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高中生物一轮复习学案
第9讲 捕获光能的色素和结构、光合作用的原理
考点一　捕获光能的色素和结构
1．实验原理与过程
(1)实验原理
( http: / / www.21cnjy.com / )
(2)实验步骤和实验结果
步骤 操作要点 说明
提取色素 研磨 ①无水乙醇：作为提取液，可溶解绿叶中的色素②SiO2：使研磨更充分③CaCO3：防止研磨时色素受到破坏
过滤 研磨后用单层尼龙布过滤
制备滤纸条 剪去两角的干燥的定性滤纸条，距底部一端1 cm处用铅笔画一条细线 剪去两角以保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带
画滤液细线 用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线，待滤液干后再重画一到两次 ①滤液细线要细、直、齐②干燥后重复画一到两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同
色素分离 将适量层析液倒入试管→插入滤纸条→棉塞塞紧试管口
实验结果分析 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
a.胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快
b.叶黄素 黄色 较少 较高 较快
c.叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢
d.叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢
2.叶绿体中色素的吸收光谱
(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。
(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。
由图可以看出：
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。
[问题探究]
1．制备滤纸条时，剪去两角的作用是什么？画滤液细线有什么要求？
提示：防止色素带不整齐。画滤液细线的要求是细、齐、直，还要重复画几次。
2．色素分离时，关键应注意层析液不要没及滤液细线，为什么？
提示：否则滤液细线中的色素会溶解于层析液中，不能分离。
3．某实验小组得到的色素提取液颜色过浅，可能的原因有哪些？
提示：研磨不充分，色素未能充分提取出来；称取绿叶过少或加入无水乙醇过多，色素溶液浓度小；未加碳酸钙或加入过少，色素分子部分被破坏。21·cn·jy·com
1．实验注意事项及原因分析
过程 注意事项 操作目的
提取色素 选材 选新鲜绿色的叶片 使滤液中色素含量高
实验试剂 研磨时加无水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保护色素
实验操作 迅速、充分研磨 防止乙醇过度挥发
盛放滤液的试管口加棉塞 防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素 制备滤纸条 滤纸预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散
画滤液细线 滤液细线要直、细、齐 使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一到两次 使分离出的色素带清晰分明
分离滤液中色素 滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中
2.分析绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象
异常现象 原因分析
收集到的滤液绿色过浅 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，提取液浓度太低(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 ①滤液细线不直；②滤液细线过粗
滤纸条无色素带 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
eq \a\vs4\al(结合实验原理及过程，考查科学探究能力)
1．(2020·江苏高考)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)21cnjy.com
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加石英砂有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B　[叶绿体色素能溶解在无水乙醇 ( http: / / www.21cnjy.com )或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被破坏，B错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。]21教育网
2.(2021·枣庄期末) ( http: / / www.21cnjy.com )某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如图所示。下列叙述正确的是(　　)www.21-cn-jy.com
A．分离色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理
B．滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失
C．滤液细线若没入层析液的液面将得到宽度变窄的色素带
D．滤纸条乙缺少2条色素带的原因是未加碳酸钙
B　[分离色素利用了光合色素随层析液在滤纸 ( http: / / www.21cnjy.com )条上扩散速度不同的原理，A错误；滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失，B正确；层析液是有机溶剂，滤液细线若没入层析液的液面将导致色素溶解在层析液中，因此将得到颜色较浅的色素带或得不到色素带，C错误；滤纸条乙缺少2条色素带的原因是黄化菠菜叶不含叶绿素，D错误。]
eq \a\vs4\al(围绕光合色素的种类和功能，考查科学思维能力)
3．(2021·辽宁高考)植物工厂 ( http: / / www.21cnjy.com )是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是(　　)2·1·c·n·j·y
A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
B　[不同植物对光的波长和光照强度的需求不 ( http: / / www.21cnjy.com )同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，D正确。]【来源：21·世纪·教育·网】
4． (2021·潍坊二模)通常情况 ( http: / / www.21cnjy.com )下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光。研究发现某些蓝藻在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。下列有关叙述正确的是(　　)21·世纪*教育网
A．培养蓝藻研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源
B．叶绿素f主要分布在蓝藻叶绿体类囊体薄膜上
C．叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝藻对环境的适应
D．在正常光照条件下，蓝藻会同时吸收可见光和红外光进行光合作用
