【备考2022一轮学案】第3单元　第10讲　光与光合作用（含解析）

《金版教程》一轮复习?生物（创新版）
第10讲　光与光合作用
[考纲明细]　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.光合作用与呼吸作用综合应用　4.实验：叶绿体色素的提取和分离
实验7　绿叶中色素的提取和分离
1．实验原理
(1)提取：绿叶中的色素能够溶于有机溶剂而不溶于水，可用无水乙醇等有机溶剂提取色素。
(2)分离：各种色素在层析液中溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，从而使各种色素相互分离。
2．实验步骤
3．结果分析
(1)色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
(2)色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素a，最窄的是胡萝卜素，叶绿素b比叶黄素稍宽。
(3)色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
(4)相邻两条色素带之间距离最远的是胡萝卜素和叶黄素，最近的是叶绿素a和叶绿素b。
(1)选材时应选择什么样的叶片？原因是什么？
提示　应选择鲜嫩、颜色深绿的叶片，以保证含有较多色素。
(2)研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么？
提示　二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸钙可防止研磨中色素被破坏。
(3)研磨时要迅速和充分的原因？
提示　防止无水乙醇挥发，保证提取较多的色素和色素浓度适宜。
(4)画滤液细线要细、直、匀的原因是什么？滤液细线干燥后再画一两次的原因是什么？
提示　滤液细线要细、直、匀，且干燥后重复画一两次，使滤液细线既有较多的色素，又使各色素扩散的起点相同，分离出的色素带平整不重叠。
(5)分离实验为何用棉塞塞紧试管口且在通风的条件下进行？
提示　层析液由石油醚、丙酮及苯混合而成，三者都是具有挥发性的有毒物质，故为防止层析液挥发及避免吸入过多层析液应用棉塞塞紧试管口且在通风条件下进行。
(6)滤纸上的滤液细线为什么不能触及层析液？
提示　防止色素被层析液溶解。
1．下列关于叶绿体中色素的提取和分离的叙述，正确的是(　　)
A．无机溶剂不能用于提取色素
B．研磨时加入SiO2目的是保护色素
C．第一次画完滤液细线后应立即再画第二次
D．叶绿素b在层析液中的溶解度最大
答案　A
解析　由于叶绿体中的色素不溶于水，只溶于有机溶剂，所以用无机溶剂不能提取光合色素，A正确；研磨时加入SiO2目的是增大摩擦力，使研磨更充分，B错误；第一次画完滤液细线后应等滤液干燥后再画第二次，C错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最小，胡萝卜素溶解度最大，D错误。
2．某学生利用新鲜的菠菜叶进行叶绿体色素的提取和分离实验时，由于各组操作不同，出现了下列四种不同的层析结果。下列分析不合理的是(　　)
A．甲可能是用蒸馏水做提取液和层析液
B．乙可能是因为研磨时未加入SiO2
C．丙是正确操作得到的理想结果
D．丁可能是因为研磨时未加入CaCO3
答案　C
解析　甲的实验结果是没有分离出色素，色素不溶于水，可能是用蒸馏水做提取液和层析液所致，A正确；乙结果分离出了色素，但色素含量少，可能是研磨时未加入SiO2，研磨不充分所致，B正确；丙图分离出了色素，但四种色素的含量并不符合实际，C错误；丁的实验结果是胡萝卜素和叶黄素的含量正常，叶绿素的含量少，可能是因为研磨时未加入CaCO3，叶绿素遭到破坏所致，D正确。
1．收集到的滤液绿色过浅的原因
(1)使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少。
(2)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
(3)未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(4)一次加入大量的无水乙醇(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
2．滤纸条色素带重叠的原因
(1)滤液细线不直。
(2)滤液细线过粗。
3．滤纸条无色素带的原因
(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．滤纸条上只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带的原因所用叶片为黄叶。
3.(2016·上海高考)从种植于室内普通光照和室外强光光照下的同种植物中分别提取叶片的叶绿体色素，用纸层析法分离，结果如图所示。下列判断正确的是(　　)
A．室内植物叶片偏黄
B．室外植物叶片偏绿
C．室外植物叶片胡萝卜素含量>叶黄素含量
D．室内植物叶片叶绿素a含量>叶绿素b含量
答案　D
解析　图中从上往下的色素带依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b。对照图示结果可知，室外强光下叶绿素的含量明显低于室内普通光照，故室内植物叶片偏绿，室外植物叶片偏黄，A、B错误；图中显示，室外和室内植物叶片都是叶黄素含量大于胡萝卜素含量，室内植物叶片叶绿素a含量大于叶绿素b含量，C错误，D正确。
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
考点1　捕获光能的色素和结构与光合作用的探究历程
1．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。
[特别提醒]　叶片呈现绿色的原因
(1)叶绿体中含有叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素含量是类胡萝卜素的3倍。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，绿光被反射出来。
2．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构
3．光合作用的探究历程(连一连)
答案　①－A－b　②－C－a　③－E－f　④－D－c　⑤－F－e　⑥－B－d　⑦－G－g
1.(必修1
P99与社会的联系改编)温室或大棚种植蔬菜时，补充的光源是红光或蓝紫光，选择的玻璃无色透明，原因是有色玻璃主要透过同色光，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；而无色透明玻璃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。
2．(必修1
P100拓展题T1改编)植物体吸收光能的色素存在部位是叶片细胞、幼嫩的茎和果实中。
题组一　光合色素吸收光能的分析
1．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况：据图判断，以下说法不正确的是(　　)
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
答案　C
解析　由550
nm波长的光转为670
nm波长的光后，色素吸收光能增强，光合作用增强，短时间内C3还原加速，C3生成不变，C3含量减少，C错误；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，D正确。
2．(2017·海南高考)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正确；叶绿体中的光合色素既能吸收红光，也能吸收蓝紫光，将叶绿体置于红光和蓝紫光下，都有氧气产生，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气不仅不需要ATP提供能量，还能产生ATP，D错误。
题组二　光合作用探究历程实验分析
3．下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是(　　)
A．普利斯特利的实验证明了植物可以更新空气
B．萨克斯的实验证明了光合作用的产物有淀粉
C．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量
D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2的氧，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2
答案　C
解析　恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成了氧气，但未定量分析，C错误。
4．下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(　　)
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
答案　B
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，C错误；恩格尔曼的实验可证明氧气是光合作用的产物，萨克斯的实验可证明淀粉是光合作用的产物，D错误。
1．光合作用探究历程中，用到同位素示踪法的实验
鲁宾和卡门证明光合作用释放的O2全部来自于水的实验和卡尔文证明光合产物中的碳来自CO2的实验。
2．恩格尔曼实验方法的巧妙之处
(1)实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。
(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和氧的影响，从而确保实验的准确性。
(3)观测指标设计妙：通过好氧细菌的分布，能够准确地判断出水绵细胞中释放氧气的部位。
(4)实验对照设计妙：进行黑暗＋极细光束照射和曝光的对比实验，从而明确实验结果完全是由光照引起的。
3．萨克斯实验
(1)黑暗处理的目的是消耗掉叶片中的营养物质。
(2)在用碘蒸气处理之前一般先用酒精进行脱色处理是为了防止颜色干扰。
(3)自变量：光照。因变量：是否产生淀粉。
(4)暗处理的叶片一半曝光、一半遮光形成对照。
考点2　光合作用的基本过程
1．光合作用的概念
指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。
2．过程
(1)光合作用过程图解
(2)光反应与暗反应的区别与联系
比较项目
光反应
暗反应
实质
光能转换为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物(酶促反应)
时间
短促，以微秒计
较缓慢
条件
色素、光、酶、水、ADP、Pi、NADP＋
多种酶、ATP、[H]、CO2、C5
场所
叶绿体的类囊体薄膜
叶绿体基质中
物质转化
