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人教(2019)生物必修1（知识点+跟踪检测）
第11讲 能量之源——光与光合作用
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2.2.3　说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能
第1课时　绿叶中色素的提取和分离(实验课)
1．绿叶中色素的提取和分离
2．色素种类及吸收光谱
色素种类 吸收光 吸收光谱图示
叶绿素(含量约占3/4) 叶绿素a 主要吸收红光和蓝紫光
叶绿素b
类胡萝卜素(含量约占1/4) 胡萝卜素 主要吸收蓝紫光
叶黄素
3．叶绿体色素的分布和功能
(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。
(2)功能：吸收、传递光能(四种色素)、转化光能(只有少量特殊状态的叶绿素a)。
1．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一两次 使分离出的色素带清晰分明
分离色素 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．绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象分析
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
色素提取和分离实验的过程与结果
1.(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(　　)
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
解析：选B　叶绿体色素能溶解在无水乙醇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可以防止叶绿素被氧化破坏，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。
2．(江苏高考)如图为某次光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝藻经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是(　　)
A．研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
B．层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．在敞开的烧杯中进行层析时，需通风操作
D．实验验证了该种蓝藻没有叶绿素b
解析：选D　研磨时加入CaCO3的目的是防止叶绿素被破坏，故研磨时加入CaCO3过量不会破坏叶绿素，但会影响色素提取液的纯度，A错误；光合作用色素易溶于有机溶剂，不溶于水，故层析液应选用有机溶剂，而生理盐水和磷酸盐缓冲液为无机溶剂，B错误；层析液易挥发，故进行层析时要用培养皿覆盖烧杯，C错误；比较题图所示分离结果可知，该种蓝藻没有叶黄素和叶绿素b，D正确。
叶绿体色素的种类和功能
3.下列关于光合色素的叙述，正确的是(　　)
A．黄化叶片中光合色素吸收的红光会大幅度减少
B．实验室分离光合色素所用试剂为无水乙醇
C．叶绿体中的光合色素分布在叶绿体内膜上
D．光合色素能吸收各种波长的光进行光合作用
解析：选A　叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，黄化叶片中缺少叶绿素，故吸收的红光会大幅度减少，A正确；实验室分离光合色素所用试剂为层析液，B错误；叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上，C错误；光合色素只能吸收可见光进行光合作用，D错误。
4．下列关于光合膜与光合色素的说法，正确的是(　　)
A．原核生物细胞中没有光合膜，因此不能进行光合作用
B．含有光合色素的生物膜有类囊体薄膜、质膜和液泡膜
C．Mg是组成光合色素的必需元素
D．叶绿体中含有多种黄色、橙黄色的色素，合称类胡萝卜素
解析：选D　原核生物也能进行光合作用，如蓝藻，A错误；液泡膜没有光合色素，B错误；Mg是组成叶绿素的必需元素，C错误；叶绿体中含有多种黄色、橙黄色的色素，合称类胡萝卜素，D正确。
[归纳拓展]　影响叶绿素合成的三大因素
光照 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
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
1．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　提取色素用的无水乙醇易挥发，故将滤液收集到试管中，应及时用棉塞将试管口塞紧，A正确；画滤液细线时，在点样线上需等上次滤液线干后，再画一次，这样画2～3次，不能连续划线，否则滤液线会很粗，将导致滤纸条上最终得到的色素带重叠，B错误；如果滤液细线浸入层析液，可将滤纸条上的色素溶解在层析液中，滤纸条上将得不到色素带，C错误；滤纸条上4条色素带通常都是不平齐的，虽然将滤纸条一端减去两角，最终得到的色素带一般也不是很齐整的，D错误。
2.(2021·龙岩月考)如图是水稻新鲜绿叶的光合色素在滤纸上分离的情况，下列说法正确的是(　　)
A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
B．水稻在收获时节，叶片中色素量的变化是(甲＋乙)>(丙＋丁)
C．在层析液中，甲色素的溶解度最大
D．缺Mg会使甲和乙色素带的宽度变窄
解析：选D　分析题图可知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素。提取色素时加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误； 水稻在秋季收获，此时叶片变黄，叶绿素总量降低，类胡萝卜素含量增加，故叶片中色素量的变化是(甲＋乙)＜(丙＋丁)，B错误；四种色素都能溶解在层析液中，其中丁的扩散距离最远，丁色素的溶解度最大，C错误； Mg是参与合成叶绿素的元素，缺Mg会使甲和乙色素带的宽度变窄，D正确。
3．下列与“绿叶中色素的提取和分离”实验有关的叙述，正确的是(　　)
A．提取绿叶中的色素时只能用无水乙醇溶解色素
B．研磨叶片后立即加入碳酸钙可防止色素被破坏
C．叶绿素b在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素
D．不同绿叶中的色素在滤纸条上的色带顺序不同
解析：选C　绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇和丙酮中，A错误；叶绿体色素的提取实验研磨前加入碳酸钙，可以保护叶绿体色素，防止色素被破坏，B错误；叶绿素b在层析液中溶解度最小，C正确；各色素带顺序由自身在层析液中的溶解度所决定的，溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢，与绿叶种类无关，D错误。
4．无论是在植物工厂里，还是在自然界中，植物捕获光能都要依靠光合色素。下列有关叙述错误的是(　　)
A．类胡萝卜素主要在蓝紫光区吸收光能用于光反应
B．叶片中光合色素对不同波长光的吸收会影响叶片的颜色
C．一般情况下，光合色素所利用的光都是可见光
D．纸层析法分离光合色素时，色素的含量变化不影响实验结果
解析：选D　叶绿体色素包括类胡萝卜素和叶绿素，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用于光合作用光反应阶段，A正确；叶片中光合色素对不同波长光的吸收会影响叶片的颜色，B正确；一般情况下，光合色素所利用的光都是可见光，主要吸收可见光中的蓝紫光和红光，C正确；纸层析法分离光合色素时，色素的含量变化会影响实验结果，D错误。
5．(2021年1月新高考8省联考·湖北卷)黄豆种子置于黑暗中萌发，生长的豆芽呈浅黄色，再移至光照条件下，一段时间后，生长的豆芽呈绿色。下列叙述正确的是(　　)
A．豆芽进行了光合作用，变成绿色
B．黑暗中黄色物质合成较多，掩盖了绿色
C．光照引起温度升高，导致豆芽变成绿色
D．光照诱导了叶绿体的形成，导致豆芽变成绿色
解析：选D　叶绿素的形成需要光照条件。黄豆种子置于黑暗中萌发，无法形成叶绿素，故生长的豆芽呈浅黄色，再移至光照条件下，一段时间后，能形成叶绿体，故生长的豆芽呈绿色。
6．小明用新鲜菠菜叶，按照实验要求完成了叶绿体色素提取与分离实验，并将实验纸层析结果绘制成坐标图，下列图示比较接近实验结果的是(　　)
解析：选C　绿叶中色素的提取和分离实验中，距点样处的距离由近到远的色素依次是：叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素。色素带的宽窄与色素含量相关，其含量关系为胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素b(第2宽)、叶绿素a(最宽)。
7．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断下列说法错误的是(　　)
A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少
解析：选C　类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光；据图可知，用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度；由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，色素吸收光能增强，光反应增强，C3还原加速，叶绿体中C3的量将减少；叶绿素b主要吸收420～470 nm波长的光，缺镁时叶绿素合成减少，所以此波段的光的利用量显著减少。
8．将在黑暗中放置一段时间的叶片均分成4小块，分别置于不同的试管中，按下表进行实验处理，其中着色最浅的叶片所在的试管是(　　)
试管编号 ① ② ③ ④
实验处理 CO2溶液 ＋ ＋ ＋ ＋
光照 白光 蓝光 红光 绿光
碘液 ＋ ＋ ＋ ＋
注：“＋”表示具有该条件。
A．①　　　　　　　　　　　 B．②
C．③ D．④
