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【备考2023】高中生物新教材一轮复习学案
第10讲　光合作用与能量转换(Ⅱ)
[素养目标]
1．阐明各种因素对光合作用强度的影响。(生命观念、科学思维)
2．用动态联系的观点说明细胞呼吸强度与光合作用强度的大小关系，并举例说明它在实际生产生活中的应用。(科学思维、社会责任)
　影响光合作用的因素
一、光合作用的强度
1．概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2．衡量指标
(1)光合速率：单位时间、单位叶面积吸收CO2的量或放出O2的量或有机物的净增量。
(2)光合生产率(又称净同化率)：植物在较长时间(一昼夜或一周)内，单位叶面积生产的干物质量。光合生产率比光合速率低，因为去掉呼吸等消耗。
3．影响光合作用强度的因素
(1)影响光合作用的内部因素：色素的含量、酶的含量和活性、叶龄等。
(2)影响光合作用强度的环境因素：光照强度、二氧化碳浓度、温度、水分等。
①只要影响到光合作用的原料(CO2、水)、能量的供应(光能)，都可能是影响光合作用强度的因素，例如：环境中CO2浓度、叶片气孔开闭情况。
②影响叶绿体(光合作用场所)的形成和结构的因素，也会影响光合作用强度。例如：无机营养、病虫害。
③光合作用需要酶参与，因此影响酶活性的因素也会影响光合作用强度，例如：温度、pH。
二、探究环境因素对光合作用强度的影响
1．实验原理
2．实验装置分析
(1)设置自变量：自变量是光照强度，通过调整光源与烧杯的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)CO2的供应：事先向小烧杯中的清水中吹气或者是用质量分数为1%～2%的NaHCO3溶液。
3．实验步骤及操作要点
实验步骤 操作要点
①制备圆形小叶片 取生长旺盛的绿叶，用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片(避开大的叶脉)
②排出细胞间隙中的气体 a.将圆形小叶片和适量清水置于注射器，排出注射器内的空气； b.用手指堵住注射器前端的小孔并缓慢地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体逸出。重复几次，直到圆形小叶片全部沉到水底
③分装圆形小叶片 a.将上述处理过的圆形小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用； b.向3只小烧杯分别倒入富含CO2的清水； c.将待用圆形小叶片各10片分别放入3只小烧杯中
④给予不同的光照强度 将3只小烧杯分别置于强、中、弱三种光照下。实验中，可用5 W的LED灯作为光源，利用小烧杯与光源的距离来调节光照强度
⑤观察并记录 观测并记录单位时间内3个烧杯中叶片上浮的数量，或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短
4.实验结论：在一定光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的增强而增强。
1．(必修1 P105“探究·实践”拓展)探究光照强度对光合作用强度影响的实验中的自变量是光照强度，因变量是光合作用强度。(√)
2．(必修1 P105“探究·实践”拓展)在探究光照强度对光合作用强度的影响中，增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间。(×)
3．(必修1 P105“探究·实践”)在探究光照强度对光合作用强度的影响中，往水中吹气是为了增加水中的溶解氧。(×)
4．(必修1 P105“探究·实践”)探究光照强度对光合作用强度影响的实验中使用的圆形小叶片应先排出里面的气体。(√)
5．(必修1 P105“探究·实践”拓展)探究光照强度对光合作用强度影响的实验中能测定出其真正光合作用速率。(×)
1．必修1 P97“问题探讨”拓展：植物工厂用人工光源生产蔬菜的优点是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
同时，______________________________________________________________
________________________________________________________________________，
以使蔬菜产量达到最大。
提示：可以避免由于自然环境中光照强度不足导致光合作用强度低而造成的减产　人工光源的强度和不同色光是可以调控的，可以根据植物生长的情况进行调节
2．必修1 P105“探究·实践”拓展：阅读实验流程、分析实验装置，请回答：
(1)该实验的自变量是光照强度，实验中可通过____________________来设置自变量。
(2)因变量是光合作用强度，实验中是通过____________________________________
________________________________________________________________________
____________________________________________________来观测因变量的。
提示：(1)调整光源与烧杯之间的距离　(2)单位时间内被抽去空气的圆形小叶片浮起的数量或者浮起相同数量的叶片所用的时间
一、外部因素对光合作用的影响[科学思维]
1．光照强度对光合作用的影响及应用
(1)原理：光照强度影响光反应阶段，影响ATP及NADPH的产生，进而影响暗反应。
(2)曲线分析(实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物)
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段(不含A、B点)：光合作用强度小于细胞呼吸强度。
③B点：光补偿点(光合作用强度与细胞呼吸强度相等时的光照强度)。
④BD段(不含B、D点)：光合作用强度大于细胞呼吸强度。
⑤C点：光饱和点(光照强度达到C点后，光合作用强度不再随着光照强度的增大而增强)。
(3)应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物、林间带树种的配置和冬季温室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2浓度对光合作用的影响及应用
(1)原理：CO2浓度通过影响暗反应阶段，影响C3的生成。
(2)曲线分析
图甲中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点，而图乙中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度；两图中的B点和B′点都表示CO2饱和点，两图都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度增加而增大。
