可用于质壁分离与复原实验探究细胞的失水与吸水；月季叶片表皮细胞是成熟细胞，不再进行细胞分裂，不能用于染色体形态和数目的观察。
4．关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
解析：选C 提取绿叶中色素的原理是叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂如无水乙醇中。叶绿素分子中含有镁元素，镁元素可以由植物根细胞通过主动运输方式从土壤中吸收，也可以在叶面施肥后由叶片吸收。叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用，其中吸收的主要是可见光中的红光和蓝紫光，红外光和紫外光不属于可见光。叶绿素的合成需要光，在黑暗条件下叶绿素不能合成，故黑暗中生长的植物幼苗叶片主要呈现类胡萝卜素(叶黄素和胡萝卜素)的颜色，即幼苗叶片表现为黄色。
[归纳拓展] 植物细胞中的色素
植物细胞中的色素有两类：一类位于叶绿体中，能参与对光能的捕获与转化，并且是脂溶性色素；另一类位于液泡中，不参与对光能的捕获与转化，并且是水溶性色素。
考向三 考查影响叶绿素合成和含量的因素
5.(2015·江苏高考，多选)为研究高光强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，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )
A．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吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
解析：选ABC 根据“绿叶中色素的提取和分离实验”的实验结果可知，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ色素条带分别代表胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。由题图可知，正常光照与强光照相比，正常光照下叶绿素含量高，强光照下叶绿素含量低。强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照。叶绿素a的吸收光谱的吸收峰波长约为430 nm和660 nm，叶绿素b的吸收光谱的吸收峰波长约为460 nm和640 nm。画滤液线时，首先画出一条细线，待滤液干后，再重复画一两次，目的是增加滤液线中的色素含量，以便层析后获得更清晰的色素条带。
6．为推动生态文明建设，国务院发布了《大气污染防治行动计划》。某科研小组开展酸雨与生态系统关系的研究。下表是不同pH的酸雨对三种植物叶绿素含量(mg/g)影响的结果。
pH
5.8(对照)
4.0
3.0
2.0
桃树
2.20(100)
2.19(99.55)
2.13(96.82)
1.83(83.18)
腊梅
3.65(100)
3.58(98.08)
3.44(94.25)
2.95(80.82)
木樨
1.07(100)
1.07(100)
1.05(98.13)
0.96(89.72)
注：括号内为与同种植物对照实验的相对百分比。
(1)叶绿素位于叶绿体内的__________________上，提取后经层析分离，扩散最慢的色素带呈________色。酸雨中的SO破坏叶绿素，导致光反应产生的____________(产物)减少。由于光反应速率降低，将直接影响暗反应过程中的______________，最后导致(CH2O)生成减少。
(2)由表可知：①随着酸雨pH的降低，叶绿素含量受影响的程度______________；②__________________________________________；③____________________________。
解析：(1)叶绿素位于叶绿体的类囊体薄膜上，提取后用纸层析的方法分离，在滤纸条上扩散最慢的色素带是叶绿素b，其颜色为黄绿色。叶绿素被破坏，则光反应产生的[H]和ATP减少，直接影响暗反应中C3的还原过程，进而导致糖类的生成减少。(2)总体来说，随着酸雨pH的降低，叶绿素含量受影响的程度增大。从表中还可以看出，在相同pH酸雨的作用下，木樨受影响程度最小，腊梅受影响程度最大。
答案：(1)类囊体薄膜 黄绿 [H]和ATP C3的还原 (2)①增大 ②腊梅对酸雨最敏感 ③木樨对酸雨的耐受性较强
[归纳拓展] 影响叶绿素合成的因素
光照
光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄
温度
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素分子较为稳定，使叶子变黄
必需
元素
叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄
[思维导图·成一统]
[巧学助记] 光合作用过程的“一、二、三、四”
[基础速练·固根基]
1．连线光合作用的探究历程
2．判断下列叙述的正误
(1)类囊体上产生的ATP可用于暗反应(√)
(2)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中的化学能(√)
(3)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(×)
(4)在适宜光照条件下，叶肉细胞中CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质(√)
(5)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(×)
(6)光反应为暗反应提供[H]和H2O(×)
(7)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH[H]和CO2后，可完成暗反应(√)
(8)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原(√)
(9)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是光反应强度升高，暗反应强度降低(×)
(10)在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量都迅速增加(×)
3．写出光合作用的总反应式及各元素的去向
(1)光合作用总反应式：
CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)各元素的去向：
①氧元素
②碳元素：CO2→C3→(CH2O)
③氢元素：H2O→[H]→(CH2O
4．比较光反应与暗反应
比较
项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物(酶促反应)
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、
ADP、Pi
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
叶绿体内的类囊体薄膜
叶绿体基质
物质
转化
(1)水的光解：
2H2O4[H]＋O2；
(2)ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量ATP
(1)CO2的固定：
CO2＋C52C3；
(2)C3的还原：
能量
转化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系
[师说考点·解疑难]
1．叶绿体的结构和功能
2．光反应与暗反应的联系
(1)光反应为暗反应提供[H]、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。
(3)同位素标记元素转移途径：
H：
C：
O：
3．环境因素骤变对物质含量动态变化的判断
(1)分析方法：
a.需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。
b．需从物质的生成和消耗两个方面综合分析，如CO2供应正常、光照停止时C3的含量变化：
(2)相关物质含量变化分析过程与结果：
条件
过程变化
C3
C5
[H]和
ATP
模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变
①过程减弱②③过程减弱，④过程正常进行
增
加
减
少
减少
光照由弱到强，CO2供应不变
①过程增强
②③过程增强
④过程正常进行
减
少
增
加
增加
光照不变，CO2由充足到不足
④过程减弱，①②③过程正常进行，随C3减少②③减弱，①过程正常
减
少
增
加
增加
光照不变，CO2由不足到充足
④过程增强①②③正常进行，随C3增加②③增强，①过程正常
增
加
减
少
减少
[研透考情·备高考]
考向一 考查光合作用的探究历程
1．在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是( )
A．英格(根)豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验
B．恩格(吉)尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验
解析：选C 萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用产物除氧气外还可以产生淀粉，即光能转变成储存在淀粉等有机物中的化学能，因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。
2．下列关于科学实验及方法的叙述，正确的是( )
A．利用光学显微镜观察细胞膜时发现其具有暗—亮—暗三层结构
B．分别用HO和C18O2作对照研究光合作用的产物O2的来源
C．用14CO2研究光合作用中碳的转移途径为CO2→C3→C5→(CH2O)
D．用极细的光束和乳酸菌处理黑暗中的水绵证明叶绿体在光合作用中产生O2
解析：选B 细胞膜的暗—亮—暗结构属于亚显微结构，在光学显微镜下看不见；运用同位素标记法，分别用HO和C18O2作为原料，分析光合作用释放O2的放射性，可得知O2中的O来自于H2O；光合作用中碳的转移途径为CO2→C3→(CH2O)；乳酸菌属于厌氧菌，不能和水绵证明叶绿体在光合作用中产生O2。
[归纳拓展] 高考常考的四个经典实验及分析
普利斯特利(莱)实验
相关分析
缺乏对照实验，实验结果说服力不强。应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于含同一种但却死亡的植物的玻璃罩内，作为空白对照。普利斯特利(莱)没有认识到光在植物更新空气中的作用
萨克斯实验
相关分析
①对照类型为自身对照，自变量为光的有无，因变量为颜色变化(有无淀粉生成)，实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组
②该实验的关键是要进行饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力
恩格(吉)尔曼实验
相关分析
①将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响
②设置细光束和好氧菌的好处：能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位
鲁宾和卡门实验
相关分析
①应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径
②此实验设置了对照，自变量是标记物质即HO和C18O2，因变量是释放的O2有无放射性
考向二 考查光合作用的过程
3．(2018·北京高考)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A．需要ATP提供能量
B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与
D．会产生氧气
解析：选D 光合作用中的光反应发生在类囊体薄膜上，光合色素吸收光能，一方面使水光解，释放出氧气和形成[H]，另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP。结合题干信息，加入氧化还原指示剂DCIP后，DCIP会被[H]还原。
4.(2015·安徽高考)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图，下列叙述正确的是( )
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
解析：选C CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗。CO2必须先固定合成C3才能被[H]还原。被还原的C3在有关酶的作用下，可再形成C5。光照强度由强变弱时，产生的ATP和[H]减少，还原C3减少，所以短时间内C3含量会升高，C5含量会下降。
考向三 考查环境条件变化与C3、C5等物质量的变化间的关系
5.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%环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。据图判断下列叙述错误的是( )
A．图中甲是C3化合物
B．降低CO2浓度，乙浓度升高的原因是C3的还原正常进行，而CO2固定减慢
C．若该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，稳定后，甲的浓度比乙的浓度低
D．CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需光照强度比CO2浓度为1%时的低
解析：选C 图中甲是C3化合物，乙是C5化合物。当环境中CO2浓度突然降低时，CO2的固定量减少，而C3的还原过程在短时间内未受影响，这样C3的生成量减少，而消耗量不变，所以短时间内C3的含量会降低；相反，C5的生成量不变，但消耗量减少，故C5含量会升高。一段时间后，反应达到平衡，C3的含量仍会高于C5的含量。在低CO2浓度的环境中，暗反应固定的C3的量较少，需要消耗的[H]和ATP较少，因此所需的光照强度较弱。
6．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：选B 黑暗处理后，光反应停止，O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。
[方法规律] C3、C5等物质含量变化的分析方法
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的分析来进行：
②来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。
③来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。
[课堂巩固练—小试身手]
1．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A．加入CaCO3的目的是为了充分研磨，以利于绿叶中色素的提取
B．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
C．色素带的宽窄取决于液泡中色素含量的多少
D．不同色素带在滤纸上的呈现可以是带状或同心环状
解析：选D 加入CaCO3的目的是为了防止色素被破坏；胡萝卜素在层析液中的溶解度最高，层析后处于滤纸条最上方；色素带的宽窄取决于叶绿体中色素含量的多少；不同色素带在长方形滤纸条上呈现带状，在圆形滤纸上呈同心环状。
2．(2019·无锡一模)如图为叶绿体结构模式图，下列叙述错误的是( )
A．能进行光合作用的细胞都含有该结构
B．光合作用所需的色素分布在结构③上
C．光合作用所需的酶分布在结构③和④中
D．叶绿体以③的形式扩大膜的表面积，有利于实现能量转换
解析：选A 叶绿体分布在植物体的叶肉细胞和幼嫩的茎中。蓝藻能进行光合作用，但没有叶绿体。
3．(2015·福建高考)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
解析：选B 由题意可知，该酶催化的过程为光合作用暗反应过程中的CO2的固定，反应场所是叶绿体基质；暗反应指反应过程不依赖光照条件，有没有光，反应都可进行；对14CO2中的C元素进行同位素标记，检测14C3放射性强度，可以用来测定RuBP羧化酶的活性；单位时间内 14C3生成量的多少表示固定反应的快慢，可以说明该酶活性的高低。
4．(2016·江苏高考)为了选择适宜栽种的作物品种，研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点，结果如图1和图2。请回答以下问题：
(1)最适宜在果树林下套种的品种是________，最适应较高光强的品种是________。
(2)增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，但S3的光饱和点却没有显著改变，原因可能是：在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应产生了过剩的______________，而S3在光饱和点时可能__________(填序号)。
①光反应已基本饱和
②暗反应已基本饱和
③光、暗反应都已基本饱和
(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2，也参与叶绿体中生物大分子________________的合成。
(4)在光合作用过程中，CO2与RuBP(五碳化合物)结合的直接产物是磷酸丙糖(TP)，TP的去向主要有三个。下图为叶肉细胞中部分代谢途径示意图。
淀粉是暂时存储的光合作用产物，其合成场所应该在叶绿体的__________。淀粉运出叶绿体时先水解成TP或__________，后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中，合成由__________________糖构成的蔗糖，运出叶肉细胞。
解析：(1)最适宜在果树林下套种的品种应该是光补偿点和光饱和点都较低的S2(类似于阴生植物)，最适应较高光强的品种是光饱和点较高的S3。(2)S2是适应较低光强的作物，S3是适应较高光强的作物，增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，但S3的光饱和点没有显著改变，原因可能是：在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应产生了过剩的ATP和[H]，暗反应未饱和；而S3在光饱和点时可能光反应已基本饱和或暗反应已基本饱和或光反应和暗反应都已基本饱和。(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于叶绿体中的暗反应过程，也参与叶绿体中生物大分子如核酸和蛋白质等物质的合成。(4)淀粉作为光合作用暗反应的产物，其合成场所为叶绿体基质。由图可知，淀粉运出叶绿体时先水解成TP或葡萄糖，葡萄糖和果糖反应形成蔗糖，运出叶肉细胞。
答案：(1)S2 S3 (2)ATP和[H] ①②③ (3)核酸、蛋白质 (4)基质中 葡萄糖 葡萄糖和果
[课下模拟练—自我检测]
一、选择题
1．叶绿体的类囊体薄膜上不含有( )
A．光合色素 B．DNA
C．酶 D．磷脂
解析：选B DNA位于叶绿体基质中。
2．气孔关闭会导致光合作用效率下降，主要原因是( )
A．水光解产生[H]的量不足
B．暗反应过程中产生的 C3 数量减少
C．光反应过程中产生的 O2 不足
D．光反应中产生的ATP数量减少
解析：选B 气孔关闭导致CO2供应降低，CO2的固定速率降低，产生的C3数量减少。
3．将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是( )
A．离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析：选A 光合作用的场所是叶绿体，离体的叶绿体在自然光下通过光反应能将水分解产生氧气。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。水在叶绿体中分解时可产生氧气和ATP，不需要ATP提供能量。
4．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
解析：选A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放O2。
5．(2019·南通学测模拟)下表为鲁宾和卡门利用同位素标记法研究光合作用的实验记录，据表判断甲、乙分别是( )
组号
提供的物质
结果产生的气体
备注
Ⅰ
H2O和C18O2
甲
其他条件相同
Ⅱ
HO和CO2
乙
其他条件相同
A.18O2、18O2 B．O2、O2
C．18O2、O2 D．O2、18O2
解析：选D 根据鲁宾和卡门的同位素示踪法实验可知，光反应中的O2来自H2O的分解。
6．1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明了( )
A．光合作用的产物有淀粉
B．光合作用的产物是水
C．光合作用的场所在叶绿体
D．光合作用产物中的氧气来自反应物中的水
解析：选A 碘与淀粉发生作用变蓝色，曝光的一半变蓝色，说明光合作用的产物有淀粉；碘与水没有颜色反应，不能证明光合作用的产物有水；该实验没有涉及光合作用的场所和光合作用产物中氧气来源；鲁宾和卡门通过同位素标记法证明光合作用产物氧气中氧原子来源于水。
7．(2019·如皋调研)将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍可以进行光合作用。以下分析正确的是( )
A．光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体的内膜和基质中
B．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透的，起保护作用
C．光合作用必须在叶绿体中才能进行
D．叶绿素被破坏，则不能进行光合作用
解析：选D 光合作用所需的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上和基质中，色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上；叶绿体的内膜和外膜均具有选择透过性；真核细胞的光合作用是在叶绿体中进行的；叶绿素被破坏，光反应不能进行，整个光合作用也不能进行。
8．(2019·苏北四市一模)用新鲜菠菜叶进行色素提取和分离的实验。下列叙述正确的是( )
A．将滤液收集到试管中，应及时用棉塞将试管口塞紧
B．画滤液细线时，在点样线上需连续重复多次画线
C．滤液细线浸入层析液，可导致滤纸条上色素带重叠
D．滤纸条上4条色素带通常都是平齐的，且彼此之间的距离明显
解析：选A 滤液收集到试管后，为防止色素随无水乙醇挥发，应及时用棉塞将试管口塞紧；画滤液细线时，需重复多次画线，但应等上次画线干燥后再画；若滤液细线浸入层析液，色素会溶解在层析液中，导致滤纸条上无色素带；滤纸条上色素带是平齐的，但叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)两条色素带之间距离不明显。