解析：选D　在不同的光照条件下，光合作用强度不同，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故在白光下，叶片光合作用最强，经碘液处理后，着色最深；绿光下，叶片光合作用最弱，着色最浅。
9.(2021·咸宁模拟)提取新鲜菠菜叶的叶绿体色素，用圆形滤纸层析分离色素，实验装置如图。正确的层析结果是(深色圈表示色素环)(　　)
解析：选A　在植物叶绿体中，各色素的含量从多至少依次是叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素；溶解度从大到小依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，所以滤纸上从外至内依次是胡萝卜素(最窄)、叶黄素、叶绿素a(最宽)、叶绿素b(第2宽)。
10．某实验小组以新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：
(1)分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是____________________________________。A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知在将滤纸条放入层析液时，层析液的液面所处的位置是________(填“A”或“B”)处。
(2)在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株的实验结果缺失第Ⅲ条色素带。
①第Ⅲ条色素带代表________，缺失第Ⅲ条色素带会导致植株对________光的吸收能力明显减弱。
②该实验小组为了研究缺失第Ⅲ条色素带的植株(甲)和正常的植株(乙)光合速率的差异，在不同的光照强度下测定了两植株的CO2吸收速率，结果如表所示：
光照强度(klx) 0 5 10 15 20 25 30
CO2吸收速率(mg·m－2·h－1) 甲 －3.6 －0.72 2.4 3.0 4.8 6.9 7.2
乙 －4.6 －1 2.4 3.6 5.8 7.9 8.8
根据表格中信息可知，更适合在强光下生活的是植株____(填“甲”或“乙”)。当光照强度为15 klx时，植株甲的光合速率______(填“大于”“小于”或“等于”)植株乙的；当光照强度为30 klx时，植株甲积累葡萄糖的速率约为________mg·m－2·h－1。
解析：(1)色素分离原理是绿叶中的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上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。图中得到了正常的色素带，因此根据实验现象可知在将滤纸条放入层析液时，层析液的液面所处的位置是A处。(2)①第Ⅲ条色素带表示叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，缺失叶黄素会导致植株对蓝紫光吸收能力明显减弱。②两植株的CO2吸收速率代表净光合速率，比较甲、乙两组实验数据可知，更适合在强光下生活的是植株乙；当光照强度为0 klx时，植株只进行呼吸作用，植株甲的呼吸速率为3.6 mg·m－2·h－1，植株乙的呼吸速率为4.6 mg·m－2·h－1，因此当光照强度为15 klx时，植株甲的光合速率为3.0＋3.6＝6.6(mg·m－2·h－1)，植株乙的光合速率为3.6＋4.6＝8.2(mg·m－2·h－1)；当光照强度为30 klx时，植株甲CO2吸收速率为7.2 mg·m－2·h－1，根据光合作用反应方程式：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O，求出积累葡萄糖的速率为(180×7.2)/(6×44)≈4.9(mg·m－2·h－1)。
答案：(1)绿叶中的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上扩散得快，反之则慢　A　
(2)①叶黄素　蓝紫　②乙　小于　4.9
11．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。
实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的完全培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。
实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。
实验假设：_____________________________________________________________。
实验步骤：
第一步：取两个烧杯编号为A、B，各放入同样数量、________________________________________________________________________
________________________________________________________________________的黄瓜幼苗。
第二步：A烧杯中加入完全培养液，B烧杯中加入等量________________，置于相同且适宜的条件下培养，培养到两组黄瓜幼苗叶片出现颜色差异为止。
第三步：分别从A、B两组中选取________，用________提取叶片色素，用________法分离色素，观察比较___________________________________________________________
________________________。
实验结果预测：
(1)A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说明缺磷导致的叶色暗绿，不是由于类胡萝卜素缺乏所致。
(2)________________________________________________________________________。
解析：根据题中的实验目的，可确定该实验的假设为：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗，实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液和缺磷的完全培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验，最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。
答案：实验假设：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿
　实验步骤：第一步：同一品种且长势相近、苗龄相同　第二步：仅缺磷的完全培养液　第三步：等量叶片　无水乙醇　纸层析　A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅　实验结果预测：(2)A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带)，说明缺磷导致的叶色暗绿，是由于类胡萝卜素缺乏所致
第2课时　光合作用的过程及影响因素
一、光合作用的探究历程(连线)
二、光合作用的过程
1．完善光合作用的过程
(1)图中①表示O2，②表示C3，③表示CO2，④表示[H]。
(2)光合作用的总反应式为：
6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2
2．光反应与暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
条件 光、水、色素和酶 ATP、[H]、CO2、多种酶
场所 在类囊体薄膜上 在叶绿体基质中
物质转化 水的光解；ATP的形成 CO2的固定和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 光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi
[基础微点练清]
1．判断正误
(1)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自水、矿质元素和空气(2019·全国卷Ⅰ，T3A)(√)
(2)光反应阶段中水在光下分解需要ATP提供能量(×)
(2019·天津高考，T2C)
(3)光合作用释放的氧气中的氧元素来自水(√)
[新人教版必修1 P106“概念检测”T1(1)]
(4)影响光反应的因素不会影响暗反应(×)
[新人教版必修 1 P106“概念检测”T1(3)]
(5)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(×)
(6)光反应为暗反应提供[H]和H2O(×)
(7)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(×)
(8)离体叶绿体基质中添加ATP、[H](NADPH)和CO2后，可完成暗反应(√)
(9)光照下叶绿体中的ATP主要是由光合作用合成的糖经有氧呼吸产生的(×)
(10)光反应将光能转化为稳定的化学能储存在ATP中(×)
2．(2018·海南高考)高等植物细胞中，下列过程只发生在生物膜上的是(　　)
A．光合作用中的光反应　　 B．光合作用中CO2的固定
C．葡萄糖分解产生丙酮酸 D．以DNA为模板合成RNA
解析：选A　光反应阶段在叶绿体的类囊体薄膜上进行水的光解；光合作用中CO2的固定发生在叶绿体基质中；葡萄糖分解产生丙酮酸发生在细胞质基质中；以DNA为模板合成RNA主要发生在细胞核中。
3．(新人教版必修1 P106“概念检测”T2)如果用含有14C的CO2来追踪光合作用中碳原子的转移途径，则是(　　)
A．CO2→叶绿素→ADP B．CO2→叶绿体→ATP
C．CO2→乙醇→糖类 D．CO2→C3→糖类
解析：选D　光合作用中先通过CO2和C5(CO2的固定)结合生成C3，然后C3再被还原成糖类。
4．根据下面光合作用图解，判断下列说法正确的是(　　)
A．⑤过程发生于叶绿体基质中
B．⑥过程发生于叶绿体类囊体薄膜上
C．图示①～④依次为[H]、ATP、CO2、(CH2O)
D．②不仅用于还原C3，还可促进③与C5的结合
解析：选C　根据光合作用的过程判断①②③④⑤⑥分别表示[H]、ATP、CO2、(CH2O)、光反应和暗反应。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应发生在叶绿体的基质中。C3还原过程中需要ATP，CO2固定过程中不需要ATP。