①水的光解：2H2O4[H]＋O2；②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2的固定：CO2＋C52C3；②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5＋H2O
能量转化
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
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、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．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：
。
4．化能合成作用
(1)化能合成作用的概念：自然界中少数种类的细菌，能够利用体外环境中某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物，此过程称为化能合成作用，此类生物属于化能自养型生物。
(2)化能合成作用与光合作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
原料
CO2和H2O等无机物
产物
糖类等有机物
条件
光、色素、酶
酶
能量来源
光能
某些无机物氧化时释放的能量
生物种类
绿色植物、蓝藻等
硝化细菌、硫细菌等
5．光合作用与有氧呼吸的区别与联系
项目
光合作用
呼吸作用
发生范围
含叶绿体的植物细胞；蓝藻、光合细菌等
所有活细胞
发生场所
叶绿体(真核生物)；细胞质(原核生物)
细胞质基质、线粒体
发生条件
光下
时时刻刻进行
实质
无机物有机物；储存能量
有机物无机物；释放能量
能量转化的联系
物质转化联系
光合作用为有氧呼吸提供有机物和O2，有氧呼吸为光合作用提供CO2
元素转移的联系
C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2O：H2OO2H2OH：H2O[H](CH2O)[H]H2O
过程联系
(必修1
P103相关信息)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。
环境条件骤变后C3、C5及[H]、ATP的含量在短时间内变化分析
(1)环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
“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、[H]和ATP的含量变化
[特别提醒]　
题组一　光合作用过程分析
1．如图表示光合作用的暗反应过程。下列叙述错误的是(　　)
A．①是C3，⑤是C5
B．②和③在类囊体薄膜上产生
C．光照的强弱对该过程无影响
D．⑥可在细胞质基质中转变为丙酮酸
答案　C
解析　由图可知，①是C3，②是ATP，③是NADPH，④是NADP＋，⑤是C5，⑥是葡萄糖，A正确；ATP和NADPH在叶绿体的类囊体薄膜上产生，B正确；光照的强弱会影响ATP和NADPH的生成量，从而影响暗反应，C错误；光合作用产生的葡萄糖(⑥)在细胞质基质中可进行细胞呼吸的第一阶段，转变为丙酮酸，D正确。
2.如图表示发生在叶绿体中的相关代谢过程，其中①②表示相关过程，A、B表示两种气体物质，下列说法错误的是(　　)
A．过程①表示光反应，过程②的场所是叶绿体基质
B．物质A表示O2，物质B表示CO2
C．过程②能将活跃的化学能转变成稳定的化学能
D．过程②的两个阶段都需要消耗过程①产生的[H]和ATP
答案　D
解析　过程①表示光反应，过程②表示暗反应，暗反应的场所是叶绿体基质，A正确；据图分析，A表示氧气，B表示二氧化碳，B正确；过程②表示暗反应阶段，能够将光反应产生的ATP和还原氢中活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能，C正确；过程②的三碳化合物的还原阶段需要消耗过程①产生的[H]和ATP，D错误。
3．如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。下列有关分析错误的是(　　)
A．图中A为氧气，可部分释放到空气中
B．图中B为NADPH，是还原剂
C．该过程消耗的NADP＋和C来自于叶绿体的类囊体薄膜
D．该过程将光能转化为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中
答案　C
解析　水的光解产物是氧气和[H]，若光合作用强度大于呼吸作用强度，氧气会部分释放到空气中，A正确；题图中B是在NADP＋、H＋和电子参与下形成的，为NADPH，参与C3的还原，是一种还原剂，B正确；题图中C表示ADP和Pi，光反应中消耗的NADP＋、ADP和Pi来源于暗反应，暗反应发生在叶绿体基质中，C错误；光合作用中，光反应过程将光能转化成活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，D正确。
1．光合作用中的几种能量关系
(1)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。
(2)C3还原消耗的能量不只来自于ATP，还可由NADPH提供。
(3)光反应产生的ATP用于C3的还原，不用于叶绿体之外的其他生命活动。
2．突破光合作用过程的四个误区
(1)绿色植物中参与光合作用的色素只存在于叶绿体类囊体薄膜上，液泡中的色素不参与光合作用。
(2)绿色植物中参与光合作用的酶存在于叶绿体类囊体薄膜上和叶绿体基质中。
(3)不要认为暗反应不需要光。光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应和暗反应。前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光照强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物[H]和ATP，因此暗反应在无光条件下不可以长期进行。
(4)叶绿体并不是进行光合作用的必要场所：进行光合作用的细胞不一定含叶绿体，如蓝藻、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。
题组二　环境条件骤变后C3、C5等物质含量变化分析
4．(2019·陕西商洛丹凤中学高三月考)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，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比值减少
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C5/C3比值增加
D．突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值减少
答案　B
解析　突然中断CO2供应，使暗反应中二氧化碳固定停止，而三碳化合物还原仍在进行，导致C3含量减少，C5含量增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值增加，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此三碳化合物还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，B正确；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和[H]减少，这将使暗反应中三碳化合物的还原减慢，而短时间内CO2的固定不变，导致C5含量减少，C3含量增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3比值减少，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和[H]增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP比值增加，D错误。
5．在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势如图。回答问题：
(1)图中物质A是________(填“C3”或“C5”)。
(2)将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光照强度比CO2浓度为1%时的________(填“高”或“低”)，其原因是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
答案　(1)C3
(2)当CO2浓度突然降低时，C5的合成速率不变，消耗速率却减慢，导致C5积累
(3)低　CO2浓度低时，暗反应强度低，所需ATP和[H]少
解析　(1)(2)CO2浓度降低时，C3的合成减少而消耗不变，故C3的含量降低，与物质A的变化趋势一致；C5的合成不变而消耗减少，故C5的含量增加，与物质B的变化趋势一致。
(3)CO2浓度较低时，暗反应强度低，需要的[H]和ATP的量少，故在较低的光照强度时就能达到此CO2浓度时的最大光合速率。
题组三　光合作用与细胞呼吸的关系
6．如图表示在有氧条件下某高等植物体内有关的生理过程示意图，①～⑤表示有关过程，X、Y、Z和W表示相关物质。请据图判断下列说法错误的是(　　)
A．X、Y、Z物质分别表示C3、丙酮酸和ATP
B．①～⑤过程中能产生ATP的有①②③④
C．②⑤过程分别表示C3的还原和CO2的固定
D．光合速率小于呼吸速率时，④过程产生的CO2会释放到细胞外
答案　B
解析　分析图示，①过程表示光反应阶段，②过程表示C3的还原，⑤过程表示CO2的固定，③④过程表示有氧呼吸的第一阶段和第二阶段，C正确；Z物质是ATP，Y物质是丙酮酸，X物质是C3，A正确；①～⑤过程中能产生ATP的有①③④，②⑤过程不产生ATP，B错误；光合速率小于呼吸速率时，呼吸作用产生的CO2会有一部分先进入叶绿体参与CO2的固定，多余部分释放到细胞外，D正确。
7．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．给水稻提供C18O2和H2O，释放的氧气中不含18O
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
答案　C
解析　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，A正确；给水稻提供14CO2，则14C的转移途径是：14CO2→14C3→(14CH2O)，B正确；给水稻提供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18O2，所以释放的氧气中含18O，C错误；小白鼠吸入18O2,18O2参与有氧呼吸第三阶段，与[H]结合形成HO，则在其尿液中可以检测到HO，HO参与有氧呼吸第二阶段，与丙酮酸结合产生二氧化碳和[H]，所以呼出的二氧化碳也可能含有18O，D正确。
