2020版生物新导学大一轮北师大版讲义：第三单元细胞的能量代谢第9讲

第9讲　光与光合作用
[考纲要求]　1.光合作用的基本过程(Ⅱ)。2.影响光合作用速率的环境因素(Ⅱ)。3.实验：叶绿体色素的提取和分离。
考点一　叶绿体中的色素与光合作用的过程

1．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。
2．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱

由图可以看出：
(1)叶绿体中的叶绿素主要吸收太阳光中的蓝紫光和红橙光，对绿光的吸收量很少。
(2)类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，对橙黄光吸收量很少。
3．光合作用的过程
(1)反应式
①产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
②产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(2)过程

(3)光反应和碳反应的比较
项目
光反应
碳反应
条件
光、色素、酶
ATP、NADPH、CO2、多种酶
场所
类囊体膜
叶绿体基质
物质变化
水的光解、ATP的合成
CO2的固定、C3的还原
能量变化
光能转化为活跃的化学能
活跃的化学能转化为稳定的化学能
联系
光反应为碳反应提供NADPH和ATP；碳反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi；没有光反应，碳反应无法进行；没有碳反应，有机物无法合成


1．判断关于色素和叶绿体的叙述
(1)植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光(　×　)
(2)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素(　√　)
(3)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同(　√　)
(4)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多(　×　)
(5)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中(　×　)
(6)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积(　×　)
2．判断关于光合作用过程的叙述
(1)H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中(　×　)
(2)叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉(　×　)
(3)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成碳反应过程(　√　)
(4)番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是光反应强度和碳反应强度都降低(　√　)
(5)正常生长的绿藻，照光培养一段时间后，用黑布迅速将培养瓶罩上，其叶绿体内CO2的固定立即停止(　×　)
(6)光合作用和细胞呼吸均能产生[H]，二者还原的物质不同(　√　)
(7)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖(　√　)

1．下面是光合作用探索历程中恩吉尔曼和萨克斯的实验示意图，请分析：

(1)恩吉尔曼实验在实验材料的选取上有什么巧妙之处？
提示　选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气多的部位。
(2)恩吉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　排除氧气和除极细光束外的其他光的干扰。
(3)萨克斯实验中进行“黑暗”处理的目的是什么？
提示　消耗掉细胞中原有的淀粉，防止对实验结果造成干扰。
(4)萨克斯实验中在染色前通常用酒精对叶片进行脱色处理，目的是什么？
提示　防止叶片中色素颜色对实验结果的干扰。
(5)两实验设计中是如何形成对照的？
提示　恩吉尔曼的实验中，照光处理与不照光、黑暗与完全曝光形成对照；萨克斯的实验中，暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
2．分析光合作用的过程图解

(1)图中甲表示光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体膜上。
(2)乙表示碳反应阶段。
(3)图中的物质a是NADPH，物质c是CO2。
(4)图中的ATP不能(填“能”或“不能”)运出所在的细胞器，用于其他生命活动。

1．光合作用C、H、O的转移途径

(1)H：3H2O[3H](C3H2O)。
(2)C：14CO214C3(14CH2O)。
(3)O：HO18O2; C18O2C3(CHO)。
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方向综合分析。
示例：CO2供应正常，光照停止时C3的含量变化

(2)物质含量变化的比较
条件
光照由强到弱，CO2供应不变
光照由弱到强，CO2供应不变
CO2供应由充足到不足，光照不变
CO2供应由不足到充足，光照不变
C3含量
增加
减少
减少
增加
C5含量
减少
增加
增加
减少
NADPH和ATP的含量
减少
增加
增加
减少
(CH2O)的合成量
减少
增加
减少
增加

3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为碳反应提供的NADPH和ATP在叶绿体中有少量的积累，在光反应停止时，碳反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)一直光照条件下，会造成NADPH、ATP的过度积累，利用不充分；光照和黑暗间隔条件下，NADPH、ATP基本不积累，能够被充分利用；因此在光照时间相同的条件下，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。
例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10分钟，黑暗处理10分钟；乙光照5秒，黑暗处理5秒，持续20分钟，则光合作用制造的有机物：甲＜乙。

命题点一　捕获光能的色素分析
1．(2017·海南，10)将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是(　　)
A．离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B．若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C．若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D．水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
答案　A
解析　光合作用的场所是叶绿体，离体的叶绿体在自然光下通过光反应能将水分解产生氧气，A项正确；叶绿体中的色素既能吸收红光，也能吸收蓝紫光，B、C项错误；水在叶绿体中分解产生氧气不需要ATP提供能量，D项错误。
2.(2019·衡水模拟)如图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述错误的是(　　)