5．(新人教版必修1 P106“拓展应用”T1(5))根据所学知识，提出提高绿色植物光合作用强度的一些措施。
提示：可以利用温室大棚控制光照强度、温度的方式，如补光、遮阴、生炉子、喷淋降温等，提高绿色植物光合作用强度。
一、光合作用的原理和过程
[试考题·查欠缺]
1．(2020·天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　)
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
解析：选A　题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸”说明，乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用CO2等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等，B错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP，光反应产生的O2不参与暗反应，C错误；该反应体系中有类囊体，在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原，说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D错误。
2．(2021年1月新高考8省联考·重庆卷)绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示：
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
下列有关叙述错误的是(　　)
A．在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化
B．光能的吸收发生在类囊体膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中
C．产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源
D．释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高
解析：选B　在光合作用过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的吸收和转化均发生在类囊体膜上，B错误；绿色植物通过光合作用制造的有机物是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存需要O2，光合作用释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高，D正确。
3．(2021·南平模拟)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．光照强度低于光补偿点时，①③增大
C．光照强度等于光补偿点时，②③保持不变
D．光照强度等于光饱和点时，②减小、④增大
解析：选B　黑暗条件下，细胞只有呼吸作用，呼吸作用消耗④提供的O2，产生的CO2扩散至细胞外，因此①增大、④减小，A正确；光照强度低于光补偿点时，细胞光合作用强度小于呼吸作用强度，此时①增大、③减小，B错误；光照强度等于光补偿点时，光合作用强度等于呼吸作用强度，②③保持不变，C正确；光照强度等于光饱和点时，光合作用强度大于呼吸作用强度，②减小、④增大，D正确。
4．(2018·浙江选考)各取未转基因的水稻(W)和转Z基因的水稻(T)数株，分组后分别喷施蒸馏水、寡霉素和NaHSO3,24 h后进行干旱胁迫处理(胁迫指对植物生长和发育不利的环境因素)，测得未胁迫和胁迫8 h时的光合速率如图所示。已知寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性。下列叙述正确的是(　　)
A．寡霉素在细胞呼吸过程中抑制线粒体外膜上[H]的传递
B．寡霉素在光合作用过程中的作用部位是叶绿体中的基质
C．转Z基因提高光合作用的效率，且增加寡霉素对光合速率的抑制作用
D．喷施NaHSO3促进光合作用，且减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降
解析：选D　由题目可知，寡霉素抑制光合作用和细胞呼吸中ATP合成酶的活性，细胞呼吸中合成ATP的场所在细胞溶胶(细胞质基质)、线粒体基质和内膜，光合作用合成ATP的场所在类囊体膜。比较图中W＋H2O和T＋H2O两组的柱状图可知，转基因植物在未胁迫和胁迫状态下光合速率均比未转基因植物高，所以转Z基因能提高光合作用的效率；比较图中W＋H2O、W＋寡霉素两组光合速率的差值和T＋H2O、T＋寡霉素两组光合速率的差值，可知施加了寡霉素之后，转基因植物光合速率下降的幅度更小，所以转Z基因能减弱寡霉素对光合速率的抑制作用。比较图中W＋H2O和W＋NaHSO3及T＋H2O和T＋NaHSO3，可知喷施NaHSO3后，转基因植物和未转基因植物在未胁迫和胁迫状态下光合速率均提高，且可以减缓干旱胁迫引起的光合速率的下降。
[强知能·补欠缺]
1．理清光合作用中元素去向
(1)反应式(以生成C6H12O6为例)：
6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O
(2)同位素标记元素转移途径：
H：
C：
O：
2．比较光合作用和化能合成作用
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 光能 氧化无机物放出的能量
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
3.过程法分析C3和C5等物质含量变化
当外界条件改变时，光合作用中C3、C5及ATP和ADP含量变化可以采用如图分析：
(1)停止光照时
光停，ATP↓，ADP↑，C3↑，C5↓，分析如下：
过程①停止 ↓ 过程②停止 ↓ 过程③停止 ↓ 过程④停止 a.ATP不再产生 b.原有ATP仍继续分解，直至全部消耗 ADP积累，含量增加；ATP减少
a.C3不再还原成C5和(CH2O) b.原有C5仍继续参与CO2的固定，直至全部消耗 C3积累，含量增加；C5减少
(2)停止CO2供应时
CO2停，C5↑，C3↓，ATP↑，ADP↓，分析如下：
过程④停止 ↓ 过程③停止 ↓ 过程②停止 ↓ 过程①停止 a.C3不再生成 b.原有C3继续还原生成C5和(CH2O)直至全部消耗 C5积累，含量增加；C3减少
a.ATP不再分解 b.原有ADP继续合成ATP，直至全部消耗 ATP积累，含量增加；ADP减少
4．模型法表示C3和C5等物质含量变化
[特别提醒]
分析光合作用相关物质含量变化的注意点
(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化，而非长时间。
(2)以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，[H]和ATP的含量变化是一致的。　 　
[练题点·全过关]
1．下列物质中，可以在叶绿体类囊体薄膜上被消耗的有(　　)
A．水、二氧化碳、ATP　　　　 B．氧气、水、ATP
C．水、ADP、Pi D．ADP、C3、水
解析：选C　在叶绿体类囊体的薄膜上发生的光反应，有ATP的形成和水的光解。
2．下列关于植物细胞内与能量转换有关的两种细胞器中进行的生理过程描述，正确的是(　　)
A．两种细胞器中水的消耗都发生在基质中
B．两种细胞器中产生的[H]可以相互利用
C．(CH2O)→[H]和[H]→(CH2O)发生在两种细胞器中
D．在这两种细胞器的有关生物膜结构上，都能产生ATP
解析：选D　植物细胞内与能量转换有关的细胞器是线粒体和叶绿体，线粒体中水的消耗发生在有氧呼吸第二阶段，场所为线粒体基质，叶绿体中水的消耗发生在光反应阶段，场所为类囊体薄膜，A错误；两种细胞器中产生的[H]不是同一种物质，不能相互利用，线粒体中产生的[H]与氧结合生成水，叶绿体中的[H]参与C3的还原，B错误；(CH2O)→[H]表示细胞呼吸第一阶段，发生在细胞质基质中，C错误；线粒体内膜和叶绿体类囊体薄膜上都能产生ATP，D正确。
3．(2019·海南高考)下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是(　　)
A．光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B．红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C．光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D．红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
解析：选B　光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的[H]和ATP，A正确；胡萝卜素不能吸收红光，B错误；光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及有关酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，D正确。
[易错提醒]
关注光合作用中的几种能量关系
(1)光反应中光能转换为活跃的化学能并非只储存于ATP中，NADPH([H])中也含有能量。
(2)光反应产生的ATP只用于C3的还原，不用于植物体的其他生命活动。
(3)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。　 　
4．下列物质与植物光合作用的关系，错误的是(　　)
选项 物质 主要生理作用
A ATP 参与CO2的固定
B 酶 催化光合作用中的化学反应
C 叶绿素 捕获光能
D H2O 参与O2和(CH2O)的形成
解析：选A　CO2的固定过程不需要消耗ATP。
5．如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素的改变的变化情况
，下列对这一环境因素改变的分析正确的是(　　)
A．突然停止光照
B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度
