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2024届高考生物一轮总复习第三单元细胞的能量供应和利用第3讲光合作用与能量转化教师用书
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第 3 讲 光合作用与能量转化
1．光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。(√)
2．色素在层析液中溶解度不同，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得快。(×)
3．叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。(√)
4．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。(√)
5．C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。(√)
6．光合作用需要众多酶参与，因此影响酶活性的因素，也会影响光合作用。(√)
系统学习(一) 捕获光能的色素和结构(固基点)
主干知识·记准理清
1．绿叶中色素的提取和分离实验
(1)实验原理。
(2)实验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
(3)实验结果及分析。
2．叶绿体的结构及其中的色素
(1)光合作用的结构——叶绿体。
(2)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。
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(必修1 P97“问题探讨”分析)生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？
提示：无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择发红光和蓝紫光的照明灯。
题点考法·练全练通
考法(一) 考查光合色素的种类与功能
1．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NADPH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ATP合成酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D正确。
2．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是( )
A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上
B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端
C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析：选D 图中①叶绿素b，②叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①叶绿素b应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②含量较多且吸收绿光最少，叶片透射光下呈绿色，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，可知弱光下①叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
[归纳拓展] 色素与叶片的颜色
考法(二) 考查绿叶中色素的提取和分离实验
3．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是( )
二氧化硅颗粒大小/目
0
20
50
100
200
叶绿素a/(mg·g－1)
0.25
0.53
0.61
0.48
0.47
叶绿素b/(mg·g－1)
0.16
0.08
0.09
0.11
0.12
A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂
B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益
C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多
D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小
解析：选B 由表中数据可知，加入二氧化硅后，叶绿素a的含量增加，而叶绿素b的含量减少，所以加入二氧化硅对叶绿素b的提取无益，对叶绿素a的提取有益，B错误。
4．如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
(1)提取色素时为了研磨充分应加入____________，纸层析法分离色素的原理是______________________________________________________________________________。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是____________，据此能得出的结论是________________________________。
(3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是________________________________。
(4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。
解析：(1)为了使研磨充分，一般要加入二氧化硅。色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸条上的扩散速度不同，从而可利用纸层析法达到分离色素的目的。(2)用滤液作实验材料，通过纸层析法分离色素，滤纸条上从上到下形成四条色素带，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。图2“结果①”中共有的两条色素带是橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。韭黄在避光条件下生长，其色素滤液经纸层析法分离后没有叶绿素a和叶绿素b的色素带，因此可推知叶绿素的形成需要光照。(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此“结果②”吸收光谱差异最明显的是红光区域。叶绿素化学性质不稳定，在强光下易分解。(4)在研磨时加入碳酸钙可防止研磨过程中酸破坏叶绿素。
答案：(1)二氧化硅(或SiO2) 色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢 (2)橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)红 叶绿素不稳定，在强光下易分解 (4)碳酸钙(或CaCO3)
[归纳拓展] 色素的提取和分离实验中的异常现象分析
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(应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
系统学习(二) 光合作用的原理和应用(释疑点)
基础知识·全面掌握
1．探索光合作用原理的部分实验
19世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔
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)，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农
在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
2.光合作用的过程
(1)反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)基本过程(据图填空)。
图中：①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。
3．光反应与暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
场所
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
H2OH＋＋O2＋能量；
NADP＋＋H＋＋能量―→NADPH；
ADP＋Pi＋能量ATP
CO2＋C52C3；
2C3 (CH2O)＋C5
能量变化
光能→ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中的化学能
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1.(必修1 P100～101“思考·讨论”)右图是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，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：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需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。
