新人教生物一轮复习学案：第9讲 光与光合作用（教师版）
文档属性
| 名称 | 新人教生物一轮复习学案：第9讲 光与光合作用（教师版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2023-08-10 23:18:01 | ||
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文档简介
新人教生物一轮复习学案
第9讲 光与光合作用
【素养目标】 1.基于对叶绿体结构的认知，认同叶绿体的结构与功能相适应的观点，并能理解光合作用的场所在叶绿体中。(生命观念) 2.通过分析比较光反应和暗反应中物质和能量的变化，理解二者之间的关系，进而掌握光合作用的过程，并能形成光合作用通过合成有机物，储存能量的物质和能量观。(生命观念 科学思维) 3.学会使用简单的实验器具，提取和分离叶绿体中的色素，探究影响光合作用的环境因素，并记录实验结果。(科学探究) 4.通过对影响光合作用环境因素在农业生产中的应用的学习，增强关注社会生产生活的意识。(社会责任)
考点一 捕获光能的色素和结构
1．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
2.叶绿体的结构及其中的色素
(1)叶绿体的结构
①结构模式图
②功能：进行光合作用的场所。
(2)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叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
【拾遗补缺】 (1)源于必修1 P99“学科交叉”和图5－12：光是一种电磁波。可见光的波长范围大约是400～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
(2)源于必修1 P97“问题探讨”：生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？
提示 无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯。
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( )
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( )
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( )
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)×
实验出现异常现象的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入的无水乙醇过多，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用的绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条未经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
[典例剖析]
(2022·成都高三模拟)通常情况下，蓝细菌依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用。研究发现某些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。下列有关叙述正确的是( )
A．培养蓝细菌研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源
B．叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上
C．叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝细菌对环境的适应
D．在正常光照条件下，蓝细菌会同时吸收可见光和红外光进行光合作用
C [蓝细菌是自养生物，不从外界吸收葡萄糖，培养蓝细菌研究光合作用时，不需提供葡萄糖作为碳源，A错误；蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，B错误；某些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝细菌对环境的适应，C正确；在正常光照条件下，蓝细菌光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用，不能吸收红外光进行光合作用，D错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：蓝细菌
信息2：近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动
信息3：叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用
信息转化 1.蓝细菌是原核生物，无叶绿体
2.叶绿素种类决定利用的光质种类
3.叶绿素f能利用红外光进行光合作用
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：抽象与概括能力
【角度转换】 提升语言表达能力
绿色植物和蓝细菌所含色素的种类相同吗？不相同。绿色植物主要含叶绿素和类胡萝卜素，而蓝细菌主要含叶绿素和藻蓝素。
考向一 实验的基本原理和过程分析
1．(2023·辽宁名校联盟高三联考)某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验中，出现了如图所示的结果，出现该结果最可能的原因是( )
A．取材时选用的是萎蔫的绿叶
B．研磨时没有加入碳酸钙
C．画滤液细线时没有重复画一到两次
D．层析时滤液细线触及层析液
B [取材时选用的是萎蔫的绿叶不影响各色素含量的相对值，A错误；研磨时没有加入碳酸钙，会导致叶绿素被破坏，而出现图示情况，B正确；画滤液细线时没有重复画一到两次，不影响各色素含量的相对值，C错误；层析时滤液细线触及层析液会导致滤纸条上无色素带出现，D错误。]
2．(2022·重庆高三检测)为了探究各因素对菠菜叶绿体色素提取实验的影响，某研究小组进行了如下表所示实验：
组别 SiO2 CaCO3 过滤材料 实验总时间
甲组 较少 适量 纱布 10 min
乙组 适量 较少 纱布 10 min
丙组 适量 适量 滤纸 10 min
丁组 适量 适量 纱布 60 min
戊组 适量 适量 纱布 10 min
用纸层析法分离色素，与戊组对比，下列对甲～丁组实验结果的分析，不合理的是( )
A．甲组滤纸条上的各种色素条带都较窄
B．乙组滤纸条上呈绿色的条带窄一些，呈黄色的条带差异不大
C．丙组滤纸条上各种色素条带的颜色明显深一些
D．丁组滤纸条上各种色素条带的颜色浅一些
C [SiO2有助于研磨细胞，甲组加入的较少，各色素含量都降低，A正确；CaCO3可以保护叶绿素不被酸性物质破坏，类胡萝卜素较稳定，B正确；丙组用滤纸过滤，色素会大量吸附在滤纸上，各色素条带颜色都应该变浅，C错误；操作时间过长，色素易分解，D正确。]
考向二 色素的种类和功能
3．(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型(表型)相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如下表。下列有关叙述正确的是( )
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.36
A．两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C．两种突变体光合色素的含量差异，是由不同基因的突变所导致的
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
D [两种突变体属于同一物种，二者的存在没有增加物种的种类，但是增加了基因的类型，因此增加了基因多样性，A错误；从色素含量上看，突变体2的叶绿素含量低于突变体1，类胡萝卜素的含量差异不大，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此突变体2比突变体1吸收红光的能力差，B错误；虽然两种突变体的类胡萝卜素含量基本相同，叶绿素含量有差异，但光合色素含量均低于野生型，且两种突变体的表现型(表型)相似，因此二者可能是由相同基因的突变所导致的，C错误；两种突变体中叶绿素与类胡萝卜素的比值下降，叶片变黄，D正确。]
4．(2022·石家庄高三模拟)某科研小组对不同光照强度条件下生长的柑橘进行研究，如下表为实验结果，下列相关叙述正确的是( )
光照强度 叶色 平均叶面积/(cm2) 气孔密度(个·mm－2) 净光合速率/(μmol CO2·m－2·s－1)
强 浅绿 13.6(100%) 826(100%) 4.33(100%)
中 绿 20.3(149%) 768(93%) 4.17(96%)
弱 深绿 28.4(209%) 752(91%) 3.87(89%)
(注：括号内的百分数以强光照的数据作为参考)
A．一定范围内，柑橘植株的有机物积累速率会随着光照强度的升高而增大
B．对强光下生长的柑橘突然遮光，短时间内叶片中C5的含量增多
C．一定范围内，随着光照强度的增大，气孔密度减少以免植株过度失水
D．在弱光下，叶片只能通过增加叶面积吸收更多光能以适应弱光环境
A [净光合速率可用有机物的积累速率来表示，由上表可知，一定范围内，柑橘植株净光合速率会随着光照强度的升高而增大，A正确；对强光下生长的柑橘植株突然遮光，光反应阶段减弱，C3还原产生C5的速率减慢，C5的消耗速率不变，所以短时间内叶片中C5的含量减少，B错误；分析题表可知，一定范围内，随着光照强度的增大，气孔密度增加以吸收更多的CO2进行光合作用，C错误；表中信息显示，在弱光下，叶片可通过增加叶绿素含量和叶面积来吸收更多的光能，以适应弱光环境，D错误。]
考点二 光合作用的过程
1．探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔(英国) 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门 (美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
2.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件：有光。
②场所：类囊体薄膜。
③物质变化
a．将H2O分解为氧和H＋，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b．使ADP和Pi反应形成ATP。
④能量变化
将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段
①条件：有没有光都能进行。
②场所：叶绿体基质。
③过程(卡尔文循环)
a．CO2的固定：C5＋CO22C3。
b．C3的还原：2C3(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中稳定的化合能。
【拾遗补缺】 源于必修1 P104“相关信息”：C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP)。
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(3)元素的转移途径
①H：3H2ONADPH(C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：HO18O2；C18O2C3(CHO)。
【拾遗补缺】 (1)源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
(2)源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 光能 无机物氧化释放的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
