2024年高考生物一轮复习必修1第5章第4节光合作用与能量转化课件

这是一份2024年高考生物一轮复习必修1第5章第4节光合作用与能量转化课件，共60页。PPT课件主要包含了叶绿体类囊体薄膜上，的吸收量大，可见光，红光和蓝紫光，蓝紫光，少绿光被反射出来，叶绿体，二氧化，CO2＋H2O，CH2O＋O2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：____________________________________________。由图可以看出：
①叶绿体中的色素只吸收______，而对红外光和紫外光等不
②叶绿素对____________的吸收量大，类胡萝卜素对_______
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素 a)
(1)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收
(2)植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。(3)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。
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：
NADPH 和 ATP
NADP+、ADP和Pi
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。
3.光合作用和化能合成作用的比较。
4.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、ATP。②图 2 中曲线甲表示 C5、NADPH、ATP，曲线乙表示 C3。③图 3 中曲线甲表示 C5、NADPH、ATP，曲线乙表示 C3。④图 4 中曲线甲表示 C3，曲线乙表示 C5、NADPH、ATP。
考点三 影响光合速率的因素及应用
(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
(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
②图 2 中 A′点表示进行光合作用所需 CO2 的最低浓度。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。(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，合理灌溉和
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。
b：O2；c：_____；d：ADP；e：NADPH；f：____；g：CO2；
(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。
ⅰ.C：CO2ⅱ.H ： H2O
机物。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析。①内在关系。
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.装置烧杯中放入适宜浓度的 NaOH 溶液用于吸收 CO2。
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速率)。ⅱ.测定净光合速率：
a.装置内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速率)。
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)在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂
(2)光合作用中 ATP 的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄
(3)光合作用过程中产生的 ATP 可以为细胞内的各项生命活动
(4)弱光条件下植物没有 O2 的释放，说明未进行光合作用。
(5)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)×
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.(2022 年河北石家庄三模)将正常生长的绿萝盆栽，由夏季中午炎热环境转移到温度适宜但光照强度相同的环境中培养，短时
间内叶绿体会发生的变化是(A.H2O 在光下分解速率减弱B.卡尔文循环减弱C.ADP/ATP 的比值下降D.C3/C5 的比值上升答案：D
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 NADPH
C.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
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
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.(2022 年湖北华中师大一附中模拟)在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有 H2O，没有 CO2)，光照条件下可以释放出 O2，该反应称为希尔反应。结合所学知识，分析下
A.提供水、光合色素和酶，适宜光照等条件下也可能产生 O2B.希尔反应可以证明水的光解产生的 O2 全部来自水D.希尔反应说明有机物的最终合成和水的光解无关
C.希尔反应悬浮液中铁盐的作用与 NADP＋的作用相似
NADP＋的作用相似，能与水光解产生的H＋反应，C正确。希尔反应说明
解析：在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有 CO2)，光照条件下可以释放出 O2，因此只提供水、光合色素和酶，适宜光照等条件，没有提供氧化剂及叶绿体相应完整结构，故不能产生 O2，A 错误。希尔反应的结果仅说明了离体的叶绿体在适当的条件不可以发生水的光解，产生氧气，该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移，因此不能说明所产生的氧气中的氧元素全部来自水，B 错误。希尔反应悬浮液中铁盐的作用与