A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物NADPH和ATP进入④中为碳反应提供物质和能量
答案　C
解析　①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性，A项正确；③为类囊体，其上分布有与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色，B项正确；叶绿素分子中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋，C项错误；在类囊体上形成的产物NADPH和ATP进入④中为碳反应提供物质和能量，D项正确。
命题点二　光合作用的过程分析
3．(2015·福建，3)在光合作用中，RuBP羧化酶能催化CO2＋C5(即RuBP)→2C3。为测定RuBP羧化酶的活性，某学习小组从菠菜叶中提取该酶，用其催化C5与14CO2的反应，并检测产物14C3的放射性强度。下列分析错误的是(　　)
A．菠菜叶肉细胞内RuBP羧化酶催化上述反应的场所是叶绿体基质
B．RuBP羧化酶催化的上述反应需要在无光条件下进行
C．测定RuBP羧化酶活性的过程中运用了同位素标记法
D．单位时间内14C3生成量越多说明RuBP羧化酶活性越高
答案　B
解析　RuBP羧化酶催化上述反应即为二氧化碳的固定，属于碳反应，其场所是叶绿体基质，A项正确；碳反应不需要光，有光和无光条件下都可进行，B项错误；实验中利用14C标记CO2并检测产物放射性强度，采用同位素标记法，C项正确；单位时间内产物生成量可代表化学反应的催化效率，酶对化学反应的催化效率即可反映酶活性，D项正确。
4．下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。下列有关叙述错误的是(　　)

A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
B．c为ATP，f为NADPH
C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到放射性
D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能
答案　B
解析　图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A项正确，B项错误；18O2HOC18O2(CHO)，C项正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D项正确。
命题点三　分析条件骤变对叶绿体中物质含量的影响
5．在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，在短时间内叶绿体中C3和C5化合物含量的变化是(　　)
A．C3和C5都迅速减少
B．C3和C5都迅速增加
C．C3迅速增加，C5迅速减少
D．C3迅速减少，C5迅速增加
答案　C
解析　由题意知，在其他条件适宜的情况下，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照后，光反应停止，NADPH和ATP下降，C3的还原减弱直至停止，而CO2 的固定则继续进行，但由于缺少NADPH和ATP，C3不能被还原而积累，使C3迅速增加；C5是植物体细胞内具有一定数量且能循环利用的物质，当CO2＋C5→C3后，C3又不能被还原再形成C5时，C5将迅速减少。所以，在供试植物正常进行光合作用时突然停止光照，并在黑暗中立即开始连续取样分析，此时叶绿体中C3迅速增加，C5迅速减少。
6．下图是水生植物黑藻在光照等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是(　　)

A．t1→t2，叶绿体类囊体膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，碳反应限制光合作用；若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是由于光反应速率不变、碳反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3化合物还原后的直接产物含量降低
答案　D
解析　水的光解、O2的释放发生在叶绿体类囊体膜上，而不是叶绿体基质中，A项错误；t2→t3，限制光合速率的因素为CO2浓度，此时光照充足且恒定，若增加光照，光合速率不会提高，B项错误；t3→t4，碳反应增强，一定程度上加快ATP和ADP的转化，同时促进了光反应，C项错误；突然停止光照，光反应减弱甚至停止，类囊体膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，被还原的C3化合物减少，直接产物含量降低，D项正确。
命题点四　连续光照和间隔光照条件下的有机物的合成量分析
7．(2015·全国Ⅰ，29)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定，每组处理的总时间均为135 s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要________，这些反应发生的部位是叶绿体的________。
(2)A、B、C三组处理相比，随着________________________________________的增加，使光下产生的________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案　(1)高于　C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%　光照　基质
(2)光照和黑暗交替频率　ATP和NADPH
解析　(1)C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的94%，说明C组黑暗条件下进行了部分光合作用，碳反应消耗了ATP和NADPH，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以单位光照时间内，C组合成有机物的量高于D组。光合产物的生成场所为叶绿体基质。
(2)A、B、C三组实验中光照时间之和均为67.5 s，但是处理方法不同，结果也不一样，并且是单位时间内光照和黑暗交替频率越高，光合作用产物相对量越高，可知光照时产生的ATP和NADPH在光照时没有用完，可以在黑暗中继续利用，还原C3化合物生成糖类等有机物及C5化合物，C5化合物继续与CO2结合，因此提高了光合作用中CO2的同化量。
考点二　影响光合作用的因素及应用

