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2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块1第3单元第3讲 能量之源——光与光合作用
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第3讲 能量之源——光与光合作用
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考纲要求
核心素养
1.说明光合作用及其对它的认识过程。
2.研究影响光合速率的环境因素。
3.提取和分离叶绿体色素。
1.生命观念——通过分析讨论光合作用的过程，形成物质与能量观。
2.科学思维——通过解读光合作用过程及影响因素的模型，形成利用科学的思维解决问题的习惯。
3.科学探究——通过光合作用历程的探究及提取和分离叶绿体色素，掌握实验的原理、思路及操作技能。
4.社会责任——通过探讨光合作用的实际应用，形成社会责任感。
考点一 捕获光能的色素和结构(含绿叶中色素的提取和分离)
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
(2)实验流程
2．叶绿体中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．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。
易错整合，判断正误。
(1)色素提取时常加入层析液( × )
(2)滤纸条上的滤液细线不能浸没层析液中( √ )
(3)滤纸条上最上端呈黄色的色素带最窄( × )
(4)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光( × )
(5)叶绿素的形成需要光照( √ )
(6)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素( √ )
(7)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同( √ )
(8)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中( × )
1．进行色素提取时滤纸条上的滤液细线为何不能被层析液 没及？
[提示]层析液为脂溶性有机溶剂，倘若层析液没及滤液细线，则会使滤纸条上色素溶解于层析液中，从而导致滤纸条上无色素带。
2．提取叶绿体中的色素，也可用下图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？
[提示]①——胡萝卜素(橙黄色) ②——叶黄素(黄色) ③—叶绿素a(蓝绿色) ④—叶绿素b(黄绿色)。
3．(必修1 P99“与社会的联系”改编)温室或大棚种植蔬菜时，最好选择无色透明的玻璃、塑料薄膜，理由有什么？
[提示]有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．注意事项及原因分析
过程
注意事项
原因分析
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SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
减少乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管口加棉塞
减少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
滤液细线要直、细、匀
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．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
滤液颜色太浅
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
滤纸条上无色素带
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
3．色素与叶片颜色
正常绿色
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色变黄
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶色变红
秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色
4．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光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。
(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，而类胡萝卜素分子较为稳定，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。
考向一 色素的提取与分离
例1 关于叶绿素提取的叙述，错误的是( C )
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
[解析] 叶绿体中的四种色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素，它们都溶于无水乙醇，C错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2(石英砂)可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏，故A、B、D正确。
〔对应训练〕
1．(2019·陕西省白水中学高三)下图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则下图②所示结果最有可能来自( D )
A．紫色洋葱鳞片叶 B．生长的荔枝幼叶
C．新鲜的玫瑰花瓣 D．秋天的落叶
[解析] 图②所示结果对应的色素带为胡萝卜素、叶黄素，最可能来自秋天的落叶，紫色洋葱鳞片叶的色素在液泡内，是紫色，生长的荔枝幼叶含4条色素带，新鲜的玫瑰花瓣所含色素在液泡里，是红色，所以选D。
考向二 捕获光能的色素和结构
例2 下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( C )
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
[解析] 叶绿素分子中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋。
〔对应训练〕
2．(2019·湖南郴州一中质检)某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是( A )
[解析] 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。红光和蓝紫光位于可见光谱的两端，所以叶绿素b吸收可见光的峰值在可见光谱的两端，A正确。
3．(2017·全国卷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 )
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] 类胡萝卜素不吸收红光，A错误；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，B正确；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，C正确；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放氧气，D正确。
考点二 光合作用的探究历程与光合作用的过程
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．光合作用的探究历程(连线)
2．光合作用的过程
3．反应式(写出反应式并标出元素的去向)
(1)若有机物为(CH2O)：。
(2)若有机物为C6H12O6：。
巧学妙记：光合作用的过程“一、二、三、四”
4．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(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和C5等物质含量变化
易错整合，判断正误。
(1)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( × )
(2)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生( × )
(3)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应( √ )
(4)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原( √ )
(5)在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋白质参与的是Mg2＋吸收( × )
(6)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP来自细胞呼吸( √ )
如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考：
(1)图1中a～e可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？进行图1所示实验应事先对叶片作何处理，目的是什么？
(2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？
(3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样？可得出何种结论？
[提示](1)图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体；进行图l所示实验应事先将植株置于暗处作饥饿处理，以排除原有淀粉对实验结果的干扰。
(2)图2所示实验运用了同位素标记技术，该对比实验说明光合作用产生的O2，来源于H2O，而不是来自CO2。
(3)图3实验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。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行，其目的是排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰，实验结果是好氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．光合作用过程图解
以上图解可简化为：
2．光反应与暗反应的比较
过程
光反应
暗反应
根据区别
必须在光下
有光、无光都可以
条件
光照、色素、酶
多种酶
实质
将光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解
2H2O4[H]＋O2
②ATP的合成
ADP＋Pi＋能量 ATP
①CO2固定
CO2＋C52C3
②C3的还原
2C3(CH2O)＋C5
能量转化
光能―→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能―→(CH2O)等有机物中稳定的化学能
关系
①光反应为暗反应提供[H]和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．光合作用发现史经典实验
(1)1771年普里斯特利实验
缺点：缺乏对照组(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件，后来英格豪斯为其纠正)。
