易错点07 关于光合作用光反应和暗反应关系分析
光合作用相关知识是高考命题必考的内容之一，光合作用光反应和暗反应的关系常常以选择题或非选择题形式考查。这类试题丢分的原因有对光合作用光反应和暗反应的内在联系不理解、对题目新情境有效信息获取能力和分析能力薄弱、对原因依据类表达逻辑混乱等。在复习备考中，需要对比光合作用光反应和暗反应区别与联系，同时进行专项练习巩固，提高理解能力、获取信息能力和表达能力，注意避开易错陷阱，才能从容应对这类题。
易错陷阱1：光反应和暗反应的场所。误以为光合作用只能在叶绿体进行；误以为液泡和叶绿体的色素均参与光合作用；误以为叶绿体内膜和外膜参与光合作用。误以为离体的叶绿体不能进行光合作用。
易错陷阱2：光反应和暗反应的条件。误以为暗反应在无光条件下可以长期进行；误以为暗反应必须在暗处进行。
易错陷阱3：骤然改变某个因素对光反应和暗反应产物的影响。忽视光反应与暗反应的联系，即光反应产物NADPH和ATP对C3还原中的作用、忽视暗反应产物ADP和NADP+对ATP和NADPH形成的影响造成分析错误。
例题1、（2021湖南省·T18）图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
（1）图b表示图a中的______结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，最终转化为______和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低．暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中电子传递速率会______（填“加快”或“减慢”）。
（2）为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以_________（填“Fecy”或“DCIP”）为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于_________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释_________。
【解析】图a表示叶绿体的结构，图b中有水的光解和ATP的生成，表示光合作用的光反应过程。
（1）光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜，光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，若二氧化碳浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。
（2）①比较实验结果表可知：与叶绿体A的实验结果相比，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显更大，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DCIP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。
②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收、转化光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。
③根据图b可知，ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。
【答案】
(1) 类囊体膜 NADPH 减慢
(2) ①Fecy
实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于叶绿体A双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与叶绿体A双层膜完整时无明显差异；结合所给信息：“Fecy具有亲水性，而DCIP具有亲脂性”，可推知叶绿体双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。
② 类囊体上的色素吸收光能、转化光能
③ ATP的合成依赖于水光解的电子传递和氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低
例题2、(2020山东·T21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将_____(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是______________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量_____(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是___________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
【解析】
（1）叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物（或C5）。
（2）据分析可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP+不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。
（3）糖类的积累量=产生量-消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量要高于植物。
（4）在干旱条件下，植物为了保住水分会将气孔部分关闭，导致CO2的吸收量减少，因此光合作用速率降低。
【答案】
(1)模块1和模块2 五碳化合物（或：C5）
(2) 减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足
(3)高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或：植物呼吸作用消耗糖类)
(4) 叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
1.光反应和暗反应的场所。蓝细菌等光合细菌没有叶绿体，但能进行光合作用。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。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，叶绿体内膜和外膜不直接参与光反应和暗反应。离体的叶绿体在适宜条件下也能进行光合作用。
