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环境因素骤变对
光合作用中物质含量变化的影响
易错归因
对光照强度、二氧化碳浓度等环境因素骤变引起ATP、NADPH、C3和C5等含量变化的分析不准确。
典型易错题
例1（2022·北京·模拟预测）正常生长的小球藻，由自然光照改为绿光下继续培养，短时间内小球藻细胞的叶绿体内会发生的变化是（ ）
A．H2O在光下分解速率不变 B．卡尔文循环增强
C．ADP/ATP的比值下降 D．C3/C5的比值上升
【答案】D
【解析】色素对绿光吸收较少，改为在绿光下继续培养，导致光反应减弱，H2O在光下分解速率下降，A错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，导致暗反应卡尔文循环减弱，B错误；光合色素吸收绿光少，导致光反应减弱，生成的ATP减少，使ADP/ATP比值上升，C错误；光反应减弱，产生的NADPH和ATP减少，C3还原成C5的量减少，但短时间内C5的消耗量不变，所以C5含量减少，C3/C5比值上升，D正确。故选D。
解题技巧
1．通过光合作用过程从物质的生成和消耗两个方面分析。如光照强度不变，CO2供应减少，短时间内C3、C5、NADPH和ATP的含量变化：
【分析】由于光照强度不变，CO2供应减少，Ⅱ减弱，Ⅲ暂时不变：
①C3合成减少，消耗量暂时不变，C3含量减少；
②C5消耗减少，合成量暂时不变，C5含量增加；
Ⅲ随后减弱，Ⅰ暂时不变：
③NADPH和ATP含量减少。
2．短时间各物质变化模型
条件 光照由强到弱，CO2供应不变 光照由弱到强，CO2供应不变 CO2供应由充足到不足，光照不变 CO2供应由不足到充足，光照不变
C3 增加↑ 减少↓ 减少↓ 增加↑
C5 减少↓ 增加↑ 增加↑ 减少↓
NADPH和ATP 减少↓ 增加↑ 增加↑ 减少↓
（CH2O）合成量 减少↓ 增加↑ 减少↓ 增加↑
模型图
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP、（CH2O）合成量。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP、（CH2O）合成量，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3、（CH2O）合成量。
④图4中曲线甲表示C3、（CH2O）合成量，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
同类题练习
1．（2022·天津河东·二模）对正在进行光合作用的植物，若突然降低植物周围环境中的CO2浓度，则短时间内，下列有关生理变化的叙述，正确的是（ ）
A．叶绿体中C5/C3的值上升
B．叶绿体中ATP/ADP的值下降
C．NADPH/NADP＋的值下降
D．光反应速率加快
2．（2021·甘肃·嘉峪关市第一中学三模）如果改变光合作用的反应条件会引起相应的变化，下列说法正确的是（ ）
A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加
B．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加
C．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少
D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少
3．（2022·福建省龙岩第一中学一模）将植株置于透明密闭容器内，测量容器中CO2的浓度变化情况。在适宜温度条件下，用一定强度的光照处理30分钟，容器中CO2的浓度由2000 ppm降低到180 ppm。随后将整个装置置于相同温度的黑暗条件下30分钟，容器中CO2的浓度变为600 ppm。下列叙述正确的是（ ）
A．前30分钟，叶绿体中NADPH由基质向类囊体膜运输
B．该植株前30分钟的平均总光合速率为60.7 ppm/min
C．经过完整的1小时处理后，该植株的有机物含量会减少
D．光照处理时，若停止光照则短时间内叶绿体中C3的含量会增加
4．（2022·陕西西安·二模）下图表示在最适CO2浓度下，给予不同条件时紫罗兰光合速率变化的示意图。已知O-T3段为最适温度，下列分析错误的是（　　）
A．若实验过程中给紫罗兰提供14CO2，14C3先于14C5出现