水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，若要证明有机物的最终合成和水的光解无关，还需要对照实验，D 错误。
2.(2022 年河北张家口三模)1941 年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中产生的氧气的来源，实
验部分过程及结果如下图所示。下列叙述正确的是(
A.18O 不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行
C.该实验的预期结论是光合作用产生的 O2 中的氧部分来自水D.实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的
解析：18O 不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律，A 正确。另一组实验及结果图应为将H218O换成H2O、CO2 换成 C18O2、18O2 换成 O2，其余不变，B 错误。该实验的预期结论是光合作用产生的 O2 中的氧全部来自水，C 错误。小球藻是真核生物，不同于蓝细菌，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D 错误。
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：
将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________
(1)图 b 表示图 a 中的________结构，膜上发生的光反应过程
绿体中电子受体NADP+减少，则图 b 中电子传递速率会________
行实验，用 Fecy或 DCIP 替代 NADP+为电子受体，以相对放氧量
和 ATP 中活跃的化学能。若 CO2 浓度降低，暗反应速率减慢，叶
(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，在离体条件下进
表示光反应速率，实验结果如下表所示。
注：Fecy 具有亲水性，DCIP 具有亲脂性。据此分析：
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。
减慢，叶绿体中电子受体 NADP+减少，则图 b 中的电子去路受阻，
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
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。
答案：(1)类囊体膜 NADPH 减慢
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完整时
②类囊体上的色素吸收光能
③ATP 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.(2022 年广东惠州一模)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列
A.①②过程与光反应的过程完全相同，③④过程与暗反应过
B.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储
C.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温
D. 步骤①需要催化剂，②③④既不需要催化剂也不需消耗
解析：分析题图，①②过程模拟暗反应中二氧化碳的固定，③④过程模拟暗反应中 C3 的还原，A 错误。植物光合作用的本质是利用光能将无机物二氧化碳和水转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，图示过程也将二氧化碳和水转化为淀粉，同时储存能量，二者的本质是相同的，B 正确。由图可知，①过程是利用催化剂在一定条件下进行的化学反应，反应过程较剧烈，②③④是在酶的催化下完成的，反应较温和，C 错误。分析图示可知，图中②③④需要在酶的催化下进行，是由小分子聚合成大分子的反应，为吸能反应，同时需要消耗能量，D 错误。
4.(2022 年广东广州联考)研究发现，通常情况下小球藻在高氮条件下光合作用强，而油脂积累少；在低氮条件下生长缓慢，但能积累较多油脂。为获得油脂生产能力强的小球藻来制造生物燃料，科研人员进行了多组实验。将装有小球藻藻液的锥形瓶放在适宜光照条件下培养，侧壁可见气泡。下图表示小球藻经诱变处理并进行黑暗和光照培养后获得的藻落(由一个小球藻增殖而成的群体)，其中只有一个藻落呈黄色，为小球藻 X，其余藻落均呈绿色，为小球藻 Y。回答下列问题：
(1)小球藻在适宜条件下能进行光合作用，其结构基础之一是叶绿体的类囊体薄膜上附着着许多吸收光能的________分子，在光反应中，该物质吸收的光能的用途是_____________________________________________________________________(答出两点)。
(2)锥形瓶侧壁可见的气泡成分是______。若将锥形瓶置于黑暗条件下也会有气泡产生，则原因是_______________________________________________________________________________。(3)据题意，在同等适宜的条件下，与小球藻 Y 相比，小球藻X 的光合速率较低，可能原因是____________________________________________________________________________________。(4)为检测诱变后的小球藻的油脂生产能力，研究者进行了相关实验，得到下表所示的结果。据表中数据分析，在氮素充足的
情况下，小球藻________更适合用于制造生物燃料，判断依据是_______________________________________________________。
解析：小球藻具有在高氮条件下光合作用强，油脂积累少，在低氮条件下生长较慢，但能积累更多油脂的特点，因此，该实验的目的是根据这一特点，通过一定的方法获得油脂生产能力强的小球藻，用来制造生物燃料。(1)小球藻属于真核生物，叶绿体的类囊体薄膜上附着着许多吸收光能的色素分子，在光反应中，色素吸收的光能可用于水的光解和 ATP 的形成。(2)光照条件下，小球藻的净光合速率大于 0，即光合作用生产的氧气量大于呼吸消耗的氧气量，因此锥形瓶侧壁可见的气泡成分是氧气。将锥形瓶置于黑暗条件下小球藻只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此