2.光反应和暗反应的条件。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NADPH和ATP，因此暗反应在无光条件下不可以长期进行。光照主要影响光反应，温度和二氧化碳浓度主要影响暗反应。
3.环境骤变对光合作用中间产物含量的影响
当外界条件改变时,光合作用中C3、C5、NADPH、ATP含量和（CH2O）合成量变化可以用以下图解和模型进行分析:
(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。
(2)以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,NADPH（[H]）和ATP含量变化是一致的。
(3)具体分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路””(C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定)，才能避开试题陷阱。
4.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素和叶绿素吸收绿光最少 。
1. 光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列关于改变反应条件而引起的变化，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的值减小
B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C.突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D.突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
1.【答案】B
【解析】
A、突然中断CO2供应导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，C5/C3的值增加，A项错误；
B、突然中断CO2供应使C3含量减少，ATP和[H]（即NADPH）含量增多，所以ATP/ADP的值增大，B项正确；
C、叶绿体中色素对绿光吸收少，对红光吸收多，突然将红光改变为绿光，光能利用率降低，ATP和[H]含量减少，进而使C3含量增多、C5含量减少，C3/C5的值增大，C项错误；
D、突然将绿光改变为红光，能利用率提高，ATP和[H]含量增加，ATP/ADP的值增大，D项错误。 2.(2020全国卷Ⅱ·T30)为了研究细胞器的功能，某同学将正常叶片置于适量的溶液B中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离细胞器。回答下列问题：
(1)该实验所用溶液B应满足的条件是______________________(答出2点即可)。
(2)离心沉淀出细胞核后，上清液在适宜条件下能将葡萄糖彻底分解，原因是此上清液中含有_________________________________________________。
(3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有氧气释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光，________(填“有”或“没有”)氧气释放，原因是_________________________________________________。
2.【答案】
(1)pH应与细胞质基质的相同，渗透压应与细胞内的相同
(2)细胞质基质组分和线粒体
(3)有 类囊体膜是H2O分解释放O2的场所，叶绿体膜破裂不影响类囊体膜的功能
【解析】
(1)为研究细胞器的功能，在分离细胞器时一定要保证细胞器结构的完整和功能的正常，因此本实验所用溶液B的pH应与细胞质基质的相同，渗透压应与细胞内的相同。
(2)离心沉淀出细胞核后，细胞质基质组分和线粒体均分布在上清液中，与有氧呼吸有关的酶在细胞质基质和线粒体中，因此在适宜的条件下，上清液能将葡萄糖彻底分解。
(3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有氧气释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光，因为类囊体膜是H2O分解释放O2的场所，叶绿体膜破裂不影响类囊体膜的功能，所以仍有氧气释放。
3.（2022山东·T21）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂 L 可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
（1）光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是____________。
（2）强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有_________________、
_______________（答出 2 种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是________________。
（3）据图分析，与甲组相比，乙组加入 BR 后光抑制_______________（填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明 BR 可能通过____________________发挥作用。
3.【答案】
（1）蓝紫光
（2）五碳化合物供应不足 CO2 供应不足
强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强
（3） 减弱 促进光反应关键蛋白的合成
【解析】
（1）苹果幼苗叶肉细胞叶绿体中的色素，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。
（2）暗反应有二氧化碳的固定和C3化合物的还原两个阶段，二氧化碳的固定是C5化合物和CO2结合形成C3的过程，C5化合物和CO2的供应不足会影响暗反应速率。因此强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足和CO2 供应不足。强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生的氧气速率增强。
（3）据图分析，与甲组相比，乙组加入 BR 后光合作用强度更大，说明光抑制减弱。乙组与丙组相比，丙组加入的试剂 L 可抑制光反应关键蛋白的合成，图中信息显示乙组的光合作用强度比丙组更大，说明 BR 可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