(2)1864年萨克斯实验
提前暗处理——消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰
(3)1880年恩格尔曼实验
实验组：极细光束照射处的叶绿体。
对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。
(4)20世纪30年代鲁宾、卡门实验
实验方法：同位素标记法
相互对照
【注意】在光合作用的发现中，大多数科学家们利用了对照实验，使结果和结论更科学、准确。
(1)萨克斯：自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜色变化。
(2)恩格尔曼：自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。
(3)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质HO与C18O2，因变量为O2的放射性。
(4)普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。
考向一 光合作用的探究历程
例3 (2019·湖北鄂西部分优质高中联考)以下关于叶绿体和光合作用的几个实验，得不到相应实验结果的是( A )
A．将叶绿素的无水乙醇提取液置于适宜光源处照射5 h，加碘液处理后溶液呈蓝色
B．在温暖晴朗的一天下午，在某植物的向阳处采得一片叶，用酒精隔水加热脱色，并加碘液处理叶片，变成蓝色
C．将叶绿体色素的无水乙醇提取液放于自然光和三棱镜之间，从三棱镜的一侧观察，连续光谱中变暗(暗带)的区域主要是红光和蓝紫光区域
D．将经饥饿处理后的绿色正常叶片置于含有充足14CO2的密闭透明的照光小室内，3小时后在叶内淀粉中可检验到14C的存在
[解析] 叶绿素的无水乙醇提取液中只含有色素，不能完成光反应，也不能产生淀粉，A错误；光合作用产生淀粉，观察时需对叶片进行脱色处理，B正确；叶绿体中色素主要吸收红光和蓝紫光，导致连续光谱相应区域变暗，C正确；CO2是光合作用的原料，14CO2中的14C元素可转移到淀粉中，故产物中可检测到14C，D正确。
〔对应训练〕
4．(2019·江西金太阳全国大联考)如图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，下列有关叙述正确的是( B )
A．两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉
B．两实验均需要光的照射
C．两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照
D．两实验均可证明光合作用的产物有氧气
[解析] 图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉，A错误；恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所，萨克斯实验的目的是探究光合作用除氧气之外的产物，所以两实验均需要光的照射，B正确；恩格尔曼的实验中，照光与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，经过暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照，C错误；恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可以证明淀粉是光合作用的产物，D错误。
考向二 光合作用的过程
例4 (2020·山西太原高三模拟)如图表示光合作用过程，a、b、c 表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是( B )
A．物质 b 可能是 ADP 和 Pi
B．物质 c 直接被还原生成(CH2O)和C5
C．甲中色素不溶于水，易溶于有机溶剂
D．乙中生理过程在有光、无光条件下都可进行
[解析] 根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，其上可发生光合作用的光反应，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A项正确；物质c为CO2，不可以直接被还原生成(CH2O)和C5，B项错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C项正确；乙中进行暗反应不需要光，所以在有光、无光条件下都可进行，D正确。
〔对应训练〕
5．(2019·山东省济南市高三期末)如果某绿色高等植物光合作用的有机产物为葡萄糖，则光合作用的总反应式如下所示。下列相关叙述正确的是( C )
6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2
A．该反应式也适用于具有藻蓝素和叶绿素等光合色素的蓝藻
B．追踪反应式中CO2的氧原子的转移情况时，该氧原子能转化成O2
C．该反应式中，CO2消耗的场所与H2O消耗的位置不同
D．当植物体有机物积累量为零时，叶肉细胞的呼吸速率等于光合速率
[解析] 蓝藻是原核生物，细胞中没有叶绿体，其光合作用发生在细胞质中，A错误；光合作用过程中，二氧化碳中的氧原子转移到了葡萄糖和水中，B错误；二氧化碳的消耗发生在叶绿体基质中，水的消耗发生在类囊体薄膜上，C正确；当植物体有机物积累量为零时，植株的呼吸作用速率等于光合作用速率，而叶肉细胞的呼吸速率小于光合速率，D错误。
6．(2019·临沂一模)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。有关分析错误的是( B )
A．图中a为氧气，可部分释放到空气中
B．图中b为NADPH，外界CO2浓度升高时，b的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和c来自叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中
[解析] 水光解的产物是氧气和H＋，若光合作用强度大于细胞呼吸强度，氧气会部分释放到空气中；图中b是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP和Pi；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中。
考向三 环境变化对物质含量变比的影响
例5 (2019·湖北省孝感市八校高三期末)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( C )
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．抑制叶绿体中C3的还原
C．促进叶绿体中ATP的合成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
[解析] 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，消耗的C5增加，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，A项错误；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中C3的还原，则C3被还原生成的C5减少，消耗的C3减少，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量减少，C3的含量增加，B项错误；若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成，则被还原的C3增加，生成的C5增加，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，C项正确；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固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，D项错误。
归纳总结
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。
〔对应训练〕
7．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( C )
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
[解析] 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和[H]增多，C3的还原增加，导致未被还原的C3减少，A、B项错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，叶绿体内产生的ATP和[H]减少，C3的还原量降低，导致C5减少，C项正确、D项错误。
8．(不定项选择题)如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析错误的是( ABC )
A．突然停止光照
B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度
D．增加光照强度
[解析] 增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确，降低环境温度，C3和C5。
考点三 光合作用速率的影响因素及应用
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．影响光合作用的因素
(1)光合作用强度：
①含义：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
②指标：一定时间内
(2)影响光合作用的环境因素有CO2浓度、水分、光照的长短与强弱及光的成分、温度的高低等。
2．光合作用与化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
易错整合，判断正误。
(1)夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高( × )
(2)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长( √ )
(3)光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与( √ )
(4)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，玻璃容器内CO2浓度出现的变化趋势是一直保持稳定，不变化( × )
(5)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合作用产物在植物体内运输的主要介质( √ )
(6)温室内适当补充CO2，即适当提高CO2浓度，可提高农作物产量( √ )
1．在下面的四幅图中依次标出坐标曲线中的A点，AB段(不包括A、B两点)，B点和B点之后的O2和CO2的转移方向。
[提示]
2．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？
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子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？
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
[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子，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)Q点之后横坐标所表示的因子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)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，有利于光合作用的进行。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