(1)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中( )
(2)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( )
(3)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( )
(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量( )
(5)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
1．光反应和暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
条件 光、色素、酶 ATP、NADPH、CO2、多种酶
场所 类囊体薄膜 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、ATP的水解
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 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”
(2)“模型法”
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
[典例剖析]
(2022·德州高三检测)如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成②。请回答下列问题：
(1)分析图中电子传递的整个过程可知，可以丢失电子的物质是____________，最终接受电子的物质为______________________。
(2)光反应产生的O2去向是________________________________。图中用于暗反应的物质是_________________________。叶绿体产生的O2进入线粒体至少穿过_________________层膜结构。
(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，图中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有________________________________________________________________________。
(4)研究发现，叶绿素中含有镁元素，PSⅠ中含铁元素，PC中含铜元素，PSⅡ中含锰元素，由此推测，通过______________可防止光合作用的效率降低。
答案 (1)水(H2O) NADP＋ (2)被细胞呼吸消耗或被植物释放出体外 ATP、NADPH 5 (3)水光解产生H＋，H＋在膜外与NADP＋结合形成NADPH，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中 (4)为植物提供充足的各种矿物质元素(无机盐)
解析 (1)根据图中所示，水光解后产生O2、H＋和电子，故水可以丢失电子(最初提供电子的物质)；水光解后电子将传递给NADP＋被H＋还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP＋。
(2)光反应产生的O2被有氧呼吸利用或被植物释放到大气中；光反应产生的NADPH和ATP可用于暗反应中C3的还原，故图中用于暗反应的物质是ATP和NADPH；叶绿体和线粒体都具有双层膜结构，因此叶绿体产生的O2至少需穿过1层类囊体薄膜＋2层叶绿体膜＋2层线粒体膜＝5层生物膜才能进入线粒体中被利用。
(3)图中水光解产生H＋，使类囊体腔内H＋浓度升高，H＋顺浓度梯度运输到叶绿体基质中，而H＋在叶绿体基质中与NADP＋结合形成NADPH使叶绿体基质中H＋浓度降低，同时还可以通过PQ运回到类囊体腔内，这样就保持了膜两侧的H＋浓度差。
(4)光合作用的重要物质中含有镁元素、铁元素、铜元素、锰元素，若这些元素含量降低，则会使光合速率降低，故应该保持这些矿质元素的含量稳定，以防止光合作用的效率降低。
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：实线为电子的传递过程
信息2：进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成
信息转化 1.光反应过程中，电子传递的过程
2.类囊体薄膜两侧的H＋浓度差的产生原因和ATP的合成
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】 提升语言表达能力
(1)光反应需要光和色素的共同参与，光能被色素分子吸收后，能量的去向有：转变为热能被释放；以光能的形式(荧光或磷光)释放；迅速向邻近的其他色素分子传递；传递到光反应中心，推动光反应的进行。
(2)光反应过程中，类囊体内外H＋浓度差的来源是：水的光解(场所为类囊体腔内)后释放的H＋。
考向一 光合作用过程的综合考查
5．(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是( )
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜
B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
A [水光解产生O2的场所是叶绿体类囊体膜的内侧，若该O2被有氧呼吸利用，至少需要穿过一层类囊体膜，叶绿体的内膜和外膜，线粒体的外膜和内膜，共5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。]
6．(2022·大连高三模拟)研究人员从菠菜中分离出类囊体，将其与酶等16种物质一起用双层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析错误的是( )
A．类囊体产生的ATP和NADPH参与CO2固定与还原
B．加入的16种物质中应包含ADP和NADP＋等物质
C．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
D．该反应体系实现了光能到化学能的转化
A [类囊体产生的ATP和NADPH参与C3的还原，CO2的固定不需要ATP和NADPH参与，A错误；构建的人工光合作用反应体系，在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，故需要加入的物质应包含ADP和NADP＋等，B正确；乙醇酸是暗反应阶段产生的，进行暗反应的场所是叶绿体基质，因此产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，C正确；光照条件下合成有机物实现了光能到化学能的转化，D正确。]
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
7．(2022·海南学业诊断高三联考)光合作用的卡尔文循环可分为羧化、还原和再生3个阶段，如下图所示。下列有关说法错误的是( )
A．RuBP是一种五碳化合物
B．图中羧化表示CO2的固定过程
C．CO2浓度突然降低，PGA/RuBP的值减小
D．卡尔文循环的3个阶段均直接受光反应影响
D [在羧化阶段，RuBP与CO2结合，而光合作用过程中二氧化碳与五碳化合物结合生成三碳化合物，故RuBP为一种五碳化合物，A正确；在羧化阶段，RuBP与CO2结合，表示CO2的固定过程，B正确；当CO2浓度突然降低，二氧化碳的固定过程受阻，RuBP的量会增加，PGA的量会减少，故PGA/RuBP的值减小，C正确；光反应产生的NADPH和ATP应用于暗反应，即卡尔文循环中的还原和再生2个阶段受光反应的影响，而羧化不受光反应的影响，D错误。]
8．(2021·辽宁卷，22)早期地球大气中的O2浓度很低，大约到了3.5亿年前，大气中的O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为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。据此回答下列问题：
(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HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有下图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO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，部分过程见下图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO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________(多选)。
A．改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO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的固定能力
D．将CO2浓缩机制的相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)三碳化合物 叶绿体基质
(2)叶绿体 呼吸作用和光合作用
(3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素标记
(4)ACD
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)图中HCO的运输为消耗ATP的主动运输，主动运输为逆浓度梯度的运输，HCO的运输方向为细胞外→细胞质基质→叶绿体，故叶绿体中HCO浓度最高。图中消耗ATP的过程有主动运输和暗反应(卡尔文循环)，前者需要的ATP主要由细胞呼吸提供，后者需要的ATP一般由光反应提供。
(3)①在叶肉细胞叶绿体中，PEPC催化PEP与HCO反应生成OAA，OAA经过一系列的变化生成Mal，Mal进入维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度，促进了CO2的固定，这说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②光合作用中，光反应为暗反应提供NADPH和ATP。图中Pyr转变为PEP的过程消耗ATP，属于吸能反应。③利用放射性同位素标记法标记CO2中的C元素可以追踪CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所。
(4)改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A符合题意；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不符合题意；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符合题意；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物中，可提高该植物暗反应所需的CO2的浓度，D符合题意。
考点三 光合作用的影响因素及应用
1．影响光合作用强度的内部因素及应用
(1)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，如下图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶的含量和活性
(3)叶面积指数(光合面积)
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NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线解读