(3)应用
①栽种农作物时要“正其行，通其风”，多施有机肥。
②温室内可通过放干冰，使用CO2生成器，施用农家肥，与猪舍、鸡舍连通等方法适当提高CO2浓度。
3．温度对光合作用的影响及应用
(1)原理：温度通过影响光合酶的活性影响光合作用强度。
(2)曲线分析
光合作用强度和细胞呼吸强度都受温度的影响，但呼吸作用相关酶的最适温度较高。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用强度；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸强度，保证植物有机物的积累。
4．水对光合作用的影响及应用
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水将导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
(2)曲线分析
图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。图2曲线上E点处光合作用强度暂时降低，是因为温度较高，植物部分气孔关闭，影响了CO2的供应。
(3)应用：预防干旱，合理灌溉。
5．矿质元素对光合作用的影响及应用
(1)原理：矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是酶的组成元素，N、P是ATP、磷脂的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等。
(2)曲线分析
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当矿质元素超过一定含量后，土壤溶液的浓度过高，植物会因渗透失水而使光合作用强度下降。
(3)应用：合理施肥、补充土壤中的矿质元素。
6．多因子变量对光合速率的影响
二、内部因素对光合作用的影响[科学思维]
1．植物自身的遗传特性(如植物品种不同)
以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
3．叶面积指数(光合面积)
(1)分析
①0A段，随叶面积指数的增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用的饱和点。超过A点，随着叶面积指数的增大，光合作用实际量不再增强。
②0B段，净光合量随光合作用增强而增加，B点以后随呼吸量的增加，净光合量逐渐减少，超过C点，植物将无法正常生长。
(2)应用
①增加光合作用面积，如合理密植、间作套种。
②适当间苗、修剪、避免徒长。
[探究意图：以实验探究为情境考查科学探究]
　如图甲为某校生物兴趣小组探究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置示意图，图乙为所测得的结果。请据图回答下列问题：
(1)图甲中NaHCO3溶液的作用是___________________________________________。
(2)请写出控制本实验自变量的一种方法：___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为了防止无关变量对实验结果的干扰，本实验还应设置对照实验，请问对照装置如何设置？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验测得，当用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动，这是因为此时________________________________________________________________________。
提示：(1)维持广口瓶内CO2的稳定
(2)用不同瓦数的灯泡或改变灯与广口瓶的距离
(3)将装置中的茉莉花换成等量死茉莉花，其他设置与装置甲一样
(4)光合作用强度等于细胞呼吸强度
突破点1　围绕探究环境因素对光合作用影响的原理，考查科学探究能力
1．某同学将新鲜金鱼藻置于盛有NaHCO3溶液的烧杯中，改变光源与烧杯的距离，测定得到如图所示结果。下列叙述正确的是(　　)
A．本实验目的是探究CO2浓度对光合速率的影响
B．15～45 cm之间，气泡产生速率代表净光合速率
C．小于60 cm时，限制光合速率的主要因素是CO2浓度
D．60 cm时，光线太弱导致光合作用完全停止
解析：分析题意可知，本实验改变光源与烧杯的距离，改变的是光照强度，所以本实验目的是探究光照强度对光合速率的影响，当距离小于60 cm时，限制光合速率的主要因素是光照强度，A、C错误；在60 cm时，光线太弱，导致光合作用减弱，但光合作用没有完全停止，D错误。
答案：B
2．如图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个圆叶片，再用气泵抽出圆叶片中的气体直至叶片沉入水底，然后将等量的圆叶片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个玻璃皿中圆叶片上浮至液面所用的平均时间(如图乙)，以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是(　　)
A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B．在bc段，单独增加NaHCO3溶液浓度，可以缩短圆叶片上浮的时间
C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
D．因NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中圆叶片不能进行呼吸作用
解析：ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增强，释放的氧气量增多，圆叶片上浮至液面所用的平均时间减少，A项错误；NaHCO3溶液可以提供CO2，光合作用受到CO2、光照等条件影响，由题图可知，在bc段，单独增加NaHCO3溶液浓度，圆叶片上浮至液面的时间基本不变，B项错误；整个实验过程中叶片都在进行呼吸作用，D项错误。
答案：C
3．为探究番茄植株光合作用所需的最适光照强度，取7株各有5个叶片、株高相近的某种番茄幼苗，分别放在7个25 ℃的密闭玻璃容器内，实验装置如图所示。实验开始先测定容器内CO2浓度，然后用7种不同光照强度(正常自然光照为100%)的光照射12小时，再测定容器中CO2的浓度，实验结果见表格。
组别 1 2 3 4 5 6 7
光照强度(%) 0 10 20 40 60 80 95
CO2 浓度(%) 开始时 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35
12小时后 0.368 0.342 0.306 0.289 0.282 0.280 0.279