1．光照强度
(1)原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的NADPH和ATP增多，使碳反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线分析

①A点：光照强度为0，此时只进行细胞呼吸。
②AB段：随光照强度增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B点：为光补偿点，细胞呼吸释放的CO2全部用于光合作用，即光合作用强度等于细胞呼吸强度。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度不断增强，到C点后不再增强了。
⑤D点：为光饱和点，限制D点以后光合作用强度不再增加的内部因素是色素含量、酶的数量和最大活性，外部因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。
(3)应用：①温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
2．CO2浓度
(1)原理：CO2影响碳反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线分析

图1中A点表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度，图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。B点和B′点所对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(3)应用：在农业生产上可以通过“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
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用。
(2)曲线分析

①AB段：在B点之前，随着温度升高，光合速率增大。
②B点：酶的最适温度，光合速率最大。
③BC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。
(3)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当降低温室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
4．水分和矿质元素
(1)原理
①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应。
(2)曲线

(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。

据图分析多因素对光合作用的影响

(1)三条曲线在P点之前限制光合速率的因素分别是什么？
提示　P点之前，限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，依次为光照强度、光照强度和温度。
(2)三条曲线在Q点之后横坐标所表示的因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？
提示　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)在北方的冬暖大棚中施用有机肥有哪些益处？
提示　有机肥中的有机物被土壤中的微生物分解成各种矿质元素，增加了土壤的肥力，另外还释放出热量和CO2，增加了大棚内的温度和CO2浓度，有利于光合作用的进行。

命题点一　单因素对光合作用的影响分析
1．阳光穿过森林中的空隙形成“光斑”，下图表示一株生长旺盛的植物在“光斑”照射前后光合作用吸收CO2和释放O2量的变化，据此下列分析正确的是(　　)

A．光斑照射前，光合作用无法进行
B．光斑照射后，光反应和碳反应迅速同步增加
C．光斑照射后，碳反应对光反应有限制作用
D．光斑移开后，光反应和碳反应迅速同步减弱
答案　C
解析　光斑照射前，有氧气释放，说明植物细胞在进行光合作用，A项错误；光斑照射后，光反应迅速增加，而碳反应没有立即增加，二者不同步，B项错误；光斑照射后，O2释放曲线变化趋势是光反应先增加然后降低，说明碳反应对光反应有限制作用，原因是碳反应不能及时消耗光反应产生的ATP和NADPH，C项正确；移开光斑后，光反应迅速减弱，而碳反应过一段时间后才减弱，二者不同步，D项错误。
2．(2014·四川，6)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，下列叙述正确的是(　　)


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单作大于间作
答案　D
解析　当光照强度为0时，植物只进行细胞呼吸，由坐标图中数据可知，桑树间作时的呼吸强度比单作时的大，大豆间作时的呼吸强度比单作时的小；A项错误；由坐标图中数据可知，与单作相比，间作时桑树光合作用的光饱和点增大，大豆光合作用的光饱和点减小，B项错误；由坐标图中数据可知，在较低光照强度范围内，大豆间作时的光合速率比单作时增强，在较高光照强度范围内，大豆间作时的光合速率比单作时减弱，C项错误；由坐标图中数据可知，单作时大豆开始积累有机物时的最低光照强度大于间作时的，D项正确。







命题点二　多因素对光合作用的影响分析
3．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到的实验结果如图所示。请据图判断下列叙述不正确的是(　　)

A．光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同
B．光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同
C．光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高
D．光照强度为b～c，曲线Ⅰ、Ⅲ光合作用强度随光照强度升高而升高
答案　D
解析　曲线Ⅱ和Ⅲ的CO2浓度不同，因此光照强度为a时，造成曲线Ⅱ和Ⅲ光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同，A项正确；曲线Ⅰ和Ⅱ的温度不同，因此光照强度为b时，造成曲线Ⅰ和Ⅱ光合作用强度差异的原因是温度不同，B项正确；由曲线图可知，光照强度为a～b，曲线Ⅰ、Ⅱ光合作用强度随光照强度升高而升高，C项正确；光照强度为b～c，曲线Ⅰ光合作用强度随光照强度升高而升高，但曲线Ⅲ光合作用强度随着光照强度的升高不再变化，D项错误。
4．电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：