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B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，此时的光照强度称为光补偿点。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为光饱和点。
(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。
3．CO2浓度
(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线解读
①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。
②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(3)应用：在农业生产上可以通过通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
4．温度
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
(2)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；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
5．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。
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。
(2)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
6．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
(1)光照强度只影响光反应，不影响暗反应( )
(2)只要有光照，植物就能正常生长( )
(3)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应( )
(4)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用( )
(5)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和呼吸作用强度相等( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
[典例剖析]
(2021·山东卷，21)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的____________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是_________________。
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填：“高”或“低”)，据表分析，原因是_____________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在__________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案 (1)基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 (2)低 喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 (3)100～300
解析 (1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。
(2)根据表格可知，与对照组相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。
(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200 mg/L SoBS时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：光呼吸
信息2：喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度＋表格
信息转化 1.光呼吸会抑制暗反应，光呼吸会产生CO2
2.光合作用的强度随着SoBS浓度的增加出现先增加后下降的现象
素养考查 科学思维：比较与综合能力 科学探究：数据处理能力
【得分要点】 抓住长句表述得分点
(1)不能出现“光呼吸增强/变大”，“C5与O2结合增强/C5与CO2结合减弱”等强调能力、活性的词语，应答出“C5与O2结合(量)增加或变多，多，升高”等。
(2)不能只分析一个方面，必须两点都分析：①光合作用强度增强，光呼吸强度减弱；强调“增”“减”，两点必须有；②CO2固定量增加，CO2释放量减少；O2与C5结合量减少，CO2与C5结合量增加。每一组两点必须有；③SoBS抑制光呼吸(C5与O2的结合)，使光合作用增强(更多的CO2与C5结合)，每一组两点必须有；④光合作用的增加量大于光呼吸的减少量。
考向一 光合作用影响因素的综合考查
9．(2021·北京卷，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
B [由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 mmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长繁殖，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。]
10．某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。
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、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；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当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)由题图可知，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NADPH和ATP不足，暗反应受到限制，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，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的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，还应同时考虑光强这一因素的影响。
考向二 农业生产中的应用
11．(2021·辽宁卷，2)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( )
A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
B [不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，D正确。]
12．(2022·湖南卷，17)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。据此回答下列问题：
(1)在此条件下，该水稻种子________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是___________________________________________________。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻_______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_______________________(答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有____________________特性。
答案 (1)能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自于种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
(2)不能 光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花
(3)耐受酒精毒害
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自于种子胚乳中储存的有机物，因此在光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时的条件下，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。
(2)将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。
(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，此时种子获得的氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
考点四 探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理：叶片含有气体，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2．“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
考向 光合作用影响因素的实验探究
13．(2022·广东卷，18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______________________________，原因可能是_________________________________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期______________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是________________________________________________________________________。
答案 (1)高 遮阴环境中，叶绿素的合成增加或分解减少
(2)有机物
(3)叶片数量 A组 遮阴比例 增加不同遮阴比例，探究提高作物产量的最适遮阴比例
解析 (1)分析图b可知C组叶片叶绿素含量高于A组，原因可能是遮阴环境中，叶绿素的合成增加或分解减少。
(2)B组玉米植株可能会积累更多的有机物，因而生长更快。
(3)应选择前期叶片数量一致，生长状态相似的某玉米品种幼苗。按图a所示的条件，则A组为对照，遮阴比例为自变量，其他环境条件为无关变量，应保持一致。如果提高玉米产量的结论成立，下一步应增加不同遮阴比例，探究提高作物产量的最适遮阴比例。
14．(2022·张家口三模)某兴趣小组设计了一个居家环境中对植物放氧能力进行测定的实验。
实验用植物：绿萝、仙人掌、虎皮兰、万年青、马齿苋。
实验试剂：CO2缓冲溶液。
主要仪器：温度计，照度计、光照强度可调的LED灯。
实验装置；采用网购透明塑料桶，并将盛有CO2缓冲溶液的培养皿放入塑料桶中，在塑料桶盖上插入带刻度的毛细管，用一滴红墨水滴入毛细管内调整至0刻度处。
实验数据如下：
表1 25 ℃、不同光照强度(光强)下毛细管刻度
光强 绿萝 仙人掌 虎皮兰 万年青 马齿苋
3 klx 0.52 1.36 0.59 1.06 1.08
5 klx 0.91 2.15 1.13 1.92 1.81