8．(2018·江苏高考节选)如图为某植物叶肉细胞中有关甲、乙两种细胞器的部分物质及能量代谢途径示意图(NADPH指[H])，请回答下列问题：
(1)甲可以将光能转变为化学能，参与这一过程的两类色素为__________________，其中大多数高等植物的________需在光照条件下合成。
(2)在甲发育形成过程中，细胞核编码的参与光反应中心的蛋白，在细胞质中合成后，转运到甲内，在________(填场所)组装；核编码的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亚基转运到甲内，在________(填场所)组装。
(3)甲输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为________后进入乙，继而在乙的________(填场所)彻底氧化分解成CO2。
答案　(1)叶绿素、类胡萝卜素　叶绿素
(2)类囊体膜上　基质中
(3)丙酮酸　基质中
解析　(1)甲为叶绿体，甲中能将光能转化为化学能的色素有叶绿素和类胡萝卜素，其中大多数高等植物叶绿素的合成需要光。
(2)光反应发生的场所是类囊体薄膜，所以细胞核编码的参与光反应中心的蛋白质在类囊体膜上组装；CO2固定的场所是叶绿体基质，所以核编码的Rubisco小亚基在叶绿体基质中组装。
(3)由甲(叶绿体)输出的三碳糖在氧气充足的条件下，可被氧化为丙酮酸后进入乙(线粒体)，在线粒体的基质中被彻底分解成CO2。
(1)“图解法”理解光合作用与细胞呼吸过程之间的关系
(2)光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源和去向
考点3　光合作用的影响因素及应用
1．单因子外部因素对光合速率的影响
(1)光质
原理
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叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。③单色光中，蓝紫光下光合速率最快，红光次之，绿光最差。
应用
①大棚薄膜的选择：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。②补充单色光的选择：蓝紫光。
(2)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，光反应速率加快，产生的[H]和ATP增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
②在不同的光照条件下，光合速率与呼吸速率的相关曲线分析
a．绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织只进行呼吸作用，测得的数值为呼吸速率(A点)。
b．绿色组织在有光条件下，光合作用与呼吸作用同时进行，测得的数据为净光合速率。
c．真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
d．各点(段)的光合作用和呼吸作用分析
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
只进行呼吸作用
细胞质基质和线粒体
从外界吸收O2，向外界释放CO2
AB段(不含A、B点)　
呼吸速率大于光合速率
细胞质基质、线粒体、叶绿体　
从外界吸收O2，向外界释放CO2　
B点
光合速率等于呼吸速率
与外界不发生气体交换
B点之后
光合速率大于呼吸速率
从外界吸收CO2，向外界释放O2
e．限制因素
光饱和点之前：光照强度(横坐标)。光饱和点之后：CO2浓度等外因(除横坐标以外的因素)、叶绿体中色素及酶的含量等内因。
③应用
a．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。
b．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。
[特别提醒]　植物能进行光合作用的只有绿色组织器官，而所有细胞都要进行呼吸作用。若B点是植株的光补偿点，则对于叶肉细胞而言，光合速率大于叶肉细胞的呼吸速率，即吸收CO2释放O2。
(3)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
A点：表示CO2补偿点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度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饱和点对应的光合作用强度
应用
①农田中增加空气流动，以增加CO2浓度，如“正其行，通其风”；②温室中可增施有机肥，以增大CO2浓度，因为有机肥在被微生物分解的时候会释放CO2，增加了大棚中的CO2浓度，促进光合作用
(4)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：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
(5)水分、矿质元素
原理
水既是光合作用的原料，又是化学反应的媒介；水分通过影响气孔关闭间接影响光合作用。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
应用
根据作物的需水规律，合理灌溉和施肥
2．多因子变量对光合速率影响分析
(1)多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析如图所示：
(2)曲线分析：①P点前，限制光合速率的因素为横坐标所表示的因子，随该因素的不断加强，光合速率不断提高。
②当到Q点时，横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因素，影响因素为除横坐标表示因素以外的其他因素。
③PQ间的主要因素有两个：一是横坐标表示的因素，二是多条曲线上标注的因素。
(3)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天可适当提高温度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同时适当补充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浓度以提高光合作用速率。
(必修1
P106拓展题T1改编)如图是夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图。分析曲线图并回答：
(1)AB段表明在这一时间内光合作用强度不断增强，其原因是：光照强度不断增加。
(2)C点表明在12时左右的光合作用强度明显减弱，此时限制光合作用强度的因素是CO2浓度。其原因是：此时温度很高，蒸腾作用很强，水分大量散失，气孔大量关闭，CO2的供应减少，光合作用强度明显减弱。
(3)DE段光合作用强度不断下降的原因是光照强度逐渐减弱。
题组一　单一因素对光合作用影响的分析和探究
1．(光照强度)(2019·湖北孝感一中等八所重点高中协作体联考)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(　　)
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点时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度
答案　D
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，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点时植物甲光合作用的限制因素主要是CO2浓度，因此突然停止CO2供应，CO2固定受阻，C3生成减少，C3的还原不变，所以短时间内C3的含量会减少，C错误；d点时植物乙到达光饱和点，因此光照强度不再是限制因素，而题中又提出此过程处于“适宜的恒定温度条件”，因此此时限制植物乙的光合速率增大的主要环境因素是CO2的浓度，D正确。
2．(CO2浓度)如图所示，在适宜温度和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系，下列说法正确的是(　　)
A．在CO2浓度低于b的环境中植物乙比植物甲生长得更好
B．CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用
C．适当增加光照强度，a点将右移
D．CO2浓度为b时，甲、乙植物的实际光合作用强度相等
答案　A
解析　据图分析，可知在CO2浓度低于b的环境中，植物乙比植物甲的CO2净吸收速率大，所以植物乙生长得更好，A正确；由图可知，CO2浓度等于a时植物甲的CO2净吸收速率为0，即甲的光合作用速率与呼吸作用速率相等，在CO2浓度低于a时已开始进行了光合作用，B错误；适当增加光照强度，光合作用增强，会使CO2补偿点(光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度)即a点左移，C错误；CO2浓度为b时，甲、乙两种植物的净光合作用强度相等，但是由于不知道甲、乙的呼吸作用强度，因此不能比较二者的实际光合作用强度，D错误。
3．(温度)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图所示。则有关叙述错误的是(　　)
A．25
℃时该植物积累有机物最快
B．在0～30
℃范围内，温度对光合作用有关酶的影响相对于呼吸作用有关酶的影响更大
C．45
℃时叶肉细胞的光合速率等于呼吸速率
D．春季大棚栽培该植物白天适当提高温度可提高产量
答案　C
解析　由图可知25
℃时总光合速率与呼吸速率的差值即净光合速率最大，所以此时积累有机物最快，A正确；0～30
℃范围内总光合速率比呼吸速率上升得快，所以温度对光合作用有关酶影响较大，B正确；春季气温较低，应适当在白天提高温度，增加净光合速率，使植物有机物积累速率加大，D正确；45
℃时整个植物的光合速率等于呼吸速率，因为植物体中存在非光合作用的细胞，所以此时叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，C错误。
4．(光质)分别用相同光照强度的三种可见光照射同种植物的叶片，在不同CO2浓度下，测定各组叶片的CO2补偿点、CO2饱和点和最大净光合速率(各组呼吸速率相同且基本不变)，数据如下表所示。下列叙述错误的是(　　)
组别
光的成分(μmol·mol－1)
CO2补偿点(μmol·mol－1)
CO2饱和点(μmol·mol－1)
最大净光合速率[μmol(CO2)·m－2·s－1]
甲
红光
83.1
1281.3
26.1
乙
黄光
91.8
1174.9
20.4
丙
蓝光
99.2
1334.6
33.4
注：CO2补偿点指叶片光合速率与呼吸速率相等时的外界环境中的CO2浓度；CO2饱和点指叶片的光合速率达到最大时的最低CO2浓度。
A．叶绿体中主要吸收蓝紫光的色素有叶绿素和类胡萝卜素