1.（2022湖南·T13不定项选择）在夏季晴朗无云的白天，10 时左右某植物光合作用强度达到峰值，12 时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是（ ）
A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的 CO2 量减少
B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的 CO2 量大于光合固定的 CO2 量
C．叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低
D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降
1.【答案】AD
A、夏季晴朗无云的白天，12 时左右气温太高，叶片蒸腾作用强，植物体为减少水分散失，使
气孔部分关闭，使得的进入植物体内的 CO2 量减少，导致 12 时左右光合作用强度明显减弱，A 项正确；
B、植物体的温度随环境温度的变化而变化，当外界气温升高，植物细胞中光合酶与呼吸酶的活性均受影响，12 时左右光合作用仍强于呼吸作用，呼吸释放的CO2 量小于光合固定的CO2量，B项错误；
C、光合色素位于叶绿体类囊体薄膜上，而不在叶绿体内膜上，且一般情况下，不会引起光合色素的破坏，C项错误。
D、10 时左右某植物光合作用强度达到峰值，从 10 时到 12 时左右，光合作用强于呼吸作用，积累有机物较多，可能会造成产物在叶片中大量积累，从而产生反馈抑制，导致光合作用减弱，D 项正确。
2.如图表示绿色植物叶肉细胞内的部分代谢过程，相关叙述错误的是( )
A.在细胞质基质中发生过程①时，会释放少量能量
B.过程③和④都发生在叶绿体基质中
C.过程③主要消耗过程①、②产生的[H]
D.突然增大光照强度，则短时间内叶绿体中C3含量会减少
2.【答案】 C
【解析】 图示表示细胞呼吸和光合作用的部分过程，其中①表示有氧呼吸或无氧呼吸的第一阶段，②表示有氧呼吸或无氧呼吸的第二阶段，③表示暗反应中C3的还原，④表示暗反应中CO2的固定。
A、有氧呼吸或无氧呼吸第一阶段发生在细胞质基质中，其中（CH2O）分解为丙酮酸（C3），同时释放少量的能量，A项正确；
B、过程③和④表示暗反应的两个阶段，都发生在叶绿体基质中，B项正确；
C、光合作用与细胞呼吸所产生的[H]本质不同，光合作用中的[H]为还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，细胞呼吸过程中的[H]为还原型辅酶Ⅰ(NADH)，细胞呼吸过程中产生的[H]不用于光合作用，C项错误；
D、突然增大光照强度，光反应会增强，导致NADPH和ATP生成增加，而短时间内CO2浓度基本不变，暗反应中CO2固定(C3的来源)速率基本不变，但C3的还原(C3的去路)速率增大，故短时间内叶绿体中C3含量会减少，D项正确。
3. (2021广东·T12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是
A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合
3.【答案】D
【解析】
A、Rubisco催化暗反应中的C5和CO2结合，这一过程发生在叶绿体基质，A项错误；
B、暗反应在有光无光条件下均可进行，激活Rubisco不需要黑暗条件，B项错误；
C、Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C3还原需要ATP，C项错误；
D、Rubisco催化C5和CO2结合形成C3，D项正确。
4.（2019·海南卷） 下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是 ( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
4. 【答案】B
【解析】
A、光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能，但需要利用光反应阶段形成的NADPH和ATP，A项正确；
B、胡萝卜素只吸收蓝紫光，不能吸收红光，B项错误；
C、光反应中，将光能转变为ATP中活跃的化学能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的参与，C项正确；
D、红光照射时，叶绿素b可以吸收红光，吸收的光能可用于光合作用，光能可以转变为ATP中活跃的化学能，D项正确。
5.（武汉市2022二月调研考·T4）我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列相关分析正确的是
A.①、②、③过程是卡尔文循环的过程
B.②、③、④的缩合或聚合过程均有肽键形成
C.步骤③、④的顺利进行，需要多种酶的催化，但不需要消耗能量
D.在与植物光合作用固定的CO2量相等时，该体系淀粉的积累量较高
5.【答案】D
【解析】
A、①、②过程模拟CO2的固定，③、④过程模拟C3还原，所以①、②、③、④过程是卡尔文循环的过程，A项错误；
B、氨基酸脱水缩合形成蛋白质过程有肽键形成，②、③、④的缩合或聚合过程均没有肽键形成，B项错误；
C、③、④过程模拟C3还原， C3还原需要多种酶的催化，还需要消耗光反应提供的ATP和NADPH中的能量，C项错误；
D、该体系中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等时，该体系淀粉的积累量较高，D项正确。
6.（2021湖南卷·T7）绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是（ ）
A.弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B.在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
6.【答案】A
【解析】
A、弱光条件下，当光合作用速率小于或等于呼吸作用速率时，光合作用O2的产生量小于或等于呼吸作用O2的消耗量，没有O2的释放，A项错误；
B、在暗反应阶段，CO2先和C5结合形成C3，然后完成C3的还原过程，B项正确；
C、在禾谷类作物开花期，光合作用产生的有机物主要供给花穗利用，剪掉部分花穗，有机物消耗减少，叶片的光合速率会暂时下降，C项正确；
D、合理密植可以充分提高单位面积农作物光能利用率，从而提高光合作用强度，增施的有机肥被土壤微生物分解，产生的二氧化碳供给农作物进行光合作用，促进农作物的光合作用强度，D项正确。
7. 对下面图解分析错误的是( )
A．①将进入线粒体或出细胞，②可为暗反应提供能量
B．突然停止供应CO2，短时间内C3的含量将下降
C．图示过程为叶绿素和藻蓝素参与光合作用的过程
D．H2O中H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类和C5