2．(必修1 P104正文拓展)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是__________________________________________________________
________________________________________________________________。
提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。
重难盲点·讲练疏通
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光合作用的过程与相关变化
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1．明确光反应与暗反应的联系
(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。
(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
(3)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。
(4)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。
2．光合作用反应式及元素去向分析
①O：HO18O2
C18O2C3C3的还原,(CHO)
②C：14CO2―→(14CH2O)
③H：H2O―→NADPH―→(CH2O)
[典例1] 如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述错误的是( )
A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B．①上产生的B物质移动到②上参与C3的还原
C．②中产生的NADP＋移动到①上参与H2O的光解
D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
[解析] 叶肉细胞光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体薄膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B正确；①类囊体薄膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。
[答案] D
(1)光合作用水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。
(2)在暗反应中NADPH既作为还原剂，也能为C3的还原提供能量。
(3)光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于其他生命活动。
[对点练习]
1．(2023·石家庄模拟)希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，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：H2O＋氧化态电子受体―→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，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的叙述不正确的是( )
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NADPH
解析：选B 由希尔反应式可知，光合作用过程中产生的O2来自参加反应的水，A正确；由题干信息不能得出NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上，B错误；希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行，在光下积累NADPH和ATP，在暗处可以进行有机物的合成，因此属于两个过程，C正确；希尔反应只有在光下才能进行，在暗处不能进行，但在光下积累的NADPH和ATP，在暗处进行有机物的合成过程中被消耗，D正确。
2．(2020·山东高考)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________________________________________________________________________。
(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H2O生成H＋和O2，并发生能量转换过程。该系统中的模块1和模块2执行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，故该系统中模块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，从而导致模块2中的能量转换效率发生改变。(3)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，人工光合作用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，因而光合作用速率降低。
答案：(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 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
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环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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1．“过程法”分析各物质变化
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化
注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。
[典例2] 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] 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，进而使ATP和NADPH含量增多，所以C5/C3比值增加，ATP/ADP比值增加，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增多、C5含量减少，C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP比值增加，D错误。
[答案] B
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NADPH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。
A组：全光照
B组：光暗交替
光合效率：100%
原理：其全时段均进行光反应与暗反应
光暗处理频度较高，单位时间有机物合成量较全光照时高，此表明在其全时段，暗反应几乎未停止
[对点练习]
3．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)
解析：选B 由光照强烈转向阴天时，光反应提供的ATP、NADPH减少，导致C3还原减弱，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。
4．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NADPH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，CO2的固定不消耗ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。
系统学习(三) 影响光合作用的因素分析(强化点)
(一)内部因素
1．植物自身的遗传特性(如植物品种不同)
以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
(二)外部因素
1．CO2浓度
2．光照强度
3．温度
4．水分和矿质元素
(三)探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
叶片含有气体，上浮抽气,叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验装置分析
(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)盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(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圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用时间的长短来衡量光合作用的强弱。
[针对训练]
1．(2023·成都期末)红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是( )
A．当光照强度为a时，持续光照一昼夜后人参干重增加
B．光照强度大于d时，可能是温度限制了红松P/R值的增大
C．若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a点右移