B．环境CO2浓度为83.1
μmol·mol－1时，甲组实验中，植物叶绿体释放O2的量与线粒体消耗O2的量相等
C．环境CO2浓度为1174.9
μmol·mol－1时，影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素不同
D．由表格分析，三种光中不宜用黄光作为大棚栽培的补充光源
答案　C
解析　由表格分析，环境CO2浓度为1174.9
μmol·mol－1时，只有乙组植物达到CO2饱和点，甲、丙两组植物未达到CO2饱和点，光合速率随环境CO2浓度增大而增大，因此，影响甲、丙两组植物光合速率的主要环境因素都是CO2浓度，C错误。
题组二　多因素对光合速率影响的分析
5．如图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况，除各图中所示因素外，其他环境因素均控制在最适范围内。下列分析正确的是(　　)
A．乙图中D点与C点相比，相同时间内叶肉细胞中C5的生成量较少
B．图中M、N、P点的环境限制因素分别是CO2浓度、温度、光照强度
C．丙图中，随着温度的继续升高，曲线走势将稳定不变
D．甲图中A点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
答案　D
解析　乙图中，D点时光照强度比C点时的大，光反应生成的[H]、ATP增多，暗反应的C3还原过程增强，C5的生成量较多，A错误；据题干“除各图中所示因素外，其他环境因素均控制在最适范围内”，又因为M点时高CO2和低CO2的光合速率相同，所以M点环境下限制因素是横坐标代表的因素光照强度，N、P点同理，即图中M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度、温度，B错误；丙图中，若温度过高则酶的活性下降，光合速率会下降，C错误；甲图中A点之后限制因素不再是光照强度、CO2浓度或温度(由题干信息可知，除各图中所示因素外，其他环境因素均控制在最适范围内)，故很可能是内因影响，如叶绿体中色素的含量、酶的含量等，D正确。
6．(2014·全国卷Ⅱ)某植物净光合速率的变化趋势如图所示。
据图回答下列问题：
(1)当CO2浓度为a时，高光强下该植物的净光合速率为
________。CO2浓度在a～b之间时，曲线________表示了净光合速率随CO2浓度的增高而增高。
(2)CO2浓度大于c时，曲线B和C所表示的净光合速率不再增加，限制其增加的环境因素是________。
(3)当环境中CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，该植物呼吸作用产生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，在温室中，若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还应该同时考虑_______这一因素的影响，并采取相应措施。
答案　(1)0　A、B和C　(2)光强　(3)大于　(4)光强
解析　(1)根据曲线图可知，当CO2浓度为a时，高光强下(曲线A)该植物的净光合速率为0；CO2浓度在a～b之间时，曲线A、B和C的净光合速率都随着CO2浓度的增高而增高。
(2)由图可知，影响净光合速率的因素为CO2浓度和光强。当CO2浓度大于c时，由于受光强的限制，光反应产生的[H]和ATP不足，光合作用受到限制，曲线B和C的净光合速率不再增加。
(3)当环境中的CO2浓度小于a时，在图示的3种光强下，植物的净光合速率均小于0，即该植物呼吸作用产生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。
(4)据图可推测，光强和CO2浓度都会影响植物的净光合速率，因此若要采取提高CO2浓度的措施来提高该种植物的产量，还要考虑光强这一因素的影响。
解答光合作用相关曲线的基本步骤
明标
即明确横坐标和纵坐标所表示的含义
找点
即找出曲线中的起点、止点、顶点、交点和转折点等关键点。如光照强度(或CO2浓度)对光合作用强度影响的曲线中，在光照强度为0时，曲线在纵坐标上对应的点表示细胞呼吸所释放的CO2量或消耗的O2量；曲线在横坐标上的交点为光补偿点(或CO2补偿点)，即表示光合作用强度与细胞呼吸强度相同时的光照强度(或CO2浓度)
析线
即找出曲线上升、下降或波动等变化趋势，并找出变化的原因。如夏天一天中的光合作用曲线，往往会呈现“M”型变化，其“午休”效应出现的原因是中午时温度过高，蒸腾作用过强，导致气孔关闭，使得CO2供应不足
找因
在受多种因素影响时，找出曲线的限制因素。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，从而将多因素转变为单一因素，进而确定限制因素
题组三　光合作用与细胞呼吸的“关键点”移动
7．已知某植物光合作用和呼吸作用的最适温度分别为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
℃(原光照强度和二氧化碳浓度不变)，理论上图中相应点a、b、c、d的移动方向分别是(　　)
A．下移、右移、左移、左上移
B．下移、左移、左移、左下移
C．上移、左移、右移、右上移
D．上移、右移、右移、右上移
答案　C
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时的光合作用强度。由题干“光合作用和呼吸作用的最适温度分别为25
℃和30
℃”可知，当温度从30
℃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(c点)时吸收的CO2增多，需要的光照强度也增大，所以c点右移，d点右上移。b点时光合作用强度等于呼吸作用强度，若温度由30
℃降到25
℃时细胞呼吸作用强度降低，光合作用强度增强，此时要使光合作用强度仍然与细胞呼吸强度相等，需降低光照强度来降低光合作用强度，即b点左移。
8．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的结果如图乙曲线所示。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错误；P点对应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错误；装置B中缺镁影响叶绿素的合成，光合速率低，Q点应右移，C正确；CO2浓度降低，光合速率下降，R点应向左下方移动，D错误。
曲线中各关键点的移动规律
(1)各点移动的可能情况
①A点代表呼吸速率，凡能改变呼吸速率的因素(例：温度等)都能使A点沿纵坐标上下移动。
②B点代表光合速率等于呼吸速率即光(CO2)补偿点，凡能改变光合速率或呼吸速率的因素(例：温度、CO2浓度、光照强度等)都能使B点沿横坐标左右移动。
③C点代表达到最大光合速率所需的最小CO2浓度(光照强度)即光(CO2)饱和点，凡能改变光合速率的因素都能使C点沿横坐标左右移动。
④D点代表最大光合速率，凡能影响光合速率的因素都能使D点向左下或右上方移动。例如光照强度降低时，光合速率下降，D点对应的横坐标左移，纵坐标下移，即D点向左下方移动。
(2)光补偿点与光饱和点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)
光补偿点
光饱和点
CO2浓度增大
左移
右移
CO2浓度减小
右移
左移
土壤缺Mg2＋
右移
左移
题组四　自然和密闭环境中植物光合速率和呼吸速率曲线分析
9．将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同。获得实验结果如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A．图乙中的C点对应图甲中的C点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的①
B．图甲中的F点对应图乙中的H点，此时细胞内的气体交换状态对应图丙中的③
C．到达图乙中的D点时，玻璃罩内CO2浓度最高，此时细胞内气体交换状态对应图丙中的③
D．经过一昼夜，植物体的有机物含量会增加
答案　A
解析　图乙中C、D点分别表示光合作用即将开始、光合速率等于呼吸速率，分别对应图甲中的B点和C点，细胞内的气体交换状态分别为图丙的①、③，到达图乙中D点时，玻璃罩内的CO2浓度最高，A错误，C正确；图甲中的F点是一天中第二次光合速率等于呼吸速率的点，对应图乙中的H点、图丙中的③，B正确；经过一昼夜，玻璃罩内的CO2浓度降低，说明植物体内的有机物含量增加，D正确。
10．图甲中曲线Ⅰ表示夏季某一天的温度变化，图乙曲线表示放置于密闭玻璃罩内的某植物在这一天内引起的玻璃罩内CO2浓度变化，请据图分析回答下列问题：
(1)若图甲曲线Ⅱ和Ⅲ中有一条代表该植物的总光合速率，则应该是曲线________；结合曲线Ⅰ分析，曲线Ⅲ的A点出现小波动的原因是________________________________________________________。
(2)若第(1)小题的分析正确，则曲线Ⅱ的B点和曲线Ⅲ的E点分别代表________________和____________________。
(3)曲线Ⅲ的D点对应图乙曲线中________段的某一点，此时限制光合速率的外界因素主要是________；图乙曲线中H点对应图甲中________点。
(4)图甲中可用______________________表示该植物一天内的有机物积累量；而由图乙可知，该植物在密闭玻璃罩的一天时间内，植物体内的有机物量________(填“增加”“减少”或“基本不变”)。
答案　(1)Ⅱ　凌晨时气温较低，导致催化植物细胞呼吸的酶活性降低，从而影响细胞呼吸(有氧呼吸)释放CO2的速率(答案合理即可)
(2)开始进行光合作用(或光合速率为0)　光合速率等于呼吸速率(或净光合速率为0)
(3)FG　CO2浓度　E
(4)曲线Ⅲ与横轴围成的正面积与负面积之差　增加
解析　(1)由图甲可知，曲线Ⅲ在夜间也有速率变化，而曲线Ⅱ的速率变化只在白天体现，因此，曲线Ⅲ代表净光合速率，曲线Ⅱ代表总光合速率；由图中横轴所表示时间可知，A点对应的温度较低，由此可推知，由于气温降低导致酶活性降低，从而影响植物细胞呼吸释放CO2的速率。
(2)B点为曲线Ⅱ(代表总光合速率)与横轴的交点，即此时该植物开始进行光合作用；E点为曲线Ⅲ(代表净光合速率)与横轴的交点，即此时该植物的净光合速率为0(光合速率等于呼吸速率)。
(3)甲图中曲线Ⅲ的D点出现小波动的原因是中午气温过高，植物蒸腾作用加强，水分大量散失出现气孔关闭现象，引起CO2供应不足，导致光合速率下降，可从乙图的时间判断或从FG段比EF段玻璃罩内CO2浓度下降速率变小了来判断，故D点对应图乙曲线中FG段的某一点；图乙曲线的H点代表净光合速率在傍晚为0的点，所以对应图甲中曲线Ⅲ的E点。
(4)图甲中曲线Ⅲ代表该植物的净光合速率，因此，一天时间内，有机物的积累量可由曲线Ⅲ与横轴围成的面积来判断；图乙曲线代表密闭环境中CO2浓度变化，一天时间内，有机物的积累量可由曲线的起点和终点的高低来判断，由图乙可知，图乙曲线的终点低于起点，说明一天内密闭玻璃罩内的CO2浓度降低，植物吸收CO2积累了有机物。