7 klx 1.13 2.67 1.41 2.42 2.31
10 klx 1.12 3.11 1.53 2.78 2.61
15 klx 1.11 3.42 1.54 3.02 2.95
20 klx 1.12 3.67 1.56 3.33 3.26
25 klx 1.09 3.69 1.53 3.37 3.29
30 klx 1.07 3.67 1.52 3.35 3.27
表2 5 klx光照强度、不同温度下毛细管刻度
温度 绿萝 仙人掌 虎皮兰 万年青 马齿苋
10 ℃ 0.08 0 0 0 0
15 ℃ 0.62 0.05 0.12 0.92 0.73
20 ℃ 0.85 1.23 0.98 1.73 1.61
25 ℃ 0.91 2.15 1.13 1.92 1.81
30 ℃ 0.81 2.67 1.24 2.21 1.92
35 ℃ 0.54 2.71 1.18 1.73 1.74
据此回答问题：
(1)该实验的目的是_____________________________________________________。
(2)CO2缓冲溶液的作用是______________________________________。毛细管中液滴移动的距离代表______________。
(3)由表1可知，绿萝的光饱和点(植物达到最大光合速率时的最小光照强度)约为________，依据是________________________________________________________________________。
(4)由表2可知，在5 klx光照强度下，5种植物中最耐低温的是__________，此时欲对其净光合作用的最适温度进行更准确的测定，可以采取的实验设计思路为_________________________。
答案 (1)探究光照强度和温度对不同植物光合作用的影响
(2)维持实验环境中CO2浓度的恒定 O2的释放量
(3)7 klx 在一定范围内，绿萝放氧能力随光照强度增加而增加，当光照强度增加到7 klx时，植物放氧能力不再增强
(4)绿萝 在20 ℃～30 ℃之间设置更加精细的温度梯度，在5 klx光照强度下，重复实验，记录毛细管刻度，刻度显示最大时对应的温度即为较准确的最适温度
解析 (1)由表1和表2展示的实验结果可知，该实验探究了温度和光照强度这两个环境因素对几种常见家居绿植光合作用的影响。
(2)在CO2不足时，CO2缓冲溶液可提供CO2用于光合作用，当CO2含量升高时，CO2缓冲溶液可吸收CO2，因此本实验中用CO2缓冲溶液来维持实验环境中CO2浓度的恒定，从而使得装置中只有光合作用释放的O2能引起气压变化，并通过毛细管刻度定量的反映出来。
(3)光饱和点是指达到最大光合作用强度所需要的最小光照强度。由表1知，在一定光照强度范围内，绿萝的放氧能力随光照强度增加而增加，当光照强度增加到7 klx时，植物放氧能力不再增强，故绿萝的光饱和点约为7 klx。
(4)10 ℃时虎皮兰、万年青、马齿苋、仙人掌无法测出数据，说明在该温度条件下，它们的光合作用均非常微弱，而绿萝依然拥有放氧能力，说明绿萝相对耐低温。欲对其净光合作用的最适温度进行更准确的测定，可以采取的实验设计思路为在20 ℃～30 ℃之间设置更加精细的温度梯度，在5 klx光照强度下，重复表2中的实验，记录毛细管刻度，刻度显示最大时对应的温度即为较准确的最适温度。
(九)光合作用过程中CO2的固定途径
1．CO2固定的3种途径
不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。3种类型是因CO2的固定这一过程的不同而划分的。
(1)C3途径：C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。
通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3类植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。
(2)C4途径：通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物，它们主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收CO2，会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。
C4植物两次固定是在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。
(3)CAM途径(景天科酸代谢)：CAM途径指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。该途径的特点是：CAM植物气孔只有晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定，白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。
CAM植物两次固定是在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。
2．光呼吸
光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低CO2情况下发生的一个生化过程。它是光合作用损耗能量的一个副反应。在黑暗条件下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转功能以及各种物质代谢反应等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。绿色植物在照光条件下的呼吸方式特点是呼吸基质在被分解转化的过程中虽也放出CO2，但不能产生ATP，从而使光合产物被白白地耗费掉。所以光呼吸越强，光合生产率相对越低。
光呼吸不是一个纯粹消耗能量的过程，其功能是：①在光呼吸时细胞线粒体中进行甘氨酸转变为丝氨酸反应时能形成ATP；②光呼吸可以将光合作用的副产品磷酸乙醇酸和乙醇酸转变为碳水化合物；③在水分亏缺及高光照条件下，叶片气孔关闭，光呼吸释放的CO2能被再固定，可保护光合作用的反应中心，以免被强光所破坏。
光合作用与光呼吸的关系
[对点训练]
1．(多选)(2023·临沂高三检测)光呼吸普遍存在于C3植物和C4植物中，图1、图2分别为C3植物和C4植物的部分代谢过程。光呼吸是在光驱动下将糖类氧化生成CO2和H2O的生化过程(见图1)，在正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%，“光呼吸代谢工程”是提高植物光合效率的一个关键突破口。下列说法正确的是( )
A．C4植物的光呼吸过程发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞中
B．C3植物细胞中CO2浓度倍增，会使光合产物增加、光呼吸减弱
C．C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力高于RuBP羧化酶
D．通过分析可推测，C4植物的光呼吸比C3植物小
BCD [C4植物的光呼吸过程发生在维管束鞘细胞中，A错误；C3植物细胞中CO2浓度倍增，意味着氧气浓度下降，因而会使光合产物增加、光呼吸减弱，B正确；C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力高于RuBP羧化酶，因而C4植物能利用较低浓度的二氧化碳，C正确；C4植物体内存在聚集二氧化碳的机制，因而C4植物比C3植物固定二氧化碳能力强，且一般不会因为二氧化碳浓度降低启动光呼吸，因此C4植物的光呼吸比C3植物小，D正确。]
2．(2023·徐州高三检测)有研究表明，水中CO2浓度降低能诱导轮叶黑藻(一种沉水植物)光合途径由C3途径向C4途径转变，而且两条途径在同一细胞中进行。下图是轮叶黑藻细胞光合作用相关过程示意图。请据图回答问题：
(1)CO2转变为HCO过程中，生成的H＋以__________的方式运出细胞。催化过程①和过程④中CO2固定的两种酶(PEPC、Rubisco)中，与CO2亲和力较高的是__________。
(2)过程②消耗的NADPH主要来源于结构A中进行的__________过程，完成该过程需要__________________等条件。
(3)过程③发生的场所是__________，细胞中丙酮酸产生的场所还可能有______________。丙酮酸分子可在__________中被彻底分解。
(4)为证明低浓度CO2能诱导轮叶黑藻光合途径的转变，研究人员开展相关实验，请完成下表(提示：实验中利用pH stat法测定黑藻净光合速率；用缓冲液提取光合酶)。
实验步骤的目的 主要实验步骤
制作生态缸 取20只玻璃缸，在缸底铺经处理的底泥并注入适量池水；每只缸中各移栽3株生长健壮、长势基本一致的轮叶黑藻，驯化培养10 d。
设置对照实验 ①__________________________________________________
控制无关变量 两组生态缸均置于②__________________________等条件下培养14 d；每天定时利用pH stat法测定黑藻净光合速率。
制备酶粗提液 取等量的两组黑藻叶片，利用液氮冷冻处理后迅速研磨；再加入适量冷的缓冲液继续研磨，离心取③________。
测定酶活性 利用合适方法测定两组酶粗提液中PEPC的活性，并比较。
预期实验结果 ④__________________________________________________。
答案 (1)主动运输 PEPC (2)光反应 光、光合色素、酶 (3)叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 (4)将20只生态缸随机均分为两组；一组密闭，另一组通入适量CO2 适宜温度和光照 上清液 实验组黑藻净光合速率和PEPC的活性明显高于对照组
解析 (1)根据图示，质子H＋转运需要相应转运蛋白参与并消耗ATP，属于主动运输；根据题干信息“水中CO2浓度降低，能诱导其光合途径由C3型向C4型转变”，说明C4循环中PEPC与CO2的亲和力高于C3循环中的Rubisco。
(2)图示结构A为叶绿体类囊体薄膜，是光反应场所，光反应过程需要光照、叶绿素等光合色素、酶等条件，光反应产生ATP、NADPH、O2。
(3)根据图示过程③在叶绿体基质中完成，细胞中的丙酮酸还可以由葡萄糖在细胞质基质中分解产生，丙酮酸在线粒体基质被彻底氧化分解形成CO2。
(4)根据实验目的“证明低浓度CO2能诱导黑藻光合途径转变”，确定实验自变量是黑藻培养的CO2浓度，因变量为净光合速率，因此设置的对照实验为：将20只生态缸随机均分为两组；一组密闭，另一组通入适量CO2，温度和光照等为本实验的无关变量，为排除无关变量的影响，两组生态缸均置于适宜温度和光照等条件下培养14 d；制备酶粗提液步骤中，叶片研磨并离心后，酶存在上清液中，因此应该取上清液。根据题干信息“水中CO2浓度降低能诱导轮叶黑藻(一种沉水植物)光合途径由C3途径向C4途径转变”，因此预期实验结果是实验组黑藻因低浓度CO2诱导，PEPC活性和净光合速率(C4循环)明显大于对照组。
1．(多选)(2022·湖南卷，13)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
AD [夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上，C错误；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。]
2．(2022·海南卷，3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如下图。下列有关叙述正确的是( )
A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中的叶圆片光合速率最高
D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