影响光合作用因素的模型构建与解读
(1)内部因素
a．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。
b．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。
(2)光照强度
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB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，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B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(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点左移，C点降低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(3)CO2浓度
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②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，提高光能利用率。
(4)温度
①曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
(5)必需矿质元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物因渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(6)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
考向一 单因素对光合作用的影响分析
例6 植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是( D )
A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能
B．叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C．叶温为25 ℃时，植物甲的光合作用与细胞呼吸强度的差值不同于植物乙的
D．叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值均为0
[解析] 植物光合作用所需要的能量都来自太阳能，A项正确；分析曲线可知，叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高，B项正确；光合作用与细胞呼吸强度的差值即净光合速率，叶温为25 ℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙的，C项正确；叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值相等，均大于0，D项错误。
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
〔对应训练〕
9．在CO2浓度为0.03%和适宜的恒定温度条件下，测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率，结果如图。下列有关分析正确的是( D )
A．当光照强度为1 klx时，植物甲开始进行光合作用
B．当光照强度为3 klx时，植物乙的总光合速率是0 mg/(100 cm2叶·h)
C．若在c点时突然停止CO2供应，短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加
D．d点时限制植物乙光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度
[解析] 光照强度为1 klx时，植物甲的光合作用强度等于呼吸作用强度，A错误；当光照强度为3 klx时，植物乙的总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝0＋20＝20 mg/(100 cm2叶·h)，B错误；c点的限制因素主要是CO2浓度，因此突然停止CO2供应，CO2固定受阻，短时间内导致C3的含量减少，C错误；d点时植物乙达到光饱和点，此时光照强度不再是限制因素，而题中又提出“适宜的恒定温度条件”，因此限制植物乙光合速率增大的主要因素是CO2的浓度，D正确。
10．(2019·西安八校联考)如图所示，在最适温度和光照强度下，测得甲、乙两种植物的光合速率随环境中CO2浓度的变化情况，下列说法错误的是( B )
A．植物乙比植物甲对CO2浓度变化更敏感
B．当CO2吸收量为c时，植物甲与植物乙合成有机物的量相等
C．d点甲植物细胞内的C3量比b点高
D．适当降低光照强度，b点将向右移动
[解析] 环境中CO2浓度升高到一定程度后，植物乙CO2的吸收量降低幅度大，植物甲CO2的吸收量保持不变，因此植物乙对CO2浓度变化更敏感；当CO2吸收量为c时，植物甲与植物乙的净光合速率相等，由于植物甲比植物乙的呼吸速率大，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，因此植物甲合成有机物的量比植物乙多；CO2浓度由b点增加到d点时，甲植物细胞内C3的合成量增加而消耗量不变，因此细胞内C3的含量增加；图中曲线是在最适的光照强度条件下测得的，因此光照强度减弱，CO2的吸收量降低，b点时光合作用强度与呼吸作用强度相等，降低光照强度后，在较高浓度的CO2条件下才能使CO2吸收量与CO2释放量相等，因此b点将右移。
考向二 多因素对光合作用的影响分析
例7 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( D )
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] A错：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。B错：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。C错：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。D对：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。
科学思维
多因素对光合作用影响的曲线分析方法
解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最 适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。
〔对应训练〕
11．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组实验的作用是对照。在饱和光照强度下，该实验的自变量是电场强度和CO2浓度。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明强电场可以提高植物的光合作用强度。
(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，可以采取的措施是增补电场和增施CO2。
[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。
考点四 探究光照强度对光合作用强度的影响
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自主学习·探究提升
1．实验原理
(1)在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。
(2)台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度也不同。
(3)光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。
2．实验步骤及主要操作
实验步骤
主要操作
(1)制备小圆形叶片
将绿色菠菜叶片用直径为1 cm的打孔器打出小圆形叶片30片
(2)排出细胞间隙中的气体
将小圆形叶片和适量清水置于注射器中，排出注射器内残留的空气，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出，重复几次
(3)分装小圆形叶片
将小圆形叶片各10片，分别放入暗处盛有20 mL富含CO2的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底
(4)控制自变量(光照强度)
把3个烧杯分别放在距离台灯位置10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的三个位置上，打开台灯
(5)观察并记录
一定时间内小圆形叶片浮起的数量
■
(1)选择的叶片厚薄、颜色、鲜嫩程度要尽量一致。
(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)烧杯放置时前一个烧杯不能给后一个烧杯造成光照阻挡。
(4)实验试剂及作用
①NaHCO3→提供CO2，缓冲CO2含量稳定。
②石蜡→密封。
③油层→密封。
④开水冷却→排除水中气体。
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考点突破·剖析难点
例8 取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为1 cm的叶圆片，将叶圆片细胞间隙中的气体排出后，平均分装到盛有等量的不同浓度NaHCO3溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下，如图甲。测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时间如图乙。下列分析不正确的是( D )
A．a～b段随着NaHCO3溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大
B．a～d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减弱
C．c～d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小
D．a～d段如果增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间
[解析] a～b段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断缩短，说明氧气生成速率不断提高，因此类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大，A正确；c～d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气生成速率在降低，即光合速率减弱，因此叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减弱，单个叶圆片有机物的积累速率也在逐渐减小，B、C正确；题中装置置于光温恒定且适宜的条件下，如果增加光照强度或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆片上浮至液面的时间延长，D错误。
〔对应训练〕
12．(2019·武汉模拟)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测O2浓度的变化，下列叙述错误的是( B )
