2020版高考一轮复习生物新课改省份专用讲义：第三单元 第三讲 能量之源--光与光合作用

第三讲能量之源——光与光合作用

第1课时　绿叶中色素的提取和分离(实验课)


1．实验原理与过程
(1)实验原理

(2)实验步骤

(3)实验结果

2．色素种类及吸收光谱
色素种类
吸收光
吸收光谱图示
叶绿素(含量约占3/4)
叶绿素a
吸收红光
和蓝紫光

叶绿素b
类胡萝卜
素(含量约占
1/4)
胡萝卜素
吸收蓝紫光
叶黄素
3．叶绿体色素的分布和功能
(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。
(2)功能：吸收、传递光能(四种色素)，转化光能(只有少量特殊状态的叶绿素a)。

1．注意事项及原因分析
过程
注意事项
操作目的
提取色素
选材
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
实验试剂
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
实验操作
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发
盛放滤液的试管口加棉塞
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

2．绿叶中色素的提取和分离实验中异常现象分析
异常现象
原因分析
收集到的滤液绿色过浅
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；
②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少；
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
①滤液细线不直；②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中


命题点(一)　色素提取和分离实验的过程与结果
1．(2016·江苏高考)下列用鲜菠菜进行色素提取、分离实验的叙述，正确的是(　　)
A．应该在研磨叶片后立即加入CaCO3，防止酸破坏叶绿素
B．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素
C．为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶剂挥发消失
解析：选B　在提取绿叶中的色素时，应先加入少量的CaCO3，再进行研磨，防止研磨过程中酸破坏叶绿素；即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合作用色素，只是滤液中色素的含量不多，分离后4条色素带较窄；若要获得总量10 mL的提取液，在研磨时应分次加入10 mL乙醇；层析完毕后应迅速记录结果，这是因为叶绿素在光下容易分解，导致色素条带很快消失，而不是随溶剂挥发消失。
2．(2015·江苏高考，多选)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，右图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(　　)
A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上只能画一次
解析：选ABC　根据“绿叶中色素的提取和分离实验”的实验结果可知，图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ色素条带分别代表胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。由题图可知，正常光照与强光照相比，正常光照下叶绿素含量高，强光照下叶绿素含量低；强光照条件下，类胡萝卜素含量增加，说明类胡萝卜素含量增加有利于植物抵御强光照；叶绿素a吸收光谱的吸收峰波长约为430 nm和660 nm，叶绿素b吸收光谱的吸收峰波长约为460 nm和640 nm；画滤液线时，首先画出一条细线，待滤液干后，再重复画一两次，目的是增加滤液线中的色素含量，以便层析后获得更清晰的色素条带。
命题点(二)　叶绿体色素的种类和功能
3．(2017·全国卷Ⅲ)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
解析：选A　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光；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；作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应来绘制的，因此可用CO2吸收速率随光波长的变化来表示；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放O2。
4．(2016·全国卷Ⅱ)关于高等植物叶绿体中色素的叙述，错误的是(　　)
A．叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇中
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　提取绿叶中色素的原理是叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂如无水乙醇中；叶绿素分子中含有镁元素，镁元素可以由植物根细胞通过主动运输方式从土壤中吸收，也可以在叶面施肥后由叶片吸收；叶绿体中的色素吸收可见光用于光合作用，其中吸收的主要是可见光中的红光和蓝紫光，红外光和紫外光不属于可见光；叶绿素的合成需要光，在黑暗条件下叶绿素不能合成，故黑暗中生长的植物幼苗叶片主要呈现类胡萝卜素(叶黄素和胡萝卜素)的颜色，即幼苗叶片表现为黄色。
5．(2013·全国卷Ⅱ)关于叶绿素的叙述，错误的是(　　)
A．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素
B．被叶绿素吸收的光可用于光合作用
C．叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同
D．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光
解析：选D　叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素；叶绿素a和叶绿素b吸收的光能可用于光合作用的光反应；叶绿素a在红光区的吸收峰值高于叶绿素b；植物呈现绿色是由于叶绿素吸收绿光最少，绿光被反射出来的缘故。
[归纳拓展]
影响叶绿素合成的三大因素
光照
是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄
温度
温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成
必需元素
叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶变黄


1．下列与“绿叶中色素的提取和分离”实验有关的叙述，正确的是(　　)
A．提取绿叶中的色素时只能用无水乙醇溶解色素
B．研磨叶片后立即加入碳酸钙可防止色素被破坏
C．叶绿素b在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素
D．不同绿叶中的色素在滤纸条上的色带顺序不同
解析：选C　绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇和丙酮中；叶绿体色素的提取的实验研磨前加入碳酸钙，可以保护叶绿体色素，防止色素被破坏；叶绿素b在层析液中溶解度最小；各色素带顺序是由自身在层析液中的溶解度所决定的，溶解度大，扩散速度快，溶解度小，扩散速度慢，与绿叶种类无关。
2．(2019·威海调研)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的说法，正确的是(　　)
A．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b较多
B．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
C．色素带的宽窄反映了色素在层析液中溶解度的大小
D．滤纸条上没有色素带，说明材料可能为黄化叶片
解析：选A　叶绿体色素中绿色的叶绿素含量约占3/4，所以提取液呈绿色；胡萝卜素在层析液中溶解度最大，在滤纸条上扩散速度最快，所以处于滤纸条最上方；色素带的宽窄反映了色素含量的多少；用黄化叶片进行绿叶中色素提取与分离实验时，滤纸条上仍然会有胡萝卜素和叶黄素的色素带。
3.如图是小明同学利用新鲜菠菜叶片做“叶绿体中色素的提取和分离实验”的结果，老师认为实验结果不理想，则产生此结果最可能的原因是(　　)
A．误用蒸馏水作提取液和层析液
B．研磨时未加入SiO2
C．实验材料自身有问题
D．研磨时未加入CaCO3
解析：选D　由于色素不溶于蒸馏水，若用蒸馏水作提取液和层析液，则得不到色素带；研磨时不加SiO2，研磨不充分，各种色素含量都减少，但并不改变色素的比例关系；由于是新鲜菠菜叶，实验材料正常；图示叶绿素a和叶绿素b含量相对较少，而叶黄素最多，胡萝卜素较多，最可能是研磨时未加入CaCO3，导致部分叶绿素被破坏。
4.(2019·泰安模拟)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(　　)
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
B．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
C．四种色素在层析液中溶解度大小是I＜Ⅱ＜Ⅲ＜Ⅳ
D．色素分离过程中如果滤液细线触及石油醚，会缩短得到四条色素带的时间
解析：选B　根据题图来看：强光照导致了该植物叶绿素含量降低，绿色变浅；强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成；四种色素在层析液中溶解度大小关系是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ；色素分离过程中如果滤液细线触及石油醚，色素会溶解在层析液中，从而不能得到色素带。
5．利用无水乙醇提取出叶绿体中的色素，设法分离得到各种色素，并将叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素和混合液依次点样在滤纸的1、2、3、4、5位置(如图所示)。当滤纸下方浸入层析液后，滤纸条上各色素正确的位置应为(　　)

解析：选B　在层析液中4种色素的溶解度从大到小的顺序依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素溶解度越大，随层析液在滤纸上扩散的速度越快，混合液中含4种色素，扩散后在滤纸条上形成4条色素带。
6．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断下列说法错误的是(　　)

A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少
解析：选C　类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光；据图可知，用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度；由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，光合色素吸收光能增强，光反应增强，C3的还原加速，叶绿体中C3的量将减少；叶绿素b主要吸收420～470 nm波长的光，缺镁时叶绿素合成减少，所以此波段的光的利用量显著减少。
7．将在黑暗中放置一段时间的叶片均分成4小块，分别置于不同的试管中，按下表进行实验处理，其中着色最浅的叶片所在的试管是(　　)
试管编号
①
②
③
④
实验处理
CO2溶液
＋
＋
＋
＋
光照
白光
蓝光
红光
绿光
碘液
＋
＋
＋
＋
注：“＋”表示具有该条件
A．①　　　　　　　　　 B．②
C．③ D．④
解析：选D　在不同的光照条件下，光合作用强度不同，叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光几乎不吸收，故在白光下，叶片光合作用最强，经碘液处理后，着色最深；绿光下，叶片光合作用最弱，着色最浅。
8．如图表示用韭菜宿根进行的相关对照实验流程。下列叙述错误的是(　　)