B．由适宜光照变为较低光照时，短时间内C3与C5的含量比值将减小
C．若T3时刻改为降低温度，之后光合速率的变化趋势与图中大致相同
D．T2时刻后，叶绿体中ATP与ADP相互转化的速率加快
5．（2022·广东广州·一模）在光照恒定、温度最适条件下，某研究小组用图1的实验装置测量一小时内密闭容器中CO2的变化量，绘成曲线如图2所示。下列叙述错误的是（ ）
A．a～b段，叶绿体中ADP从基质向类囊体膜运输
B．该绿色植物前30分钟真正光合速率平均为50 ppm CO2/min
C．适当提高温度进行实验，该植物光合作用的光饱和点将下降
D．若第10 min时突然黑暗，叶绿体基质中C3的含量在短时间内将增加
6．（2022·湖北·一模）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℃。下图表示该植物在30℃时光合强度与光照强度的关系。若改变环境条件，曲线中有关点的移动情况正确的是（ ）
A．若温度突然从30℃下降到25℃，则a点上移、b点左移、m值增加
B．若b点时突然增大环境CO2浓度，则b点右移、m值增加
C．若c点时突然增大环境CO2浓度，则短时间内植株叶肉细胞叶绿体内的C3含量会减少、C5含量会增加
D．若b点时突然减弱光照强度，则短时间内植株叶肉细胞叶绿体内的C3含量会减少，C5含量会增加
7．（2021·陕西省洛南中学二模）如图为某植物光合作用示意图。下列说法正确的是（　　）
A．①表示O2，②表示还原型辅酶Ⅱ（NADPH），④表示CO2
B．增加光照强度或升高温度，C3的含量都一定减少
C．突然停止光照，光反应和暗反应立即停止
D．叶绿素呈绿色，是因为它大量吸收红光和蓝紫光，而几乎不吸收绿光
8．（2021·辽宁·绥中县第一高级中学模拟预测）图甲表示某种植物光合作用强度受光照强度影响的变化曲线，图乙表示该植物在两种光照强度条件下，光合作用强度受CO2浓度影响的变化曲线，据图分析正确的是（ ）
A．曲线①表示光照强度为n时的光合作用强度变化
B．a点与c点相比较，c点时叶肉细胞中C3的含量高
C．b点与c点相比较，b点叶肉细胞中C5的含量低
D．影响c点光合作用强度的因素只有CO2浓度
9．（2022·湖南永州·三模）生物兴趣小组对光合作用的过程及其影响因素进行了相关研究。如图是某一年生的高等植物细胞中光合作用过程图解，图中英文字母代表相应物质。回答下列问题：
（1）兴趣小组在研究过程中增强光照强度，检测到图中的A物质产生量迅速增多，但不久又恢复到一定水平。A物质无法维持在一个较高水平，最可能的外因是图中物质_____（填字母）的供应量未能同步增加：在同一过程中C3的变化规律是__________________
____________________，原因是_________________________________________________。
（2）给该种高等植物施氮肥的同时补充水分，其光合速率会更大，试从水的角度分析其原因：___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________（答出两点即可）。
（3）卡尔文运用同位素标记法研究了光合作用过程中CO2中碳的转移途径，请你用同位素标记法设计实验探究外源提供的B物质是否可以被光合作用的暗反应所利用。___________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
（要求：写出简单的实验设计思路）。
10．（2022·浙江·二模）光合作用是生命的发动机，也是地球上生物圈形成与运转的关键环节，更是未来能源的希望。下图甲是叶绿体中光合作用部分过程的简化示意图（①和②是可移动载体）；图乙为某实验小组探究影响光合作用环境因素的实验装置。
回答下列问题：
（1）图甲中所示的生物膜是________膜，其中含有光合色素的复合物是________（用罗马数字表示）。与图甲中复合物Ⅳ具有相似功能的物质还存在于真核生物的_________膜上。
（2）图甲中e-表示电子，当环境中CO2浓度适度增加时，e-在脂双层上传递的速度将_________（填“增大”或“减小”）。
（3）在适宜的条件下离体培养叶绿体，若向培养液中加入某种物质，该物质阻断复合物Ⅳ对H+的运输，则ATP的生成速率将_______（填“增大”或“减小”）。ATP为碳反应提供了_______________。