A．该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响
B．加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2
C．拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度
D．若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
[解析] 分析图示装置可知，自变量是不同的单色光，因变量为盛气装置中O2的多少，因而该实验可探究不同单色光对光合作用强度的影响，A项正确；加入NaHCO3溶液是为了给金鱼藻进行光合作用提供原料CO2，B项错误；拆去滤光片，给予自然光照，光合作用较任一单色光照的光合作用都强，因而单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度，C项正确；若将此装置放在黑暗处，金鱼藻只进行细胞呼吸，不进行光合作用，因而可通过测定盛气装置中O2的减少量，测定金鱼藻的细胞呼吸强度，D项正确。
考点五 光合作用与细胞呼吸的关系
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自主学习·探究提升
1．细胞呼吸与光合作用过程图解
(1)物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。
(2)生理过程及场所
序号
①
②
③
④
⑤
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸第一阶段
有氧呼吸第二阶段
有氧呼吸第三阶段
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
[特别提醒]
①光合作用中产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)简化的表示方式，而细胞呼吸中产生的[H]是还原型辅酶I(NADH)简化的表示方式，二者不是一种物质，尽管书写形式相同。
②还原氢的书写形式一定不能写成H、H＋或H2，只能写成[H]、NADH或NADPH。
2．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移，细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
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考点突破·剖析难点
1．光合作用和有氧呼吸的区别
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―→稳定的化学能(储能)
稳定的化学能―→ATP中活跃的化学能、热能(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．光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源与去路
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为还原剂用于暗反应阶段中C3的还原
有氧呼吸
第一、第二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量
ATP
光合作用
光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳能
用于暗反应阶段C3的还原，以稳定的化学能的形式储存于有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生的能量最多。能量来自有机物的氧化分解
作为能量“通货”，用于各项生命活动
3．真正光合作用速率、净光合作用速率与呼吸速率的关系
(1)净光合作用速率与真正光合作用速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
(2)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目
含义
表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2
CO2
有机物
真正光合速率
植物在光下实际合成有机物的速率
O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2量
CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量
有机物产生(制造、生成)速率
净光合速率
植物有机物的积累速率
植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率
植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
(3)计算公式
实际光合速率＝表观(净)光合速率＋呼吸速率。
4．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＋6O6＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量
②光合作用：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O
(2)18O和14C的转移过程
①18O2HOC18O2C6HO6
考向一 光合作用与细胞呼吸过程
例9 (2019·天津和平一模)下图所示为甘蔗叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是( A )
A．过程①产生[H]，过程②消耗[H]，过程③既产生也消耗[H]
B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程③只发生在线粒体基质中
C．过程①消耗CO2、释放O2，过程③消耗O2、释放CO2
D．若叶肉细胞内过程②的速率大于过程③的速率，则甘蔗的干重必然增加
[解析] 过程①②③④分别为光反应、暗反应、细胞呼吸和ATP的水解，[H]产生于光反应，用于暗反应，细胞呼吸中，既可产生[H]也可消耗[H]，A正确；暗反应只发生在叶绿体基质，细胞呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，B错误；光反应阶段不消耗CO2，C错误；叶肉细胞的光合作用速率大于呼吸作用速率，但甘蔗植株中非叶肉细胞部分的呼吸作用速率有可能大于叶肉细胞的净光合作用速率，甘蔗干重未必增加，D错误。
〔对应训练〕
13．(2019年·宿州质检)下图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示意图，其中①～⑤表示生理过程，A～D表示物质。下列分析错误的是( B )
A．在生物膜上发生的生理过程有③和④
B．①②⑤过程均发生在细胞质基质中
C．A和B分别表示丙酮酸和[H]
D．有氧呼吸包括图中的①②③过程
[解析] 由图可知，①、②、③依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，④为光反应，⑤为暗反应。A为丙酮酸，B为[H]，C为ADP和Pi，D为ATP和[H]；在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段③和光反应④；有氧呼吸的第一阶段①在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段②在线粒体基质中完成，暗反应阶段⑤在叶绿体基质中完成。
考向二 以叶绿体、线粒体为载体分析光合作用与呼吸作用的关系
例10 (2019·北京昌平区月考)如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图，相关叙述错误的是( D )
A．细胞①处于黑暗环境中，该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2的交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率
C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D．分析细胞④可得出，此时的光照强度较弱且N2小于m2
[解析] 结合图示可知，细胞①中仅线粒体中有气体的消耗和生成，故应处在黑暗环境中，此时细胞单位时间内释放的CO2量可表示呼吸速率；细胞②没有与外界进行气体交换，此时光合速率与呼吸速率相等；细胞③需要从外界环境吸收CO2，并向细胞外释放O2，此时细胞所处环境的光照强度大于光补偿点，细胞所利用的CO2包括呼吸作用产生的N2和从环境中吸收的N1；细胞④中，线粒体利用的O2除来自叶绿体外，还要从细胞外吸收，说明此时细胞的呼吸作用强度大于光合作用强度，细胞进行有氧呼吸和光合作用的过程中，O2的净消耗量(吸收量)m2与CO2的净生成量N1相等。
〔对应训练〕
14．(2019·哈尔滨三中高三一模)如图为水稻叶肉细胞内部分生理过程示意图，其中①～⑤表示过程，Ⅰ～Ⅵ表示物质。请据图回答相关问题：
(1)图中Ⅲ与Ⅵ(填序号)表示的物质相同，图中Ⅰ与Ⅳ表示的物质不相同(填“相同”或“不相同”)。
(2)图中消耗ADP的场所有叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质、线粒体_；若该水稻植株长期处于黑暗状态，则图中①→②→①的循环不能(填“能”或“不能”)进行，原因是没有光反应提供的ATP和[H]，暗反应不能进行。
(3)为探究黄光培养条件下水稻幼苗的叶绿素含量是否发生改变，假设你是实验小组成员，请写出实验思路。
[答案] (3)分别取白光(或自然光)和黄光条件下培养的试管苗叶片，提取其中的色素并分离，通过比较滤纸条上叶绿素a叶绿素b色素带的宽窄(或颜色的深浅)来判断叶绿素含量是否发生改变。
[解析] 据图分析，图中①表示二氧化碳的固定，②表示三碳化合物的还原，③表示有氧呼吸第一阶段，④表示有氧呼吸第三阶段，⑤表示有氧呼吸第二阶段；Ⅰ表示NADPH，Ⅱ表示氧气，Ⅲ表示二氧化碳，Ⅳ表示NADH，Ⅴ表示氧气，Ⅵ表示二氧化碳。(1)根据以上分析可知，图中Ⅲ和Ⅵ都表示二氧化碳；Ⅰ表示NADPH，Ⅳ表示NADH。 (2)图中光反应、有氧呼吸的三个阶段都可以产生ATP，因此消耗ADP产生ATP的场所有叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质、线粒体；若该水稻植株长期处于黑暗状态，由于没有光反应提供的ATP和[H]，暗反应不能进行，所以图中①→②→①的循环(暗反应)不能进行。(3)根据题意分析可知，实验的自变量是光照的种类，因变量是叶绿素的含量，则实验思路为分别取白光(或自然光)和黄光条件下培养的试管苗叶片，提取其中的色素并分离，通过比较滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄(或颜色的深浅)来判断叶绿素含量是否发生改变。
考向三 补偿点、饱和点的移动问题
例11 已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和CO2浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( C )
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
[解析] 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和光饱和点。由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知，当温度从30 ℃下降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下，要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
〔对应训练〕