(1)图中热屏的作用是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据表中数据推断，光合速率等于呼吸速率的光照强度应在________。第2组中叶肉细胞产生ATP的场所为______________________。
(3)光饱和点是指植物在一定光照强度范围内，光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。该实验中，若进一步增加光照强度，12小时后，容器中的CO2浓度保持在0.279%，则在该温度下的光饱和点______(填“<”“>”“≤”“≥”或“＝”)95%的光照强度。
(4)如果每组光照强度不变，继续延长光合作用时间，一段时间后，容器中的CO2浓度不再继续下降，此时制约番茄植株光合速率的环境因素主要是______________。
解析：(1)图中的热屏能减少光源产热对实验结果的影响，使实验结果的变化是由不同的光照强度引起的。(2)据表中数据分析，当光照强度为0时，番茄植株只进行呼吸作用，容器内CO2浓度变大，光照强度为10%时，容器内CO2浓度减小，说明光合速率大于呼吸速率，因此，光合速率等于呼吸速率的光照强度应在0～10%之间。第2组中，叶肉细胞能进行呼吸作用和光合作用，叶肉细胞进行呼吸作用和光合作用时都可以产生ATP，故第2组中叶肉细胞产生ATP的场所为细胞质基质、线粒体和叶绿体。(3)光饱和点是指植物在一定光照强度范围内，光合速率达到最大时所需要的最小光照强度。由题中信息，若进一步增加光照强度，12小时后容器中CO2浓度保持在0.279%，可推测25 ℃时，该植物的光饱和点小于等于95%的光照强度。(4)如果每组光照强度不变，继续延长光合作用时间，一段时间后容器中的CO2浓度不再继续下降，原因是随着光合作用的不断进行(光合速率大于呼吸速率)，容器内CO2浓度不断降低，当容器内CO2浓度不再继续下降时，光合速率等于呼吸速率，故当CO2浓度不再继续下降时，制约番茄植株光合速率的环境因素主要是CO2浓度。
答案：(1)减少光源产热对实验结果的影响，使实验结果的变化是由不同的光照强度引起的(合理即可) (2)0～10%　细胞质基质、线粒体和叶绿体　(3)≤ (4)CO2浓度
突破点2　围绕单因素或多因素对光合速率的影响，考查科学思维能力
4．(多选)为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率(mmol/h)，结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致
B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质
C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产
D．叶绿体中CO2的固定量就是测得叶片的CO2吸收量
解析：叶片的CO2吸收量代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正光合速率，真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得叶片的CO2吸收量，D错误。
答案：ABC
5．如图是北方某干旱地区夏日晴朗天气，黄瓜叶片净光合速率与胞间CO2浓度的日变化曲线。请回答下列问题：
(1)据图推测13：00时，________(填“增加”或“降低”)环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度，原因是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)有同学认为，17：00～18：00胞间CO2浓度快速上升的原因是呼吸速率大于光合速率，你认为是否正确？________(填“是”或“否”)，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2“泵”入某些进行光合作用的细胞，保证暗反应顺利进行。在干旱缺水地区，与11：00时相比，13：00时该类植物光合作用速率反而有所升高，除光照、温度等因素外，主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)图中显示，13：00时黄瓜光合作用出现了“午休”现象，是部分气孔关闭导致的CO2吸收不足，进而影响了光合作用暗反应，因此适当增加环境的相对湿度可降低黄瓜光合作用“午休”的程度。(2)据图中实验结果可知，17：00～18：00黄瓜的净光合速率大于零，说明其光合速率大于呼吸速率。(3)根据题意分析可知，“玉米、甘蔗等植物细胞中有一种酶，能通过一系列反应将CO2‘泵’入某些进行光合作用的细胞”，即玉米、甘蔗等植物能利用较低浓度的CO2，所以在干旱缺水地区，与11：00时相比，13：00时该类植物光合作用速率反而有所升高。
答案：(1)增加　避免因气孔关闭导致胞间CO2浓度较低，进而影响暗反应速率　(2)否　由图中实验结果可知该时间段净光合速率大于零　(3)该类植物能利用较低浓度的CO2
6．研究人员为探究不同遮光强度对小麦叶片光合特性、生理代谢特征的影响，分别设置轻度遮光(S1，单层遮光，光合有效辐射减弱20%)、中度遮光(S2，双层遮光，光合有效辐射减弱40%)和重度遮光(S3，三层遮光，光合有效辐射减弱60%)三个实验组，并以全光照为对照组(CK)，实验结果如下表所示。据表回答下列问题：
遮光强度对小麦光合特性参数的影响
处理 气孔导度 (μmol· m－2·s－1) 光合速率 (μmol· m－2·s－1) 胞间CO2 浓度 (μL－1·L－1) 叶绿素 a(mg·g－1) 叶绿素 b(mg·g－1) 叶绿素a/ 叶绿素b
CK 0.23 7.46 536.21 1.03 2.63 0.39
S1 0.21 6.82 501.48 1.01 2.34 0.43
S2 0.17 6.03 463.02 0.86 2.10 0.41
S3 0.12 5.12 421.71 0.57 1.75 0.33
(1)影响小麦光合作用的环境因子，除了光照条件外，还有__________________(答出2点)以及水分、矿质营养等，除表格中涉及的因素外，影响小麦光合作用的内部因素还有______________________。
(2)若已知遮光强度对其他色素含量变化的影响不显著，则相对于CK，将S3的小麦叶片进行色素的提取和分离实验后，第________条色素带变窄的程度更大，为______色。
(3)综合表格数据，随遮光强度增加小麦的光合速率下降的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)小麦生长除了受到光照强度影响外，还会受到温度的影响。新疆昼夜温差大，小麦产量较高的原因是白天温度较高，小麦进行光合作用较强，夜晚温度较低，______________较弱，有利于有机物的积累。