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：选B　提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，而加入CaCO3是为了防止色素被破坏；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；在光下和避光条件下实验结果①色素带不同，可说明叶绿素合成需要光照；实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多。
9．迁移率是用纸层析法分离混合色素中各种成分的重要指标，也可用于各种色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中各种色素的层析结果(部分数据)，下列相关叙述错误的是(　　)

溶剂移动距离
色素1移动距离
色素2移动距离
色素3移动距离
色素4移动距离
实验组1
7.8


1.9

实验组2
8.2


1.5

实验组3
8.0


1.4

平均





移动距离
8.0
7.6


0.8
迁移率

0.95
0.53

0.10

A．可用菠菜等绿叶蔬菜的叶片作为该实验的材料
B．色素3是叶绿素a，其迁移率为0.2
C．色素4随层析液在滤纸条上的扩散速度最快
D．色素2在滤纸条上移动的距离大约是4.2
解析：选C　菠菜等绿叶蔬菜的叶片含有大量的色素，可作为该实验的材料；据表格分析，色素3平均移动距离＝(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离＝1.6÷8.0＝0.2，通过比较迁移率可知色素3为叶绿素a；色素4表示叶绿素b，溶解度最低，扩散速度最慢；据表格分析，色素2平均移动距离＝0.53×8.0＝4.24。
10．(2017·浙江4月选考单科卷)为探究不同环境因素对某植物叶片中叶绿素含量的影响，进行了相关实验，结果如图所示。

回答下列问题：
(1)本实验的因变量是____________________。由图中曲线对比可知，经__________________处理的该植物叶片中叶绿素含量下降最为明显，这将直接导致光反应中叶绿素吸收的______________光减少而降低了光合速率。由此推知，若遇较低温天气，除升温方法外，可对该植物进行________处理以减少叶绿素的损失。
(2)提取上述四组该植物叶片中的色素时，为防止色素被破坏，研磨时可加入适量的________。对上述四组色素提取液分别进行纸层析分离，结果发现，第4组得到的色素带中，从上到下的第________条色素带均明显变窄。
(3)若用不同波长的光照射叶绿素a的提取液并测定_______________________，可得到叶绿素a的吸收光谱。
解析：(1)由图示可知，该实验的自变量是光的有无和温度的高低，因变量是叶绿素的相对含量；经过0 ℃条件下的光照处理，叶绿素含量下降最明显，导致对红光和蓝紫光的吸收减少；在较低温条件下进行遮光处理可以减少叶绿素的损失。(2)研磨绿叶时，加入CaCO3可防止色素被破坏；叶绿素a和叶绿素b分别位于滤纸条从上到下的第三、四色素带。(3)测定叶绿素a对不同波长光的吸收率，可得到叶绿素a的吸收光谱。
答案：(1)叶绿素的相对含量　0 ℃条件下光照　红光和蓝紫　遮光　(2)CaCO3　三、四　(3)吸光率
11．油菜耐寒性强，是我国重要的油料作物。昼夜温差大时有利于油菜积累干物质，提高油菜的产量。 请回答下列问题：
(1)昼夜温差大时有利于油菜积累干物质的原因是_______________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在油菜生长发育时期，如果遇到连绵阴雨，对油菜的产量会产生严重影响，主要是由于__________直接影响了油菜的光反应阶段，进而对暗反应阶段______________造成影响。
(3)在油菜的营养生长过程中，发现部分油菜植株叶片变黄，其原因可能有两种：一是由于镁缺乏导致________缺乏；二是由于类胡萝卜素含量增加。请设计实验确定叶片变黄的原因：
①实验设计思路：选取质量相等的变黄叶片和正常绿色叶片，分别编号为甲组、乙组；然后采用相同的方法提取和分离甲组、乙组的色素，比较两种叶片色素的种类和含量。
②预测实验结果：
Ⅰ.与乙组相比，如果甲组_______________________________________________，则说明叶片变黄是缺乏镁所致。
Ⅱ.与乙组相比，如果甲组______________________________________________，则说明叶片变黄是类胡萝卜素含量增加所致。
解析：(1)昼夜温差大，白天有利于光合作用，夜晚抑制呼吸作用，最终有利于有机物积累，使作物产量提高。(2)阴雨天，光照强度较低，影响光合作用的光反应，进而影响[H]和ATP的产生，最终影响三碳化合物还原为有机物。(3)探究叶片颜色变黄的原因，可通过纸层析法观察色素带的条数、宽窄和深浅确定。若缺镁造成的叶绿素减少，则在滤纸条上就可能只剩下黄色和橙黄色2条色素带，或即便有4条色素带，离滤液细线较近的蓝绿色和黄绿色的2条色素带颜色较浅；若是由于类胡萝卜素含量增加造成的，则可以得到4条色素带，但距离滤液细线较远的黄色、橙黄色的2条色素带颜色深并且较宽。
答案：(1)白天温度较高，有利于光合作用制造有机物，夜晚温度较低，呼吸作用强度低，消耗有机物少
(2)光照强度　三碳化合物还原
(3)叶绿素　Ⅰ.滤纸条上只有离滤液细线较远的2条色素带，或有4条色素带，但离滤液细线较近的2条颜色较浅
Ⅱ.滤纸条上有4条色素带，但离滤液细线较远的2条色素带较宽

第2课时　光合作用的过程和影响因素
知识体系——定内容
核心素养——定能力

生命观念
通过比较光反应与暗反应的关系和光合作用元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点
理性思维
通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养学生能用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力
科学探究
通过“探究光照强度对光合作用强度影响”的实验，培养学生的实验探究能力

考点一　光合作用的原理和过程[重难深化类]

1．连线光合作用的探究历程

2．图解光合作用的过程(据图填空)

图中：①是，②是[H]，③是，④是CO2。

光反应(Ⅰ)
暗反应(Ⅱ)
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
2H2O＋4[H]
ADP＋PiATP
CO2＋C52C3
2C3(CH2O)＋C5
能量变化
光能→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能

[基础自测]
1．判断下列叙述的正误
(1)类囊体上产生的ATP可用于暗反应(√)
(2)光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP(×)
(3)H2O在光下分解为[H]和O2的过程发生在叶绿体基质中(×)
(4)在适宜光照条件下，叶肉细胞中CO2的固定和产生场所分别是叶绿体基质、线粒体基质(√)
(5)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生(×)
(6)光反应为暗反应提供[H]和H2O(×)
(7)离体叶绿体基质中添加ATP、[H](NADPH)和CO2后，可完成暗反应(√)
(8)进入叶绿体的CO2不能被[H](NADPH)直接还原(√)
2．据光合作用过程图完成下列问题

(1)色素的功能是吸收、传递和转化光能，水分解为O2、[H]的场所是叶绿体类囊体薄膜。
(2)进行光反应的条件有光、色素、酶等，产物有ATP、O2和[H]。
(3)暗反应进行的场所是叶绿体基质，参与反应的物质有CO2、ATP、[H]和C5，进行的条件是多种酶。
(4)写出光合作用的总反应式并标出各元素的来源和去向。
①光合作用总反应式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
②各元素的去向：
a．氧元素：H2O→；CO2→(CH2O)
b．碳元素：CO2→→(CH2O)
c．氢元素：H2O→[H]→(CH2O)
3．学透教材、理清原因、规范答题用语专练
(1)土壤中缺乏N，植物的光合作用就会受影响，请分析原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：N是组成ATP、NADPH、酶以及类囊体薄膜等与光合作用有关的物质或结构的重要元素
(2)若将某种植物密闭在无O2，但其他条件适宜的小室中，光照培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增强，原因是________________________________________________。
提示：该植物在光下光合作用释放的O2使密闭小室中O2增加，而O2与有机物分解产生的NADH发生作用形成水是有氧呼吸的一个环节，所以当O2增多时，有氧呼吸会增强


1．明确光反应与暗反应的联系

(1)光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi。
(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)光反应中光能转换为活跃的化学能并非只储存于ATP中，NADPH([H])中也含有能量。
(4)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。
(5)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。
2．理清光合作用中元素去向
(1)反应式(以生成C6H12O6为例)
6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O
(2)同位素标记元素转移途径
H：
C：
O：
3．比较光合作用和化能合成作用