15．(不定项选择题)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作)，测得两种植物的光合速率如下图所示(注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析，下列叙述错误的是( ABCD )
A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C．间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度间作大于单作
[解析] 由题图可知，两种植物单作和间作时的呼吸速率(与纵轴的交点)不同，桑树间作时呼吸速率较大，大豆单作时呼吸速率较大，A项错误；桑树间作时光饱和点大，大豆单作时光饱和点大，B项错误；间作提高了桑树的光合速率，在较低光照强度下，间作提高了大豆的光合速率，但在较高光照强度下，间作降低了大豆的光合速率，C项错误；大豆开始积累有机物的最低光照强度(与横轴的交点)单作大于间作，D项错误。
第3讲 能量之源——光与光合作用
▌考纲研读备考定位▌
考纲要求
核心素养
1.说明光合作用及其对它的认识过程。
2.研究影响光合速率的环境因素。
3.提取和分离叶绿体色素。
1.生命观念——通过分析讨论光合作用的过程，形成物质与能量观。
2.科学思维——通过解读光合作用过程及影响因素的模型，形成利用科学的思维解决问题的习惯。
3.科学探究——通过光合作用历程的探究及提取和分离叶绿体色素，掌握实验的原理、思路及操作技能。
4.社会责任——通过探讨光合作用的实际应用，形成社会责任感。
考点一 捕获光能的色素和结构(含绿叶中色素的提取和分离)
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自主学习·探究提升
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
(2)实验流程
2．叶绿体中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．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。
易错整合，判断正误。
(1)色素提取时常加入层析液( × )
(2)滤纸条上的滤液细线不能浸没层析液中( √ )
(3)滤纸条上最上端呈黄色的色素带最窄( × )
(4)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光( × )
(5)叶绿素的形成需要光照( √ )
(6)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素( √ )
(7)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同( √ )
(8)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中( × )
1．进行色素提取时滤纸条上的滤液细线为何不能被层析液 没及？
[提示]层析液为脂溶性有机溶剂，倘若层析液没及滤液细线，则会使滤纸条上色素溶解于层析液中，从而导致滤纸条上无色素带。
2．提取叶绿体中的色素，也可用下图所示的方法：即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，则①～④依次对应哪种色素及颜色？
[提示]①——胡萝卜素(橙黄色) ②——叶黄素(黄色) ③—叶绿素a(蓝绿色) ④—叶绿素b(黄绿色)。
3．(必修1 P99“与社会的联系”改编)温室或大棚种植蔬菜时，最好选择无色透明的玻璃、塑料薄膜，理由有什么？
[提示]有色玻璃或塑料薄膜主要透过同色光，其他色光很少或不能透过，光照强度会减弱，不利于光合作用；而无色透明的玻璃或塑料薄膜能透过日光中各色光，光照强度较大，有利于光合作用的进行。
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考点突破·剖析难点
1．注意事项及原因分析
过程
注意事项
原因分析
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SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
减少乙醇挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管口加棉塞
减少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
滤液细线要直、细、匀
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．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
滤液颜色太浅
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
滤纸条上无色素带
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
3．色素与叶片颜色
正常绿色
正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例为3∶1，且对绿光吸收最少，所以正常叶片总是呈现绿色
叶色变黄
寒冷时，叶绿素分子易被破坏，类胡萝卜素较稳定，叶片显示出类胡萝卜素的颜色而变黄
叶色变红
秋天降温时，植物体为适应寒冷环境，体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成红色的花青素，而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶片呈现红色
4．影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光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。
(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，而类胡萝卜素分子较为稳定，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。
考向一 色素的提取与分离
例1 关于叶绿素提取的叙述，错误的是( C )
A．菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料
B．加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏
C．用乙醇提取的叶绿体色素中无胡萝卜素
D．研磨时加入石英砂可使叶片研磨更充分
[解析] 叶绿体中的四种色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素，它们都溶于无水乙醇，C错误；菠菜绿叶可被用作叶绿素提取的材料，研磨时加入SiO2(石英砂)可使叶片研磨更充分，加入少许CaCO3能避免叶绿素被破坏，故A、B、D正确。
〔对应训练〕
1．(2019·陕西省白水中学高三)下图中①代表新鲜菠菜叶的光合色素纸层析结果，则下图②所示结果最有可能来自( D )
A．紫色洋葱鳞片叶 B．生长的荔枝幼叶
C．新鲜的玫瑰花瓣 D．秋天的落叶
[解析] 图②所示结果对应的色素带为胡萝卜素、叶黄素，最可能来自秋天的落叶，紫色洋葱鳞片叶的色素在液泡内，是紫色，生长的荔枝幼叶含4条色素带，新鲜的玫瑰花瓣所含色素在液泡里，是红色，所以选D。
考向二 捕获光能的色素和结构
例2 下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( C )
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
[解析] 叶绿素分子中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋。
〔对应训练〕
2．(2019·湖南郴州一中质检)某同学从杨树叶片中提取并分离得到4种色素样品，经测定得到下列吸收光谱图，其中属于叶绿素b的是( A )
[解析] 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。红光和蓝紫光位于可见光谱的两端，所以叶绿素b吸收可见光的峰值在可见光谱的两端，A正确。
3．(2017·全国卷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 )
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] 类胡萝卜素不吸收红光，A错误；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，B正确；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，C正确；叶绿素吸收640～660 nm的红光，导致水光解释放氧气，D正确。
考点二 光合作用的探究历程与光合作用的过程
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．光合作用的探究历程(连线)
2．光合作用的过程
3．反应式(写出反应式并标出元素的去向)
(1)若有机物为(CH2O)：。
(2)若有机物为C6H12O6：。
巧学妙记：光合作用的过程“一、二、三、四”
4．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(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和C5等物质含量变化
易错整合，判断正误。
(1)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( × )
(2)破坏叶绿体外膜后，O2不能产生( × )
(3)离体叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应( √ )
(4)进入叶绿体的CO2不能被NADPH直接还原( √ )
(5)在叶绿体中发生的生理过程，不需要蛋白质参与的是Mg2＋吸收( × )
(6)光合作用光反应产生的ATP只用于暗反应阶段，不能用于其他生命活动，其他生命活动所需ATP来自细胞呼吸( √ )
如图1、2、3所示为光合作用探索历程中的经典实验的分析及拓展(图1中叶片黄白色部分不含叶绿体)请思考：
(1)图1中a～e可构成哪些对照组？其验证的结论分别是什么？进行图1所示实验应事先对叶片作何处理，目的是什么？
(2)图2所示实验运用了何种技术？可得出何种推论？
(3)图3所示实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？该实验对环境有何特殊要求？其目的是什么？实验结果怎样？可得出何种结论？
[提示](1)图1中b和c部位都是绿色叶片，即都含有叶绿体，二者的区别在于有无光照，通过对比可以说明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的区别在于有无叶绿体，通过对照可以说明光合作用需要叶绿体；进行图l所示实验应事先将植株置于暗处作饥饿处理，以排除原有淀粉对实验结果的干扰。
(2)图2所示实验运用了同位素标记技术，该对比实验说明光合作用产生的O2，来源于H2O，而不是来自CO2。
(3)图3实验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。该实验要在没有空气的黑暗环境中进行，其目的是排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰，实验结果是好氧细菌分布于叶绿体被光束照射的部位，由此证明叶绿体是光合作用的场所。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．光合作用过程图解
以上图解可简化为：
2．光反应与暗反应的比较
过程
光反应
暗反应
根据区别