(1)第1组实验的作用是__________。在饱和光照强度下，该实验的自变量是____________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明________________________________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是_____________________________________________________________________________。
答案　(1)对照　电场强度和CO2浓度　(2)强电场可以提高植物的光合作用强度　(3)增补电场和增施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组和第2组对比，二者的自变量为电场强度，第2组的净光合作用强度大于第1组，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，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。

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。
考点三　绿叶中色素的提取和分离

1．实验原理

2．实验步骤

3．实验结果

色素种类
色素颜色
色素含量
溶解度
扩散速度
胡萝卜素
橙黄色
最少
最高
最快
叶黄素
黄色
较少
较高
较快
叶绿素a
蓝绿色
最多
较低
较慢
叶绿素b
黄绿色
较多
最低
最慢


1．实验注意事项
注意事项
操作目的
提取色素
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发，充分溶解色素
盛放滤液的试管管口加胶塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离色素
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
滤液细线要细、齐、直
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一两次
使分离出的色素带清晰分明
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中

2.绿叶中色素提取和分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，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提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
(3)滤纸条看不到色素带
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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。

命题点一　实验基础
1．某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：
①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是(　　)
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
答案　D
解析　①提取绿色叶片中的色素时，在将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中后，应加入少许二氧化硅和碳酸钙，再加入10 mL无水乙醇，进行迅速、充分地研磨；②制备滤纸条时，应将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用铅笔画一条横线，而不是用钢笔；③画滤液细线时，为确保色素带分离整齐、不重叠，应保证滤液细线细、直、齐，为增强实验效果，应重复画线使滤液细线处积累较多色素；④分离色素时，应将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，注意不能让滤液细线触及层析液。
2．甲、乙、丙、丁四位同学，在利用新鲜绿色菠菜叶为实验材料，用层析法进行叶绿体中色素的提取和分离实验时，由于操作不同，得到了四种不同的层析结果(如图所示)。下列分析错误的是(　　)


A．甲可能误用蒸馏水作提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时加入无水乙醇过多
C．丙可能是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是研磨时未加入CaCO3
答案　C
解析　甲图中看不到色素带，叶绿体中的色素属于有机物，易溶于酒精等有机溶剂，难溶于水，所以出现甲图结果可能是误用蒸馏水作提取液和层析液导致的，A项正确；乙结果中每种色素都有，但含量很少，可能是无水乙醇过多，色素浓度太低导致的，B项正确；丙结果中每种色素都有，但是胡萝卜素和叶黄素含量较多，叶绿素a和叶绿素b含量较少，这不是正确操作得到的理想结果，C项错误；丁结果中叶绿素a和叶绿素b含量很少，可能是研磨时未加入CaCO3，破坏了叶绿素类物质造成的，因为与类胡萝卜素相比，叶绿素更易受到破坏，D项正确。
命题点二　实验拓展
3．以圆形滤纸的中心为圆心，画叶绿体色素滤液的小圆进行色素分离，看到近似同心环状的四个色素圈，排列在最外圈的一个呈(　　)
A．蓝绿色 B．黄绿色 C．黄色 D．橙黄色
答案　D
解析　绿叶中的色素能够在滤纸上彼此分离的原因是色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸上的扩散速度不同。其中胡萝卜素(橙黄色)的溶解度最大，故其扩散速度最快，排列在最外圈。
4．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(如下图所示)。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(　　)

答案　B
解析　在层析液中四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。
矫正易错　强记长句

1．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。
2．植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
3．不同颜色温室大棚的光合效率比较：无色透明大棚能透过日光中各种色光，有色大棚主要透过同色光，其他光被其吸收，所以无色透明的大棚中植物的光合效率最高；叶绿素对绿光吸收最少，因此绿色塑料大棚中植物的光合效率最低；不同颜色的温室大棚光合效率不同，单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
4．进行光合作用的细胞不一定都含有叶绿体，如蓝细菌、光合细菌等。
5．植物的液泡中含有的色素不参与光合作用。
6．光合作用的产物主要是糖类，还有一些类脂、有机酸、氨基酸和蛋白质等。
7．C3和 C5并不是只含有3个或5个碳原子，还有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一种三碳化合物。
8．碳反应不直接需要光，但是如果没有光照，光反应停止后，碳反应很快也会停止。
9．叶绿体产生的ATP只能用于自身的物质合成，不能用于细胞中其他部位的生命活动。