C　[蓝藻是自养生物，不从外界吸收葡萄糖， ( http: / / www.21cnjy.com )培养蓝藻研究光合作用时，不需提供葡萄糖作为碳源，A错误；蓝藻是原核生物，没有叶绿体，B错误；某些蓝藻在近红外光环境下生长时，含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝藻对环境的适应，C正确；在正常光照条件下，蓝藻光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，不能吸收红外光进行光合作用，D错误。]2-1-c-n-j-y
考点二　光合作用的基本原理
1．光合作用的探究历程(连一连)
2．光合作用的过程
3．光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 光能 氧化无机物释放的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
[基础诊断]
1．叶绿体中光合色素吸收的光能：一方面用于H2O光解，另一方面用于ATP的合成。(必修1　P103正文)(√)21*cnjy*com
2．H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中。(必修1　P103正文)(×)
3．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。(必修1　P103、P104正文)(×)
4．把无机物合成有机物的合成作用叫做化能合成作用。(必修1　P105正文)(×)
[深度拓展]
1．(必修1　P102)光 ( http: / / www.21cnjy.com )照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是什么？【来源：21cnj*y.co*m】
提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。【出处：21教育名师】
2. (必修1　P102)如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考：21教育名师原创作品
(1)图1中a～d可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？
(2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？
(3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样？可得出何种结论？21*cnjy*com
提示：(1)图1中b和c部位都 ( http: / / www.21cnjy.com )是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体。
(2)图2所示实验运用了同位素标记技术，该对比实验说明光合作用产生的O2来源于H2O，而不是来自CO2。
(3)图3实验选择水绵和好氧细菌 ( http: / / www.21cnjy.com )，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行以排除氧气和极细光束外的其他光的干扰，实验结果是好氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所，氧气是由叶绿体释放出来的。
1．光合作用反应式中元素去向分析
(1)H：3H2O3H＋(C3H2O)。
(2)C：14CO214C3(14CH2O)。
(3)O：HO18O2；
C18O2C3(CHO)。
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质变化
如图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)“模型法”表示C3和C5等的含量变化
(1)C5、NADPH、ATP的变化一致。C3与C5、NADPH、ATP的变化相反。(2)C3量高于C5量，一般C3量为C5量的2倍。(3)对光合作用有利，则(CH2O)合成增加，反之则减少。
3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
(3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。
eq \a\vs4\al(结合光合作用的探究历程，考查科学思维与科学探究能力)
1．(2021·安徽合肥调研 ( http: / / www.21cnjy.com ))英国植物学家希尔发现：在光下，若给含叶绿体的叶片提取液(淡绿色)提供特定的可与氢离子结合的氢受体2，6 D(一种墨绿色染料，接受氢离子并被还原后呈无色)，在无CO2时进行光照，可观察到提取液由墨绿色变为淡绿色，并释放出O2；但放在暗处，则试管中的液体仍为墨绿色，且无O2的释放，如图所示。下列有关该实验的叙述和推论，错误的是(　　)
A．该实验证明了光照条件下释放的氧气完全来自H2O的光解
B．该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性物质
C．若给A组提供14CO2等物质，可能会检测到(14CH2O)的生成
D．该实验无法证明叶绿体是植物细胞合成糖类的场所
A　[该实验说明了光照条件下释放了氧气 ( http: / / www.21cnjy.com )，但是不能说明氧气来自于水的光解，A错误；该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性物质(氢离子)，B正确；CO2是光合作用暗反应的原料，符合A组提供14CO2等物质，可能会检测到(14CH2O)的生成，C正确；该实验只能证明叶绿体光照条件下产生了氧气和氢离子，无法证明叶绿体是植物细胞合成糖类的场所，D正确。]
2．(2022·襄城区模拟)卡尔 ( http: / / www.21cnjy.com )文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是(　　)
资料 推论
(1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90%的放射性物质是一种C3 ①
(2)经过5s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖 ②
(3)在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态，含有放射性的糖类不断增加 ③
(4)当停止光照时，C3明显增加，C5明显下降 ④
A．推论①：C3是CO2被还原的第一个产物
B．推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖
C．推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物
D．推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物
A　[根据光照时间缩短至几分之一秒的结果 ( http: / / www.21cnjy.com )可知，C3是CO2被固定的第一个产物，A错误；结合(1)(2)可知，推论2应该是C3进一步反应生成C5和葡萄糖，B正确；根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知，推论③应该是：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物，C正确；根据光照停止时，C3明显增加，C5明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，推论④应该是C3转化为C5需要依赖光反应的产物，D正确。]
eq \a\vs4\al(围绕光合作用的过程，考查理解能力)
3．(2022·菏泽模拟)植物叶肉细胞的部分代谢过程如图所示。下列叙述不正确的是(　　)
A．NADP＋在光反应过程与电子和质子结合，形成还原型的NADPH