D．光照强度为c时，红松和人参的光合速率有可能不同
解析：选D 光照强度为a时，人参的光合速率与呼吸速率的比值为1，即光合速率等于呼吸速率，净光合速率等于零，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A错误；由题意可知，图示曲线是在最适温度条件下获得的，在d点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度，不是温度，B错误；适当增施含镁的肥料，可以增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应以提高光合速率，在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a点左移，C错误；光照强度为c时，红松和人参的P/R相等，由于二者的呼吸速率可能有差别，因此二者的光合速率有可能不同，D正确。
2．为研究环境因素对某植株光合作用的影响，进行了相关实验结果如下图所示。据图分析下列叙述正确的是( )
A．轻度遮阴、CO2浓度0.03%条件下，该植株的CO2固定速率随温度升高而减小
B．本实验中该植株光合作用最适的一组是“全光照、CO2浓度1%、30 ℃”
C．轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下该植株叶肉细胞CO2吸收速率等于0
D．全光照、20 ℃条件下该植株在CO2浓度为1%时较浓度为0.03%时产生C3的速率大
解析：选D 在CO2浓度为0.03%、轻度遮阴条件下，在一定范围内植株的CO2固定速率随温度升高而减小，但超过一定范围后随着温度的升高而增大，A错误；曲线纵轴的CO2吸收速率表示净光合速率，而CO2固定速率表示总光合速率，与黑暗条件下的曲线对比，全光照、CO2浓度为1%和35 ℃时，总光合速率最大，B错误；轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下，该植株的净光合速率为0，但由于植株中存在不能进行光合作用的非绿色细胞，因此叶肉细胞的净光合速率大于0，即叶肉细胞的CO2吸收速率大于0，C错误。
3．为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率，结果如图所示。下列说法错误的是( )
A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致
B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质
C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产
D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量
解析：选D 叶片的CO2吸收速率代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正(总)光合速率，真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。
4．甲图中，P、Q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Q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，每次实验后指针复位。下列相关叙述，不正确的是( )
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段说明随灯泡到水面光距离的增大，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
解析：选D 在适宜光照条件下，光合作用大于呼吸作用，有O2的释放，此时P侧浮力增大，指针将向右偏转，A正确；实验探究光照强度对光合作用的影响，实验的自变量为光照强度，c点表示P中O2释放量最大，净光合速率最大，B正确；f点与a、b、c、d点相比，细胞呼吸速率大于光合速率，P气球内气体量减少，因此指针反向偏转，D错误。
[课时验收评价]
1．下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．H2O在光下分解为H+和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
解析：选C 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，导致叶片呈黄色，D正确。
2．下图分别是萨克斯、鲁宾和卡门、恩格尔曼所做的关于光合作用的三个经典实验。下列相关叙述中，正确的是( )
A．图1中A与C部分对照说明光合作用需要光
B．图2所示实验运用的实验方法是荧光标记法
C．图3所示实验中，好氧细菌分布于被光束照射的叶绿体部位
D．若探究光反应的过程，需要对H2O和CO2进行同位素标记并追踪其去向
解析：选C 图1中B与C部分对照说明光合作用需要光，A错误；图2所示实验运用的实验方法是同位素标记法，B错误；图3所示实验中，光束照到的叶绿体部位能进行光合作用产生O2，所以好氧细菌分布于被光束照射的叶绿体部位，C正确；H2O是光反应的反应物，CO2是暗反应的反应物，因此若探究光反应的过程，需要对H2O进行同位素标记并追踪其去向，D错误。
3．下列对农业生产措施及作用的叙述，错误的是( )
选项
措施
作用
A
适当增大温室昼夜温差
增强白天光合作用，降低夜晚呼吸作用，有机物积累多
B
合理密植
增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量
C
增施农家肥
促进作物吸收有机营养物质和光合作用所需的CO2
D
适时适度松土
促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失
解析：选C 增施农家肥能够促进作物吸收矿质元素和光合作用所需的CO2，农家肥不能为作物提供有机营养物质，作物必须通过光合作用才能获得有机营养物质，C错误；适时适度松土能够促进根细胞吸收O2，进行有氧呼吸，释放大量能量，促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失，D正确。
4.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取绿叶中的色素，并进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列有关叙述错误的是( )
A．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
B．没有无水乙醇，可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替
C．Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小
D．操作中如果滤液细线触及层析液，会缩短得到四条色素带的时间
解析：选D 强光照和正常光照相比，叶绿素含量明显降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A正确；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，色素会溶解在层析液中，D错误。
5．(2022·湖北高考)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如下表。下列有关叙述正确的是( )
植株类型
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
叶绿素/类胡萝卜素
野生型
1 235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.36
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C．两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析：选D 两种突变体之间并无生殖隔离，仍属于同一物种，只能体现遗传多样性，A错误。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误。两种突变体的光合色素含量差异，也可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误。野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值较突变体高，叶绿素含量较高，叶片呈绿色；突变体叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量少，导致叶片呈黄色，D正确。
6.如图表示温室内光照强度(E)与作物光合速率(v)的关系。在温度、水分和无机盐均适宜的条件下，下列分析正确的是( )
A．当E
D．如遇连阴天，温室需补光，选用白光最有效
解析：选C 当E＜b时，此时光合速率的主要限制因素为光照强度，增大光合速率的主要措施是增大光照强度，A错误；当b＜E＜c时，限制作物增产的主要因素是CO2浓度，B错误；如遇连阴天，温室需补光，同等强度下选用红光或蓝紫光最有效，因为叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，D错误。
7．叶绿体中的GAP脱氢酶(以下简称为G酶)是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶，因此可用NADPH的氧化速率表示G酶的活性。某学习小组为探究光照对叶绿体中G酶活性的影响，将正常生长的盆栽花生在暗处放置24 h后，再给予光照和黑暗处理，并定时剪取叶片测定叶绿体中G酶活性，结果如图所示。下列说法错误的是( )