解析：(1)除了光照条件外，影响小麦光合作用的环境因子还有CO2浓度、温度以及水分、矿质营养等，内部影响因素有酶的含量和活性等。(2)由表格中数据可知，相对于CK，S3的叶绿素a/叶绿素b降低，因此将S3的小麦叶片进行色素的提取和分离实验后，若其他色素含量变化不显著，则蓝绿色的叶绿素a条带变窄的程度更大。(3)综合表格数据，随着遮光不断加强，小麦的气孔导度和胞间CO2浓度下降，从而影响光合作用的暗反应，叶绿素的含量下降，从而影响光反应，故小麦的光合速率会下降。(4)新疆白天温度高，光合作用强，晚上温度低，细胞呼吸较弱，消耗的有机物少，有利于有机物的积累，故小麦产量较高。
答案：(1)CO2浓度、温度　酶的含量或酶的活性(或类胡萝卜素的含量)　(2)三　蓝绿　(3)随遮光不断加强，小麦的气孔导度和胞间CO2浓度下降，从而影响光合作用的暗反应，叶绿素的含量下降，从而影响光反应，所以光合速率下降　(4)细胞呼吸
1．若将某种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：该植物在光下进行光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的[H]发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增加
2．结合下图分析并回答问题：
C点时两者光合作用速率________(填“相等”“不相等”或“不一定相等”)，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：不一定相等　两者的呼吸速率不一定相等
　光合作用与细胞呼吸的关系
1．光合作用与细胞呼吸的关系图解
(1)关系图解
(2)物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH，f：C5，g：CO2，h：C3。
(3)生理过程及场所
序号 ① ② ③ ④ ⑤
生理 过程 光反应 暗反应 有氧呼吸 第一阶段 有氧呼吸 第二阶段 有氧呼吸 第三阶段
场所 叶绿体类囊体薄膜 叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 线粒体内膜
2.联系
(1)物质联系
C：CO2有机物丙酮酸CO2
H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
O：H2OO2H2OCO2有机物
(2)能量联系
3．光合作用与有氧呼吸的区别
比较项目 光合作用 有氧呼吸
部位 含有叶绿体的细胞，其场所是叶绿体 所有生活的细胞，主要场所是线粒体
条件 光 有光无光均可
原料 CO2和H2O 有机物和O2
产物 有机物和O2 CO2和H2O
实质(物质和能量的转变) CO2转化成糖类等有机物。光能转化为化学能储存在糖类等有机物中 分解有机物，产生CO2和H2O，同时释放能量
1．光合作用过程中产生的NADPH可用于有氧呼吸的第三阶段。(×)
2．叶绿体产生的O2可进入线粒体被直接利用，线粒体产生的H2O可进入叶绿体被直接利用。(√)
3．某光照强度下，有机物的积累量与有机物的消耗量相等，该植物在此光照条件下重量不增加。(×)
4．不同植物的真正光合速率不相同，那么净光合速率可能相同。(√)
5．进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原，植物体的净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长。(√)
1．必修1 P106“拓展应用1”拓展：结合下图分析并回答问题：
(1)在0～25 ℃范围内，光合速率明显比呼吸速率升高得快，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)当温度高于30 ℃时，大豆植株光合速率随温度升高明显下降的主要原因是
________________________________________________________________________
_________________________________________________________(至少答出两点)。
提示：(1)此温度范围内随温度的升高，光合作用酶的活性比呼吸作用酶的活性增加得更快、活性更高，对光合作用的影响更大
(2)高温引起催化暗反应的酶活性降低，甚至变性失活；高温下蒸腾速率增强，导致气孔关闭，使CO2供应不足；高温导致叶绿体结构变化，甚至受损
2．必修1 P106“拓展应用2”拓展：给密闭玻璃瓶中的植物幼苗提供适宜的水、无机盐、光照强度、温度等条件，幼苗的生存时间一般不会太长，原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：随着植物生长，土壤的水分会减少，土壤中的无机盐含量会下降，空气中CO2含量减少等
一、细胞呼吸与光合作用的关系分析[科学思维]
1．光合作用与有氧呼吸中NADH/NADPH和ATP的来源、去路
比较项目 来源 去路
NADPH 光合作用 产生于光反应中水的光解 用于暗反应中C3的还原
NADH 有氧呼吸 产生于第一、二阶段 消耗于第三阶段，与O2结合生成H2O
ATP 光合作用 产生于光反应阶段，其中的能量来自光能 用于暗反应过程中C3的还原
有氧呼吸 三个阶段均能产生，第三阶段相对较多 用于各项生命活动
2.不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点
曲线 光合作用强度与细胞呼吸强度的关系 气体代谢特点 图示
A点 只进行细胞呼吸 吸收O2，释放CO2
AB段 (不含A、B点) 细胞呼吸强度大于光合作用强度 吸收O2，释放CO2
B点 细胞呼吸强度等于光合作用强度 不与外界发生气体交换
B点后 光合作用强度大于细胞呼吸强度 吸收CO2，释放O2
3.光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移；细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
4．自然环境与密闭环境中一昼夜内光合速率曲线的比较
(1)自然环境中，绿色植物一昼夜内CO2的吸收与释放速率的曲线分析
(2)相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线分析
二、光合速率与呼吸速率的模型分析[科学思维]
1．真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的模型分析
(1)内在关系
①细胞呼吸速率：植物非绿色组织或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。
②净光合速率：植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。
③真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根据坐标曲线判定
　
a．当光照强度为0时，若CO2吸收量为负值，该值的绝对值代表细胞呼吸速率，该曲线代表净光合速率，如图甲。
b．当光照强度为0时，光合速率也为0，该曲线代表真正光合速率，如图乙。
