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高考生物一轮复习讲练 第3单元 第9讲 光与光合作用 (含解析)
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这是一份高考生物一轮复习讲练 第3单元 第9讲 光与光合作用 (含解析)，共29页。
第9讲 光与光合作用
[考纲要求] 1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。3.实验：叶绿体色素的提取和分离。
1．实验原理
2．实验步骤
3．实验结果
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
1．实验注意事项和目的
注意事项
操作目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量二氧化硅和碳酸钙
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
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
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直
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
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
2．实验出现异常的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
⑦滤液细线触及层析液。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
考向一 实验的基本原理和过程分析
1．(2019·黑龙江大庆实验中学第一次月考)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中
B．层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液
C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素
答案 B
解析 绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，否则色素会溶解在层析液中，B正确；圆珠笔笔油中有色素，因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏，因此没有加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。
2．如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及其在滤纸上的分离情况，下列分析错误的是( )
A．叶绿体中的四种色素均分布在类囊体薄膜上
B．四种色素均可吸收蓝紫光
C．四种色素在层析液中溶解度最大的是Ⅲ
D．发黄的菠菜叶色素含量显著减少的是Ⅲ和Ⅳ
答案 C
解析 叶绿体中的四种色素均分布在类囊体薄膜上，A正确；四种叶绿体色素均可吸收蓝紫光，B正确；根据图中显示的四种色素的相对含量及其与滤液细线的距离，可以推知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所指的色素分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，四种色素在层析液中溶解度最大的是Ⅰ，C项错误；菠菜叶中的叶绿素a(呈蓝绿色)和叶绿素b(呈黄绿色)分解，导致胡萝卜素(呈橙黄色)、叶黄素(呈黄色)的颜色显示出来，发黄的菠菜叶中色素含量显著减少的是Ⅲ和Ⅳ，D正确。
考向二 实验的拓展分析
3．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
答案 B
解析 甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③，B正确。
4．(2019·江苏安宜中学测试)如图是利用新鲜的菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布情况，下列说法正确的是( )
A．①是叶黄素，②是胡萝卜素，它们是类胡萝卜素
B．③是叶绿素b，其含量最多
C．④的溶解度最高，扩散速度最慢
D．菠菜叶如果放置时间过长，实验中③④色素带宽度会变窄
答案 D
解析 滤纸条上色素带①②③④依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶绿素a含量最多，A、B错误；四种色素中，①胡萝卜素溶解度最高，扩散速度最快，④叶绿素b溶解度最低，扩散速度最慢，C错误；放置时间过长的菠菜叶叶绿素会被破坏，导致叶绿素a、叶绿素b色素带宽度变窄，D正确。
1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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。
2．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构
↓决定
(3)功能：进行光合作用的场所。
3．光合作用的探究历程(连线)
教材拾遗 (1)温室大棚种植蔬菜时，应选用无色透明的玻璃、塑料薄膜或者补充蓝紫光更有利于植物的光合作用。(P99与社会的联系)
(2)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。(P100拓展题)
(1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素( √ )
(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同( √ )
(3)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的( × )
(4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中( × )
(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积( × )
易错警示 关于光合色素的4点提醒
(1)可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝藻等)，但是都含有光合色素。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
(4)植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
考向一 捕获光能的色素和结构分析
5．(2020·邯郸调研)下列关于光合色素的叙述，正确的是( )
A．变红枫叶叶绿体中红色的色素增加，叶绿素含量降低
B．高等植物叶片中橙黄色的色素是叶黄素
C．蓝藻的类囊体薄膜上有叶绿素和藻蓝素
D．高等植物的叶绿体基质中不含光合色素
答案 D
解析 变红枫叶的红色的色素存在液泡中，不影响叶绿体中的叶绿素，A错误；高等植物叶片中橙黄色的色素是胡萝卜素，B错误；蓝藻没有叶绿体，没有类囊体薄膜，C错误；高等植物的叶绿体基质中不含光合色素，光合色素位于类囊体薄膜上，D正确。
6．如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是( )
A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
答案 C
解析 ①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性，A项正确；③为类囊体，其上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色，B项正确；叶绿素中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋，C项错误；在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量，D项正确。
考向二 探究光合作用的相关实验分析
下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
提示 选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？
提示 排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？
提示 消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？
提示 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的？
提示 恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
7．(2019·吉林“五地六校”联考)把一株牵牛花在黑暗中放置一昼夜，然后利用下图装置进行实验。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
答案 B
解析 图中NaOH的作用是吸收CO2，所以该装置可以用于验证光合作用需要CO2，A正确；图中没有检验O2的手段，B错误；图中铝箔的作用是遮光，从而证明光合作用需要光，C正确；图中白斑叶片分为绿色部分和白色部分，可以用于验证光合作用需要叶绿体，D正确。
8．科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
三碳化合物
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是( )
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组光照后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
答案 C
解析 培养液中通入14CO2研究有机物的种类及分布，暗反应利用的原料是CO2，A正确；光照后对酶处理使其失活，才能阻碍反应的进一步进行，才能测定放射性物质的分布，B正确；根据光照时间分析，CO2进入叶绿体后，最初形成的是大量三碳化合物，C错误；根据表中物质，光合作用的产物还有氨基酸和有机酸等，D正确。
1．光合作用概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2．过程
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(3)元素的转移途径
①H：3H2O[3H](C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：H218O18O2；C18O2C3(CH218O)。
4．光反应和暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
ATP、[H]、CO2、多种酶
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原、ATP的分解
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
5．光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
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
教材拾遗 (1)同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。(P102)
(2)光合作用过程中的[H]和呼吸作用中的[H]不同，是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的简化表示方法。(P103相关信息)
(3)绿色植物和化能合成菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。(P105)
