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第9讲　光合作用
[考纲要求]　1.光合作用(Ⅱ)。2.实验：光合色素的提取与分离。3.实验：探究环境因素对光合作用的影响。
一、光合色素
1．色素种类
2．分布：叶绿体基粒的类囊体膜上。
3．特性：不溶于水，能溶于无水乙醇、丙酮等有机溶剂。
[解惑]　(1)叶绿体和液泡中都有色素，但只有叶绿体中的色素参与光能的捕获。
(2)叶绿体中的色素只存在于光反应部位——叶绿体类囊体的薄膜上，与光合作用有关的酶存在于两个部位——叶绿体类囊体的薄膜上和基质中。
二、光合作用过程
1．光反应
(1)条件：叶绿体色素、酶、光和水。
(2)场所：叶绿体类囊体膜。
(3)产物：NADPH、ATP、O2。
(4)物质转变
①水在光下裂解为H＋、O2和电子。
②水中的氢在光下将NADP＋还原为NADPH。
(5)能量转变：光能被吸收并转化为ATP和NADPH中的化学能。
2．碳反应
(1)条件：多种酶、ATP、NADPH。
(2)场所：叶绿体基质。
(3)产物：三碳糖。
(4)主要变化
①CO2＋RuBP→2三碳分子。
②三碳分子＋NADPH＋ATP→三碳糖。
③RuBP的再生。
[解惑]　(1)色素分子吸收光能不需要酶的参与，但其他光反应和碳反应过程都需要酶的催化。
(2)进行光合作用的生物不一定都有叶绿体，但必须都有相关的色素和酶，如蓝细菌和光合细菌。
三、环境因素影响光合速率
1．光合速率：又称光合强度
(1)含义：一定量的植物(如一定的叶面积)在单位时间内进行多少光合作用。
(2)表示方法：产生氧气量/单位时间或消耗二氧化碳量/单位时间。
2．影响光合速率的外界因素
(1)光强度：在一定范围内，光合速率随光强度增加而增加；当光强度增加到一定数值后，光强度再增加光合速率也不会增加，此时的光强度称为光饱和点。
(2)温度：低于最适温度，随着温度升高，光合速率加快；超过最适温度，随着温度升高，酶的活性减弱或丧失，光合速率减慢或停止。
(3)二氧化碳浓度：一定范围内，空气中二氧化碳浓度的增加会使光合速率加快。
考点一　分析光合作用的过程
1．完善光合作用过程图
2．在光合作用总反应式中标出各元素的来源和去路
3．填表比较光反应与碳反应的区别
比较项目 光反应 碳反应
场所 在叶绿体类囊体膜上 叶绿体基质
条件 必须在光下 有光、无光都可以
物质转化 ①水的裂解：2H2O4H＋＋4e－＋O2②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量ATP③NADPH的形成：NADP＋＋2e－＋H＋NADPH ①CO2的固定：CO2＋RuBP→2三碳分子(C3) ②C3的还原：C3＋ATP＋NADPH三碳糖磷酸③RuBP的再生：三碳糖分子RuBP
能量转换 光能→活跃化学能，并储存在ATP和NADPH中 ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能
实质 光能转换为化学能，并放出O2 同化CO2形成有机物
易错警示　与光合作用过程有关的三个易错点
(1)若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用
甲：一直光照10分钟；乙：光照5秒，黑暗5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲<乙(碳反应时间长)。
(2)CO2中C进入C3但不进入RuBP，最后进入(CH2O)，RuBP中C不进入(CH2O)，可用放射性同位素标记法证明。
(3)光合作用光反应产生的ATP只用于碳反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP只能来自细胞呼吸。
1．如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是 (　　)
A．结构A中的能量变化是光能转变为ATP中的化学能
B．供给14CO2，放射性出现的顺序为CO2→C3→甲
C．结构A释放的O2可进入线粒体中
D．如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加
答案　D
解析　在光合作用中，CO2首先和RuBP生成C3，如果突然停止CO2的供应，则C3的生成量减少，而其消耗量不变，因此短时间内C3的含量将会减少。
2．(2011·新课标全国卷，29改编)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%的环境中，其叶片碳反应中C3和RuBP化合物微摩尔浓度的变化趋势如下图。回答问题：
(1)图中物质A是__________(C3化合物、RuBP化合物)。
(2)在CO2浓度为1%的环境中，物质B的浓度比A的低，原因是_______________
________________________________________________________________________，
将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是______________
________________________________________________________________________。
(3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，碳反应中C3和RuBP化合物浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的__________(低、高)。
(4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光强度比CO2浓度为1%时的