D．增加光照强度
解析：选D　突然停止光照，光反应产生的[H]和ATP减少，被还原的C3减少，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将增加、C5的相对含量将减少；突然增加CO2浓度，CO2被C5固定形成C3的量增加、消耗的C5量增加、C3还原速率不变，植物细胞内C3相对含量增加、C5相对含量减少；降低环境温度，CO2固定速率和C3还原速率均下降，C5的相对含量不会大幅度地增加；增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加。
[方法技巧]
判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
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进行分析：
(1)来路去路，则物质含量相对稳定。
(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。　 　
二、影响光合作用的因素及应用
[试考题·查欠缺]
1．(2020·浙江选考)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：选A　测得的该植物叶片的光合速率为净光合速率，不仅需要考虑叶绿体的光合速率，还需要考虑线粒体的呼吸速率，因此分离得到的叶绿体的光合速率大于测得的该植物叶片的光合速率，A正确；叶绿体破碎后，结构被破坏，无法进行光合作用，因此无破碎叶绿体的光合速率比有一定比例破碎叶绿体的光合速率大，B错误；该植物较长时间处于遮阴环境，由于缺乏光照，叶片的光合速率为0，C错误；若该植物处于开花期，人为摘除花朵后，叶片光合作用产生的蔗糖不能运输到花朵，导致叶片内蔗糖积累过多，不利于光合作用的进行，其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错误。
2.(2020·重庆模拟)如图所示的纵坐标表示某种植物气体吸收量或释放量的变化，且该植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃。下列说法正确的是(　　)
A．若a代表O2吸收量，可以判断d点开始进行光合作用
B．若a代表CO2释放量，e点时限制光合作用的因素可能是CO2浓度
C．若a代表CO2释放量，提高大气中CO2浓度，e点不移动
D．若a代表O2吸收量，图示曲线是环境温度为25 ℃时测定的，当环境温度上升至30 ℃，b点下移
解析：选B　若a代表O2吸收量，则随光照强度的增大，从外界吸收的O2量逐渐减少，说明光合作用生成的O2被有氧呼吸所利用，所以光合作用是从O2吸收量减少开始进行的，即在d点之前光合作用已经进行，A错误；若a代表CO2释放量，则e点对应的光照强度为光饱和点(光合作用达到最大值所对应的最小光照强度)，因此e点时限制光合作用的因素不再是光照强度，而可能是CO2浓度，若提高大气中CO2浓度，e点将向右下方移动，B正确，C错误；已知光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，若a代表O2吸收量，图示曲线是环境温度为25 ℃ 时测定的，当环境温度上升至30 ℃时，光合作用减弱，呼吸作用增强，b点则上移，D错误。
3．(2021·广东名校联考)如图为植物细胞代谢的部分过程简图，①～⑦为相关生理过程。下列叙述错误的是(　　)
A．若植物缺Mg，则首先会受到显著影响的是③
B．②的进行与⑤⑥密切相关
C．蓝藻细胞中④发生在叶绿体基质中
D．叶肉细胞③中O2的产生量小于⑥中O2的吸收量，则该细胞内有机物的总量将减少
解析：选C　Mg是合成叶绿素的成分，光反应阶段需要叶绿素吸收光能，若植物缺Mg，则叶绿素的合成受到影响，首先会受到显著影响的生理过程是③光反应过程，A正确；植物细胞②吸收矿质元素离子是主动运输过程，需要消耗能量，故与⑤⑥呼吸作用过程密切相关，B正确；蓝藻细胞是原核细胞，没有叶绿体，C错误；图中③光反应过程O2的释放量小于⑥有氧呼吸过程O2的吸收量，则净光合作用量＜0，该植物体内有机物的量将减少，D正确。
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。
[强知能·补欠缺]
用曲线模型分析影响光合作用的环境因素
1．光照强度
曲线模型
模型分析
曲线对应点 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2.CO2浓度
2.CO2浓度
原理 CO2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
3．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：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
4．矿质元素
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的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等
曲线模型及分析 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；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物渗透失水而导致植物光合作用强度下降
应用 在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高光能利用率
5.光照、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
常见曲线模型
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(图1为温度，图2为CO2浓度，图3为光照强度)
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
[练题点·全过关]
1.如图为在不同光照强度下测定的甲、乙两种植物的光合作用强度变化曲线。下列说法正确的是(　　)
A．在连续阴雨的环境中，生长受到影响较大的是植物甲
B．光照强度为M时，植物乙的光合速率高于植物甲
C．光照强度大于500 lx时，植物乙对光能的利用率比植物甲高
D．光照强度大于1 000 lx时，限制植物乙光合速率的环境因素是光照强度
解析：选A　据图分析可知，植物乙的光补偿点较低，植物甲的光补偿点较高，故阴雨天气受影响较大的是植物甲，A正确；光照强度为M时，两种植物的净光合速率相等，但植物甲的呼吸速率大于植物乙，故植物甲的光合速率(呼吸速率＋净光合速率)高于植物乙，B错误；据图可知，光照强度大于500 lx时，植物乙CO2的吸收量较植物甲低，故植物乙对光能的利用率比植物甲低，C错误；在光照强度为1 000 lx之前，植物乙的光合速率已不再随光照强度增大而增加，故当光照强度大于1 000 lx时，限制植物乙光合速率的环境因素不再是光照强度，D错误。
2．景天酸代谢(CAM)途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中(甲)；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应(乙)。下列关于这类植物的叙述错误的是(　　)
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器只有线粒体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2,14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内会降低
解析：选D　在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A正确。具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔张开吸收CO2，因此可以适应干旱的环境条件，B正确。晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定；白天苹果酸运出液泡后放出14CO2,14CO2首先与C5结合生成C3，随后C3被还原生成有机物，即14CO2→14C3→(14CH2O)，C正确。在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D错误。
3．将某种植物生长状况相同的叶片分成4等份，先在不同温度条件下暗处理1h，再用强度相同的光照射1h，叶片有机物含量变化如图所示。下列分析正确的是(　　)
A．在27 ℃、28 ℃和29 ℃时该植物光合作用积累的有机物量相等
B．该植物在27 ℃时生长最快，在29 ℃和30 ℃时不表现生长现象
C．在所给的4个温度中，该植物呼吸作用和光合作用的最适温度都是29 ℃
D．30 ℃时该植物光合作用制造的有机物量等于呼吸作用消耗的有机物量
解析：选C　27 ℃、28 ℃和29 ℃时植物光合作用积累的有机物量，即净光合量等于黑暗时的减少量＋光照后与暗处理前的有机物增加量，很明显三者不相等，A错误；图中29 ℃时该植物光合作用积累的有机物量最大，为3＋3＝6，生长最快，B错误；图中呼吸作用的最适温度是29 ℃，同时该温度时光合速率也最大，C正确；30 ℃时该植物光合作用制造的有机物量为真正的光合作用量，等于2倍呼吸速率＋光照后与暗处理前的有机物增加量＝2＋1＝3，D错误。
4.植物的光合作用受温度(T)和光照强度(L)的影响。如图表明植物在3种不同的光照强度下消耗CO2的情况。分析在－5～0 ℃和20～30 ℃温度范围内，光合作用的限制因素分别是(　　)
A．L；T　　　　　　　　 B．T和L；都不是
C．T；L D．T；T
解析：选C　在－5～0 ℃范围内，光合速率不随光照增强而增大，所以限制因素是温度；20～30 ℃范围内，光合速率不随温度升高而增大，而随光照强度增强而增大，所以限制因素是光照强度。
5.为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是______________。
(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高______________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。