(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中( × )
(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉( × )
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应过程( √ )
(4)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，原因是光反应强度和暗反应强度都降低( √ )
(5)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止( × )
(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H]，二者还原的物质不同( √ )
(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类( √ )
易错警示 对光合作用过程的4点说明
(1)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
(2)暗反应不直接需要光，但是如果没有光，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
(3)光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
(4)叶绿体产生的ATP只能用于暗反应(C3的还原)，不能用于细胞中其他部位的生命活动。
考向一 光合作用过程的综合分析
下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。
(1)图中所示的过程属于光合作用的光反应阶段，甲为类囊体薄膜。
(2)图中a为氧气，b为NADPH，当外界CO2浓度升高时，b的含量会暂时下降。
(3)该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中。
(4)乙为叶绿体基质，是光合作用暗反应的场所。
(5)图中的ATP一般不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动。
9．(2019·宁夏银川一中模拟)植物叶片中有一种酶，其功能是催化反应C5＋CO2→2C3。对这种酶的叙述合理的是( )
A．提高CO2浓度，不能增强该酶活性
B．在低温环境中会失活，导致光合速率降低
C．主要分布在细胞质基质中
D．由叶绿体中的基因控制合成，与细胞核基因无关
答案 A
解析 提高CO2浓度可以加速CO2的固定，但是不能提高酶的活性，A正确；低温会导致酶的活性降低，但不会使酶失活，B错误；分析题干可知，该酶分布于叶绿体基质中，催化CO2的固定过程，C错误；题干中没有显现该酶是叶绿体基因还是核基因控制合成的，D错误。
10．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[H]
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性
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
解析 图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确、B项错误；18O2H218OC18O2(CH218O)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
1．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时，C3的含量变化
(2)物质含量变化
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含量
增加
减少
减少
增加
C5含量
减少
增加
增加
减少
[H]和ATP的含量
减少
增加
增加
减少
(CH2O)的合成量
减少
增加
减少
增加
2．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。
11．(2019·福建厦门湖滨中学第一次阶段检测)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，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C5/C3的值减小
B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
答案 B
解析 突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增加，A错误；突然中断CO2供应，导致C3含量减少，进而使ATP和[H]含量增加，所以暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，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含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，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的值增加，D错误。
12．(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是___________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要______，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着_____________的增加，使光下产生的______________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案 (1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质 (2)光照和黑暗交替频率 ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)
解析 (1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用，暗反应消耗了ATP和[H]，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以单位光照时间内，C组合成有机物的量高于D组。光合产物的生成场所为叶绿体基质。
(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5 s，但是处理方法不同，结果也不一样，并且单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用产物相对量越高，可知光照时产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用，还原C3生成糖类等有机物及C5，C5继续与CO2结合，因此提高了光合作用中CO2的同化量。
1．光照强度
(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强。
⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是：光合色素含量、酶的数量和活性；外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)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，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线分析
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点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(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：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
(2)曲线
(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．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
(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
考向一 光合作用影响因素的相关曲线分析
据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？
提示 P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因素还是影响光合速率的主要因素吗？此时的限制因素分别是什么？
提示 Q点之后横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因素，此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用。
13．(2019·黑龙江哈尔滨师大附中开学考)如图曲线Ⅰ表示黄豆在最适温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。在y点时改变某条件，结果发生了如图曲线Ⅱ的变化。下列分析合理的是( )
A．与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低
B．在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C．制约x点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D．制约z点光合作用的因素可能是CO2浓度
答案 D
解析 与y点相比较，x点时，光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C3还原减少，C3含量较高，A错误；题述温度已是最适温度，若再提高温度，会降低光合作用速率，B错误；制约x点光合作用的因素主要是光照强度，C错误；图Ⅰ曲线上的z点，已在最适温度下，提高光照强度，光合速率不再提高，表明此点限制光合速率的因素不是温度和光照强度，可能是CO2浓度，D正确。
14．下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
答案 D
解析 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，甲、乙温度的高低，A错误；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，净光合速率应先升高后降低，B错误；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，C错误；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够强时，较高的CO2浓度下净光合速率较大，D正确。
15．电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：
(1)第1组实验的作用是__________________________________________________________。在饱和光照强度下，该实验的自变量是_______________________________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明_________________________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是__________________________________________________。