______(高、低)，其原因是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)C3化合物　(2)碳反应速率在该环境中已达到稳定，即C3和RuBP的含量稳定，根据碳反应的特点，此时C3化合物的分子数是RuBP的2倍　当CO2浓度突然降低时，RuBP的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致RuBP积累　(3)高　(4)低　CO2浓度低时，碳反应的强度低，所需的ATP和NADPH少
解析　(1)CO2浓度降低时，C3化合物产生减少而消耗继续，故C3化合物的浓度降低，所以物质A代表的是C3化合物。(2)在正常情况下，1 mol CO2与1 mol RuBP结合形成2 mol C3化合物，即C3化合物的浓度是RuBP浓度的2倍。CO2浓度迅速下降到0.003%后，RuBP的产生量不变而消耗量减少，故RuBP的浓度升高。(3)CO2浓度继续处于0．003%时，因光反应产物NADPH和ATP的积累而抑制光反应过程，足量的NADPH和ATP引起碳反应中RuBP的浓度又逐渐降低，而C3化合物的浓度逐渐升高，在达到相对稳定时，C3化合物的浓度仍是RuBP浓度的2倍。(4)CO2浓度较低时，碳反应减弱，需要的NADPH和ATP量减少，故CO2浓度为0.003%时，在较低的光强度时就能达到最大光合速率。
结合图示，分析当光照、CO2浓度对光合作用相关信息的影响
条件 C3 RuBP NADPH和ATP 模型分析
光照由强到弱，CO2供应不变 增加 减少 减少或没有
光照由弱到强，CO2供应不变 减少 增加 增加
光照不变，CO2由充足到不足 减少 增加 增加
光照不变，CO2由不足到充足 增加 减少 减少
考点二　聚焦影响光合作用的环境因素及其在生产上的应用
1．单因子因素
(1)光强度
①原理分析：光强度影响光合速率的原理是通过影响光反应阶段，制约ATP和NADPH的产生，进而制约碳反应阶段。
②图像分析：A点时只进行细胞呼吸；AB段随着光强度的增强，光合作用强度也增强，但是仍然小于细胞呼吸强度；B点时代谢特点为光合作用强度等于细胞呼吸强度；BC段随着光强度的增强，光合作用强度也不断增强；C点对应的光强度为光饱和点，限制C点的环境因素可能有温度或二氧化碳浓度等。
完成填空后，在下面的四幅图中标出A点、AB段、B点和B点之后的氧气和二氧化碳转移方向。
答案　
③应用分析：欲使植物正常生长，则必须使光强度大于B点对应的光强度；适当提高光强度可增加大棚作物产量。
(2)光照面积
①图像分析：OA段表明随叶面积的不断增大，光合作用实际量不断增大，A点为光合作用面积的饱和点。随叶面积的增大，光合作用强度不再增加，原因是有很多叶被遮挡，光照不足。
OB段表明干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用强度不再增加，但叶片随叶面积的不断增加，呼吸量(OC段)不断增加，所以干物质积累量不断降低(BC段)。
②应用分析：适当间苗、修剪，合理施肥、浇水，避免徒长。封行过早，使中下层叶子所受的光照往往在光补偿点以下，白白消耗有机物，造成不必要的浪费。
(3)CO2浓度
①原理分析：CO2浓度影响光合作用的原理是通过影响碳反应阶段，制约C3生成。
②图像分析：图1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2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应用分析：大气中的CO2浓度处于OA′段时，植物无法进行光合作用；在农业生产中可通过“正其行，通其风”和增施农家肥等措施增加CO2浓度，提高光合作用速率。
(4)温度
①原理分析：是通过影响酶活性进而影响光合作用。
②图像分析：低温导致酶的活性降低，引起植物的光合作用速率降低，在一定范围内随着温度的升高，酶活性升高，进而引起光合速率也增强；温度过高会引起酶活性降低，植物光合速率降低。
③应用分析：温室中白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用速率；晚上适当降低温室的温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物积累。
(5)必需矿质元素
①图像分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物光合作用速率下降。
②应用分析：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光能利用率。
2．多因子因素
(1)曲线分析：P点时，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随其因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q点时，横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，要想提高光合速率，可采取适当提高图示中的其他因子的方法。
(2)应用：温室栽培时，在一定光强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2进一步提高光合速率，当温度适宜时，要适当提高光强度和CO2浓度以提高光合速率。
易错警示　光合作用影响因素的2个易忽略点
(1)易忽略温度改变对光合作用的影响。温度改变时，不管是光反应还是碳反应均会受影响，但主要影响碳反应，因为参与碳反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多。
(2)易忽略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；当CO2浓度大于某值时，光合作用才能进行。对于植物来说，也存在CO2的补偿点和饱和点，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。