②根据关键词判定
检测指标 细胞呼吸速率 净光合速率 真正(总)光合速率
CO2 释放量(黑暗) 吸收量 利用量、固定量、消耗量
O2 吸收量(黑暗) 释放量 产生量
有机物 消耗量(黑暗) 积累量 制造量、产生量
2.光合作用与呼吸作用的相关曲线分析
图中曲线c表示净光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示总光合速率。在A点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
[探究意图：以温室效应为情境信息考查科学思维]
近年来，随着温室效应的加剧，高温胁迫对农作物的生长和发育造成了不可逆转的影响。研究发现，高温胁迫会造成自由基等氧化物积累，从而使农作物的净光合速率下降。下表是高温胁迫对不同葡萄品种光能转化效率、气孔导度(气孔张开的程度)以及胞间CO2浓度的影响。
葡萄 品种 光能转化效率 气孔导度 胞间CO2浓度
常温 高温 常温 高温 常温 高温
早熟红无核 0.811 3 0.667 2 0.42 0.39 276.31 255.1
莫丽莎 0.823 0 0.622 9 0.38 0.25 284.45 314.25
红宝石 0.812 7 0.603 2 0.41 0.28 296.32 269.74
请依据对表中数据的分析，回答下列问题：
(1)高温胁迫会使三个葡萄品种的光能转化效率______，其直接原因可能是自由基等氧化物破坏了________、______________和______________，从而影响了光反应的正常进行。
(2)早熟红无核与红宝石相比，在高温胁迫下光能转化效率更高的是__________________。
(3)据表分析，莫丽莎在高温胁迫下光合速率降低的主要原因是____________(填“气孔限制”或“非气孔限制”)，判断理由是____________________________________________。
提示：(1)降低　色素分子(或“色素”)　类囊体薄膜　酶的活性(“酶的结构”，或“酶”)　(2)早熟红无核　(3)非气孔限制　莫丽莎在高温胁迫下气孔导度下降，但胞间CO2浓度却上升
突破点1　围绕细胞呼吸与光合作用在过程上的联系，考查科学思维能力
1．如图表示高等植物体内某些生理过程。据图分析，下列说法错误的是(　　)
A．Ⅰ阶段生成ATP和NADPH所需要的能量可以是光能也可以是化学能
B．③和④过程进行的场所分别是叶绿体基质和细胞质基质
C．Ⅰ、Ⅱ阶段所示的过程是生态系统赖以维持的重要基础
D．④⑤过程可发生在同一个体不同部位的组织细胞中
解析：高等植物体内，Ⅰ阶段(光反应)生成ATP和NADPH所需要的能量来自光能，A错误。
答案：A
2.植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度变化的趋势如图所示。回答下列问题：
(1)甲、乙两种植物中，更能适应高温环境的是植物________，判断的依据是________________________________________________________________________。
(2)若在35 ℃恒温条件下分别培养植物甲和植物乙一昼夜(12小时光照、12小时黑暗)，根据图示信息________(填“能”或“不能”)确定两者一昼夜有机物积累量的多少，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)进一步研究发现，45 ℃恒温条件下增加空气湿度可以有效提高植物乙的净光合速率，据此推测，45 ℃时植物乙净光合速率下降的主要原因最可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)据图可知，随着叶片温度的升高，两种植物的净光合作用速率都是先升高后降低，当温度高于35 ℃时，植物甲的净光合速率更大，而植物乙的净光合速率降低，因此植物甲更能适应高温环境。(2)在35 ℃恒温条件下分别培养植物甲和植物乙一昼夜(12小时光照、12小时黑暗)，12小时光照条件下两者有机物的积累量相同，但由于甲、乙两种植物的呼吸速率未知，不能确定12小时黑暗条件下二者的有机物消耗量，因此不能确定二者一昼夜有机物积累量的多少。(3)温度过高，蒸腾作用过强导致叶片气孔部分关闭，叶肉细胞吸收CO2的量减少，从而使植物乙的净光合速率下降，增加空气湿度可减缓气孔的关闭，从而提高净光合速率。
答案：(1)甲　温度高于35 ℃时，植物甲的净光合速率更大　(2)不能　甲、乙两种植物的呼吸速率未知，不能确定黑暗条件下二者的有机物消耗量　(3)温度过高，蒸腾作用过强导致叶片气孔部分关闭，叶肉细胞吸收CO2的量减少
突破点2　围绕光合作用中补偿点、饱和点的移动问题，考查科学思维能力
3．如图为25 ℃时，某植物光合作用强度随光照强度变化的坐标图，已知该植物光合作用和细胞呼吸最适温度分别为25 ℃和30 ℃。下列叙述错误的是(　　)
A．a点时，叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体
B．b点时，叶肉细胞的光合作用强度与细胞呼吸强度相等
C．其他条件保持不变，当植物缺Mg时，b点将向右移
D．若将温度提高到30 ℃，则a点上移，b点右移，d点上移
解析：据曲线分析，a点时叶肉细胞只进行细胞呼吸，故产生ATP的细胞器只有线粒体，A项正确。b点时植物光合作用强度等于细胞呼吸强度，但叶肉细胞的光合作用强度大于细胞呼吸强度，因为叶肉细胞制造的有机物用于植株全部细胞的细胞呼吸消耗，B项错误。b点时植物光合作用强度与细胞呼吸强度相等。当植物缺Mg时，叶绿素的合成受到影响，导致光合作用强度减弱，但细胞呼吸强度不变，故光补偿点应增大，从而保证此时的光合作用强度等于细胞呼吸强度，即b点将向右移，C项正确。由于该植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，当温度从25 ℃提高到30 ℃后，光合作用强度减弱，细胞呼吸强度增强。图中a点对应的O2吸收速率代表细胞呼吸强度，故a点上移；光补偿点增大，b点右移；d点对应最大光合作用强度，故d点上移，D项正确。
答案：B
4．将川芎植株的一叶片置于恒温的密闭小室，调节小室CO2浓度，在适宜光照强度下测定叶片光合作用的强度(以CO2吸收速率表示)，测定结果如图。
下列相关叙述，正确的是(　　)
A．如果光照强度适当降低，a点左移，b点左移
B．如果光照强度适当降低，a点左移，b点右移
C．如果光照强度适当增加，a点右移，b点右移
D．如果光照强度适当增加，a点左移，b点右移
解析：a点为CO2补偿点，光合作用强度等于细胞呼吸强度；b点为CO2饱和点。如果光照强度降低，则光合作用减弱，而呼吸作用不变，需要更多的CO2进行补偿，则a点右移；光合作用减弱，则CO2饱和点降低，b点左移。光照强度增加则相反，故D正确。
答案：D
突破点3　围绕密闭和开放环境中一昼夜CO2、O2含量变化的分析，考查科学思维能力