A．从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用差速离心法，G酶分布在叶绿体的内膜和基质中
B．构建体外测定G酶活性的反应体系，需要G酶、ADP、C5、缓冲物质和适宜的温度
C．暗处放置24 h后再给予光照处理，叶绿体中NADPH的生成量会增加
D．实验说明光照条件下叶绿体中G酶活性较高
解析：选A 细胞中不同的结构颗粒大小不同，从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用差速离心法，G酶可利用NADPH还原C3，故其分布在叶绿体的基质中，A错误。
8.在如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是( )
A．改变温度，不影响叶片开始上浮所需的时间
B．改变光照强度，不影响叶片开始上浮所需的时间
C．改变NaHCO3溶液的浓度，不影响叶片开始上浮所需的时间
D．若将装置置于黑暗中，上浮的叶片又会下沉
解析：选D 改变温度或光照强度均会改变光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，A、B错误；改变NaHCO3溶液的浓度，即改变CO2的浓度，会影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，C错误；若将装置置于黑暗中，叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的O2，导致上浮的叶片又会下沉，D正确。
9．自然条件下植物所处的光环境(如强光和弱光)非常复杂。将黄瓜盆栽苗分组处理：T1组为持续5 h强光，然后持续5 h弱光；T2组是强光和弱光每3 min更替1次，总时间为10 h；T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的比值等指标，结果如图。下列有关分析错误的是( )
A．T2组较T1组幼苗干重偏低是由于光照强度减弱所致
B．T2组处理后导致了叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显
C．T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降与光照强度降低有关
D．光照能量相同时，稳定光照比频繁更替光照更有利于幼苗的生长
解析：选A T2组和T1组的自变量是强光和弱光更替的频率，而不是光照强度，A错误；T2组叶绿素a与b的比值最大，所以叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显，B正确；T3组是长时弱光处理，所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关，C正确；比较T1和T2组，稳定的光照有利于幼苗的生长，D正确。
10.为研究光合作用的过程，科研人员在溶液中加入结构完整的类囊体和叶绿体基质，按图示条件进行Ⅰ、Ⅱ两个阶段的实验，糖的合成速率如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．为达到上述实验结果，在Ⅰ阶段还应该向溶液中加入NADPH和ATP
B．Ⅰ阶段积累的物质除糖外，还有ADP、Pi
C．Ⅰ、Ⅱ阶段合成糖类的场所都是叶绿体基质
D．由图可知，光合作用制造有机物的部分过程并不需要光照
解析：选B Ⅰ阶段无光照，不进行光反应，而暗反应需要光反应提供的NADPH和ATP，故在Ⅰ阶段需要加入NADPH和ATP，A正确；Ⅰ阶段发生暗反应，会消耗ATP产生ADP、Pi，又因缺少光照，不能为C3的还原提供足够的能量和还原剂，故C3的还原较慢，会发生C3的积累，B错误；Ⅰ、Ⅱ阶段合成糖类的场所都是叶绿体基质，C正确；由图可知，光合作用的暗反应阶段有光、无光均可进行，D正确。
11．某科研小组在一定条件下测得的某绿色植物光照强度与光合速率的关系如表所示。请回答下列问题：
光照强度/klx
0
2
4
6
8
12
净光合速率/ (mg CO2·100 cm－2·h－1)
－6
0
6
12
12
12
(1)当光照强度为2 klx时，该植物体细胞中能够消耗水并伴随着ATP产生的具体场所有________________。
(2)若将光照强度突然从6 klx降低到4 klx，短时间内该植物叶绿体中C3的含量________(填“增加”或“减少”)，原因是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)当光照强度为6 klx时，适当升高温度，则该植物的光合速率将________(填“增大”“减小”或“无法确定”)，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)分析表中数据，当光照强度为2 klx时，净光合速率为0，说明此时该绿色植物的总光合速率与呼吸速率相等。在该植物的叶绿体类囊体薄膜上可进行光反应，在光反应阶段，色素吸收的光能一方面将水分解成氧和H＋，另一方面促成ADP与Pi发生化学反应，生成ATP；在线粒体基质中可进行有氧呼吸第二阶段，即丙酮酸与水反应生成CO2、[H]和ATP。因此，当光照强度为2 klx时，该植物体细胞中能够消耗水并伴随着ATP产生的场所有叶绿体类囊体薄膜和线粒体基质。(2)将光照强度突然从6 klx降低到4 klx，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原速率减慢，而短时间内CO2的固定速率不变，则C3的含量增加。(3)因为不能确定实验温度是否为光合作用的最适温度，适当升高温度后，与光合作用相关酶的活性可能增强，也可能减弱，所以适当升高温度后，无法确定该植物的光合速率是增加还是减小。
答案：(1)叶绿体类囊体薄膜、线粒体基质 (2)增加
光照减弱，光反应产生的NADPH和ATP含量下降，C3还原减慢，而短时间内CO2的固定正常进行(合理即可) (3)无法确定 不能确定实验温度是否为光合作用的最适温度，适当升高温度后，与光合作用相关酶的活性可能升高，也可能降低
12．[压轴考法·适情选做]蔗糖和淀粉是植物主要的光合终产物，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，如图是其光合产物的形成及运输示意图，图中①②表示相关过程。请据图回答下列问题。
(1)图中过程①发生的场所为______________，过程②的进行需要光反应为其提供________________________________________________________________________。
(2)叶肉细胞内淀粉和蔗糖合成场所分别是______________________，淀粉合成和蔗糖合成呈__________________(填“正相关”或“负相关”)。在光照、CO2等环境条件不变的情况下，若需调整淀粉和蔗糖产量的高低，据图分析，可调节的因素是__________________________。
(3)若摘除马铃薯部分块茎，则会导致其下侧叶片的光合速率__________，叶肉细胞液泡中的蔗糖含量__________。(均填“上升”“基本不变”或“下降”)
(4)与葡萄糖相比，蔗糖作为运输物质的优点是____________________________________。为验证光合产物是以蔗糖形式运输，研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入马铃薯，该基因表达的蔗糖酶定位于叶肉细胞的细胞壁上，结果发现马铃薯的块茎明显小于非转基因植株，分析其原因是______________________________________________________________________________。
(5)叶绿体中淀粉的含量昼夜变化很大，被称为过渡性淀粉。过渡性淀粉的存在有重要意义：既能保障白天光合作用进程快于蔗糖的利用；又能在夜间______________________________________，以满足根、茎等器官生长以及碳水化合物贮存的需要。
解析：(1)图中过程①为CO2的固定，发生在叶绿体基质，过程②是C3的还原，需要光反应为其提供ATP和NADPH。(2)由题图可知，淀粉在叶绿体中合成，而蔗糖在细胞质基质中合成，磷酸丙糖可以转化成淀粉也可以转化成蔗糖，因此淀粉合成和蔗糖合成呈负相关。磷酸丙糖通过磷酸转运体出叶绿体到细胞质基质中合成蔗糖，此过程还涉及Pi进入叶绿体，因此在光照、CO2等环境条件不变的情况下，若需调整淀粉和蔗糖产量的高低，可调节的因素是Pi、磷酸转运体的含量。(3)由于马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，摘除一部分块茎继续培养一段时间后，蔗糖运出到块茎的量减少而积累在下侧叶片中，导致光合作用受到抑制，光合速率下降；叶肉细胞中运往块茎的蔗糖减少也会导致液泡中蔗糖含量上升。(4)葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，而且蔗糖为非还原糖，性质较稳定。转基因植物的叶肉细胞壁上有蔗糖酶，蔗糖酶会水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，块茎得到的糖不足，生长缓慢。(5)黑夜中，叶肉细胞不能进行光合作用，所以通过光合作用合成蔗糖的途径不能正常进行，但过渡性淀粉的存在使植物在夜间即使不能进行光合作用合成蔗糖，但储存的淀粉能够分解为麦芽糖和葡萄糖，再进入细胞质合成蔗糖，从而使在夜间有足够的蔗糖输出，以满足根、茎等器官生长以及碳水化合物贮存的需要。