9．Calvin等人研究光合作用时进行了以下实验：在某种绿藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后从培养液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，固定产生的C3越多
B．在一定时间内光照时间越长，产生的放射性物质的种类越多
C．无论光照时间长短，放射性物质都会分布在叶绿体的类囊体膜上
D．只要给予光照，放射性就会出现在NADPH中
解析：选B 光合作用的暗反应过程中固定产生的C3会被还原。放射性物质应分布在叶绿体的基质中。NADPH是光反应阶段产生的，而CO2是用于暗反应阶段的。
10．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是( )
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、RuBP均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
解析：选A 在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质；由图可知，PEP、RuBP分别与CO2结合形成OAA、PGA；晚间苹果酸从液泡进入细胞液中，细胞液pH下降。
11．(多选)下图是有关实验的操作简图。下列有关叙述正确的是( )
A．若A是梨，B为水，则得到的滤液C可用于还原性糖的鉴定实验
B．若A是梨，B为水，得到的滤液C密封保存一段时间后可能会有酒精产生
C．若A是菠菜叶，B为无水乙醇，常用定性滤纸过滤研磨液得到色素滤液
D．若A是菠菜叶，B为无水乙醇，则滤液C经纸层析后可能不会出现4条明显的色素带
解析：选ABD 梨中含有大量还原性糖，可用于还原性糖的鉴定；梨的外表附着有酵母菌，酵母菌在无氧条件下能利用葡萄糖产生酒精；用单层尼龙布过滤研磨液得到色素滤液；在提取过程中只加了无水乙醇和石英砂，没有加碳酸钙，叶绿素可能被破坏，所以滤液C经纸层析后可能不会出现4条明显的色素带。
12．(多选)关于小麦光合作用的叙述，错误的是( )
A．突然停止光照，叶绿体中C5/C3的值下降
B．夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高
C．线粒体内膜产生的ATP可直接用于暗反应
D．CO2的固定可将ATP中的化学能转移到C3中
解析：选BCD 突然停止光照，光反应提供的[H]、ATP减少，CO2供应不变，所以C3消耗量减少，C5生成量减少，C5/C3的值下降；夏季晴天光照最强时，小麦叶片的气孔关闭而出现午休现象，导致光合作用的原料减少，小麦光合速率反而下降；线粒体内膜产生的ATP可用于各项生命活动，而暗反应需要的ATP只能来自光反应；暗反应中，C3的还原可将ATP中的化学能转移到有机物中，CO2的固定不会消耗ATP中的能量。
13．(多选)两棵同种生长状况基本相同的植物，分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示。在相同条件下，测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁所示。下列有关叙述正确的是( )
A．ab段和cd段，曲线下降的原因完全相同
B．一昼夜中，装置乙中植物积累的有机物比甲多
C．e点时，气孔关闭导致光合作用基本停止
D．装置甲的植物叶绿体中，在14点时C5含量比10点时高
解析：选BD 图丙中ab段曲线下降是因为密闭容器中CO2浓度下降，图丁中cd段曲线下降是因为下午至傍晚光照强度下降；图丙和图丁曲线与横坐标所围的上部面积与下部面积之差可以表示一昼夜氧气的释放量，进而反映有机物的积累量，故装置乙中植物一昼夜积累的有机物多；图丁e点时，气温过高、蒸腾作用过于旺盛，部分气孔关闭，导致CO2吸收量下降，光合作用减弱，但光合作用并未停止；与10点时相比，装置甲14点时CO2含量减少，CO2固定消耗的C5少，叶绿体中C5含量升高。
二、非选择题
14．下图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是_______、_______、_______、_______，[H]代表的物质主要是________。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是_______________________。
解析：(1)由分析可知，图中①代表光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②代表生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③代表生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质主要是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物叶肉细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。
答案：(1)O2 NADP＋ ADP＋Pi C5 NADH(或还原型辅酶Ⅰ) (2)C和D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
15．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的______________上，该物质主要捕获可见光中的______________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是________________________________
________________________________________________________________________。
(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度______(填“高”或“低”)。
解析：(1)高等植物进行光合作用捕获光能的物质是光合色素，该物质分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其捕获的光主要是蓝紫光和红光。(2)由图中曲线可以看出，当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率都在增加；当叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率增加，两者差值减小，故群体干物质积累速率降低。(3)通常，阴生植物的光合速率和呼吸速率都比阳生植物低，因此与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低。
答案：(1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 (3)低
第2课时 影响光合作用的因素及相关曲线分析
[师说考点·解疑难]
1．光质
(1)原理：
①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。
③单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
(2)应用：
①大棚薄膜的选择：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。
②补充单色光的选择：蓝紫光。
2．光照强度
(1)原理：
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线模型及分析：
曲线
模型
模型分析
曲线对
应点(段)
细胞
生理活动
ATP
产生场所
植物组织
外观表现
图示
A点
只进行细胞呼吸，不进行光合作用
只在细胞质基质和线粒体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段
(不含
A、B点)
呼吸量>光合量
细胞质基质、线粒体、叶绿体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点
光合量＝呼吸量
与外界不发生气体交换
B点
之后
光合量>呼吸量
从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气
应用
①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能
3.CO2浓度
原理
CO2直接影响暗反应阶段，制约C3的形成
曲线模型及分析
图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点
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，提高光合速率
4．温度
原理
温度通过影响酶的活性影响光合作用
曲线模型及分析
AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大
B点：B点对应的温度为酶的最适温度，光合速率最大
BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零
应用
温室栽培植物时，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
5．光照、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
常见曲线
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：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子
应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，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
[研透考情·备高考]
考向一 单因子变量对光合作用的影响
1．在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是( )
A．红光，ATP下降 B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，[H]下降 D．绿光，C5上升
解析：选C 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少，因此当突然改用光照强度与白光相同的红光照射时，光反应增强，ATP、[H]、C5含量上升，ADP、C3含量减少；当突然改用光照强度与白光相同的绿光照射时，光反应减弱，ATP、[H]、C5含量减少，ADP、C3含量增多。
2.(2017·天津高考)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
解析：选D 光照强度低于P时，光反应强度受叶绿素含量影响较大，突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，故其光反应强度低于野生型。光照强度高于P时，暗反应强度受固定CO2酶的影响较大，突变型水稻叶片固定CO2酶的活性显著高于野生型，故其暗反应强度高于野生型。光照强度低于P时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度。P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P小于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度。
3．某植物光合作用的适宜温度为20～30 ℃。研究人员为了筛选耐高温优良品种，利用同一植株的茎尖细胞通过组织培养获得HA、HB、HC三个品系进行了实验。下表为温度对各品系光合速率的影响，有关叙述错误的是( )
品系
光合速率(μmol·g－1·h－1)
20 ℃
30 ℃
35 ℃
HA
8.32
9.36
9.07
HB
20.32
18.32
17.36
HC
13.78
15.56
16.77
A．在适宜温度条件下，HB品系光合速率最高
B．实验条件下，耐高温性较差的是HA品系
C．30 ℃与20 ℃比较，三个品系植物的光合速率均有提高
D．20 ℃时，不同品系光合速率产生差异的原因可能是发生了突变
解析：选C 由图中数据可知，30 ℃与20 ℃比较，HB光合速率降低，HA、HC光合速率提高。
[归纳拓展] 关于环境因素影响光合速率的三点说明
(1)温度改变对光合作用的影响：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都比参与光反应的酶的种类和数量多。
(2)CO2浓度对光合作用的影响：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。
(3)光对光合作用的影响：光照影响光反应，光是叶绿素合成的必要条件，因此植物在暗处呈黄色。
考向二 多因子变量对光合作用的影响
4．(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
解析：选D 随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度；植物进行光合作用存在最适温度，高于最适温度后，净光合速率减小，所以随着温度升高，净光合速率不应先升高后趋于稳定；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大。
5．三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。下图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线，以下分析正确的是( )
A．与11：00时相比，13：00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B．14：00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少
C．17：00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D．叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
解析：选D 与11：00时相比，13：00时CO2浓度低，叶绿体中合成C3的速率和C3含量均相对较低。14：00后叶片的Pn(净光合速率)下降，但仍然大于0，故植株积累有机物的量继续增加。17：00后叶片的Ci(胞间CO2浓度)快速上升，但光照减弱，光反应为暗反应提供的[H]和ATP减少，导致暗反应速率降低。叶片的Pn(净光合速率)先后两次下降，第一次下降的主要原因是叶片中部分气孔关闭，CO2浓度降低，导致暗反应受阻；第二次下降的主要原因是光照强度减弱，光反应减弱。
6.(2014·全国卷Ⅱ)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是____________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
解析：(1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。(2)由图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，光合作用受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率均小于0，即该植物呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量时，还要考虑光强这一因素的影响。
答案：(1)0 A、B和C (2)光强 (3)大于 (4)光强
[归纳拓展] 对植物光合作用CO2(光)补偿点和CO2(光)饱和点的理解
(1)对于植物来说，存在CO2的补偿点和饱和点，CO2浓度过低时，光合作用不能进行，CO2浓度过大时，会抑制植物的呼吸作用，进而影响到光合作用。
(2)不同植物的光补偿点和光饱和点不同：
①不同植物的光补偿点不同，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。
②不同植物的光饱和点不同。阳生植物的光饱和点高于阴生植物。
[师说考点·解疑难]
1．过程图解
2．物质转化
(1)元素转移途径：
(2)[H]的来源和去路比较：
3．能量转化
(1)能量形式的转变：
(2)ATP的来源与去路比较：
4．光合作用与有氧呼吸的区别
项目
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→化学能(储能)
稳定的化学能→活跃的化学能(ATP)＋热能
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
[研透考情·备高考]
考向一 光合作用与细胞呼吸过程的综合考查
1．下面是绿色植物叶肉细胞中光合作用与有氧呼吸及其关系的图解，其中A～D表示相关过程，a～e表示有关物质。据图判断相关说法错误的是( )
A．A过程表示光反应，它为B过程提供了[H]和ATP
B．C过程进行的场所是线粒体，在其内膜上物质b被利用
C．在黑暗的环境中，物质c可通过叶片的气孔释放到外界
D．若用18O标记物质b，则不会在C6H12O6中出现18O标记
解析：选D 由题干及题图可知，A～D分别表示光反应、暗反应、有氧呼吸第二、三阶段、有氧呼吸第一阶段；a～e分别表示H2O、O2、CO2、[H]、ATP；O2参与有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜；黑暗环境仅能进行呼吸作用，CO2可通过叶片的气孔释放到外界；用18O标记O2后，经“18O2→H218O→C18O2→C6HO6”途径可在C6H12O6中出现18O。
2．下图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示意图，其中①～⑤表示生理过程，A～D表示物质。下列分析错误的是( )
A．在生物膜上发生的生理过程有③和④
B．①②⑤过程均发生在细胞质基质中
C．A和B分别表示丙酮酸和[H]
D．有氧呼吸包括图中的①②③过程
解析：选B 由图可知，①、②、③依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，④为光反应，⑤为暗反应。A为丙酮酸，B为[H]，C为ADP和Pi，D为ATP和[H]；在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段③和光反应④；有氧呼吸的第一阶段①在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段②在线粒体基质中完成，暗反应阶段⑤在叶绿体基质中完成。
[归纳拓展] C18O2、18O2、HO在光合作用和细胞呼吸中转移的途径
①C6HO6
②
③
考向二 线粒体与叶绿体之间物质转化问题的考查
3．下面是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。以下相关叙述，错误的是( )
A．若细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间放出的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率
C．细胞③处在较强光照条件下，光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D．对细胞④的分析可得出，此时的光照强度较弱且物质的量N1小于m2
解析：选D 黑暗中叶肉细胞只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用；细胞②中线粒体释放的CO2全部用于叶绿体的光合作用，而叶绿体光合作用释放的O2全部用于线粒体的有氧呼吸，此时光合速率等于呼吸速率；细胞③需要不断从外界吸收CO2，可见光合速率大于呼吸速率，细胞光合作用利用的CO2为线粒体呼吸释放CO2与从外界吸收CO2之和；细胞④需要不断从外界吸收O2，可见其光合作用释放的O2不足以供给线粒体呼吸，所以N1等于m2。
4．(2018·江苏高考)下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH 指[H])，请回答下列问题：
(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为_________________，其中大多数高等植物的________需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在_______________________________________________________(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在________(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为________后进入乙，继而在乙的________(填场所)彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的________(填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括________(填序号)。
①C3的还原 ②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2
④酶的合成
解析：(1)图中甲是叶绿体，是进行光合作用的场所。叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，并将光能转变为化学能；叶绿素通常需要在有光的条件下才能合成。(2)光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，参与光反应的酶(蛋白质)在细胞质中合成后，转运到叶绿体的类囊体膜上组装；CO2的固定发生在叶绿体基质中，催化CO2固定的酶在叶绿体基质中组装。(3)图中乙为线粒体，是进行有氧呼吸的主要场所。O2充足时，光合作用产生的三碳糖可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，丙酮酸在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2，同时产生[H]和ATP；有氧呼吸前两个阶段产生的[H]在线粒体内膜上参与有氧呼吸的第三阶段，即和O2反应生成H2O，同时产生大量ATP。叶绿体中产生的过多的还原能可通过物质转化合成NADPH，NADPH可通过参与有氧呼吸第三阶段产生ATP。(4)由图示可知，乙(线粒体)产生的ATP能够进入甲(叶绿体)，所以在线粒体中合成的ATP可以用于C3的还原，同时还能用于内外物质的运输、酶的合成等。水的光解不需要ATP。
答案：(1)叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素 (2)类囊体膜上 基质中 (3)丙酮酸 基质中 内膜上 (4)①②④
题型一 光合速率和呼吸速率的数量关系题
1．(2018·徐州四校联考)将生长状况相同的轮藻叶片分成4等份，在不同的温度下先暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测其质量变化，得到如下的数据。以下说法错误的是( )