小球藻吸收氧气释放 CO2，故黑暗条件下释放的气泡属于小球藻进行细胞呼吸产生的 CO2。(3)根据题意，小球藻 X 的菌落为黄色，含叶绿素少，小球藻 Y 的菌落为绿色，含叶绿素多，因此在同等适宜的条件下，与小球藻 Y 相比，小球藻 X 的光合速率较低，是因为与小球藻 Y 相比，小球藻 X 的叶绿素含量较低，导致光反应产生的 NADPH 和 ATP 不足。(4)据表中数据可知，两种小球藻在高氮条件下的油脂生产能力都高于低氮条件下，且在高氮条件下小球藻 X 的油脂生产能力高于 Y，说明小球藻 X 更适合用于制造生物燃料。
答案：(1)(光合)色素 水的光解和 ATP 的形成(2)O2 在黑暗条件下，小球藻进行细胞呼吸会产生 CO2(3)与小球藻 Y 相比，小球藻 X 的叶绿素含量较低，导致光反应产生的 NADPH 和 ATP 不足
高氮条件下，小球藻 X 的油脂生产能力高于小球藻 Y
考向 3 影响光合作用的因素及应用
[典例 3](2022 年广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养 10 天后(图 a)，测定相关指标(图 b)，探究遮阴比例对植物的影响。
(1)结果显示，与 A 组相比，C 组叶片叶绿素含量________，原因可能是_____________________________________________。(2)比较图 b 中 B1 与 A 组指标的差异，并结合 B2 相关数据，推测 B 组的玉米植株可能会积累更多的________，因而生长更快。(3)某兴趣小组基于上述 B 组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期________一致、生长状态相似的某玉米
实验方法：按图 a 所示的条件，分 A、B、C 三组培养玉米幼苗，每组 30 株；其中以______为对照，并保证除________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是________________________________________________________________________________________。
解析：(1)分析题图 b 结果可知，培养 10 天后，A 组叶绿素含量为 4.2，C 组叶绿素含量为 4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。(2)比较图 b 中 B1 叶绿素含量为 5.3，B2 组的叶绿素含量为 3.9，A 组叶绿素含量为 4.2；B1 净光合速率为 20.5，B2 组的净光合速率为 7.0，A 组净光合速率为 11.8，可推测 B 组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3＋3.9)÷2＝4.6，净光合速率为(20.5＋7.0)÷2＝13.75，两项数据 B 组均高于 A组，推测 B 组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。
(3)分析题意可知，该实验目的是探究 B 组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗 90 株。实验方法：按图 a 所示条件，分为 A、B、C 三组培养玉米幼苗，每组 30 株；其中以 A 组为对照，并保证除遮光条件外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计为比较
各组玉米的平均单株产量。分析讨论为如果 B 组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少。
遮阴条件下植物合成较多的叶绿素 (2)糖类等
具体的最适遮光比例是多少
【考向集训】5.(2021 年广东高考)与野生型拟南芥 WT 相比，突变体 t1 和 t2在正常光照条件下，叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同(图 a，示意图)，造成叶绿体相对受光面积的不同(图 b)，进而引起光合速率差异，但叶绿素含量及其他性状基本一致。在不考虑叶绿体运
动的前提下，下列叙述错误的是(
A.t2 比 t1 具有更高的光饱和点(光合速率不再随光强增加而增
B.t1 比 t2 具有更低的光补偿点(光合吸收 CO2 与呼吸释放 CO2
C.三者光合速率的高低与叶绿素的含量无关D.三者光合速率的差异随光照强度的增加而变大
解析：在正常光照下，t2 中叶绿体的相对受光面积低于 t1，则二者光合作用速率相同时，t2 所需的光照强度高于 t1。因此当二者光合速率分别达到最大时，t2 所需光照强度高于 t1，即 t2 具有比 t1更高的光饱和点，A 正确。在正常光照下，t2 中叶绿体的相对受光
面积低于 t1，当呼吸作用释放 CO2 速率等于光合作用吸收 CO2 速率时，t1 所需光照强度低于 t2，即 t1 比 t2 具有更低的光补偿点，B正确。由题干信息可知，三者的叶绿素含量及其他性状基本一致，因此三者光合速率的高低与叶绿素含量无关，C 正确。正常光照条件下，三者的叶绿体在叶肉细胞中的分布及位置不同，造成叶绿体相对受光面积的不同，从而影响光合速率，超过一定光照强度，三者光合速率的差异不会随着光照强度的增加而变大，D 错误。
6.(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，补充尿素(12 g·m-2)；(3)水＋氮组，补充尿素(12 g·m-2)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
的反应是水光解产生H+和氧气，同时将光能转变成化学能储存在
水分可以促进玉米根系对氮的主动吸收，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，完成
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
ATP 和 NADPH
(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 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-1 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-1 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-1 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
