2023版高考生物一轮总复习第5章第4节光合作用与能量转化课件

这是一份2023版高考生物一轮总复习第5章第4节光合作用与能量转化课件，共60页。PPT课件主要包含了由图可以看出，可见光，光等不吸收，红光和蓝紫光，蓝紫光，叶绿体类囊体薄膜上，量叶绿素a，色素与叶片的颜色，叶绿体，二氧化碳和水等内容，欢迎下载使用。
考点一 色素的吸收光谱和叶绿体的结构
1.叶绿体中色素的吸收光谱
(1)分布：____________________。(2)功能：_____________________________________
①叶绿体中的色素只吸收_______，而对红外光和紫外
②叶绿素对_____________ 的吸收量大，类胡萝卜素对________的吸收量大。
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少
__________。
2.叶绿体的结构与功能
3.光合作用的探究历程
影响叶绿素合成的三大因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，但能合成类胡萝卜素，因而叶片发黄。
(2)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。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
(3)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。另外，Fe 是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺 Fe 也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。
考点二 光合作用的基本原理
(1)光合作用是指绿色植物通过________，利用光能，将______________转化成储存着能量的有机物，并且释放出________的过程。(2)反应式。
2.光合作用过程(1)光反应阶段。
①条件：______。
②场所：_____________。
形成 NADPH。b.使 ADP 和 Pi 反应形成________。④能量变化：将光能转化为储存在______________中
ATP 和 NADPH
①条件：____________都能进行。
a.将 H2O 分解为__________，其中 H＋与 NADP＋结合
②场所：____________。③过程(卡尔文循环)。a.CO2 的固定：C5＋CO2b.C3 的还原：2C3
2C3。(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH 、ATP 中活跃的化学能变为
________________________。
(1)产物为(CH2O)：____________________________。(2)产物为 C6H12O6：_____________________________
____________。
(3)元素的转移途径。
①H：3H2O②C：14CO2
________________
________。________。
③O：___________
___________ ； C18O2___________。
光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
4.光合作用和化能合成作用的比较
5.光反应和暗反应的比较
6.环境改变时光合作用各物质含量的变化(1)“过程法”。
①图 1 中曲线甲表示 C3 ，曲线乙表示 C5 、NADPH、
②图 2 中曲线甲表示 C5、NADPH、ATP，曲线乙表示
③图 3 中曲线甲表示 C5、NADPH、ATP，曲线乙表示
④图 4 中曲线甲表示 C3 ，曲线乙表示 C5 、NADPH、
考点三 影响光合速率的因素及应用
NADPH 和 ATP
(1)原理：光照强度通过影响植物的________反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度__________，产生的______________增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
①A 点：光照强度为 0，只进行__________。②AB 段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐
渐增强，CO2 释放量逐渐减少。
③B 点：细胞呼吸释放的 CO2 全部用于光合作用，即光合作用强度______细胞呼吸强度，此时的光照强度称为__________点。④BC 段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
⑤D 点：D 点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是 CO2 浓度等除光照强度之外的环境因素。
D 点的光照强度称为_________点。
(3)应用：①温室生产中，适当增强__________，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，间作套种农作物，可合理利用光能。
(1)原理：CO2 影响______反应阶段，制约______的形成。
(2)曲线解读。①图 1 中 A 点表示_________点，即光合速率等于呼
吸速率时的 CO2 浓度。
②图 2 中 A′点表示进行光合作用所需 CO2 的最低浓
③B 点和 B′点对应的 CO2 浓度都表示__________点。(3)应用：在农业生产上可以通过通风、增施农家肥等增大 CO2 浓度，提高光合速率。
3.温度(1)原理：温度通过影响__________影响光合作用，主
(2)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______室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
4.水分和矿质元素(1)原理。
①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矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