1．夏季的一天中CO2吸收和释放变化曲线图如下(会分析，理解，不死记)：
(1)Ob段：只进行细胞呼吸。
(2)a点：凌晨2～4时，温度降低，呼吸作用减弱，CO2释放量减少。
(3)b点：上午6时左右，太阳出来，开始进行光合作用。
(4)bc段：由于光照较弱，光合速率小于呼吸速率。
(5)c点：上午7时左右，光合速率等于呼吸速率。
(6)ce段：上午7时至下午6时左右，光合速率大于呼吸速率。
(7)d点：温度过高，失水过多部分气孔关闭，出现“光合午休”现象。
(8)e点：下午6时左右，光合速率等于呼吸速率。
(9)ef段：光合速率小于呼吸速率，f点之后植物停止光合作用。
温馨提示：关于有机物情况：
积累有机物时间段：ce段；
制造有机物时间段：bf段；
消耗有机物时间段：Og段；
一天中有机物积累最多的时间点：e点；
一昼夜有机物的积累量：SP－SM－SN。
2．相对密闭的环境中，一昼夜CO2含量的变化曲线图和O2含量的变化曲线图的比较
比较项目
一昼夜CO2含量的变化曲线图(小室中CO2变化状况)
一昼夜O2含量的变化曲线图(小室中O2变化状况)
图示
曲线分析
C点、E点：光合作用强度＝呼吸作用强度。CE段：CO2含量下降(O2含量上升)，光合作用强度>呼吸作用强度。MC段和EN段：CO2含量上升(O2含量下降)，光合作用强度<呼吸作用强度，光合作用开始于C点之前，结束于E点之后。
含量最高点
CO2含量最高点为C点
O2含量最高点为E点
含量最低点
CO2含量最低点为E点
O2含量最低点为C点
如果N点低于M点
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少
如果N点高于M点
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量减少
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量增加
如果N点与M点一样高
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变
说明经过一昼夜，植物体内的有机物总量不变
题组五　光合速率与呼吸速率的分析
11．(曲线)(2017·北京高考)某植物光合作用、呼吸作用与温度的关系如图。据此，对该植物生理特性理解错误的是(　　)
A．呼吸作用的最适温度比光合作用的高
B．净光合作用的最适温度约为25
℃
C．在0～25
℃范围内，温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大
D．适合该植物生长的温度范围是10～50
℃
答案　D
解析　据图可知，总光合作用的最适温度约为30
℃，呼吸作用的最适温度要高于50
℃，净光合作用的最适温度约为25
℃，A、B正确；在0～25
℃范围内，随着温度升高，光合速率曲线的升高幅度要远大于呼吸速率，这说明温度变化对光合速率的影响比对呼吸速率的大，C正确；净积累量是指一定时间内光合作用有机物合成量与呼吸作用有机物消耗量的差值，只有净积累量为正值时，植物才能生长，在45～50
℃范围内，呼吸速率比光合速率大，净积累量为负值，植物不能生长，D错误。
12．(表格)适宜的温度和一定的CO2浓度等条件下，某同学对甲、乙两种高等植物设计实验，测得的相关数据如下表。下列说法错误的是(　　)
光合速率与呼吸速率相等时的光照强度
光合速率达到最大值时的最小光照强度
光合速率达到最大值时的CO2吸收量
黑暗条件下CO2释放量
甲植物
1
3
11
5.5
乙植物
3
9
30
15
注：光照强度单位为klx；CO2吸收量或释放量单位为[mg·(100
cm2·h)－1]。
A．本实验中，适宜的温度和一定的CO2浓度属于无关变量
B．光照强度为1
klx时，甲植物叶肉细胞的叶绿体中ATP由叶绿体基质移向类囊体薄膜
C．光照强度为3
klx时，甲、乙两植物固定CO2速率的差为1.5
mg·(100
cm2·h)－1
D．甲、乙两植物相比较，甲植物更适合在弱光下生长
答案　B
解析　本实验中，光照强度为自变量，适宜的温度和一定的CO2浓度属于无关变量，A正确；光照强度为1
klx时，甲植物光合速率与呼吸速率相等，叶绿体中ATP产生于类囊体薄膜，消耗于叶绿体基质，因此叶绿体中ATP由类囊体薄膜移向叶绿体基质，B错误；光照强度为3
klx时，甲的真正光合速率＝11＋5.5＝16.5
mg·(100
cm2·h)－1，而乙的真正光合速率＝15
mg·(100
cm2·h)－1，因此甲、乙两植物固定CO2速率的差＝16.5－15＝1.5
mg·(100
cm2·h)－1，C正确；甲、乙植物相比较，甲植物更适合在弱光下生长，这是因为甲植物光合速率与呼吸速率相等时的光照强度和光合速率达到最大值时的最小光照强度均比较小，D正确。
13．(柱形)将生长状况相同的某种植物的叶片均分成4等份，在不同温度下分别暗处理1
h，再光照1
h(光照强度相同)，测其有机物变化，得到如图数据。下列说法正确的是(　　)
A．该植物在27
℃时生长最快，在29
℃和30
℃时不表现生长现象
B．该植物呼吸作用和光合作用的最适温度在所给的4个温度中都是29
℃
C．在27
℃、28
℃和29
℃时光合作用制造的有机物的量相等
D．30
℃时光合作用制造的有机物等于呼吸作用消耗的有机物都是1
mg/h
答案　B
解析　暗处理后有机物减少量代表呼吸速率，4个温度下分别为1
mg/h、2
mg/h、3
mg/h、1
mg/h，光照后与暗处理前的有机物增加量代表1
h光合作用制造有机物量和2
h呼吸作用消耗有机物量的差值，所以4个温度下总光合速率(有机物制造量)分别为5
mg/h、7
mg/h、9
mg/h、3
mg/h。4个温度下的净光合速率分别为4
mg/h、5
mg/h、6
mg/h、2
mg/h，该植物在29
℃时生长最快，4个温度下都表现生长现象，A错误；该植物在29
℃条件下制造的有机物量最多，C错误；该植物在30
℃条件下光合作用制造的有机物为3
mg/h，呼吸作用消耗的有机物为1
mg/h，D错误。
植物“三率”的判定
(1)根据坐标曲线判定：当光照强度为0时，若CO2吸收值为负值，该值的绝对值代表呼吸速率，该曲线代表净光合速率，当光照强度为0时，若CO2吸收值为0，该曲线代表真正光合速率。
(2)根据关键词判定
检测指标
呼吸速率
净光合速率
真正(总)光合速率
CO2
释放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
释放量
产生量
有机物
消耗量(黑暗)
积累量
制造量、产生量
(3)真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
(4)光合速率与植物生长
①当净光合速率>0时，植物因积累有机物而生长。
②当净光合速率＝0时，植物不能生长。
③当净光合速率<0时，植物不能生长，长时间处于此种状态，植物将死亡。
1.测定装置
2．测定方法及解读
(1)测定呼吸速率
①装置烧杯中放入适宜浓度NaOH溶液用于吸收CO2。
②玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。
③置于适宜温度环境中
④红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
(2)测定净光合速率
①装置烧杯中放入适宜浓度的CO2缓冲液(常用NaHCO3溶液)，用于保证容器内CO2浓度恒定，满足光合作用需求。
②必须给予较强光照处理，且温度适宜。
③红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。
3．校正装置
为防止环境因素对实验结果造成干扰要设置对照组。
设置方法为把上述测定装置中的植物改为死亡的植物，烧杯中放的溶液不变。若液滴发生移动，则是因为外界环境因素变化(温度、气压等)引起的，据此可以对实验结果进行校正。
1．某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光合作用强度测试的研究课题，设计了如图所示装置。请你利用这些装置完成光合作用强度的测试实验，并分析回答有关问题。
(1)先测定植物的呼吸作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中都放入________，装置乙作为对照。②将甲、乙装置的玻璃钟罩进行________处理，放在温度等相同且适宜的环境中。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(2)测定植物的净光合作用强度，方法步骤如下：
①甲、乙两装置的D中放入_____________________________________________________________________。
②把甲、乙装置放在____________________________________________________________________。
③30分钟后分别记录甲、乙两装置中红墨水滴移动的方向和距离。
(3)实验进行30分钟后，记录的甲、乙装置中红墨水滴移动情况如下表：
实验30分钟后红墨水滴移动情况
测定植物呼吸作用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移1.5
cm
乙装置
右移0.5
cm
测定植物净光合作用强度
甲装置
________(填“左”或“右”)移4.5
cm
乙装置
右移0.5
cm
(4)假设红墨水滴每移动1
cm，植物体内的葡萄糖增加或减少1
g，那么该植物的呼吸速率是________
g/h；白天光照15
h，一昼夜葡萄糖的积累量是________
g(不考虑昼夜温差的影响)。
答案　(1)①NaOH溶液　②遮光
(2)①NaHCO3溶液，装置乙作为对照　②光照充足、温度等相同且适宜的环境中
(3)左　右　(4)4　84
解析　(1)测呼吸作用强度时，一定要将实验装置置于黑暗条件下，使植物只进行呼吸作用。植物进行呼吸作用消耗一定量的O2，释放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根据一定时间内玻璃钟罩内气体体积的减少量即可计算出呼吸作用强度。
(2)在测定净光合作用强度时要满足光合作用所需的条件：充足的光照、一定浓度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用过程中消耗一定量CO2，产生等量O2，而NaHCO3溶液可保证装置内CO2浓度的恒定，因此，玻璃钟罩内气体体积的变化只受O2释放量的影响，而不受CO2气体减少量的影响。
(3)若该装置测定细胞呼吸作用强度时，液滴的移动来自氧气的吸收量，液滴向左移动；若该装置测定植物的净光合作用强度时，液滴的移动来自氧气的释放量，液滴向右移动。
(4)对照实验装置乙中红墨水滴右移是环境因素(如气压等)对实验产生影响的结果，实验装置甲同样也受环境因素的影响，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃钟罩内气体体积的改变量，即该植物的呼吸速率为(1.5＋0.5)×2＝4(g/h)；净光合速率为(4.5－0.5)×2＝8(g/h)，白天光照15