答案 (1)对照 电场强度和CO2浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增加电场强度和提高CO2浓度
解析 (1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组实验和第2组实验对比，二者的自变量为电场强度，第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组实验，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。
考向二 光合作用影响因素的探究实验分析
16．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片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是( )
A．在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸
答案 B
解析 ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气产生速率加快，净光合速率逐渐增大，A项错误；根据题意可知，上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小，B项正确；通过图乙分析可以找到净光合作用的最适温度，C项错误；虽然抽气后叶片不含氧气，但实验过程中的光照可以引起光合作用产生氧气，故实验过程中叶片能进行有氧呼吸，D项错误。
方法点拨 “叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
17．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_______。
答案 (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
解析 (1)由题意可知，图甲是研究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置，图甲中NaHCO3溶液的作用是维持广口瓶内CO2的稳定。(2)实验的自变量是光照强度，可以用不同瓦数的电灯泡或改变灯与广口瓶之间的距离控制光照强度的变化。(3)该实验通过液滴移动的距离表示光合作用强度，由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动，因此为了消除物理因素对实验结果的干扰，可以将装置中的茉莉花换成等量死花，其他设置与装置甲一样，纠正无关变量对实验结果的影响。(4)用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动说明光合作用产生的氧气量与有氧呼吸消耗的氧气量相等，即光合作用强度与细胞呼吸强度相等。
1．叶绿体中的色素有4种，即叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。
2．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
3．吸收光能的四种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
4．叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
5．光合作用释放的O2来自H2O。
6．光反应阶段就是叶绿体中的色素吸收光能，将H2O分解成[H]和O2，同时形成ATP的过程。
7．暗反应过程是在叶绿体基质内，在多种酶催化下完成的，包括CO2的固定和C3的还原等过程。
8．停止供水后，光合速率下降，原因是：一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的暗反应，导致光合作用速率下降。
1．(2019·全国Ⅰ，3)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( )
A．水、矿质元素和空气
B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤
D．光、矿质元素和空气
答案 A
解析 黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；还可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。
2．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A
解析 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。
3．(2017·天津，6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D
解析 由于突变型水稻叶片的叶绿素含量较少，由图可知，光照强度低于P时，突变型的光合作用光反应强度低于野生型，A项正确；由于突变型水稻中固定CO2酶的活性显著高于野生型，由图可知，光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，光照强度没有达到光饱和点，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，C项正确；P点并未达到突变型光合作用的光饱和点，故光照强度高于P点小于光饱和点时限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，D项错误。
4．(2015·安徽，2)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( )
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C5中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
答案 C
解析 CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗，A项错误；暗反应中，CO2不能直接被[H]还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，一部分C3被[H]还原，经一系列变化形成糖类，另一部分C3经一系列变化形成C5，B项错误、C项正确；在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]、ATP减少，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量升高，C5含量下降，D项错误。
5．(2018·全国Ⅰ，30)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。
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
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。
一、选择题
1．(2019·安徽合肥九中暑期检测)在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。 以下哪项科学实验能证明这一假说( )
A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以更新空气的实验
B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光的实验
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验
答案 C
解析 英格豪斯通过实验证明了植物更新空气必须在光下才能进行，没有涉及能量的转化，A错误；恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，证明了光合作用的有效光是红光和蓝紫光，该实验没有涉及能量的转化，B错误；萨克斯将暗处理的叶片一半曝光、一半遮光，用碘液证明了光合作用产生淀粉，从而证明了光能转化为淀粉中稳定的化学能，C正确；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的O2来自水，没有涉及能量的转化，D错误。
2．(2019·广东六校一模)提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是( )
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素 b 较多
D．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
答案 C
解析 黄化叶片也可见叶黄素和胡萝卜素的色素带，未见色素带的原因可能是层析液没及滤液细线而使色素溶解于层析液，A、B错误；叶绿素含量比类胡萝卜素多，故提取液常呈绿色，C正确；叶绿体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，胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为在层析液(而不是提取液)中溶解度最高，D错误。
3．下列有关叶绿体的叙述，正确的是( )
A．叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATP
B．经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类
C．叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达
D．叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
答案 D
解析 叶绿体只有在光下才能发生光反应形成ATP，黑暗中叶绿体内不具有形成ATP的条件，A错误；经黑暗处理过的叶肉细胞会向其他部位输出淀粉和消耗糖类等有机物，但叶绿体中的DNA、RNA中分别含有脱氧核糖、核糖，B错误；RNA聚合酶在细胞中普遍存在，没有体现基因的选择性表达，C错误；叶绿体产生O2在类囊体薄膜上进行，线粒体产生H2O在线粒体内膜上进行，D正确。
4．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，下列分析正确的是( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱
答案 C
解析 光斑照射前，有O2释放，说明植物细胞能进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是先增加后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H]，C项正确；移开光斑后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
5．为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是( )
A．黑暗中进行，结果表明：H＋能通过自由扩散进入类囊体
B．光照下进行，结果支持：合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推动ATP合成
D．光照下进行，结果表明：光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原
答案 C
解析 H＋通过主动运输进入类囊体，A错误；光照下进行，题干信息无法得出合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能，B错误；题干中类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，说明ATP的合成与H＋浓度差有关，类囊体内外产生H＋浓度差，从而推动ATP合成，C正确；暗反应的场所是叶绿体基质，不是类囊体，因此，此实验不能表明光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原，D错误。