组别
1
2
3
4
温度(℃)
27
28
29
30
暗处理后的质量变化(mg)
－1
－2
－3
－1
光照后和暗处理前的质量变化(mg)
＋3
＋3
＋3
＋1
A.轮藻细胞内呼吸酶最适温度约为29 ℃
B．第三组轮藻光合作用产生的氧气量最多
C．第四组轮藻2 h合成的有机物总量为2 mg
D．四个组中的轮藻光合作用强度都大于呼吸作用强度
解析：选C 暗处理后质量变化代表1 h呼吸消耗有机物量，光处理后和暗处理前的质量变化值加2 h的呼吸消耗有机物的量等于光处理1 h合成的有机物总量，故轮藻细胞内呼吸酶的最适温度约为29 ℃；第三组轮藻合成有机物总量最多，光合作用产氧量也最大；第四组轮藻2 h合成有机物总量为3 mg；四个组中轮藻的光合作用强度都大于呼吸作用强度。
2.以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。相关分析正确的是( )
A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
解析：选A 光下CO2的消耗量应为CO2吸收量与呼吸CO2释放量之和，35 ℃时消耗量为3.00＋3.50＝6.50，30 ℃时为3.50＋3.00＝6.50。光照下CO2的吸收量越大，有机物的积累量就越多。图中可见光下25 ℃时CO2吸收量最大，故25 ℃时植物积累的有机物的量最多。25 ℃时，光合作用CO2的消耗量应为3.75＋2.25＝6.00，而30 ℃、35 ℃时都为6.50。图中两曲线的交点应表示光合作用积累的与呼吸作用消耗的有机物的量相等。
[归纳拓展] “图示法”破解净光合速率、呼吸速率和真正光合速率的关系
(1)光合速率与呼吸速率的表示方法：
①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
③呼吸速率：植物置于黑暗环境中，一定时间内实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
(2)净光合速率与真正光合速率的关系：
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呼吸作用同时进行，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
关系式用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用产氧量＝氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量；
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量；
c．光合作用产生葡萄糖量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量。
题型二 密闭环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析题
3.在天气晴朗的夏季，将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内放在室外进行培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成图所示曲线(水平虚线表示实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图得出的判断错误的是( )
A．D点和H点表示光合速率等于呼吸速率
B．BC段和AB段曲线斜率差异可能主要是温度造成的
C．光合速率最大值可能出现在H点
D．呼吸速率最小值可能出现在B点
解析：选C 图中D点和H点时，玻璃罩内的CO2浓度达到平衡，此时光合速率等于呼吸速率；在夜间只进行呼吸作用，但是AB段上升速度快，而BC段变缓，这是由于凌晨温度较低，呼吸作用减弱；H点时光合作用积累的有机物最多，但光合速率不是最大；B点之前，CO2增加的速率快，B点之后，CO2增加的速率慢，因此呼吸速率最小值可能出现在B点。
[归纳拓展] “分段法”分析密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线
曲线
模型
模型分析
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
光合作用强度＝呼吸作用强度
DH段
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
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
题型三 开放环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析题
4．夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。下列说法正确的是( )
A．甲植株在a点开始进行光合作用
B．乙植株在e点有机物积累量最多
C．曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D．两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
解析：选D 分析图示可知，在a点时，甲植株光合作用固定CO2的速率和呼吸作用产生CO2的速率相等，说明在a点之前，甲植株的光合作用已经开始，但光合作用比呼吸作用弱；在18时后，乙植株的光合作用速率开始小于呼吸作用速率，与18时相比，e点时有机物的积累量已经减少；根据常识可知，图示曲线的b～c段下降的主要原因是气孔部分关闭，导致叶内CO2浓度降低，而d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生[H]和ATP的速率减慢；b～d段，乙植株的变化体现的是植物的“午休现象”，是由气孔关闭导致的；甲植株的变化可能是由不存在“午休现象”或气孔关闭程度很小或气孔无法关闭导致的。
[归纳拓展] “关键点法”分析夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线
曲线
模型
模型分析
MN和
PQ
夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减小
N～P
光合作用与呼吸作用同时进行
NA和
EP
清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少
A点和
E点
光合作用强度等于细胞呼吸强度，CO2的吸收和释放达到动态平衡；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变
A～E
光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加；环境中CO2量减少，O2量增加
C点
叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象
E点
光合作用产物的积累量最大
题型四 条件改变时光合作用与细胞呼吸曲线中关键点的移动题
5.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，右图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和CO2浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( )
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
解析：选C 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知，当温度从30 ℃降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
6．(2015·重庆高考)将如图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下，细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
A．黑暗条件下，①增大、④减小
B．光强低于光补偿点时，①、③增大
C．光强等于光补偿点时，②、③保持不变
D．光强等于光饱和点时，②减小、④增大
解析：选B 图示细胞为水稻叶肉细胞，在黑暗条件下、密闭容器中，该细胞不进行光合作用，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2，因此①增大、④减小。光强低于光补偿点时，光合作用和细胞呼吸同时进行，但细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞吸收O2，放出CO2，此时在密闭容器中①增大、③减小。光强等于光补偿点时，细胞呼吸强度等于光合作用强度，因此细胞吸收O2速度等于放出CO2速度，即②、③保持不变。光强等于光饱和点时，光合作用强度最大，细胞光合作用吸收CO2速度大于细胞呼吸吸收O2的速度，因此②减小、④增大。
[归纳拓展] 巧判光合作用和细胞呼吸曲线关键点移动
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向，一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上面。如图
①呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移
②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移
③阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动
题型五 植物是否生长的判断题
7．将某种植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响，实验以该植物光合作用吸收的CO2总量与呼吸作用CO2的释放量为指标，实验结果如下表所示。下列对该植物数据表格分析正确的是( )
温度(℃)
20
25
30
35
40
45
光照下CO2吸
收总量(mg/h)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
黑暗中CO2释
放量(mg/h)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
A.昼夜不停地光照，温度为20 ℃时该植物不能生长
B．昼夜不停地光照，温度为45 ℃时，最有利于有机物的积累
C．每天交替进行8 h光照16 h黑暗，温度均保持在25 ℃条件下，不能生长
D．每天交替进行12 h光照12 h黑暗，温度均保持在35 ℃条件下，能正常生长
解析：选D 昼夜不停地光照，20 ℃时净光合速率大于0。温度为40 ℃时，净光合速率最大。25 ℃条件下，每天交替进行8 h光照16 h黑暗，植物的有机物有积累(1.75×8－0.75×16＝2)，能生长。
[方法规律] “昼夜有机物积累量法”判断植物是否生长
昼夜有机物积累量＝实际光合速率×光合时间－呼吸速率×24小时＝净光合速率×光照时间－呼吸速率×黑暗时间。
①昼夜有机物积累量＞0，植物生长。
②昼夜有机物积累量≤0，植物不生长。
方法一 测定光合作用O2产生或CO2消耗的体积
1．某生物兴趣小组设计了图示装置进行呼吸速率与光合速率的测试实验(忽略温度对气体膨胀的影响)。
(1)测定植物的呼吸速率：装置的烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；1 h后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。
(2)测定植物的净光合速率：装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1 h后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得Y值。
请你预测在植物生长期红墨水滴最可能移动方向并分析原因：
项目
移动方向
原因分析
测定植物
呼吸速率
a.________
__________
b._____________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________
测定植物
净光合速率
c.________
__________
d.________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)由(1)、(2)测定的数值，玻璃钟罩内绿色植物的真正光合速率可表示为________。
解析：(1)测定植物的呼吸速率时，将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用，植物进行有氧呼吸消耗O2，而释放的CO2气体被装置烧杯中的NaOH溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左移动，向左移动的距离X，就代表植物进行有氧呼吸消耗的O2量，也就是有氧呼吸产生的CO2量。(2)测定植物的净光合速率：装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的CO2浓度；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中，又处在植物的生长期，其光合作用超过呼吸作用，表现为表观(净)光合作用释放O2，使装置内气体量增加，红色液滴向右移动，向右移动的距离Y就代表表观(净)光合作用释放O2量，也就是表观(净)光合作用吸收的CO2量。所以，依据实验原理：真正光合速率＝呼吸速率＋表观(净)光合速率，就可以计算出光合速率。
答案：(2)a.向左移 b．将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用；植物进行有氧呼吸消耗O2，而释放的CO2气体被装置烧杯中NaOH溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左移动 c．向右移动 d．装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的CO2浓度；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中，在植物的生长期，光合作用超过呼吸作用，表现为表观(净)光合作用释放O2，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动 (3)X＋Y
[归纳拓展] 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，能保证容器内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真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(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。
方法二 “半叶法”测定光合作用有机物的产生量
2.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。如图所示，“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。若M＝MB－MA，则M表示__________________________________。
解析：如图所示，A部分遮光，这半片叶片虽不能进行光合作用，但可照常进行呼吸作用。另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。题中MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后初始质量－呼吸作用有机物的消耗量。所以M＝MB－MA就是B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量。这样，M值除以时间再除以面积就可测得真正光合速率(单位：mg/dm2·h)。
答案：B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
[归纳拓展] 半叶法测光合速率的方法
将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
方法三 黑白瓶法测定溶氧量的变化
3．某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解O2的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24 h后测定各组培养瓶中的O2含量，记录数据如下：
光照强度(klx)
0
(黑暗)
a
b
c
d
e
白瓶溶O2量(mg/L)
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶O2量(mg/L)
3
3
3
3
3
3
(1)黑瓶中溶解O2的含量降低为3 mg/L的原因是__________________________________；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为________mg/(L·24 h)。
(2)当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的O2量为____________mg/(L·24 h)。
(3)光照强度至少为________(填字母)时，该水层产O2量才能维持生物正常生活耗O2量所需。
解析：(1)黑瓶中溶解O2的含量降低为3 mg/L的原因是：黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生O2，其中的生物呼吸消耗O2，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为：原初溶解氧－24 h后氧含量，即10－3＝7 mg/(L·24 h)。(2)当光照强度为c时，表观光合速率的大小为：24 h后氧含量－原初溶解氧，即24－10＝14 mg/(L·24 h)。呼吸速率为10－3＝7 mg/(L·24 h)。真正光合速率为14＋7＝21 mg/(L·24 h)。(3)黑暗时，黑白瓶都是3 mg/(L·24 h)，说明水体生物呼吸速率为10－3＝7 mg/(L·24 h)，所以光照强度至少为a时，净光合速率为10－3＝7 mg/(L·24 h)，才能维持水中生物正常生活耗O2量所需。
答案：(1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生O2，而生物呼吸消耗O2 7 (2)21 (3)a
[归纳拓展] 黑白瓶法测光合速率的方法
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，而白瓶既能进行光合作用又能进行呼吸作用，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
方法四 叶圆片上浮法分析影响光合作用的因素
4．下图1是某高等绿色植物成熟绿叶组织在某光照强度和适宜温度下，光合作用强度增长率随CO2浓度变化的情况。图2为从生长状况相同的植物叶片上剪出大小、部位相同的若干圆叶片，抽取叶片细胞内的气体，平均分成若干份，然后置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的一定强度光照，测量圆叶片上浮至液面所需时间，其记录结果绘成的曲线图。下列分析错误的是( )
A．图1中在d点时光合速率达到最大，此时限制光合速率的主要环境因素可能是光照强度
B．图1中c点与b点相比，叶绿体中[H]的合成速率不变
C．从图2分析，bc段曲线平缓的限制因素可能是光照强度，而c点以后曲线上行，其原因最可能是NaHCO3浓度过大，导致细胞失水，从而影响细胞代谢
D．适当地增加光照强度重复图2实验，b点将向下移动
解析：选B 图1中从a点至d点光合作用强度一直在增加，在d点时光合作用强度增长率为0，因此在该点光合作用强度达到最大值，此时CO2已不再是限制因素，题干“适宜温度下”因此此时限制光合作用速率的主要环境因素可能是光照强度；图1中c点和b点相比，c点的光合作用强度大叶绿体中[H]的合成速率在增加；从图2分析，bc段曲线平缓说明CO2不再是限制因素，限制因素可能是光照强度，c点以后曲线上行，其原因最可能是NaHCO3浓度过大，导致细胞失水，从而影响细胞代谢；适当地增加光照强度重复图2实验，光合作用强度会增加，产生的O2更多，叶片上浮的时间更短，b点将向下移动。
[归纳拓展] 叶圆片上浮法测光合速率的方法
利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
方法五 间隔光照法测定光合速率
5．科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20 s，黑暗20 s，交替进行12 h，并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化，实验结果部分记录如下图所示。
(1)据实验结果部分记录图分析，黑暗开始后CO2吸收速率稳定一段时间后迅速下降，该段时间内________(填“C3”或“C5”)的含量增加。
(2)与连续光照6 h，再连续黑暗处理6 h相比，“间隙光”处理的光合效率________(填“较高”“相等”或“较低”)。导致出现图中曲线的原因是光合作用中光反应的速率比暗反应的速率________(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1________(填“大于”“等于”或“小于”)S2。
解析：据实验结果部分记录图分析，黑暗开始后CO2吸收速率稳定，一段时间后迅速下降，该段时间内光合作用的光反应过程不能进行，不能形成ATP和[H]，暗反应形成的C3逐渐积累，含量增加。“间隙光”处理能使植株充分利用光反应产生的[H]和ATP，因此光合作用效率更高。与光反应相比，暗反应较缓慢，不能及时消耗掉光反应产生的[H]和ATP，因此出现题中曲线。S1可用来表示一个光照周期内[H]和ATP的积累量，而S2则可表示刚好把该段时间内积累的[H]和ATP消耗掉，因此二者相等。
答案：(1)C3 (2)较高 更快 等于
6．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量______(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_____________________________________