7.【答案】C
【解析】
A、H2O光解产生的①O2将进入线粒体参与有氧呼吸或释放到细胞外，②NADPH可为暗反应提供能量，A项正确；
B、突然停止供应CO2，暗反应中C3的还原(C3的去路)速率基本不变，但CO2固定(C3的来源)速率变小，故短时间内叶绿体中C3含量会减少，短时间内C3的含量将下降，B项正确；
C、蓝细菌没有叶绿体，没有类囊体，含有叶绿素和藻蓝素，图示为叶绿体参与光合作用的过程，叶绿体中不含有藻蓝素， C项错误；
D、H2O中H元素的转移途径为水的光解产生NADPH，NADPH参与C3还原形成糖类和C5，即H2O→NADPH→糖类和C5，D项正确。
8.(2021辽宁·T22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成___________，进而被还原生成糖类，此过程发生在___________中。
（2）海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO3-浓度最高的场所是__________（填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”），可为图示过程提供ATP的生理过程有___________。
（3）某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可将HCO3-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。
①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力__________（填“高于”或“低于”或“等于”）Rubisco。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是__________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于__________（填“吸能反应”或“放能反应”）。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用__________技术。
（4）通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有__________。
A. 改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力
B. 改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C. 改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力
D. 将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
8.【答案】
（1）三碳化合物（C3） 叶绿体基质
（2）叶绿体 呼吸作用和光合作用
（3）①高于 ② NADPH和ATP 吸能 ③同位素示踪
（4）AC
【解析】
（1）光合作用的暗反应中，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。
（2）图示可知，HCO3-运输需要消耗ATP，说明HCO3-离子是通过主动运输的，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HCO3-浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质基质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用光反应提供。
（3）①图示可知，PEPC参与催化叶肉细胞中CO2浓缩过程的HCO3-+PEP阶段，而且从题干信息可知“Rubisco是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低”， Rubisco是在 HCO3-浓度最高的场所发挥作用，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用同位素示踪技术。
（4）
A、改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A项合理；
B、改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B项不合理；
C、改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C项合理；
D、将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，不一定能提高植物光合作用的效率，D项不合理。
9.（华大新高考联盟2022届高三4月教学质量·T21）全世界有一半的人口食用水稻，水稻总产量占世界粮食作物产量第三位，仅次于玉米和小麦，是人类重要的粮食作物之一。某科研小组利用水稻进行了研究和实验，请分析并回答下列问题：
（1） 夏季晴朗的一天，将一盆水稻幼苗置于密闭透明装置内，测得一段时间内装置中CO2浓度的变化如下图所示。请回答下列问题：
① 光合作用中的暗反应在__________中进行，其中固定CO2用到的C5在__________阶段实现再生，C5再生__________（填“需要”或“不需要”）光反应提供的ATP和NADPH。
② A点________（填“是”或“不是”）水稻幼苗开始进行光合作用的时刻，此时水稻叶肉细胞光合作用强度_________（填“大于”、“等于”或“小于”）呼吸作用的强度，原因是________________________。
③ 如果在B点时突然遮光，短时间内叶绿体中C3含量_____，原因是_______________。
④ 一天之内，水稻幼苗积累的有机物最多的时刻是图中__________点。
（2） 研究人员用1mmol/LNaHSO3溶液对乳熟期温室水稻进行处理，研究NaHSO3溶液对水稻光合作用速率和呼吸作用速率的影响，得到了如图所示的结果。请分析并回答下列问题：
① 据图分析，1mmol/LNaHSO3溶液对水稻的呼吸作用和净光合作用速率的影响：
____________________________________________。
② 研究人员观察水稻叶片后推测，1mmol/LNaHSO3溶液可能增加了叶片内叶绿素的含量，请写出实验思路并预期实验结果：
实验思路：______________。
预期结果：___________________________________________________。
9.【答案】
（1）①叶绿体基质 暗反应 需要
②不是 大于