(2)曲线(如下图所示)。
(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理
考点四 光合作用与细胞呼吸的综合应用1.光合作用与细胞呼吸过程及物质和能量的联系(1)物质名称。b：O2；c：____；d：ADP；e：NADPH；
f：____；g：CO2；h：________。
(2)生理过程及场所。
(3)物质和能量的联系。
①光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向。
②光合作用与有氧呼吸中的能量转化。
2.真正光合作用和净光合作用的关系及其速率测定(1)不同光照条件下叶肉细胞的气体代谢特点。
(2)真正光合速率、净光合速率和细胞呼吸速率的辨
ⅰ.细胞呼吸速率：植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)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。
ⅱ.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。
ⅲ.真正光合速率＝净光合速率＋细胞呼吸速率。
(3)光合速率的测定方法。①“液滴移动法”。
a. 装置内烧杯中放入适宜浓度的 NaOH 溶液用于吸
b.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸
a.装置烧杯中放入适宜浓度的 CO2 缓冲液，用于保证
容器内 CO2 浓度恒定，满足光合作用需求。b.必须给予足够光照处理，且温度适宜。
c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合
②“ 黑白瓶法”：黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。③“称重法”：将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以阻止有机物的运输。
【基础测评】1.易错诊断(1)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。
)(2)光合作用中 ATP 的移动方向是从叶绿体基质到类
(3)光合作用过程中产生的 ATP 可以为细胞内的各项
(4)14CO2 中 14C 的转移途径是 14CO2→14C3→14C5→
(14CH2O)。(　　)
(5)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
2.(2020 年江苏高考)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答案：B
3.(2020 年海南模拟)下列有关绿叶中色素的提取和分
离实验的叙述，正确的是(
A.提取色素时加入 SiO2 的目的是加速研磨并保护叶绿素不被破坏B.画滤液细线时要等上一次滤液线干燥后再进行画线C.对研磨液过滤时需要在玻璃漏斗的基部放一层滤纸D.分离色素时，滤液细线浸入层析液中会导致色素带变浅答案：B
4.下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中 a～g 为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传
递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是(
A.图中①表示水分的吸收，③表示水的光解B.c 为 ATP，f 为 NADPHC.将 b 物质用18O 标记，最终在 (CH2O) 中能检测到18O D.图中 a 物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能答案：B
5.(2020 年四川绵阳高三二诊)细胞代谢在日常生活和
生产中应用广泛，下列方法合理的是(
A.冬季蔬菜大棚可用蓝色薄膜提高农作物光合速率B.夜间蔬菜大棚可适当提高温度，有利于提高产量C.土壤板结后松土主要是促进农作物根系吸收水分D.充入一定量的氮气可以延长水果蔬菜储藏的时间答案：D
6.下图表示菠菜叶肉细胞光合作用与细胞呼吸过程中碳元素和氢元素的转移途径，其中①～⑥代表有关生理过
程。下列叙述错误的是(
A.过程①、②、③不在生物膜上进行B.参与过程②、③、⑤的酶种类不同C.过程②、③、④、⑤都有 ATP 产生D.过程③产生的[H]全部来自丙酮酸答案：D
考向 1 对光合作用探究实验的分析[典例 1](2020 年天津等级考)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：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 16 种酶等物质进行暗反应，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。
【考向集训】1.(2019 年江西大联考)如图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，下列有关叙述正确的是
A.两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有
B.两实验均需要光的照射
C.两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照D.两实验均可证明光合作用的产物有氧气
解析：图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉，A 错误。恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所，萨克斯实
验的目的是探究光合作用除氧气之外的产物，所以两实验均需要光的照射，B 正确。恩格尔曼的实验中，照光与不照光、黑暗与完全曝光形成对照，萨克斯的实验中，经过暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照，C 错误。恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可以证明淀粉是光合作用的产物，D 错误。