________________________________________________________________________；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要____________，这些反应发生的部位是叶绿体的________________________________________________________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着____________________的增加，使光下产生的____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
解析：(1)C组的光合作用时间仅仅是D组的一半，但C组光合作用产物的相对含量与D组相差很少，可以判断C组单位光照时间内植物合成有机物的量高于D组。C组和D组的结果对照说明黑暗处理时也进行光合作用，即光合作用过程中某些反应不需要光照，该反应指的是暗反应，进行暗反应的场所是叶绿体基质。(2)比较A、B、C三组可以看出，三组的光照和黑暗交替频率不同，交替频率增加可使光照下产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ及时利用和再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质
(2)光照和黑暗交替频率 ATP和还原型辅酶Ⅱ
[归纳拓展] 间隔光照能充分利用光能的原因
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
[课堂巩固练—小试身手]
1．(2019·无锡模拟)下列关于光合作用和细胞呼吸原理在实践中应用的说法，正确的是( )
A．酵母菌酿制葡萄酒的过程中应持续通气
B．中耕松土有利于植物对CO2的吸收
C．连续阴雨天适当提高温度有利于大棚植物生长
D．栽种农作物时“正其行，通其风”，有利于提高光合作用效率
解析：选D 酵母菌无氧呼吸产生酒精，因此不能持续通气；中耕松土有利于植物对O2的吸收；连续阴雨天，光照强度较弱，应降低温度来抑制呼吸作用；通过“正其行，通其风”，可提高植物生活环境中的CO2浓度，有利于提高光合作用效率。
2．(2019·徐州质检)如图为某植物叶肉细胞中两种膜结构以及发生的生化反应模式图。下列有关叙述正确的是( )
A．图1、2中的两种生物膜上都发生能量的转换，且转换形式相同
B．两种生物膜除了产生上述物质外，还均可产生ATP
C．图1中的A是[H]，图2中的B全来自丙酮酸和H2O
D．由于图1、图2中的生物膜来自不同细胞器，所以它们的主要成分不同
解析：选B 图1、2中的两种生物膜上都发生能量的转换，但转换形式不同，前者是光合作用的光反应，将光能转换成ATP，后者是有氧呼吸的第三阶段，将稳定的化学能转换成ATP；图1中的膜是类囊体薄膜，图2中的膜是线粒体内膜，两者均可产生ATP；图1中的A是[H](NADPH)，图2中的B是[H](NADH)，来自葡萄糖、丙酮酸和H2O；图1中的生物膜来自叶绿体，图2中的生物膜来自线粒体，它们的主要成分相同，都是蛋白质和磷脂分子。
3．(2017·江苏高考)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图，图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题：
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管，并加入适量________，以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色，原因是_______________________。
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有______________________。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度，测定前应排除反应液中____________的干扰。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是________________。若提高反应液中NaHCO3浓度，果肉放氧速率的变化是________________(填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。
(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率，对15～20 min曲线的斜率几乎不变的合理解释是________________________；若在20 min后停止光照，则短时间内叶绿体中含量减少的物质有________(填序号：①C5 ②ATP ③[H] ④C3)，可推测20～25 min曲线的斜率为________(填“正值”“负值”或“零”)。
解析：(1)由教材实验可知，CaCO3能防止叶绿素被破坏，叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会因光合色素溶解于乙醇中而变成白色。(2)图1装置中放氧量的多少与影响光合作用的因素(如光照强度、温度和CO2浓度等)有关。要通过氧电极检测反应液中O2的浓度，应排除反应液中溶解氧的干扰。(3)反应室中加入的NaHCO3能为光合作用提供CO2。若提高反应液中NaHCO3浓度，一定范围内果肉细胞的光合作用增强，超过一定范围后，受光照强度等因素的限制，光合作用不再增强。(4)15～20 min曲线的斜率几乎不变，是因为此时光合作用产氧量与呼吸作用耗氧量相等。若突然停止光照，则光反应阶段产生的[H]和ATP减少，暗反应中C3的还原过程减弱而C3的合成速率不变，故短时间内叶绿体中C5的含量减少。光照停止，光合作用的光反应不再发生，则20～25 min反应液中无O2的释放，只有呼吸作用消耗O2，故曲线的斜率为负值。
答案：(1)CaCO3 光合色素溶解在乙醇中 (2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度 溶解氧 (3)提供CO2 增大后稳定 (4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值
4．(2015·江苏高考)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，结果如下图所示。请回答下列问题：
(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)探究实验要遵循单一变量原则。图1所示实验的自变量为温度，因此其他外界条件应保持一致且适宜，而影响光合作用的重要外界条件还有光照强度和CO2浓度等。单位时间、单位叶面积O2的释放量是衡量净光合速率的重要指标。(2)暗反应中，CO2与C5反应生成C3，这是CO2的固定过程；消耗的C5由C3经过一系列反应再生，这是C3的还原过程。(3)根据图2解释图1，从叶绿素角度分析，叶绿素含量较高会促进光反应产生更多的[H]和ATP，从而更有利于暗反应中有机物的生成；大多数酶的化学本质是蛋白质，与光合作用有关的蛋白质含量较高，则应从酶的角度考虑。(4)P2植株干重显著大于对照组，但籽实的产量并不高，最可能的原因是光合作用产生的有机物向籽实运输的少。
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
[课下模拟练—自我检测]
一、选择题
1．某生物小组在适宜条件下用一密闭的无色透明玻璃钟罩培养番茄幼苗，在实验过程中( )
A．叶绿体中C5化合物含量减少
B．装置中O2浓度一直升高
C．净光合速率逐渐减小到0
D．装置中CO2浓度逐渐降低到0
解析：选C 正常情况下，植物的光合作用大于呼吸作用，因此，随光合作用的进行，装置中的CO2越来越少，光合速率也逐渐降低，当光合速率等于呼吸速率时，装置中CO2浓度不再发生变化，净光合速率逐渐减小到0。
2．(2019·南通中学段考)如图是绿色植物叶肉细胞的部分代谢过程图解，相关叙述正确的是( )
A．过程①表示光合作用暗反应，无光条件下能正常进行
B．过程②发生在细胞质基质中，所有活细胞都能进行
C．过程③表示有氧呼吸第二阶段，无氧条件下能正常进行
D．过程③产生的[H]、ATP、CO2都用于过程①
解析：选B 过程①表示的是光合作用的暗反应阶段C3的还原，需要消耗光反应阶段产生的[H]和ATP；过程②表示的是有氧呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，无氧呼吸全过程发生在细胞质基质中；过程③是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体基质，无氧条件下不能正常进行；过程③是有氧呼吸的第二阶段，产生的[H]用于有氧呼吸的第三阶段，还原[H]，不能用于过程①的光合作用。
3．某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此，对该植物生理特性理解错误的是( )
A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25 ℃
C．在0～25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50 ℃
解析：选D 从第二幅图的曲线中可以看出，光合作用的最适温度为30 ℃左右，呼吸作用的最适温度为55 ℃左右，因此呼吸作用的最适温度比光合作用的高；从第一幅图的曲线中可以看出，净光合作用的最适温度为25 ℃左右；通过第二幅图的曲线可以看出，在0～25 ℃范围内，光合作用曲线变化明显大于呼吸作用曲线；植物总光合作用大于呼吸作用时，即净光合作用大于0时，适合植物的生长；从图中可以看出，适合该植物生长的温度范围是－10～45 ℃。
4.某校生物兴趣小组在玻璃温室里进行植物栽培实验。他们对室内空气中的CO2 含量进行了24 h 测定，并根据数据绘制成如图曲线。图中表示光合速率等于呼吸速率的点是( )
A．a、b B．b、c
C．a、c D．a、d
解析：选B ab段CO2波度是升高的，表示光合速率小于呼吸速率，b点时CO2浓度不再升高，说明光合速率等于呼吸速率。bc段CO2浓度降低说明光合速率大于呼吸速率，c点时CO2浓度不再下降，说明光合速率等于呼吸速率。
5．(2019·盐城中学调研)某学校生物兴趣小组用伊乐藻进行光合作用的实验，将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以白炽灯作为光源，移动白炽灯调节其与大试管的距离，分别在10 ℃、20 ℃和30 ℃下进行实验，观察并记录不同距离下单位时间枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响
B．a点和c点的限制因素分别为温度和光照强度
C．b点条件下伊乐藻能进行光合作用
D．若在缺镁的培养液中进行此实验则b点向右移动
解析：选D 由图可知，该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响。a点距离改变不影响气泡，而温度改变则气泡明显变化，所以限制因素是温度；在三条曲线中，c点都处于曲线的下降阶段，即光合强度随着光照强度的降低而降低，所以c点的限制因素为光照强度。b点没有产生气泡，说明伊乐藻光合作用强度等于呼吸作用强度。若培养液缺镁，叶绿素合成受阻，光合作用减弱，而呼吸作用强度不变，需要增大光照强度才能增大光合作用强度，使光合速率等于呼吸速率，即b点向左移动。
6．下图为高等植物细胞内发生的部分物质转化过程示意图。相关叙述正确的是( )
A．发生在生物膜上的过程有②③④
B．人体细胞中也可发生的过程有②④
C．过程①③都消耗ATP
D．过程①消耗的CO2普遍少于②产生的CO2
解析：选B 过程②是有氧呼吸的第一、二阶段，发生在细胞质基质和线粒体基质中，过程③是光合作用中的光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④是有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上；人体细胞中可发生的过程是有氧呼吸，即过程②④；过程①是光合作用中的暗反应，需要消耗ATP和NADPH，过程③是光反应，产生ATP；高等植物体内存在不能进行光合作用的细胞，为了能积累有机物生存，细胞内的光合作用强度大于细胞内的呼吸作用强度，即过程①消耗的CO2普遍多于过程②产生的CO2。
7.农科所技术员研究温度对某蔬菜新品种产量的影响，将实验结果绘制成如图所示的曲线。据此得出的结论合理的是( )
A．光合作用酶的最适温度高于呼吸作用酶的最适温度
B．阴影部分表示5～35 ℃时蔬菜的净光合速率小于零
C．光照越强，该蔬菜新品种的产量越高
D．温室栽培该蔬菜时温度最好控制在25～30 ℃
解析：选D 由题图可看出，光合作用酶的最适温度范围为25～30 ℃，呼吸作用酶的最适温度高于35 ℃；5～35 ℃时，光合作用强度大于呼吸作用强度，净光合速率大于零；从图中无法判断光照强度对蔬菜新品种产量的影响；25～30 ℃时，光合作用强度与呼吸作用强度的差值最大，即净光合速率最大，最适宜蔬菜生长。
8.研究人员在不同光照强度下(其他条件恒定)测定某高等绿色植物的O2释放速率并绘制出如图所示的曲线。据图分析，下列叙述正确的是( )
A．b点时，该植物的O2释放速率为0的原因是该植物不进行光合作用
B．c点时，该植物叶肉细胞中产生O2的场所是叶绿体基质
C．d点时，该植物通过光合作用产生O2的速率是10 mg/h
D．d点之后O2释放速率不再增加的原因可能是受温度、CO2浓度等的限制
解析：选D b点时，该植物的O2释放速率为0的原因是光合作用产生O2的速率等于细胞呼吸消耗O2的速率；光合作用的光反应阶段产生O2，其场所为叶绿体类囊体薄膜；该植物通过细胞呼吸消耗O2的速率是5 mg/h，d点时绿色植物释放O2的速率为10 mg/h，该植物通过光合作用产生O2的速率是10＋5＝15(mg/h)；d点之后，可能受温度、CO2浓度等环境因素的限制，该植物的光合速率不再增加。
9．在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定A植物和B植物在不同光照条件下的光合速率，结果如表所示。据表中数据推测：当光照强度为3 klx时，A植物与B植物固定的CO2量的差值为(单位：mg·10－2 cm－2·h－1)( )
指标
光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx)
光饱和点时光照强度(klx)
光饱和点时CO2吸收量(mg·10－2cm－2叶·h－1)
黑暗条件下CO2释放量(mg·10－2cm－2叶·h－1)
A植物
1
3
20
6
B植物
3
9
30
15
注：当光照强度达到某一点后，再增大光照强度，光合强度不增加，这一点的光照强度称为光饱和点。
A．11 B．2
C．9 D．20
解析：选A 黑暗条件下CO2释放量表示呼吸速率，A、B植物的呼吸速率分别为6 mg·10－2cm－2叶·h－1、15 mg·10－2cm－2叶·h－1。光饱和点时CO2吸收量表示净光合速率，等于真正光合速率与呼吸速率之差。在光照强度为3 klx时，A植物的真正光合速率＝20＋6＝26 mg·10－2cm－2叶·h－1，B植物的真正光合速率为15 mg·10－2cm－2叶·h－1。因此，当光照强度为3 klx时，A植物与B植物固定的CO2量之差为11。
10．某校生物兴趣小组用玉米作为实验材料，研究不同条件下的光合速率和呼吸速率，绘制出图甲、乙和丙，图中光合速率与呼吸速率不相等的点是( )
A．a B．b
C．c D．d
解析：选A 图甲中虚线表示净光合速率，净光合速率＝真光合速率－呼吸速率，a点时净光合速率＝呼吸速率，因此，真光合速率是呼吸速率的2倍；图乙中的b、c点和图丙中的d点是光补偿点，此刻光合速率等于呼吸速率。
11．(2019·南通高考考前卷，多选)图1表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程，其中C3在不同代谢过程中表示不同的化合物；图2表示该细胞中的一种生物膜和其上所发生的部分生化反应。下列说法正确的是( )
A．图1属于光合作用的过程有①②
B．图2生物膜是线粒体内膜
C．图2蛋白M能催化合成ATP
D．图1中过程③发生在图2生物膜上
解析：选ABC 分析图示可知：图1中过程①表示CO2固定，过程②表示C3的还原，所以过程①②均属于光合作用的暗反应；图2显示，该生物膜上发生4H＋＋O2→2H2O和ATP的生成反应，由此可知该膜为线粒体内膜；图2蛋白M能催化合成ATP；图1中过程③表示有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，而图2的生物膜为线粒体内膜。
12．(多选)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，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比值减小
B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大
C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小
D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
解析：选BC 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；突然中断CO2供应使C3含量减少，进而使ATP和[H]含量增多，所以ATP/ADP比值增大；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和[H]含量减少，进而使C3含量增多，C5含量减少；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和[H]含量增加，ATP/ADP比值增大。
13．(多选)某兴趣小组研究绿竹笋的保鲜方法，将新采摘的绿竹笋做如图所示处理后，丙组用一定浓度的壳聚糖涂膜，再将其装箱。每种处理取3株竹笋，测其呼吸速率。下列有关叙述正确的是( )
A．可以用O2的释放量或CO2的吸收量作为呼吸速率的指标
B．装箱初期，乙组的呼吸速率低于甲组的原因是酶的活性较低
C．与乙组相比，丙组还可以减少O2进入细胞，进一步降低有机物消耗
D．常温下呼吸消耗大量有机物导致6 h后曲线急剧下降，保鲜处理应在此之前
解析：选BCD 可以用O2的吸收量或CO2的释放量作为呼吸速率的指标；装箱初期，乙组(冰水浴)处理后的温度低于甲组(常温)，酶的活性较低，呼吸速率低。
二、非选择题
14．(2019·镇江一模)某种植物固定CO2的方式比较特殊，夜间吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中， 白天苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其过程如图1所示；图2表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析并回答：
(1)图1所示细胞对应图2中的________(填字母)类植物，其在中午12点时光合作用所需的CO2来源有____________________________，该植物在夜间产生ATP的场所有________。
(2)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图2中植物A和植物B细胞中C3含量的变化分别是________________________。
(3)m点是曲线C与x轴交点，影响m点向左移动的因素有________(多选)。
A．植物缺镁 B．调整温度使之更适宜
C．天气转阴 D．CO2浓度适当上升
E．CO2浓度适当下降
(4)在一定的CO2浓度和适宜温度下，把图2中A植物的叶片置于5 klx(光合作用总速率为44 mg CO2·100 cm－2叶·h－1)光照下14 h，其余时间置于黑暗中(细胞呼吸速率为6.6 mg CO2·100 cm－2叶·h－1)，则一天内该植物每25 cm2叶片葡萄糖积累量为____________(用CO2的净吸收量表示)mg。
(5)图1细胞固定CO2的方式是对环境的适应，推测其生活环境的特点是________(填“炎热干旱”或“温暖潮湿”)，从进化角度看，其固定CO2的特殊方式是________的结果。
解析：(1)图1所示细胞夜间能吸收CO2生成苹果酸储存在液泡中，对应图2中的A类植物。由图1卡尔文循环中CO2的来源可以看出，该类植物中午光合作用所需的CO2来源于苹果酸经脱羧作用释放及细胞呼吸产生，该植物在夜间进行细胞呼吸产生ATP，场所为细胞质基质和线粒体。(2)突然降低环境中CO2浓度，植物A液泡中苹果酸经脱羧作用可以释放CO2，所以细胞中C3含量基本不变，植物B由于环境中CO2浓度下降，生成的C3减少，细胞中C3含量下降。(3)m点是曲线C与x轴交点，此时细胞呼吸速率等于光合速率，调整温度使之更适宜及CO2浓度适当上升均会增大光合速率，使m点向左移动；植物缺镁、天气转阴及CO2浓度适当下降，均会影响m点使其向右移动。(4)一天内该植物每100 cm2叶片CO2净吸收量为44×14－6.6×24＝457.6 (mg)，每25 cm2叶片CO2净吸收量为457.6÷4＝114.4 (mg)。(5)图1细胞应该生活在炎热干旱环境中，白天气孔关闭，所以夜晚要固定CO2，从进化角度看，这是长期自然选择的结果。
答案：(1)A 苹果酸经脱羧作用释放、细胞呼吸产生 细胞质基质和线粒体 (2)A基本不变，B下降 (3)BD (4)114.4 (5)炎热干旱 自然选择
15．将玉米的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果如图所示(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高)。请回答：
(1)水稻光合色素的功能是____________________，用相同方法提取水稻和某植物的光合色素，同时进行纸层析。图谱显示：与水稻相比，该植物缺少距层析起点最近的两条色素带。据此可初步推测该植物缺少______________(按距层析起点由近及远的顺序填色素种类)。
(2)光合作用过程中，碳的固定产物还原需要光反应提供____________。光合作用产物(C6H12O6)中的氧经细胞有氧呼吸后到达终产物________中。
(3)分析图中信息，光照强度为10×102～14×102 μmol·m－2·s－1时，原种水稻的气孔导度下降但光合速率基本不变，可能的原因是________________________________，PEPC酶所起的作用是____________________________________________。
解析：(1)叶绿体中色素主要功能是吸收、传递和转化光能。滤纸条从上往下色素的名称是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。(2)光反应可以为暗反应提供ATP和[H]。葡萄糖中的氧经过有氧呼吸后最终到达终产物CO2。(3)气孔导度下降但光合速率基本不变，可能是呼吸作用增强，可提供足够的CO2。观察图1可知，转基因水稻气孔导度大，光合速率高。
答案：(1)吸收、传递并转化光能 叶绿素b、叶绿素a
(2)ATP和[H] CO2 (3)呼吸作用增强，可提供足够的CO2 增加气孔导度，提高光合速率
第1课时 光合作用的探究历程与基本过程
[师说考点·解疑难]
1．实验原理
(1)提取原理：叶绿体中的色素溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。
(2)分离原理：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
2．实验步骤及结果
色素分离装置
[提醒] 提取叶绿体中的色素，也可用右图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，①～④的颜色依次是：橙黄色、黄色、蓝绿色、黄绿色。
3．实验操作及目的
过程
实验操作
操作目的
提
取
色
素
(1)