3．甲图和乙图表示某植物在适宜的CO2浓度条件下光合作用速率与环境因素之间的关系，下列相关描述中错误的是 (　　)
A．甲图中，在a′点限制光合作用速率的主要因素是光强度，在b′点限制光合作用速
率的主要因素是温度或CO2浓度
B．从乙图可以看出，当超过一定温度后，光合作用速率会随着温度的升高而降低
C．温度主要是通过影响酶的活性来影响光合作用速率的
D．若光强度突然由a变为b，短时间内叶肉细胞中C3的含量会增加
答案　D
解析　甲图表示光强度和温度对光合作用速率的影响，乙图表示温度对光合作用速率的影响。分析甲图中某点上的限制因素时，要看曲线是否达到饱和点。如果没有达到饱和点(如a′点)，则限制因素为横坐标表示的因素，即光强度；当达到饱和点以后(如b′点)，则限制因素为横坐标表示的因素以外的其他因素，如温度或CO2浓度。当光强度突然增强时，光反应速率加快，产生更多的NADPH和ATP，短时间内C3的还原速率加快而CO2的固定速率不变，故C3的含量会减少。
4．如图表示环境因素对绿色植物光合作用速率的影响，据图分析，正确的是 (　　)
A．当处于a或b点时，叶肉细胞的细胞溶胶、线粒体基质和叶绿体基质中均可产生ATP
B．当所处环境中缺镁时，在CO2含量不变的情况下，a点可能降到b点
C．与a点相比，b点时叶绿体中三碳化合物含量较多
D．a点与b点光合作用速率差异的原因是光强度和CO2浓度的不同
答案　B
解析　叶肉细胞每时每刻都要进行呼吸作用，所以细胞溶胶、线粒体基质可产生ATP，而光合作用产生ATP的场所是叶绿体中的类囊体膜上。环境中缺镁时叶绿素的合成减少，相同光强度等条件下光合作用速率会下降。b点与a点相比处于相同光强度但CO2浓度低，所以合成三碳化合物的量较少，而二者产生的NADPH和ATP一样多，从而还原消耗的三碳化合物量相同，所以b点时叶绿体中三碳化合物含量较少。从图中可知，a点与b点光合作用速率差异的原因是CO2浓度的不同。
分析坐标曲线中限制因素的技巧
对于有饱和点(平衡点)的坐标曲线，分析其限制因素的时候要分两部分
(1)达到饱和点以前的限制因素，为横坐标表示的因素。
(2)达到饱和点以后的限制因素，为横坐标表示的因素以外的因素。
考点三　光合速率的实验装置图分析
如图是探究某植物与光合作用相关问题的实验装置，请分析与该装置有关的问题(提示：取的是同一植物形态、大小、生长发育状况相同的四张叶片，烧杯中的液体可以保证叶片所需的水与矿质元素的正常供应，不考虑气体在水中的溶解与外界气压的变化和蒸腾作用的影响)：
(1)适宜的光照下，装置A中油滴的移动情况是________，原因是_______________。
(2)适宜的光照下短时间内(装置内仍有O2存在)装置B中油滴的移动情况是___________。
放置一段时间后，装置中的O2消耗完毕，这时油滴的移动方向是________，写出此时的
反应方程式： ____________________________________________________________。
(3)分析装置C中的油滴移动情况与光合作用和细胞呼吸的关系： _______________
________________________________________________________________________。
(4)能否直接用装置C、D证明光合作用需要CO2，为什么？__________________________。如果用装置B、C证明光合作用需要CO2，实验前应该将叶片进行怎样的处理？________________________________________________________________________。
(5)要测定叶片细胞呼吸的强度最好选择装置__________。
答案　(1)不移动　光合作用吸收的CO2体积等于释放出的O2体积，细胞呼吸吸收的O2体积等于释放出的CO2体积　(2)向左移动　不移动　C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋少量能量　(3)①当光合作用强度大于细胞呼吸强度时，油滴向右移动；②当光合作用强度等于细胞呼吸强度时，油滴不移动；③当光合作用强度小于细胞呼吸强度时，油滴向左移动(因为CO2缓冲液在CO2浓度低时可以释放出CO2，而在浓度高时要吸收CO2，从而保证装置内CO2浓度的稳定)　(4)不能。因为二者不符合单一变量原则　饥饿处理　(5)D
解析　(1)由于装置A处于适宜的光照下，再根据光合作用和需氧呼吸的总反应式，可知消耗的气体量与产生的气体量相等，而装置A内的清水不影响气压变化，则压强不变，故油滴不移动。(2)装置B内的NaOH溶液能吸收CO2，需氧呼吸消耗O2使压强减小，则油滴向左移动。装置B中的O2消耗完毕时，则叶片只能进行厌氧呼吸产生酒精和CO2，而CO2又被NaOH溶液吸收，压强不变，油滴不移动。(3)装置C中CO2缓冲液提供一定浓度的CO2，且保持不变，若光合作用产生的O2量大于细胞呼吸消耗的O2量，则压强增大，油滴向右移动；若光合作用产生的O2量等于细胞呼吸消耗的O2量，则压强不变，油滴不移动；若光合作用产生的O2量小于细胞呼吸消耗的O2量，则压强减小，油滴向左移动。(4)要证明光合作用需要CO2，则自变量为CO2的有无，其他条件都相同，但装置C、D不符合单一变量原则。对叶片进行饥饿处理消耗原有淀粉，有利于检测是否新产生了淀粉。(5)测定叶片细胞呼吸的强度，需要排除光合作用的干扰，所以装置应遮光。
5．如图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叶圆片，再用气泵抽出叶片内的气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间，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，单独增加适宜的光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮
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．因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用
答案　C
解析　图中纵坐标是上浮至液面的时间，时间越短，说明单位时间内产生的氧气越多，光合作用强度越大。结合曲线分析，ab段随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用增强，产生氧气增多，叶圆片上浮时间越来越短，故A错误；从图中分析，bc段CO2浓度已不再是制约光合作用的因素，因此单独增加NaHCO3溶液浓度，不会提高光合作用速率，故B错误；由于NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致整体代谢水平下降，叶圆片上浮时间长，故C正确。
6．利用如图所示的实验装置进行与光合作用有关的实验，下列叙述正确的是 (　　)
A．试管中收集的气体量代表了光合作用产生的氧气量
B．在光下，如果有气泡产生，可说明光合作用产生氧气
C．为了探究二氧化碳浓度对光合作用的影响，可以用不同浓度的碳酸氢钠溶液进行实验
D．为了探究光强度对光合作用的影响，用一套装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生速率
的变化
答案　C
解析　试管中收集的气体量＝光合作用产生的O2量－呼吸作用消耗O2量；光下产生气泡，可能是温度增加，使气体的溶解度下降导致的，产生的也不一定是氧气；用装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生速率的变化是不现实的，因为产生的气泡数太少，无法准确表达气体的产生速率。
实验七　光合色素的提取与分离
完善下面的实验过程
易错警示　实验中的注意事项及操作目的
过程 注意事项 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
7．(2011·广东卷，29)中国的饮食讲究“色香味”，颜色会影响消费。小李同学拟研发“绿色”食用色素，他以生长很快的入侵植物水葫芦为材料进行如下实验。
Ⅰ.提取叶绿素
―→―→―→
Ⅱ.探究pH对叶绿素稳定性的影响
取一些叶绿素粗产品，配成一定浓度的溶液，于室温(约25 ℃)下进行实验，方法和结果如下表。
实验组号 叶绿素溶液(mL) 调pH至 处理时间(min) 溶液颜色
① 3.0 Y 10 绿色
② 3.0 7.0 10 绿色
③ 3.0 6.0 10 黄绿色
④ 3.0 5.0 10 黄褐色
注：叶绿素被破坏后变成黄褐色。
根据所学知识和实验结果，请回答：
(1)提取叶绿素的X应该为____________，原因是_____________________________
________________________________________________________________________。
(2)表中Y应该为________，原因是_________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)若用作食品色素，天然叶绿素色素不适用于________食品，否则______________。
(4)小李想了解叶绿素粗产品中是否含有其他色素，请你提供检测方法并写出主要步骤。
答案　(1)无水乙醇　绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中　(2)8.0　pH梯度差为1.0，所以Y为8.0
(3)酸性　叶绿素分解，食品变为黄绿色或黄褐色
(4)方法：用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离，以确定是否含有其他色素。
主要步骤：①制备滤纸条：将预先准备的干燥滤纸条一端剪去两个角使之呈梯形，在距该端1 cm处画一铅笔细线。
②画滤液细线：用毛细吸管吸取叶绿素粗产品，沿铅笔线均匀地画滤液细线。
③纸层析法分离色素：将滤纸条画有滤液细线的一端置于烧杯中的层析液中(不要将滤液细线浸没在层析液中)。
④观察实验结果。
解析　(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂如无水乙醇中，所以，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素。(2)该实验探究pH对叶绿素稳定性的影响，所以实验变量为pH的大小，所以我们要设置一系列pH梯度，即pH为8.0、7.0、6.0、5.0。(3)通过对实验结果的分析，在pH为6.0、5.0的酸性条件下叶绿素会分解，所以天然叶绿素不适用于酸性食品。(4)由于各种色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快；反之，则慢。所以，我们可用纸层析法将叶绿素粗产品中的色素进行分离，以确定是否含有其他色素。
如何解答教材延伸实验
1．利用教材原理解答延伸式实验
(1)教材原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，因此各种色素随层析液在滤纸上的扩散速度不同而分离。
(2)原理应用：利用纸层析法检测叶绿素产品时，若只有叶绿素，则滤纸条上只有两条色素带(叶绿素a和叶绿素b)，若含有其他色素则滤纸条上含有多条色素带。
2．明确题干信息抓准自变量