某植物在停止供水和恢复供水条件下，气孔开度(即气孔开放程度)与光合速率的变化如图所示。请回答下列问题：

1．停止供水后，光合速率下降，原因是一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水会导致气孔开度降低，CO2供应不足，影响了光合作用的碳反应，导致光合作用速率下降。
2．在温度、光照相同的条件下，图中A点与B点相比，B点光饱和点低，其主要原因是B点气孔开度低，CO2吸收减少，碳反应速率低，需要光反应提供的ATP和NADPH少，所以光饱和点低。
3．停止供水一段时间后，叶片发黄，原因是叶绿素合成速度变慢或停止(或叶绿素分解)，类胡萝卜素的颜色显露出来。
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1．(2017·全国Ⅲ，3)植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是(　　)
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
答案　A
解析　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，在红光区不吸收光能，A项错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，B项正确；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱，C项正确；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的，D项正确。
2.(2017·天津，6)某突变型水稻叶片的叶绿素含量约为野生型的一半，但固定CO2酶的活性显著高于野生型。右图显示两者在不同光照强度下的CO2吸收速率。下列叙述错误的是(　　)

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，突变型的碳反应强度高于野生型
C．光照强度低于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度
D．光照强度高于P时，限制突变型光合速率的主要环境因素是CO2浓度
答案　D
解析　由于突变型水稻叶片的叶绿素含量较少，由图可知，光照强度低于P时，突变型的光合作用光反应强度低于野生型，A项正确；由于突变型水稻中固定CO2酶的活性显著高于野生型，由图可知，光照强度高于P时，突变型的碳反应强度高于野生型，B项正确；光照强度低于P时，光照强度没有达到光饱和点，限制突变型光合速率的主要环境因素是光照强度，C项正确；P点并未达到突变型水稻光合作用的光饱和点，故光照强度高于P点小于光饱和点时限制光合速率的主要环境因素是光照强度，当光照强度大于光饱和点时，限制光合速率的主要环境因素是CO2浓度，D项错误。
3．(2016·全国Ⅱ，4)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
答案　C
解析　叶绿体中的色素能够溶解在包括乙醇在内的有机溶剂中，A项正确；叶绿素分子中含有镁元素，镁元素可以由植物的根细胞通过主动运输方式从土壤中吸收，B项正确；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项错误；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，因而叶片呈黄色，D项正确。




4．(2015·安徽，2)下图为大豆叶片光合作用碳反应阶段的示意图。下列叙述正确的是(　　)

A．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能
B．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类
C．被还原的C3在有关酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高
答案　C
解析　CO2的固定是CO2与C5在酶的催化下合成C3的过程，没有ATP的消耗，A项错误；碳反应中，CO2不能直接被NADPH还原，必须经过CO2的固定形成C3，再在有关酶的催化作用下，一部分C3被NADPH还原，经一系列变化形成糖类，另一部分C3经一系列变化形成C5，B项错误，C项正确；在CO2供应不变的情况下，光照强度由强变弱时，光反应提供的NADPH、ATP减少，导致C3还原过程减弱，但此时CO2的固定仍在进行，故短时间内C3含量上升，C5含量下降，D项错误。
5.(2018·全国Ⅰ，30)甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：

(1)当光照强度大于a时，甲、乙两种植物中，对光能的利用率较高的植物是________。
(2)甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是_____________________________________________________。
(3)甲、乙两种植物中，更适合在林下种植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00时叶片的光合速率明显下降，其原因是进入叶肉细胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
答案　(1)甲　(2)甲　光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大，种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲植物净光合速率下降幅度比乙大
(3)乙　(4)CO2
解析　(1)由曲线图可知，光照强度大于a时，甲植物的净光合速率随着光照强度的增加而增加的幅度更大，说明甲植物对光能的利用率较高。(2)当种植密度过大时，植株的叶片会相互遮挡，植株接受的光照强度减弱，导致植物净光合速率下降。由曲线图可知，光照强度降低导致甲植物净光合速率降低的幅度比乙大。(3)由曲线图可知，在低光照强度下，乙植物的净光合速率较高，在高光照强度下，乙植物的净光合速率明显低于甲植物，所以乙植物更适合在林下低光照强度的环境下种植。(4)夏日晴天中午12点，温度较高，部分气孔关闭，进入叶肉细胞的CO2明显减少，抑制了碳反应，导致叶片的光合速率明显降低。