答案：(1)叶绿体基质 ATP和NADPH (2)叶绿体、细胞质基质 负相关 Pi、磷酸转运体 (3)下降 上升 (4)蔗糖为非还原糖，稳定性高；以蔗糖作为运输物质，渗透压相对稳定 叶肉细胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，块茎得到的糖不足，生长缓慢 (5)有足够的淀粉转化为蔗糖输出
1．光合作用是自然界中唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。(√)
2．色素在层析液中溶解度不同，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得快。(×)
3．叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大地扩展了受光面积。(√)
4．希尔实验证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应。(√)
5．C3接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。(√)
6．光合作用需要众多酶参与，因此影响酶活性的因素，也会影响光合作用。(√)
系统学习(一) 捕获光能的色素和结构(固基点)
主干知识·记准理清
1．绿叶中色素的提取和分离实验
(1)实验原理。
(2)实验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
(3)实验结果及分析。
2．叶绿体的结构及其中的色素
(1)光合作用的结构——叶绿体。
(2)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。
————————————■链教材资料·发展科学思维■————————————
(必修1 P97“问题探讨”分析)生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？
提示：无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择发红光和蓝紫光的照明灯。
题点考法·练全练通
考法(一) 考查光合色素的种类与功能
1．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NADPH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ATP合成酶的参与，C正确；红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D正确。
2．高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。如图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是( )
A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上
B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端
C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光
D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析：选D 图中①叶绿素b，②叶绿素a主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①叶绿素b应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②含量较多且吸收绿光最少，叶片透射光下呈绿色，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，可知弱光下①叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
[归纳拓展] 色素与叶片的颜色
考法(二) 考查绿叶中色素的提取和分离实验
3．为研究光合色素提取实验中二氧化硅颗粒大小(目值越大，表示颗粒越细)对叶绿素提取量的影响，某研究小组利用新鲜的菠菜叶片进行了一系列的色素提取与定量测定实验，实验结果如下表。下列有关叙述错误的是( )
二氧化硅颗粒大小/目
0
20
50
100
200
叶绿素a/(mg·g－1)
0.25
0.53
0.61
0.48
0.47
叶绿素b/(mg·g－1)
0.16
0.08
0.09
0.11
0.12
A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有机溶剂
B．加入二氧化硅对叶绿素a和叶绿素b的提取均有益
C．据表可知，用50目的二氧化硅提取得到的叶绿素总量最多
D．若叶片研磨过程中未加入碳酸钙，则表中数据均减小
解析：选B 由表中数据可知，加入二氧化硅后，叶绿素a的含量增加，而叶绿素b的含量减少，所以加入二氧化硅对叶绿素b的提取无益，对叶绿素a的提取有益，B错误。
4．如图1所示为某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
(1)提取色素时为了研磨充分应加入____________，纸层析法分离色素的原理是______________________________________________________________________________。
(2)纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是____________，据此能得出的结论是________________________________。
(3)将刚制备的等量的韭菜和韭黄的色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在______(填“蓝紫”或“红”)光区域。将制得的韭菜色素滤液放在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄色素滤液的实验结果基本一致，其原因是________________________________。
(4)一分子叶绿素中含有一个Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置换)。将韭菜色素滤液用质量分数为5%的HCl溶液处理一段时间后，其颜色与研磨过程中未加入________时的颜色相似。
解析：(1)为了使研磨充分，一般要加入二氧化硅。色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸条上的扩散速度不同，从而可利用纸层析法达到分离色素的目的。(2)用滤液作实验材料，通过纸层析法分离色素，滤纸条上从上到下形成四条色素带，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。图2“结果①”中共有的两条色素带是橙黄色的胡萝卜素和黄色的叶黄素。韭黄在避光条件下生长，其色素滤液经纸层析法分离后没有叶绿素a和叶绿素b的色素带，因此可推知叶绿素的形成需要光照。(3)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，因此“结果②”吸收光谱差异最明显的是红光区域。叶绿素化学性质不稳定，在强光下易分解。(4)在研磨时加入碳酸钙可防止研磨过程中酸破坏叶绿素。
答案：(1)二氧化硅(或SiO2) 色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸条上扩散得快，反之则慢 (2)橙黄色、黄色 叶绿素的形成需要光 (3)红 叶绿素不稳定，在强光下易分解 (4)碳酸钙(或CaCO3)
[归纳拓展] 色素的提取和分离实验中的异常现象分析
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(应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
系统学习(二) 光合作用的原理和应用(释疑点)
基础知识·全面掌握
1．探索光合作用原理的部分实验
19世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔
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)，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农
在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
2.光合作用的过程
(1)反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)基本过程(据图填空)。
图中：①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。
3．光反应与暗反应的比较
项目
光反应
暗反应
场所
类囊体的薄膜上
叶绿体基质中
条件
光、色素、酶
酶、NADPH、ATP等
物质变化
H2OH＋＋O2＋能量；
NADP＋＋H＋＋能量―→NADPH；
ADP＋Pi＋能量ATP
CO2＋C52C3；
2C3 (CH2O)＋C5
能量变化
光能→ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中的化学能
————————————■链教材资料·发展科学思维■————————————