光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物

[对点落实]
1．(2018·北京高考)光反应在叶绿体类囊体上进行。在适宜条件下，向类囊体悬液中加入氧化还原指示剂DCIP，照光后DCIP由蓝色逐渐变为无色。该反应过程中(　　)
A．需要ATP提供能量　 B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素参与 D．会产生氧气
解析：选D　光合作用中的光反应发生在类囊体薄膜上，光合色素吸收光能，一方面使水光解，释放出氧气和形成[H]，另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与Pi发生化学反应形成ATP。结合题干信息，加入氧化还原指示剂DCIP后，DCIP会被光反应产生的[H]还原。
2．科学家提取植物细胞中的叶绿体，将叶绿体膜破坏，分离出基质和基粒，用来研究光合作用的过程(如下表，表中“＋”表示有或添加，“－”表示无或不添加)。下列条件下能产生葡萄糖的是(　　)
选项
场所
光照
CO2
ATP
[H]
C5
A
基质
－
＋
－
＋
＋
B
基粒
＋
＋
－
－
＋
C
基质和基粒
－
＋
－
－
－
D
基质和基粒
＋
＋
－
－
＋

解析：选D　光合作用分光反应和暗反应两大阶段，光反应在基粒上进行，需要光照，暗反应进行时需要光反应提供的[H]和ATP，同时还需要叶绿体基质中的C5和大气中的CO2参与。
3．(2019·山东五校冲刺卷)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来自水
解析：选C　光合作用光反应阶段水在光下分解，释放氧气，该过程是在叶绿体的类囊体薄膜上进行；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供碳元素；据表中数据可知，放氧速率与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同；释放的O2中18O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。

1．流程图中的物质转化及含量变化
[典型图示]

[问题设计]
(1)停止光照时：光停，ATP↓，ADP↑，C3↑，C5↓，分析如下：
过程①停止
↓
过程②停止
↓
过程③停止
↓
过程④停止
a.ATP不再产生
b.原有ATP仍继续分解，直至全部消耗
⇒ADP积累，含量增加；ATP减少
a.C3不再还原成C5和(CH2O)
b.原有C5仍继续参与CO2的固定，直至全部消耗
⇒C3积累，含量增加；C5减少

(2)停止CO2供应时： CO2停，C5↑，C3↓，ATP↑，ADP↓，分析如下：
过程④停止
↓
过程③停止
↓
过程②停止
↓
过程①停止
a.不再生成
b.原有C3继续还原生成C5和(CH2O)，直至全部消耗
⇒积累，含量增加；减少
a.ATP不再分解
b.原有ADP继续合成ATP，直至全部消耗
⇒ATP积累，含量增加；ADP减少

2．曲线图中的物质含量变化
[典型图示]
(1)光照强度变化

(2)CO2浓度变化

[问题设计]
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、[H]、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、[H]、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、[H]、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、[H]、ATP。
[对点落实]
4．(2014·全国卷Ⅰ)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，此后绿藻细胞的叶绿体内不可能发生的现象是(　　)
A．O2的产生停止 B．CO2的固定加快
C．ATP/ADP比值下降 D．NADPH/NADP＋比值下降
解析：选B　黑暗处理后，光反应停止，O2的产生也停止。ATP和NADPH是光反应的产物，同时也是暗反应的原料，黑暗处理后，ATP和NADPH的产生减少，且仍被暗反应所消耗，产生的ADP和NADP＋增多。光反应产生的ATP和NADPH减少，使得暗反应产生的C5减少，CO2的固定减慢。
5．用一定浓度的NaHSO3溶液喷洒到小麦的叶片上，短期内检测到叶绿体中C3的含量下降，C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是(　　)
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．促进叶绿体中ATP的合成
C．抑制叶绿体中[H]的形成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
解析：选B　若NaHSO3溶液促进叶绿体中CO2的固定，则CO2被C5固定形成的C3增加，则消耗的C5增加，故C5的含量将减少，C3的含量将增加；若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成，则被还原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的含量将减少，C5的含量将增加；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中[H]的形成，则被还原的C3减少，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的含量将增加，C5的含量将减少；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中有机物的输出，意味着暗反应中C3的还原过程变慢，生成的C5减少，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的含量将增加，C5的含量将减少。
6．如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是(　　)
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中[H]和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析：选D　根据题意和题图可知，物质甲是C5，物质乙是C3，Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度。Ⅱ阶段改变的条件影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低。
[类题通法]
判断C3、C5等物质含量变化的分析思路
叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析：
(1)来路去路，则物质含量相对稳定。
(2)来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。
(3)来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。

考点二　影响光合作用的环境因素及其应用[重难深化类]

探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理
叶片含有空气，上浮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)中间盛水的玻璃柱的作用：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。
3．实验结果分析
(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：

(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。细胞生理状态如下图：

(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。细胞生理状态如下图：

[对点落实]
1．(2019·东营六校联考)取生长旺盛的绿叶，用直径为1 cm打孔器打出小圆片若干(注意避开大叶脉)，抽出小圆片内的气体，并在黑暗处用清水处理使小圆片细胞间隙充满水，然后平均分装到盛有等量的富含不同浓度CO2的溶液的小烧杯中，置于光照强度和温度恒定且适宜的条件下，测得各组小圆片上浮至液面所需平均时间，将记录结果绘制成曲线如图1。

(1)与a浓度相比，b浓度时小圆片叶肉细胞的类囊体薄膜上[H]的生成速率________(填“快”“相等”或“慢”)，此时小圆片的叶肉细胞中能产生ATP的细胞器有____________。
(2)当CO2浓度大于c时，随着CO2浓度的增大，小圆片中有机物的积累速率________(填“加快”“不变”或“减慢”)。
(3)另取若干相同的小圆片分别置于温度相同且适宜、CO2溶液浓度为a的小烧杯中，选用40 W的台灯作为光源，通过改变光源与小烧杯之间的距离进行实验，根据实验结果绘制成图2曲线(X1＞0)。
①该实验的目的是_________________________________________________。
②限制B点净光合速率的主要外界因素是_____________，C点的含义是______________________________________时光源与小烧杯之间的距离。
解析：叶圆片在被抽取出空气后沉入水底，在光照下，当光合作用产生O2大于呼吸作用消耗O2时，叶圆片会上浮。台灯距离叶片越近，光照强度越大，叶圆片的光合作用越强，叶圆片上浮的速度越快，数量越多。
答案：(1)快　叶绿体、线粒体　(2)减慢　(3)①探究光照强度对光合速率的影响　②CO2浓度　小圆片光合速率等于细胞呼吸速率(净光合速率为零)
[归纳拓展]
小圆形叶片上浮实验中的三个关注点
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生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。

用曲线模型分析影响光合作用的环境因素(据图填表)
1．光照强度
曲线模型

模型分析
曲线对应点
细胞生理活动
ATP产生场所
植物组织外观表现
图示
A点
只进行细胞呼吸，不进行光合作用
只在细胞质基质和线粒体
从外界吸收，向外界排出CO2

AB段(不含A、B点)
呼吸量光合量
细胞质基质、线粒体、叶绿体
从外界吸收O2，向外界排出CO2

B点
光合量呼吸量
与外界不发生气体交换

B点之后
光合量呼吸量
从外界吸收CO2，向外界释放O2。此时植物可更新空气

应用
①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产
②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，如图中虚线所示，间作套种农作物，可合理利用光能

2．CO2浓度
原理
CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成
曲线模型及分析

图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B和B′点都表示CO2饱和点
应用
在农业生产上可以通过“正其行，通其风”，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率

3．温度
原理
温度通过影响酶的活性影响光合作用
曲线模型及分析

AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大
B点：酶的最适温度，光合速率最大
BC段：随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零
应用
温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，提高植物有机物的积累量

4．矿质元素
曲线模型
原理

矿质元素是参与光合作用的许多重要化合物的组成成分，缺乏会影响光合作用的进行。例如，N是的组成元素，N、P是ATP的组成元素，Mg是叶绿素的组成元素等
曲线分析
应用
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用强度；但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物发生渗透失水而导致植物光合作用强度下降
在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高光能利用率

5．光照、CO2浓度和温度对光合作用的综合作用
常见曲线模型

曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高
Q点：横坐标所表示的因子不再是影响光合速率的因素，影响因素主要为各曲线所表示的因子(图1为温度，图2为CO2浓度，图3为光照强度)
应用
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率