必须在光下
有光、无光都可以
条件
光照、色素、酶
多种酶
实质
将光能转化为化学能，并释放出O2
同化CO2，合成有机物
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化
①水光解
2H2O4[H]＋O2
②ATP的合成
ADP＋Pi＋能量 ATP
①CO2固定
CO2＋C52C3
②C3的还原
2C3(CH2O)＋C5
能量转化
光能―→ATP中活跃的化学能
ATP中活跃的化学能―→(CH2O)等有机物中稳定的化学能
关系
①光反应为暗反应提供[H]和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．光合作用发现史经典实验
(1)1771年普里斯特利实验
缺点：缺乏对照组(记录时漏掉了实验在阳光下进行这一重要条件，后来英格豪斯为其纠正)。
(2)1864年萨克斯实验
提前暗处理——消耗掉叶片中原有的淀粉，避免干扰
(3)1880年恩格尔曼实验
实验组：极细光束照射处的叶绿体。
对照组：黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。
(4)20世纪30年代鲁宾、卡门实验
实验方法：同位素标记法
相互对照
【注意】在光合作用的发现中，大多数科学家们利用了对照实验，使结果和结论更科学、准确。
(1)萨克斯：自变量为光照(一半曝光与另一半遮光)，因变量为颜色变化。
(2)恩格尔曼：自变量为光照(照光处与不照光处；黑暗与完全曝光)，因变量为好氧菌的分布。
(3)鲁宾和卡门：相互对照，自变量为标记物质HO与C18O2，因变量为O2的放射性。
(4)普里斯特利：缺少空白对照，实验结果说服力不强。
考向一 光合作用的探究历程
例3 (2019·湖北鄂西部分优质高中联考)以下关于叶绿体和光合作用的几个实验，得不到相应实验结果的是( A )
A．将叶绿素的无水乙醇提取液置于适宜光源处照射5 h，加碘液处理后溶液呈蓝色
B．在温暖晴朗的一天下午，在某植物的向阳处采得一片叶，用酒精隔水加热脱色，并加碘液处理叶片，变成蓝色
C．将叶绿体色素的无水乙醇提取液放于自然光和三棱镜之间，从三棱镜的一侧观察，连续光谱中变暗(暗带)的区域主要是红光和蓝紫光区域
D．将经饥饿处理后的绿色正常叶片置于含有充足14CO2的密闭透明的照光小室内，3小时后在叶内淀粉中可检验到14C的存在
[解析] 叶绿素的无水乙醇提取液中只含有色素，不能完成光反应，也不能产生淀粉，A错误；光合作用产生淀粉，观察时需对叶片进行脱色处理，B正确；叶绿体中色素主要吸收红光和蓝紫光，导致连续光谱相应区域变暗，C正确；CO2是光合作用的原料，14CO2中的14C元素可转移到淀粉中，故产物中可检测到14C，D正确。
〔对应训练〕
4．(2019·江西金太阳全国大联考)如图是光合作用探索历程中恩格尔曼和萨克斯的实验示意图，下列有关叙述正确的是( B )
A．两实验均需进行“黑暗”处理，以消耗细胞中原有的淀粉
B．两实验均需要光的照射
C．两实验中只有恩格尔曼的实验设置了对照
D．两实验均可证明光合作用的产物有氧气
[解析] 图示的两实验中，只有萨克斯的实验需进行“黑暗”处理，目的是消耗掉细胞中原有的淀粉，A错误；恩格尔曼实验的目的是探究光合作用进行的场所，萨克斯实验的目的是探究光合作用除氧气之外的产物，所以两实验均需要光的照射，B正确；恩格尔曼的实验中，照光与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，经过暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照，C错误；恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可以证明淀粉是光合作用的产物，D错误。
考向二 光合作用的过程
例4 (2020·山西太原高三模拟)如图表示光合作用过程，a、b、c 表示物质，甲、乙表示场所，下列有关分析错误的是( B )
A．物质 b 可能是 ADP 和 Pi
B．物质 c 直接被还原生成(CH2O)和C5
C．甲中色素不溶于水，易溶于有机溶剂
D．乙中生理过程在有光、无光条件下都可进行
[解析] 根据图示可看出，甲是叶绿体的类囊体薄膜，其上可发生光合作用的光反应，乙为叶绿体基质，是暗反应的场所，物质b可能是暗反应为光反应提供的ADP和Pi，A项正确；物质c为CO2，不可以直接被还原生成(CH2O)和C5，B项错误；类囊体薄膜上的色素不溶于水，能溶于有机溶剂，C项正确；乙中进行暗反应不需要光，所以在有光、无光条件下都可进行，D正确。
〔对应训练〕
5．(2019·山东省济南市高三期末)如果某绿色高等植物光合作用的有机产物为葡萄糖，则光合作用的总反应式如下所示。下列相关叙述正确的是( C )
6CO2＋12H2OC6H12O6＋6H2O＋6O2
A．该反应式也适用于具有藻蓝素和叶绿素等光合色素的蓝藻
B．追踪反应式中CO2的氧原子的转移情况时，该氧原子能转化成O2
C．该反应式中，CO2消耗的场所与H2O消耗的位置不同
D．当植物体有机物积累量为零时，叶肉细胞的呼吸速率等于光合速率
[解析] 蓝藻是原核生物，细胞中没有叶绿体，其光合作用发生在细胞质中，A错误；光合作用过程中，二氧化碳中的氧原子转移到了葡萄糖和水中，B错误；二氧化碳的消耗发生在叶绿体基质中，水的消耗发生在类囊体薄膜上，C正确；当植物体有机物积累量为零时，植株的呼吸作用速率等于光合作用速率，而叶肉细胞的呼吸速率小于光合速率，D错误。
6．(2019·临沂一模)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。有关分析错误的是( B )
A．图中a为氧气，可部分释放到空气中
B．图中b为NADPH，外界CO2浓度升高时，b的含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和c来自叶绿体基质
D．该过程将光能转化为化学能储存在b和ATP中
[解析] 水光解的产物是氧气和H＋，若光合作用强度大于细胞呼吸强度，氧气会部分释放到空气中；图中b是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的NADPH，当外界CO2浓度升高时，暗反应中生成的三碳化合物增多，则消耗的NADPH增多，导致NADPH的含量暂时降低；叶绿体基质中，暗反应消耗NADPH、ATP产生NADP＋、ADP和Pi；光合作用光反应过程中，将光能转化成化学能储存在ATP和NADPH中。
考向三 环境变化对物质含量变比的影响
例5 (2019·湖北省孝感市八校高三期末)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( C )
A．促进叶绿体中CO2的固定
B．抑制叶绿体中C3的还原
C．促进叶绿体中ATP的合成
D．抑制叶绿体中有机物的输出
[解析] 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，消耗的C5增加，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，A项错误；若NaHSO3溶液抑制叶绿体中C3的还原，则C3被还原生成的C5减少，消耗的C3减少，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量减少，C3的含量增加，B项错误；若NaHSO3溶液促进叶绿体中ATP的合成，则被还原的C3增加，生成的C5增加，而CO2被C5固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将增加，C3的含量将减少，C项正确；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固定形成的C3的过程不变，故C5的含量将减少，C3的含量将增加，D项错误。
归纳总结
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。
〔对应训练〕
7．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( C )
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
[解析] 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和[H]增多，C3的还原增加，导致未被还原的C3减少，A、B项错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，叶绿体内产生的ATP和[H]减少，C3的还原量降低，导致C5减少，C项正确、D项错误。
8．(不定项选择题)如图表示在夏季晴朗的白天植物细胞内C3和C5的相对含量随一种环境因素改变的变化情况，下列对这一环境因素改变的分析错误的是( ABC )
A．突然停止光照
B．突然增加CO2浓度
C．降低环境温度
D．增加光照强度
[解析] 增加光照强度，光反应产生的[H]和ATP增多，被还原的C3增多，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的过程不变，故C3的相对含量将减少、C5的相对含量将增加，D正确，降低环境温度，C3和C5。
考点三 光合作用速率的影响因素及应用
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自主学习·探究提升
1．影响光合作用的因素
(1)光合作用强度：
①含义：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
②指标：一定时间内
(2)影响光合作用的环境因素有CO2浓度、水分、光照的长短与强弱及光的成分、温度的高低等。
2．光合作用与化能合成作用的比较
光合作用
化能合成作用
本质
都能将CO2和H2O等无机物合成为有机物
能量
光能
氧化无机物放出的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌等微生物
易错整合，判断正误。
(1)夏季晴天光照最强时，小麦光合速率最高( × )
(2)净光合速率长期为零时会导致幼苗停止生长( √ )
(3)光合作用中叶绿素吸收光能不需要酶的参与( √ )
(4)将一株生长正常的绿色植物置于密闭的玻璃容器内，在适宜条件下光照培养，玻璃容器内CO2浓度出现的变化趋势是一直保持稳定，不变化( × )
(5)停止供水，植物光合速率下降，这是由于水既是光合作用的原料，又是光合作用产物在植物体内运输的主要介质( √ )
(6)温室内适当补充CO2，即适当提高CO2浓度，可提高农作物产量( √ )
1．在下面的四幅图中依次标出坐标曲线中的A点，AB段(不包括A、B两点)，B点和B点之后的O2和CO2的转移方向。
[提示]
2．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？
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因子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？
(3)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
[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子，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)Q点之后横坐标所表示的因子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)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，有利于光合作用的进行。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
影响光合作用因素的模型构建与解读
(1)内部因素
a．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。