1.(必修1 P100～101“思考·讨论”)右图是光合作用探究历程中恩格尔曼的实验示意图，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：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋带状分布，便于观察；用需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。
2．(必修1 P104正文拓展)光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是__________________________________________________________
________________________________________________________________。
提示：不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。
重难盲点·讲练疏通
———————————————————————————
光合作用的过程与相关变化
————————————————————————————————————————
1．明确光反应与暗反应的联系
(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。
(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
(3)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。
(4)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。
2．光合作用反应式及元素去向分析
①O：HO18O2
C18O2C3C3的还原,(CHO)
②C：14CO2―→(14CH2O)
③H：H2O―→NADPH―→(CH2O)
[典例1] 如图所示为叶肉细胞中叶绿体进行光合作用的过程，A、B代表物质。下列叙述错误的是( )
A．叶绿体能将光能转变为化学能储存在有机物中
B．①上产生的B物质移动到②上参与C3的还原
C．②中产生的NADP＋移动到①上参与H2O的光解
D．①上产生的A物质可用于CO2的固定和C3的还原
[解析] 叶肉细胞光合作用的场所是叶绿体，叶绿体通过光合作用将光能转变为化学能储存在有机物中，A正确；①类囊体薄膜上产生的B物质NADPH移动到②叶绿体基质中，参与C3的还原，形成糖类等有机物，B正确；①类囊体薄膜上产生的A物质ATP可用于C3的还原，而CO2的固定不需要消耗能量，D错误。
[答案] D
(1)光合作用水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。
(2)在暗反应中NADPH既作为还原剂，也能为C3的还原提供能量。
(3)光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于其他生命活动。
[对点练习]
1．(2023·石家庄模拟)希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，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：H2O＋氧化态电子受体―→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，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的叙述不正确的是( )
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NADPH
解析：选B 由希尔反应式可知，光合作用过程中产生的O2来自参加反应的水，A正确；由题干信息不能得出NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上，B错误；希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行，在光下积累NADPH和ATP，在暗处可以进行有机物的合成，因此属于两个过程，C正确；希尔反应只有在光下才能进行，在暗处不能进行，但在光下积累的NADPH和ATP，在暗处进行有机物的合成过程中被消耗，D正确。
2．(2020·山东高考)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________________________________________________________________________。
(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H2O生成H＋和O2，并发生能量转换过程。该系统中的模块1和模块2执行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，故该系统中模块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，从而导致模块2中的能量转换效率发生改变。(3)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，人工光合作用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，因而光合作用速率降低。
答案：(1)模块1和模块2 五碳化合物(或C5)
(2)减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (3)高于 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
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环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
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1．“过程法”分析各物质变化
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化
注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。
[典例2] 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] 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，进而使ATP和NADPH含量增多，所以C5/C3比值增加，ATP/ADP比值增加，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增多、C5含量减少，C3/C5比值增加，C错误；突然将绿光改变为红光后光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP比值增加，D错误。
[答案] B
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NADPH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。
A组：全光照
B组：光暗交替
光合效率：100%
原理：其全时段均进行光反应与暗反应
光暗处理频度较高，单位时间有机物合成量较全光照时高，此表明在其全时段，暗反应几乎未停止
[对点练习]
3．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)
解析：选B 由光照强烈转向阴天时，光反应提供的ATP、NADPH减少，导致C3还原减弱，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。
4．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NADPH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，CO2的固定不消耗ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。
系统学习(三) 影响光合作用的因素分析(强化点)
(一)内部因素
1．植物自身的遗传特性(如植物品种不同)
以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
2．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
(二)外部因素
1．CO2浓度
2．光照强度
3．温度
4．水分和矿质元素
(三)探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
叶片含有气体，上浮抽气,叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验装置分析
(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)盛水玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(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圆形小叶片上浮的数量或浮起相同数量的叶片所用时间的长短来衡量光合作用的强弱。
[针对训练]
1．(2023·成都期末)红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是( )
A．当光照强度为a时，持续光照一昼夜后人参干重增加