B．突然停止供应CO2，叶绿体内NADPH和ATP含量增加
C．类囊体膜上的类胡萝卜素能吸收蓝紫光用于光合作用
D．图中H＋通过主动运输从类囊体膜内运到膜外
D　[由图可知，H＋从类囊体膜内运到膜外是顺浓度梯度，故为协助扩散，D错误。]
4．(2021·全国乙卷)生活在干 ( http: / / www.21cnjy.com )旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：
(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有 ( http: / / www.21cnjy.com )__________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和 ________释放的CO2。
(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应 ( http: / / www.21cnjy.com )干旱环境的一种方式，这种方式既能防止 ________________，又能保证 ________________正常进行。
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
解析：　(1)白天叶肉细胞产 ( http: / / www.21cnjy.com )生ATP的途径有呼吸作用和光合作用，对应的场所有细胞质基质、线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和细胞呼吸释放的CO2。(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止蒸腾作用丢失大量水分，又能保证光合作用暗反应的正常进行。(3)实验设计时遵循对照原则和单一变量原则，无关变量相同且适宜。若以pH作为检测指标，验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。具体实验思路为：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH值。将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH值并记录。由于植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式，因此预期结果为：A组pH值小于B组，且B组pH值实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。
答案：　(1)细胞质基质、 ( http: / / www.21cnjy.com )线粒体、叶绿体(类囊体薄膜)　细胞呼吸　(2)蒸腾作用丢失大量水分　光合作用(暗反应)　(3)实验思路：取若干生理状态相同的植物甲，平均分为A、B两组并于夜晚测定其细胞液pH值。将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件保持相同且适宜。一段时间后，分别测定A、B两组植物夜晚细胞液的pH值并记录。预期结果：A组pH值小于B组，且B组pH值实验前后变化不大，说明植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式
　有关光合作用的几点提醒(1)光合作用产生的[H]不 ( http: / / www.21cnjy.com )同于细胞呼吸产生的[H]，且[H]既不是H＋，也不是H，其中前者是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，后者为还原型辅酶Ⅰ(NADH)。(2)光合作用水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。(3)在暗反应中NADPH既作为还原剂，也能为C3的还原提供能量。(4)光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于其他生命活动。
围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维能力
5．(2022·福州模拟)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列说法正确的是(　　)www-2-1-cnjy-com
A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小
B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
B　[突然中断CO2供应， ( http: / / www.21cnjy.com )导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增加，A错误；突然将红光改变为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP的值增加，D错误。]
6．科学家以生长状态相同的某种植物在适宜且稳定的条件下开展下列实验。请回答下列问题：
组别 A B
处理 光照时间为135秒 先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫秒，总时间为135秒
光合产物相对含量 100% 94%
(1)上述实验表明，光合作用中包含需要光的 ( http: / / www.21cnjy.com )阶段和________的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供________，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。21世纪教育网版权所有
(2)分析表格可知，B组在单位光照时间内生产 ( http: / / www.21cnjy.com )有机物的量较A组________，依据是________________________________。若将B组的每次光照和黑暗时间设定为7.5毫秒，其他条件不变，则光合产物的相对含量________(填“大于”“等于”或“小于”)94%。
(3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生________。
解析：　(1)光合作用中包含需要光的阶段和不 ( http: / / www.21cnjy.com )需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供14CO2，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。(2)分析表格可知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94%，所以B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组高。随着光照与黑暗的交替频率的增加，光下产生的ATP与[H]能够及时参与暗反应并及时再生，提高了光合作用中CO2的同化量，因此若将B组的每次光照和黑暗时间设定为7.5毫秒，其他条件不变，则光合产物的相对含量小于94%。(3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H＋和 e－。
答案：　(1)不需要光　14CO2　(2)高　B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94%　小于　(3)H＋和 e－
　连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析在光照时间、黑暗时间的总处理时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。
1．(2021·天津高考)Rubisco ( http: / / www.21cnjy.com )是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