h的净光合作用量是8×15＝120(g)，一昼夜葡萄糖的积累量等于15
h的光合作用实际产生量减去24
h的呼吸作用消耗量，等同于15
h的净光合作用量减去9
h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。
2．某同学探究绿色植物光合作用与呼吸作用的关系，设置如下图实验装置。装置中的CO2缓冲液可维持瓶内二氧化碳浓度(该装置放在20
℃环境中)。实验开始时，针筒的读数是0.4
mL，毛细管内的水滴在位置X。回答下列问题：
(1)20分钟后，针筒的容量需要调至0.8
mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置。若以释放出的氧气量来代表光合作用速率，该植物的光合作用速率是________mL/h。
(2)若将该装置置于黑暗处且将小烧杯中二氧化碳缓冲液换成蒸馏水，其他条件不变，20分钟后，针筒的容量需要调至0.8
mL才能使毛细管内的水滴在位置X，那么该植物呼吸方式为__________________。
(3)如果在(1)小题实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍需维持在0.8
mL读数处，才能使水滴在X位置。在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30
℃，针筒容量需要调至1.0
mL读数，才能使水滴维持在X的位置上。比较两个实验可以得出的结论是__________________________________________________________。
(4)若在(1)小题实验中该学生20分钟后观察到毛细管内的水滴仍在X位置，那么该植物叶肉细胞光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸速率，原因是____________________________________________。
答案　(1)1.2　(2)有氧呼吸和无氧呼吸　(3)在上述条件下，光照不是限制光合作用速率的主要因素，而温度才是限制光合作用速率的主要因素　(4)大于　该植物体实际光合作用等于呼吸作用，但绿色植物非绿色部分只进行呼吸作用，所以叶肉细胞的光合作用速率大于呼吸速率
解析　本实验装置中的CO2缓冲液可维持瓶内的二氧化碳浓度恒定，因此实验装置测的气体变化量表示氧气变化量。此值为净光合速率。真正的光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度。影响光合作用的环境因素有：光照强度、温度、二氧化碳浓度等。
(1)实验开始时，针筒的读数是0.4
mL，毛细管内的水滴在位置X,20分钟后，针筒的容量需要调至0.8
mL的读数，才能使水滴仍维持在X的位置，说明净光合作用是(0.8－0.4)×3＝1.2
(mL/h)。
(2)若将该装置置于黑暗处且将小烧杯中二氧化碳缓冲液换成蒸馏水，其他条件不变，则该装置液滴移动是呼吸作用过程中吸收的氧气和释放的二氧化碳的量的差值导致的。20分钟后，针筒的容量需要调至0.8
mL才能使毛细管内的水滴在位置X，说明释放的二氧化碳多于吸收的氧气，又因为有氧呼吸时氧气吸收量等于二氧化碳释放量，无氧呼吸时只释放二氧化碳，不吸收氧气，故该植物呼吸方式为有氧呼吸和无氧呼吸。
(3)如果在(1)小题实验中只增加光照强度，则针筒的容量仍需维持在0.8
mL读数处，才能使水滴在X位置，说明增加光照强度并没有改变光合作用强度，即光照不是限制光合作用速率的主要因素；在另一相同实验装置中，若只将温度提升至30
℃，针筒容量需要调至1.0
mL读数，才能使水滴维持在X的位置上，说明温度升高，净光合速率增加，温度是限制光合作用的主要因素。
(4)若在(1)小题实验中该学生20分钟后观察到毛细管内的水滴仍在X位置，则反应前后气体压强不变，即该植物叶肉细胞光合速率等于植物体所有细胞的呼吸速率，所有细胞中包括了绿色植物非绿色部分，它们只进行呼吸作用，因此该植物叶肉细胞光合速率大于呼吸速率。
黑瓶不透光，只有呼吸作用，而白瓶透光，既能进行光合作用又能进行呼吸作用，所以用黑瓶测得的为呼吸作用强度值，用白瓶测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。
(1)有初始值的情况下，黑瓶中氧气的减少量(或二氧化碳的增加量)为有氧呼吸量；白瓶中氧气的增加量(或二氧化碳的减少量)为净光合作用量；二者之和为总光合作用量。
(2)没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝总光合作用量。
3．下表所示是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法测定夏季某池塘不同深度水体中，初始平均O2浓度与24小时后平均O2浓度比较后的数据。下列有关分析正确的是(　　)
水深(m)
1
2
3
4
白瓶中O2浓度(g/m2)
＋3
＋1.5
0
－1
黑瓶中O2浓度(g/m2)
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
A．水深1
m处白瓶中水生植物24小时产生的O2为3
g/m2
B．水深2
m处白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率
C．水深3
m处白瓶中水生植物不进行光合作用
D．水深4
m处白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体
答案　D
解析　白瓶透光，瓶内水生植物可进行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，瓶内水生植物只能进行呼吸作用。在相同条件下培养一定时间，黑瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物呼吸作用所消耗的氧气，白瓶中所测得的数据表示瓶内水生植物光合作用产生的氧气量与呼吸作用消耗的氧气量的差值。由表中数据可知，在水深1
m处白瓶中水生植物产生的O2＝3＋1.5＝4.5(g/m2)，A错误；水深2
m处白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/(m2·d)]，所有生物呼吸速率为1.5[g/(m2·d)]，B错误；由表中水深3
m处白瓶中O2浓度所对应值为0可知，水深3
m处白瓶中水生植物光合作用量等于所有生物呼吸作用量，即1.5
g/m2，C错误；水深4
m处白瓶中水生植物的光合作用产生O2量＝－1＋1.5＝0.5(g/m2)，说明藻类植物能进行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻类植物产生ATP的场所是叶绿体、细胞质基质和线粒体，D正确。
将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表呼吸作用强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以防止有机物的运输。
4.某研究小组采用“半叶法”对番茄叶片的光合作用强度进行测定。如图所示，“半叶法”的原理是将对称叶片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做处理，并采用适当的方法(可先在叶柄基部用热水或热石蜡液烫伤或用呼吸抑制剂处理)阻止两部分的物质和能量转移。在适宜光照下照射6
h后，在A、B的对应部位截取同等面积的叶片，烘干称重，分别记为MA、MB，获得相应数据，则可计算出该叶片的光合作用强度，其单位是
mg/(dm2·h)。若M＝MB－MA，则M表示________________________________________。
答案　B叶片被截取部分在6
h内光合作用合成的有机物总量
解析　如图所示，A部分遮光，此半片叶片虽不能进行光合作用，但可照常进行呼吸作用。B部分叶片既能进行光合作用，又可以进行呼吸作用。题中MB表示6
h后叶片初始质量＋光合作用有机物的总产量－呼吸作用有机物的消耗量，MA＝6
h后初始质量－呼吸作用有机物的消耗量。所以M＝MB－MA＝B叶片被截取部分在6
h内光合作用合成的有机物总量。这样，M值除以时间再除以面积就可测得真正光合速率(单位：mg/dm2·h)。
本方法通过测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量测定光合速率，如图所示以有机物的变化量表示(S为叶圆片面积)。
净光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
真光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
5．某同学欲测定植物叶片叶绿体的光合作用速率，做如图所示实验。在叶柄基部作环剥处理(仅限制叶片有机物的输入和输出)，于不同时间分别在同一叶片上陆续取下面积为1
cm2的叶圆片烘干后称其重量，计算得到叶片叶绿体的光合作用速率＝(3y－2z－x)/6
g·cm－2·h－1(不考虑取叶圆片后对叶生理活动的影响和温度微小变化对叶生理活动的影响)。则M处的实验条件是(　　)
A．下午4时后在阳光下照射3小时再遮光3小时
B．下午4时后将整个实验装置遮光6小时
C．下午4时后在阳光下照射6小时
D．下午4时后将整个实验装置遮光3小时
答案　D
解析　起始干重为上午10时移走时的叶圆片干重x克，从上午10时到下午4时，叶片在这6小时内既进行光合作用，又进行呼吸作用，所以下午4时移走的叶圆片干重(y克)减去上午10时移走时的叶圆片干重(x克)的差值，就等于该叶圆片净光合作用产生干物质的量：(y－z)克。若要求出呼吸作用干物质量，应将叶片遮光处理，先假设叶片遮光处理为a小时后干重为z克，下午4时移走的叶圆片干重y克减去叶片遮光处理a小时后的干重z克的差值，就是呼吸作用干物质量：(y－z)克。已知：测得叶片的叶绿体光合作用速率＝(3y－2z－x)/6
g·cm－2·h－1，据真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，得出：(3y－2z－x)/6＝(y－z)/6＋(y－x)/a，计算出a＝3小时，D正确。
利用“真空渗入法”排除叶肉细胞间隙的空气，充以水分，使叶片沉于水中。在光合作用过程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用的强弱。
6．图1是某高等绿色植物成熟绿叶组织在某光照强度和适宜温度下，光合作用强度增长率随CO2浓度变化的情况。图2为从生长状况相同的植物叶片上剪出大小、部位相同的若干圆叶片，抽取叶片细胞内的气体，平均分成若干份，然后置于不同浓度的NaHCO3溶液中，给予相同的一定强度光照，测量圆叶片上浮至液面所需时间，其记录结果绘成的曲线图。下列分析错误的是(　　)