1．(2018·永川调研)下列有关叶绿体的描述，正确的是(　　)
A．叶肉细胞中的叶绿体在光下和黑暗中均可生成ATP
B．经黑暗处理后叶肉细胞内淀粉等被输出消耗，此时叶绿体内不含糖类
C．叶绿体中含有RNA聚合酶，体现了细胞内基因的选择性表达
D．叶绿体产生O2和线粒体产生H2O均在生物膜上进行
答案　D
解析　叶绿体只有在光下才能发生光反应生成ATP，黑暗中叶绿体内不具有产生ATP的条件，A项错误；经黑暗处理过的叶肉细胞会向其他部位输出淀粉和消耗糖类等有机物，但叶绿体中的DNA、RNA中含有脱氧核糖或者核糖，B项错误；RNA聚合酶在细胞中普遍存在，不是基因选择性表达的产物，C项错误；叶绿体产生O2在类囊体膜上进行，线粒体产生H2O在线粒体内膜上进行，D项正确。
2．(2018·湖北高三五月冲刺)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膜上生成的
B．HCO可为小球藻的光合作用提供碳元素
C．HCO中18O的比例不同导致放氧速率不同
D．释放的O2中18O比例与水相近，推测O2来自于水
答案　C
解析　光合作用光反应阶段，水在光下分解释放氧气，该过程在叶绿体的类囊体膜上进行，A正确；碳酸氢钠释放二氧化碳，为光合作用提供碳元素，B正确；据表中数据可知，放氧速率与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，C错误；释放的O2中18O比例与水中18O起始比例一致，与HCO中18O的比例不同，推知O2的氧原子来自于水，D正确。
3．现有四个实验装置，若要验证绿色开花植物产生O2需要光和验证O2是由绿色植物释放的，则应选用的实验组合分别是(　　)

A．①②和①③ B．②③和①②
C．②④和①③ D．②③和③④
答案　B
解析　要验证绿色开花植物产生O2需要光照，实验的自变量应该是有光或无光，因此需要选择装置②③；验证O2是由绿色开花植物释放的，自变量为是否具有绿色植物，光照是无关变量，因此需要选择装置①②。
4．绿色植物是主要的能量转换者，因为它们均含有叶绿体(图甲)这一完成能量转换的细胞器，图乙是图甲中的色素分离结果，图丙是在图甲④结构中进行的生化反应，①～④分别代表图甲中叶绿体的结构。

下列相关叙述中，不正确的是(　　)
A．图乙中的色素带由1到4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素
B．图甲中①和③的成分和结构相似
C．环境条件相对稳定的情况下，图甲④中的C3含量多于C5
D．如果突然降低CO2的浓度，图丙中的C3含量会一直下降
答案　D
解析　图乙中下方有滤液细线，色素的扩散方向是从下向上的，所以1～4分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，A项正确；图甲中的①和③分别是叶绿体的内膜和外膜，它们的成分和结构相似，B项正确；分析图丙中的过程要从两个方面进行：一是环境条件相对稳定时，碳反应中的两个过程、光反应与碳反应之间均处于一种相对平衡的状态，由于一个C5对应着两个C3，所以C3含量要比C5高；二是当环境条件突然改变时，如CO2浓度突然降低时，短时间内由于CO2固定过程减弱而C3的还原过程仍在进行，故C3含量降低而C5含量升高，但一段时间后，反应过程又达到一个新的平衡状态，所以C3含量不会一直下降，C项正确，D项错误。
5．为研究光反应中ATP产生的原理，有科学家进行如下实验：将叶绿体类囊体置于pH为4的琥珀酸溶液后，琥珀酸进入类囊体腔，腔内的pH下降为4；然后把悬浮液的pH迅速上升为8，此时类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，对实验条件和结论分析正确的是(　　)