(1)蓝藻具有CO2浓缩机制，如图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO2依次以 ___ ( http: / / www.21cnjy.com )_____和 ________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝藻的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进 ________和抑制 ________提高光合效率。
(2)向烟草内转入蓝藻Rubi ( http: / / www.21cnjy.com )sco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝藻羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的 ________中观察到羧化体。
(3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提 ( http: / / www.21cnjy.com )高。若再转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应 ________，光反应水平应 ________，从而提高光合速率。
解析：　(1)据图分析， ( http: / / www.21cnjy.com )CO2进入细胞膜的方式为自由扩散，进入光合片层膜时需要膜上的CO2转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。蓝藻通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定进行光合作用，同时抑制O2与C5结合，进而抑制光呼吸，最终提高光合效率。(2)若蓝藻羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，暗反应的场所为叶绿体基质，故能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体中观察到羧化体。(3)若转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上可以增大羧化体中CO2的浓度，使转基因植株暗反应水平提高，进而消耗更多的[H]和ATP，使光反应水平也随之提高，从而提高光合速率。
答案：　(1)自由扩散　主动运输　CO2固定　 O2与C5结合　(2)叶绿体　(3)提高　提高
2．(2021·山东高考)光照条件下 ( http: / / www.21cnjy.com )，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在 ( http: / / www.21cnjy.com )叶绿体的 ________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)与未喷施SoBS溶液 ( http: / / www.21cnjy.com )相比，喷施100 mg/LSoBS溶液的水稻叶片吸收和释放出CO2量相等时所需的光照强度 ________(填“高”或“低”)，据表分析，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物 ( http: / / www.21cnjy.com )，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在 ________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
解析：　(1)C5位于叶绿体基质中，则O ( http: / / www.21cnjy.com )2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。(2)叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度即为光饱和点，与对照相比，喷施100 mg/LSoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200 mg/LSoBS时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案：　(1)基质　光照停止， ( http: / / www.21cnjy.com )产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多　(2)低　喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等　(3)100～300
析个性 第1题以信息和图示分析题形式结合光呼吸 ( http: / / www.21cnjy.com )的知识背景综合考查了物质运输和光合作用过程等知识；第2题以光呼吸为素材，综合考查了光合作用过程和实验设计与分析
找共性 两个题目都以植物的光呼吸为情境， ( http: / / www.21cnjy.com )结合光合作用过程，考查信息获取能力和实验探究与分析能力。解答此类问题既要明确教材中光合作用过程，又要适度了解光呼吸和C4植物、景天科植物光合作用等等有关知识
1．光呼吸：光呼吸现象产生 ( http: / / www.21cnjy.com )的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。在暗反应中，Rubisco酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。过程如图1所示。
2．C4植物：水稻、小麦等C3植物的光呼 ( http: / / www.21cnjy.com )吸显著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有机物很少，C4途经如图2所示。与C3植物相比，C4植物叶肉细胞的细胞质基质具有一种特殊的PEP羧化酶，它催化如下反应：C3＋CO2C4(苹果酸)。C4进入维管束鞘细胞，生成CO2用于暗反应，再生出的C3(丙酮酸)回到叶肉细胞中，进行循环利用。叶肉细胞包围在维管束鞘细胞四周，形成花环状结构。PEP羧化酶与CO2的亲和力是Rubisco酶的60倍，能固定低浓度的CO2。
3．景天科植物的光合作用
景天科植物的CAM途径是一种特殊代谢方 ( http: / / www.21cnjy.com )式：气孔打开时，PEP与外界进入的CO2反应生成草酰乙酸(OAA)，并进一步被还原成苹果酸；气孔关闭时，苹果酸又可分解释放CO2，释放出的CO2可进入叶绿体参与卡尔文循环。图示为CAM代谢途径示意图。
1．(2021·辽宁期末)Rubis ( http: / / www.21cnjy.com )co是一种双功能酶，它既能催化RuBP的羧化反应(即C5与CO2生成2C3)同时又能催化RuBP的加氧反应(即C5与O2生成1个C3和1个C2)。在O2浓度过高时，植物会出现光呼吸现象。如图为不同O2和CO2浓度下，植物体内发生的光合作用和光呼吸示意图。下列相关叙述不正确的是(　　)【版权所有：21教育】
A．光呼吸在叶绿体和线粒体等细胞器中进行
B．光呼吸的存在会使暗反应C3的生成量减少
C．当O2与CO2比值高时，有利于光呼吸而不利于光合作用
D．在高O2环境中植物无法进行光合作用
D　[由图可知：在O2浓度过高时，植物会 ( http: / / www.21cnjy.com )出现光呼吸，即先在叶绿体基质中将C5与O2生成1个C3和1个C2，后C2进入线粒体进行分解释放出二氧化碳，故光呼吸发生在叶绿体和线粒体中，A正确；在O2浓度过高时，C5与O2结合，减少了与CO2结合生成C3，故会使暗反应C3的生成量减少，B正确；在O2浓度过高时，在叶绿体基质中将C5与O2生成1个C3和1个C2，减少了C5与CO2结合生成C3，因此可以推测当O2与CO2比值较高时，利于光呼吸而不利于光合作用，C正确；在高O2环境中植物仍然能进行光合作用，D错误。]