（4）由图乙装置可分析，该实验小组测量光合速率的指标是_______________________。若突然增加光源与装置的距离，则短时间内叶绿体中含量会增加的是________（填“三碳酸”或“RuBP”）。
同类题练习参考答案
1．A 【解析】在植物光合作用时突然降低CO2浓度，这将抑制暗反应中二氧化碳的固定，导致三碳化合物含量减少，短时间内C5增多，故叶绿体中C5/C3的值上升，A正确；C3减少，则C3还原变慢，消耗的ATP和NADPH变少，故叶绿体中ATP/ADP的值上升，NADPH/NADP＋的值上升，B、C错误；暗反应过程受抑制，进而影响光反应过程，光反应变慢，D错误。故选A。
2．A 【解析】突然中断CO2供应使C3减少，因此三碳化合物还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，A正确；由于色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将抑制暗反应中三碳化合物的还原，导致C5减少，C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少，B错误；突然中断CO2供应，使暗反应中二氧化碳固定减少，而三碳化合物还原仍在进行，因此导致C3减少，C5增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，D错误。故选A。
3．D 【解析】前30分钟，植物在光照下能光合作用，产生的NADPH由类囊体膜向叶绿体基质运输，A错误；前30分钟，CO2浓度由2000 ppm降低到180 ppm，经计算，每分钟减少（2000－180）÷30≈60.7，这是净光合速率，不是总光合速率，B错误；经过完整的1小时处理后，容器中CO2浓度由2000 ppm降到600 ppm，减少的CO2都全部用于光合作用合成有机物，因此有机物含量会增加，C错误；停止光照后，光反应不再进行，不能合成NADPH和ATP，因此暗反应还原C3的途径变慢，而CO2固定形成C3的过程不受影响，故C3的含量会增加，D正确。故选D。
4．B 【解析】若实验过程中给紫罗兰提供14CO2，首先进行二氧化碳的固定，先出现14C3，再出现14C5，A正确；由适宜光照变为较低光照时，短时间内C3含量增多，C5的含量减少，故C3与C5比值将增加，B错误；已知O-T3段为最适温度，若T3时刻改为降低温度，酶活性降低，之后光合速率的变化趋势与图中大致相同，C正确；T2时刻后，给予适宜光照，光合作用增强，叶绿体中ATP与ADP相互转化的速率加快，D正确。故选B。
5．B 【解析】a～b段植物同时进行光合作用和呼吸作用，叶绿体中ADP从基质向类囊体膜运输，A正确；真光合速率=净光合速率+呼吸速率，由ab段可以计算出净光合速率=（1680－180）÷30=50 ppm CO2/min，由bc段可以计算出呼吸速率=（600－180）÷30=14 ppm CO2/min，因此真光合速率平均为50+14=64 ppm CO2/min，B错误；题干中提出，该实验在最适温度条件下进行，因此适当提高温度进行实验，光合速率下降，导致该植物光合作用的光饱和点将下降，C正确；若第10 min时突然黑暗，导致光反应产生的ATP和NADPH含量下降，暗反应中三碳化合物的还原减弱，C3的消耗量减少，固定形成的C3不变，导致叶绿体基质中C3的含量将增加，D正确。故选B。
6．A 【解析】分析题图，b点的光照强度是光补偿点，此时光合作用强度=呼吸作用强度；c点的光照强度是光饱和点。若温度突然从30℃下降到25℃，呼吸作用强度下降，a点上移，同时光合作用强度增大，b点左移，m值增加，A正确；b点光合作用强度=呼吸作用强度，若b点时突然增大环境CO2浓度，暗反应增强，光照强度会减弱，b点左移，增大CO2浓度有利于光合作用，m值增加，B错误；若c点时突然增大环境CO2浓度，C3的合成速率加快，由于C3的还原速率不变，短时间内C3的含量增加，C5含量减少，C错误；若b点时突然减弱光照强度，合成的ATP和NADPH减少，C3的还原速率减慢，由于C3的合成速率不变，短时间内C3含量会增加，C5含量会减少，D错误。故选A。