B [由实验目的可知，温度和光照均为无关变量，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片上浮主要是因为其进行光合作用释放了氧气，且光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需的时间越短，B正确；四组实验中，0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮时间最长，说明其光合速率最小，C错误；实验是在适宜温度条件下进行的，若降低温度，光合速率减慢，叶圆片上浮所需时间延长，D错误。]
3．(2022·河北卷，19)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如下图。据此回答下列问题：
(1)从叶片中分离叶绿体可采用____________________法。
(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是______________________________________(写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少_______________________。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于________中的基因编码，通过特定的机制完成跨膜运输：其余蛋白质由存在于________中的基因编码。
答案 (1)差速离心
(2)叶绿体内部结构解体；光合色素减少
(3)水分的散失
(4)细胞核 叶绿体
解析 (1)叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分离叶绿体。
(2)光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与，据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。
(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少水分的散失，利于植物的生存。
(4)叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经特定机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中(叶绿体)的基因编码。
4．(2022·山东卷，21)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，如下表所示，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，实验结果如下图所示。
分组 处理
甲 清水
乙 BR
丙 BR＋L
(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。
答案 (1)蓝紫色
(2)五碳化合物供应不足 CO2的浓度不足 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强
(3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，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)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等；内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。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、CO2的浓度不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
5．(2022·湖北卷，21)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随着光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。
【注】 曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。
回答下列问题：
(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当提高环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会______________(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明_________________________________________________。
(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的_______________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明______________________________。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定基因A功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中基因A过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为____________________________________________________________，则说明基因A的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案 (1)增大
(2)随处理时间的延长，高浓度臭氧对甲植物光合作用的抑制作用增强
(3)净光合速率均明显减小 甲植物对O3的耐受力比乙植物对O3的耐受力强
(4)基因A过量表达并用高浓度O3处理75天的乙植物与直接用高浓度O3处理75天的乙植物在同等光照条件下，净光合速率相等
解析 (1)若适当提高环境中的CO2浓度，则甲、乙植物的暗反应会加强，需要的光反应产物增多，从而使植物所需的光照强度增大，故光饱和点增大。
(2)甲的对照组与实验组分别是曲线1和3，图3和图2相比可知，处理75天时甲的实验组与对照组的净光合速率的差异比处理65天时的大，说明随着处理时间的延长高浓度臭氧对甲植物光合作用的抑制作用增强。
(3)从图3分析，高浓度臭氧处理植物75天后，甲、乙两种植物的净光合速率均明显减小；相同光照强度下，甲植物实验组与对照组净光合速率差值比乙植物小，表明甲植物对O3的耐受力比乙植物强。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定基因A功能与植物对O3耐受力的关系，自变量是基因A功能，因此可以使乙植物中基因A过量表达，并用高浓度O3，处理75天，比较基因A过量表达与表达量下降时的净光合速率，若与乙组75天时的最大净光合速率基本相同，则说明基因A的功能与乙品种水稻对O3耐受力无关。
第9讲 光与光合作用
【素养目标】 1.基于对叶绿体结构的认知，认同叶绿体的结构与功能相适应的观点，并能理解光合作用的场所在叶绿体中。(生命观念) 2.通过分析比较光反应和暗反应中物质和能量的变化，理解二者之间的关系，进而掌握光合作用的过程，并能形成光合作用通过合成有机物，储存能量的物质和能量观。(生命观念 科学思维) 3.学会使用简单的实验器具，提取和分离叶绿体中的色素，探究影响光合作用的环境因素，并记录实验结果。(科学探究) 4.通过对影响光合作用环境因素在农业生产中的应用的学习，增强关注社会生产生活的意识。(社会责任)
考点一 捕获光能的色素和结构
1．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
2.叶绿体的结构及其中的色素
(1)叶绿体的结构
①结构模式图
②功能：进行光合作用的场所。
(2)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叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
【拾遗补缺】 (1)源于必修1 P99“学科交叉”和图5－12：光是一种电磁波。可见光的波长范围大约是400～760 nm。一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。
(2)源于必修1 P97“问题探讨”：生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？
提示 无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯。
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分( )
(2)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快( )
(3)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光( )
(4)植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)×
实验出现异常现象的原因分析
(1)滤纸条上色素带颜色过浅的原因分析
①未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出来。
②使用放置数天的绿叶或绿叶用量少，滤液中的色素(叶绿素)含量太少。
③一次加入的无水乙醇过多，导致提取液浓度太低。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
⑤画滤液细线次数过少。
⑥选用的绿叶叶脉过多，叶肉细胞过少。
(2)滤纸条色素带重叠：滤纸条未经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
[典例剖析]
(2022·成都高三模拟)通常情况下，蓝细菌依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用。研究发现某些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。下列有关叙述正确的是( )
A．培养蓝细菌研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源
B．叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上
C．叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝细菌对环境的适应
D．在正常光照条件下，蓝细菌会同时吸收可见光和红外光进行光合作用
C [蓝细菌是自养生物，不从外界吸收葡萄糖，培养蓝细菌研究光合作用时，不需提供葡萄糖作为碳源，A错误；蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，B错误；某些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝细菌对环境的适应，C正确；在正常光照条件下，蓝细菌光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用，不能吸收红外光进行光合作用，D错误。]
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：蓝细菌
信息2：近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动
信息3：叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用
信息转化 1.蓝细菌是原核生物，无叶绿体
2.叶绿素种类决定利用的光质种类
3.叶绿素f能利用红外光进行光合作用