2.希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有 CO2 时，适当条件下，给予叶绿体光照，就能放出 O2，同时使电子受体还原，希尔反应式是 H2O＋氧化态电子受体→还原态光下的叶绿体，不供给CO2 时，既积累NADPH 也积累 ATP；进一步实验，撤去光照，供给 CO2，发现 NADPH 和 ATP被消耗，并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现
A.光合作用释放的 O2 来自水而不是 CO2
B.NADPH 和 ATP 的形成发生在叶绿体类囊体膜上C.希尔反应与 CO2 合成有机物的过程是两个过程D.光合作用的需光过程为 CO2 合成有机物提供 ATP 和
解析：由题中希尔反应式可以知道，光合作用过程中产生的氧气来自参加反应的水，A 正确。从希尔反应和阿尔农的发现，得不到 NADPH 和 ATP 的形成发生在叶绿体
类囊体膜上的结论，B 错误。根据题意，希尔反应和有机物的合成过程分别进行，希尔反应发生在没有 CO2 和有光照的条件下，有机物合成发生在无光照、有 CO2 的条件下，C 正确。希尔反应只有在光下才能进行，在暗处是不能进行的，在光下积累 NADPH 和 ATP，在暗处可以进行有机物的合成，NADPH 和 ATP 在合成有机物过程中被消耗，为反应提供能量和还原剂，D 正确。
考向 2 光合作用的过程
[典例 2](2021 年湖南高考)图 a 为叶绿体的结构示意图，图 b 为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
应过程将水分解成 O2、H＋ 和 e－，光能转化成电能，最终
(1)图 b 表示图 a 中的________结构，膜上发生的光反
转化为________和 ATP 中活跃的化学能。若 CO2 浓度降低，
暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体 NADP＋减少，则图 b
在离体条件下进行实验，用 Fecy 或 DCIP 替代 NADP＋为
中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了 4 种结构完整性不同的叶绿体，
电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
注：Fecy 具有亲水性，DCIP 具有亲脂性。
①叶绿体 A 和叶绿体 B 的实验结果表明，叶绿体双层膜对以________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体 C，表明无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件更有利于___________，从而提高光反应速率。
③以 DCIP 为电子受体进行实验，发现叶绿体 A、B、C 和 D 的 ATP 产生效率的相对值分别为 1、0.66、0.58 和0.41。结合图 b 对实验结果进行解释：________。
解析：(1)光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b 表示图 a 的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为 ATP 和NADPH 中活跃的化学能，若二氧化碳
浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体 NADP＋
减少，则图 b 中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。(2)①比较叶绿体 A 和叶绿体B 的实验结果，实验一中叶绿体 B 双层膜局部受损时，以 Fecy 为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体 B 双层膜局部受损
时，以 DCIP 为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，说明叶绿体的双层膜对以 Fecy 为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②无双层膜阻碍、类囊体松散的条件更有利于类囊体上的色素吸收光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体 C。③根据图 b 可知，ATP 的合成依赖于氢离子顺浓度通过类囊体薄膜上的 ATP 合酶，叶绿体 A、B、C、D 类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此 ATP 的产生效率逐渐降低。
验一中叶绿体 B 双层膜局部受损时，以 Fecy 为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时的，实验二中叶绿体 B 双层膜局部受损时，以 DCIP 为电子受体的放氧量与双层膜
②类囊体上的色素吸收光能
的合成依赖于氢离子顺浓度通过类囊体薄膜上的 ATP 合酶，叶绿体 A、B、C、D 类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此 ATP 的产生效率逐渐降低
【考向集训】3.(2021 年重庆一中调研)如图表示植物光合作用的某
阶段，下列相关叙述正确的是(
A.该反应的场所是叶绿体的类囊体B.无光条件下，有利于该反应的进行C.突然中断 CO2 的供应，短时间内 C5 的量会减少D.突然中断光照，短时间内(CH2O)的量会减少，C3 的量会增多
解析：图示过程包括了CO2 的固定和C3 的还原，为光合作用暗反应过程，发生在叶绿体基质中，A 错误。无光条件下，光反应产生的 ATP 和NADPH 不足，暗反应会因NADPH 和 ATP 的缺乏受到限制，B 错误。突然中断 CO2的供应，短时间内 C5 的消耗减少，而 C5 的生成不变，故C5 的量会增加，C 错误。突然中断光照，光反应产生的ATP 和 NADPH 不足，导致短时间内 C3 的还原受阻，而CO2的固定过程正常进行，则(CH2O)的量会减少，C3 的量会增多，D 正确。答案：D
在传递电子的同时能将 H＋运输到类囊体腔中，图中实线为
电子的传递过程，虚线为 H＋的运输过程，ATP 合成酶由