6．下列对光合作用图解分析，不正确的是( )
A．图示为真核生物的光合作用过程
B．若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升
C．图中①为O2，②为ATP
D．若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类
答案 B
解析 由于有叶绿体的存在，所以应为真核生物的光合作用过程，A正确；若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低，B错误；图中①为H2O的分解产物O2，②为光反应为暗反应提供的ATP，C正确；光反应中H2O分解产生[H]，为暗反应提供还原剂，并进入到有机物中，D正确。
7．如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内，光合作用过程中C3、C5化合物的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量的变化、C5含量的变化分别相当于曲线中的( )
A．c→d段(X)，b→c段(Y)
B．d→e段(X)，d→e段(Y)
C．d→e段(Y)，c→d段(X)
D．b→c段(Y)，b→c段(X)
答案 B
解析 由光照强烈转向阴天时，光反应提供的ATP、[H]减少，导致C3还原过程减弱，故叶绿体中C3含量增多，相当于曲线中d→e段(X)；但CO2的固定仍在进行，故C5含量减少，相当于曲线中d→e段(Y)，B正确。
8．(2019·安徽宣城调研)科研人员研究不同温度和光照强度下菠菜叶片的净光合速率的变化情况，结果如下图。下列分析不正确的是( )
A．温度通过影响酶活性对光合作用的影响只与暗反应有关
B．此实验中CO2浓度是无关变量，各组间需保持相同且适宜
C．温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜光合速率为6 μmol·m－2·s－1
D．菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度
答案 A
解析 温度通过影响酶活性对光合作用的影响与光反应和暗反应均有关，A错误；本实验的自变量是光照强度与温度，因变量是净光合速率，CO2浓度等其他因素是无关变量，应保持相等且适宜，B正确；据图可知，温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下，菠菜净光合速率为2 μmol·m－2·s－1，呼吸速率为4 μmol·m－2·s－1，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，可知，此时其光合速率为6 μmol·m－2·s－1，C正确；比较30 ℃和40 ℃的光合速率和呼吸速率，可知进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度。
9．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析，错误的是( )
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、C5均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
答案 A
解析 在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖，A错误；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质，B正确；由图可知，CO2与PEP、C5结合分别形成OAA和PGA，C正确；液泡内的液体称为细胞液，夜间时苹果酸进入细胞液中，使细胞液pH下降，D正确。
10．研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例，光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。下列相关叙述错误的是( )
组别
起始时水中18O的比例(%)
起始时HCO中18O的比例(%)
释放的O2中18O的比例(%)
1
0.85
0.41
0.84
2
0.85
0.55
0.85
3
0.85
0.61
0.85
A．18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的
B．HCO可为小球藻的光合作用提供碳元素
C．HCO中18O的比例不同导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，推测O2中的氧原子来自水
答案 C
解析 光合作用光反应阶段，水在光下分解释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供碳元素，B正确；据表中数据可知，释放的O2中18O的比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，C错误；释放的O2中18O的比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，推知O2中的氧原子来自水，D正确。
二、非选择题
11．提高植物对CO2的同化能力以提高农作物产量一直是科学家关心的问题， 根据以下有关研究过程回答问题：
(1)卡尔文等在研究植物对CO2的固定过程如下：首先为了探明碳的途径：将____标记的CO2注入培养小球藻的密闭容器，定时取样，每次将小球藻浸入热的乙醇中，其作用是_______(至少答出两点)，然后应用双向纸层析法使得提取物____________，再通过放射自显影分析放射性上面的斑点，并与已知化学成分进行比较。其次按反应顺序找到生成的各种化合物：不断缩短时间取样，若依次测定出的化合物种类为ABC——AB——A，找到含有放射性的化合物C3、C5和C6 等。你认为字母A表示以上哪种化合物________。
(2)在生产实践中，增施CO2是提高温室植物产量的主要措施之一。研究者以黄瓜为材料进行实验发现：增施CO2时间过长，植物光合作用反而会减弱。
原因是：一方面是淀粉积累会________光合作用，另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的__________________________等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温提高了植物的__________。请根据本研究的结果，对解决“长时间增施CO2抑制光合作用”这一问题，提出两项合理化建议：______________________________________________(至少答出两点)。
答案 (1)14C 杀死细胞、使酶失活、提取细胞中的有机物 分离 C3 (2)抑制 ATP、ADP、酶、NADPH 细胞呼吸 适当升温、控制增施CO2的时间、间断供给CO2、加强对植物氮素营养的补充
解析 (1)为研究CO2中C的转移途径，可将14C标记的CO2注入培养小球藻的密闭容器，定时取样，并检测出现放射性的产物。乙醇能使蛋白质变性，用热乙醇处理细胞，会使酶变性失活，从而杀死细胞，提取细胞中的有机物。细胞内的提取物在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，可依据此原理用双向纸层析法使得提取物分离开来。卡尔文等向密闭容器中通入14CO2，反应时间越短，出现放射性的物质种类越少，根据光合作用暗反应过程，可知最先出现的放射性物质应为C3化合物。
(2)增施CO2时间过长，植物光合作用反而会减弱，可能的原因是：一方面是淀粉积累会抑制光合作用，另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的ATP、ADP、酶、NADPH等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温提高了植物的细胞呼吸，提高了细胞对糖的利用率。通过上述分析，要解决“长时间增施CO2抑制光合作用”这一问题，可通过适当升温以降低淀粉的含量、或控制增施CO2的时间(或间断供给CO2)、以及加强对植物氮素营养的补充等途径。
12．(2020·四川南充检测)阳生植物要求充分直射日光，才能生长或生长良好，阴生植物适宜生长在隐蔽(处于漫射光中，其较短波长的光占优势)环境中。阳生植物和阴生植物的光合作用强度与光照强度的关系如图甲；叶绿体中色素的吸收光谱如图乙。请分析回答下列问题：
(1)当光照强度为A时，阳生植物的实际光合作用强度为________(以CO2的固定量来表示)：阴生植物光饱和点是________点。
(2)阳生植物和阴生植物适应的光照不同，这与它们的生理特性和形态结构特征不同有关。据图甲推测，从叶绿体结构的角度分析：在较低光照下阴生植物光合作用强度大于阳生植物的原因是__________________________；结合图乙曲线特点，从叶绿素种类及相对含量的角度分析在较低光照下阴生植物光合作用强度大于阳生植物的原因是________________。
答案 (1)4 B (2)阴生植物的基粒较大，基粒上的类囊体数目多 阴生植物的叶绿素b与叶绿素a的比值大于阳生植物(或阴生植物叶绿素b相对含量高、叶绿素a相对含量低)
解析 (1)光照强度为A时，对应阳生植物的光补偿点，此时光合速率＝呼吸速率＝4。据图可知，阴生植物的光饱和点为B点。
(2)由图甲可知，在较低光照下，阴生植物的光合作用强度大于阳生植物，可能是阴生植物的基粒较大，类囊体较多，色素较多，有利于吸收光能；由图乙分析可知，阴生植物叶绿素b相对含量较高，叶绿素a相对含量低。
13．(2019·广东肇庆二模)植物光合作用合成的糖类会从叶肉经果柄运输到果实。在夏季晴朗的白天，科研人员用14CO2供给某种绿色植物的叶片进行光合作用，一段时间后测定叶肉、果柄和果实中糖类的放射性强度，结果如下表所示。回答下列问题：
项目
放射性强度(相对值)
葡萄糖
果糖
蔗糖
叶肉
36
42
8
果柄
很低
很低
41
果实
36
36
26
(1)本实验在探究糖类的运行和变化规律时运用了__________法。
(2)推测光合作用合成的糖类主要以______的形式从叶肉运输到果实，理由是________。
(3)与果柄相比，果实中蔗糖的放射性强度下降的原因是__________________________。
(4)在上述实验中，如果在植物进行光合作用一段时间后，突然停止光照，同时使植物所处的温度下降至2 ℃，短时间内该植物叶肉细胞中14C3的放射性强度基本不变，原因是__________________________________________________________________________。
答案 (1)同位素标记 (2)蔗糖 果柄中蔗糖的放射性强度较高，而葡萄糖和果糖的放射性强度很低 (3)果实中有一部分蔗糖分解成了葡萄糖和果糖 (4)停止光照，[H]和ATP的含量降低，低温抑制了酶的活性，14C3的消耗速率与合成速率均减慢，所以14C3的放射性强度基本不变
解析 (1)由题意“用14CO2供给某种绿色植物的叶片进行光合作用”可知：本实验在探究糖类的运行和变化规律时运用了同位素标记法。
(2)叶肉细胞中的叶绿体通过光合作用合成糖类。表中信息显示：叶肉细胞中的蔗糖的放射性强度较低，果柄中蔗糖的放射性强度较高，而果柄中葡萄糖和果糖的放射性强度均很低，据此可说明光合作用合成的糖类主要以蔗糖的形式从叶肉运输到果实。
(3)与果柄相比，果实中有一部分蔗糖分解成了葡萄糖和果糖，所以果实中蔗糖的放射性强度下降。
(4)突然停止光照，光反应停止，光反应产生的[H]和ATP的含量降低，同时植物因所处的温度下降至2 ℃而低温又抑制了酶的活性，导致14C3的消耗速率与合成速率均减慢，所以短时间内该植物叶肉细胞中14C3的放射性强度基本不变。
第9讲 光与光合作用
[考纲要求] 1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。3.实验：叶绿体色素的提取和分离。
1．实验原理
2．实验步骤
3．实验结果
色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢
1．实验注意事项和目的
注意事项