7．D 【解析】据图分析，类囊体膜上的光合色素吸收光能，将水光解，产生NADPH与氧气，①表示O2，③表示还原型辅酶Ⅱ（NADPH），②表示ATP；光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A错误；增加光照强度，短时间内C3的生成速率不变，而光反应产生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP还原为（CH2O）速率加快，因此C3的含量减少；如果在最适温度时升高温度，则C3的含量不一定减少，B错误；突然停止光照，黑暗条件下，光反应停止，NADPH和ATP不再产生，暗反应将逐渐停止，C错误；由于叶绿素大量吸收红光和蓝紫光，而几乎不吸收绿光，故叶绿素呈绿色，D正确。故选D。
8．B 【解析】由于n点对应的光照强度较m点的光照强度低，所以②对应n点的光照强度，①对应m点的光照强度，A错误；a点与c点相比较两者在同一光照强度下产生的ATP和NADPH一样多，还原C3的能力是相同的，但由于c点的二氧化碳浓度高，生成的C3多，所以c点的C3含量高，B正确；b点与c点在二氧化碳浓度相同的条件下同等消耗C5形成C3，但由于b点的光照强，产生的ATP和NADPH多，还原C3生成的C5多，所以b点的C5含量应该较高，C错误；影响c点光合作用强度的因素有二氧化碳浓度和光照强度，D错误。故选B。
9．（1）E 先迅速减少，不久后达到相对稳定的水平 由于光照强度增强，ATP和NADPH突然增加，C3的还原加快，而CO2的固定基本不变，导致C3迅速减少，但由于CO2供应不足，随后达到相对稳定的水平
（2）水作为良好的溶剂，补充水分可以降低土壤溶液浓度，有利于小麦根细胞对氮、磷等元素的吸收；同时可保证小麦吸收充足的水分，促进气孔开放（或有利于增大气孔导度），从而保证了叶肉细胞中CO2的供应
（3）将叶绿体中的B物质用放射性同位素标记，并将植物置于光照、温度等条件均适宜的环境中，一段时间后，采用一定的方法检测光合产物糖类中是否出现了放射性
【解析】（1）水光解可以产生氧气和H+、e-，图中A为氧气，e-和H+与来自叶绿体基质的NADP+反应生成NADPH，由于光反应和暗反应偶联，CO2是暗反应的原料，因此若CO2供应未能同步，即CO2不足，光反应也不能持续进行，且产生的氧气也会释放到环境中或用于细胞呼吸，即不久又恢复到一定水平；由于光照强度增强，光反应产物ATP和NADPH突然增加，C3的还原加快（C3还原需要光反应产物ATP和NADPH），而CO2的固定基本不变，导致C3迅速减少，但由于CO2供应不足，随后达到相对稳定的水平，因此C3的变化规律是先迅速减少，不久后达到相对稳定的水平。
（2）水作为光合作用的原料；水作为良好的溶剂，补充水分可以降低土壤溶液浓度，有利于小麦根细胞对氮、磷等元素的吸收；同时可保证小麦吸收充足的水分，促进气孔开放（或有利于增大气孔导度），气孔是CO2的通道，从而保证了叶肉细胞中CO2的供应。
（3）同位素标记可以追踪物质的去向，若要探究外源提供的B物质是否可以被光合作用的暗反应所利用，可将叶绿体中的B物质用放射性同位素标记，并将植物置于光照、温度等条件均适宜的环境中，一段时间后，采用一定的方法检测光合产物糖类中是否出现了放射性。
10．（1）类囊体 I和Ⅲ 线粒体内
（2）增大
（3）减小 能量和磷酸基团
（4）单位时间、单位面积氧气释放量（氧气释放速率） 三碳酸
【解析】（1）图甲能吸收光能，进行水的光解，表示光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，因此图甲中所示的生物膜是类囊体膜，光合色素能够吸收和传递光能，因此图中含有光合色素的复合物是I和Ⅲ。图甲中复合物Ⅳ能运输H+，还能催化ATP的形成，该物质还可以分布在线粒体内膜上，将H+运进线粒体内膜的同时催化ATP合成。
（2）环境中CO2浓度适度增加时，暗反应速率加快，会消耗更多光反应产物NADPH和ATP，故图中的电子在脂双层上传递的速度将加快，以形成更多的NADPH和ATP。
（3）从图上可知，复合物IV对H+的运输促成了ATP的合成，若此过程被阻断，ATP生成速率将会下降。ATP水解为碳反应提供了能量和磷酸基团。
（4）图乙为某实验小组探究影响光合作用环境因素的实验装置，可用单位时间、单位面积氧气释放量（氧气释放速率）来表示净光合速率，若默认为不同条件下呼吸速率不变，也可用单位时间、单位面积氧气释放量（氧气释放速率）来比较光合速率的大小；若突然增加光源与装置的距离，则光照强度减弱，光反应产生的ATP和NADPH减少，暗反应还原C3的速率减小，短时间内CO2固定速率不变，因此短时间内叶绿体中三碳酸（C3）含量增加，而RuBP（C5）减少。
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