[对点落实]
2．(2018·江苏高考)如图为某一植物在不同实验条件下测得的净光合速率，下列假设条件中能使图中结果成立的是(　　)
A．横坐标是CO2浓度，甲表示较高温度，乙表示较低温度
B．横坐标是温度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
C．横坐标是光波长，甲表示较高温度，乙表示较低温度
D．横坐标是光照强度，甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度
解析：选D　随着CO2浓度的增大，净光合速率先增大后趋于稳定，但由于净光合速率最大时对应着一个温度，即最适温度，低于或高于此温度，净光合速率都将下降，所以无法确定在CO2浓度足够大时，较高温度下的净光合速率高于较低温度；植物进行光合作用存在最适温度，高于最适温度后，净光合速率减小，所以随着温度升高，净光合速率不应先升高后趋于稳定；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在相应光波长时，植物的净光合速率存在峰值，不应呈现先升高后趋于稳定的状态，且光波长一定时，较高温度下的净光合速率不一定较高；随着光照强度的增加，净光合速率先增大后趋于稳定，在光照强度足够时，较高的CO2浓度下净光合速率较大。
3.(2018·全国卷Ⅰ)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：
(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是__________，判断的依据是______________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
解析：(1)由曲线图可知，光照强度大于a时，随着光照强度的增加，甲植物的净光合速率增加的幅度更大，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，抑制暗反应，导致叶片的光合速率明显降低。
答案：(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大　(3)乙　(4)CO2
[易错提醒]
关于环境因素影响光合速率的两点提醒
温度改变对光合作用的影响
当温度改变时，不管是光反应还是暗反应都会受影响，但主要是影响暗反应，因为参与暗反应的酶的种类和数量都比参与光反应的多
CO2浓度对光合作用的影响
CO2浓度很低时，光合作用不能进行，但CO2浓度过高时，会抑制植物的细胞呼吸，进而影响光合作用

考点三　开放环境与密闭容器中光合作用的昼夜变化曲线分析[题点精析类]
1．开放环境中光合作用昼夜变化曲线分析

(1)曲线分析
MN和PQ
夜晚植物只进行细胞呼吸；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减小
N～P
光合作用与呼吸作用同时进行
NA和EP
清晨和傍晚光照较弱，光合作用强度小于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量减少，环境中CO2量增加，O2量减少
A点和E点
光合作用强度等于细胞呼吸强度，CO2的吸收和释放达到动态平衡；植物体内有机物的总量不变，环境中CO2量不变，O2量不变
A～E
光合作用强度大于细胞呼吸强度；植物体内有机物的总量增加；环境中CO2量减少，O2量增加
C点
叶片表皮气孔部分关闭，出现“光合午休”现象
E点
光合作用产物的积累量最大

(2)一昼夜有机物的积累量的计算方法(用CO2表示)
一昼夜有机物的积累量＝白天从外界吸收的CO2量－晚上呼吸作用释放的CO2量，即S3－(S1＋S2)。
2．密闭玻璃罩内CO2浓度与时间的关系曲线

(1)曲线分析
AB段
无光照，植物只进行呼吸作用
BC段
温度降低，呼吸作用减弱
CD段
C点后，微弱光照，开始进行光合作用，但光合作用强度＜呼吸作用强度
D点
光合作用强度＝呼吸作用强度
DH段
光合作用强度＞呼吸作用强度。其中FG段表示“光合午休”现象
H点
光合作用强度＝呼吸作用强度
HI段
光照继续减弱，光合作用强度＜呼吸作用强度，直至光合作用完全停止

(2)植物生长与否的判断方法
I点低于A点
说明一昼夜，密闭容器中CO2浓度减小，即光合作用＞呼吸作用，植物生长
若I点高于A点
说明光合作用＜呼吸作用，植物体内有机物总量减少，植物不能生长
若I点等于A点
说明光合作用＝呼吸作用，植物体内有机物总量不变，植物不生长

[题点全练]
1．科研人员检测晴朗天气下露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率(Pn)日变化情况，并将检测结果绘制成下图。下列相关说法错误的是(　　)

A．光照强度增大是导致ab段、lm段Pn增加的主要原因
B．致使bc段、mn段Pn下降的原因是气孔关闭
C．致使ef段、op段Pn下降的原因是光照逐渐减弱
D．适时浇水、增施农家肥是提高大田作物产量的重要措施
解析：选B　早晨日出后光照强度不断增大，使得露地栽培和大棚栽培的油桃的光合速率迅速上升。大棚栽培条件下的油桃在bc段Pn下降，主要原因是日出后旺盛的光合作用消耗大量CO2，使大棚内密闭环境中CO2浓度迅速下降；而露地栽培的油桃在mn段Pn下降，是因环境温度过高导致部分气孔关闭，吸收CO2减少。15时以后，两种栽培条件下油桃的光合速率持续下降，是光照强度逐渐减弱所致。适时浇水避免植物因缺水导致气孔关闭、增施农家肥从而增加环境中CO2浓度是提高大田作物产量的可行性重要措施。
2．某研究小组进行某植物的栽培实验，图1表示在适宜的光照、CO2浓度等条件下测得的光合曲线和黑暗条件下的呼吸曲线；图2为在恒温密闭玻璃温室中，连续24 h测定的温室内CO2浓度以及植物CO2吸收速率的变化曲线。据图分析，下列说法错误的是(　　)

A．图1中，当温度达到55 ℃时，植物光合作用相关的酶失活
B．6 h时，图2叶肉细胞产生[H]的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质
C．18 h时，图2叶肉细胞中叶绿体产生的O2量大于线粒体消耗的O2量
D．该植株在进行光合作用且吸收CO2的量为0时，在两图中的描述点共有4个
解析：选D　图1中的虚线始终为CO2的释放，从图中看出，当温度达到55 ℃时，光合作用不再吸收CO2，只剩下细胞呼吸释放CO2的曲线，表示植物不再进行光合作用，只进行细胞呼吸；图2中6 h时，CO2的吸收速率为0，此时光合速率等于呼吸速率，因此叶肉细胞产生[H]的场所有叶绿体、线粒体和细胞质基质；图2中18 h时，CO2的吸收速率等于0，说明植物的光合速率等于呼吸速率，植株的叶肉细胞的叶绿体产生的O2量必须大于线粒体消耗的O2量，才能保证非叶肉细胞的O2供应，而使植物的光合作用强度等于有氧呼吸的强度；图2中当光合速率等于呼吸速率时，净光合速率为0，处于室内CO2浓度曲线的拐点，因此图2中光合速率和呼吸速率相等的时间点有2个，图1中，光合速率与呼吸速率相等的温度条件是40 ℃，故两图中进行光合作用且吸收CO2的量为0的描述点共有3个。
3．(2019·泰安模拟)夏季某晴朗的一天对一密闭蔬菜大棚中的某种气体的含量进行24 h的检测，结果如下图1。图2是叶肉细胞内两种细胞器间的气体关系图解。请回答下列问题：

(1)图1中所测气体为________；该大棚内的蔬菜经过一昼夜后是否积累有机物？________，原因是___________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)与它们各自的前一阶段相比，EC段和DB段叶肉细胞内的C3含量的变化趋势分别是________、________，图1中CD段变化的原因可能是_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)处于图1中的B点时，图2中应该进行的气体转移途径有____________；而处于图1中的DB段，图2中应该进行的气体转移途径有____________。
解析：(1)密闭大棚内气体含量发生变化的主要是O2和CO2，图中E、B两点气体变化量为0，说明E、B两点的光合速率等于呼吸速率。7点之前呼吸速率大于光合速率，O2含量下降、CO2含量上升，故图1所测气体为O2。F点的O2含量高于A点，表明一昼夜内O2的净积累量大于0，即有机物有积累。(2)EC段，光照强度逐渐增强，光反应产生的[H]和ATP增多，C3被还原的量就会增多，故C3含量的变化趋势为减少；DB段，光照强度逐渐降低，光反应产生的[H]和ATP减少，C3被还原的量就会减少，故C3含量的变化趋势为增加；CD段，光照强度过强，使气温偏高，部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应减弱，限制了光反应的进行。(3)图1中B点的光合速率等于呼吸速率，但一般植物只有绿色部分进行光合作用，在整体光合速率等于呼吸速率时，叶肉细胞内肯定是光合速率大于呼吸速率；图1中DB段光合速率大于呼吸速率，对于叶肉细胞来说，叶绿体消耗CO2和产生O2的速率均大于线粒体产生CO2和消耗O2的速率，则图2中应该进行的气体转移途径有A、C、D、E。
答案：(1)O2　是　F点的O2含量高于A点(一天内光合作用产生的O2量多于呼吸作用消耗的O2量)　(2)减少　增加　光照过强，使温度过高，部分气孔关闭，CO2供应不足，暗反应减弱，限制了光反应的进行　(3)A、C、D、E　A、C、D、E