操作目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量二氧化硅和碳酸钙
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
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
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直
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
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
2．实验出现异常的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入大量的无水乙醇，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
⑦滤液细线触及层析液。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线触及层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
考向一 实验的基本原理和过程分析
1．(2019·黑龙江大庆实验中学第一次月考)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是( )
A．绿叶中的色素只能溶解在无水乙醇中
B．层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液
C．制备滤纸条时用圆珠笔画横线更方便
D．若研磨绿叶时没有加入碳酸钙，则提取不到光合色素
答案 B
解析 绿叶中的色素能溶解在丙酮、无水乙醇等有机溶剂中，A错误；层析分离时必须确保滤液细线不触及层析液，否则色素会溶解在层析液中，B正确；圆珠笔笔油中有色素，因此制备滤纸条时应该用铅笔画横线，C错误；碳酸钙的作用是防止叶绿素被破坏，因此没有加入碳酸钙会导致层析后滤纸条上的叶绿素带颜色较浅，D错误。
2．如图表示新鲜菠菜叶中四种色素的相对含量及其在滤纸上的分离情况，下列分析错误的是( )
A．叶绿体中的四种色素均分布在类囊体薄膜上
B．四种色素均可吸收蓝紫光
C．四种色素在层析液中溶解度最大的是Ⅲ
D．发黄的菠菜叶色素含量显著减少的是Ⅲ和Ⅳ
答案 C
解析 叶绿体中的四种色素均分布在类囊体薄膜上，A正确；四种叶绿体色素均可吸收蓝紫光，B正确；根据图中显示的四种色素的相对含量及其与滤液细线的距离，可以推知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ所指的色素分别是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，四种色素在层析液中溶解度最大的是Ⅰ，C项错误；菠菜叶中的叶绿素a(呈蓝绿色)和叶绿素b(呈黄绿色)分解，导致胡萝卜素(呈橙黄色)、叶黄素(呈黄色)的颜色显示出来，发黄的菠菜叶中色素含量显著减少的是Ⅲ和Ⅳ，D正确。
考向二 实验的拓展分析
3．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果依次应为( )
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－
A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
答案 B
解析 甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应③，B正确。
4．(2019·江苏安宜中学测试)如图是利用新鲜的菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布情况，下列说法正确的是( )
A．①是叶黄素，②是胡萝卜素，它们是类胡萝卜素
B．③是叶绿素b，其含量最多
C．④的溶解度最高，扩散速度最慢
D．菠菜叶如果放置时间过长，实验中③④色素带宽度会变窄
答案 D
解析 滤纸条上色素带①②③④依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，叶绿素a含量最多，A、B错误；四种色素中，①胡萝卜素溶解度最高，扩散速度最快，④叶绿素b溶解度最低，扩散速度最慢，C错误；放置时间过长的菠菜叶叶绿素会被破坏，导致叶绿素a、叶绿素b色素带宽度变窄，D正确。
1．捕获光能的色素及色素的吸收光谱
由图可以看出：
(1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)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。
2．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构
↓决定
(3)功能：进行光合作用的场所。
3．光合作用的探究历程(连线)
教材拾遗 (1)温室大棚种植蔬菜时，应选用无色透明的玻璃、塑料薄膜或者补充蓝紫光更有利于植物的光合作用。(P99与社会的联系)
(2)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。(P100拓展题)
(1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素( √ )
(2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同( √ )
(3)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的( × )
(4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中( × )
(5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积( × )
易错警示 关于光合色素的4点提醒
(1)可进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体(如蓝藻等)，但是都含有光合色素。
(2)叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
(3)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
(4)植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
考向一 捕获光能的色素和结构分析
5．(2020·邯郸调研)下列关于光合色素的叙述，正确的是( )
A．变红枫叶叶绿体中红色的色素增加，叶绿素含量降低
B．高等植物叶片中橙黄色的色素是叶黄素
C．蓝藻的类囊体薄膜上有叶绿素和藻蓝素
D．高等植物的叶绿体基质中不含光合色素
答案 D
解析 变红枫叶的红色的色素存在液泡中，不影响叶绿体中的叶绿素，A错误；高等植物叶片中橙黄色的色素是胡萝卜素，B错误；蓝藻没有叶绿体，没有类囊体薄膜，C错误；高等植物的叶绿体基质中不含光合色素，光合色素位于类囊体薄膜上，D正确。
6．如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是( )
A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
答案 C
解析 ①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性，A项正确；③为类囊体，其上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色，B项正确；叶绿素中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋，C项错误；在类囊体上形成的产物[H]和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量，D项正确。
考向二 探究光合作用的相关实验分析
下面是光合作用探究历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
提示 选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是什么？
提示 排除氧气和极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？
提示 消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？
提示 防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的？
提示 恩格尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
7．(2019·吉林“五地六校”联考)把一株牵牛花在黑暗中放置一昼夜，然后利用下图装置进行实验。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
答案 B
解析 图中NaOH的作用是吸收CO2，所以该装置可以用于验证光合作用需要CO2，A正确；图中没有检验O2的手段，B错误；图中铝箔的作用是遮光，从而证明光合作用需要光，C正确；图中白斑叶片分为绿色部分和白色部分，可以用于验证光合作用需要叶绿体，D正确。
8．科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。
实验组别
光照时间(s)
放射性物质分布
1
2
三碳化合物
2
20
12种磷酸化糖类
3
60
除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是( )
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组光照后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
答案 C
解析 培养液中通入14CO2研究有机物的种类及分布，暗反应利用的原料是CO2，A正确；光照后对酶处理使其失活，才能阻碍反应的进一步进行，才能测定放射性物质的分布，B正确；根据光照时间分析，CO2进入叶绿体后，最初形成的是大量三碳化合物，C错误；根据表中物质，光合作用的产物还有氨基酸和有机酸等，D正确。
1．光合作用概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2．过程
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(3)元素的转移途径
①H：3H2O[3H](C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：H218O18O2；C18O2C3(CH218O)。
4．光反应和暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
条件
光、色素、酶
ATP、[H]、CO2、多种酶
场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原、ATP的分解
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
5．光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
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
教材拾遗 (1)同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。(P102)
(2)光合作用过程中的[H]和呼吸作用中的[H]不同，是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)的简化表示方法。(P103相关信息)
(3)绿色植物和化能合成菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。(P105)