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
(2)
研磨时加无水乙醇
溶解色素
(3)
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
(4)
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
(5)
盛放滤液的试管管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分
离
色
素
(1)
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
(2)
滤液细线要直、细、匀
使分离出的色素带平整不重叠
(3)
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
(4)
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
[研透考情·备高考]
考向一 考查色素提取和分离的过程及结果
1．(2016·江苏高考)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是( )
A．应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素
B．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素
C．为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
解析：选B 在提取绿叶中的色素时，应先加入少量的CaCO3，再进行研磨，防止研磨过程中酸破坏叶绿素；即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素，只是滤液中色素的含量较低，分离后4条色素带较窄；若要获得总量10 mL的提取液，在研磨时应分次加入10 mL乙醇；层析完毕后应迅速记录结果，这是因为叶绿素在光下容易分解，导致色素条带很快消失，而不是随溶剂挥发消失。
2．(多选)某同学在进行光合色素的提取和分离实验时，取一圆形滤纸，在滤纸中央滴一滴色素提取液，再滴一滴层析液，将会得到近似同心的四个色素环。下列说法正确的是( )
A．通常提取液呈现绿色是因为叶片中叶绿素含量比类胡萝卜素高
B．色素能彼此分离是因为不同色素在层析液中的溶解度不同
C．最外侧两圈色素环的色素主要吸收蓝紫光
D．若提取液取自缺镁叶片，最外侧两圈色素环颜色较淡
解析：选ABC 缺镁无法合成叶绿素，最内侧两圈色素是叶绿素a、叶绿素b，颜色较淡。
[归纳拓展] 绿叶中色素提取分离异常现象分析
收集到的滤液绿色过浅
原因
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少
③一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)
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
原因
①滤液细线不直；②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
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
考向二 考查叶绿体色素的种类和功能
3．(2017·天津高考)叶绿体中的色素为脂溶性，液泡中紫红色的花青苷为水溶性。以月季成熟的紫红色叶片为材料，下列实验无法达到目的的是( )
A．用无水乙醇提取叶绿体中的色素
B．用水做层析液观察花青苷的色素带
C．用质壁分离和复原实验探究细胞的失水与吸水
D．用光学显微镜观察表皮细胞染色体的形态和数目
解析：选D 月季叶绿体中含有的叶绿素和类胡萝卜素为脂溶性，能溶于有机溶剂，故可用无水乙醇提取叶绿体中的色素；月季成熟的紫红色叶片中含有的花青苷能溶于水，可用水做层析液观察花青苷的色素带；月季成熟叶片有大液泡，可用于质壁分离与复原实验探究细胞的失水与吸水；月季叶片表皮细胞是成熟细胞，不再进行细胞分裂，不能用于染色体形态和数目的观察。
4．关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
解析：选C 提取绿叶中色素的原理是叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂如无水乙醇中。叶绿素分子中含有镁元素，镁元素可以由植物根细胞通过主动运输方式从土壤中吸收，也可以在叶面施肥后由叶片吸收。叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用，其中吸收的主要是可见光中的红光和蓝紫光，红外光和紫外光不属于可见光。叶绿素的合成需要光，在黑暗条件下叶绿素不能合成，故黑暗中生长的植物幼苗叶片主要呈现类胡萝卜素(叶黄素和胡萝卜素)的颜色，即幼苗叶片表现为黄色。
[归纳拓展] 植物细胞中的色素
植物细胞中的色素有两类：一类位于叶绿体中，能参与对光能的捕获与转化，并且是脂溶性色素；另一类位于液泡中，不参与对光能的捕获与转化，并且是水溶性色素。
考向三 考查影响叶绿素合成和含量的因素
5.(2015·江苏高考，多选)为研究高光强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，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是( )
A．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吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
解析：选ABC 根据“绿叶中色素的提取和分离实验”的实验结果可知，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ色素条带分别代表胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。由题图可知，正常光照与强光照相比，正常光照下叶绿素含量高，强光照下叶绿素含量低。强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照。叶绿素a的吸收光谱的吸收峰波长约为430 nm和660 nm，叶绿素b的吸收光谱的吸收峰波长约为460 nm和640 nm。画滤液线时，首先画出一条细线，待滤液干后，再重复画一两次，目的是增加滤液线中的色素含量，以便层析后获得更清晰的色素条带。
6．为推动生态文明建设，国务院发布了《大气污染防治行动计划》。某科研小组开展酸雨与生态系统关系的研究。下表是不同pH的酸雨对三种植物叶绿素含量(mg/g)影响的结果。
pH
5.8(对照)
4.0
3.0
2.0
桃树
2.20(100)
2.19(99.55)
2.13(96.82)
1.83(83.18)
腊梅
3.65(100)
3.58(98.08)
3.44(94.25)
2.95(80.82)
木樨
1.07(100)
1.07(100)
1.05(98.13)
0.96(89.72)
注：括号内为与同种植物对照实验的相对百分比。
(1)叶绿素位于叶绿体内的__________________上，提取后经层析分离，扩散最慢的色素带呈________色。酸雨中的SO破坏叶绿素，导致光反应产生的____________(产物)减少。由于光反应速率降低，将直接影响暗反应过程中的______________，最后导致(CH2O)生成减少。
(2)由表可知：①随着酸雨pH的降低，叶绿素含量受影响的程度______________；②__________________________________________；③____________________________。
解析：(1)叶绿素位于叶绿体的类囊体薄膜上，提取后用纸层析的方法分离，在滤纸条上扩散最慢的色素带是叶绿素b，其颜色为黄绿色。叶绿素被破坏，则光反应产生的[H]和ATP减少，直接影响暗反应中C3的还原过程，进而导致糖类的生成减少。(2)总体来说，随着酸雨pH的降低，叶绿素含量受影响的程度增大。从表中还可以看出，在相同pH酸雨的作用下，木樨受影响程度最小，腊梅受影响程度最大。
答案：(1)类囊体薄膜 黄绿 [H]和ATP C3的还原 (2)①增大 ②腊梅对酸雨最敏感 ③木樨对酸雨的耐受性较强
[归纳拓展] 影响叶绿素合成的因素
光照
光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄
温度
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而类胡萝卜素分子较为稳定，使叶子变黄
必需
元素
叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄
[思维导图·成一统]
[巧学助记] 光合作用过程的“一、二、三、四”
[基础速练·固根基]
1．连线光合作用的探究历程
2．判断下列叙述的正误
(1)类囊体上产生的ATP可用于暗反应(√)
(2)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中的化学能(√)
(3)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(×)
(4)在适宜光照条件下，叶肉细胞中CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质(√)
(5)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(×)
(6)光反应为暗反应提供[H]和H2O(×)
(7)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH[H]和CO2后，可完成暗反应(√)
(8)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原(√)
(9)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降，原因是光反应强度升高，暗反应强度降低(×)
(10)在其他条件适宜情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5含量都迅速增加(×)
3．写出光合作用的总反应式及各元素的去向
(1)光合作用总反应式：
CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)各元素的去向：
①氧元素
②碳元素：CO2→C3→(CH2O)
③氢元素：H2O→[H]→(CH2O
4．比较光反应与暗反应
比较
项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物(酶促反应)
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、
ADP、Pi
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
叶绿体内的类囊体薄膜
叶绿体基质
物质
转化
(1)水的光解：
2H2O4[H]＋O2；
(2)ATP的合成：
ADP＋Pi＋能量ATP
(1)CO2的固定：
CO2＋C52C3；
(2)C3的还原：
能量
转化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
联系
[师说考点·解疑难]
1．叶绿体的结构和功能
2．光反应与暗反应的联系
(1)光反应为暗反应提供[H]、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。
(3)同位素标记元素转移途径：
H：
C：
O：
3．环境因素骤变对物质含量动态变化的判断
(1)分析方法：
a.需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。
b．需从物质的生成和消耗两个方面综合分析，如CO2供应正常、光照停止时C3的含量变化：
(2)相关物质含量变化分析过程与结果：
条件
过程变化
C3
C5
[H]和
ATP
模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变
①过程减弱②③过程减弱，④过程正常进行
增
加
减
少
减少
光照由弱到强，CO2供应不变
①过程增强
②③过程增强
④过程正常进行
减
少
增
加
增加
光照不变，CO2由充足到不足
④过程减弱，①②③过程正常进行，随C3减少②③减弱，①过程正常
减
少
增
加
增加
光照不变，CO2由不足到充足
④过程增强①②③正常进行，随C3增加②③增强，①过程正常
增
加
减
少
减少
[研透考情·备高考]
考向一 考查光合作用的探究历程
1．在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时发生能量转化的假说。以下科学实验能证明这一假说的是( )
A．英格(根)豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验
B．恩格(吉)尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验
解析：选C 萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用产物除氧气外还可以产生淀粉，即光能转变成储存在淀粉等有机物中的化学能，因此该实验能证明“植物在进行光合作用时发生能量转化”的假说。
2．下列关于科学实验及方法的叙述，正确的是( )
A．利用光学显微镜观察细胞膜时发现其具有暗—亮—暗三层结构
B．分别用HO和C18O2作对照研究光合作用的产物O2的来源
C．用14CO2研究光合作用中碳的转移途径为CO2→C3→C5→(CH2O)
D．用极细的光束和乳酸菌处理黑暗中的水绵证明叶绿体在光合作用中产生O2
解析：选B 细胞膜的暗—亮—暗结构属于亚显微结构，在光学显微镜下看不见；运用同位素标记法，分别用HO和C18O2作为原料，分析光合作用释放O2的放射性，可得知O2中的O来自于H2O；光合作用中碳的转移途径为CO2→C3→(CH2O)；乳酸菌属于厌氧菌，不能和水绵证明叶绿体在光合作用中产生O2。
[归纳拓展] 高考常考的四个经典实验及分析
普利斯特利(莱)实验
相关分析
缺乏对照实验，实验结果说服力不强。应将点燃的蜡烛和小鼠分别单独置于含同一种但却死亡的植物的玻璃罩内，作为空白对照。普利斯特利(莱)没有认识到光在植物更新空气中的作用
萨克斯实验
相关分析
①对照类型为自身对照，自变量为光的有无，因变量为颜色变化(有无淀粉生成)，实验组是遮光处理组，对照组为曝光处理组
②该实验的关键是要进行饥饿处理，以使叶片中的营养物质消耗掉，增强实验的说服力
恩格(吉)尔曼实验
相关分析
①将临时装片放在黑暗和无空气的环境中是为了排除环境中光线和O2的影响
②设置细光束和好氧菌的好处：能够准确判断出水绵细胞中产生氧气的部位
鲁宾和卡门实验
相关分析
①应用同位素标记法追踪CO2和H2O中的O元素在光合作用中的转移途径
②此实验设置了对照，自变量是标记物质即HO和C18O2，因变量是释放的O2有无放射性
考向二 考查光合作用的过程
3．(2018·北京高考)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中( )
A．需要ATP提供能量
B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与
D．会产生氧气
解析：选D 光合作用中的光反应发生在类囊体薄膜上，光合色素吸收光能，一方面使水光解，释放出氧气和形成[H]，另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP。结合题干信息，加入氧化还原指示剂DCIP后，DCIP会被[H]还原。
4.(2015·安徽高考)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图，下列叙述正确的是( )
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转化为C5中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
解析：选C CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗。CO2必须先固定合成C3才能被[H]还原。被还原的C3在有关酶的作用下，可再形成C5。光照强度由强变弱时，产生的ATP和[H]减少，还原C3减少，所以短时间内C3含量会升高，C5含量会下降。
考向三 考查环境条件变化与C3、C5等物质量的变化间的关系
5.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%环境中，其叶片暗反应中C3和C5化合物微摩尔浓度的变化趋势如图。据图判断下列叙述错误的是( )
A．图中甲是C3化合物
B．降低CO2浓度，乙浓度升高的原因是C3的还原正常进行，而CO2固定减慢
C．若该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，稳定后，甲的浓度比乙的浓度低
D．CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需光照强度比CO2浓度为1%时的低
解析：选C 图中甲是C3化合物，乙是C5化合物。当环境中CO2浓度突然降低时，CO2的固定量减少，而C3的还原过程在短时间内未受影响，这样C3的生成量减少，而消耗量不变，所以短时间内C3的含量会降低；相反，C5的生成量不变，但消耗量减少，故C5含量会升高。一段时间后，反应达到平衡，C3的含量仍会高于C5的含量。在低CO2浓度的环境中，暗反应固定的C3的量较少，需要消耗的[H]和ATP较少，因此所需的光照强度较弱。
6．正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是( )
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：选B 黑暗处理后，光反应停止，O2的产生停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。
[方法规律] C3、C5等物质含量变化的分析方法
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的分析来进行：
②来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。
③来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。
[课堂巩固练—小试身手]
1．下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A．加入CaCO3的目的是为了充分研磨，以利于绿叶中色素的提取
B．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
C．色素带的宽窄取决于液泡中色素含量的多少
D．不同色素带在滤纸上的呈现可以是带状或同心环状
解析：选D 加入CaCO3的目的是为了防止色素被破坏；胡萝卜素在层析液中的溶解度最高，层析后处于滤纸条最上方；色素带的宽窄取决于叶绿体中色素含量的多少；不同色素带在长方形滤纸条上呈现带状，在圆形滤纸上呈同心环状。
2．(2019·无锡一模)如图为叶绿体结构模式图，下列叙述错误的是( )
A．能进行光合作用的细胞都含有该结构
B．光合作用所需的色素分布在结构③上
C．光合作用所需的酶分布在结构③和④中
D．叶绿体以③的形式扩大膜的表面积，有利于实现能量转换
解析：选A 叶绿体分布在植物体的叶肉细胞和幼嫩的茎中。蓝藻能进行光合作用，但没有叶绿体。
3．(2015·福建高考)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是( )
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
解析：选B 由题意可知，该酶催化的过程为光合作用暗反应过程中的CO2的固定，反应场所是叶绿体基质；暗反应指反应过程不依赖光照条件，有没有光，反应都可进行；对14CO2中的C元素进行同位素标记，检测14C3放射性强度，可以用来测定RuBP羧化酶的活性；单位时间内 14C3生成量的多少表示固定反应的快慢，可以说明该酶活性的高低。
4．(2016·江苏高考)为了选择适宜栽种的作物品种，研究人员在相同的条件下分别测定了3个品种S1、S2、S3的光补偿点和光饱和点，结果如图1和图2。请回答以下问题：
(1)最适宜在果树林下套种的品种是________，最适应较高光强的品种是________。
(2)增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，但S3的光饱和点却没有显著改变，原因可能是：在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应产生了过剩的______________，而S3在光饱和点时可能__________(填序号)。
①光反应已基本饱和
②暗反应已基本饱和
③光、暗反应都已基本饱和
(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于固定CO2，也参与叶绿体中生物大分子________________的合成。
(4)在光合作用过程中，CO2与RuBP(五碳化合物)结合的直接产物是磷酸丙糖(TP)，TP的去向主要有三个。下图为叶肉细胞中部分代谢途径示意图。
淀粉是暂时存储的光合作用产物，其合成场所应该在叶绿体的__________。淀粉运出叶绿体时先水解成TP或__________，后者通过叶绿体膜上的载体运送到细胞质中，合成由__________________糖构成的蔗糖，运出叶肉细胞。
解析：(1)最适宜在果树林下套种的品种应该是光补偿点和光饱和点都较低的S2(类似于阴生植物)，最适应较高光强的品种是光饱和点较高的S3。(2)S2是适应较低光强的作物，S3是适应较高光强的作物，增加环境中CO2浓度后，测得S2的光饱和点显著提高，但S3的光饱和点没有显著改变，原因可能是：在超过原光饱和点的光强下，S2的光反应产生了过剩的ATP和[H]，暗反应未饱和；而S3在光饱和点时可能光反应已基本饱和或暗反应已基本饱和或光反应和暗反应都已基本饱和。(3)叶绿体中光反应产生的能量既用于叶绿体中的暗反应过程，也参与叶绿体中生物大分子如核酸和蛋白质等物质的合成。(4)淀粉作为光合作用暗反应的产物，其合成场所为叶绿体基质。由图可知，淀粉运出叶绿体时先水解成TP或葡萄糖，葡萄糖和果糖反应形成蔗糖，运出叶肉细胞。
答案：(1)S2 S3 (2)ATP和[H] ①②③ (3)核酸、蛋白质 (4)基质中 葡萄糖 葡萄糖和果
[课下模拟练—自我检测]
一、选择题
1．叶绿体的类囊体薄膜上不含有( )
A．光合色素 B．DNA
C．酶 D．磷脂
解析：选B DNA位于叶绿体基质中。
2．气孔关闭会导致光合作用效率下降，主要原因是( )
A．水光解产生[H]的量不足
B．暗反应过程中产生的 C3 数量减少
C．光反应过程中产生的 O2 不足
D．光反应中产生的ATP数量减少
解析：选B 气孔关闭导致CO2供应降低，CO2的固定速率降低，产生的C3数量减少。
3．将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是( )