A．图1中在d点时光合速率达到最大，此时限制光合速率的主要环境因素可能是光照强度
B．图1中c点与b点相比，叶绿体中[H]的合成速率不变
C．从图2分析，bc段曲线平缓的限制因素可能是光照强度，而c点以后曲线上行，其原因最可能是NaHCO3浓度过大，导致细胞失水，从而影响细胞代谢
D．适当地增加光照强度重复图2实验，b点将向下移动
答案　B
解析　图1中从a点至d点光合作用强度一直在增加，在d点时光合作用强度增长率为0，因此在该点光合作用强度达到最大值，此时CO2浓度已不再是限制因素，题干为“适宜温度下”，因此此时限制光合速率的主要环境因素可能是光照强度，A正确；图1中c点和b点相比，c点的光合作用强度大，叶绿体中[H]的合成速率增加，B错误；从图2分析，bc段曲线平缓说明CO2不再是限制因素，限制因素可能是光照强度，c点以后曲线上行，其原因最可能是NaHCO3浓度过大，导致细胞失水，从而影响细胞代谢，C正确；适当地增加光照强度重复图2实验，光合作用强度会增加，产生的O2更多，叶片上浮的时间更短，b点将向下移动，D正确。
用一系列不同光照强度、温度或CO2浓度的装置，可探究光照强度、温度或CO2浓度对光合作用强度的影响。
[特别提醒]　(1)注意变量的控制手段。如光照强度的大小可用不同功率的灯泡(或相同功率的灯泡，但与植物的距离不同)进行控制，不同温度可用不同的恒温装置控制，CO2浓度的大小可用不同浓度的CO2缓冲液调节。
(2)不能仅用一套装置通过逐渐改变其条件进行对照实验，而应该用一系列装置进行相互对照。
(3)无论哪种装置，在光下测得的数值均为“净光合作用强度值”。
7．利用如图所示的实验装置进行与光合作用有关的实验，下列叙述正确的是(　　)
A．试管中收集的气体量代表了光合作用产生的氧气量
B．在光下，如果有气泡产生，可说明光合作用产生氧气
C．为了探究二氧化碳浓度对光合作用的影响，可以用不同浓度的碳酸氢钠溶液进行实验
D．为了探究光照强度对光合作用的影响，用一套装置慢慢向光源靠近，观察气泡产生速率的变化
答案　C
解析　试管中收集的气体量是净光合作用的产氧量，A错误；在光下有气泡产生不能确定是光合作用产生的氧气，B错误；探究光照强度对光合作用的影响时，应在距光源不同距离处设置不同装置，观察气泡产生速率的变化，D错误。
光反应和暗反应在不同酶的催化作用下相对独立进行，由于催化暗反应的酶的催化效率和数量都是有限的，因此在一般情况下，光反应的速率比暗反应快，光反应的产物ATP和[H]不能被暗反应及时消耗掉。持续光照，光反应产生的大量的[H]和ATP不能及时被暗反应消耗，暗反应限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替进行，则黑暗间隔有利于充分利用光照时积累的光反应的产物，持续进行一段时间的暗反应。因此在光照强度和光照时间不变的情况下，制造的有机物相对多。
8．(2015·全国卷Ⅰ)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和还原型辅酶Ⅱ
高考热点突破
1．(2019·全国卷Ⅰ)将一株质量为20
g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40
g，其增加的质量来自于(　　)
A．水、矿质元素和空气
B．光、矿质元素和水
C．水、矿质元素和土壤
D．光、矿质元素和空气
答案　A
解析　根据光合作用的过程，植物产生的有机物主要来自空气中的CO2，另外植株增加的质量还来自对水和矿质元素的吸收。光合作用过程中，光是光合作用进行的动力。
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
答案　D
解析　若横坐标是CO2浓度，较高温度下，呼吸速率高，较低温度下，呼吸速率低，所以甲、乙与纵坐标的交点不一样，A错误；若横坐标是温度，则随着温度的升高光合速率与呼吸速率都会表现为先升高后降低的趋势，B错误；因为叶绿体中的色素只吸收可见光，且对不同波长的可见光吸收量也不同，所以若横坐标是光波长，则净光合速率曲线的变化趋势与图中甲、乙曲线变化不符，C错误；若横坐标是光照强度，较高浓度的二氧化碳有利于光合作用的进行，因此甲表示较高CO2浓度，乙表示较低CO2浓度，D正确。
3．(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会________，出现这种变化的主要原因是________________________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
答案　(1)增强
(2)降低　气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
再将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
解析　(1)经干旱处理后，该植物根细胞中溶质浓度增大，渗透压增大，对水分子的吸引力增大，则该植物根细胞的吸水能力增强。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，从而影响光合作用所需的CO2的供应，暗反应减弱，其光合速率降低。
(3)欲设计实验验证“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的”，则自变量为ABA的有无，那么该实验选用的材料是该种植物的ABA缺失突变体植株，在干旱处理前后都测定叶片的气孔开度，预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。再将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下进行对照实验，一组用ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
4．(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。
答案　(1)甲
(2)甲　种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，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)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大于乙，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)由于乙植物在低光照下的净光合速率大于甲，且光饱和点小于甲，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，蒸腾作用失水较多，部分气孔关闭，进入叶肉细胞的CO2明显减少，抑制了暗反应，导致叶片的光合速率明显降低。
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________________________。
(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________。
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
解析　(1)由于上层叶片对阳光的遮挡，导致下层叶片接受的光照强度较弱，因此下层叶片净光合速率达到最大值时所需要的光照强度较上层叶片低，据此分析图示可推知：A叶片是树冠下层的叶片。
(2)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，氧气产生于光反应阶段。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，说明光反应速率不变，而净光合速率降低，可能是气孔关闭，CO2吸收减少所致，表明这主要是光合作用的暗反应受到抑制。
(3)叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因而，若要比较A、B两种新鲜叶片中叶绿素的含量，可以用无水乙醇提取叶绿素。
6．(2017·全国卷Ⅰ)植物的CO2补偿点是指由于CO2的限制，光合速率与呼吸速率相等时环境中的CO2浓度。已知甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的。回答下列问题：
(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养。培养后发现两种植物的光合速率都降低，原因是____________________________。甲种植物净光合速率为0时，乙种植物净光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，照光培养一段时间后，发现植物的有氧呼吸增加，原因是____________________________________________________________________。
答案　(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用释放CO2的量，使密闭小室中CO2浓度降低，光合速率也随之降低　大于0
(2)甲种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，有氧呼吸会增加
解析　(1)将正常生长的甲、乙两种植物放置在同一密闭小室中，适宜条件下照光培养，刚开始时小室内CO2浓度较高，光合作用强度大于呼吸作用强度，一段时间后，CO2浓度降低，暗反应受阻，进而使两种植物的光合速率都降低。甲种植物的CO2补偿点大于乙种植物的，因此当甲种植物的光合速率为0时，CO2浓度达到甲种植物的CO2补偿点，此时乙种植物光合作用强度大于呼吸作用强度，净光合速率大于0。
(2)将甲种植物密闭在无O2、但其他条件适宜的小室中，所以该小室内是有CO2的，植物可以进行光合作用，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，有氧呼吸会增加。
7．(2017·全国卷Ⅱ)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是____________、_______________、_______________、______________，[H]代表的物质主要是________________。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP合成发生在A过程，还发生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是____________________________________________________________________。
答案　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或还原型辅酶Ⅰ)
(2)C和D　(3)在缺氧条件下进行无氧呼吸