b．植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶。
(2)光照强度
①曲线分析
A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，释放的CO2量可表示此时细胞呼吸的强度。
AB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，这是因为细胞呼吸释放的CO2有一部分用于光合作用，此时细胞呼吸强度大于光合作用强度。
B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(光照强度只有在B点以上时，植物才能正常生长)，B点所示光照强度称为光补偿点。
BC段：表明随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，到C点以上不再加强了，C点所示光照强度称为光饱和点。
②应用：阴生植物的B点左移，C点降低，如图中虚线所示，间作套种农作物的种类搭配，林带树种的配置，可合理利用光能；适当提高光照强度可增加大棚作物产量。
(3)CO2浓度
①曲线分析：图1和图2都表示在一定范围内，光合作用速率随CO2浓度的增加而增大，但当CO2浓度增加到一定范围后，光合作用速率不再增加。
图1中A点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿点；图2中的A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
图1和图2中的B和B′点都表示CO2饱和点。
②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，提高光能利用率。
(4)温度
①曲线分析：温度主要是通过影响与光合作用有关酶的活性而影响光合作用速率。
②应用：冬天，温室栽培可适当提高温度，温室栽培也可适当降低温度。白天调到光合作用最适温度，以提高光合作用；晚上适当降低温室温度，以降低细胞呼吸，保证植物有机物的积累。
(5)必需矿质元素供应
①曲线分析：在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合作用速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高而导致植物因渗透失水而萎蔫。
②应用：根据作物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可提高农作物产量。
(6)水分
①影响：水是光合作用的原料，缺水既可直接影响光合作用，又会导致叶片气孔关闭，限制CO2进入叶片，从而间接影响光合作用。
②应用：根据作物的需水规律合理灌溉。
考向一 单因素对光合作用的影响分析
例6 植物甲与植物乙的净光合速率随叶片温度(叶温)变化的趋势如图所示。下列叙述错误的是( D )
A．植物甲和乙光合作用所需要的能量都来自太阳能
B．叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高
C．叶温为25 ℃时，植物甲的光合作用与细胞呼吸强度的差值不同于植物乙的
D．叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值均为0
[解析] 植物光合作用所需要的能量都来自太阳能，A项正确；分析曲线可知，叶温在36～50 ℃时，植物甲的净光合速率比植物乙的高，B项正确；光合作用与细胞呼吸强度的差值即净光合速率，叶温为25 ℃时，植物甲的净光合速率小于植物乙的，C项正确；叶温为35 ℃时，甲、乙两种植物的光合作用与细胞呼吸强度的差值相等，均大于0，D项错误。
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
〔对应训练〕
9．在CO2浓度为0.03%和适宜的恒定温度条件下，测定植物甲和植物乙在不同光照条件下的光合速率，结果如图。下列有关分析正确的是( D )
A．当光照强度为1 klx时，植物甲开始进行光合作用
B．当光照强度为3 klx时，植物乙的总光合速率是0 mg/(100 cm2叶·h)
C．若在c点时突然停止CO2供应，短时间内植物甲的叶绿体中C3的含量会增加
D．d点时限制植物乙光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度
[解析] 光照强度为1 klx时，植物甲的光合作用强度等于呼吸作用强度，A错误；当光照强度为3 klx时，植物乙的总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝0＋20＝20 mg/(100 cm2叶·h)，B错误；c点的限制因素主要是CO2浓度，因此突然停止CO2供应，CO2固定受阻，短时间内导致C3的含量减少，C错误；d点时植物乙达到光饱和点，此时光照强度不再是限制因素，而题中又提出“适宜的恒定温度条件”，因此限制植物乙光合速率增大的主要因素是CO2的浓度，D正确。
10．(2019·西安八校联考)如图所示，在最适温度和光照强度下，测得甲、乙两种植物的光合速率随环境中CO2浓度的变化情况，下列说法错误的是( B )
A．植物乙比植物甲对CO2浓度变化更敏感
B．当CO2吸收量为c时，植物甲与植物乙合成有机物的量相等
C．d点甲植物细胞内的C3量比b点高
D．适当降低光照强度，b点将向右移动
[解析] 环境中CO2浓度升高到一定程度后，植物乙CO2的吸收量降低幅度大，植物甲CO2的吸收量保持不变，因此植物乙对CO2浓度变化更敏感；当CO2吸收量为c时，植物甲与植物乙的净光合速率相等，由于植物甲比植物乙的呼吸速率大，根据实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，因此植物甲合成有机物的量比植物乙多；CO2浓度由b点增加到d点时，甲植物细胞内C3的合成量增加而消耗量不变，因此细胞内C3的含量增加；图中曲线是在最适的光照强度条件下测得的，因此光照强度减弱，CO2的吸收量降低，b点时光合作用强度与呼吸作用强度相等，降低光照强度后，在较高浓度的CO2条件下才能使CO2吸收量与CO2释放量相等，因此b点将右移。
考向二 多因素对光合作用的影响分析
例7 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( D )
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] A错：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。B错：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。C错：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。D对：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。
科学思维
多因素对光合作用影响的曲线分析方法
解答受多因素影响的光合作用曲线题时，找出曲线的限制因素是关键。具体方法是对纵坐标或横坐标画垂线或者只看某一条曲线的变化，将多因素转变为单一因素，从而确定限制因素。当曲线上标有条件时，说明因变量受横坐标和曲线上条件的共同影响。若题干中描述了曲线的获得前提，如最 适温度下测得，则应该考虑温度以外的影响因素。
〔对应训练〕
11．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组实验的作用是对照。在饱和光照强度下，该实验的自变量是电场强度和CO2浓度。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明强电场可以提高植物的光合作用强度。
(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，可以采取的措施是增补电场和增施CO2。
[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。
考点四 探究光照强度对光合作用强度的影响
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．实验原理
(1)在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。
(2)台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度也不同。
(3)光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。
2．实验步骤及主要操作
实验步骤
主要操作
(1)制备小圆形叶片
将绿色菠菜叶片用直径为1 cm的打孔器打出小圆形叶片30片
(2)排出细胞间隙中的气体
将小圆形叶片和适量清水置于注射器中，排出注射器内残留的空气，用手堵住注射器前端的小孔并缓缓拉动活塞，使小圆形叶片内的气体逸出，重复几次
(3)分装小圆形叶片
将小圆形叶片各10片，分别放入暗处盛有20 mL富含CO2的清水的3个小烧杯中。这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底
(4)控制自变量(光照强度)
把3个烧杯分别放在距离台灯位置10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的三个位置上，打开台灯
(5)观察并记录
一定时间内小圆形叶片浮起的数量
■
(1)选择的叶片厚薄、颜色、鲜嫩程度要尽量一致。
(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)烧杯放置时前一个烧杯不能给后一个烧杯造成光照阻挡。
(4)实验试剂及作用
①NaHCO3→提供CO2，缓冲CO2含量稳定。
②石蜡→密封。
③油层→密封。
④开水冷却→排除水中气体。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
例8 取生长旺盛的绿叶，利用打孔器打出一批直径为1 cm的叶圆片，将叶圆片细胞间隙中的气体排出后，平均分装到盛有等量的不同浓度NaHCO3溶液的培养皿底部，置于光温恒定且适宜的条件下，如图甲。测得各组培养皿中叶圆片上浮至液面所用的时间如图乙。下列分析不正确的是( D )
A．a～b段随着NaHCO3溶液浓度的增加，类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大
B．a～d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减弱
C．c～d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，单个叶圆片有机物的积累速率逐渐减小
D．a～d段如果增加光照强度或温度，都能明显缩短叶圆片上浮至液面所用的时间
[解析] a～b段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断缩短，说明氧气生成速率不断提高，因此类囊体薄膜上水的分解速率逐渐增大，A正确；c～d段随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的时间不断延长，说明氧气生成速率在降低，即光合速率减弱，因此叶绿体基质中C3的生成速率逐渐减弱，单个叶圆片有机物的积累速率也在逐渐减小，B、C正确；题中装置置于光温恒定且适宜的条件下，如果增加光照强度或温度，都会使光合速率降低，导致叶圆片上浮至液面的时间延长，D错误。
〔对应训练〕
12．(2019·武汉模拟)如图表示测定金鱼藻光合作用强度的实验密闭装置，氧气传感器可监测O2浓度的变化，下列叙述错误的是( B )
A．该实验探究不同单色光对光合作用强度的影响
B．加入NaHCO3溶液是为了吸收细胞呼吸释放的CO2
C．拆去滤光片，单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度
D．若将此装置放在黑暗处，可测定金鱼藻的细胞呼吸强度