(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是__________________________________________________________________
_______________________________________________________________________。
解析：(1)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度低于a时，随光照强度的增加，光合作用强度逐渐升高，说明此时限制其光合作用强度的主要因子为光照强度。(2)根据图示信息，对于甲组植物而言，当光照强度高于b时，随光照强度的增加，光合作用强度不变，说明受其他环境因素的限制。由于光合作用需要不断消耗环境中的CO2，故提高CO2浓度可使b光照强度下甲组的光合作用强度升高。(3)由题目信息可知，乙组和甲组是同一种植物，只是环境中的光照强度不同，虽然乙组植物在低光照环境中的光合作用强度低，但其子代在模拟自然光照下其光合作用强度仍然能够升高，说明乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素即低光强引起的，而非遗传物质的改变造成的。
答案：(1)光照强度　(2)CO2浓度　(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素即低光强引起的，而非遗传物质的改变造成的
[方法技巧]
多因素对光合速率影响题目的分析方法
多因素对光合速率影响的曲线图，线的条数较多，还有可能涉及多个“点”，表面上看这类题目很复杂，但在解答这类试题时，仍然需依据单一变量原则，每次只分析一个自变量的变化对实验结果的影响，逐一分析即可得出正确答案。
　 　
一、科学思维——开放环境与密闭容器中光合作用的曲线分析
1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析
(1)曲线分析
MN段和PQ段 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
NP段 光合作用与呼吸作用同时进行
NA段和EP段 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
AE段 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
(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示)
一昼夜有机物的积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－(S1＋S2)。
2．密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线
(1)曲线分析
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
(2)植物生长与否的判断方法
I点低于A点 说明一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用＞呼吸作用，植物生长
若I点高于A点 说明光合作用＜呼吸作用，植物体内有机物总量减少，植物不能生长
若I点等于A点 说明光合作用＝呼吸作用，植物体内有机物总量不变，植物不生长
[素养训练]
1．图1表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O2吸收和释放速率的变化示意图，A、B点对应时刻分别为6时和19时。图2表示光照强度与植物光合速率的关系。下列有关说法错误的是(　　)
A．图1中24小时内不进行光合作用的时段是0～5时和20～24时
B．图1的阴影部分可表示6～19时有机物的积累量
C．图2中限制A～C段光合速率的主要外界因素是光照强度
D．图2的C点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体、叶绿体
解析：选D　据图分析可知，图1中0～5时和20～24时O2吸收速率一直保持最大，只进行呼吸作用，A正确；图中6时和19时光合速率＝呼吸速率，故图1的阴影部分可表示6～19时有机物的积累量，B正确；图2中A～C段光合速率随光照强度的增大而增大，说明此段限制光合速率的主要外界因素是光照强度，C正确；图2的C点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体，能够进行光合作用的细胞产生ATP的场所还有叶绿体，D错误。
2．(2021·华南师大附中模拟)图1表示八月份某一晴天，一昼夜棉花植株CO2的吸收和释放曲线；图2表示棉花叶肉细胞两种细胞器的四种生理活动状态。则图1中时间a、b、c、d依次发生了图2所示的哪项生理活动(　　)
A．(1)(2)(3)(4)　　　　　　 B．(3)(2)(4)(1)
C．(3)(4)(1)(2) D．(4)(3)(2)(1)
解析：选D　图1曲线中横坐标以上都是光合速率大于呼吸速率，横坐标以下是光合速率小于呼吸速率或只有呼吸作用，曲线与横坐标的交点处都是光合速率等于呼吸速率。图2中(1)表示光合速率大于呼吸速率，对应图1中d、e、f点；图2中(2)表示光合速率等于呼吸速率，对应图1中c、g点；图2中(3)表示光合速率小于呼吸速率，对应图1中b点；图2中(4)表示只有呼吸作用，对应图1中a、h点。
3．(2021·宁德期末)如图为植物在夏季晴天一昼夜CO2吸收量的变化情况，对此正确的判断是(　　)
①该植物进行光合作用的时间段是bg
②植物在a和h时刻只进行呼吸作用，不进行光合作用
③ce段与fg段光合速率下降的原因相同
④若c、f时刻的光合速率相等，则植物的呼吸速率为c时刻大于f
⑤ce段光合速率的变化可能与有些气孔的关闭有关
A．①③　　　　　　　　　 B．②④
C．①④ D．②⑤
解析：选D　当CO2释放减少时说明出现光合作用，因此该植物进行光合作用的时间段是ah，①错误；植物在a和h时刻只能进行呼吸作用，②正确；ce段光合速率下降的原因是温度过高，气孔部分关闭，CO2吸收量减少，而fg段光合速率下降的原因是光照强度降低，③错误；若c、f时刻的光合速率相等，由于总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，图中显示c点净光合速率大于f点，因此植物呼吸速率为f时刻大于c时刻，④错误；ce段光合速率下降的原因是温度过高，气孔部分关闭，CO2吸收量减少，⑤正确。
4．图1是生物兴趣小组在密闭的玻璃容器中进行的实验示意图(CO2传感器用于测量装置内CO2的含量)，图2表示在夏季晴朗的一天图1所示密闭玻璃容器内24 h的CO2浓度的变化，请回答下列问题：
(1)植物叶肉细胞中吸收光能的色素分布在叶绿体的______________。
(2)图1所示实验中对光照强度的控制可通过调节灯泡的亮度来实现，也可通过调节____________________来实现，装置中热屏障的作用是_____________________________。
(3)图2中代表植物光合作用强度等于呼吸作用强度的点是________________。
(4)图2中FG段相比EF段CO2浓度下降趋缓的原因是________________________________________________。
(5)利用仪器测定密闭玻璃容器内CO2含量的变化：先黑暗处理1 h，测得玻璃容器内CO2含量增加50 mg；再给以1 h的充足光照，测得玻璃容器内CO2含量比光照前减少了72 mg，则这1 h光照条件下植物光合作用固定的CO2为______mg。
解析：(1)植物叶肉细胞中吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。(2)利用图1装置探究光照强度对光合速率影响时，对光照强度的控制可通过调节灯泡的亮度来实现，也可通过调节灯泡与热屏障(或玻璃容器)之间的距离来实现，装置中热屏障可防止光照改变密闭玻璃容器中的温度，从而改变植物光合作用强度。(3)光补偿点时，植物的光合作用强度等于呼吸作用强度，图2中代表光合作用强度等于呼吸作用强度的点有D、H。(4)图2中FG段相比EF段CO2浓度下降趋缓，这是由于中午温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱，植物出现“午休”现象。(5)由题意可知，给以1 h的充足光照，测得玻璃容器内CO2含量比光照前减少了72 mg，即净光合速率是72 mg/h；“黑暗”处理1 h，测得玻璃容器内CO2含量增加50 mg，表示呼吸速率为50 mg/h，因此这1 h光照条件下植物光合作用固定的CO2为50＋72＝122(mg)。
答案：(1)类囊体薄膜上　(2)灯泡与热屏障(或玻璃容器)之间的距离　防止光照改变密闭玻璃容器中的温度，从而改变植物光合作用强度　(3)D、H　(4)中午温度很高，蒸腾作用很强，气孔大量关闭，CO2供应减少，导致光合作用强度明显减弱　(5)122
二、科学探究——探究光照等条件变化对光合作用物质合成的影响
[典例]　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。
(2)分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较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。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－
[思维建模]
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[H]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、总黑暗时间均相同的条件下，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。
[析题用模]
1．(2021·汕头质检)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比值增加