题意明确提出：“探究pH对叶绿素稳定性的影响”，显然告诉我们实验的自变量是“pH”；据表中信息可以看出因变量是色素的“颜色”；本实验采用设计pH梯度进行定量探究。分析表格可知，②③④组的pH相差1.0，可推断pH梯度值是1.0，因此实验组①的pH应是8.0。为保证实验结果的准确性，不同实验组叶绿素溶液的量及处理时间都要严格遵循等量原则和单一变量原则。
序号 错因分析 正确答案 序号 错因分析 正确答案
① 错别字失分 光反应 ② 不清楚光反应与碳反应内部限制因素的区别 色素的数量
③ 没有审清题意，应答物质，不能答过程 C3 ④ 表述不完整失分 酶的活性
⑤ 不能根据图B中的实验确定观察指标 光合作用产生的氧气的量 ⑥ 不清楚因变量如何检测 一定时间内光合作用产生的气泡数(或气体的量)
题组一　叶绿体的结构与功能
1．判断正误
(1)叶绿体中的色素主要分布在类囊体腔内(2009·安徽，1A) (　　)
(2)H2O在光下分解为NADH和O2的过程发生在基质中(2009·安徽，1B) (　　)
(3)在叶肉细胞中，CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质
(2010·天津，1改编) (　　)
(4)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
(2009·浙江，4C) (　　)
(5)叶肉细胞在光照下进行光合作用，不进行呼吸作用(2009·全国Ⅱ，1D) (　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2．(2011·新课标全国卷，3)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 (　　)
A．光反应强度升高，碳反应强度降低
B．光反应强度降低，碳反应强度降低
C．光反应强度不变，碳反应强度降低
D．光反应强度降低，碳反应强度不变
答案　B
解析　镁是构成叶绿素的重要成分，缺镁植物不能合成叶绿素。叶绿素含量降低使幼苗吸收光能的能力减弱，光合作用的光反应强度降低，故A、C项错误；因为碳反应需要光反应提供NADPH和ATP，故光反应强度降低后，为碳反应提供的NADPH和ATP减少，碳反应的强度也降低，故B项正确，D项错误。
3．(2011·浙江理综，1)下列有关叶绿体及光合作用的叙述，正确的是 (　　)
A．破坏叶绿体外膜后，O2不能产生
B．植物生长过程中，叶绿体内各种色素的比例保持不变
C．与夏季相比，植物在冬季光合速率低的主要原因是光照时间缩短
D．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应
答案　D
解析　植物光合作用的光反应在叶绿体类囊体膜上进行，因此破坏叶绿体外膜，不影响O2的产生；离体的叶绿体基质中含有与碳反应有关的酶，获得ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应，故D正确；植物生长过程中，叶绿体中色素的比例会随植物生长期、光照、温度等的变化而变化；与夏季相比，植物在冬季光合速率降低的主要原因是温度降低和光照减弱。
4．(2008·山东理综，7)下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。在图示结构上
(　　)
A．生物膜为叶绿体内膜
B．可完成光合作用的全过程
C．发生的能量转换是：光能→电能→化学能
D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
答案　C
解析　叶绿体内膜为生物膜的一种，图示为类囊体膜，光反应在叶绿体类囊体膜上进行，碳反应在叶绿体基质中进行，光反应产生的ATP用于碳反应。
题组二　影响光合作用的因素及应用
5．(2012·山东理综，2)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
答案　D
解析　由图可知，a点是光合速率和呼吸速率相等的点，在a点之前就进行光合作用，A项错误；CO2的吸收速率(净光合速率)大于零，说明植物在积累有机物，6～18时，植物一直在积累有机物，所以有机物积累量最多是在18时，B项错误；b～c段的变化是由于温度高，蒸腾作用旺盛，植物为了减少水分的散失而关闭气孔，致使植物吸收CO2量减少，d～e段的变化由光强度减弱引起，C项错误；在b～d段，甲植株没有出现CO2吸收速率下降，有可能是某种原因导致其叶片的气孔无法关闭，D项正确。
6．(2009·四川理综，3)大气中CO2浓度升高引起的温室效应，可能改变土壤水分状况和矿质元素含量。为探究有关生态因子的变化对植物的影响，有人用同一环境中生长的两种植物，在温度、光照和水分等适宜条件下做了模拟实验，测得数据如表。下列相关分析，不正确的是 (　　)
项目 物种 355 μmol·mol－1的CO2 539 μmol·mol－1的CO2
不施磷肥 施磷肥/20 kg·hm－2·a－1 不施磷肥 施磷肥/20 kg·hm－2·a－1
净光合速率、μmol·mol－2·s－1 欧洲蕨 2.18 3.74 3.62 5.81
石楠 1.37 6.76 5.43 15.62
蒸腾比率/μmol·mol－1 欧洲蕨 1.40 2.37 2.22 3.86
石楠 0.25 0.66 0.71 2.10
*蒸腾比率：植物消耗1摩尔水，通过光合作用固定的CO2微摩尔数。
A．CO2浓度升高和施磷肥都能促进两种植物的光合作用，施磷肥的效果更明显
B．两种CO2浓度下，施磷肥对石楠光合作用的促进作用都大于欧洲蕨
C．由试验结果可推测，干旱对欧洲蕨光合作用的影响大于石楠
D．两种植物光合作用的最适CO2浓度都高于355 μmol·mol－1
答案　C
解析　通过对同一种植物在不同CO2浓度下和施磷肥与不施磷肥情况下，测得的净光合速率(温度一直适宜，呼吸作用强度不变，净光合速率的大小即可代表光合作用的强度)的数据对比，可知A选项正确；在同一CO2浓度下，分别对两种植物施磷肥后效果的对比，可得B选项正确；因CO2浓度为539 μmol·mol－1时两种植物的净光合速率都大于355 μmol·mol－1时，所以D选项正确；从试验结果不能推出C选项结果。