水稻植株光合作用等于呼吸作用，但植株中只有部分细胞能进行呼吸作用
③增加 短时间内C3的消耗减少，但仍能正常合成
④E
（2）①对水稻的呼吸作用速率没有影响；在一定光照强度范围内，能提高水稻净光合速率
②实验思路：分别提取和分离对照组和NaHSO2 处理组绿叶中的色素，比较叶绿素色素带的宽度
预期结果：NaHSO2 处理组叶绿素色素带的宽度明显高于对照组
【解析】
（1）①光合作用暗反应的场所是叶绿体基质，光反应的场所是叶绿体类囊体膜。C5 在暗反应阶段能够实现再生，C5 的再生过程需要用到ATP和NADPH。
②A点是净光合作用为0的点，此时植物光合作用强度等于植物呼吸作用强度，而题目中问水稻叶肉细胞中光合作用强度和呼吸作用强度的比较，可知叶肉细胞光合作用强度大于净光合时植物的平均光合作用强度，因为水稻植株光合作用等于呼吸作用，而叶肉细胞进行的光合作用还要补偿根等不能进行光合作用的细胞，也就是植株中只有部分细胞进行光合作用。
③B点时进行遮光处理会使得C3被消耗的更少，与此同时C3的生成又在继续进行，因此C3含量要增加。
④一天之内，水稻幼苗积累有机物最多的时刻是由不断地积累有机物到不再积累有机物为止，正好对应的是E点。超过E点之后植物会消耗有机物。
（2）①据图可知，加入NaHSO2溶液后净光合速率的起点仍然和原来一样，这说明对呼吸速率不影响。而后随着光照强度的增加，NaHSO2 处理组的净光合作用速率始终高于对照组，因此可以得出结论：NaHSO2溶液对水稻的呼吸作用速率没有影响；在一定光照强度范围内，能提高水稻净光合作用速率。
②研究人员推测，加入NaHSO2可能增加了叶片内叶绿素的含量。那么只需要进行实验，比较两个组中的叶绿素色素带的宽度，只要测得加入NaHSO2组的叶绿素带更宽，就能得出实验结论。
10. (2022届长郡十八校联盟高三第2次联考·T17)生活在干旱沙漠中的仙人掌，其叶肉细胞中存在特殊的固碳模式，具体过程如图所示，请分析并回答：
(1)仙人掌夜间能吸收来自大气中的CO2，通过一系列反应生成______，并储存 于液泡中，达到固定 CO2目的。但该过程中叶绿体却没有合成糖类等有机物，其原因是__________________。
(2)白天气温升高，植物将气孔关闭以减少蒸腾作用，此时叶肉细胞中固定CO2的场所是______________________。该段时间内进行光合作用的机制是___________________________。
(3)为了利用现代生物学技术将仙人掌的这种固碳模式引入农作物，增强农作物抗旱能力，科学家对仙人掌的净光合速率进行进一步研究。若白天仙人掌叶肉细胞中每小时呼吸作用产生CO2为a mol，同时苹果酸每小时分解产生CO2为b mol，则白天该细胞每小时积累葡萄糖为________mol(光合作用产物和呼吸作用底物均为葡萄糖)。研究发现，通过图示过程仙人掌积累的葡萄糖很少，则限制其光合作用的主要外界因素有___________________(答两点即可)。
10.【答案】
（1）苹果酸 夜间没有光照，无法通过光反应为暗反应提供ATP和NADPH
（2）叶绿体基质 苹果酸分解为丙酮酸和CO2，CO2可以参与光合作用的暗反应
（3）b/6 温度、空气湿度（或水分、干旱程度）
【解析】
（1）据图示可知，仙人掌夜间能吸收来自大气中的CO2，通过一系列反应生成苹果酸，并储存于液泡中，达到固定 CO2目的。夜间没有光照，无法通过光反应为暗反应提供ATP和NADPH，不能进行C3还原，无法合成糖类等有机物。
（2）据图示可知，白天苹果酸分解为丙酮酸和CO2，CO2进入叶绿体基质参与光合作用的暗反应。
（3）白天该叶肉细胞积累葡萄糖就是液泡中苹果酸分解产生CO2进行光合作用所产生的。而呼吸作用每分解1 mol葡萄糖产生的CO2 ，通过光合作用只合成1 mol葡萄糖，不会影响光合作用葡萄糖的积累。根据光合作用总反应式，苹果酸每小时分解产生CO2为b mol，则白天该细胞每小时积累葡萄糖为b/6mol。仙人掌生活在干旱、高温环境中，白天气孔关闭，夜晚气温、空气湿度都会影响气孔开度，影响苹果酸的积累，进而影响CO2浓度，影响光合作用。易错点07 关于光合作用光反应和暗反应关系分析
光合作用相关知识是高考命题必考的内容之一，光合作用光反应和暗反应的关系常常以选择题或非选择题形式考查。这类试题丢分的原因有对光合作用光反应和暗反应的内在联系不理解、对题目新情境有效信息获取能力和分析能力薄弱、对原因依据类表达逻辑混乱等。在复习备考中，需要对比光合作用光反应和暗反应区别与联系，同时进行专项练习巩固，提高理解能力、获取信息能力和表达能力，注意避开易错陷阱，才能从容应对这类题。
易错陷阱1：光反应和暗反应的场所。误以为光合作用只能在叶绿体进行；误以为液泡和叶绿体的色素均参与光合作用；误以为叶绿体内膜和外膜参与光合作用。误以为离体的叶绿体不能进行光合作用。
易错陷阱2：光反应和暗反应的条件。误以为暗反应在无光条件下可以长期进行；误以为暗反应必须在暗处进行。
易错陷阱3：骤然改变某个因素对光反应和暗反应产物的影响。忽视光反应与暗反应的联系，即光反应产物NADPH和ATP对C3还原中的作用、忽视暗反应产物ADP和NADP+对ATP和NADPH形成的影响造成分析错误。
例题1、（2021湖南省·T18）图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
（1）图b表示图a中的______结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H+和e-，光能转化成电能，最终转化为______和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低．暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP+减少，则图b中电子传递速率会______（填“加快”或“减慢”）。
（2）为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP+为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
叶绿体A：双层膜结构完整 叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤 叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂 叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以_________（填“Fecy”或“DCIP”）为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于_________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释_________。