　 　　　课堂一刻钟
1．(2017·天津高考)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。如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
解题关键——图文转换
由图可知光照强度高于P时，突变型CO2吸收速率(即光合速率)随光照强度增强而逐渐升高，因此此时限制突变型光合速率的主要因素仍是光照强度。　　　　　　　　　　　 　　 　　　　　　　　 　　
解析：选D　光照强度低于P时，光反应强度受叶绿素含量影响较大，突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，故其光反应强度低于野生型；光照强度高于P时，暗反应强度受固定CO2酶的影响较大，突变型水稻叶片固定CO2酶的活性显著高于野生型，故其暗反应强度高于野生型；光照强度低于P时，限制光合速率的主要环境因素是光照强度；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P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。
2．(2016·天津高考)在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是(　　)
A．红光，ATP下降　　　　 B．红光，未被还原的C3上升
C．绿光，[H]下降 D．绿光，C5上升
破题障碍——不明原理
叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收相对较少，因此红光使光合作用增强，绿光使光合作用减弱，从而引起相关物质含量发生变化。明白了这一原理，本题便可迎刃而解。　　　　
解析：选C　叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少，因此当突然改用光照强度与白光相同的红光照射时，光反应增强，ATP、[H]、C5含量上升，ADP、C3含量减少；当突然改用光照强度与白光相同的绿光照射时，光反应减弱，ATP、[H]、C5含量减少，ADP、C3含量增多。
3．(2016·海南高考)下列叙述错误的是(　　)
A．温度和光照会影响CO2的同化速率
B．光合作用中O2的产生发生在光反应阶段
C．光反应产生的ATP和NADPH不参与暗反应
D．土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖
易错探因——记忆不准
“硝化细菌为自养型生物，可以通过化能合成作用将CO2和H2O合成糖类等有机物。”若对这一知识点记忆不准就可能错选D。
解析：选C　温度影响酶活性，光照影响光反应，二者均会影响暗反应中CO2的同化速率；光反应阶段发生水的分解，产生O2；光反应产生的ATP和NADPH参与暗反应；硝化细菌属于自养型生物， 可以利用CO2和H2O合成糖类。
4．(2015·海南高考)将一株生长正常的某种植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养。从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0。之后保持不变。在上述整时间段内，玻璃容器内CO2浓度表现出的变化趋势是(　　)
A．降低至一定水平时再升高
B．持续保持相对稳定状态
C．降低至一定水平时保持不变
D．升高至一定水平时保持相对稳定
易错探因——过程不明
密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行有氧呼吸，只要光合作用大于呼吸作用，CO2浓度就会下降，直至光合作用与呼吸作用相等。　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　
解析：选C　密闭容器内的植物在光照条件下既能进行光合作用也能进行有氧呼吸，植物净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率，净光合速率只要大于0，则光合作用消耗的CO2量就大于有氧呼吸释放的CO2量；根据题意，从照光开始，净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0，之后保持不变，说明密闭容器内的CO2浓度从光照开始就下降，当净光合速率随着时间延长逐渐下降直至为0时，密闭容器内的CO2浓度停止下降，然后净光合速率为0保持不变，密闭容器内的CO2浓度保持不变。
5．(2018·全国卷Ⅱ)为了研究某种树木树冠上下层叶片光合作用的特性，某同学选取来自树冠不同层的A、B两种叶片，分别测定其净光合速率，结果如图所示。据图回答问题：

(1)从图可知，A叶片是树冠______(填“上层”或“下层”)的叶片，判断依据是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

失分原因——不明图意，答题不规范
由图中曲线信息可知，左图中A叶片随光照强度增强净光合速率增加后迅速下降，而右图中光照强度同样变化时，B叶片净光合速率持续升高，由此可知A叶片的净光合速率达最大时的光照强度低于B叶片，从而判断出A为树冠下层叶片，据此再对第(2)空进行准确描述才能不失分。
(2)光照强度达到一定数值时，A叶片的净光合速率开始下降，但测得放氧速率不变，则净光合速率降低的主要原因是光合作用的________反应受到抑制。
(3)若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，在提取叶绿素的过程中，常用的有机溶剂是________。
解析：(1)根据题图中的曲线可知，A叶片净光合速率最大时，对应的光照强度约为 1 200 μmol·m－2·s－1，B叶片净光合速率最大时，对应的光照强度至少为2 000 μmol·m－2·s－1，即A叶片的净光合速率达到最大时所需的光照强度低于B叶片，因此A叶片位于树冠下层。(2)当光照强度达到一定数值时，A叶片的放氧速率不变，但净光合速率下降，原因可能是光合作用的暗反应受到抑制。(3)常用的提取叶绿素的有机溶剂是无水乙醇。
答案：(1)下层　A叶片的净光合速率达到最大时所需光照强度低于B叶片　(2)暗　(3)无水乙醇
6．(2016·全国卷Ⅲ)为了探究某地夏日晴天中午时气温和相对湿度对A品种小麦光合作用的影响，某研究小组将生长状态一致的A品种小麦植株分为5组，1组在田间生长作为对照组，另4组在人工气候室中生长作为实验组，并保持其光照和CO2浓度等条件与对照组相同。于中午12：30测定各组叶片的光合速率，各组实验处理及结果如表所示：

对照组
实验组一
实验组二
实验组三
实验组四
实验处理
温度(℃)
36
36
36
31
25
相对湿度(%)
17
27
52
52
52
实验结果
光合速率(mg CO2·dm－2·h－1)
11.1
15.1
22.1
23.7
20.7
回答下列问题：
(1)根据本实验结果，可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是____________，其依据是__________________________________；并可推测，____________(填“增加”或“降低”)麦田环境的相对湿度可降低小麦光合作用“午休”的程度。
(2)在实验组中，若适当提高第________组的环境温度能提高小麦的光合速率，其原因是____________________。
(3)小麦叶片气孔开放时，CO2进入叶肉细胞的过程____________(填“需要”或“不需要”)载体蛋白，________(填“需要”或“不需要”)消耗ATP。
解题关键——信息获取
准确对表格数据分析是解答(1)(2)小题的关键。由表格可知本实验的自变量有两个，一是相对湿度，二是温度。对照组与实验组一、二形成一组实验，自变量为相对湿度；实验组二、三、四形成一组实验，自变量为温度，通过分析两组实验结果的数据即可对(1)(2)小题进行作答。
解析：(1)根据表格信息可知，对照组、实验组一、实验组二在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大；实验组二、实验组三、实验组四在相同湿度条件下，随温度的变化，光合速率变化不大，因此可以推测中午时对小麦光合速率影响较大的环境因素是湿度。根据上述结论，增加麦田环境的相对湿度可提高小麦的光合速率，降低小麦光合作用“午休”的程度。(2)与实验组四相比，实验组三的温度高6 ℃，光合速率有所提高，说明实验组四的环境温度未达到光合作用的最适温度，故适当提高第四组的环境温度能提高小麦的光合速率。(3)CO2进入叶肉细胞的方式是自由扩散，不需要载体蛋白，也不需要消耗ATP。
答案：(1)湿度(或相对湿度)　在相同温度条件下，相对湿度改变时光合速率变化较大(其他合理答案可酌情给分)　增加　(2)四　该实验组的环境温度未达到光合作用的最适温度(其他合理答案可酌情给分)　(3)不需要　不需要
[学情考情·了然于胸]
一、明考情·知能力——找准努力方向
考查知识
1.光合作用的原理和过程，其中对光合作用的过程的考查是高频点。
2.影响光合作用的环境因素，多以曲线形式考查。
3.光合作用的原理在生产中的应用。
考查能力
1.识记能力：主要考查对光合作用的物质转化和能量转化过程的识记能力。
2.识图能力：借助曲线考查对信息的获取、处理和运用能力。
3.实验探究能力：以影响光合作用的环境因素为素材，考查实验探究和分析能力。