7．(2012·浙江理综，30)某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如下图所示。请回答：
(1)停止供水后，光合速率下降。这是由于水是__________的原料，又是光合产物在植物体内__________的主要介质。
(2)在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，光饱和点低的是______点，其主要原因是________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是______________________________。此时类囊体结构破坏，提供给碳反应的______________减少。
(4)生产实践中，可适时喷施植物激素中的__________，起到调节气孔开度的作用。
答案　(1)光合作用　运输　(2)B　气孔开度降低，CO2吸收减少(答出一项即可)　(3)叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来(答出一项即可)　[H]和ATP　(4)脱落酸
解析　(1)水是绿色植物光合作用的原料，同时也是无机盐离子及光合产物在植物体内运输的主要介质。停止供水后，光合速率会下降。(2)比较分析图像中的A、B两点：B点时由于已经停止供水，气孔开度相对较小，则CO2的吸收量相对减少，生成的C3减少，达到光饱和点时所需光反应提供的NADPH和ATP减少，因此光饱和点较低。(3)停止供水一段时间后，由于无机盐及有机物的运输受阻，叶绿素合成速率减慢甚至停止，类胡萝卜素颜色逐渐显露出来，呈现黄色，若此时类囊体结构破坏，光反应提供给碳反应的NADPH和ATP将相对减少。(4)在缺水条件下，植物叶片中脱落酸的含量增多，引起气孔关闭，农业生产中常用脱落酸作为抗蒸腾剂喷施植物叶片，使气孔关闭，以降低蒸腾速率。
【组题说明】
考　点 题　号 错题统计 错因分析
光合作用的探索与过程 1、2、3、4、5、9
影响光合作用的因素 8、10、11、12、13
光合作用的相关实验 6、7、14
1．生长于较弱阳光下的植物，当提高CO2浓度时，光合速率并未加快。对这一现象最可能的解释是(　　)
A．呼吸作用受阻影响光合作用
B．使C3还原的还原剂和ATP不足
C．碳反应过程所需的酶在弱光条件下活性低
D．呼吸作用强，大量消耗光合作用产物
答案　B
解析　分析题干可知，光合速率并未加快是由于光反应提供的ATP和NADPH不足，导致C3还原过程受阻。
2．2,6 二氯酚靛酚是一种蓝色染料，能被还原剂还原成无色。从叶绿体中分离出类囊体，置于2,6 二氯酚靛酚溶液中，对其进行光照，发现溶液变成无色，并有O2释放。此实验证明 (　　)
A．光合作用在类囊体上进行
B．光合作用产物O2中的氧元素来自CO2
C．光反应能产生还原剂和O2
D．光合作用与叶绿体基质无关
答案　C
解析　依据题中信息可判断，光照后溶液变为无色，说明有还原剂产生。有O2释放，说明该过程有O2产生。类囊体是光合作用光反应阶段的场所，说明光反应能产生还原剂和O2。
3．将竖直放置的水绵和某种好氧细菌的混合溶液放在暗处，白光透过三棱镜照在混合液处，
一段时间后，好氧细菌的分布情况最可能是 (　　)
A．随机、均匀分布在混合液中
B．集中分布在上下两端
C．集中分布在中央位置
D．集中分布在溶液的下层
答案　B
解析　白光透过三棱镜后照射到水绵上，其中两端的红光和蓝紫光被水绵吸收利用得最多，故两端产生的氧气最多，因此好氧细菌集中分布在两端。
4．如图表示植物光合作用的一个阶段，下列各项叙述正确的是 (　　)
A．该反应的场所是叶绿体的类囊体
B．C3生成C6H12O6需要NADPH、ATP和多种酶的参与
C．提高温度一定能促进C6H12O6的生成
D．在无光条件下，有利于碳反应进行
答案　B
解析　图示为光合作用的碳反应阶段，该反应进行的场所是叶绿体基质，故A错误；C3生成C6H12O6需在多种酶的催化下，利用ATP提供的能量，通过NADPH的还原进行，故B正确；若该生理过程已在最适温度条件下进行，提高温度反而会降低酶的活性，会使反应减慢，故C错误；在无光条件下，碳反应会因NADPH和ATP的缺乏受到限制，故D错误。
5．下列关于绿色植物叶肉细胞生理活动的叙述，正确的是(　　)
A．叶绿体放出氧气的速率有可能与线粒体消耗氧气的速率相等
B．叶绿体白天进行着ATP的合成，夜晚进行着ATP的水解
C．随CO2浓度的增大，叶绿体的光合速率增大，线粒体的呼吸速率减小
D．线粒体产生的CO2在光照条件下全部扩散到叶绿体中，在黑暗条件下全部扩散到细胞
外
答案　A
解析　当叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率时，叶绿体放出氧气的速率与线粒体消耗氧气的速率相等；叶绿体白天也进行ATP的合成与水解；在其他条件一定的情况下，随CO2浓度的增大，叶绿体的光合速率逐渐增大，当CO2浓度增大到一定值后，光合速率就不再随CO2浓度的增大而增大；当叶肉细胞的光合速率小于呼吸速率时，线粒体产生的CO2有一部分扩散到叶绿体中，另外一部分扩散到细胞外。
6．为了研究植物的光合作用和细胞呼吸，取生长状况一致的新鲜菠菜叶片，用打孔器打出若干圆片(避开大的叶脉)，平均分为甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭容器内，分别给予a、b、c不同强度的光照，其他条件适宜并且一致。一段时间后，测得氧气的含量，甲装置未见变化、丙增加的氧气量比乙多。对以上实验分析错误的是 (　　)
A．光强度为a时，光合作用仍在进行