5．(2022·山东青岛模拟)将一盆置于密闭透明容器内的绿色植物放在黑暗环境(温度适宜)中，t1时刻给予充足的光照，t4时刻再补充一定量的CO2，继续培养一段时间。在培养的过程中实时检测装置内O2的释放速率，结果如图所示。不考虑其他生物的影响，下列叙述错误的是(　　)
A．t0～t1，该密闭装置内O2的含量应持续下降
B．t3时刻，该绿色植物的呼吸速率等于光合速率
C．t3～t4，CO2浓度是限制光合速率的主要因素
D．t4～t5，该绿色植物的净光合速率逐渐增大
解析：t0～t1，该绿色植物处于黑暗环境中，其不能进行光合作用，且不断进行呼吸作用消耗氧气，所以该密闭装置内O2的含量应持续下降，A正确；t3时刻，该绿色植物氧气释放速率＞0，呼吸速率不等于光合速率，B错误；从曲线图中看出在t4时刻，补充CO2后光合作用速率上升，所以t3～t4光合作用速率的限制因素主要是CO2浓度，C正确；t4～t5，该绿色植物氧气释放速率不断增加，所以其净光合速率逐渐增大，D正确。
答案：B
6．(多选)将某绿色盆栽植物置于密闭容器内暗处理后，测得容器内CO2和O2浓度相等(气体含量相对值为1)，在天气晴朗时的早6时移至阳光下，日落后移到暗室中继续测量两种气体的相对含量，变化情况如图所示。下列对此过程的分析正确的是(　　)
A．在10时和20时光合作用强度与呼吸作用强度相等
B．该植物体内17时有机物积累量大于19时的有机物积累量
C．在9～16时之间，光合速率＞呼吸速率，O2浓度不断上升
D．该植物从20时开始进行无氧呼吸
解析：分析图示，10时CO2浓度下降，光合速率大于呼吸速率，20时CO2浓度升高，呼吸速率大于光合速率，A错误；17时，光合速率等于呼吸速率，17时以后呼吸速率大于光合速率，所以19时积累的有机物低于17时的，B正确；20时后植物主要进行有氧呼吸，D错误。
答案：BC
7．图甲表示自然环境中一昼夜植物的CO2吸收速率曲线(S1、S2、S3分别表示实线和横轴围成的面积)，图乙表示密闭容器中一昼夜CO2浓度的变化曲线。回答下列相关问题：
(1)甲、乙两图中光合速率和呼吸速率相等的点有________。
(2)致使图甲T点出现的原因是____________________________________________
________________________________________________________________________，
同样的原因导致的光合速率下降在图乙的____________段有所体现。
(3)图甲中一昼夜有机物的积累量为________(用S1、S2、S3表示)。
(4)若植物长期处于图乙所示状况，植物能不能正常生长？请说出你的理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)P、Q、D、H　(2)气孔关闭，二氧化碳浓度降低，导致光合速率下降　FG　(3)S1－(S2＋S3)　(4)能，一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用大于细胞呼吸，植物能正常生长
1．晴朗夏日中午植物会出现气孔关闭，光合速率下降的现象，这种现象称为“光合午休”。请回答下列问题：
胞间CO2浓度指的是叶片内部叶肉细胞间隙的CO2浓度。实验人员对处于“光合午休”状态植物的胞间CO2浓度进行测定：若结果为胞间CO2浓度下降，则叶肉细胞中C3的含量会________，原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________；
若结果为胞间CO2浓度没有发生变化，则该植物光合速率下降的原因可能是________________________________________________________________________。
提示：下降　胞间CO2浓度下降，CO2的固定速率减慢，而C3的还原速率不变，导致C3的含量减少(答案合理即可)　中午温度过高，与光合作用有关的酶的活性降低
2．研究发现，高温处理及干旱处理会使植物蒸腾作用显著下降。结合光合作用两个阶段分析，高温处理与干旱处理使该植物净光合速率下降的可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________
___________________________________________________(答出两点即可)。
提示：蒸腾作用显著下降，植物吸水能力降低，细胞缺水使光反应产生的NADPH、ATP减少，导致净光合作用速率下降　气孔开度减小，植物叶片吸收的CO2减少，暗反应减弱使净光合作用速率下降(或高温使光合作用酶活性下降，而对呼吸作用相关酶活性影响较小)
[构建知识网络]
[强化生命观念]
1．光照强度：直接影响光反应的速率，光反应产生NADPH和ATP的数量多少会影响暗反应的速率。
2．温度：影响光合作用过程，特别是影响暗反应中酶的催化效率，从而影响光合速率。
3．CO2浓度：CO2是暗反应的原料，CO2浓度高低直接影响光合速率。
4．矿质元素：直接或间接影响光合作用。例如镁是叶绿素的组成成分，氮对酶的含量有影响，磷是ATP的组成成分。
5．光合速率与呼吸速率的关系：
(1)绿色植物组织在黑暗条件下测得的数值表示呼吸速率。
(2)绿色植物组织在有光的条件下，光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数值表示净光合速率。
(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
①光合作用产生的O2量＝实测的O2释放量＋细胞呼吸消耗的O2量。
②光合作用固定的CO2量＝实测的CO2吸收量＋细胞呼吸释放的CO2量。
③光合作用产生的葡萄糖量＝葡萄糖的积累量(增重部分)＋细胞呼吸消耗的葡萄糖量。
真题再现　感悟考情
1．(2020·浙江卷)将某植物叶片分离得到的叶绿体，分别置于含不同蔗糖浓度的反应介质溶液中，测量其光合速率，结果如图所示。图中光合速率用单位时间内单位叶绿素含量消耗的二氧化碳量表示。下列叙述正确的是(　　)
A．测得的该植物叶片的光合速率小于该叶片分离得到的叶绿体的光合速率
B．若分离的叶绿体中存在一定比例的破碎叶绿体，测得的光合速率与无破碎叶绿体的相比，光合速率偏大
C．若该植物较长时间处于遮阴环境，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似
D．若该植物处于开花期，人为摘除花朵，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A～B段对应的关系相似