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：抽象与概括能力
【角度转换】 提升语言表达能力
绿色植物和蓝细菌所含色素的种类相同吗？不相同。绿色植物主要含叶绿素和类胡萝卜素，而蓝细菌主要含叶绿素和藻蓝素。
考向一 实验的基本原理和过程分析
1．(2023·辽宁名校联盟高三联考)某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验中，出现了如图所示的结果，出现该结果最可能的原因是( )
A．取材时选用的是萎蔫的绿叶
B．研磨时没有加入碳酸钙
C．画滤液细线时没有重复画一到两次
D．层析时滤液细线触及层析液
B [取材时选用的是萎蔫的绿叶不影响各色素含量的相对值，A错误；研磨时没有加入碳酸钙，会导致叶绿素被破坏，而出现图示情况，B正确；画滤液细线时没有重复画一到两次，不影响各色素含量的相对值，C错误；层析时滤液细线触及层析液会导致滤纸条上无色素带出现，D错误。]
2．(2022·重庆高三检测)为了探究各因素对菠菜叶绿体色素提取实验的影响，某研究小组进行了如下表所示实验：
组别 SiO2 CaCO3 过滤材料 实验总时间
甲组 较少 适量 纱布 10 min
乙组 适量 较少 纱布 10 min
丙组 适量 适量 滤纸 10 min
丁组 适量 适量 纱布 60 min
戊组 适量 适量 纱布 10 min
用纸层析法分离色素，与戊组对比，下列对甲～丁组实验结果的分析，不合理的是( )
A．甲组滤纸条上的各种色素条带都较窄
B．乙组滤纸条上呈绿色的条带窄一些，呈黄色的条带差异不大
C．丙组滤纸条上各种色素条带的颜色明显深一些
D．丁组滤纸条上各种色素条带的颜色浅一些
C [SiO2有助于研磨细胞，甲组加入的较少，各色素含量都降低，A正确；CaCO3可以保护叶绿素不被酸性物质破坏，类胡萝卜素较稳定，B正确；丙组用滤纸过滤，色素会大量吸附在滤纸上，各色素条带颜色都应该变浅，C错误；操作时间过长，色素易分解，D正确。]
考向二 色素的种类和功能
3．(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型(表型)相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如下表。下列有关叙述正确的是( )
植株类型 叶绿素a 叶绿素b 类胡萝卜素 叶绿素/类胡萝卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突变体1 512 75 370 1.59
突变体2 115 20 379 0.36
A．两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C．两种突变体光合色素的含量差异，是由不同基因的突变所导致的
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
D [两种突变体属于同一物种，二者的存在没有增加物种的种类，但是增加了基因的类型，因此增加了基因多样性，A错误；从色素含量上看，突变体2的叶绿素含量低于突变体1，类胡萝卜素的含量差异不大，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此突变体2比突变体1吸收红光的能力差，B错误；虽然两种突变体的类胡萝卜素含量基本相同，叶绿素含量有差异，但光合色素含量均低于野生型，且两种突变体的表现型(表型)相似，因此二者可能是由相同基因的突变所导致的，C错误；两种突变体中叶绿素与类胡萝卜素的比值下降，叶片变黄，D正确。]
4．(2022·石家庄高三模拟)某科研小组对不同光照强度条件下生长的柑橘进行研究，如下表为实验结果，下列相关叙述正确的是( )
光照强度 叶色 平均叶面积/(cm2) 气孔密度(个·mm－2) 净光合速率/(μmol CO2·m－2·s－1)
强 浅绿 13.6(100%) 826(100%) 4.33(100%)
中 绿 20.3(149%) 768(93%) 4.17(96%)
弱 深绿 28.4(209%) 752(91%) 3.87(89%)
(注：括号内的百分数以强光照的数据作为参考)
A．一定范围内，柑橘植株的有机物积累速率会随着光照强度的升高而增大
B．对强光下生长的柑橘突然遮光，短时间内叶片中C5的含量增多
C．一定范围内，随着光照强度的增大，气孔密度减少以免植株过度失水
D．在弱光下，叶片只能通过增加叶面积吸收更多光能以适应弱光环境
A [净光合速率可用有机物的积累速率来表示，由上表可知，一定范围内，柑橘植株净光合速率会随着光照强度的升高而增大，A正确；对强光下生长的柑橘植株突然遮光，光反应阶段减弱，C3还原产生C5的速率减慢，C5的消耗速率不变，所以短时间内叶片中C5的含量减少，B错误；分析题表可知，一定范围内，随着光照强度的增大，气孔密度增加以吸收更多的CO2进行光合作用，C错误；表中信息显示，在弱光下，叶片可通过增加叶绿素含量和叶面积来吸收更多的光能，以适应弱光环境，D错误。]
考点二 光合作用的过程
1．探索光合作用原理的部分实验
时间/发现者 内容
19世纪末 科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C和O被分开，O2被释放，C与H2O结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
1928年 科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化成糖
1937年希尔(英国) 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂(悬浮液中有H2O，没有CO2)，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门 (美国) 用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
1954年阿尔农(美国) 在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
2.光合作用过程
(1)光反应阶段
①条件：有光。
②场所：类囊体薄膜。
③物质变化
a．将H2O分解为氧和H＋，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH。
b．使ADP和Pi反应形成ATP。
④能量变化
将光能转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。
(2)暗反应阶段
①条件：有没有光都能进行。
②场所：叶绿体基质。
③过程(卡尔文循环)
a．CO2的固定：C5＋CO22C3。
b．C3的还原：2C3(CH2O)＋C5。
④能量变化：NADPH、ATP中活跃的化学能变为有机物中稳定的化合能。
【拾遗补缺】 源于必修1 P104“相关信息”：C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP)。
3．反应式
(1)产物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)产物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。
(3)元素的转移途径
①H：3H2ONADPH(C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：HO18O2；C18O2C3(CHO)。
【拾遗补缺】 (1)源于必修1 P104“相关信息”：光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
(2)源于必修1 P106“小字部分”：光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 光能 无机物氧化释放的能量
代表生物 绿色植物 硝化细菌
相同点 都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
(1)在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中( )
(2)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应( )
(3)光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜( )
(4)光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量( )
(5)14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
1．光反应和暗反应的比较
项目 光反应 暗反应
条件 光、色素、酶 ATP、NADPH、CO2、多种酶
场所 类囊体薄膜 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、ATP的水解
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 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”
(2)“模型法”
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。
(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。
[典例剖析]
(2022·德州高三检测)如图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中，图中实线为电子的传递过程，虚线为H＋的运输过程，ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成②。请回答下列问题：
(1)分析图中电子传递的整个过程可知，可以丢失电子的物质是____________，最终接受电子的物质为______________________。
(2)光反应产生的O2去向是________________________________。图中用于暗反应的物质是_________________________。叶绿体产生的O2进入线粒体至少穿过_________________层膜结构。
(3)合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H＋浓度差，图中使膜两侧H＋浓度差增加的过程有________________________________________________________________________。
(4)研究发现，叶绿素中含有镁元素，PSⅠ中含铁元素，PC中含铜元素，PSⅡ中含锰元素，由此推测，通过______________可防止光合作用的效率降低。
答案 (1)水(H2O) NADP＋ (2)被细胞呼吸消耗或被植物释放出体外 ATP、NADPH 5 (3)水光解产生H＋，H＋在膜外与NADP＋结合形成NADPH，PQ在传递电子的同时能将H＋运输到类囊体腔中 (4)为植物提供充足的各种矿物质元素(无机盐)
解析 (1)根据图中所示，水光解后产生O2、H＋和电子，故水可以丢失电子(最初提供电子的物质)；水光解后电子将传递给NADP＋被H＋还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP＋。
(2)光反应产生的O2被有氧呼吸利用或被植物释放到大气中；光反应产生的NADPH和ATP可用于暗反应中C3的还原，故图中用于暗反应的物质是ATP和NADPH；叶绿体和线粒体都具有双层膜结构，因此叶绿体产生的O2至少需穿过1层类囊体薄膜＋2层叶绿体膜＋2层线粒体膜＝5层生物膜才能进入线粒体中被利用。
(3)图中水光解产生H＋，使类囊体腔内H＋浓度升高，H＋顺浓度梯度运输到叶绿体基质中，而H＋在叶绿体基质中与NADP＋结合形成NADPH使叶绿体基质中H＋浓度降低，同时还可以通过PQ运回到类囊体腔内，这样就保持了膜两侧的H＋浓度差。