B．乙、丙装置中增加的氧气来自水的光解
C．光照时乙装置内叶片的净光合速率小于丙装置
D．丙装置中的叶片光反应产生的NADPH可与氧气反应生成水
答案　D
解析　由题干可知，实验的自变量为光强度，其余条件均适宜。a条件下没有氧气放出，是因为细胞呼吸速率等于光合速率，光合作用仍在进行，A正确；氧气来源于水的光解，B正确；丙装置内氧气的增加量比乙多，说明丙装置内叶片的净光合速率大于乙，C正确；光反应产生的NADPH用于碳反应，不能用于细胞呼吸。
7．下列教材中的实验，科学家使用的科技手段显著不同于其他的是 (　　)
A．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C．卡尔文探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
D．科学家对分泌蛋白的合成和分泌的研究
答案　A
解析　选项B、C、D中都运用了同位素标记法，而选项A中运用了显微镜观察法。
8．在环境中的CO2浓度恒定、温度适宜的情况下，测定植物叶片在不同光照条件下CO2的吸收量，结果如表(表中负值表示CO2释放量，正值表示CO2吸收量)：
光强度(klx) 2.0 4.0 6.0 8.0 9.0 10.0
CO2吸收量
(mg·100 cm－2·h－1) －2.0 2.0 6.0 10.0 12.0 12.0
下列选项中正确的是 (　　)
A．光强度在8.0～9.0 klx之间时，细胞内合成ATP的速率不变
B．光强度在2.0 klx时，细胞内不进行光合作用
C．光强度在8.0 klx时，细胞既吸收CO2又吸收O2
D．超过9.0 klx时，光合速率不再增加，此时外界CO2浓度是其主要的环境制约因素
答案　D
解析　光强度在8.0～9.0 klx之间时，细胞内合成ATP的速率随光强度的增大而增大，A错误；光强度在2.0 klx时细胞仍进行光合作用，但光合速率小于呼吸速率，B错误；光强度在8.0 klx时，光合作用强度远大于呼吸作用强度，细胞吸收二氧化碳用于光合作用，光合作用产生的氧气除满足需氧呼吸所需外，还有氧气释放出来，C错误；光强度超过9.0 klx时，光合速率不再增加，光强度不再是限制光合速率增加的因素，在温度适宜的条件下，限制光合速率增加的环境因素主要是外界CO2浓度，D正确。
9．下图为植物的某个叶肉细胞中的两种膜结构以及在这两种膜上发生的生化反应。下列有关叙述不正确的是 (　　)
A．甲、乙两种生物膜分别存在于叶绿体和线粒体中
B．乙中的[H]主要来自于葡萄糖的分解
C．甲、乙两种生物膜除产生上述物质外，还均可产生ATP
D．影响甲、乙两种膜上生化反应的主要环境因素分别是光照和温度
答案　B
解析　由图可知：甲表示水的光解，在叶绿体的类囊体膜上进行，影响因素主要是光照；乙表示水的生成，发生在需氧呼吸的第三阶段，在线粒体内膜上进行，影响因素主要是温度(影响酶的活性)；两种膜上均有ATP生成，因此，A、C、D三项均正确；乙中的[H]主要来自需氧呼吸的第二阶段，由丙酮酸和H2O彻底水解形成，葡萄糖的水解只是产生了很少量的[H]，故B错误。
10．将叶面积相等的甲、乙两种植物的叶片分别放置在相同的、温度适宜且恒定的密闭小室中，给予充足的光照，下列有关说法正确的是 (　　)
A．甲、乙两叶片的光合作用强度一定相同
B．甲、乙两叶片的光合作用强度都将逐渐下降
C．若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲叶片的呼吸强度一
定比乙低
D．若实验一段时间后，甲叶片所在小室中的CO2浓度较乙低，则甲固定CO2的能力较
乙低
答案　B
解析　不同种植物在相同光照和温度等条件下，光合作用和细胞呼吸的强度不一定相同。在密闭小室中，由于光合作用的进行，CO2浓度降低，光合作用强度逐渐下降，直到与细胞呼吸作用强度相等。若甲叶片所在小室CO2浓度较乙低，说明甲叶片进行光合作用固定CO2的能力较乙高，消耗的CO2多。
11．图1中试管甲与试管乙敞口培养相同数量的小球藻，研究光强度对小球藻氧气释放量的影响，结果如图2曲线所示。据图分析，下列叙述不正确的是 (　　)
A．甲曲线和乙曲线不同的原因是小球藻对光的利用能力不同
B．Q点的氧气释放量为零，表示光合作用强度为零
C．P点负值产生的原因是呼吸作用消耗氧气
D．若光强度突然由R变为S，短时间内叶肉细胞中C3的含量会增加
答案　B
解析　乙中盛有缺镁培养液，这会造成所培养的小球藻的叶绿素含量减少，从而影响小球藻对光的吸收，影响其光合作用。由图2可知，Q点的氧气释放量为0，即此时光合作用强度与呼吸作用强度相等。P点代表光强度为0时，呼吸作用对氧气的消耗量。若光强度突然由R变为S，光反应产生的NADPH和ATP减少，造成C3的消耗量减少，而C3的产生量基本不变，故短时间内C3的含量增加。
12．夏季某晴朗的一天对一密闭蔬菜大棚中的某种气体的含量进行24小时的检测，结果如图1。图2是叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系图解。请回答下列问题：
(1)图1中所测气体为________；该大棚内的蔬菜经过一昼夜后是否积累有机物？________。原因是________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)与它们各自的前一阶段相比，EC段和DB段叶肉细胞内的C3含量的变化趋势分别是 ________、________，图1中CD段变化的原因可能是 ________________________
________________________________________________________________________。
(3)处于图1中的B点时，图2中应该进行的气体转移途径有________；而处于图1中的DB段，图2中应该进行的气体转移途径有________。