CF0 和 CF1两部分组成，在进行 H＋顺浓度梯度运输的同时
4.(2020 年山东济南三模)下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和 PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递，PQ、Cytbf、PC 是传递电子的蛋白质，其中 PQ
催化 ATP 的合成。请回答下列问题：
(1)分析图中电子传递的整个过程可知，最初提供电子的物质为________，最终接受电子的物质为________。(2)光反应产生的氧气去向是_____________________
_________________。图中用于暗反应的物质是________。
(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，图
中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有___________________
解析：(1)根据图示，水光解后产生氧气、 H＋和电
还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP＋ 。
_________________________________________________。
(4)研究发现，叶绿素中含有镁元素，PSⅠ中含铁元素，PC 中含铜元素，PSⅡ中含锰元素，由此推测，通过______可防止光合作用的效率降低。
子，故最初提供电子的物质为水；水光解后电子将 NADP＋
水光解产生氢离子，使类囊体腔内氢离子浓度升高，H顺
与NADP＋结合形成 NADPH 使叶绿体基质中氢离子浓度降
了叶绿体膜两侧的 H＋浓度差。(4)光合作用的四种重要物
(2)光反应产生的氧气被细胞呼吸利用或被植物释放出体外；光反应产生的 NADPH 和 ATP 可用于暗反应 C3 的还原，故图中用于暗反应的物质是 ATP、NADPH。(3)图中
浓度梯度运输到叶绿体基质中，而氢离子在叶绿体基质中
低，同时还可以通过 PQ 运回到类囊体腔内，这样就保持
质中含有镁元素、铁元素、铜元素、锰元素，若四种元素含量降低，则会使光合作用速率降低。故应该保持四种元素的含量稳定，以防止光合作用的效率降低。
答案：(1)水 NADP＋
时能将H＋运输到类囊体腔中
(2)被细胞呼吸消耗或被植物释
放出体外 ATP、NADPH (3)水光解产生氢离子；氢离子
(4)保持四种元素的含量稳
在膜外与 NADP＋结合形成 NADPH；PQ 在传递电子的同
补充尿素(12 g·m－2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m－2)
考向 3 影响光合作用的因素及应用
[典例 3](2021 年河北高考)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，
同时补水。检测相关生理指标，结果见下表。
注：气孔导度反映气孔开放的程度。
(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)施氮同时补充水分提高了光合速率，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)细胞内的水以自由水与结合水的形式存在，结合水是细胞结构的重要组成成分，自由水是细胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代谢废物；根据表格分析，水＋氮组的气孔导度大大增加，增强了植物的蒸腾作用，有利于植物根系吸收并向上运输氮，所以补充水分可以促进玉米根系
完成的反应是水光解产生H＋和氧气，同时将光能转变成化
对氮的主动吸收，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，叶绿素的元素组成有 C、H、O、N、Mg，其中氮与镁离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体膜，
学能储存在 ATP 和 NADPH 中，其中 ATP 和NADPH 两种物质含有氮元素；暗反应包括二氧化碳固定和三碳化合物还原两个过程，其中 RuBP 羧化酶将 CO2 转变为羧基加到C5(RuBP)分子上，反应形成的 C3 被还原为糖类。(3)分析
表格数据可知，施氮同时补充水分使气孔导度增加，CO2吸收量增多，同时 RuBP 羧化酶活性增大，使固定 CO2 的效率增大，使植物有足量的 CO2 供应，从而增加了光合速率。
答案：(1)细胞内良好的溶剂，能够参与生化反应，能为细胞提供液体环境，还能运送营养物质和代谢废物主动吸收　(2)镁　ATP和NADPH　水　C5(或RuBP)(3)气孔导度增加，CO2 吸收量增多，同时 RuBP 羧化酶活性增大，使固定 CO2 的效率增大
【考向集训】5.(2019 年河南郑州一模)如图所示为研究光照强度和CO2 浓度对某植物光合作用强度的影响。下列有关叙述错
A.曲线 a→b 点，叶绿体中 C3 浓度降低B.b→d 点，叶绿体中 C5 浓度升高C.曲线 a→b 点，叶绿体中 C5 生成速率降低D.d 点时，限制光合作用强度的环境因素可能有 CO2 浓度和温度等
解析：曲线中 a 点转向 b 点时，光照强度增强，光反应产生的 NADPH 和 ATP 增加，促进暗反应中 C3 的还原，导致叶绿体中 C3 浓度降低，相对应的 C5 生成速率升高，A 正确、C 错误。曲线中 b 点转向 d 点时，CO2 浓度降低，CO2 和 C5 固定生成 C3 的反应减弱，因此叶绿体中 C5 浓度升高，B 正确。曲线中 d 点为光饱和点，限制光合作用强度的环境因素可能有 CO2 浓度和温度等，D 正确。
6.(2020 年山东青岛高三质检)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，是由于气孔关闭导致 CO2 吸收不足，进而影响光合作用暗反应，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 之间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
(3)该类植物能利用较低浓度
时间段净光合速率大于零的 CO2
考向 4 光合作用与呼吸作用的比较