(1)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中( × )
(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉( × )
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、[H]和CO2后，可完成暗反应过程( √ )
(4)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，原因是光反应强度和暗反应强度都降低( √ )
(5)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止( × )
(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H]，二者还原的物质不同( √ )
(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类( √ )
易错警示 对光合作用过程的4点说明
(1)C3和C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
(2)暗反应不直接需要光，但是如果没有光，光反应停止后，暗反应很快也会停止。
(3)光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
(4)叶绿体产生的ATP只能用于暗反应(C3的还原)，不能用于细胞中其他部位的生命活动。
考向一 光合作用过程的综合分析
下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。
(1)图中所示的过程属于光合作用的光反应阶段，甲为类囊体薄膜。
(2)图中a为氧气，b为NADPH，当外界CO2浓度升高时，b的含量会暂时下降。
(3)该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中。
(4)乙为叶绿体基质，是光合作用暗反应的场所。
(5)图中的ATP一般不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动。
9．(2019·宁夏银川一中模拟)植物叶片中有一种酶，其功能是催化反应C5＋CO2→2C3。对这种酶的叙述合理的是( )
A．提高CO2浓度，不能增强该酶活性
B．在低温环境中会失活，导致光合速率降低
C．主要分布在细胞质基质中
D．由叶绿体中的基因控制合成，与细胞核基因无关
答案 A
解析 提高CO2浓度可以加速CO2的固定，但是不能提高酶的活性，A正确；低温会导致酶的活性降低，但不会使酶失活，B错误；分析题干可知，该酶分布于叶绿体基质中，催化CO2的固定过程，C错误；题干中没有显现该酶是叶绿体基因还是核基因控制合成的，D错误。
10．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[H]
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性
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
解析 图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH([H])、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确、B项错误；18O2H218OC18O2(CH218O)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
1．环境条件改变时光合作用中相关物质的含量变化
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时，C3的含量变化
(2)物质含量变化
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含量
增加
减少
减少
增加
C5含量
减少
增加
增加
减少
[H]和ATP的含量
减少
增加
增加
减少
(CH2O)的合成量
减少
增加
减少
增加
2．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。
11．(2019·福建厦门湖滨中学第一次阶段检测)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，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C5/C3的值减小
B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
答案 B
解析 突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增加，A错误；突然中断CO2供应，导致C3含量减少，进而使ATP和[H]含量增加，所以暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，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含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，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的值增加，D错误。
12．(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是___________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要______，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着_____________的增加，使光下产生的______________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案 (1)高于 C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94% 光照 基质 (2)光照和黑暗交替频率 ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)
解析 (1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用，暗反应消耗了ATP和[H]，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以单位光照时间内，C组合成有机物的量高于D组。光合产物的生成场所为叶绿体基质。
(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5 s，但是处理方法不同，结果也不一样，并且单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用产物相对量越高，可知光照时产生的ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用，还原C3生成糖类等有机物及C5，C5继续与CO2结合，因此提高了光合作用中CO2的同化量。
1．光照强度
(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强。
⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是：光合色素含量、酶的数量和活性；外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)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，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线分析
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点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(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：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
(2)曲线
(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．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
(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
考向一 光合作用影响因素的相关曲线分析
据图分析多因素对光合作用的影响
(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？
提示 P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因素，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因素还是影响光合速率的主要因素吗？此时的限制因素分别是什么？
提示 Q点之后横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因素，此时的主要影响因素依次为温度、CO2浓度和光照强度。
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
提示 有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用。
13．(2019·黑龙江哈尔滨师大附中开学考)如图曲线Ⅰ表示黄豆在最适温度、CO2浓度为0.03%的环境中光合作用速率与光照强度的关系。在y点时改变某条件，结果发生了如图曲线Ⅱ的变化。下列分析合理的是( )
A．与y点相比较，x点时叶绿体中C3含量低
B．在y点时，适当升高温度可导致曲线由Ⅰ变为Ⅱ
C．制约x点光合作用的因素主要是叶绿体中色素的含量
D．制约z点光合作用的因素可能是CO2浓度
答案 D
解析 与y点相比较，x点时，光照强度较弱，光反应提供的[H]和ATP较少，C3还原减少，C3含量较高，A错误；题述温度已是最适温度，若再提高温度，会降低光合作用速率，B错误；制约x点光合作用的因素主要是光照强度，C错误；图Ⅰ曲线上的z点，已在最适温度下，提高光照强度，光合速率不再提高，表明此点限制光合速率的因素不是温度和光照强度，可能是CO2浓度，D正确。
14．下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
答案 D
解析 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，甲、乙温度的高低，A错误；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，净光合速率应先升高后降低，B错误；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，C错误；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够强时，较高的CO2浓度下净光合速率较大，D正确。
15．电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：
(1)第1组实验的作用是__________________________________________________________。在饱和光照强度下，该实验的自变量是_______________________________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明_________________________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是__________________________________________________。