(4)光合作用的重要物质中含有镁元素、铁元素、铜元素、锰元素，若这些元素含量降低，则会使光合速率降低，故应该保持这些矿质元素的含量稳定，以防止光合作用的效率降低。
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：实线为电子的传递过程
信息2：进行H＋顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成
信息转化 1.光反应过程中，电子传递的过程
2.类囊体薄膜两侧的H＋浓度差的产生原因和ATP的合成
素养考查 生命观念：结构与功能观 科学思维：分析与综合能力
【角度转换】 提升语言表达能力
(1)光反应需要光和色素的共同参与，光能被色素分子吸收后，能量的去向有：转变为热能被释放；以光能的形式(荧光或磷光)释放；迅速向邻近的其他色素分子传递；传递到光反应中心，推动光反应的进行。
(2)光反应过程中，类囊体内外H＋浓度差的来源是：水的光解(场所为类囊体腔内)后释放的H＋。
考向一 光合作用过程的综合考查
5．(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是( )
A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜
B．NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C．产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D．电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
A [水光解产生O2的场所是叶绿体类囊体膜的内侧，若该O2被有氧呼吸利用，至少需要穿过一层类囊体膜，叶绿体的内膜和外膜，线粒体的外膜和内膜，共5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。]
6．(2022·大连高三模拟)研究人员从菠菜中分离出类囊体，将其与酶等16种物质一起用双层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析错误的是( )
A．类囊体产生的ATP和NADPH参与CO2固定与还原
B．加入的16种物质中应包含ADP和NADP＋等物质
C．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
D．该反应体系实现了光能到化学能的转化
A [类囊体产生的ATP和NADPH参与C3的还原，CO2的固定不需要ATP和NADPH参与，A错误；构建的人工光合作用反应体系，在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，故需要加入的物质应包含ADP和NADP＋等，B正确；乙醇酸是暗反应阶段产生的，进行暗反应的场所是叶绿体基质，因此产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，C正确；光照条件下合成有机物实现了光能到化学能的转化，D正确。]
考向二 不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析
7．(2022·海南学业诊断高三联考)光合作用的卡尔文循环可分为羧化、还原和再生3个阶段，如下图所示。下列有关说法错误的是( )
A．RuBP是一种五碳化合物
B．图中羧化表示CO2的固定过程
C．CO2浓度突然降低，PGA/RuBP的值减小
D．卡尔文循环的3个阶段均直接受光反应影响
D [在羧化阶段，RuBP与CO2结合，而光合作用过程中二氧化碳与五碳化合物结合生成三碳化合物，故RuBP为一种五碳化合物，A正确；在羧化阶段，RuBP与CO2结合，表示CO2的固定过程，B正确；当CO2浓度突然降低，二氧化碳的固定过程受阻，RuBP的量会增加，PGA的量会减少，故PGA/RuBP的值减小，C正确；光反应产生的NADPH和ATP应用于暗反应，即卡尔文循环中的还原和再生2个阶段受光反应的影响，而羧化不受光反应的影响，D错误。]
8．(2021·辽宁卷，22)早期地球大气中的O2浓度很低，大约到了3.5亿年前，大气中的O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约为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。据此回答下列问题：
(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HCO两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有下图1所示的无机碳浓缩过程。图中HCO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，部分过程见下图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可将HCO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________(多选)。
A．改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO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的固定能力
D．将CO2浓缩机制的相关基因转入不具备此机制的植物
答案 (1)三碳化合物 叶绿体基质
(2)叶绿体 呼吸作用和光合作用
(3)①高于 ②NADPH和ATP 吸能反应 ③同位素标记
(4)ACD
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)图中HCO的运输为消耗ATP的主动运输，主动运输为逆浓度梯度的运输，HCO的运输方向为细胞外→细胞质基质→叶绿体，故叶绿体中HCO浓度最高。图中消耗ATP的过程有主动运输和暗反应(卡尔文循环)，前者需要的ATP主要由细胞呼吸提供，后者需要的ATP一般由光反应提供。
(3)①在叶肉细胞叶绿体中，PEPC催化PEP与HCO反应生成OAA，OAA经过一系列的变化生成Mal，Mal进入维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度，促进了CO2的固定，这说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。②光合作用中，光反应为暗反应提供NADPH和ATP。图中Pyr转变为PEP的过程消耗ATP，属于吸能反应。③利用放射性同位素标记法标记CO2中的C元素可以追踪CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所。
(4)改造植物的HCO转运蛋白基因，增强HCO的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A符合题意；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不符合题意；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符合题意；将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物中，可提高该植物暗反应所需的CO2的浓度，D符合题意。
考点三 光合作用的影响因素及应用
1．影响光合作用强度的内部因素及应用
(1)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，如下图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶的含量和活性
(3)叶面积指数(光合面积)
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NADPH和ATP增多，使暗反应中C3的还原加快，从而使光合作用产物增加。
(2)曲线解读
①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸。
②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2释放量逐渐减少。
③B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，此时的光照强度称为光补偿点。
④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。
⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为光饱和点。
(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。
3．CO2浓度
(1)原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3的形成。
(2)曲线解读
①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。
②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
③B点和B′点对应的CO2浓度都表示CO2饱和点。
(3)应用：在农业生产上可以通过通风，增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
4．温度
(1)原理：温度通过影响酶的活性影响光合作用，主要制约暗反应。
(2)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；晚上适当降低室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
5．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。
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。
(2)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
6．多因子变量对光合速率的影响
(1)曲线分析
P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着因子的不断加强，光合速率不断提高。
Q点：横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的主要因子，影响因素主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用所需酶的活性，提高光合速率，也可同时适当增加CO2浓度，进一步提高光合速率；当温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
(1)光照强度只影响光反应，不影响暗反应( )
(2)只要有光照，植物就能正常生长( )
(3)镁可以影响叶绿素的合成从而影响光反应( )
(4)水分能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内，从而影响光合作用( )
(5)整株植物处于光补偿点时，叶肉细胞的光合作用强度和呼吸作用强度相等( )
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)×
[典例剖析]
(2021·山东卷，21)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用强度(CO2μmol·m2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸强度(CO2μmol·m2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的____________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是_________________。