A．离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析：选A 光合作用的场所是叶绿体，离体的叶绿体在自然光下通过光反应能将水分解产生氧气。叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光。水在叶绿体中分解时可产生氧气和ATP，不需要ATP提供能量。
4．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
解析：选A 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放O2。
5．(2019·南通学测模拟)下表为鲁宾和卡门利用同位素标记法研究光合作用的实验记录，据表判断甲、乙分别是( )
组号
提供的物质
结果产生的气体
备注
Ⅰ
H2O和C18O2
甲
其他条件相同
Ⅱ
HO和CO2
乙
其他条件相同
A.18O2、18O2 B．O2、O2
C．18O2、O2 D．O2、18O2
解析：选D 根据鲁宾和卡门的同位素示踪法实验可知，光反应中的O2来自H2O的分解。
6．1864年，德国科学家萨克斯将绿色叶片放在暗处几小时，然后把此叶片一半遮光，一半曝光，经过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，成功地证明了( )
A．光合作用的产物有淀粉
B．光合作用的产物是水
C．光合作用的场所在叶绿体
D．光合作用产物中的氧气来自反应物中的水
解析：选A 碘与淀粉发生作用变蓝色，曝光的一半变蓝色，说明光合作用的产物有淀粉；碘与水没有颜色反应，不能证明光合作用的产物有水；该实验没有涉及光合作用的场所和光合作用产物中氧气来源；鲁宾和卡门通过同位素标记法证明光合作用产物氧气中氧原子来源于水。
7．(2019·如皋调研)将叶绿体从叶肉细胞中分离出来，破坏其外膜，仍可以进行光合作用。以下分析正确的是( )
A．光合作用所需的酶和色素主要位于叶绿体的内膜和基质中
B．叶绿体内膜具有选择透过性，外膜是全透的，起保护作用
C．光合作用必须在叶绿体中才能进行
D．叶绿素被破坏，则不能进行光合作用
解析：选D 光合作用所需的酶分布在叶绿体的类囊体薄膜上和基质中，色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上；叶绿体的内膜和外膜均具有选择透过性；真核细胞的光合作用是在叶绿体中进行的；叶绿素被破坏，光反应不能进行，整个光合作用也不能进行。
8．(2019·苏北四市一模)用新鲜菠菜叶进行色素提取和分离的实验。下列叙述正确的是( )
A．将滤液收集到试管中，应及时用棉塞将试管口塞紧
B．画滤液细线时，在点样线上需连续重复多次画线
C．滤液细线浸入层析液，可导致滤纸条上色素带重叠
D．滤纸条上4条色素带通常都是平齐的，且彼此之间的距离明显
解析：选A 滤液收集到试管后，为防止色素随无水乙醇挥发，应及时用棉塞将试管口塞紧；画滤液细线时，需重复多次画线，但应等上次画线干燥后再画；若滤液细线浸入层析液，色素会溶解在层析液中，导致滤纸条上无色素带；滤纸条上色素带是平齐的，但叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)两条色素带之间距离不明显。
9．Calvin等人研究光合作用时进行了以下实验：在某种绿藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间后从培养液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，固定产生的C3越多
B．在一定时间内光照时间越长，产生的放射性物质的种类越多
C．无论光照时间长短，放射性物质都会分布在叶绿体的类囊体膜上
D．只要给予光照，放射性就会出现在NADPH中
解析：选B 光合作用的暗反应过程中固定产生的C3会被还原。放射性物质应分布在叶绿体的基质中。NADPH是光反应阶段产生的，而CO2是用于暗反应阶段的。
10．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下面为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析错误的是( )
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、RuBP均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
解析：选A 在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质；由图可知，PEP、RuBP分别与CO2结合形成OAA、PGA；晚间苹果酸从液泡进入细胞液中，细胞液pH下降。
11．(多选)下图是有关实验的操作简图。下列有关叙述正确的是( )
A．若A是梨，B为水，则得到的滤液C可用于还原性糖的鉴定实验
B．若A是梨，B为水，得到的滤液C密封保存一段时间后可能会有酒精产生
C．若A是菠菜叶，B为无水乙醇，常用定性滤纸过滤研磨液得到色素滤液
D．若A是菠菜叶，B为无水乙醇，则滤液C经纸层析后可能不会出现4条明显的色素带
解析：选ABD 梨中含有大量还原性糖，可用于还原性糖的鉴定；梨的外表附着有酵母菌，酵母菌在无氧条件下能利用葡萄糖产生酒精；用单层尼龙布过滤研磨液得到色素滤液；在提取过程中只加了无水乙醇和石英砂，没有加碳酸钙，叶绿素可能被破坏，所以滤液C经纸层析后可能不会出现4条明显的色素带。
12．(多选)关于小麦光合作用的叙述，错误的是( )
A．突然停止光照，叶绿体中C5/C3的值下降
B．夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高
C．线粒体内膜产生的ATP可直接用于暗反应
D．CO2的固定可将ATP中的化学能转移到C3中
解析：选BCD 突然停止光照，光反应提供的[H]、ATP减少，CO2供应不变，所以C3消耗量减少，C5生成量减少，C5/C3的值下降；夏季晴天光照最强时，小麦叶片的气孔关闭而出现午休现象，导致光合作用的原料减少，小麦光合速率反而下降；线粒体内膜产生的ATP可用于各项生命活动，而暗反应需要的ATP只能来自光反应；暗反应中，C3的还原可将ATP中的化学能转移到有机物中，CO2的固定不会消耗ATP中的能量。
13．(多选)两棵同种生长状况基本相同的植物，分别置于透明的玻璃罩内，如图甲、乙所示。在相同条件下，测得一昼夜中植物氧气释放速率分别如图丙、丁所示。下列有关叙述正确的是( )
A．ab段和cd段，曲线下降的原因完全相同
B．一昼夜中，装置乙中植物积累的有机物比甲多
C．e点时，气孔关闭导致光合作用基本停止
D．装置甲的植物叶绿体中，在14点时C5含量比10点时高
解析：选BD 图丙中ab段曲线下降是因为密闭容器中CO2浓度下降，图丁中cd段曲线下降是因为下午至傍晚光照强度下降；图丙和图丁曲线与横坐标所围的上部面积与下部面积之差可以表示一昼夜氧气的释放量，进而反映有机物的积累量，故装置乙中植物一昼夜积累的有机物多；图丁e点时，气温过高、蒸腾作用过于旺盛，部分气孔关闭，导致CO2吸收量下降，光合作用减弱，但光合作用并未停止；与10点时相比，装置甲14点时CO2含量减少，CO2固定消耗的C5少，叶绿体中C5含量升高。
二、非选择题
14．下图是某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是_______、_______、_______、_______，[H]代表的物质主要是________。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是_______________________。
解析：(1)由分析可知，图中①代表光合作用光反应阶段水光解的产物O2；②代表生成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的反应物NADP＋；③代表生成ATP的原料ADP＋Pi；④代表光合作用暗反应阶段参与固定CO2的物质C5；图中[H]代表的物质主要是呼吸作用过程中的还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)细胞中生成ATP的场所除叶绿体外还有细胞质基质(C)和线粒体(D)。(3)细胞质基质中的丙酮酸可以转化成酒精的原因是植物叶肉细胞缺氧，导致细胞进行无氧呼吸。
答案：(1)O2 NADP＋ ADP＋Pi C5 NADH(或还原型辅酶Ⅰ) (2)C和D (3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
15．(2018·全国卷Ⅲ)回答下列问题：
(1)高等植物光合作用中捕获光能的物质分布在叶绿体的______________上，该物质主要捕获可见光中的______________。
(2)植物的叶面积与产量关系密切。叶面积系数(单位土地面积上的叶面积总和)与植物群体光合速率、呼吸速率及干物质积累速率之间的关系如图所示。由图可知：当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率均________。当叶面积系数超过b时，群体干物质积累速率降低，其原因是________________________________
________________________________________________________________________。
(3)通常，与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度______(填“高”或“低”)。
解析：(1)高等植物进行光合作用捕获光能的物质是光合色素，该物质分布在叶绿体的类囊体薄膜上，其捕获的光主要是蓝紫光和红光。(2)由图中曲线可以看出，当叶面积系数小于a时，随叶面积系数增加，群体光合速率和干物质积累速率都在增加；当叶面积系数超过b时，群体光合速率不变，但群体呼吸速率增加，两者差值减小，故群体干物质积累速率降低。(3)通常，阴生植物的光合速率和呼吸速率都比阳生植物低，因此与阳生植物相比，阴生植物光合作用吸收与呼吸作用放出的CO2量相等时所需要的光照强度低。
答案：(1)类囊体膜 蓝紫光和红光 (2)增加 群体光合速率不变，但群体呼吸速率仍在增加，故群体干物质积累速率降低 (3)低
第2课时 影响光合作用的因素及相关曲线分析
[师说考点·解疑难]
1．光质
(1)原理：
①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。
③单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
(2)应用：
①大棚薄膜的选择：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高。
②补充单色光的选择：蓝紫光。
2．光照强度
(1)原理：
光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速率加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线模型及分析：
曲线
模型
模型分析
曲线对
应点(段)
细胞
生理活动
ATP
产生场所
植物组织
外观表现
图示
A点
只进行细胞呼吸，不进行光合作用
只在细胞质基质和线粒体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
AB段
(不含
A、B点)
呼吸量>光合量
细胞质基质、线粒体、叶绿体
从外界吸收O2，向外界排出CO2
B点
光合量＝呼吸量
与外界不发生气体交换
B点
之后
光合量>呼吸量
从外界吸收CO2，向外界释放O2——此时植物可更新空气
应用
①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能
3.CO2浓度
原理
CO2直接影响暗反应阶段，制约C3的形成
曲线模型及分析
图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点
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，提高光合速率
4．温度
原理
温度通过影响酶的活性影响光合作用
曲线模型及分析
AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大
B点：B点对应的温度为酶的最适温度，光合速率最大
BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零
应用
温室栽培植物时，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
5．光照、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
常见曲线
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：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子
应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，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
[研透考情·备高考]
考向一 单因子变量对光合作用的影响
1．在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是( )
A．红光，ATP下降 B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，[H]下降 D．绿光，C5上升
解析：选C 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少，因此当突然改用光照强度与白光相同的红光照射时，光反应增强，ATP、[H]、C5含量上升，ADP、C3含量减少；当突然改用光照强度与白光相同的绿光照射时，光反应减弱，ATP、[H]、C5含量减少，ADP、C3含量增多。
2.(2017·天津高考)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。如图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
解析：选D 光照强度低于P时，光反应强度受叶绿素含量影响较大，突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，故其光反应强度低于野生型。光照强度高于P时，暗反应强度受固定CO2酶的影响较大，突变型水稻叶片固定CO2酶的活性显著高于野生型，故其暗反应强度高于野生型。光照强度低于P时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度。P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P小于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度。
3．某植物光合作用的适宜温度为20～30 ℃。研究人员为了筛选耐高温优良品种，利用同一植株的茎尖细胞通过组织培养获得HA、HB、HC三个品系进行了实验。下表为温度对各品系光合速率的影响，有关叙述错误的是( )
品系
光合速率(μmol·g－1·h－1)
20 ℃
30 ℃
35 ℃
HA
8.32
9.36
9.07
HB
20.32
18.32
17.36
HC
13.78
15.56
16.77
A．在适宜温度条件下，HB品系光合速率最高
B．实验条件下，耐高温性较差的是HA品系
C．30 ℃与20 ℃比较，三个品系植物的光合速率均有提高
D．20 ℃时，不同品系光合速率产生差异的原因可能是发生了突变
解析：选C 由图中数据可知，30 ℃与20 ℃比较，HB光合速率降低，HA、HC光合速率提高。
[归纳拓展] 关于环境因素影响光合速率的三点说明
(1)温度改变对光合作用的影响：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都比参与光反应的酶的种类和数量多。
(2)CO2浓度对光合作用的影响：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。
(3)光对光合作用的影响：光照影响光反应，光是叶绿素合成的必要条件，因此植物在暗处呈黄色。
考向二 多因子变量对光合作用的影响
4．(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是( )
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
解析：选D 随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度；植物进行光合作用存在最适温度，高于最适温度后，净光合速率减小，所以随着温度升高，净光合速率不应先升高后趋于稳定；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大。
5．三倍体西瓜由于含糖量高且无籽，备受人们青睐。下图是三倍体西瓜叶片净光合速率(Pn，以CO2吸收速率表示)与胞间CO2浓度(Ci)的日变化曲线，以下分析正确的是( )
A．与11：00时相比，13：00时叶绿体中合成C3的速率相对较高
B．14：00后叶片的Pn下降，导致植株积累有机物的量开始减少
C．17：00后叶片的Ci快速上升，导致叶片暗反应速率远高于光反应速率
D．叶片的Pn先后两次下降，主要限制因素分别是CO2浓度和光照强度
解析：选D 与11：00时相比，13：00时CO2浓度低，叶绿体中合成C3的速率和C3含量均相对较低。14：00后叶片的Pn(净光合速率)下降，但仍然大于0，故植株积累有机物的量继续增加。17：00后叶片的Ci(胞间CO2浓度)快速上升，但光照减弱，光反应为暗反应提供的[H]和ATP减少，导致暗反应速率降低。叶片的Pn(净光合速率)先后两次下降，第一次下降的主要原因是叶片中部分气孔关闭，CO2浓度降低，导致暗反应受阻；第二次下降的主要原因是光照强度减弱，光反应减弱。
6.(2014·全国卷Ⅱ)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是____________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑________这一因素的影响，并采取相应措施。
解析：(1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。(2)由图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，光合作用受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率均小于0，即该植物呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量时，还要考虑光强这一因素的影响。
答案：(1)0 A、B和C (2)光强 (3)大于 (4)光强
[归纳拓展] 对植物光合作用CO2(光)补偿点和CO2(光)饱和点的理解
(1)对于植物来说，存在CO2的补偿点和饱和点，CO2浓度过低时，光合作用不能进行，CO2浓度过大时，会抑制植物的呼吸作用，进而影响到光合作用。
(2)不同植物的光补偿点和光饱和点不同：
①不同植物的光补偿点不同，主要与该植物的呼吸作用强度有关，与温度也有关系。一般阳生植物的光补偿点比阴生植物高。
②不同植物的光饱和点不同。阳生植物的光饱和点高于阴生植物。
[师说考点·解疑难]
1．过程图解
2．物质转化
(1)元素转移途径：
(2)[H]的来源和去路比较：
3．能量转化
(1)能量形式的转变：
(2)ATP的来源与去路比较：
4．光合作用与有氧呼吸的区别
项目
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→化学能(储能)
稳定的化学能→活跃的化学能(ATP)＋热能
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
[研透考情·备高考]
考向一 光合作用与细胞呼吸过程的综合考查
1．下面是绿色植物叶肉细胞中光合作用与有氧呼吸及其关系的图解，其中A～D表示相关过程，a～e表示有关物质。据图判断相关说法错误的是( )
A．A过程表示光反应，它为B过程提供了[H]和ATP
B．C过程进行的场所是线粒体，在其内膜上物质b被利用
C．在黑暗的环境中，物质c可通过叶片的气孔释放到外界
D．若用18O标记物质b，则不会在C6H12O6中出现18O标记
解析：选D 由题干及题图可知，A～D分别表示光反应、暗反应、有氧呼吸第二、三阶段、有氧呼吸第一阶段；a～e分别表示H2O、O2、CO2、[H]、ATP；O2参与有氧呼吸第三阶段，场所是线粒体内膜；黑暗环境仅能进行呼吸作用，CO2可通过叶片的气孔释放到外界；用18O标记O2后，经“18O2→H218O→C18O2→C6HO6”途径可在C6H12O6中出现18O。
2．下图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示意图，其中①～⑤表示生理过程，A～D表示物质。下列分析错误的是( )
A．在生物膜上发生的生理过程有③和④
B．①②⑤过程均发生在细胞质基质中
C．A和B分别表示丙酮酸和[H]
D．有氧呼吸包括图中的①②③过程
解析：选B 由图可知，①、②、③依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，④为光反应，⑤为暗反应。A为丙酮酸，B为[H]，C为ADP和Pi，D为ATP和[H]；在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段③和光反应④；有氧呼吸的第一阶段①在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段②在线粒体基质中完成，暗反应阶段⑤在叶绿体基质中完成。
[归纳拓展] C18O2、18O2、HO在光合作用和细胞呼吸中转移的途径
①C6HO6
②
③
考向二 线粒体与叶绿体之间物质转化问题的考查
3．下面是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体代谢简图。以下相关叙述，错误的是( )
A．若细胞①处于黑暗环境中，那么该细胞单位时间放出的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率
C．细胞③处在较强光照条件下，光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D．对细胞④的分析可得出，此时的光照强度较弱且物质的量N1小于m2
解析：选D 黑暗中叶肉细胞只能进行细胞呼吸，不能进行光合作用；细胞②中线粒体释放的CO2全部用于叶绿体的光合作用，而叶绿体光合作用释放的O2全部用于线粒体的有氧呼吸，此时光合速率等于呼吸速率；细胞③需要不断从外界吸收CO2，可见光合速率大于呼吸速率，细胞光合作用利用的CO2为线粒体呼吸释放CO2与从外界吸收CO2之和；细胞④需要不断从外界吸收O2，可见其光合作用释放的O2不足以供给线粒体呼吸，所以N1等于m2。
4．(2018·江苏高考)下图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH 指[H])，请回答下列问题：