解析：植物叶片光合作用消耗的二氧化碳来自空气中的二氧化碳和自身细胞呼吸产生的二氧化碳，测植物叶片的光合速率时，测的是密闭装置内二氧化碳的减少量，不包括细胞呼吸提供的二氧化碳量，所以此数值比植物叶片光合速率的真实值小；叶绿体光合作用消耗的二氧化碳全部来自空气中的二氧化碳，测叶绿体的光合速率时，测的也是密闭装置内二氧化碳的减少量，此数值可代表叶绿体光合速率的真实值，A项正确。叶绿体是光合作用的主要场所，其结构被破坏，会使光合速率降低，故与无破碎叶绿体的光合速率相比，存在破碎叶绿体的光合速率偏小，B项错误。若该植物较长时间处于遮阴环境，光照不足，光反应减弱，光合速率一直处于较低水平，叶片内蔗糖合成较少，无法达到B点水平，故叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中A～B段对应的关系相似，C项错误。当植物处于开花期时，叶片合成的蔗糖大量向花朵运输，若此时人为摘除花朵，叶片合成的蔗糖会在叶片处积累，叶片内蔗糖浓度与光合速率的关系与图中B～C段对应的关系相似，D项错误。
答案：A
2．(2021·山东卷)光照条件下，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下表。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－1) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2 μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2 μmol·m－2·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溶液相比，喷施100 mg·L－1 SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填“高”或“低”)，据表分析，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)C5分布在叶绿体基质中，由此可推知光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的基质中。突然停止光照，水稻光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生CO2增多。(2)观察表格可知，与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg·L－1 SoBS溶液的水稻叶片光合作用强度增加(由18.9变为20.9)，光呼吸强度降低(由6.4变为6.2)，据此推知光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)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。
答案：(1)基质　光照停止，产生的ATP、NADPH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(及呼吸作用)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．(2021·全国乙卷)生活在干旱地区的一些植物(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__________________。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)叶肉细胞的细胞呼吸场所为细胞质基质和线粒体，光合作用场所为叶绿体，细胞呼吸和光合作用均能产生ATP，所以白天叶肉细胞产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体。据题意可知，虽然白天气孔关闭，但液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，此外细胞呼吸释放的CO2也可供给叶绿体，用于光合作用。(2)该类植物生活在干旱环境中，白天气孔关闭，可以防止蒸腾作用太强而导致水分大量散失；夜晚气孔打开，可以从外界吸收CO2，CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，白天时苹果酸脱羧释放出CO2，保证了该类植物光合作用的正常进行。(3)由题干信息可知，夜间植物甲的叶肉细胞吸收CO2生成的苹果酸储存在液泡中，白天液泡中的苹果酸脱羧释放CO2用于光合作用，故可推知夜间植物甲叶肉细胞液的pH小于白天叶肉细胞液的pH，故实验思路：白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的pH；预期结果：植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
答案：(1)细胞质基质、线粒体、叶绿体　细胞呼吸　(2)水分大量散失　光合作用　(3)实验思路：白天和夜间每隔一定时间取干旱条件下生长的植物甲的叶片，测定叶肉细胞的pH；预期结果：植物甲叶肉细胞pH在夜间逐渐降低、白天逐渐升高。
4．(2020·全国Ⅰ卷)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。回答下列问题：
(1)中耕是指作物生长期中，在植株之间去除杂草并进行松土的一项栽培措施，该栽培措施对作物的作用有_____________________________________________________________
_______________________________________________________(答出2点即可)。
(2)农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的原因是__________________________________________________(答出1点即可)。
(3)农业生产常采用间作(同一生长期内，在同一块农田上间隔种植两种作物)的方法提高农田的光能利用率。现有4种作物，在正常条件下生长能达到的株高和光饱和点(光合速率达到最大时所需的光照强度)见下表。从提高光能利用率的角度考虑，最适合进行间作的两种作物是________，选择这两种作物的理由是_________________________________________
________________________________________________________________________。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光饱和点/μmol·m－2·s－1 1 200 1 180 560 623
解析：(1)中耕松土包括去除杂草和疏松土壤两个方面，去除杂草降低了杂草与作物间的竞争，土壤中的水分、矿质元素离子能更充分地被作物吸收利用；疏松土壤可增加土壤中氧气的含量，有利于根系的有氧呼吸，从而满足根系主动运输吸收矿质元素离子等生理活动对ATP的需求。(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被农作物的根系吸收，另外，施肥后土壤中的矿质元素离子的浓度增加，容易导致细胞液浓度小于土壤溶液浓度，作物根细胞失水，引起“烧苗”。浇水后稀释了矿质元素离子的浓度且利于矿质元素呈离子状态，有利于根系对矿质元素离子的吸收。(3)作物A的光饱和点和株高都比较高，可充分利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点比较低、株高矮，可充分利用下层的弱光进行光合作用，因此作物A和C最适合进行间作。