C．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5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B　突然中断CO2供应会导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，A错误；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比值增加，B正确；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，C错误；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比值增加，D错误。
2.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是(　　)
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析：选D　根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
3．阳光穿过上层植物的空隙形成光斑，它会随太阳的运动而移动。如图为红薯叶在光斑照射前后吸收CO2和释放O2的情况。下列分析错误的是(　　)
A．图中A点叶肉细胞间隙O2浓度最高
B．AB段变化的原因是ADP和NADP＋浓度的限制
C．光斑移开后一段时间光合作用仍在进行
D．Ⅰ、Ⅱ所指示的阴影面积是相等的
解析：选A　O2释放速率曲线代表光反应，CO2吸收速率曲线代表暗反应。图中A点说明叶肉细胞的O2释放速率最大，细胞间隙O2浓度并不一定最高，A错误。AB段暗反应速率较低，提供给光反应的ADP和NADP＋少，限制了光反应速率，B正确。光斑移开后一段时间光反应停止，但仍然有一定的ATP和[H]供应，暗反应不会马上停止，C正确。Ⅰ表示光反应积累的物质，而Ⅱ表示光照移开后暗反应将Ⅰ光反应积累的物质消耗后也下降，故Ⅰ＝Ⅱ，D正确。
一、选择题
1．下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是(　　)
A．普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气
B．萨克斯的实验证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉
C．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量
D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2
解析：选C　恩格尔曼的实验能够证明氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是进行光合作用的场所，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。
2．(2021年1月新高考8省联考·湖北卷)某科学家曾做过一个实验，将小鼠放在不同的密封、恒温的钟罩内，实验处理方案如下表，小鼠最先死亡的一组是(　　)
组别 实验材料 实验条件
A 小鼠＋绿色植物 光照
B 小鼠 光照
C 小鼠＋绿色植物 黑暗
D 小鼠 黑暗
解析：选C　在光照条件下，绿色植物进行光合作用产生氧气，即使密封的钟罩内氧气消耗完全，小鼠的有氧呼吸也可以继续进行；小鼠不管是在光照条件下还是在黑暗条件下，都只进行呼吸作用消耗密封钟罩中相同的氧气；小鼠和绿色植物在黑暗条件下均只进行有氧呼吸，消耗密封钟罩中相同的氧气，该组的氧气最先被消耗完，即小鼠最先死亡。
3．下列关于植物光合作用的叙述，正确的是(　　)
A．暗反应在细胞质基质中进行
B．光合作用产生的葡萄糖中的碳和氧都来自二氧化碳
C．光反应产生的ATP可以用于暗反应，也可以用于其他生命活动
D．光反应只进行能量代谢，不进行物质代谢；暗反应则刚好相反
解析：选B　暗反应的场所是叶绿体基质；光反应产生的ATP只用于暗反应，为C3还原提供能量，不能用于其他生命活动；光反应和暗反应过程中都存在能量代谢和物质代谢。
4．下列有关生物体中物质含量的比较，错误的是(　　)
A．人在安静和剧烈运动时，细胞呼吸消耗的O2量可能等于产生的CO2量
B．正在生长的植物体光合作用固定的CO2总量大于呼吸作用产生的CO2量
C．适当光照下，突然停止植株的CO2供应，短时间内叶绿体中ATP/ADP的值降低
D．与干种子相比，萌发的种子细胞中自由水/结合水的值高
解析：选C　人体细胞进行无氧呼吸时的产物是乳酸，此过程既不消耗O2，也不产生CO2，因此人体产生的CO2量只能来自有氧呼吸，且在有氧呼吸过程中，消耗的O2量与产生的CO2量相等，因此不管人在安静状态下还是在剧烈运动时，细胞呼吸消耗的O2量与产生的CO2量相等，A正确；根据“正在生长的植物体”可知，该植物体的光合作用固定的CO2总量大于呼吸作用产生的CO2量，B正确；适当光照下，突然停止植株的CO2供应，会使CO2固定过程受阻，C3含量下降，因而C3的还原过程中消耗ATP的量减少，而光反应阶段ATP的合成仍在进行，则短时间内叶绿体中ATP/ADP的值升高，C错误；与干种子相比，萌发的种子细胞中自由水的相对含量较高，即与干种子相比，萌发的种子细胞中自由水/结合水的值高，D正确。
5．某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图所示。则有关叙述错误的是(　　)
A．25 ℃时该植物积累有机物最快
B．在0～30 ℃范围内，温度对光合作用有关酶的影响更大
C．45 ℃时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
D．春季大棚栽培该植物白天适当提高温度可提高产量
解析：选C　净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，净光合速率达到最大值对应的温度(即最适温度)约为25 ℃，故25 ℃时该植物积累有机物最快，A正确；在0～30 ℃范围内，与呼吸速率变化曲线相比，光合速率变化曲线升高得更快，说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大，即温度对光合作用有关酶的影响更大，B正确；45 ℃时该植物的净光合速率为0，但由于植物体中含有部分不能进行光合作用的细胞，故植物叶肉细胞的光合速率应大于呼吸速率，C错误；春季室外温度较低，大棚栽培植物白天适当提高温度可提高净光合速率进而提高产量，D正确。
6．把一株牵牛花在黑暗中放置一昼夜，然后利用如图所示装置进行实验。该实验不能用于验证(　　)
A．光合作用需要CO2　　　 B．光合作用能产生O2
C．光合作用需要光 D．光合作用需要叶绿体
解析：选B　该实验“绿色部分”与“白色部分”对照可用于验证光合作用需要叶绿体；铝箔遮盖部分与绿色部分对照可验证光合作用需要光；瓶内叶片与绿色部分对照可验证光合作用需要CO2，整个装置不能验证光合作用能产生O2。
7．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CO2的固定，反应场所是叶绿体基质，A正确；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，B错误；对14CO2中的C元素进行同位素标记，检测14C3的放射性强度，可以用来测定RuBP羧化酶的活性，C正确；单位时间内14C3生成量的多少表示CO2的固定反应的快慢，可以说明该酶活性的高低，D正确。
8．离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，如果突然中断CO2的供应，下列关于一段时间内叶绿体中ATP与O2相对含量变化的示意图中，正确的是(　　)
解析：选B　离体叶绿体在光下进行稳定的光合作用时，突然中断CO2的供应使C3合成减少，一段时间内暗反应逐渐减弱，暗反应消耗的ATP也逐渐减少，故ATP相对含量逐渐增加；随着暗反应的减弱，光反应也逐渐减弱，所以叶绿体内O2含量逐渐减少，B正确。
9．(2021·漳州质检)如图表示在较强光照且温度相同以及水和小球藻的质量相等的条件下，小球藻进行光合作用的实验示意图。一段时间后，下列相关比较错误的是(　　)
A．Y2的质量大于Y3的质量
B．④中小球藻的质量大于①中小球藻的质量
C．②中水的质量大于④中水的质量
D．装置①的质量大于装置②的质量
解析：选C　Y1和Y3是O2，Y2和Y4是18O2，因此Y2的质量大于Y3；④中小球藻中含有(CHO)的有机物，而①中小球藻含有(CH2O)的有机物，故④中小球藻质量大于①中的小球藻质量；④和②中的水都为HO，且含量相同，因此质量相等；在试管①和②中原有质量相等的情况下，②中释放出的是18O2，而①中释放出的是O2，故剩余质量①大于②。
10．如图为植物体内发生的光合作用和光呼吸作用的示意简图。结合所学知识分析下列相关叙述中正确的有(　　)
①在高O2含量环境中，植物不能进行光合作用　②卡尔文循环的具体场所应为叶绿体类囊体薄膜　③将植物突然置于黑暗环境中，C5与C3之间的转化将不受影响
④C2和葡萄糖均可在线粒体内被彻底分解成CO2和H2O
A．零项 B．一项
C．二项 D．三项
解析：选A　从图中信息可知，在高O2含量环境中，产生的C3也可用于卡尔文循环，进而生成糖，①错误；根据所学知识可知，卡尔文循环的具体场所应为叶绿体基质，②错误；光合作用暗反应的进行，需要光反应提供[H]和ATP，黑暗条件下，不能生成[H]和ATP，因而C5与C3之间的转化将受到影响，③错误；线粒体不能直接利用葡萄糖，④错误。
11．夏季晴天，将装有某绿色植物的密闭玻璃罩置于室外，从凌晨0时开始，定期测定玻璃罩中某种气体含量，结果如图。下列分析正确的是(　　)
A．本实验测定的气体是CO2
B．该植物进行光合作用的起始时间是6时
C．若9时和12时合成有机物的速率相等，则9时的呼吸速率小于12时的
D．与0时相比较，24时该植物的干重减少
解析：选C　本实验测定的气体是O2；6时和18时的光合速率和呼吸速率相等，光合作用的起始时间应在6时之前；该曲线的斜率代表速率，9时的净光合速率大于12时的，若9时和12时真正光合速率相等，则9时的呼吸速率应小于12时的；24时的O2含量高于0时的，说明植物一昼夜内有机物的积累量大于零。
二、非选择题
12．(2019·江苏高考)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[H]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；光照强度通过影响光反应阶段产生的ATP和[H]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　[H]　C5(五碳化合物)　(3)①②③④　(4)吸水涨破