B．光照强度大于d时，可能是温度限制了红松P/R值的增大
C．若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a点右移
D．光照强度为c时，红松和人参的光合速率有可能不同
解析：选D 光照强度为a时，人参的光合速率与呼吸速率的比值为1，即光合速率等于呼吸速率，净光合速率等于零，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A错误；由题意可知，图示曲线是在最适温度条件下获得的，在d点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度，不是温度，B错误；适当增施含镁的肥料，可以增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应以提高光合速率，在较低的光照强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a点左移，C错误；光照强度为c时，红松和人参的P/R相等，由于二者的呼吸速率可能有差别，因此二者的光合速率有可能不同，D正确。
2．为研究环境因素对某植株光合作用的影响，进行了相关实验结果如下图所示。据图分析下列叙述正确的是( )
A．轻度遮阴、CO2浓度0.03%条件下，该植株的CO2固定速率随温度升高而减小
B．本实验中该植株光合作用最适的一组是“全光照、CO2浓度1%、30 ℃”
C．轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下该植株叶肉细胞CO2吸收速率等于0
D．全光照、20 ℃条件下该植株在CO2浓度为1%时较浓度为0.03%时产生C3的速率大
解析：选D 在CO2浓度为0.03%、轻度遮阴条件下，在一定范围内植株的CO2固定速率随温度升高而减小，但超过一定范围后随着温度的升高而增大，A错误；曲线纵轴的CO2吸收速率表示净光合速率，而CO2固定速率表示总光合速率，与黑暗条件下的曲线对比，全光照、CO2浓度为1%和35 ℃时，总光合速率最大，B错误；轻度遮阴、CO2浓度0.03%、20 ℃条件下，该植株的净光合速率为0，但由于植株中存在不能进行光合作用的非绿色细胞，因此叶肉细胞的净光合速率大于0，即叶肉细胞的CO2吸收速率大于0，C错误。
3．为探究CO2浓度和氮肥对小麦产量的影响，某同学通过实验测得小麦单位叶面积的CO2吸收速率，结果如图所示。下列说法错误的是( )
A．该实验中的温度和光照强度应适宜并且保持一致
B．吸收的氮可用于合成NADPH和叶绿素等含氮物质
C．适当增大CO2浓度和施加氮肥都有利于小麦增产
D．叶绿体中CO2的固定量就是测得的叶片的CO2吸收量
解析：选D 叶片的CO2吸收速率代表净光合速率，叶绿体中CO2的固定量代表真正(总)光合速率，真正(总)光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，故叶绿体中CO2的固定量不等于测得的叶片的CO2吸收量，D错误。
4．甲图中，P、Q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Q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，每次实验后指针复位。下列相关叙述，不正确的是( )
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段说明随灯泡到水面光距离的增大，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
解析：选D 在适宜光照条件下，光合作用大于呼吸作用，有O2的释放，此时P侧浮力增大，指针将向右偏转，A正确；实验探究光照强度对光合作用的影响，实验的自变量为光照强度，c点表示P中O2释放量最大，净光合速率最大，B正确；f点与a、b、c、d点相比，细胞呼吸速率大于光合速率，P气球内气体量减少，因此指针反向偏转，D错误。
[课时验收评价]
1．下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是( )
A．H2O在光下分解为H+和O2的过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上
B．构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
解析：选C 一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光，可见光不包括红外光和紫外光，C错误；叶绿素的合成需要光，黑暗中生长的植物幼苗，因没有光照而导致叶绿素合成受阻，使类胡萝卜素的颜色显现出来，导致叶片呈黄色，D正确。
2．下图分别是萨克斯、鲁宾和卡门、恩格尔曼所做的关于光合作用的三个经典实验。下列相关叙述中，正确的是( )
A．图1中A与C部分对照说明光合作用需要光
B．图2所示实验运用的实验方法是荧光标记法
C．图3所示实验中，好氧细菌分布于被光束照射的叶绿体部位
D．若探究光反应的过程，需要对H2O和CO2进行同位素标记并追踪其去向
解析：选C 图1中B与C部分对照说明光合作用需要光，A错误；图2所示实验运用的实验方法是同位素标记法，B错误；图3所示实验中，光束照到的叶绿体部位能进行光合作用产生O2，所以好氧细菌分布于被光束照射的叶绿体部位，C正确；H2O是光反应的反应物，CO2是暗反应的反应物，因此若探究光反应的过程，需要对H2O进行同位素标记并追踪其去向，D错误。
3．下列对农业生产措施及作用的叙述，错误的是( )
选项
措施
作用
A
适当增大温室昼夜温差
增强白天光合作用，降低夜晚呼吸作用，有机物积累多
B
合理密植
增大光合作用面积，提高作物的单位面积产量
C
增施农家肥
促进作物吸收有机营养物质和光合作用所需的CO2
D
适时适度松土
促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失
解析：选C 增施农家肥能够促进作物吸收矿质元素和光合作用所需的CO2，农家肥不能为作物提供有机营养物质，作物必须通过光合作用才能获得有机营养物质，C错误；适时适度松土能够促进根细胞吸收O2，进行有氧呼吸，释放大量能量，促进作物根系对无机盐的吸收并避免水土流失，D正确。
4.为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取绿叶中的色素，并进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列有关叙述错误的是( )
A．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
B．没有无水乙醇，可用体积分数为95%的乙醇加入适量无水碳酸钠来代替
C．Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小
D．操作中如果滤液细线触及层析液，会缩短得到四条色素带的时间
解析：选D 强光照和正常光照相比，叶绿素含量明显降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A正确；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，色素会溶解在层析液中，D错误。
5．(2022·湖北高考)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如下表。下列有关叙述正确的是( )
植株类型
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
叶绿素/类胡萝卜素
野生型
1 235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.36
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C．两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析：选D 两种突变体之间并无生殖隔离，仍属于同一物种，只能体现遗传多样性，A错误。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误。两种突变体的光合色素含量差异，也可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误。野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值较突变体高，叶绿素含量较高，叶片呈绿色；突变体叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量少，导致叶片呈黄色，D正确。
6.如图表示温室内光照强度(E)与作物光合速率(v)的关系。在温度、水分和无机盐均适宜的条件下，下列分析正确的是( )
A．当E
D．如遇连阴天，温室需补光，选用白光最有效
解析：选C 当E＜b时，此时光合速率的主要限制因素为光照强度，增大光合速率的主要措施是增大光照强度，A错误；当b＜E＜c时，限制作物增产的主要因素是CO2浓度，B错误；如遇连阴天，温室需补光，同等强度下选用红光或蓝紫光最有效，因为叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，D错误。
7．叶绿体中的GAP脱氢酶(以下简称为G酶)是光合作用暗反应中唯一能利用NADPH还原C3的酶，因此可用NADPH的氧化速率表示G酶的活性。某学习小组为探究光照对叶绿体中G酶活性的影响，将正常生长的盆栽花生在暗处放置24 h后，再给予光照和黑暗处理，并定时剪取叶片测定叶绿体中G酶活性，结果如图所示。下列说法错误的是( )