A．黑暗中进行，结果表明：H＋能通过自由扩散进入类囊体
B．光照下进行，结果支持：合成ATP的能量直接来自色素吸收的光能
C．黑暗中进行，结果支持：光反应使类囊体内外产生H＋浓度差，推动ATP合成
D．光照下进行，结果表明：光反应产生的[H]参与暗反应中C3的还原
答案　C
解析　在光照条件下，类囊体膜上的色素吸收光能，能将光能转化成ATP中的化学能，干扰实验结果，故应在黑暗中进行；题干中类囊体内pH为4，类囊体外pH为8，在有ADP和Pi存在时类囊体生成ATP，说明ATP的合成与H＋浓度差有关，类囊体内外产生H＋浓度差，从而推动ATP合成。
6．(2019·重庆模拟)某研究小组在水肥充足条件下，观测了玉米光合速率等生理指标日变化趋势，结果如图所示。据图判断下列有关叙述正确的是(　　)

A．光合作用消耗ATP最快的时刻是15：00
B．根吸水能力最强的时刻是12：00
C．直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗
D．影响光合速率的环境因素主要是CO2浓度
答案　C
解析　光合速率越大，光合作用消耗ATP也就越快，由甲图可知，光合作用消耗ATP最快的时刻是12：00，A项错误；蒸腾作用越强，根吸水能力越强，由乙图可知，根吸水能力最强的时刻是15：00，B项错误；蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失，直接引起蒸腾速率变化的生理指标是气孔阻抗，C项正确；据图可知，本题中影响光合速率的主要环境因素是光照强度，D项错误。
7．对某植物作如下处理：甲持续光照20 min，黑暗处理20 min，乙先光照5 s后再黑暗处理5 s，连续交替40 min。若其他条件不变，则在甲、乙两种情况下植物光合作用所制造的O2和合成的有机物总量符合下列哪项(　　)
A．O2：甲<乙，有机物：甲＝乙
B．O2：甲＝乙，有机物：甲＝乙
C．O2：甲<乙，有机物：甲<乙
D．O2：甲＝乙，有机物：甲<乙
答案　D
解析　甲、乙光反应时间相同，产生的O2相等，但交替光照下，乙条件下碳反应及时消耗了ATP和NADPH，为下一次的光照时间内光反应提供了充足的原料ADP、Pi和NADP＋等，所以相同时间内乙合成有机物的总量大于甲。
8．下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可说明叶绿素的合成需要光照
D．实验结果②表明韭菜中提取的色素吸收光的种类更多
答案　B
解析　提取色素时加入SiO2是为了研磨充分，加入CaCO3是为了防止色素被破坏，A项正确；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，B项错误；“结果①”中在光下的色素带有4条，而在暗处的色素带为2条，且颜色为黄色和橙黄色，分别是叶黄素和胡萝卜素，说明叶绿素的合成需要光照，C项正确；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，所以将等量韭菜和韭黄色素滤液放置在阳光和三棱镜之间时，韭菜中提取的色素吸收光的种类更多，D项正确。
9．下图为叶绿体的结构和功能示意图，请据图回答下列问题：

(1)光合作用中光反应产生的____________可以被碳反应所利用；在光照条件下，ATP的移动方向是________(用图中字母和箭头表示)。
(2)若碳反应被抑制，可能的外部影响因素是____________________、____________________。
(3)在电子显微镜下观察，可见到叶绿体基质中含量最多的物质是________颗粒(光合产物)。
(4)碳反应通过____________________来影响光反应，从而影响光合作用速率。
答案　(1)NADPH和ATP　A→B　(2)二氧化碳供应不足　温度过高或过低　(3)淀粉　(4)提供ADP、Pi以及NADP＋
解析　(1)光合作用光反应为碳反应提供NADPH和ATP，用于三碳化合物的还原。光反应的场所是叶绿体的类囊体膜(A)，碳反应的场所是叶绿体基质(B)，所以光照下ATP从A移向B。(2)碳反应主要受外界环境中二氧化碳浓度和温度的影响。(3)光合作用的产物葡萄糖最终以淀粉的形式储存起来，且淀粉颗粒在电子显微镜下是可以观察到的，所以电子显微镜下叶绿体基质中含量最多的物质是淀粉。(4)碳反应消耗ATP和NADPH产生ADP、Pi以及NADP＋，而ADP、Pi以及NADP＋为光反应过程中ATP、NADPH合成的原料。

10．(2018·彭水质检)下图所示为叶绿体中色素蛋白等成分在膜上的分布。下列关于相关过程以及发生场所的说法，不正确的是(　　)