[典例 4](2021 年山东高考)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 SBS 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，SBS 溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
(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 SBS 溶液相比，喷施 100 mg/L SBS 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_________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，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 SBS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 O2 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、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)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，与未喷施 SBS 溶液相比，喷施 100 mg/L SBS 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 SBS 溶液浓度为 200 mg/L 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。
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 SBS 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
【考向集训】7.(2020 年江西南昌四校二联)如图为自然环境中一昼夜测得某植物 CO2 的吸收速率曲线图，关于该图的叙述，
A.A 点产生的原因是夜温降低，细胞呼吸减弱，CO2
B.开始进行光合作用的点是 B 点，结束光合作用的点
C.光合速率与呼吸速率相等的点是 C、H 点，有机物
积累量最大的点是 M 点
D.DE 段下降的原因是部分气孔关闭，CO2 吸收减少，
FH 段下降的原因是光照减弱
解析：A 点释放 CO2 的速率减小，是由于夜间温度降低，呼吸酶活性降低，呼吸速率降低，CO2 释放减少，A正确。由图可知，B 点是光合作用开始的点，M 点之后，CO2 释放速率不变，说明 M 点之后不再进行光合作用，B正确。H 点之后，光合作用速率小于呼吸作用速率，有机物减少，因此有机物积累最大的点是 H 点，C 错误。DE段光照较强、温度较高致使部分气孔关闭，二氧化碳通过气孔进入叶肉细胞间隙的量减少，光合速率降低；FH 段是下午光照逐渐减弱的时间段，此时光合速率下降的原因是光照减弱，D 正确。
8.(2020 年山东等级考)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块 3 中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是________，模块 3 中的甲可与 CO2 结合，甲为_______。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块 2 中的能量转换效率也会发生改变，原因是_________________________________________________。
(3)在与植物光合作用固定的 CO2 量相等的情况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_________________________________。
H＋和O2，并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
解析：(1)根据题图可知，模块 1 利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块 2 利用电能电解水生成
块 2 相当于叶绿体中光反应功能。模块 3 将大气中的 CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中 CO2的
NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块 3 为模块 2
固定是由 CO2 和 C5 结合生成 C3，C3 在光反应提供的NADPH 和 ATP 的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和 C5，故该系统模块 3 中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2 浓度突然降低，CO2 的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供 ADP、Pi 和
提供的 ADP、Pi 和 NADP＋不足，从而导致模块 2 中的能
量转换效率也发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的 CO2 量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。(4)干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO2 的吸收量减少。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。
答案：(1)模块 1 和模块 2 五碳化合物(或 C5)
模块 3 为模块 2 提供的 ADP、Pi 和 NADP＋
人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类
(或植物呼吸作用消耗糖类)(4)叶片气孔开放程度降低，CO2 的吸收量减少
绿叶中色素的提取和分离