答案：(1)减少杂草对水分、矿质元素和光的竞争；增加土壤氧气含量，促进根系的呼吸作用　(2)肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收　(3)A和C　作物A光饱和点高且长得高，可利用上层光照进行光合作用；作物C光饱和点低且长得矮，与作物A间作后，能利用下层的弱光进行光合作用
5．(2019·江苏卷)叶绿体中催化CO2固定的酶R由叶绿体DNA编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成，其合成过程及部分相关代谢途径如图所示。请回答下列问题：
(1)合成酶R时，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息________到RNA上，RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成；在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的RNA中，种类最多的是________。
(2)进行光合作用时，组装完成的酶R需ATP参与激活，光能转化为ATP中的化学能是在________上(填场所)完成的。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3 Ⅰ)，C3 Ⅰ还原为三碳糖(C3 Ⅱ)，这一步骤需要________作为还原剂。在叶绿体中C3 Ⅱ除了进一步合成淀粉外，还必须合成化合物X以维持卡尔文循环，X为________。
(3)作为光合作用的重要成分，X在叶绿体中的浓度受多种因素调控，下列环境条件和物质代谢过程，与X浓度相关的有________(填序号)。
①外界环境的CO2浓度
②叶绿体接受的光照强度
③受磷酸根离子浓度调节的C3 Ⅱ输出速度
④酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强度
(4)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体________。
解析：(1)遗传信息由DNA传递到RNA的过程为转录。在蛋白质的合成即翻译过程中，用到三种RNA，即rRNA、tRNA和mRNA。在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的RNA中，mRNA和rRNA的种类均只有一种，tRNA 的种类与mRNA上对应编码氨基酸的密码子的种类数相同，故tRNA的种类数最多。(2)光能转化为ATP中的化学能属于光合作用的光反应过程，发生在叶绿体的类囊体膜上。C3 Ⅰ的还原需要光反应产生的NADPH作为还原剂。由图可知X与CO2结合生成C3 Ⅰ，因此X是参与CO2固定的C5。(3)CO2可以与C5结合生成C3 Ⅰ，能直接影响C5浓度，①正确；光照强度通过影响ATP和NADPH的含量，进而影响C3 Ⅰ到C3 Ⅱ的转化过程，间接影响C5浓度，②正确；C3 Ⅱ输出时释放C5，所以受磷酸根离子浓度调节的C3 Ⅱ输出速度与C5的浓度有关，③正确；酶R能催化C5与O2结合生成C2化合物，所以其反应强度的大小会影响C5的浓度，④正确。(4)可溶性糖在叶绿体中大量存在时，会导致其渗透压升高，使叶绿体不断地吸水，从而涨破。
答案：(1)转录　tRNA　(2)类囊体　NADPH　C5(五碳化合物)　(3)①②③④　(4)吸水涨破
6．(2021·河北卷)为探究水和氮对光合作用的影响，研究者将一批长势相同的玉米植株随机均分成三组，在限制水肥的条件下做如下处理：(1)对照组；(2)施氮组，补充尿素(12 g·m－2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m－2)同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
生理指标 对照组 施氮组 水＋氮组
自由水/结合水 6.2 6.8 7.8
气孔导度(mmol·m－2·s－1) 85 65 196
叶绿素含量(mg·g－1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性(μmol·h－1·g－1) 316 640 716
光合速率(μmol·m－2·s－1) 6.5 8.5 11.4
注：气孔导度反映气孔开放的程度
回答下列问题：
(1)植物细胞中自由水的生理作用包括______________________________等(写出两点即可)。补充水分可以促进玉米根系对氮的__________，提高植株氮供应水平。
(2)参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与______离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动__________两种物质的合成以及________的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到________分子上，反应形成的产物被还原为糖类。
(3)施氮同时补充水分增加了光合速率，这需要足量的CO2供应。据实验结果分析，叶肉细胞CO2供应量增加的原因是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)植物细胞中自由水的生理作用：细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物。补充水分可以促进玉米根系对氮的吸收，提高植株氮供应水平。(2)Mg是构成叶绿素的元素。叶绿体中的光合色素吸收的光能，有以下两方面用途：一是将水分解为氧和H＋，H＋与NADP＋结合，形成NADPH；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使ADP和Pi反应形成ATP。绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在RuBP羧化酶的催化作用下，与C5结合，形成两个C3，C3接受NADPH和ATP释放的能量，并且被NADPH还原，最终转化为糖类和C5。(3)由表格数据可知，施氮同时补水的组的光合速率最大，对应的气孔导度最大，且RuBP羧化酶的活性最高，即叶肉细胞CO2供应量增加的原因是玉米植株气孔导度增大。
答案：(1)细胞内良好的溶剂、为细胞提供液体环境、参与生化反应、运输营养物质和代谢废物(任写两点即可)　吸收　(2)镁(或Mg)　NADPH和ATP　水　C5　(3)玉米植株气孔导度增大，吸收的CO2增加

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