例题2、(2020山东·T21)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为________________。
(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将_____(填“增加”或“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是______________________。
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量_____(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是_________________________________________。
(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是___________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
1.光反应和暗反应的场所。蓝细菌等光合细菌没有叶绿体，但能进行光合作用。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。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，叶绿体内膜和外膜不直接参与光反应和暗反应。离体的叶绿体在适宜条件下也能进行光合作用。
2.光反应和暗反应的条件。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NADPH和ATP，因此暗反应在无光条件下不可以长期进行。光照主要影响光反应，温度和二氧化碳浓度主要影响暗反应。
3.环境骤变对光合作用中间产物含量的影响
当外界条件改变时,光合作用中C3、C5、NADPH、ATP含量和（CH2O）合成量变化可以用以下图解和模型进行分析:
(1)以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。
(2)以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,NADPH（[H]）和ATP含量变化是一致的。
(3)具体分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路””(C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定)，才能避开试题陷阱。
4.类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素和叶绿素吸收绿光最少 。
1. 光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列关于改变反应条件而引起的变化，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的值减小
B.突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大
C.突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小
D.突然将绿光改变为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
2.(2020全国卷Ⅱ·T30)为了研究细胞器的功能，某同学将正常叶片置于适量的溶液B中，用组织捣碎机破碎细胞，再用差速离心法分离细胞器。回答下列问题：
(1)该实验所用溶液B应满足的条件是______________________(答出2点即可)。
(2)离心沉淀出细胞核后，上清液在适宜条件下能将葡萄糖彻底分解，原因是此上清液中含有_________________________________________________。
(3)将分离得到的叶绿体悬浮在适宜溶液中，照光后有氧气释放；如果在该适宜溶液中将叶绿体外表的双层膜破裂后再照光，________(填“有”或“没有”)氧气释放，原因是_________________________________________________。
3.（2022山东·T21）强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯（BR）对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂 L 可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
（1）光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是____________。
（2）强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有_________________、
_______________（答出 2 种原因即可）；氧气的产生速率继续增加的原因是________________。
（3）据图分析，与甲组相比，乙组加入 BR 后光抑制_______________（填“增强”或“减弱”）；乙组与丙组相比，说明 BR 可能通过____________________发挥作用。
1.（2022湖南·T13不定项选择）在夏季晴朗无云的白天，10 时左右某植物光合作用强度达到峰值，12 时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是（ ）
A．叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的 CO2 量减少
B．光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的 CO2 量大于光合固定的 CO2 量
C．叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低
D．光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降
2.如图表示绿色植物叶肉细胞内的部分代谢过程，相关叙述错误的是( )
A.在细胞质基质中发生过程①时，会释放少量能量
B.过程③和④都发生在叶绿体基质中
C.过程③主要消耗过程①、②产生的[H]
D.突然增大光照强度，则短时间内叶绿体中C3含量会减少
3. (2021广东·T12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是
A.Rubisco存在于细胞质基质中 B.激活Rubisco需要黑暗条件
C.Rubisco催化CO2固定需要ATP D.Rubisco催化C5和CO2结合