A．H2O→H＋＋O2发生在光反应阶段，场所是叶绿体类囊体膜
B．膜上的叶绿素主要吸收蓝紫光和红光用于光合作用
C．发生的能量转换是光能→化学能
D．产生的ATP可用于植物体的各项生理活动
答案　D
解析　水的光解发生在光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体膜，A项正确；叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B项正确；光能在类囊体膜上转换为ATP中的化学能，C项正确；叶绿体类囊体膜上经光反应产生的ATP只能用于碳反应，D项错误。
11．图甲中试管A与试管B敞口培养相同数量的小球藻，研究光照强度对小球藻氧气产生量的影响，试管A的结果如图乙所示。据图分析，下列叙述正确的是(　　)
　
A．Q点的O2净释放量为零，是因为此点光合作用强度为零
B．P点为负值的原因是细胞呼吸消耗氧气；适当降低温度，P点将下降
C．在图乙上绘制装置B的曲线，Q点应右移
D．降低CO2浓度时，在图乙上绘制装置A的曲线，R点应右移
答案　C
解析　Q点时净光合速率为0，光合作用强度不为0，A项错误；P点对应的数值的绝对值代表呼吸速率，若适当降低温度，呼吸速率会下降，则P点会上移，B项错误；装置B中缺镁影响叶绿素的合成，小球藻光合速率低，Q点应右移，C项正确；CO2浓度降低，光合速率下降，R点应向左下方移动，D项错误。
12．下图为在水分充足的白天，测得的某植物幼苗的光合速率、蒸腾速率(水分以气体形式通过气孔散失)和气孔导度(气孔导度越大，气孔开启程度越大)日变化趋势图。请分析回答下列问题：

(1)据图分析，直接导致蒸腾速率变化的生理指标是________；已知某药物可以明显减小气孔导度，有利于植物度过干旱环境。但使用该药物时会影响光合作用的________阶段，原因是________。据图推测导致12：00时光合速率降低的环境因素不是CO2，理由是__________。
(2)从绿叶中提取叶绿体色素常用的试剂是__________________________________________。
答案　(1)气孔导度　碳反应　气孔部分关闭，导致二氧化碳供应不足　12：00时气孔导度最大，CO2供应充足　(2)无水乙醇
解析　(1)蒸腾作用是水分以气体形式通过气孔散失，气孔导度的大小直接引起蒸腾速率的变化。某药物可以明显减小气孔导度，影响CO2通过气孔进入植物体内，导致CO2供应不足，影响碳反应。通过题图可知，在12：00时气孔导度最大，而CO2是通过气孔进入叶肉细胞的，说明CO2供应充足，推测导致光合速率降低的环境因素不是CO2。(2)实验室中常用无水乙醇提取叶绿体中的色素。
13.为了探究生长条件对植物光合作用的影响，某研究小组将某品种植物的盆栽苗分成甲、乙两组，置于人工气候室中，甲组模拟自然光照，乙组提供低光照，其他培养条件相同。培养较长一段时间(T)后，测定两组植株叶片随光照强度变化的光合作用强度(即单位时间、单位叶面积吸收CO2的量)，光合作用强度随光照强度的变化趋势如图所示。回答下列问题：

(1)据图判断，光照强度低于a时，影响甲组植物光合作用的限制因子是______________。
(2)b光照强度下，要使甲组的光合作用强度升高，可以考虑的措施是提高_____________(填“CO2浓度”或“O2浓度”)。
(3)播种乙组植株产生的种子，得到的盆栽苗按照甲组的条件培养T时间后，再测定植株叶片随光照强度变化的光合作用强度，得到的曲线与甲组的相同。根据这一结果能够得到的初步结论是____________________________________________________________________。
答案　(1)光照强度　(2)CO2浓度　(3)乙组光合作用强度与甲组的不同是由环境因素低光照引起的，而非遗传物质的改变造成的
解析　(1)据图判断，光照强度低于a时，甲组光合作用强度随光照的增强而增强，说明光照强度低于a点时，影响植物光合作用的限制因子是光照强度。(2)甲组在b点条件下，光照强度不再是光合作用的限制因子，要增加光合作用强度，需增加光合作用原料，而O2是光合作用产物，CO2才是光合作用的原料，故应该增加CO2浓度。(3)个体的表现型受遗传因素与环境因素共同影响。若乙组的光合作用强度变化受遗传因素影响，则在甲组的光照条件下，乙组的子代光合作用强度随光照强度变化情况应与甲组不同，此与题干矛盾，故可排除遗传因素影响，因此乙组光合作用强度的变化应由环境因素(即低光照)引起，并非遗传物质改变所致。