二、记要点·背术语——汇总本节重点
1．叶绿体：进行光合作用的场所。它内部的类囊体薄膜上，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。
2．光合作用
(1)光合作用释放的O2来自H2O。
(2)光反应阶段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。
(3)暗反应过程是在多种酶催化下完成的，其场所是叶绿体基质，包括CO2的固定和C3的还原等过程。
3．影响光合作用的因素
(1)光照强度：直接影响光反应的速率，光反应产物[H]和ATP的数量会影响暗反应的速率。
(2)温度：影响光合作用过程，特别是影响暗反应中酶的催化效率，从而影响光合速率。
(3)CO2：是暗反应的原料，CO2浓度高低直接影响光合速率。
(4)矿质元素：直接或间接影响光合作用。例如，镁是叶绿素的组成成分，氮是酶等多种物质的组成成分，磷是ATP和生物膜的组成成分。
[课下达标检测]　
一、选择题
1．(2019·潍坊一模)下列关于光合作用的叙述，错误的是(　　)
A．鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水
B．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光
C．在暗反应阶段，C3可被[H]还原为C5和糖类
D．温度的变化不会影响光合作用的光反应阶段
解析：选D　鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的氧气来自水；一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光；暗反应发生场所是叶绿体基质，首先发生CO2的固定，即CO2和C5结合形成两分子的C3，C3再被光反应产生的[H]和ATP还原；温度的变化会影响酶的活性，故会影响光合作用的光反应阶段。
2．(2019·杭州质检)植物叶肉细胞的部分代谢过程如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．图中H＋通过主动转运(运输)从类囊体膜内运到膜外
B．通常，在光强度达到全日照之前，物质A的释放速率已达到最大值
C．每个三碳酸分子接受来自物质N的氢和来自ATP的磷酸基团
D．叶片呈绿色，是因为它大量吸收绿光，而几乎不吸收其他颜色的光
解析：选B　图中H＋从类囊体膜内运到膜外的过程是顺浓度梯度进行的，不属于主动转运(运输)；通常，在光强度达到全日照之前，光合作用已达到光饱和点时的光合速率，即光合作用的光反应已达到最大速率，因此物质A(即O2)的释放速率已达到最大值；物质N为NADP＋，碳(暗)反应中三碳酸分子接受来自NADPH的氢和来自ATP的磷酸基团；叶片呈绿色，是因为它几乎不吸收绿光。
3．在有光条件下，叶肉细胞中一定在基质中进行的是(　　)
A．二氧化碳的消耗　　　　 B．还原氢的生成
C．氧气的产生 D．水的消耗
解析：选A　二氧化碳的消耗发生在光合作用的暗反应阶段，场所是叶绿体基质；光合作用的光反应过程中叶绿体类囊体薄膜上产生还原氢，有氧呼吸过程中第一、第二阶段都可以产生还原氢，场所分别是细胞质基质和线粒体基质；氧气的产生发生在光合作用过程中，场所是叶绿体类囊体薄膜；光合作用的光反应阶段和有氧呼吸的第二阶段都消耗水，场所分别是叶绿体类囊体薄膜和线粒体基质。
4．在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3，下列分析正确的是(　　)
A．叶肉细胞内RuBP羧化酶分布在叶绿体基质中
B．RuBP羧化酶为上述反应的进行提供所需的活化能
C．提取的RuBP羧化酶应在最适温度条件下保存，以保持其最高活性
D．叶肉细胞内RuBP羧化酶只有在黑暗条件下才能发挥其催化作用
解析：选A　叶肉细胞内RuBP羧化酶是植物体内催化CO2固定的酶，反应的场所是叶绿体基质；酶的作用原理是降低化学反应的活化能，而不是提供反应进行所需的活化能；酶在低温条件下，空间结构保持稳定，在适宜的温度下酶的活性可以恢复，因此酶适于在低温下保存以保持活性；CO2的固定在有光、无光条件下都能进行，因此叶肉细胞内RuBP羧化酶在光照和黑暗条件下都能发挥作用。
5.(2019·临沂一模)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。下列有关叙述错误的是(　　)
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：选C　曲线中a点转向b点时，光照强度增强，光反应产生的[H]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；曲线中b点转向d点时，CO2浓度降低，CO2用于暗反应中和C5固定生成C3的反应减弱，因此叶绿体中C5浓度升高；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。
6．研究者探究不同光照条件下，两种不同浓度CO2对某种蓝藻生长的影响，结果如图所示。下列关于实验的叙述，错误的是(　　)

A．“●”和“▲”分别表示高浓度和低浓度CO2下的测量结果
B．若相同条件下测量O2的释放量，可得到相似的实验结果
C．低光强时，不同的CO2浓度对干重增加的影响不显著
D．高浓度CO2时，不同的光强对干重增加的影响不显著
解析：选D　分析题图曲线可知，高光照强度下，“●”有机物积累多于“▲”，因此“●”为高CO2浓度下的测量结果，“▲”为低CO2浓度下的测量结果；光照和CO2浓度相同，光合作用产生的氧气相同，细胞呼吸强度不变，因此相同条件下测量O2的释放量相同；低光强时，限制光合作用的外界因素主要是光照强度，不是CO2浓度，因此不同的CO2浓度对干重增加的影响不显著；高CO2浓度时，一定的范围内随光照强度增加光合作用强度增强，干重增加速度增大。
7.取生长旺盛的天竺葵叶片，用打孔器打出小圆片若干并抽取叶片细胞内空气，均分后置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的一定强度光照，记录圆叶片上浮至液面所需时间，其结果绘制的曲线如图。下列相关叙述错误的是(　　)
A．YZ段平缓的限制因素可能是光照强度
B．Y点比X点细胞内的C5含量高
C．Z点后曲线上行，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致
D．Y点时叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体
解析：选B　YZ段平缓，说明随着CO2浓度的增加光合作用不再增强，则限制因素可能是光照强度；Y点与X点相比，CO2浓度高，CO2的固定加快，则Y点细胞内的C5含量低；Z点后光照不变，CO2浓度升高，而圆叶片上浮到液面的时间延长，说明光合作用减弱，应该是叶片细胞失水，代谢受影响导致；Y点既有光合作用又有呼吸作用，则叶肉细胞产生ATP的细胞器有叶绿体和线粒体。
8．研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料，在相同的条件下进行了四组实验。其中D组连续光照T秒，A、B、C组依次加大光照—黑暗的交替频率，每组处理的总时间均为T秒，发现单位光照时间内光合作用产物的相对含量从A到C依次越来越大。下列相关说法正确的是(　　)

A．本实验中光照强度是无关变量，故光照强度的改变不影响实验组光合作用产物的相对含量
B．光照期间，光反应通过水的分解为暗反应提供ATP和[H]
C．实验组黑暗变为光照时，光反应速率增加，暗反应速率变小
D．推测在某光照—黑暗的交替频率上，单位光照时间内光合作用产物的相对含量达到100%
解析：选D　本实验中温度、光照强度和CO2浓度是无关变量，无关变量也是影响实验结果的变量，需要人为控制相同；光照期间，光反应通过水的分解为暗反应提供[H]，ATP不是通过水的分解形成的；实验组黑暗变为光照时，光反应、暗反应速率均增加；由题意“单位光照时间内光合作用产物的相对含量从A到C依次越来越大”可推测光反应产生ATP和[H]等物质的速率大于暗反应的利用速率，即在光照条件下产生的ATP和[H]等物质，在黑暗后仍可以继续利用并生成有机物。随着光照—黑暗交替频率的提高，在某种频率的一个光照—黑暗周期内，光反应产生的ATP和[H]等物质正好够这一周期使用，即达到与D组连续光照相同的产物产量，即单位光照时间内光合作用产物的相对含量达到100%。
9．图1表示夏季晴朗的一天，某种绿色植物在24小时内O2吸收和释放速率的变化示意图，a、b点对应时刻分别为6点和19点。图2表示光照强度与植物光合速率的关系。下列有关说法错误的是(　　)

A．图1中24 h内不进行光合作用的时段是0～5点和20～24点
B．图1的阴影部分可表示6～19点有机物的积累量
C．图2中限制a～c段光合速率的主要外界因素是光照强度
D．图2的c点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体、叶绿体
解析：选D　据图分析，图1中0～5点和20～24点氧气吸收速率一直保持最大，只进行呼吸作用；图中6点和19点时光合速率＝呼吸速率，故图1的阴影部分可表示6～19点有机物的积累量；图2中a～c段光合速率随光照强度的增大而增大，说明此段限制光合速率的主要外界因素是光照强度；图2的c点时，每个细胞合成ATP的场所都有细胞质基质、线粒体，但只有能进行光合作用的细胞产生ATP的场所含有叶绿体。
10.将一绿色植物放在密闭装置内，在恒定且适宜温度下，依次经过如下处理：①黑暗中放置一段时间；②持续给予一定强度的光照；③持续光照，并添加NaHCO3溶液。测得装置内O2浓度的变化如图，下列分析错误的是(　　)
A．从a点开始①处理，d点开始③处理
B．ab段该植物只进行呼吸作用
C．bd段光合速率大于呼吸速率
D．cd段光合作用的限制因素是CO2浓度
解析：选C　黑暗中植物只进行呼吸作用，ab段O2浓度下降表示该段植物只进行呼吸作用；bc段装置内O2浓度逐渐增加，说明bc段光合速率大于呼吸速率，但cd段装置内O2浓度维持恒定，说明cd段光合速率等于呼吸速率，d点添加NaHCO3溶液，O2浓度又迅速上升说明cd段光合作用的限制因素是CO2浓度。
11．(2019·东营期末)小麦和玉米的CO2固定量随外界CO2浓度的变化而变化(如图)。下列相关叙述错误的是(　　)