4.（2019·海南卷） 下列关于高等植物光合作用的叙述，错误的是 ( )
A.光合作用的暗反应阶段不能直接利用光能
B.红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a
C.光反应中，将光能转变为化学能需要有ADP的参与
D.红光照射时，叶绿素b吸收的光能可用于光合作用
5.（武汉市2022二月调研考·T4）我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列相关分析正确的是
A.①、②、③过程是卡尔文循环的过程
B.②、③、④的缩合或聚合过程均有肽键形成
C.步骤③、④的顺利进行，需要多种酶的催化，但不需要消耗能量
D.在与植物光合作用固定的CO2量相等时，该体系淀粉的积累量较高
6.（2021湖南卷·T7）绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是（ ）
A.弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B.在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
7. 对下面图解分析错误的是( )
A．①将进入线粒体或出细胞，②可为暗反应提供能量
B．突然停止供应CO2，短时间内C3的含量将下降
C．图示过程为叶绿素和藻蓝素参与光合作用的过程
D．H2O中H元素的转移途径为H2O→[H]→糖类和C5
8.(2021辽宁·T22)早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题：
(1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成___________，进而被还原生成糖类，此过程发生在___________中。
（2）海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO3-浓度最高的场所是__________（填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”），可为图示过程提供ATP的生理过程有___________。
（3）某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可将HCO3-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。
①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力__________（填“高于”或“低于”或“等于”）Rubisco。
②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是__________。图中由Pyr转变为PEP的过程属于__________（填“吸能反应”或“放能反应”）。
③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用__________技术。
（4）通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有__________。
A. 改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力
B. 改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C. 改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力
D. 将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物
9.（华大新高考联盟2022届高三4月教学质量·T21）全世界有一半的人口食用水稻，水稻总产量占世界粮食作物产量第三位，仅次于玉米和小麦，是人类重要的粮食作物之一。某科研小组利用水稻进行了研究和实验，请分析并回答下列问题：
（1） 夏季晴朗的一天，将一盆水稻幼苗置于密闭透明装置内，测得一段时间内装置中CO2浓度的变化如下图所示。请回答下列问题：
① 光合作用中的暗反应在__________中进行，其中固定CO2用到的C5在__________阶段实现再生，C5再生__________（填“需要”或“不需要”）光反应提供的ATP和NADPH。
② A点________（填“是”或“不是”）水稻幼苗开始进行光合作用的时刻，此时水稻叶肉细胞光合作用强度_________（填“大于”、“等于”或“小于”）呼吸作用的强度，原因是________________________。
③ 如果在B点时突然遮光，短时间内叶绿体中C3含量_____，原因是_______________。
④ 一天之内，水稻幼苗积累的有机物最多的时刻是图中__________点。
（2） 研究人员用1mmol/LNaHSO3溶液对乳熟期温室水稻进行处理，研究NaHSO3溶液对水稻光合作用速率和呼吸作用速率的影响，得到了如图所示的结果。请分析并回答下列问题：
① 据图分析，1mmol/LNaHSO3溶液对水稻的呼吸作用和净光合作用速率的影响：
____________________________________________。
② 研究人员观察水稻叶片后推测，1mmol/LNaHSO3溶液可能增加了叶片内叶绿素的含量，请写出实验思路并预期实验结果：
实验思路：______________。
预期结果：___________________________________________________。
10. (2022届长郡十八校联盟高三第2次联考·T17)生活在干旱沙漠中的仙人掌，其叶肉细胞中存在特殊的固碳模式，具体过程如图所示，请分析并回答：
(1)仙人掌夜间能吸收来自大气中的CO2，通过一系列反应生成______，并储存 于液泡中，达到固定 CO2目的。但该过程中叶绿体却没有合成糖类等有机物，其原因是__________________。
(2)白天气温升高，植物将气孔关闭以减少蒸腾作用，此时叶肉细胞中固定CO2的场所是______________________。该段时间内进行光合作用的机制是___________________________。
(3)为了利用现代生物学技术将仙人掌的这种固碳模式引入农作物，增强农作物抗旱能力，科学家对仙人掌的净光合速率进行进一步研究。若白天仙人掌叶肉细胞中每小时呼吸作用产生CO2为a mol，同时苹果酸每小时分解产生CO2为b mol，则白天该细胞每小时积累葡萄糖为________mol(光合作用产物和呼吸作用底物均为葡萄糖)。研究发现，通过图示过程仙人掌积累的葡萄糖很少，则限制其光合作用的主要外界因素有___________________(答两点即可)。