13．卡尔文及其同事因在光合作用方面的研究成果获得了1961年的诺贝尔化学奖。卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中，通过一个通气管向玻璃容器中通入CO2，通气管上有一个开关，可控制CO2的供应，容器周围有光源，通过控制电源开关可控制光照的有无。请回答下列问题：
(1)实验材料小球藻属于________(填“原核”或“真核”)生物。
(2)卡尔文通过停止________来探究光反应和暗反应的联系，他得到的实验结果是下图中的________。
(3)卡尔文通过停止________来探究光合作用过程中固定CO2的化合物，这时他发现C5的含量快速升高，由此得出固定CO2的物质是C5。
(4)卡尔文向密闭容器中通入14CO2，当反应进行到第5 s时，14C出现在一种C5和一种C6中；将反应时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种C3中。上述实验中卡尔文是通过控制________来探究CO2中碳原子的转移路径的，采用的技术方法有________________等。
(5)卡尔文将不同反应条件下的小球藻放入70 ℃的蒸馏水中，这样做是为了使细胞中的________失活，此时，细胞中的化合物就保持在热处理之前的状态。
解析：(1)小球藻属于真核生物。(2)在光照下，光反应进行，其产生的ATP和[H]参与暗反应中C3的还原，因此，通过停止光照可以探究光反应和暗反应的联系。当停止光照后，光反应停止，ATP和[H]的合成停止，则C3的还原减少，C3浓度增大，C5浓度减小，停止光照一段时间后，C3和C5浓度基本保持不变。(3)在暗反应中，CO2与C5结合形成C3，当停止CO2的供应后，CO2的固定受到影响，故会导致C5含量升高。(4)由题中叙述可知，实验中卡尔文是通过控制反应时间来探究CO2中碳原子的转移路径的，该实验中他采用了放射性同位素标记法。(5)酶是生物体内催化化学反应的催化剂，大多数酶的化学本质是蛋白质，在高温下酶的结构被破坏，导致细胞中的化学反应不能进行，化合物的含量不再发生变化。
答案：(1)真核　(2)光照　A　(3)CO2的供应　(4)反应时间　同位素标记法　(5)酶
14．如图甲是适宜环境中大豆光合作用过程的部分图解，图乙是某研究小组在15 ℃条件下以水稻为材料进行研究得到的实验结果(光合作用的最适温度为25 ℃，呼吸作用的最适温度为30 ℃)。请回答相关问题：
(1)图甲所示过程进行的场所是________；图甲中A代表的物质是________，a代表________过程。若将该植物突然转移到高温、强光照、干燥的环境中，叶片将部分气孔关闭，此时叶肉细胞内物质B的含量变化是________(填“增加”“不变”或“减少”)。
(2)由图乙可知本实验的目的是研究__________________________________________
_________________________________________。
图乙中E点的含义是____________________________________________________。
(3)若将图乙的实验温度升高10 ℃，则F点向________(填“左”或“右”)侧移动，呼吸速率曲线向________(填“上”或“下”)移动。
解析：(1)图甲为大豆光合作用的暗反应阶段，在叶绿体基质中进行；图中A表示五碳化合物(C5)，B表示三碳化合物(C3)，C表示[H]；a过程为CO2的固定。若部分气孔关闭，则CO2吸收不足，导致C5的含量增加，C3的含量减少。(2)由图乙可知，该实验探究的是光照强度对光合速率和呼吸速率的影响。E点的含义是光合速率与呼吸速率相等时需要(或对应)的光照强度。(3)图乙是在15 ℃条件下所得的实验结果，温度升高10 ℃，呼吸速率和光合速率均增大，因此呼吸速率曲线向上移动，达到最大光合速率所需的光照强度增大，F点右移。
答案：(1)叶绿体基质　五碳化合物(C5)　CO2的固定　减少　(2)光照强度对光合速率和呼吸速率的影响　光合速率与呼吸速率相等时需要(或对应)的光照强度　(3)右　上
15．某农科院对一新品种旱冬瓜种子萌发所需条件进行实验，实验结果如下表所示(实验所需温度、湿度、空气等符合要求)；另又做了光照强度对不同叶龄该旱冬瓜幼苗叶片吸收CO2量的影响实验，结果如曲线图所示。请分析回答下列问题：
处理 萌发率/% 平均萌发率/%
第1组 第2组 第3组 第4组 第5组
光照培养 23 18 11 17 14 16.6
暗培养 0 2 0 0 1 0.6
暗培养后补充光照 15 13 19 16 20 16.6
(1)该品种旱冬瓜种子萌发率实验的自变量和因变量分别是__________和________。分析表中数据可以得出的结论是___________________________________________________。
(2)该品种旱冬瓜种子萌发早期某阶段测得CO2释放量比O2吸收量多，原因是__________________________________________________________，此时细胞内分解丙酮酸的场所是____________________。
(3)曲线图中光照为50 klx时，6月龄和3月龄旱冬瓜叶片每小时吸收的CO2量为________μmol·m－2；大于此光照时，两曲线不再重叠，对比两曲线，据3月龄曲线分析可能原因是______________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)当光照强度为________klx时叶片的光合速率不受苗龄的影响，________月龄苗适于在遮阴条件下生长。
解析：(1)该品种旱冬瓜种子萌发率实验的自变量和因变量分别是光照的有无和萌发率，分析表中数据可以得出的结论是光照是旱冬瓜种子萌发的条件。(2)种子在完全进行有氧呼吸时消耗的O2与产生的CO2体积相等，完全进行无氧呼吸时，不消耗O2，但产生CO2。若某阶段测得CO2释放量比O2吸收量多，这说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。进行有氧呼吸时，丙酮酸进入线粒体代谢，进行无氧呼吸时，丙酮酸在细胞质基质中代谢。(3)曲线图中光照为50 klx时，6月龄和3月龄旱冬瓜叶片每小时吸收的CO2量为3×60×60＝10 800(μmol·m－2)；大于此光照时，两曲线不再重叠，对比两曲线，据3月龄曲线分析可能原因是3月龄苗与光合作用相关的酶少或活性低；较强光照可能会灼伤3月龄幼叶中的叶绿体，导致3月龄苗光合强度低于6月龄苗，且随光照强度增加而下降。(4)由曲线图分析可知，当光照强度为0～50 klx时叶片的光合速率不受苗龄的影响，3月龄苗在光照强度大于1 000 klx 后，随光照强度的增加光合速率减慢，所以适于在遮阴条件下生长。
答案：(1)光照的有无　萌发率　光照是旱冬瓜种子萌发的条件　(2)此时期旱冬瓜种子除进行有氧呼吸外，还进行无氧呼吸　细胞质基质、线粒体　(3)10 800　3月龄苗与光合作用相关的酶少或活性低；较强光照可能会灼伤3月龄幼叶中的叶绿体，导致3月龄苗光合强度低于6月龄苗，且随光照强度增加而下降　(4)0～50　3
第3课时　光合作用与细胞呼吸的关系
一、表格比较光合作用和有氧呼吸的区别
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(放能)
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
二、图解光合作用与细胞呼吸的联系
[基础微点练清]
1．判断正误
(1)植物光合作用和呼吸作用过程中都可以合成ATP(√)
(2018·全国卷Ⅲ，T5D)
(2)细胞中糖类合成与分解的过程为(CH2O)＋O2CO2＋H2O＋能量，过程①和②均能产生[H]，两者还原的物质不同(√)
(3)适宜光照下，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(√)
(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(×)
(5)光合作用的光反应产生的ATP用于C3还原、CO2的固定及物质运输等过程(×)
(6)细胞呼吸产生的ATP也可用于暗反应中C3的还原(×)
(7)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长(√)
2．如图表示生物细胞内[H]的转移过程，下列分析正确的是(　　)
H2O[H](CH2O)
A．①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ADP的产生
B．②过程一定发生在叶绿体基质中，且必须在光下才能进行
C．真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与
D．真核细胞的④过程发生在线粒体基质中，且必须有H2O参与反应
解析：选C　①过程可以发生在叶绿体基粒上，且伴随着ATP的产生，A错误；②过程一定发生在叶绿体基质中，且有光无光均可进行，B错误；真核细胞的③过程发生在线粒体内膜上，且必须有氧气参与，C正确；真核细胞的④过程发生在细胞质基质和线粒体基质中，且必须有H2O参与反应，D错误。
3．(新人教版必修1 P108选择题T6)在我国西北地区，夏季日照时间长，昼夜温差大，那里出产的瓜果往往特别甜。这是因为(　　)
A．白天光合作用微弱，晚上呼吸作用微弱
B．白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用强烈
C．白天光合作用微弱，晚上呼吸作用强烈
D．白天光合作用旺盛，晚上呼吸作用微弱
解析：选D　西北地区昼夜温差大，白天温度高，光合作用强，晚上温度低，呼吸作用弱，导致有机物的积累量增多，所以瓜果比较甜。
4．下列与绿色植物新陈代谢有关的叙述中，正确的是(　　)
A．阳生植物的暗反应可以在有光的条件下进行，阴生植物的暗反应只能在黑暗的条件下进行
B．大豆根吸收矿质元素所需的ATP直接来源于光合作用
C．向水果贮存中充入N2和CO2的主要目的是抑制无氧呼吸，减少有机物的消耗，延长水果的仓储时间
D．从植物体内提取的叶绿素溶液，即使给予适宜的温度、光照和CO2，也无法检测到有氧气生成