答案　(1)O2　是　F点的O2含量高于A点(一天内光合作用产生的O2量多于呼吸作用消耗的O2量)　(2)减少　增加　光照过强，使温度过高，气孔关闭，CO2供应不足，碳反应减弱，限制了光反应的进行　(3)A、C、D、E　A、C、D、E
解析　(1)密闭大棚内气体含量发生变化的主要是O2和CO2，图中E、B两点气体变化量为0，说明E、B两点的光合速率等于呼吸速率。7点之前呼吸速率大于光合速率，O2含量下降、CO2含量上升，故图1所测气体为O2。F点的O2含量高于A点，表明一昼夜内O2的净积累量大于0，即有机物有积累。(2)EC段，光强度逐渐增强，光反应产生的NADPH和ATP增多，C3被还原的量就会增多，故而C3含量的变化趋势为减少；DB段，光强度逐渐降低，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3被还原的量就会减少，故而C3含量的变化趋势为增加；CD段，光强度过强，使气温偏高，气孔关闭，CO2供应不足，碳反应减弱，限制了光反应的进行。(3)B点的光合速率等于呼吸速率，但一般植物只有绿色部分进行光合作用，在整体光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞内肯定是光合速率大于呼吸速率；DB段光合速率大于呼吸速率，对于叶肉细胞来说，叶绿体消耗CO2和产生O2的速率均大于线粒体产生CO2和消耗O2的速率，则图2中应该进行的气体转移途径有A、C、D、E。
13．图1为某植物在不同O2浓度条件下，厌氧呼吸与需氧呼吸的CO2释放量变化曲线。图2为不同光强度条件下，CO2体积变化量曲线。假定图2情况下与图1呼吸速率相同，呼吸底物全部为葡萄糖；图1中氧气的吸收量用a表示，需氧呼吸与厌氧呼吸共同释放的二氧化碳总量用b表示。请据图回答下列问题：
(1)图1中，当O2浓度在________范围时(填字母)，a＝b。O2浓度为A时，a与b的关系式是____________。
(2)图2为氧浓度为A点时开始测量的光合速率随光强度变化的曲线。当光强度为F时，光合作用固定的CO2量可表示为________(仅用字母a表示)。
(3)图2中G点处叶肉细胞进行的生理活动是__________________________________
____________。
(4)在黑暗条件下，叶肉细胞中消耗ADP的场所有_____________________________
____________。
答案　(1)C～E　b＝2a　(2)7a　(3)光合作用、呼吸作用
(4)细胞溶胶、线粒体
解析　(1)当细胞只进行需氧呼吸时，O2的吸收量等于CO2的释放量，即a＝b。当O2浓度为A时，由图可知，需氧呼吸和厌氧呼吸释放的CO2量相等，且与需氧呼吸消耗的O2量相同，故b＝2a。(2)O2浓度为A时，植物呼吸作用释放的CO2量为2a。光强度为F时，光合作用固定的CO2量＝CO2的吸收量＋呼吸作用CO2释放量＝7a。(3)G点时，净光合速率为0，此时植物同时进行光合作用和呼吸作用，但光合作用强度等于呼吸作用强度。(4)叶肉细胞中消耗的ADP用于合成ATP，黑暗时不能进行光合作用，只能进行细胞呼吸，故合成ATP的场所是细胞溶胶、线粒体。
14．某科学工作者为探究西红柿生长的最佳光强度，设计了下面的实验。首先取若干生长状况相同的西红柿植株，平均分为7组，分别放在密闭的玻璃容器中。实验开始时测定CO2的浓度，12小时后再次测定CO2的浓度。实验结果如下表。请分析回答下列问题：
组别 温度(℃) 光强度：普通阳光(%) 开始时的CO2浓度(%) 12小时后的CO2浓度(%)
1 25 0 0.35 0.368
2 25 10 0.35 0.342
3 25 20 0.35 0.306
4 25 40 0.35 0.289
5 25 60 0.35 0.282
6 25 80 0.35 0.280
7 25 95 0.35 0.279
(1)这一实验的自变量是____________________，写出该实验设计的一种无关变量：
________________________________________________________________________。
(2)实验中第1组在12小时后CO2浓度变化的原因是__________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果在实验过程中使用了不同品种的西红柿植株，这样设计违背了科学实验的
____________________原则。
(4)若将第7组植株突然移至第4组的条件下，短时间内光合细胞中的ATP含量会
________，RuBP的含量会_________________________________________________。
(5)该实验设计尚不能确定西红柿生长的最佳光强度，请你提出进一步探究的实验设计思路：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案　(1)光强度　温度(其他合理答案也可)　(2)细胞呼吸产生了CO2　(3)单一变量　(4)下降　下降　(5)增加若干实验组，依次增加光强度
解析　该实验是探究不同光照条件下的光合速率，自变量是光强度，无关变量是温度、水分、矿质元素等。实验的第1组是在黑暗条件下进行的，不能进行光合作用，CO2浓度增加的原因是西红柿植株进行呼吸作用产生了CO2。实验设计应当遵循单一变量原则，实验材料应选用同一品种且生长状况相同的西红柿植株。光合作用中的光反应阶段产生ATP，光强度减弱，ATP合成减少，此时RuBP的产生减少，消耗不变，故RuBP含量下降。光强度达到95%时，12小时后的CO2浓度较其他组别低，但不能确定其是不是最佳光强度，需要再设置若干实验组，依次增加光强度，12小时后再测定容器内的CO2浓度。

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