答案 (1)对照 电场强度和CO2浓度 (2)强电场可以提高植物的光合作用强度 (3)增加电场强度和提高CO2浓度
解析 (1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组实验和第2组实验对比，二者的自变量为电场强度，第2组实验的净光合作用强度大于第1组实验，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组实验，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。
考向二 光合作用影响因素的探究实验分析
16．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片，再用气泵抽出气体直至叶片沉底，然后将等量的叶圆片转至不同温度的NaHCO3(等浓度)溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿叶片上浮至液面所用的平均时间(图乙)。下列相关分析正确的是( )
A．在ab段，随着水温的增加，净光合速率逐渐减小
B．上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小
C．通过图乙分析可以找到真正光合作用的最适温度
D．因为抽气后不含氧气，实验过程中叶片不能进行有氧呼吸
答案 B
解析 ab段，随着水温的增加，叶圆片上浮至液面所需要的时间缩短，说明氧气产生速率加快，净光合速率逐渐增大，A项错误；根据题意可知，上浮至液面的时间可反映净光合速率的相对大小，B项正确；通过图乙分析可以找到净光合作用的最适温度，C项错误；虽然抽气后叶片不含氧气，但实验过程中的光照可以引起光合作用产生氧气，故实验过程中叶片能进行有氧呼吸，D项错误。
方法点拨 “叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
17．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_______。
答案 (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
解析 (1)由题意可知，图甲是研究光照强度对茉莉花光合作用强度影响的实验装置，图甲中NaHCO3溶液的作用是维持广口瓶内CO2的稳定。(2)实验的自变量是光照强度，可以用不同瓦数的电灯泡或改变灯与广口瓶之间的距离控制光照强度的变化。(3)该实验通过液滴移动的距离表示光合作用强度，由于气压变化等物理因素也可以导致液滴移动，因此为了消除物理因素对实验结果的干扰，可以将装置中的茉莉花换成等量死花，其他设置与装置甲一样，纠正无关变量对实验结果的影响。(4)用40 W灯泡照射时，红色液滴没有发生移动说明光合作用产生的氧气量与有氧呼吸消耗的氧气量相等，即光合作用强度与细胞呼吸强度相等。
1．叶绿体中的色素有4种，即叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素。
2．叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。
3．吸收光能的四种色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上。
4．叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
5．光合作用释放的O2来自H2O。
6．光反应阶段就是叶绿体中的色素吸收光能，将H2O分解成[H]和O2，同时形成ATP的过程。
7．暗反应过程是在叶绿体基质内，在多种酶催化下完成的，包括CO2的固定和C3的还原等过程。
8．停止供水后，光合速率下降，原因是：一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的暗反应，导致光合作用速率下降。
1．(2019·全国Ⅰ，3)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( )
A．水、矿质元素和空气
B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤
D．光、矿质元素和空气
答案 A
解析 黄瓜幼苗可以吸收水，增加鲜重；也可以从土壤中吸收矿质元素，合成相关的化合物；还可以利用大气中二氧化碳进行光合作用制造有机物增加细胞干重。植物光合作用将光能转化成了有机物中的化学能，并没有增加黄瓜幼苗的质量，故黄瓜幼苗在光照下增加的质量来自水、矿质元素、空气。综上所述，A项符合题意。
2．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是( )
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案 A
解析 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。
3．(2017·天津，6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。下图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。叙述错误的是( )
A．光照强度低于P时，突变型的光反应强度低于野生型
B．光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案 D
解析 由于突变型水稻叶片的叶绿素含量较少，由图可知，光照强度低于P时，突变型的光合作用光反应强度低于野生型，A项正确；由于突变型水稻中固定CO2酶的活性显著高于野生型，由图可知，光照强度高于P时，突变型的暗反应强度高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，光照强度没有达到光饱和点，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，C项正确；P点并未达到突变型光合作用的光饱和点，故光照强度高于P点小于光饱和点时限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，D项错误。
4．(2015·安徽，2)如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是( )
A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C5中的化学能
B．CO2可直接被[H]还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
答案 C
解析 CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗，A项错误；暗反应中，CO2不能直接被[H]还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，一部分C3被[H]还原，经一系列变化形成糖类，另一部分C3经一系列变化形成C5，B项错误、C项正确；在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的[H]、ATP减少，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量升高，C5含量下降，D项错误。
5．(2018·全国Ⅰ，30)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。
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
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。
一、选择题
1．(2019·安徽合肥九中暑期检测)在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。 以下哪项科学实验能证明这一假说( )
A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以更新空气的实验
B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红光和蓝紫光的实验
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自水的实验
答案 C
解析 英格豪斯通过实验证明了植物更新空气必须在光下才能进行，没有涉及能量的转化，A错误；恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，证明了光合作用的有效光是红光和蓝紫光，该实验没有涉及能量的转化，B错误；萨克斯将暗处理的叶片一半曝光、一半遮光，用碘液证明了光合作用产生淀粉，从而证明了光能转化为淀粉中稳定的化学能，C正确；鲁宾和卡门用同位素标记法证明光合作用释放的O2来自水，没有涉及能量的转化，D错误。
2．(2019·广东六校一模)提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是( )
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素 b 较多
D．胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为其在提取液中的溶解度最高
答案 C
解析 黄化叶片也可见叶黄素和胡萝卜素的色素带，未见色素带的原因可能是层析液没及滤液细线而使色素溶解于层析液，A、B错误；叶绿素含量比类胡萝卜素多，故提取液常呈绿色，C正确；叶绿体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，胡萝卜素处于滤纸条最上方，是因为在层析液(而不是提取液)中溶解度最高，D错误。
3．下列有关叶绿体的叙述，正确的是( )
A．叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATP
B．经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类
C．叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达
D．叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
答案 D
解析 叶绿体只有在光下才能发生光反应形成ATP，黑暗中叶绿体内不具有形成ATP的条件，A错误；经黑暗处理过的叶肉细胞会向其他部位输出淀粉和消耗糖类等有机物，但叶绿体中的DNA、RNA中分别含有脱氧核糖、核糖，B错误；RNA聚合酶在细胞中普遍存在，没有体现基因的选择性表达，C错误；叶绿体产生O2在类囊体薄膜上进行，线粒体产生H2O在线粒体内膜上进行，D正确。
4．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，下列分析正确的是( )
A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和暗反应迅速同步增加
C．光斑照射后，暗反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和暗反应迅速同步减弱
答案 C
解析 光斑照射前，有O2释放，说明植物细胞能进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而暗反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是先增加后降低，说明暗反应对光反应有限制作用，原因是暗反应不能及时消耗光反应产生的ATP和[H]，C项正确；移开光斑后，光反应迅速减弱，而暗反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
5．为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是( )
A．黑暗中进行，结果表明：H＋能通过自由扩散进入类囊体