A．一定范围内小麦的CO2固定量与外界CO2浓度呈正相关
B．CO2浓度在100 μL·L－1时，小麦几乎不固定CO2
C．CO2浓度大于360 μL·L－1后，玉米不再固定CO2
D．玉米比小麦更能有效地利用低浓度CO2
解析：选C　从图中可以看出：随着外界CO2浓度的增加，小麦的CO2固定量也增加，所以在一定范围内，小麦的CO2固定量与外界CO2浓度呈正相关；CO2浓度在100 μL·L－1时小麦几乎不固定CO2；CO2浓度大于360 μL·L－1后玉米仍然固定CO2，但固定CO2的量不再增加；在低CO2浓度下，玉米比小麦能更有效地利用CO2。
12．如图表示将一种植物叶片置于适宜条件下，不同的细胞间隙CO2浓度下叶肉细胞中C5的含量变化。以下推测不合理的是(　　)

A．ab段，叶肉细胞CO2固定速率增加
B．bc段，叶片的净光合速率等于0
C．ab段，CO2固定速率比C3的还原速率快
D．bc段，可能是有关酶量限制了光合速率
解析：选B　ab段，随叶肉细胞间隙CO2的相对浓度升高，CO2的固定加快，C5消耗增多，含量下降；bc段，叶肉细胞间隙的CO2的相对浓度较高，C5含量基本维持不变，表示达到了CO2饱和点，此时光合速率应大于呼吸速率，叶片的净光合速率大于0；ab段，C5含量降低，说明CO2的固定速率比C3的还原速率快；bc段CO2不再是光合作用的限制因素，可能是有关酶量或光反应产生的[H]和ATP的数量限制了光合速率。
二、非选择题
13．(2018·台州期末)下图是黑藻光合作用过程示意图(用字母代表物质)。请分析回答：

(1)反应Ⅰ发生的场所是______________，其中产物B是________。
(2)在反应Ⅱ中RuBP不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是________________。光合作用合成的三碳糖，大部分运至叶绿体外转变成蔗糖，还有一部分在叶绿体中转变成__________________。
(3)若要分析黑藻叶绿体的色素种类，制备色素提取液时需要加入________可使研磨充分。将提取到的滤液收集到试管中，塞上橡皮塞，将试管置于适当的光照条件下2～3 min后，试管内氧气的含量________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(4)给黑藻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是由于______________________________________________。
解析：(1)Ⅰ为光反应阶段，发生的场所在类囊体膜，其中产物B是H＋。(2)在碳(暗)反应中RuBP不断被利用，但含量仍能保持稳定的原因是RuBP可以再生。(3)要分析黑藻叶绿体的色素种类，制备色素提取液时需要加入二氧化硅可使研磨充分，因为研磨后叶绿体遭破坏，只有色素不能进行光合作用，所以试管内氧气含量基本不变。(4)给黑藻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O是因为C18O2经光合作用产生HO，然后光合作用利用HO产生含18O的氧气。
答案：(1)类囊体膜(或光合膜、叶绿体基粒)　H＋
(2)RuBP可以再生　淀粉、蛋白质和脂质　(3)二氧化硅(SiO2)　不变　(4)C18O2经光合作用产生HO，然后光合作用利用HO产生含18O的氧气
14．在光合作用中NADP＋与NADPH可相互转化。为探究外界因素对NADP＋含量的影响，某科研团队取某双子叶植物小圆叶片等量分为3组，进行以下实验：
组别
处理
甲组
25 ℃，光照1 h→黑暗5 min→重新光照
乙组
25 ℃，光照1 h→黑暗5 min→不再光照
丙组
42 ℃，光照1 h→黑暗5 min→重新光照

各组均在黑暗处理5 min后开始测定叶片中NADP＋含量，结果如图所示。回答下列问题。

(1)NADPH转化为NADP＋发生在叶绿体的________(填场所)中。
(2)图中________(填“a与d”“d与e”或“c与f”)点叶片中NADP＋含量的差异，反映出高温(42 ℃)抑制该植物的暗反应。
(3)ab段叶片中NADP＋含量下降的原因是___________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)资料显示：抗霉素A能够影响该植物的光合作用，导致叶片中NADP＋含量减少。请在上述实验的基础上，补充实验加以验证(简要写出实验思路即可)。
解析：(1)在光合作用中，NADPH(还原型辅酶Ⅱ，[H])转化为NADP＋(辅酶Ⅱ)的过程，就相当于消耗[H]的过程，即C3的还原，其场所是叶绿体基质。(2)根据“高温(42 ℃)抑制该植物的暗反应”可知，本组对比的是高温(42 ℃，对应丙组)与常温(25 ℃，对应甲组)，即a和d点对比或b和e点对比。(3)由表格和图示可知，ab段属于甲组的数据变化，且图示结果是在黑暗处理5 min后开始测定的，而甲组在黑暗处理5 min后重新进行了光照，因此，NADP＋含量变化的起因是“重新光照”，结果是“NADP＋含量下降”。二者之间具体的因果关系：重新光照→光反应速率增大→NADP＋消耗量增加；同时暗反应速率短时间内基本不变→C3还原速率基本不变→消耗NADPH较少，最终NADP＋含量下降。(4)本小题的目的是验证抗霉素A能够影响该植物的光合作用，说明该实验需要在光照下进行，由此可确定乙组不能作为对照组，再根据图示实验结果可知，甲组的NADP＋含量高于丙组，由此判定甲组更适合作为对照组(现象更明显)，而实验组则是在甲组的基础上添加抗霉素A。
答案：(1)基质　(2)a与d　(3)重新光照时，短时间内光反应加快，迅速将水分解，生成较多的O2和NADPH，消耗NADP＋，同时暗反应中C3的还原消耗的NADPH较少，导致NADP＋含量下降　(4)增设1组实验，加入抗霉素A，其他条件与甲组相同，测定叶片中 NADP＋含量，与甲组进行比较(答案合理即可)。
15．(2019·烟台模拟)图甲是利用小球藻(一种单细胞绿藻)进行光合作用实验的示意图，图乙是用图甲中A组装置进行实验，测得的小球藻净光合速率与光质、CO2浓度的关系(不考虑光质对呼吸作用的影响)。请回答下列问题：