解析：选D　阳生植物的暗反应可以在有光的条件下进行，阴生植物的暗反应也可以在有光的条件下进行，A错误；大豆根吸收矿质元素所需的ATP直接来源于呼吸作用，光合作用中光反应产生的ATP只能用于暗反应，B错误；向水果贮存仓中充入N2和CO2的主要目的是抑制有氧呼吸，减少有机物的消耗，延长水果的仓储时间，C错误；仅仅有叶绿素只能吸收光能，无法将光能转变成化学能，要想将光能转变成化学能，需要色素和蛋白质结合形成复合物，共同完成光反应，所以给予叶绿素提取液适宜的温度、光照和CO2，也无法检测到有氧气生成，D正确。
一、光合作用和细胞呼吸中物质和能量转化关系
[试考题·查欠缺]
1．(2021·南平模拟)如图表示叶肉细胞内光合作用与细胞呼吸之间的关系，①～⑥代表有关生理过程。下列说法正确的是(　　)
A．③过程中需要H2O作为反应物，反应场所是线粒体内膜
B．③过程产生的CO2用于⑥，至少需要穿过4层膜
C．⑤过程发生在叶绿体基质中，产生的[H]可用于C3还原
D．②③④过程有ATP生成，均可为①过程提供能量
解析：选B　③过程为有氧呼吸第二阶段，需要H2O作为反应物，反应场所是线粒体基质，A错误；有氧呼吸第二阶段(③)产生的CO2用于该细胞CO2的固定(⑥)，需要穿过线粒体两层生物膜和叶绿体两层生物膜，B正确；⑤过程为水的光解，发生在叶绿体类囊体薄膜上，产生的[H]可用于C3还原，C错误；②过程为有氧呼吸第一阶段、③过程为有氧呼吸第二阶段、④过程为有氧呼吸第三阶段，三个过程都有ATP生成，但不为①过程提供能量，D错误。
2．(2021·重庆模拟)如图是绿色植物叶肉细胞的部分代谢过程图解，下列相关叙述正确的是(　　)
A．过程①表示光合作用暗反应，无光条件下能一直进行
B．过程②发生在线粒体中，所有细胞生物都能进行
C．乳酸菌在有氧和无氧条件下都不可能完成过程③
D．过程③产生的[H]、ATP、CO2都用于过程①
解析：选C　过程①表示光合作用暗反应，有光和无光都能进行，但需要光反应提供[H]和ATP，A错误；过程②表示葡萄糖分解成丙酮酸，发生在细胞质基质中，所有活细胞都能进行，B错误；过程③生成CO2和[H]，并释放能量形成ATP，所以过程③表示有氧呼吸第二阶段，乳酸菌是厌氧型细菌，所以不能完成过程③，C正确；过程①暗反应所需能量只能来自光反应，过程③产生的[H]、ATP都不能用于过程①，但产生的CO2可用于过程①，D错误。
[强知能·补欠缺]
1．从元素转移角度分析光合作用与细胞呼吸的联系
元素 流动过程
C CO2(CH2O)丙酮酸CO2
O H2O光反应O2H2O
H H2O[H](CH2O) [H] H2O　　　
2．18O2在光合作用和细胞呼吸中的转移途径
①18O2HOC18O2C6HO6
②C6HO618O2
3．光合作用与细胞呼吸中[H]与ATP的来源及去路分析
(1)[H]的来源和去路比较
(2)ATP的来源与去路比较
注：光合作用中的[H]为NADPH，细胞呼吸中[H]为NADH。
[练题点·全过关]
1．(2021·武汉模拟)图甲、图乙表示植物某个叶肉细胞中两种膜结构以及发生的部分生化反应。下列相关叙述错误的是(　　)
A．图甲表示叶绿体内膜，图乙表示线粒体内膜
B．在图甲、图乙膜上都发生了能量转换的过程
C．图甲、图乙除产生上述物质外，还均可产生ATP
D．图甲、图乙膜结构都属于生物膜系统
解析：选A　图甲能发生H2O的光解，场所是叶绿体的类囊体薄膜，图乙发生的是[H]的氧化，场所是线粒体内膜，A错误；在图甲膜上进行的光反应，是将光能转变为活跃的化学能，在图乙膜上进行有氧呼吸的第三阶段，是将有机物中稳定的化学能转变成ATP中的化学能和热能，B正确；图甲表示光合作用中的光反应，产生ATP，图乙表示有氧呼吸的第三阶段，也产生ATP，C正确；图甲、图乙膜结构都属于生物膜系统，D正确。
2．将盆栽植物天竺葵浇上含18O的水后，置于密闭的玻璃钟罩内，再把整个装置放在室外阳光下，并保持适宜的温度条件。一周后，玻璃钟罩内的空气及天竺葵中下列哪些物质可能含有18O(　　)
①O2　②水蒸气　③CO2　④葡萄糖　⑤氨基酸　⑥脂肪
A．①②中含有，③④⑤⑥中没有
B．①②③中含有，④⑤⑥中没有
C．①②③④中含有，⑤⑥中没有
D．①②③④⑤⑥中都可能含有
解析：选D　植物体内的水能够通过蒸腾作用以水蒸气的形式散发到空气中，水还可经过光合作用生成O2，存在于周围的空气中；植物体内水中的氧经呼吸作用转移到CO2中，CO2也会释放到周围的空气中；CO2中的氧，通过光合作用又可转移到葡萄糖中，而葡萄糖经转化可形成脂肪和氨基酸，从而18O可进入脂肪和氨基酸等有机物中。
3．如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图。Ⅰ～Ⅶ代表物质，①～③代表过程。据图回答下列问题：
(1)将该植物由光下突然置于黑暗中，甲图中C3的含量将________，C5的含量将________。
(2)与马铃薯块茎细胞在缺氧时的代谢相比，乙图特有的步骤是________(填数字)，这些过程发生在__________________________________________________________中。
(3)若用18O标记甲图中的H2O，则在细胞呼吸产物中能首先测到放射性的物质是________，甲、乙两图中不同数字代表同一物质的标号是________________。
(4)根据上图写出根吸收无机盐离子所需能量的形成过程：光能→________________→________________→______________________→用于吸收无机盐离子的能量。
解析：(1)将植物由光下突然置于黑暗环境中，光反应停止，不能合成[H]和ATP，C3还原过程减慢，C3含量增多，C5含量减少。(2)乙图表示有氧呼吸过程，马铃薯块茎在缺氧条件下进行无氧呼吸，与无氧呼吸相比，有氧呼吸特有的阶段是第二、三阶段，即乙图中的②③过程，分别发生在线粒体基质中和线粒体内膜上。(3)甲图中的HO通过光解产生18O2，在有氧呼吸第三阶段与[H]结合生成HO。甲、乙两图分别表示光合作用和有氧呼吸，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ分别表示NADPH、O2、CO2、(CH2O)、[H]、O2、CO2，Ⅱ、Ⅵ都表示O2，Ⅲ、Ⅶ都表示CO2。(4)在光合作用过程中由光能转变成活跃的化学能，进而形成有机物中稳定的化学能，再通过呼吸作用过程转变为ATP中活跃的化学能。
答案：(1)增多　减少　(2)②③　线粒体的基质和内膜(或线粒体)　(3)水　Ⅱ与Ⅵ、Ⅲ与Ⅶ　(4)活跃的化学能　葡萄糖等有机物中稳定的化学能　ATP中活跃的化学能
二、光合速率、呼吸速率及其相互关系
[试考题·查欠缺]
1.(2021·漳州模拟)如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。下列说法正确的是(　　)
A．CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用
B．适当增加光照强度，a点将左移
C．CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度一定相等
D．甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强
解析：选B　甲植物在a点时，净光合速率等于零，故a之前已经开始进行光合作用，A错误；增加光照强度，光合速率增大，呼吸速率不变，故a点左移，B正确；CO2浓度为b时，甲、乙的净光合速率相同，二者的呼吸速率不同，则总光合作用强度不相同，C错误；在CO2饱和点之前，随CO2浓度增大，光合作用强度不断增强，超过CO2饱和点之后，光合作用强度不变，D错误。
2.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 ℃，如图表示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、c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(c点)时吸收的CO2增多，c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。
3.(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
解析：(1)由曲线图可知，光照强度大于a时，甲植物的净光合速率随着光照强度的增加而增加的幅度更大，说明甲植物对光能的利用率较高。(2)当种植密度过大时，植株的叶片会相互遮挡，植株接受的光照强度减弱，导致植物净光合速率下降。由曲线图可知，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大。(3)由曲线图可知，在低光照强度下，乙植物的净光合速率较高，在高光照强度下，乙植物的净光合速率明显低于甲植物，所以乙植物更适合在林下低光照强度的环境下种植。(4)夏日晴天中午12点，温度较高，部分气孔关闭，进入叶肉细胞的CO2明显减少，抑制了暗反应，导致叶片的光合速率明显降低。
答案：(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大　(3)乙　(4)CO2
[强知能·补欠缺]
1．光合作用、呼吸作用的“三率”图示分析
(1)“三率”的表示方法
①呼吸速率：绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织一定时间内CO2释放量或O2吸收量，即图1中A点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应CO2量，也称为表观光合速率。
③总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图1中的AD对应的CO2总量。
(2)图2中曲线Ⅰ表示总光合量，曲线Ⅲ表示呼吸量，曲线Ⅱ表示净光合量。交点D对应点E，此时净光合量为0，B点时植物生长最快。
(3)图3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G点时，总光合速率是呼吸速率的2倍。
(4)图1中B对整个植株而言，光合速率＝呼吸速率，而对于叶肉细胞来说，光合速率＞呼吸速率。
2．曲线图中的光补偿点和光饱和点分析
(1)光补偿点的两种生理状态
①整个植株：光合作用强度＝呼吸作用强度。
②叶肉细胞：光合作用强度＞呼吸作用强度。
(2)环境条件改变与光补偿点、光饱和点移动方向的关系
①光补偿点的移动
a.呼吸速率增加，其他条件不变时，光补偿点应右移，反之左移。
b.呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，光补偿点应右移，反之左

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