2．(2021·抚顺一模)以景 ( http: / / www.21cnjy.com )天科植物为代表的多种植物，其体内具有特殊的CO2固定方式，即CAM途径又称为景天酸代谢途径。其过程为：夜晚气孔开放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸内，储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡中运出并释放CO2，为叶绿体提供光合作用的原料。具体过程如图所示，请据图回答下列问题：
(1)此类植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有机物，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)白天进行光合作用所需CO2的来源是__________________________________，
CO2在卡尔文循环中首先被固定为________。
(3)白天叶肉细胞产生ATP的部位是_____________________________________。
(4)具有景天酸代谢过程的植物通过 ( http: / / www.21cnjy.com )改变其代谢途径以适应特殊环境，这种特殊环境最可能是________。此途径可以使植物在白天____________________________________________，
从而保证其生命活动能够正常进行。
解析：　(1)光反应需要光照，夜晚没有 ( http: / / www.21cnjy.com )光照，不能进行光反应，不能为暗反应提供[H](NADPH)和ATP，不能进行暗反应生成有机物，故此类植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有机物。(2)白天植物既能进行光合作用，也能进行呼吸作用，光合作用需要的二氧化碳可以由呼吸作用产生和苹果酸分解提供；植物在暗反应过程中，CO2首先被固定为三碳化合物，即C3。(3)白天叶肉细胞能进行光合作用和呼吸作用，故产生ATP的部位是叶绿体、线粒体和细胞质基质。(4)具有景天酸代谢过程的植物夜间气孔开放，吸收的二氧化碳固定于苹果酸内，储存在液泡中，白天气孔关闭，由此推测其适于生活在干旱的环境；此途径可以使植物在白天因气孔关闭，降低蒸腾作用，减少水分的散失，从而保证其生命活动能够正常进行。
答案：　(1)夜晚没有光照，不能进 ( http: / / www.21cnjy.com )行光反应，不能为暗反应提供ATP和[H]，不能进行暗反应生成有机物　(2)苹果酸分解和呼吸作用　C3　(3)叶绿体、线粒体和细胞质基质　(4)干旱环境　关闭气孔，降低蒸腾作用，减少水分的散失
3．(2021·辽宁高考)早 ( http: / / www.21cnjy.com )期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubi ( http: / / www.21cnjy.com )sco的催化下，CO2被固定形成 ________，进而被还原生成糖类，此过程发生在__________中。
(2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO浓度最高的场所是__________(填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”)，可为图示过程提供ATP的生理过程有________。
(3)某些植物还有另一种 ( http: / / www.21cnjy.com )CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。
①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力 ________(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提 ( http: / / www.21cnjy.com )供的是 ________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 ________(填“吸能反应”或“放能反应”)。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用 ________技术。
(4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有 ________(多选)。
A．改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO的运输能力
B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C．改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力
D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
解析：　(1)光合作用的暗反应中， ( http: / / www.21cnjy.com )CO2被固定形成三碳化合物(C3)，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。(2)图示可知，HCO运输需要消耗ATP，说明HCO离子是通过主动运输的，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HCO浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。(3)①PEPC参与催化HCO＋PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用同位素示踪技术。(4)改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A正确；改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B错误；改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C正确；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，不一定提高植物光合作用的效率，D错误。
答案：　(1)三碳化合物(C3)　 ( http: / / www.21cnjy.com )叶绿体基质　(2)叶绿体　呼吸作用和光合作用　(3)①高于　②[H]和ATP　吸能反应　③同位素示踪　(4)AC
一、网络构建
二、要语必记
1.叶绿体中的色素有4种，即叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。
2．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
3．吸收光能的四种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
4．叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
5．光合作用释放的O2来自H2O。
6．光反应阶段就是叶绿体中的色素吸收光能，将H2O分解成[H]和O2，同时形成ATP的过程。
7．暗反应过程是在叶绿体基质内，在多种酶催化下完成的，包括CO2的固定和C3的还原等过程。
8．停止供水后，光合速率下降，原 ( http: / / www.21cnjy.com )因是：一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的暗反应，导致光合作用速率下降。
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