A．从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用差速离心法，G酶分布在叶绿体的内膜和基质中
B．构建体外测定G酶活性的反应体系，需要G酶、ADP、C5、缓冲物质和适宜的温度
C．暗处放置24 h后再给予光照处理，叶绿体中NADPH的生成量会增加
D．实验说明光照条件下叶绿体中G酶活性较高
解析：选A 细胞中不同的结构颗粒大小不同，从叶肉细胞中分离出叶绿体可采用差速离心法，G酶可利用NADPH还原C3，故其分布在叶绿体的基质中，A错误。
8.在如图所示的玻璃容器中，注入一定浓度的NaHCO3溶液并投入少量的新鲜绿叶碎片，密闭后，设法减小液面上方的气体压强，会看到叶片沉入水中。然后再用光照射容器，又会发现叶片重新浮出液面。以下分析正确的是( )
A．改变温度，不影响叶片开始上浮所需的时间
B．改变光照强度，不影响叶片开始上浮所需的时间
C．改变NaHCO3溶液的浓度，不影响叶片开始上浮所需的时间
D．若将装置置于黑暗中，上浮的叶片又会下沉
解析：选D 改变温度或光照强度均会改变光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，A、B错误；改变NaHCO3溶液的浓度，即改变CO2的浓度，会影响光合作用强度，进而影响叶片开始上浮所需的时间，C错误；若将装置置于黑暗中，叶片只能进行呼吸作用消耗叶肉细胞间隙中的O2，导致上浮的叶片又会下沉，D正确。
9．自然条件下植物所处的光环境(如强光和弱光)非常复杂。将黄瓜盆栽苗分组处理：T1组为持续5 h强光，然后持续5 h弱光；T2组是强光和弱光每3 min更替1次，总时间为10 h；T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的比值等指标，结果如图。下列有关分析错误的是( )
A．T2组较T1组幼苗干重偏低是由于光照强度减弱所致
B．T2组处理后导致了叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显
C．T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降与光照强度降低有关
D．光照能量相同时，稳定光照比频繁更替光照更有利于幼苗的生长
解析：选A T2组和T1组的自变量是强光和弱光更替的频率，而不是光照强度，A错误；T2组叶绿素a与b的比值最大，所以叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显，B正确；T3组是长时弱光处理，所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关，C正确；比较T1和T2组，稳定的光照有利于幼苗的生长，D正确。
10.为研究光合作用的过程，科研人员在溶液中加入结构完整的类囊体和叶绿体基质，按图示条件进行Ⅰ、Ⅱ两个阶段的实验，糖的合成速率如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．为达到上述实验结果，在Ⅰ阶段还应该向溶液中加入NADPH和ATP
B．Ⅰ阶段积累的物质除糖外，还有ADP、Pi
C．Ⅰ、Ⅱ阶段合成糖类的场所都是叶绿体基质
D．由图可知，光合作用制造有机物的部分过程并不需要光照
解析：选B Ⅰ阶段无光照，不进行光反应，而暗反应需要光反应提供的NADPH和ATP，故在Ⅰ阶段需要加入NADPH和ATP，A正确；Ⅰ阶段发生暗反应，会消耗ATP产生ADP、Pi，又因缺少光照，不能为C3的还原提供足够的能量和还原剂，故C3的还原较慢，会发生C3的积累，B错误；Ⅰ、Ⅱ阶段合成糖类的场所都是叶绿体基质，C正确；由图可知，光合作用的暗反应阶段有光、无光均可进行，D正确。
11．某科研小组在一定条件下测得的某绿色植物光照强度与光合速率的关系如表所示。请回答下列问题：
光照强度/klx
0
2
4
6
8
12
净光合速率/ (mg CO2·100 cm－2·h－1)
－6
0
6
12
12
12
(1)当光照强度为2 klx时，该植物体细胞中能够消耗水并伴随着ATP产生的具体场所有________________。
(2)若将光照强度突然从6 klx降低到4 klx，短时间内该植物叶绿体中C3的含量________(填“增加”或“减少”)，原因是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)当光照强度为6 klx时，适当升高温度，则该植物的光合速率将________(填“增大”“减小”或“无法确定”)，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)分析表中数据，当光照强度为2 klx时，净光合速率为0，说明此时该绿色植物的总光合速率与呼吸速率相等。在该植物的叶绿体类囊体薄膜上可进行光反应，在光反应阶段，色素吸收的光能一方面将水分解成氧和H＋，另一方面促成ADP与Pi发生化学反应，生成ATP；在线粒体基质中可进行有氧呼吸第二阶段，即丙酮酸与水反应生成CO2、[H]和ATP。因此，当光照强度为2 klx时，该植物体细胞中能够消耗水并伴随着ATP产生的场所有叶绿体类囊体薄膜和线粒体基质。(2)将光照强度突然从6 klx降低到4 klx，光反应产生的NADPH和ATP减少，C3的还原速率减慢，而短时间内CO2的固定速率不变，则C3的含量增加。(3)因为不能确定实验温度是否为光合作用的最适温度，适当升高温度后，与光合作用相关酶的活性可能增强，也可能减弱，所以适当升高温度后，无法确定该植物的光合速率是增加还是减小。
答案：(1)叶绿体类囊体薄膜、线粒体基质 (2)增加
光照减弱，光反应产生的NADPH和ATP含量下降，C3还原减慢，而短时间内CO2的固定正常进行(合理即可) (3)无法确定 不能确定实验温度是否为光合作用的最适温度，适当升高温度后，与光合作用相关酶的活性可能升高，也可能降低
12．[压轴考法·适情选做]蔗糖和淀粉是植物主要的光合终产物，马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，如图是其光合产物的形成及运输示意图，图中①②表示相关过程。请据图回答下列问题。
(1)图中过程①发生的场所为______________，过程②的进行需要光反应为其提供________________________________________________________________________。
(2)叶肉细胞内淀粉和蔗糖合成场所分别是______________________，淀粉合成和蔗糖合成呈__________________(填“正相关”或“负相关”)。在光照、CO2等环境条件不变的情况下，若需调整淀粉和蔗糖产量的高低，据图分析，可调节的因素是__________________________。
(3)若摘除马铃薯部分块茎，则会导致其下侧叶片的光合速率__________，叶肉细胞液泡中的蔗糖含量__________。(均填“上升”“基本不变”或“下降”)
(4)与葡萄糖相比，蔗糖作为运输物质的优点是____________________________________。为验证光合产物是以蔗糖形式运输，研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入马铃薯，该基因表达的蔗糖酶定位于叶肉细胞的细胞壁上，结果发现马铃薯的块茎明显小于非转基因植株，分析其原因是______________________________________________________________________________。
(5)叶绿体中淀粉的含量昼夜变化很大，被称为过渡性淀粉。过渡性淀粉的存在有重要意义：既能保障白天光合作用进程快于蔗糖的利用；又能在夜间______________________________________，以满足根、茎等器官生长以及碳水化合物贮存的需要。
解析：(1)图中过程①为CO2的固定，发生在叶绿体基质，过程②是C3的还原，需要光反应为其提供ATP和NADPH。(2)由题图可知，淀粉在叶绿体中合成，而蔗糖在细胞质基质中合成，磷酸丙糖可以转化成淀粉也可以转化成蔗糖，因此淀粉合成和蔗糖合成呈负相关。磷酸丙糖通过磷酸转运体出叶绿体到细胞质基质中合成蔗糖，此过程还涉及Pi进入叶绿体，因此在光照、CO2等环境条件不变的情况下，若需调整淀粉和蔗糖产量的高低，可调节的因素是Pi、磷酸转运体的含量。(3)由于马铃薯下侧叶片合成的有机物主要运向块茎贮藏，摘除一部分块茎继续培养一段时间后，蔗糖运出到块茎的量减少而积累在下侧叶片中，导致光合作用受到抑制，光合速率下降；叶肉细胞中运往块茎的蔗糖减少也会导致液泡中蔗糖含量上升。(4)葡萄糖是单糖，而蔗糖是二糖，以蔗糖作为运输物质，其溶液中溶质分子个数相对较少，渗透压相对稳定，而且蔗糖为非还原糖，性质较稳定。转基因植物的叶肉细胞壁上有蔗糖酶，蔗糖酶会水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，块茎得到的糖不足，生长缓慢。(5)黑夜中，叶肉细胞不能进行光合作用，所以通过光合作用合成蔗糖的途径不能正常进行，但过渡性淀粉的存在使植物在夜间即使不能进行光合作用合成蔗糖，但储存的淀粉能够分解为麦芽糖和葡萄糖，再进入细胞质合成蔗糖，从而使在夜间有足够的蔗糖输出，以满足根、茎等器官生长以及碳水化合物贮存的需要。
答案：(1)叶绿体基质 ATP和NADPH (2)叶绿体、细胞质基质 负相关 Pi、磷酸转运体 (3)下降 上升 (4)蔗糖为非还原糖，稳定性高；以蔗糖作为运输物质，渗透压相对稳定 叶肉细胞壁上的蔗糖酶水解蔗糖，导致进入韧皮部的蔗糖减少，块茎得到的糖不足，生长缓慢 (5)有足够的淀粉转化为蔗糖输出
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