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.(2022 年全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下
A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
解析：培养初期，容器内 CO2 含量逐渐降低，光合速率逐渐减慢，之后光合速率等于呼吸速率，A 错误。初期光合速率减慢，由于光合速率大于呼吸速率，容器内 O2 含量升高，呼吸速率会有所升高，之后保持稳定，B 错误。初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C 错误、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__________________________________________________。
的光能转换为电能，模块2利用电能电解水生成 H＋和 O2，并发生
(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
能量转换的过程。该系统中的模块 1 和模块 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
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
反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块 3 为模块 2 提供的 ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致
块 3 为模块 2 提供的 ADP、Pi 和 NADP+不足
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)
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
一、绿叶中色素的提取和分离
3.实验结果及分析。(1)实验结果。
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素
③色素扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越
[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.(2022 年广州调研)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.绿叶中的色素在滤纸上分离的原理是不同色素在层析液中溶解度不同B.画滤液细线时，应连续、迅速地重复画 1～2 次，保证滤纸条上有足量的色素C.层析时应加盖并适当摇晃烧杯，以加快层析速度D.层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素带会很快随溶剂的挥发而消失
解析：绿叶中色素分离的原理是不同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正确。画滤液细线时，应该等上次画的滤液干后再画，B 错误。层析时应加盖但不能摇晃烧杯，避免滤液细线触及层析液，C 错误。层析完毕后应迅速记录结果的原因是叶绿素在光下容易分解，而不是叶绿素带会随溶剂的挥发而消失，D 错误。
二、探究环境因素对光合作用强度的影响
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯
之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图 1 所示。
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如图 2、3 所示。
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图 4 所示。
[典例 2](2022 年海南高考)某小组为了探究适宜温度下 CO2 对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度 NaHCO3 溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列
A.本实验中，温度、NaHCO3 浓度和光照都属于自变量B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气
C.四组实验中，0.5%NaHCO3 溶液中叶圆片光合速率最高D.若在 4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长
解析：本实验是探究适宜温度下 CO2 浓度对光合作用的影响，自变量为 CO2 浓度(NaHCO3 溶液浓度)，温度、光照为无关变量，A 错误。当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸释放的氧气时，叶圆片上浮，叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率，B 正确。四组实验中，0.5%NaHCO3 溶液中叶圆片上浮需要的时间最长，光合速率最小，C 错误。若在 4 ℃条件下进行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D 错误。
【举一反三】2.(2022 年陕西西安一模)甲图中，A、B 分别为培植于无色透明气球内、质量相等的某植物幼苗，气球可膨胀、收缩；其中 B已死亡，气球内的培养液中均含 CO2 缓冲液(维持气球内 CO2 浓度不变)；初始时指针指向正中零的位置，乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针
复零，下列相关描述中，错误的是(
A.在适宜光照条件下，指针将向右偏转B.该实验的自变量为光照强度，c 点的含义为 O2 释放量最大C.ce 段说明随灯光距离的增大，O2 释放量减少D.f 点与 a、b、c、d 点的指针的偏转方向相同，但数值较小