[解析] 分析图示装置可知，自变量是不同的单色光，因变量为盛气装置中O2的多少，因而该实验可探究不同单色光对光合作用强度的影响，A项正确；加入NaHCO3溶液是为了给金鱼藻进行光合作用提供原料CO2，B项错误；拆去滤光片，给予自然光照，光合作用较任一单色光照的光合作用都强，因而单位时间内氧气传感器测到的O2浓度高于单色光下O2浓度，C项正确；若将此装置放在黑暗处，金鱼藻只进行细胞呼吸，不进行光合作用，因而可通过测定盛气装置中O2的减少量，测定金鱼藻的细胞呼吸强度，D项正确。
考点五 光合作用与细胞呼吸的关系
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
1．细胞呼吸与光合作用过程图解
(1)物质名称：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH([H])，f：C5，g：CO2，h：C3。
(2)生理过程及场所
序号
①
②
③
④
⑤
生理过程
光反应
暗反应
有氧呼吸第一阶段
有氧呼吸第二阶段
有氧呼吸第三阶段
场所
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
细胞质基质
线粒体基质
线粒体内膜
[特别提醒]
①光合作用中产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)简化的表示方式，而细胞呼吸中产生的[H]是还原型辅酶I(NADH)简化的表示方式，二者不是一种物质，尽管书写形式相同。
②还原氢的书写形式一定不能写成H、H＋或H2，只能写成[H]、NADH或NADPH。
2．光合作用与细胞呼吸曲线中的“关键点”移动
(1)细胞呼吸对应点(A点)的移动：细胞呼吸增强，A点下移，细胞呼吸减弱，A点上移。
(2)补偿点(B点)的移动
①细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
②细胞呼吸速率基本不变，相关条件的改变使光合速率下降时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。
(3)饱和点(C点)和D点的移动：相关条件的改变(如增大光照强度或增大CO2浓度)使光合速率增大时，C点右移，D点上移的同时右移；反之，移动方向相反。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
1．光合作用和有氧呼吸的区别
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―→稳定的化学能(储能)
稳定的化学能―→ATP中活跃的化学能、热能(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．光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源与去路
来源
去路
[H]
光合作用
光反应中水的光解
作为还原剂用于暗反应阶段中C3的还原
有氧呼吸
第一、第二阶段产生
用于第三阶段还原O2产生H2O，同时释放出大量的能量
ATP
光合作用
光反应阶段合成ATP，所需能量来自色素吸收的太阳能
用于暗反应阶段C3的还原，以稳定的化学能的形式储存于有机物中
有氧呼吸
第一、二、三阶段均能产生，第三阶段产生的能量最多。能量来自有机物的氧化分解
作为能量“通货”，用于各项生命活动
3．真正光合作用速率、净光合作用速率与呼吸速率的关系
(1)净光合作用速率与真正光合作用速率的关系
①绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为呼吸速率(A点)。
②绿色组织在有光条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为净光合速率。
(2)光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目
含义
表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2
CO2
有机物
真正光合速率
植物在光下实际合成有机物的速率
O2产生(生成)速率或叶绿体释放O2量
CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量
有机物产生(制造、生成)速率
净光合速率
植物有机物的积累速率
植物或叶片或叶肉细胞O2释放速率
植物或叶片或叶肉细胞CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速率
有机物消耗速率
(3)计算公式
实际光合速率＝表观(净)光合速率＋呼吸速率。
4．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＋6O6＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量
②光合作用：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O
(2)18O和14C的转移过程
①18O2HOC18O2C6HO6
考向一 光合作用与细胞呼吸过程
例9 (2019·天津和平一模)下图所示为甘蔗叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是( A )
A．过程①产生[H]，过程②消耗[H]，过程③既产生也消耗[H]
B．过程②只发生在叶绿体基质中，过程③只发生在线粒体基质中
C．过程①消耗CO2、释放O2，过程③消耗O2、释放CO2
D．若叶肉细胞内过程②的速率大于过程③的速率，则甘蔗的干重必然增加
[解析] 过程①②③④分别为光反应、暗反应、细胞呼吸和ATP的水解，[H]产生于光反应，用于暗反应，细胞呼吸中，既可产生[H]也可消耗[H]，A正确；暗反应只发生在叶绿体基质，细胞呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，B错误；光反应阶段不消耗CO2，C错误；叶肉细胞的光合作用速率大于呼吸作用速率，但甘蔗植株中非叶肉细胞部分的呼吸作用速率有可能大于叶肉细胞的净光合作用速率，甘蔗干重未必增加，D错误。
〔对应训练〕
13．(2019年·宿州质检)下图是绿色植物叶肉细胞内部分生命活动示意图，其中①～⑤表示生理过程，A～D表示物质。下列分析错误的是( B )
A．在生物膜上发生的生理过程有③和④
B．①②⑤过程均发生在细胞质基质中
C．A和B分别表示丙酮酸和[H]
D．有氧呼吸包括图中的①②③过程
[解析] 由图可知，①、②、③依次为有氧呼吸的第一、二、三阶段，④为光反应，⑤为暗反应。A为丙酮酸，B为[H]，C为ADP和Pi，D为ATP和[H]；在生物膜上发生的生理过程有有氧呼吸的第三阶段③和光反应④；有氧呼吸的第一阶段①在细胞质基质中完成，有氧呼吸的第二阶段②在线粒体基质中完成，暗反应阶段⑤在叶绿体基质中完成。
考向二 以叶绿体、线粒体为载体分析光合作用与呼吸作用的关系
例10 (2019·北京昌平区月考)如图是叶肉细胞在不同光照强度下叶绿体与线粒体的代谢简图，相关叙述错误的是( D )
A．细胞①处于黑暗环境中，该细胞单位时间释放的CO2量即为呼吸速率
B．细胞②没有与外界发生O2和CO2的交换，可断定此时光合速率等于呼吸速率
C．细胞③处在较强光照条件下，细胞光合作用所利用的CO2量为N1与N2的和
D．分析细胞④可得出，此时的光照强度较弱且N2小于m2
[解析] 结合图示可知，细胞①中仅线粒体中有气体的消耗和生成，故应处在黑暗环境中，此时细胞单位时间内释放的CO2量可表示呼吸速率；细胞②没有与外界进行气体交换，此时光合速率与呼吸速率相等；细胞③需要从外界环境吸收CO2，并向细胞外释放O2，此时细胞所处环境的光照强度大于光补偿点，细胞所利用的CO2包括呼吸作用产生的N2和从环境中吸收的N1；细胞④中，线粒体利用的O2除来自叶绿体外，还要从细胞外吸收，说明此时细胞的呼吸作用强度大于光合作用强度，细胞进行有氧呼吸和光合作用的过程中，O2的净消耗量(吸收量)m2与CO2的净生成量N1相等。
〔对应训练〕
14．(2019·哈尔滨三中高三一模)如图为水稻叶肉细胞内部分生理过程示意图，其中①～⑤表示过程，Ⅰ～Ⅵ表示物质。请据图回答相关问题：
(1)图中Ⅲ与Ⅵ(填序号)表示的物质相同，图中Ⅰ与Ⅳ表示的物质不相同(填“相同”或“不相同”)。
(2)图中消耗ADP的场所有叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质、线粒体_；若该水稻植株长期处于黑暗状态，则图中①→②→①的循环不能(填“能”或“不能”)进行，原因是没有光反应提供的ATP和[H]，暗反应不能进行。
(3)为探究黄光培养条件下水稻幼苗的叶绿素含量是否发生改变，假设你是实验小组成员，请写出实验思路。
[答案] (3)分别取白光(或自然光)和黄光条件下培养的试管苗叶片，提取其中的色素并分离，通过比较滤纸条上叶绿素a叶绿素b色素带的宽窄(或颜色的深浅)来判断叶绿素含量是否发生改变。
[解析] 据图分析，图中①表示二氧化碳的固定，②表示三碳化合物的还原，③表示有氧呼吸第一阶段，④表示有氧呼吸第三阶段，⑤表示有氧呼吸第二阶段；Ⅰ表示NADPH，Ⅱ表示氧气，Ⅲ表示二氧化碳，Ⅳ表示NADH，Ⅴ表示氧气，Ⅵ表示二氧化碳。(1)根据以上分析可知，图中Ⅲ和Ⅵ都表示二氧化碳；Ⅰ表示NADPH，Ⅳ表示NADH。 (2)图中光反应、有氧呼吸的三个阶段都可以产生ATP，因此消耗ADP产生ATP的场所有叶绿体类囊体薄膜、细胞质基质、线粒体；若该水稻植株长期处于黑暗状态，由于没有光反应提供的ATP和[H]，暗反应不能进行，所以图中①→②→①的循环(暗反应)不能进行。(3)根据题意分析可知，实验的自变量是光照的种类，因变量是叶绿素的含量，则实验思路为分别取白光(或自然光)和黄光条件下培养的试管苗叶片，提取其中的色素并分离，通过比较滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄(或颜色的深浅)来判断叶绿素含量是否发生改变。
考向三 补偿点、饱和点的移动问题
例11 已知某植物光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃，如图表示30 ℃时光合作用与光照强度的关系。若温度降到25 ℃(原光照强度和CO2浓度不变)，理论上图中相应点a、b、d的移动方向分别是( C )
A．下移、右移、上移 B．下移、左移、下移
C．上移、左移、上移 D．上移、右移、上移
[解析] 图中a、b、d三点分别表示细胞呼吸强度、光补偿点和光饱和点。由题干“光合作用和细胞呼吸的最适温度分别为25 ℃和30 ℃”可知，当温度从30 ℃下降到25 ℃时，细胞呼吸强度降低，a点上移；光合作用强度增强，所以光饱和点(d点)时吸收的CO2增多，d点上移。b点表示光合作用强度＝细胞呼吸强度，在25 ℃时细胞呼吸强度降低，光合作用强度增强，在除光照强度外其他条件不变的情况下，要使其仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度以使光合作用强度与细胞呼吸强度相等，即b点左移。
〔对应训练〕
15．(不定项选择题)将桑树和大豆分别单独种植(单作)或两种隔行种植(间作)，测得两种植物的光合速率如下图所示(注：光饱和点是光合速率达到最大值时所需的最低光照强度)。据图分析，下列叙述错误的是( ABCD )
A．与单作相比，间作时两种植物的呼吸强度均没有受到影响
B．与单作相比，间作时两种植物光合作用的光饱和点均增大
C．间作虽然提高了桑树的光合速率但降低了大豆的光合速率
D．大豆植株开始积累有机物时的最低光照强度间作大于单作
[解析] 由题图可知，两种植物单作和间作时的呼吸速率(与纵轴的交点)不同，桑树间作时呼吸速率较大，大豆单作时呼吸速率较大，A项错误；桑树间作时光饱和点大，大豆单作时光饱和点大，B项错误；间作提高了桑树的光合速率，在较低光照强度下，间作提高了大豆的光合速率，但在较高光照强度下，间作降低了大豆的光合速率，C项错误；大豆开始积累有机物的最低光照强度(与横轴的交点)单作大于间作，D项错误。
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