B．光照下进行，结果支持：合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推动ATP合成
D．光照下进行，结果表明：光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原
答案 C
解析 H＋通过主动运输进入类囊体，A错误；光照下进行，题干信息无法得出合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能，B错误；题干中类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，说明ATP的合成与H＋浓度差有关，类囊体内外产生H＋浓度差，从而推动ATP合成，C正确；暗反应的场所是叶绿体基质，不是类囊体，因此，此实验不能表明光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原，D错误。
6．下列对光合作用图解分析，不正确的是( )
A．图示为真核生物的光合作用过程
B．若突然停止CO2供应，则短时间内三碳化合物的含量将上升
C．图中①为O2，②为ATP
D．若用3H标记的H2O进行示踪，可发现H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类
答案 B
解析 由于有叶绿体的存在，所以应为真核生物的光合作用过程，A正确；若突然停止CO2的供应，则短时间内三碳化合物的形成减少，消耗不变，含量降低，B错误；图中①为H2O的分解产物O2，②为光反应为暗反应提供的ATP，C正确；光反应中H2O分解产生[H]，为暗反应提供还原剂，并进入到有机物中，D正确。
7．如图所示某阳生植物细胞在夏季晴天某一天内，光合作用过程中C3、C5化合物的数量变化。若第二天中午天气由光照强烈转向阴天时，叶绿体中C3含量的变化、C5含量的变化分别相当于曲线中的( )
A．c→d段(X)，b→c段(Y)
B．d→e段(X)，d→e段(Y)
C．d→e段(Y)，c→d段(X)
D．b→c段(Y)，b→c段(X)
答案 B
解析 由光照强烈转向阴天时，光反应提供的ATP、[H]减少，导致C3还原过程减弱，故叶绿体中C3含量增多，相当于曲线中d→e段(X)；但CO2的固定仍在进行，故C5含量减少，相当于曲线中d→e段(Y)，B正确。
8．(2019·安徽宣城调研)科研人员研究不同温度和光照强度下菠菜叶片的净光合速率的变化情况，结果如下图。下列分析不正确的是( )
A．温度通过影响酶活性对光合作用的影响只与暗反应有关
B．此实验中CO2浓度是无关变量，各组间需保持相同且适宜
C．温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下菠菜光合速率为6 μmol·m－2·s－1
D．菠菜叶片进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度
答案 A
解析 温度通过影响酶活性对光合作用的影响与光反应和暗反应均有关，A错误；本实验的自变量是光照强度与温度，因变量是净光合速率，CO2浓度等其他因素是无关变量，应保持相等且适宜，B正确；据图可知，温度为40 ℃，光照为1 500 lx条件下，菠菜净光合速率为2 μmol·m－2·s－1，呼吸速率为4 μmol·m－2·s－1，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，可知，此时其光合速率为6 μmol·m－2·s－1，C正确；比较30 ℃和40 ℃的光合速率和呼吸速率，可知进行光合作用的最适温度低于细胞呼吸的最适温度。
9．百合以气孔白天关闭、夜间开放的特殊方式适应高温干旱环境。下图为百合叶肉细胞内的部分代谢示意图，据图分析，错误的是( )
A．图中B物质可能是葡萄糖
B．线粒体和细胞质基质均能产生CO2
C．PEP、C5均能与CO2结合
D．夜间细胞液pH可能会下降
答案 A
解析 在有氧呼吸过程中，进入线粒体的是丙酮酸，而不是葡萄糖，A错误；由图可知，光合作用(叶绿体)中CO2的来源有两个：一是来自线粒体，二是来自细胞质基质，B正确；由图可知，CO2与PEP、C5结合分别形成OAA和PGA，C正确；液泡内的液体称为细胞液，夜间时苹果酸进入细胞液中，使细胞液pH下降，D正确。
10．研究者使用同位素18O标记水和碳酸氢钠中的部分氧原子，加入三组小球藻培养液中，记录反应起始时水和碳酸氢钠中18O的比例，光照一段时间后，分别检测小球藻释放的氧气中18O的比例，实验结果如下表所示。下列相关叙述错误的是( )
组别
起始时水中18O的比例(%)
起始时HCO中18O的比例(%)
释放的O2中18O的比例(%)
1
0.85
0.41
0.84
2
0.85
0.55
0.85
3
0.85
0.61
0.85
A．18O2是在小球藻叶绿体的类囊体薄膜上生成的
B．HCO可为小球藻的光合作用提供碳元素
C．HCO中18O的比例不同导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，推测O2中的氧原子来自水
答案 C
解析 光合作用光反应阶段，水在光下分解释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体薄膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供碳元素，B正确；据表中数据可知，释放的O2中18O的比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，C错误；释放的O2中18O的比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，推知O2中的氧原子来自水，D正确。
二、非选择题
11．提高植物对CO2的同化能力以提高农作物产量一直是科学家关心的问题， 根据以下有关研究过程回答问题：
(1)卡尔文等在研究植物对CO2的固定过程如下：首先为了探明碳的途径：将____标记的CO2注入培养小球藻的密闭容器，定时取样，每次将小球藻浸入热的乙醇中，其作用是_______(至少答出两点)，然后应用双向纸层析法使得提取物____________，再通过放射自显影分析放射性上面的斑点，并与已知化学成分进行比较。其次按反应顺序找到生成的各种化合物：不断缩短时间取样，若依次测定出的化合物种类为ABC——AB——A，找到含有放射性的化合物C3、C5和C6 等。你认为字母A表示以上哪种化合物________。
(2)在生产实践中，增施CO2是提高温室植物产量的主要措施之一。研究者以黄瓜为材料进行实验发现：增施CO2时间过长，植物光合作用反而会减弱。
原因是：一方面是淀粉积累会________光合作用，另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的__________________________等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温提高了植物的__________。请根据本研究的结果，对解决“长时间增施CO2抑制光合作用”这一问题，提出两项合理化建议：______________________________________________(至少答出两点)。
答案 (1)14C 杀死细胞、使酶失活、提取细胞中的有机物 分离 C3 (2)抑制 ATP、ADP、酶、NADPH 细胞呼吸 适当升温、控制增施CO2的时间、间断供给CO2、加强对植物氮素营养的补充
解析 (1)为研究CO2中C的转移途径，可将14C标记的CO2注入培养小球藻的密闭容器，定时取样，并检测出现放射性的产物。乙醇能使蛋白质变性，用热乙醇处理细胞，会使酶变性失活，从而杀死细胞，提取细胞中的有机物。细胞内的提取物在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，可依据此原理用双向纸层析法使得提取物分离开来。卡尔文等向密闭容器中通入14CO2，反应时间越短，出现放射性的物质种类越少，根据光合作用暗反应过程，可知最先出现的放射性物质应为C3化合物。
(2)增施CO2时间过长，植物光合作用反而会减弱，可能的原因是：一方面是淀粉积累会抑制光合作用，另一方面是有限的氮素营养被优先分配到淀粉的分解代谢中，因此造成光合作用所需的ATP、ADP、酶、NADPH等含氮化合物合成不足。提高温度能够明显促进淀粉的分解，可能是因为适当升温提高了植物的细胞呼吸，提高了细胞对糖的利用率。通过上述分析，要解决“长时间增施CO2抑制光合作用”这一问题，可通过适当升温以降低淀粉的含量、或控制增施CO2的时间(或间断供给CO2)、以及加强对植物氮素营养的补充等途径。
12．(2020·四川南充检测)阳生植物要求充分直射日光，才能生长或生长良好，阴生植物适宜生长在隐蔽(处于漫射光中，其较短波长的光占优势)环境中。阳生植物和阴生植物的光合作用强度与光照强度的关系如图甲；叶绿体中色素的吸收光谱如图乙。请分析回答下列问题：
(1)当光照强度为A时，阳生植物的实际光合作用强度为________(以CO2的固定量来表示)：阴生植物光饱和点是________点。
(2)阳生植物和阴生植物适应的光照不同，这与它们的生理特性和形态结构特征不同有关。据图甲推测，从叶绿体结构的角度分析：在较低光照下阴生植物光合作用强度大于阳生植物的原因是__________________________；结合图乙曲线特点，从叶绿素种类及相对含量的角度分析在较低光照下阴生植物光合作用强度大于阳生植物的原因是________________。
答案 (1)4 B (2)阴生植物的基粒较大，基粒上的类囊体数目多 阴生植物的叶绿素b与叶绿素a的比值大于阳生植物(或阴生植物叶绿素b相对含量高、叶绿素a相对含量低)
解析 (1)光照强度为A时，对应阳生植物的光补偿点，此时光合速率＝呼吸速率＝4。据图可知，阴生植物的光饱和点为B点。
(2)由图甲可知，在较低光照下，阴生植物的光合作用强度大于阳生植物，可能是阴生植物的基粒较大，类囊体较多，色素较多，有利于吸收光能；由图乙分析可知，阴生植物叶绿素b相对含量较高，叶绿素a相对含量低。
13．(2019·广东肇庆二模)植物光合作用合成的糖类会从叶肉经果柄运输到果实。在夏季晴朗的白天，科研人员用14CO2供给某种绿色植物的叶片进行光合作用，一段时间后测定叶肉、果柄和果实中糖类的放射性强度，结果如下表所示。回答下列问题：
项目
放射性强度(相对值)
葡萄糖
果糖
蔗糖
叶肉
36
42
8
果柄
很低
很低
41
果实
36
36
26
(1)本实验在探究糖类的运行和变化规律时运用了__________法。
(2)推测光合作用合成的糖类主要以______的形式从叶肉运输到果实，理由是________。
(3)与果柄相比，果实中蔗糖的放射性强度下降的原因是__________________________。
(4)在上述实验中，如果在植物进行光合作用一段时间后，突然停止光照，同时使植物所处的温度下降至2 ℃，短时间内该植物叶肉细胞中14C3的放射性强度基本不变，原因是__________________________________________________________________________。
答案 (1)同位素标记 (2)蔗糖 果柄中蔗糖的放射性强度较高，而葡萄糖和果糖的放射性强度很低 (3)果实中有一部分蔗糖分解成了葡萄糖和果糖 (4)停止光照，[H]和ATP的含量降低，低温抑制了酶的活性，14C3的消耗速率与合成速率均减慢，所以14C3的放射性强度基本不变
解析 (1)由题意“用14CO2供给某种绿色植物的叶片进行光合作用”可知：本实验在探究糖类的运行和变化规律时运用了同位素标记法。
(2)叶肉细胞中的叶绿体通过光合作用合成糖类。表中信息显示：叶肉细胞中的蔗糖的放射性强度较低，果柄中蔗糖的放射性强度较高，而果柄中葡萄糖和果糖的放射性强度均很低，据此可说明光合作用合成的糖类主要以蔗糖的形式从叶肉运输到果实。
(3)与果柄相比，果实中有一部分蔗糖分解成了葡萄糖和果糖，所以果实中蔗糖的放射性强度下降。
(4)突然停止光照，光反应停止，光反应产生的[H]和ATP的含量降低，同时植物因所处的温度下降至2 ℃而低温又抑制了酶的活性，导致14C3的消耗速率与合成速率均减慢，所以短时间内该植物叶肉细胞中14C3的放射性强度基本不变。
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