解析　(1)分析图示，A过程为光合作用的光反应阶段，B过程是光合作用的暗反应阶段。图中①为水光解产生的O2；由②和H2O产生①与NADPH([H]，即还原型辅酶Ⅱ)可知，②是NADP＋；由③转化成ATP可知，③是ADP＋Pi；由④与CO2结合生成C3可知，④为C5。呼吸作用过程中的[H]代表的物质主要是NADH(还原型辅酶Ⅰ)。
(2)光合作用的光反应阶段(A)可产生ATP，而暗反应阶段(B)不产生ATP。有氧呼吸的三个阶段都产生ATP，其中细胞质基质中进行有氧呼吸的第一阶段(C)，线粒体中进行有氧呼吸的第二和第三阶段(D)。
(3)在缺氧条件下，植物细胞可进行无氧呼吸，将丙酮酸转化成酒精。
课时作业
A卷　叶绿体的结构及光合作用基本过程
一、选择题
1．提取光合色素，进行纸层析分离，对该实验中各种现象的解释，正确的是(　　)
A．未见色素带，说明材料可能为黄化叶片
B．色素始终在滤纸上，是因为色素不溶于层析液
C．提取液呈绿色是由于含有叶绿素a和叶绿素b
D．胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在提取液中的溶解度最高
答案　C
解析　黄化叶片中不含叶绿素，但含有类胡萝卜素，用此材料进行绿叶中色素的提取和分离实验时，可以观察到两条色素带，A错误；叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂乙醇、层析液中，色素始终在滤纸上，原因是色素随层析液在滤纸上向上扩散，B错误；提取液呈绿色是由于含有叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，如胡萝卜素处于滤纸最前方，是因为其在层析液中的溶解度最高，D错误。
2．下列有关叶绿体色素的提取、分离及功能验证实验中，叙述正确的是(　　)
A．叶绿体色素之所以能够在滤纸上分离开的原因是不同的色素分子大小不同
B．实验中要注意不能让层析液没及滤液细线，是为避免色素迅速扩散进入层析液中
C．将叶绿体色素提取液装入试管，让一束白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，光谱的颜色明显减弱的是绿光
D．提取的叶绿素溶液，给予适宜的温度、光照和CO2可进行光合作用
答案　B
解析　不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在滤纸上扩散的速度快，故叶绿体色素能够在滤纸上分离开，A错误；实验中不能让层析液没及滤液细线，否则滤液细线中的色素会扩散进入层析液中，B正确；叶绿体色素对绿光吸收最少，白光穿过该滤液后再经三棱镜对光进行色散，则绿光强度基本不变，C错误；光合作用需要多种色素的参与，且需叶绿体中多种酶的参与，因此仅仅有叶绿素，光合作用是无法进行的，D错误。
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
答案　A
解析　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光区的光，A错误；通过测量叶绿素对不同波长光的吸收值，以光的波长为横坐标，吸收光能的百分比为纵坐标，可以绘制叶绿素的吸收光谱，B正确；题干中给出“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”，光合作用吸收CO2、释放O2，O2的释放意味着CO2的吸收，因此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，C正确；640～660
nm波长光是红光，正好是叶绿素的吸收区，故叶片在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正确。
4．在光合作用的探究历程中，德国科学家梅耶根据能量转化和守恒定律，曾提出了植物在进行光合作用时能量转化的假说。以下哪项科学实验能证明这一假说(　　)
A．英格豪斯证明植物在光照条件下可以改变空气成分的实验
B．恩格尔曼证明光合作用的有效光是红橙光和蓝紫光的实验
C．萨克斯证明绿叶在光下进行光合作用可以产生淀粉的实验
D．鲁宾和卡门证明光合作用产生的氧气来自于水的实验
答案　C
解析　英格豪斯通过实验证明了植物更新空气必须在光下才能进行，没有涉及能量的转化，A错误；恩格尔曼通过实验证明O2是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，没有涉及能量的转化，B错误；萨克斯通过实验，证明了光合作用的产物除氧气外还有淀粉，从另一个角度也说明了光能转化为淀粉中稳定的化学能，C正确；鲁宾和卡门用同位素标记法证明了光合作用释放的氧全部来自水，没有涉及能量的转化，D错误。
5．(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
答案　D
解析　有光时，叶绿体类囊体上的光合色素吸收光能，进行光反应产生氧气、NADPH和ATP，A、C错误，D正确；DCIP照光后由蓝色逐渐变为无色，是因为DCIP被[H]还原成无色，B错误。
6．(2019·唐山一模)下列关于光合作用和有氧呼吸过程的叙述，错误的是(　　)
A．光合作用光反应阶段的产物可为有氧呼吸第三阶段提供原料
B．有氧呼吸第三阶段的产物可为光合作用光反应阶段提供原料
C．两者产生气体的阶段都有水参与
D．两者产生气体的阶段都与生物膜有关
答案　D
解析　光合作用光反应阶段的产物O2可作为有氧呼吸第三阶段的原料，A正确；有氧呼吸第三阶段的产物H2O可作为光合作用光反应阶段的原料，B正确；光合作用光反应将H2O分解产生O2的场所是类囊体薄膜，有氧呼吸第二阶段H2O与丙酮酸反应生成CO2的场所是线粒体基质，C正确，D错误。
7．下图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，下列有关此图的叙述正确的是(　　)
A．在黑暗中A将停止生理作用
B．A结构能产生ATP，B结构不能产生ATP
C．植物正常生长时，B结构产生的O2全部被A结构利用
D．夜晚适当降温，能降低A结构的生理功能，白天适当升温，B结构的生理功能提高比A结构更显著，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量
答案　D
解析　分析图形：A结构消耗氧气，产生二氧化碳，说明A结构是线粒体，是有氧呼吸的主要场所；B结构消耗二氧化碳，产生氧气，说明B结构是叶绿体，是光合作用的场所。A线粒体晚上也能进行呼吸作用，A错误；A线粒体和B叶绿体都能产生ATP，B错误；植物正常生长时，一般光合作用大于呼吸作用，B叶绿体产生的O2除了被A线粒体利用外，还会释放到环境中，C错误；温度会影响酶的活性，进而影响光合速率和呼吸速率，白天适当升温，夜晚适当降温，能增加农作物的产量，D正确。
8．(2019·吉林省实验中学月考)下列关于光合作用知识的叙述，正确的是(　　)
A．类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光
B．光反应产生NADH、ATP和O2，暗反应产生(CH2O)
C．突然停止光照，短时间内C3含量下降，C5含量升高
D．鲁宾和卡门利用同位素标记法探明了光合作用释放的O2来自水
答案　D
解析　类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；光反应产生NADPH，B错误；突然停止光照，光反应产生的NADPH、ATP减少，C3还原减慢，C3生成不变，短时间内C3含量升高，C5含量下降，C错误；鲁宾和卡门利用同位素标记法探明了光合作用释放的O2来自水，D正确。
9．(2019·黑龙江省哈三中月考)嗜盐菌是一种能在高浓度盐溶液中生活的细菌，该菌中有一种结合蛋白称为菌紫质，菌紫质能将光能转化为化学能。下列叙述正确的是(　　)
A．加入呼吸抑制剂不影响菌紫质的合成
B．嗜盐菌内的ATP主要在线粒体中合成
C．菌紫质的功能与叶绿素等色素分子类似
D．嗜盐菌的能量转化发生在类囊体薄膜
答案　C
解析　嗜盐菌属于原核生物，细胞内不存在线粒体，但能进行呼吸作用，蛋白质的合成需要呼吸作用提供的ATP，因此加入呼吸抑制剂会影响菌紫质的合成，A、B错误；菌紫质的功能与叶绿素等色素分子类似，都能将光能转化为化学能，C正确；嗜盐菌细胞中没有叶绿体，不含类囊体薄膜，D错误。
10．某植物叶片不同部位的颜色不同，将该植物在黑暗中放置48
h后，用锡箔纸遮蔽叶片两面，如图所示。在日光下照光一段时间，去除锡箔纸，用碘染色法处理叶片，观察到叶片有的部位出现蓝色，有的没有出现蓝色。其中，没有出现蓝色的部位是(　　)
A．a、b和d
B．a、c和e
C．c、d和e
D．b、c和e
答案　B
解析　叶片的绿色部位可进行光合作用产生淀粉，黄白色部位由于缺乏叶绿素不能进行光合作用；锡箔纸遮蔽的部位无光合作用，不产生淀粉，用碘染色法处理没有出现蓝色。
11．利用溴甲酚紫指示剂检测金鱼藻生活环境中气体含量变化的实验操作如下，下列相关叙述不正确的是(　　)
A．黑暗处理的目的是使金鱼藻不进行光合作用
B．溴甲酚紫指示剂变为黄色是因为溶液pH减小
C．图中实验操作3～5能证明光合作用吸收CO2
D．该实验可证明呼吸作用释放CO2，光合作用释放O2
答案　D
解析　黑暗处理的目的是使金鱼藻不进行光合作用，只进行细胞呼吸消耗氧气产生二氧化碳，A正确；溴甲酚紫指示剂变为黄色是因为细胞呼吸产生的二氧化碳使溶液pH降低，B正确；经过黑暗处理后，由于细胞呼吸产生的CO2使溶液pH降低，导致溴甲酚紫指示剂变为黄色，再经过30分钟光照处理后，溴甲酚紫指示剂又变为紫色，说明光合作用吸收CO2，C正确；该实验可证明呼吸作用释放CO2，光合作用吸收CO2，但不能证明光合作用释放O2，D错误。
二、非选择题
12．下图是光合作用的示意图，据图回答问题。
(1)A和B表示光合作用的两个阶段，其中A是________，B是________。
(2)①和②代表两种物质，其中①是________，②是________。
(3)⑦是一种物质，来自空气，它是________，⑤是________。
(4)暗反应所需要的能量来自[　　]________的分解，所需的还原剂是[　　]________，这种还原剂来自[　　]________的分解。
(5)在适宜的光照等条件下，适当地增加[　　]________，可提高[　　]________的产量。
(6)写出光合作用的反应式：____________________________________________________________________。
(7)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是否由绿色植物释放，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
(8)下图表示光合作用与细胞呼吸过程中物质变化的关系，下列说法不正确的是(　　)
A．1、3和4过程产生的[H]都能与氧结合产生水
B．各种生物体(病毒除外)都能进行的过程是3
C．能提供给绿色植物各种生命活动所需能量最多的过程是5
D．2过程需多种酶参与，且需ATP供能
答案　(1