(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为_________________，其中大多数高等植物的________需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在_______________________________________________________(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在________(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为________后进入乙，继而在乙的________(填场所)彻底氧化分解成CO2；甲中过多的还原能可通过物质转化，在细胞质中合成NADPH，NADPH中的能量最终可在乙的________(填场所)转移到ATP中。
(4)乙产生的ATP被甲利用时，可参与的代谢过程包括________(填序号)。
①C3的还原 ②内外物质运输 ③H2O裂解释放O2
④酶的合成
解析：(1)图中甲是叶绿体，是进行光合作用的场所。叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，并将光能转变为化学能；叶绿素通常需要在有光的条件下才能合成。(2)光反应在叶绿体的类囊体膜上进行，参与光反应的酶(蛋白质)在细胞质中合成后，转运到叶绿体的类囊体膜上组装；CO2的固定发生在叶绿体基质中，催化CO2固定的酶在叶绿体基质中组装。(3)图中乙为线粒体，是进行有氧呼吸的主要场所。O2充足时，光合作用产生的三碳糖可被氧化为丙酮酸后进入线粒体，丙酮酸在线粒体基质中被彻底氧化分解成CO2，同时产生[H]和ATP；有氧呼吸前两个阶段产生的[H]在线粒体内膜上参与有氧呼吸的第三阶段，即和O2反应生成H2O，同时产生大量ATP。叶绿体中产生的过多的还原能可通过物质转化合成NADPH，NADPH可通过参与有氧呼吸第三阶段产生ATP。(4)由图示可知，乙(线粒体)产生的ATP能够进入甲(叶绿体)，所以在线粒体中合成的ATP可以用于C3的还原，同时还能用于内外物质的运输、酶的合成等。水的光解不需要ATP。
答案：(1)叶绿素、类胡萝卜素 叶绿素 (2)类囊体膜上 基质中 (3)丙酮酸 基质中 内膜上 (4)①②④
题型一 光合速率和呼吸速率的数量关系题
1．(2018·徐州四校联考)将生长状况相同的轮藻叶片分成4等份，在不同的温度下先暗处理1 h，再光照1 h(光照强度相同)，测其质量变化，得到如下的数据。以下说法错误的是( )
组别
1
2
3
4
温度(℃)
27
28
29
30
暗处理后的质量变化(mg)
－1
－2
－3
－1
光照后和暗处理前的质量变化(mg)
＋3
＋3
＋3
＋1
A.轮藻细胞内呼吸酶最适温度约为29 ℃
B．第三组轮藻光合作用产生的氧气量最多
C．第四组轮藻2 h合成的有机物总量为2 mg
D．四个组中的轮藻光合作用强度都大于呼吸作用强度
解析：选C 暗处理后质量变化代表1 h呼吸消耗有机物量，光处理后和暗处理前的质量变化值加2 h的呼吸消耗有机物的量等于光处理1 h合成的有机物总量，故轮藻细胞内呼吸酶的最适温度约为29 ℃；第三组轮藻合成有机物总量最多，光合作用产氧量也最大；第四组轮藻2 h合成有机物总量为3 mg；四个组中轮藻的光合作用强度都大于呼吸作用强度。
2.以测定的CO2吸收量与释放量为指标，研究温度对某绿色植物光合作用与细胞呼吸的影响，结果如图所示。相关分析正确的是( )
A．光照相同时间，35 ℃时光合作用制造的有机物的量与30 ℃时相等
B．光照相同时间，在20 ℃条件下植物积累的有机物的量最多
C．温度高于25 ℃时，光合作用制造的有机物的量开始减少
D．两曲线的交点表示光合作用制造的与细胞呼吸消耗的有机物的量相等
解析：选A 光下CO2的消耗量应为CO2吸收量与呼吸CO2释放量之和，35 ℃时消耗量为3.00＋3.50＝6.50，30 ℃时为3.50＋3.00＝6.50。光照下CO2的吸收量越大，有机物的积累量就越多。图中可见光下25 ℃时CO2吸收量最大，故25 ℃时植物积累的有机物的量最多。25 ℃时，光合作用CO2的消耗量应为3.75＋2.25＝6.00，而30 ℃、35 ℃时都为6.50。图中两曲线的交点应表示光合作用积累的与呼吸作用消耗的有机物的量相等。
[归纳拓展] “图示法”破解净光合速率、呼吸速率和真正光合速率的关系
(1)光合速率与呼吸速率的表示方法：
①净光合速率：常用一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量表示。
②真正光合速率：常用一定时间内O2产生量、CO2固定量或有机物产生量表示。
③呼吸速率：植物置于黑暗环境中，一定时间内实验容器中CO2增加量、O2减少量或有机物减少量。
(2)净光合速率与真正光合速率的关系：
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呼吸作用同时进行，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
关系式用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
a．光合作用产氧量＝氧气释放量＋细胞呼吸耗氧量；
b．光合作用固定CO2量＝CO2吸收量＋细胞呼吸释放CO2量；
c．光合作用产生葡萄糖量＝葡萄糖积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗葡萄糖量。
题型二 密闭环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析题
3.在天气晴朗的夏季，将用全素营养液培养的植株放入密闭的玻璃罩内放在室外进行培养。每隔一段时间用CO2浓度检测仪测定玻璃罩内CO2浓度，绘制成图所示曲线(水平虚线表示实验开始时玻璃罩内CO2浓度)。据图得出的判断错误的是( )
A．D点和H点表示光合速率等于呼吸速率
B．BC段和AB段曲线斜率差异可能主要是温度造成的
C．光合速率最大值可能出现在H点
D．呼吸速率最小值可能出现在B点
解析：选C 图中D点和H点时，玻璃罩内的CO2浓度达到平衡，此时光合速率等于呼吸速率；在夜间只进行呼吸作用，但是AB段上升速度快，而BC段变缓，这是由于凌晨温度较低，呼吸作用减弱；H点时光合作用积累的有机物最多，但光合速率不是最大；B点之前，CO2增加的速率快，B点之后，CO2增加的速率慢，因此呼吸速率最小值可能出现在B点。
[归纳拓展] “分段法”分析密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线
曲线
模型
模型分析
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
光合作用强度＝呼吸作用强度
DH段
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
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
题型三 开放环境中植物光合速率与呼吸速率的曲线分析题
4．夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如下图所示。下列说法正确的是( )
A．甲植株在a点开始进行光合作用
B．乙植株在e点有机物积累量最多
C．曲线b～c段和d～e段下降的原因相同
D．两曲线b～d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭
解析：选D 分析图示可知，在a点时，甲植株光合作用固定CO2的速率和呼吸作用产生CO2的速率相等，说明在a点之前，甲植株的光合作用已经开始，但光合作用比呼吸作用弱；在18时后，乙植株的光合作用速率开始小于呼吸作用速率，与18时相比，e点时有机物的积累量已经减少；根据常识可知，图示曲线的b～c段下降的主要原因是气孔部分关闭，导致叶内CO2浓度降低，而d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生[H]和ATP的速率减慢；b～d段，乙植株的变化体现的是植物的“午休现象”，是由气孔关闭导致的；甲植株的变化可能是由不存在“午休现象”或气孔关闭程度很小或气孔无法关闭导致的。
[归纳拓展] “关键点法”分析夏季一昼夜CO2吸收和释放变化曲线
曲线
模型
模型分析
MN和
PQ
夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减小
N～P
光合作用与呼吸作用同时进行
NA和
EP
清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少
A点和
E点
光合作用强度等于细胞呼吸强度，CO2的吸收和释放达到动态平衡；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变
A～E
光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加；环境中CO2量减少，O2量增加
C点
叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象
E点
光合作用产物的积累量最大
题型四 条件改变时光合作用与细胞呼吸曲线中关键点的移动题
5.已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，右图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和CO2浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( )
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
解析：选C 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和在光饱和点时的光合作用强度。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知，当温度从30 ℃降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
6．(2015·重庆高考)将如图所示细胞置于密闭容器中培养。在不同光照强度下，细胞内外的CO2和O2浓度在短时间内发生了相应变化。下列叙述错误的是( )
A．黑暗条件下，①增大、④减小
B．光强低于光补偿点时，①、③增大
C．光强等于光补偿点时，②、③保持不变
D．光强等于光饱和点时，②减小、④增大
解析：选B 图示细胞为水稻叶肉细胞，在黑暗条件下、密闭容器中，该细胞不进行光合作用，只进行细胞呼吸，吸收O2，放出CO2，因此①增大、④减小。光强低于光补偿点时，光合作用和细胞呼吸同时进行，但细胞呼吸强度大于光合作用强度，细胞吸收O2，放出CO2，此时在密闭容器中①增大、③减小。光强等于光补偿点时，细胞呼吸强度等于光合作用强度，因此细胞吸收O2速度等于放出CO2速度，即②、③保持不变。光强等于光饱和点时，光合作用强度最大，细胞光合作用吸收CO2速度大于细胞呼吸吸收O2的速度，因此②减小、④增大。
[归纳拓展] 巧判光合作用和细胞呼吸曲线关键点移动
CO2(或光)补偿点和饱和点的移动方向，一般有左移、右移之分，其中CO2(或光)补偿点B是曲线与横轴的交点，CO2(或光)饱和点C则是最大光合速率对应的CO2浓度(或光照强度)，位于横轴上面。如图
①呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移
②呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点B应右移，反之左移
③阴生植物与阳生植物相比，CO2(或光)补偿点和饱和点都应向左移动
题型五 植物是否生长的判断题
7．将某种植物放在特定的实验装置内，研究温度对光合作用与呼吸作用的影响，实验以该植物光合作用吸收的CO2总量与呼吸作用CO2的释放量为指标，实验结果如下表所示。下列对该植物数据表格分析正确的是( )
温度(℃)
20
25
30
35
40
45
光照下CO2吸
收总量(mg/h)
1.00
1.75
2.50
3.25
3.75
3.50
黑暗中CO2释
放量(mg/h)
0.50
0.75
1.00
1.50
2.25
3.00
A.昼夜不停地光照，温度为20 ℃时该植物不能生长
B．昼夜不停地光照，温度为45 ℃时，最有利于有机物的积累
C．每天交替进行8 h光照16 h黑暗，温度均保持在25 ℃条件下，不能生长
D．每天交替进行12 h光照12 h黑暗，温度均保持在35 ℃条件下，能正常生长
解析：选D 昼夜不停地光照，20 ℃时净光合速率大于0。温度为40 ℃时，净光合速率最大。25 ℃条件下，每天交替进行8 h光照16 h黑暗，植物的有机物有积累(1.75×8－0.75×16＝2)，能生长。
[方法规律] “昼夜有机物积累量法”判断植物是否生长
昼夜有机物积累量＝实际光合速率×光合时间－呼吸速率×24小时＝净光合速率×光照时间－呼吸速率×黑暗时间。
①昼夜有机物积累量＞0，植物生长。
②昼夜有机物积累量≤0，植物不生长。
方法一 测定光合作用O2产生或CO2消耗的体积
1．某生物兴趣小组设计了图示装置进行呼吸速率与光合速率的测试实验(忽略温度对气体膨胀的影响)。
(1)测定植物的呼吸速率：装置的烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液；将玻璃钟罩遮光处理，放在适宜温度的环境中；1 h后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得X值。
(2)测定植物的净光合速率：装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中；1 h后记录红墨水滴移动的方向和刻度，得Y值。
请你预测在植物生长期红墨水滴最可能移动方向并分析原因：
项目
移动方向
原因分析
测定植物
呼吸速率
a.________
__________
b._____________________________________________________________________________________________________________________________
__________________________________________
测定植物
净光合速率
c.________
__________
d.________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)由(1)、(2)测定的数值，玻璃钟罩内绿色植物的真正光合速率可表示为________。
解析：(1)测定植物的呼吸速率时，将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用，植物进行有氧呼吸消耗O2，而释放的CO2气体被装置烧杯中的NaOH溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左移动，向左移动的距离X，就代表植物进行有氧呼吸消耗的O2量，也就是有氧呼吸产生的CO2量。(2)测定植物的净光合速率：装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的CO2浓度；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中，又处在植物的生长期，其光合作用超过呼吸作用，表现为表观(净)光合作用释放O2，使装置内气体量增加，红色液滴向右移动，向右移动的距离Y就代表表观(净)光合作用释放O2量，也就是表观(净)光合作用吸收的CO2量。所以，依据实验原理：真正光合速率＝呼吸速率＋表观(净)光合速率，就可以计算出光合速率。
答案：(2)a.向左移 b．将玻璃钟罩遮光处理，绿色植物只进行呼吸作用；植物进行有氧呼吸消耗O2，而释放的CO2气体被装置烧杯中NaOH溶液吸收，导致装置内气体量减小，压强减小，红色液滴向左移动 c．向右移动 d．装置的烧杯中放入NaHCO3缓冲溶液可维持装置中的CO2浓度；将装置放在光照充足、温度适宜的环境中，在植物的生长期，光合作用超过呼吸作用，表现为表观(净)光合作用释放O2，致装置内气体量增加，红色液滴向右移动 (3)X＋Y
[归纳拓展] 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，能保证容器内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真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(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。
方法二 “半叶法”测定光合作用有机物的产生量
2.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。如图所示，“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6 h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是mg/(dm2·h)。若M＝MB－MA，则M表示__________________________________。
解析：如图所示，A部分遮光，这半片叶片虽不能进行光合作用，但可照常进行呼吸作用。另一半B部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。题中MB表示6 h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA表示6 h后初始质量－呼吸作用有机物的消耗量。所以M＝MB－MA就是B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量。这样，M值除以时间再除以面积就可测得真正光合速率(单位：mg/dm2·h)。
答案：B叶片被截取部分在6 h内光合作用合成的有机物总量
[归纳拓展] 半叶法测光合速率的方法
将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度，曝光的一半测得的数据变化值代表表观(净)光合作用强度值，最后计算真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
方法三 黑白瓶法测定溶氧量的变化
3．某研究小组从当地一湖泊的某一深度取得一桶水样，分装于六对黑白瓶中，剩余的水样测得原初溶解O2的含量为10 mg/L，白瓶为透明玻璃瓶，黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶。将它们分别置于六种不同的光照条件下，分别在起始和24 h后测定各组培养瓶中的O2含量，记录数据如下：
光照强度(klx)
0
(黑暗)
a
b
c
d
e
白瓶溶O2量(mg/L)
3
10
16
24
30
30
黑瓶溶O2量(mg/L)
3
3
3
3
3
3
(1)黑瓶中溶解O2的含量降低为3 mg/L的原因是__________________________________；该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为________mg/(L·24 h)。
(2)当光照强度为c时，白瓶中植物光合作用产生的O2量为____________mg/(L·24 h)。
(3)光照强度至少为________(填字母)时，该水层产O2量才能维持生物正常生活耗O2量所需。
解析：(1)黑瓶中溶解O2的含量降低为3 mg/L的原因是：黑瓶没有光照，植物不能进行光合作用产生O2，其中的生物呼吸消耗O2，该瓶中所有生物细胞呼吸消耗的O2量为：原初溶解氧－24 h后氧含量，即10－3＝7 mg/(L·24 h)。(2)当光照强度为c时，表观光合速率的大小为：24 h后氧含量－原初溶解氧，即24－10＝14 mg/(L·24 h)。呼吸速率为10－3＝7 mg/(L·24 h)。真正光合速率为14＋7＝21 mg/(L·24 h)。(3)黑暗时，黑白瓶都是3 mg/(L·24 h)，说明水体生物呼吸速率为10－3＝7 mg/(L·24 h)，所以光照强度至少为a时，净光合速率为10－3＝7 mg/(L·24 h)，才能维持水中生物正常生活耗O2量所需。
答案：(1)黑瓶中植物不能进行光合作用产生O2，而生物呼吸消耗O2 7 (2)21 (3)a
[归纳拓展] 黑白瓶法测光合速率的方法
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，只有呼吸作用，而白瓶既能进行光合作用又能进行呼吸作用，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为呼吸作用强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为表观(净)光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
方法四 叶圆片上浮法分析影响光合作用的因素
4．下图1是某高等绿色植物成熟绿叶组织在某光照强度和适宜温度下，光合作用强度增长率随CO2浓度变化的情况。图2为从生长状况相同的植物叶片上剪出大小、部位相同的若干圆叶片，抽取叶片细胞内的气体，平均分成若干份，然后置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的一定强度光照，测量圆叶片上浮至液面所需时间，其记录结果绘成的曲线图。下列分析错误的是( )
A．图1中在d点时光合速率达到最大，此时限制光合速率的主要环境因素可能是光照强度
B．图1中c点与b点相比，叶绿体中[H]的合成速率不变
C．从图2分析，bc段曲线平缓的限制因素可能是光照强度，而c点以后曲线上行，其原因最可能是NaHCO3浓度过大，导致细胞失水，从而影响细胞代谢
D．适当地增加光照强度重复图2实验，b点将向下移动
解析：选B 图1中从a点至d点光合作用强度一直在增加，在d点时光合作用强度增长率为0，因此在该点光合作用强度达到最大值，此时CO2已不再是限制因素，题干“适宜温度下”因此此时限制光合作用速率的主要环境因素可能是光照强度；图1中c点和b点相比，c点的光合作用强度大叶绿体中[H]的合成速率在增加；从图2分析，bc段曲线平缓说明CO2不再是限制因素，限制因素可能是光照强度，c点以后曲线上行，其原因最可能是NaHCO3浓度过大，导致细胞失水，从而影响细胞代谢；适当地增加光照强度重复图2实验，光合作用强度会增加，产生的O2更多，叶片上浮的时间更短，b点将向下移动。
[归纳拓展] 叶圆片上浮法测光合速率的方法
利用真空渗入法排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
方法五 间隔光照法测定光合速率
5．科研人员利用“间隙光”来测定沙棘的光合作用，每次光照20 s，黑暗20 s，交替进行12 h，并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化，实验结果部分记录如下图所示。
(1)据实验结果部分记录图分析，黑暗开始后CO2吸收速率稳定一段时间后迅速下降，该段时间内________(填“C3”或“C5”)的含量增加。
(2)与连续光照6 h，再连续黑暗处理6 h相比，“间隙光”处理的光合效率________(填“较高”“相等”或“较低”)。导致出现图中曲线的原因是光合作用中光反应的速率比暗反应的速率________(填“更快”或“更慢”)。图中两条曲线所围成的面积S1________(填“大于”“等于”或“小于”)S2。