(1)与蓝藻相比，小球藻在细胞结构上的主要区别是____________________________，两者都是自养生物，因为它们都能__________________________________。
(2)图甲中，B组实验时，向试管中通入，则一段时间后，在小球藻呼吸产物中出现含的CO2，试解释这种CO2产生的过程：____________________________________。若在密闭且其他条件相同的情况下，测定图甲中A、B两组试管中氧气的变化，初始氧气浓度均为300 mg/L,24 h后，A组试管氧气浓度为500 mg/L，B组试管氧气浓度为116 mg/L，则A试管中，小球藻光合作用产生的氧气速率为________mg/(L·h)。
(3)依据图乙曲线，当小球藻处于黄光、CO2浓度为300 μL/L时，细胞内合成ATP的场所是________________________________________；当小球藻细胞由曲线中b点状态迅速转移到a点状态时，短时间内叶绿体中的C5含量将会________。
(4)据图乙所示实验结果，为提高温室作物的产量，你的建议是____________________________________________。
解析：(1)蓝藻属于原核生物，小球藻属于真核生物，与蓝藻相比，小球藻在细胞结构上的主要区别是小球藻有核膜包被的细胞核；两者都是自养生物，因为它们都能进行光合作用，将CO2和H2O转化为有机物。(2)图甲中，B组实验小球藻只进行呼吸作用，向试管中通入，经小球藻的有氧呼吸第三阶段消耗转变为HO，后者参与线粒体内有氧呼吸中丙酮酸分解过程，产生C18O2，所以一段时间后，在小球藻呼吸产物中出现含的CO2。根据题意可知，A试管24 h后氧气浓度增加量是500－300＝200(mg/L)，为净光合作用量，B试管24 h后氧气浓度减少量是300－116＝184(mg/L)，为呼吸消耗量，因此，小球藻24 h实际光合作用量为200＋184＝384(mg/L)，则A试管中，小球藻光合作用产生的氧气速率为384÷24＝16[mg/(L·h)]。(3)依据图乙曲线，当小球藻处于黄光、CO2浓度为300 μL/L时，小球藻同时进行光合作用和呼吸作用，所以细胞内合成ATP的场所是线粒体、叶绿体和细胞质基质；当小球藻细胞由曲线中b点状态迅速转移到a点状态时，光质由黄光变为红光，光合作用增强，短时间内光反应产生的ATP和[H]的量增加，C3被还原的量增加，导致C3减少，同时C5含量增加。(4)分析图乙曲线可知：不同的CO2浓度条件下，白光组最有利于植物净光合速率的提高，而且在实验CO2浓度范围内，随着CO2浓度的升高，三种光照条件下的净光合速率均逐渐增大。因此，温室种植作物时，可采用自然光照(白光)、适当增加CO2浓度等措施，以提高温室作物产量。
答案：(1)小球藻有核膜包被的细胞核　进行光合作用，将CO2和H2O转化为有机物　(2)经小球藻的有氧呼吸消耗转变为HO，后者参与线粒体内有氧呼吸中丙酮酸分解过程，产生C18O2　16　(3)线粒体、叶绿体和细胞质基质　增加　(4)采用自然光照(白光)、适当增加CO2浓度

第3课时　光合作用与细胞呼吸的关系
考点一　光合作用与细胞呼吸物质和能量转化关系[重难深化类]

1．归纳概括光合作用和有氧呼吸的区别
项目
光合作用
有氧呼吸
物质变化
无机物→有机物
有机物→无机物
能量变化
光能→化学能(储能)
稳定的化学能→活跃的化学能(放能)
实质
合成有机物，储存能量
分解有机物，释放能量，供细胞利用
场所
叶绿体
活细胞(主要在线粒体)
条件
只在光下进行
有光、无光都能进行

2．光合作用与细胞呼吸中[H]和ATP的来源及去路分析
(1)[H]的来源和去路比较

(2)ATP的来源与去路比较

[特别提醒]
光合作用中的[H]为NADPH，细胞呼吸中[H]为NADH。
[对点落实]
1．在细胞中，下列哪个生化反应过程需要消耗ATP(　　)
A．溶酶体中大分子水解成小分子
B．呼吸作用中葡萄糖分解成丙酮酸
C．光反应中水分解成O2和[H]
D．暗反应中C3的还原
解析：选D　溶酶体中大分子在水解酶的作用下水解成小分子，不一定消耗ATP；呼吸作用中葡萄糖分解成丙酮酸为细胞呼吸第一阶段，会产生ATP；光反应中水在光下分解成O2和[H]，伴随产生ATP；暗反应中C3的还原需要光反应产生的ATP和[H]。
2．下图表示芍药叶肉细胞光合作用和细胞呼吸过程中CO2和[H]的变化，相关叙述正确的是(　　)

A．过程①发生在叶绿体类囊体薄膜上，过程④发生在线粒体的内膜上
B．过程⑦发生在线粒体中
C．过程⑤⑥均需要[H]和ATP的参与
D．过程①③产生的[H]是相同的物质，过程⑧在线粒体中进行
解析：选A　过程①表示光合作用的光反应，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，过程④表示有氧呼吸的第三阶段，发生在线粒体的内膜上；过程⑦表示细胞呼吸的第一阶段，发生在细胞质基质中；过程⑤是CO2的固定，不需要[H]和ATP的参与；过程①③产生的[H]是不同的物质，过程⑧是有氧呼吸的第二阶段，发生在线粒体中。


光合作用与呼吸作用过程中的物质转化图分析
[典型图示]

[问题设计]　据图填表
提供的标记物
最先出现放射性的物质
最终出现放射性的物质
“对18O的示踪分析”的注意点
18O2
(①途径)
①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸
如果分析“首先出现在”“短时间出现在”，一般是要求分析第一步反应，不必沿箭头所指路线过多分析；如果是分析“在哪些物质中出现”，则需要沿箭头所指路线将所有可能出现的情况分析出来
HO
氧气(④途径)；水(蒸腾作用)
④→氧气→⑦→①→水→②→二氧化碳→⑧→⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸
C18O2
三碳化合物(⑤途径)
(一)⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸；
(二)⑤→水→⑥→④→氧气
14CO2
三碳化合物(⑤途径)
⑤→三碳化合物→葡萄糖等有机物→③→丙酮酸

[对点落实]
3．下列有关放射性同位素示踪实验的叙述，错误的是(　　)
A．给水稻提供14CO2，则其根细胞在缺氧环境有可能出现14C2H5OH
B．给水稻提供14CO2，则14C的转移途径是：14CO2→14C3→(14CH2O)
C．用15N标记某种氨基酸，出现放射性的顺序依次是核糖体、高尔基体、内质网
D．小白鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到HO，呼出的二氧化碳也可能含有18O
解析：选C　给水稻提供14CO2，水稻通过光合作用会产生(14CH2O)，则其根细胞在缺氧环境会利用(14CH2O)进行无氧呼吸，有可能出现14C2H5OH；给水稻提供14CO2，则的转移途径是：14CO2→14C3→(14CH2O)；用15N标记某种氨基酸，出现放射性的顺序依次是核糖体、内质网、高尔基体；小白鼠吸入18O2，则在其尿液中可以检测到HO，水参与有氧呼吸第二阶段产生二氧化碳，所以呼出的二氧化碳也可能含有18O。
4．(2016·浙江高考)下面是关于植物光合作用的问题。请回答：
(1)光反应发生在叶绿体的____________中，H2O在光反应中裂解为________________。
(2)若以14CO2作为光合作用的原料，在卡尔文循环中首先出现含14C的三碳化合物是________。该三碳化合物在NADPH的氢和ATP的______________等物质存在的情况下，被还原为三碳糖磷酸。
(3)给某植物提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O。氧气中含有18O是由于________________________________________________________________________，
HO又作为原料参与了光合作用之故。
(4)植物光合作用光饱和点可通过测定不同________下的光合速率来确定。在一定条件下，某植物在温度由25 ℃降为5 ℃的过程中光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时的光合作用最适温度________(选填：＜、≤、＝、≥、＞)25 ℃。
解析：(1)光反应发生在叶绿体的类囊体膜中，H2O在光反应中裂解为H＋、O2和电子。(2)卡尔文循环中首先是1分子CO2在酶的催化作用下与1分子五碳糖(RuBP)结合，形成1个六碳分子，这个六碳分子随即分解成2个三碳酸分子(即3­磷酸甘油酸)。然后每个三碳酸分子接受来自NADPH的氢和ATP的磷酸基团形成三碳糖磷酸。(3)给某植物提供C18O2和H2O，光合作用过程中18O的去路是6C18O2＋12H2O―→C6HO6＋6O2＋6HO，其中产物HO又作为光反应的原料，在水的光解中产生。(4)光饱和点是指达到最大光合速率时的最低光强度，因此测定光饱和点时需要测定在不同光强度下的光合速率。在一定条件下，某植物在温度由25 ℃降为5 ℃的过程中，光饱和点逐渐减小，推测该植物在光照充足时光合作用的最适温度应该不低于25 ℃。
答案：(1)类囊体膜　H＋、O2和电子　(2)三碳酸　磷酸基团
(3)C18O2中的部分氧转移到HO中　(4)光强度　≥
[归纳拓展]
C18O2、18O2、HO、14CO2在光合作用和细胞呼吸中元素转移途径的分析
(1)葡萄糖参与的有氧呼吸与光合作用反应式
①有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O
②光合作用：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O
(2)18O和14C的转移过程
①18O2HOC18O2C6HO6


考点二　光合速率、呼吸速率及其相互关系[重难深化类]

光合作用、呼吸作用的“三率”图示分析
[典型图示]

[问题设计]
(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释放量或吸收量，即图1中点。
②净光合速率：绿色组织在有光条件下测得的一定时间内O2释放量、CO2吸收量或有机物积累量，即图1中的C′C段对应CO2量，也称为表观光合速率。
③总(实际)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，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。(填“>”“＝”或“