[ 典例 1](2020 年江苏高考)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：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。
【举一反三】1.如图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下
A.提取色素时，要加入 SiO2 和 CaCO3 进行充分研磨B.色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在无水乙醇中的溶解度不同C.实验结果①可说明叶绿素合成需要光照D.实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多
解析：提取色素时加入二氧化硅是为了研磨充分，而加入碳酸钙是为了防止色素被破坏，A 正确。色素在滤纸条上分离的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，B错误。实验结果①中韭菜组有 4 条色素带，韭黄组缺少叶绿素 a 和叶绿素 b 两条色素带，所以实验结果①说明叶绿素合成需要光照，C 正确。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，所以实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D 正确。
2.甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用纸层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，而得到了以下四种不同的层析结
果。下列分析错误的是(甲
A.甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液B.乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多C.丙可能是正确操作得到的理想结果D.丁可能是因为研磨时未加入 CaCO3
解析：叶绿体中的色素属于有机物，易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，甲中没有色素，可能是误用蒸馏水作提取液和层析液，A 正确。乙中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，导致色素浓度太低，B 正确。丙中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素 a 和叶绿素 b 含量较少，这不应该是正确操作得到的理想结果，C 错误。丁中叶绿素 a 和叶绿素 b 含量很少，可能是研磨时未加入 CaCO3 导致叶绿素被破坏，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏，D 正确。
光合速率与细胞呼吸速率的测定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 吸收量，也称为表观光合速率。③总(真正)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，即图 1
中的 AD 段对应的 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 点对整个植株而言，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.植物光合速率与呼吸速率的实验测定方法(1)气体体积变化法(如下图所示)。
①装置中溶液的作用：在测细胞呼吸速率时，NaOH溶液可吸收容器中细胞呼吸产生的 CO2；在测净光合速率时，NaHCO3 溶液可提供 CO2，保证了容器内 CO2 浓度的恒定。
a. 甲装置：在黑暗条件下植物进行细胞呼吸，由于NaOH 溶液吸收了细胞呼吸产生的 CO2，所以单位时间内红色液滴左移的体积为细胞呼吸吸收 O2 的速率，可代表呼吸速率。
b.乙装置：在光照条件下植物进行光合作用和细胞呼吸，由于 NaHCO3 溶液保证了容器内 CO2 浓度的恒定，所以单位时间内红色液滴右移的体积为植物氧气的释放速率，可代表净光合速率。
c.真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
a.将植物(甲装置)置于黑暗中一定时间，记录红色液滴
移动的距离，计算呼吸速率。
b.将同一植物(乙装置)置于光下一定时间，记录红色液
滴移动的距离，计算净光合速率。
c.根据呼吸速率和净光合速率可计算得到真正光合速
④物理误差的校正：为防止气压、温度等因素所引起的误差，应设置对照实验，即用死亡的绿色植物分别进行上述实验，根据红色液滴的移动距离对原实验结果进行校正。
(2)半叶法——测定光合作用有机物的产生量。
将植物对称叶片的一部分(A)遮光或取下置于暗处，另一部分(B)则留在光下进行光合作用(即不做处理)，并采用适当的方法阻止两部分的物质和能量转移。一定时间后，在这两部分叶片的对应部位截取同等面积的叶片，分别烘干称重，记为 MA、MB ，开始时二者相应的有机物含量应视为相等，照光后的叶片重量大于暗处的叶片重量，超过部分即为光合作用产物的量，再通过计算可得出光合速率。
(3)黑白瓶法——测溶氧量的变化。
将装有水和光合植物的黑、白瓶置于不同水层中，测定单位时间内瓶中溶解氧含量的变化，借此测定水生植物的光合速率。黑瓶不透光，瓶中生物仅能进行呼吸作用；白瓶透光，瓶中生物可进行光合作用和呼吸作用。因此，真正光合作用量(光合作用总量)＝白瓶中氧气增加量＋黑瓶中氧气减少量。
[典例 2](2020 年江西师大附中模拟)为探究光照强度对光合作用的影响，某兴趣小组设计了如图所示的实验装置若干组，在 25 ℃条件下进行了一系列实验。下列说法正
A.在无光条件下，液滴向左移动B.在有光条件下，液滴向右移动C.在有光条件下，液滴向右移动的距离代表光合速率D.随光照强度的增强，液滴向右移动的距离逐渐增大
解析：由于 CO2 缓冲液维持装置中的 CO2 含量不变，所以引起装置中气压变化的原因是 O2 变化，无光条件下绿色植物只进行细胞呼吸，消耗 O2，液滴左移，A 正确。有光条件下，绿色植物既进行细胞呼吸消耗 O2，又进行光合作用产生 O2，若光合作用>呼吸作用，液滴右移，若光合作用＝呼吸作用，液滴不移动，若光合作用