解析：据实验结果部分记录图分析，黑暗开始后CO2吸收速率稳定，一段时间后迅速下降，该段时间内光合作用的光反应过程不能进行，不能形成ATP和[H]，暗反应形成的C3逐渐积累，含量增加。“间隙光”处理能使植株充分利用光反应产生的[H]和ATP，因此光合作用效率更高。与光反应相比，暗反应较缓慢，不能及时消耗掉光反应产生的[H]和ATP，因此出现题中曲线。S1可用来表示一个光照周期内[H]和ATP的积累量，而S2则可表示刚好把该段时间内积累的[H]和ATP消耗掉，因此二者相等。
答案：(1)C3 (2)较高 更快 等于
6．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量______(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_____________________________________
________________________________________________________________________；
C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要____________，这些反应发生的部位是叶绿体的________________________________________________________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着____________________的增加，使光下产生的____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
解析：(1)C组的光合作用时间仅仅是D组的一半，但C组光合作用产物的相对含量与D组相差很少，可以判断C组单位光照时间内植物合成有机物的量高于D组。C组和D组的结果对照说明黑暗处理时也进行光合作用，即光合作用过程中某些反应不需要光照，该反应指的是暗反应，进行暗反应的场所是叶绿体基质。(2)比较A、B、C三组可以看出，三组的光照和黑暗交替频率不同，交替频率增加可使光照下产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ及时利用和再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质
(2)光照和黑暗交替频率 ATP和还原型辅酶Ⅱ
[归纳拓展] 间隔光照能充分利用光能的原因
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
[课堂巩固练—小试身手]
1．(2019·无锡模拟)下列关于光合作用和细胞呼吸原理在实践中应用的说法，正确的是( )
A．酵母菌酿制葡萄酒的过程中应持续通气
B．中耕松土有利于植物对CO2的吸收
C．连续阴雨天适当提高温度有利于大棚植物生长
D．栽种农作物时“正其行，通其风”，有利于提高光合作用效率
解析：选D 酵母菌无氧呼吸产生酒精，因此不能持续通气；中耕松土有利于植物对O2的吸收；连续阴雨天，光照强度较弱，应降低温度来抑制呼吸作用；通过“正其行，通其风”，可提高植物生活环境中的CO2浓度，有利于提高光合作用效率。
2．(2019·徐州质检)如图为某植物叶肉细胞中两种膜结构以及发生的生化反应模式图。下列有关叙述正确的是( )
A．图1、2中的两种生物膜上都发生能量的转换，且转换形式相同
B．两种生物膜除了产生上述物质外，还均可产生ATP
C．图1中的A是[H]，图2中的B全来自丙酮酸和H2O
D．由于图1、图2中的生物膜来自不同细胞器，所以它们的主要成分不同
解析：选B 图1、2中的两种生物膜上都发生能量的转换，但转换形式不同，前者是光合作用的光反应，将光能转换成ATP，后者是有氧呼吸的第三阶段，将稳定的化学能转换成ATP；图1中的膜是类囊体薄膜，图2中的膜是线粒体内膜，两者均可产生ATP；图1中的A是[H](NADPH)，图2中的B是[H](NADH)，来自葡萄糖、丙酮酸和H2O；图1中的生物膜来自叶绿体，图2中的生物膜来自线粒体，它们的主要成分相同，都是蛋白质和磷脂分子。
3．(2017·江苏高考)科研人员对猕猴桃果肉的光合色素、光合放氧特性进行了系列研究。图1为光合放氧测定装置示意图，图2为不同光照条件下果肉随时间变化的光合放氧曲线。请回答下列问题：
(1)取果肉薄片放入含乙醇的试管，并加入适量________，以防止叶绿素降解。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会变成白色，原因是_______________________。
(2)图1中影响光合放氧速率的因素有______________________。氧电极可以检测反应液中氧气的浓度，测定前应排除反应液中____________的干扰。
(3)图1在反应室中加入NaHCO3的主要作用是________________。若提高反应液中NaHCO3浓度，果肉放氧速率的变化是________________(填“增大”“减小”“增大后稳定”或“稳定后减小”)。
(4)图2中不同时间段曲线的斜率代表光合放氧的速率，对15～20 min曲线的斜率几乎不变的合理解释是________________________；若在20 min后停止光照，则短时间内叶绿体中含量减少的物质有________(填序号：①C5 ②ATP ③[H] ④C3)，可推测20～25 min曲线的斜率为________(填“正值”“负值”或“零”)。
解析：(1)由教材实验可知，CaCO3能防止叶绿素被破坏，叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中。长时间浸泡在乙醇中的果肉薄片会因光合色素溶解于乙醇中而变成白色。(2)图1装置中放氧量的多少与影响光合作用的因素(如光照强度、温度和CO2浓度等)有关。要通过氧电极检测反应液中O2的浓度，应排除反应液中溶解氧的干扰。(3)反应室中加入的NaHCO3能为光合作用提供CO2。若提高反应液中NaHCO3浓度，一定范围内果肉细胞的光合作用增强，超过一定范围后，受光照强度等因素的限制，光合作用不再增强。(4)15～20 min曲线的斜率几乎不变，是因为此时光合作用产氧量与呼吸作用耗氧量相等。若突然停止光照，则光反应阶段产生的[H]和ATP减少，暗反应中C3的还原过程减弱而C3的合成速率不变，故短时间内叶绿体中C5的含量减少。光照停止，光合作用的光反应不再发生，则20～25 min反应液中无O2的释放，只有呼吸作用消耗O2，故曲线的斜率为负值。
答案：(1)CaCO3 光合色素溶解在乙醇中 (2)光照、温度、CO2(NaHCO3)浓度 溶解氧 (3)提供CO2 增大后稳定 (4)光合产氧量与呼吸耗氧量相等 ①②③ 负值
4．(2015·江苏高考)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，结果如下图所示。请回答下列问题：
(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)探究实验要遵循单一变量原则。图1所示实验的自变量为温度，因此其他外界条件应保持一致且适宜，而影响光合作用的重要外界条件还有光照强度和CO2浓度等。单位时间、单位叶面积O2的释放量是衡量净光合速率的重要指标。(2)暗反应中，CO2与C5反应生成C3，这是CO2的固定过程；消耗的C5由C3经过一系列反应再生，这是C3的还原过程。(3)根据图2解释图1，从叶绿素角度分析，叶绿素含量较高会促进光反应产生更多的[H]和ATP，从而更有利于暗反应中有机物的生成；大多数酶的化学本质是蛋白质，与光合作用有关的蛋白质含量较高，则应从酶的角度考虑。(4)P2植株干重显著大于对照组，但籽实的产量并不高，最可能的原因是光合作用产生的有机物向籽实运输的少。
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
[课下模拟练—自我检测]
一、选择题
1．某生物小组在适宜条件下用一密闭的无色透明玻璃钟罩培养番茄幼苗，在实验过程中( )
A．叶绿体中C5化合物含量减少
B．装置中O2浓度一直升高
C．净光合速率逐渐减小到0
D．装置中CO2浓度逐渐降低到0
解析：选C 正常情况下，植物的光合作用大于呼吸作用，因此，随光合作用的进行，装置中的CO2越来越少，光合速率也逐渐降低，当光合速率等于呼吸速率时，装置中CO2浓度不再发生变化，净光合速率逐渐减小到0。
2．(2019·南通中学段考)如图是绿色植物叶肉细胞的部分代谢过程图解，相关叙述正确的是( )
A．过程①表示光合作用暗反应，无光条件下能正常进行
B．过程②发生在细胞质基质中，所有活细胞都能进行
C．过程③表示有氧呼吸第二阶段，无氧条件下能正常进行
D．过程③产生的[H]、ATP、CO2都用于过程①
解析：选B 过程①表示的是光合作用的暗反应阶段C3的还原，需要消耗光反应阶段产生的[H]和ATP；过程②表示的是有氧呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中，无氧呼吸全过程发生在细胞质基质中；过程③是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体基质，无氧条件下不能正常进行；过程③是有氧呼吸的第二阶段，产生的[H]用于有氧呼吸的第三阶段，还原[H]，不能用于过程①的光合作用。
3．某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此，对该植物生理特性理解错误的是( )
A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25 ℃
C．在0～25 ℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50 ℃
解析：选D 从第二幅图的曲线中可以看出，光合作用的最适温度为30 ℃左右，呼吸作用的最适温度为55 ℃左右，因此呼吸作用的最适温度比光合作用的高；从第一幅图的曲线中可以看出，净光合作用的最适温度为25 ℃左右；通过第二幅图的曲线可以看出，在0～25 ℃范围内，光合作用曲线变化明显大于呼吸作用曲线；植物总光合作用大于呼吸作用时，即净光合作用大于0时，适合植物的生长；从图中可以看出，适合该植物生长的温度范围是－10～45 ℃。
4.某校生物兴趣小组在玻璃温室里进行植物栽培实验。他们对室内空气中的CO2 含量进行了24 h 测定，并根据数据绘制成如图曲线。图中表示光合速率等于呼吸速率的点是( )
A．a、b B．b、c
C．a、c D．a、d
解析：选B ab段CO2波度是升高的，表示光合速率小于呼吸速率，b点时CO2浓度不再升高，说明光合速率等于呼吸速率。bc段CO2浓度降低说明光合速率大于呼吸速率，c点时CO2浓度不再下降，说明光合速率等于呼吸速率。
5．(2019·盐城中学调研)某学校生物兴趣小组用伊乐藻进行光合作用的实验，将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以白炽灯作为光源，移动白炽灯调节其与大试管的距离，分别在10 ℃、20 ℃和30 ℃下进行实验，观察并记录不同距离下单位时间枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A．该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响
B．a点和c点的限制因素分别为温度和光照强度
C．b点条件下伊乐藻能进行光合作用
D．若在缺镁的培养液中进行此实验则b点向右移动
解析：选D 由图可知，该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响。a点距离改变不影响气泡，而温度改变则气泡明显变化，所以限制因素是温度；在三条曲线中，c点都处于曲线的下降阶段，即光合强度随着光照强度的降低而降低，所以c点的限制因素为光照强度。b点没有产生气泡，说明伊乐藻光合作用强度等于呼吸作用强度。若培养液缺镁，叶绿素合成受阻，光合作用减弱，而呼吸作用强度不变，需要增大光照强度才能增大光合作用强度，使光合速率等于呼吸速率，即b点向左移动。
6．下图为高等植物细胞内发生的部分物质转化过程示意图。相关叙述正确的是( )
A．发生在生物膜上的过程有②③④
B．人体细胞中也可发生的过程有②④
C．过程①③都消耗ATP
D．过程①消耗的CO2普遍少于②产生的CO2
解析：选B 过程②是有氧呼吸的第一、二阶段，发生在细胞质基质和线粒体基质中，过程③是光合作用中的光反应，发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④是有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体内膜上；人体细胞中可发生的过程是有氧呼吸，即过程②④；过程①是光合作用中的暗反应，需要消耗ATP和NADPH，过程③是光反应，产生ATP；高等植物体内存在不能进行光合作用的细胞，为了能积累有机物生存，细胞内的光合作用强度大于细胞内的呼吸作用强度，即过程①消耗的CO2普遍多于过程②产生的CO2。
7.农科所技术员研究温度对某蔬菜新品种产量的影响，将实验结果绘制成如图所示的曲线。据此得出的结论合理的是( )
A．光合作用酶的最适温度高于呼吸作用酶的最适温度
B．阴影部分表示5～35 ℃时蔬菜的净光合速率小于零
C．光照越强，该蔬菜新品种的产量越高
D．温室栽培该蔬菜时温度最好控制在25～30 ℃
解析：选D 由题图可看出，光合作用酶的最适温度范围为25～30 ℃，呼吸作用酶的最适温度高于35 ℃；5～35 ℃时，光合作用强度大于呼吸作用强度，净光合速率大于零；从图中无法判断光照强度对蔬菜新品种产量的影响；25～30 ℃时，光合作用强度与呼吸作用强度的差值最大，即净光合速率最大，最适宜蔬菜生长。
8.研究人员在不同光照强度下(其他条件恒定)测定某高等绿色植物的O2释放速率并绘制出如图所示的曲线。据图分析，下列叙述正确的是( )
A．b点时，该植物的O2释放速率为0的原因是该植物不进行光合作用
B．c点时，该植物叶肉细胞中产生O2的场所是叶绿体基质
C．d点时，该植物通过光合作用产生O2的速率是10 mg/h
D．d点之后O2释放速率不再增加的原因可能是受温度、CO2浓度等的限制
解析：选D b点时，该植物的O2释放速率为0的原因是光合作用产生O2的速率等于细胞呼吸消耗O2的速率；光合作用的光反应阶段产生O2，其场所为叶绿体类囊体薄膜；该植物通过细胞呼吸消耗O2的速率是5 mg/h，d点时绿色植物释放O2的速率为10 mg/h，该植物通过光合作用产生O2的速率是10＋5＝15(mg/h)；d点之后，可能受温度、CO2浓度等环境因素的限制，该植物的光合速率不再增加。
9．在一定浓度的CO2和适当的温度条件下，测定A植物和B植物在不同光照条件下的光合速率，结果如表所示。据表中数据推测：当光照强度为3 klx时，A植物与B植物固定的CO2量的差值为(单位：mg·10－2 cm－2·h－1)( )
指标
光合速率与呼吸速率相等时光照强度(klx)
光饱和点时光照强度(klx)
光饱和点时CO2吸收量(mg·10－2cm－2叶·h－1)
黑暗条件下CO2释放量(mg·10－2cm－2叶·h－1)
A植物
1
3
20
6
B植物
3
9
30
15
注：当光照强度达到某一点后，再增大光照强度，光合强度不增加，这一点的光照强度称为光饱和点。
A．11 B．2
C．9 D．20
解析：选A 黑暗条件下CO2释放量表示呼吸速率，A、B植物的呼吸速率分别为6 mg·10－2cm－2叶·h－1、15 mg·10－2cm－2叶·h－1。光饱和点时CO2吸收量表示净光合速率，等于真正光合速率与呼吸速率之差。在光照强度为3 klx时，A植物的真正光合速率＝20＋6＝26 mg·10－2cm－2叶·h－1，B植物的真正光合速率为15 mg·10－2cm－2叶·h－1。因此，当光照强度为3 klx时，A植物与B植物固定的CO2量之差为11。
10．某校生物兴趣小组用玉米作为实验材料，研究不同条件下的光合速率和呼吸速率，绘制出图甲、乙和丙，图中光合速率与呼吸速率不相等的点是( )
A．a B．b
C．c D．d
解析：选A 图甲中虚线表示净光合速率，净光合速率＝真光合速率－呼吸速率，a点时净光合速率＝呼吸速率，因此，真光合速率是呼吸速率的2倍；图乙中的b、c点和图丙中的d点是光补偿点，此刻光合速率等于呼吸速率。
11．(2019·南通高考考前卷，多选)图1表示植物叶肉细胞中光合作用和有氧呼吸的部分过程，其中C3在不同代谢过程中表示不同的化合物；图2表示该细胞中的一种生物膜和其上所发生的部分生化反应。下列说法正确的是( )
A．图1属于光合作用的过程有①②
B．图2生物膜是线粒体内膜
C．图2蛋白M能催化合成ATP
D．图1中过程③发生在图2生物膜上
解析：选ABC 分析图示可知：图1中过程①表示CO2固定，过程②表示C3的还原，所以过程①②均属于光合作用的暗反应；图2显示，该生物膜上发生4H＋＋O2→2H2O和ATP的生成反应，由此可知该膜为线粒体内膜；图2蛋白M能催化合成ATP；图1中过程③表示有氧呼吸第二阶段，发生在线粒体基质中，而图2的生物膜为线粒体内膜。
12．(多选)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，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比值减小
B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增大
C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减小
D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减小
解析：选BC 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；突然中断CO2供应使C3含量减少，进而使ATP和[H]含量增多，所以ATP/ADP比值增大；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和[H]含量减少，进而使C3含量增多，C5含量减少；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和[H]含量增加，ATP/ADP比值增大。
13．(多选)某兴趣小组研究绿竹笋的保鲜方法，将新采摘的绿竹笋做如图所示处理后，丙组用一定浓度的壳聚糖涂膜，再将其装箱。每种处理取3株竹笋，测其呼吸速率。下列有关叙述正确的是( )
A．可以用O2的释放量或CO2的吸收量作为呼吸速率的指标
B．装箱初期，乙组的呼吸速率低于甲组的原因是酶的活性较低
C．与乙组相比，丙组还可以减少O2进入细胞，进一步降低有机物消耗
D．常温下呼吸消耗大量有机物导致6 h后曲线急剧下降，保鲜处理应在此之前
解析：选BCD 可以用O2的吸收量或CO2的释放量作为呼吸速率的指标；装箱初期，乙组(冰水浴)处理后的温度低于甲组(常温)，酶的活性较低，呼吸速率低。
二、非选择题
14．(2019·镇江一模)某种植物固定CO2的方式比较特殊，夜间吸收的CO2生成苹果酸储存在液泡中， 白天苹果酸经脱羧作用释放CO2用于光合作用，其过程如图1所示；图2表示不同地区A、B、C三类植物在晴朗夏季的光合作用日变化曲线。请据图分析并回答：
(1)图1所示细胞对应图2中的________(填字母)类植物，其在中午12点时光合作用所需的CO2来源有____________________________，该植物在夜间产生ATP的场所有________。
(2)在上午10点时，突然降低环境中CO2浓度后的一小段时间内，图2中植物A和植物B细胞中C3含量的变化分别是________________________。
(3)m点是曲线C与x轴交点，影响m点向左移动的因素有________(多选)。
A．植物缺镁 B．调整温度使之更适宜
C．天气转阴 D．CO2浓度适当上升
E．CO2浓度适当下降
(4)在一定的CO2浓度和适宜温度下，把图2中A植物的叶片置于5 klx(光合作用总速率为44 mg CO2·100 cm－2叶·h－1)光照下14 h，其余时间置于黑暗中(细胞呼吸速率为6.6 mg CO2·100 cm－2叶·h－1)，则一天内该植物每25 cm2叶片葡萄糖积累量为____________(用CO2的净吸收量表示)mg。
(5)图1细胞固定CO2的方式是对环境的适应，推测其生活环境的特点是________(填“炎热干旱”或“温暖潮湿”)，从进化角度看，其固定CO2的特殊方式是________的结果。
解析：(1)图1所示细胞夜间能吸收CO2生成苹果酸储存在液泡中，对应图2中的A类植物。由图1卡尔文循环中CO2的来源可以看出，该类植物中午光合作用所需的CO2来源于苹果酸经脱羧作用释放及细胞呼吸产生，该植物在夜间进行细胞呼吸产生ATP，场所为细胞质基质和线粒体。(2)突然降低环境中CO2浓度，植物A液泡中苹果酸经脱羧作用可以释放CO2，所以细胞中C3含量基本不变，植物B由于环境中CO2浓度下降，生成的C3减少，细胞中C3含量下降。(3)m点是曲线C与x轴交点，此时细胞呼吸速率等于光合速率，调整温度使之更适宜及CO2浓度适当上升均会增大光合速率，使m点向左移动；植物缺镁、天气转阴及CO2浓度适当下降，均会影响m点使其向右移动。(4)一天内该植物每100 cm2叶片CO2净吸收量为44×14－6.6×24＝457.6 (mg)，每25 cm2叶片CO2净吸收量为457.6÷4＝114.4 (mg)。(5)图1细胞应该生活在炎热干旱环境中，白天气孔关闭，所以夜晚要固定CO2，从进化角度看，这是长期自然选择的结果。
答案：(1)A 苹果酸经脱羧作用释放、细胞呼吸产生 细胞质基质和线粒体 (2)A基本不变，B下降 (3)BD (4)114.4 (5)炎热干旱 自然选择
15．将玉米的PEPC酶基因导入水稻后，测得光照强度对转基因水稻和原种水稻的气孔导度及光合速率的影响结果如图所示(注：气孔导度越大，气孔开放程度越高)。请回答：
(1)水稻光合色素的功能是____________________，用相同方法提取水稻和某植物的光合色素，同时进行纸层析。图谱显示：与水稻相比，该植物缺少距层析起点最近的两条色素带。据此可初步推测该植物缺少______________(按距层析起点由近及远的顺序填色素种类)。
(2)光合作用过程中，碳的固定产物还原需要光反应提供____________。光合作用产物(C6H12O6)中的氧经细胞有氧呼吸后到达终产物________中。
(3)分析图中信息，光照强度为10×102～14×102 μmol·m－2·s－1时，原种水稻的气孔导度下降但光合速率基本不变，可能的原因是________________________________，PEPC酶所起的作用是____________________________________________。
解析：(1)叶绿体中色素主要功能是吸收、传递和转化光能。滤纸条从上往下色素的名称是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。(2)光反应可以为暗反应提供ATP和[H]。葡萄糖中的氧经过有氧呼吸后最终到达终产物CO2。(3)气孔导度下降但光合速率基本不变，可能是呼吸作用增强，可提供足够的CO2。观察图1可知，转基因水稻气孔导度大，光合速率高。
答案：(1)吸收、传递并转化光能 叶绿素b、叶绿素a
(2)ATP和[H] CO2 (3)呼吸作用增强，可提供足够的CO2 增加气孔导度，提高光合速率
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