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填：“高”或“低”)，据表分析，原因是_____________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在__________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案 (1)基质 光照停止，产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多 (2)低 喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等 (3)100～300
解析 (1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、NADPH减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。
(2)根据表格可知，与对照组相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。
(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200 mg/L SoBS时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
【名师点拨】 掌握信息转化能力
信息提取 信息1：光呼吸
信息2：喷施不同浓度的光呼吸抑制剂 SoBS 溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度＋表格
信息转化 1.光呼吸会抑制暗反应，光呼吸会产生CO2
2.光合作用的强度随着SoBS浓度的增加出现先增加后下降的现象
素养考查 科学思维：比较与综合能力 科学探究：数据处理能力
【得分要点】 抓住长句表述得分点
(1)不能出现“光呼吸增强/变大”，“C5与O2结合增强/C5与CO2结合减弱”等强调能力、活性的词语，应答出“C5与O2结合(量)增加或变多，多，升高”等。
(2)不能只分析一个方面，必须两点都分析：①光合作用强度增强，光呼吸强度减弱；强调“增”“减”，两点必须有；②CO2固定量增加，CO2释放量减少；O2与C5结合量减少，CO2与C5结合量增加。每一组两点必须有；③SoBS抑制光呼吸(C5与O2的结合)，使光合作用增强(更多的CO2与C5结合)，每一组两点必须有；④光合作用的增加量大于光呼吸的减少量。
考向一 光合作用影响因素的综合考查
9．(2021·北京卷，3)将某种植物置于高温环境(HT)下生长一定时间后，测定HT植株和生长在正常温度(CT)下的植株在不同温度下的光合速率，结果如图。由图不能得出的结论是( )
A．两组植株的CO2吸收速率最大值接近
B．35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率相等
C．50 ℃时HT植株能积累有机物而CT植株不能
D．HT植株表现出对高温环境的适应性
B [由图可知，CT植株和HT植株的CO2吸收速率最大值基本一致，都接近于3 mmol·cm－2·s－1，A正确；CO2吸收速率代表净光合速率，而总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。由图可知35 ℃时两组植株的净光合速率相等，但呼吸速率未知，故35 ℃时两组植株的真正(总)光合速率无法比较，B错误；由图可知，50 ℃时HT植株的净光合速率大于零，说明能积累有机物，而CT植株的净光合速率不大于零，说明不能积累有机物，C正确；由图可知，在较高的温度下HT植株的净光合速率仍大于零，能积累有机物进行生长繁殖，体现了HT植株对高温环境较适应，D正确。]
10．某植物净光合速率的变化趋势如下图所示。
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、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；分析坐标图中曲线的走势可以看出，当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)由题图可知，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NADPH和ATP不足，暗反应受到限制，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，植物的净光合速率小于0，说明该植物此时呼吸作用产生的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，还应同时考虑光强这一因素的影响。
考向二 农业生产中的应用
11．(2021·辽宁卷，2)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是( )
A．可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B．应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C．合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D．适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
B [不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使其少分解有机物，合理控制昼夜温差有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用的速率，D正确。]
12．(2022·湖南卷，17)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μmol/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时。据此回答下列问题：
(1)在此条件下，该水稻种子________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是___________________________________________________。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻_______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_______________________(答出两点即可)。
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有____________________特性。
答案 (1)能 种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自于种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
(2)不能 光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花
(3)耐受酒精毒害
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自于种子胚乳中储存的有机物，因此在光照强度为2 μmol/(s·m2)，每天光照时长为14小时的条件下，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。
(2)将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μmol/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。
(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，此时种子获得的氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
考点四 探究光照强度对光合作用强度的影响
1．实验原理：叶片含有气体，上浮叶片下沉充满细胞间隙，叶片上浮。
2．实验装置分析
(1)自变量的设置：光照强度是自变量，通过调整台灯与烧杯之间的距离来调节光照强度的大小。
(2)中间盛水的玻璃柱的作用：吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响。
(3)因变量是光合作用强度，可通过观测单位时间内被抽去空气的小圆形叶片上浮的数量或者是浮起相同数量的叶片所用的时间长短来衡量光合作用的强弱。
1．实验结果的生理状态分析
(1)在黑暗情况下，植物叶片只进行细胞呼吸，吸收氧气，产生的二氧化碳较易溶于水，所以叶片沉在水底。细胞生理状态如图1：
(2)在弱光下，此时的光合作用小于或等于细胞呼吸，叶片中仍然没有足够的氧气，叶片仍然沉在水底。细胞生理状态如下图2和图3：
(3)在中、强光下，光合作用大于细胞呼吸，叶片中会有足够的氧气产生，从而充满了细胞间隙并释放到外界一部分，使叶片浮起来。细胞生理状态如图4：
2．“叶片上浮法”应用中的三点注意
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面认为只是光合作用产生了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长小圆形叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，小圆形叶片可以放入NaHCO3溶液中。
考向 光合作用影响因素的实验探究
13．(2022·广东卷，18)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。
回答下列问题：
(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量______________________________，原因可能是_________________________________________________________________。
(2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________________________，因而生长更快。
(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究：
实验材料：选择前期______________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。
实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以________为对照，并保证除____________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。
结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。
分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是________________________________________________________________________。
答案 (1)高 遮阴环境中，叶绿素的合成增加或分解减少
(2)有机物
(3)叶片数量 A组 遮阴比例 增加不同遮阴比例，探究提高作物产量的最适遮阴比例
解析 (1)分析图b可知C组叶片叶绿素含量高于A组，原因可能是遮阴环境中，叶绿素的合成增加或分解减少。
(2)B组玉米植株可能会积累更多的有机物，因而生长更快。
(3)应选择前期叶片数量一致，生长状态相似的某玉米品种幼苗。按图a所示的条件，则A组为对照，遮阴比例为自变量，其他环境条件为无关变量，应保持一致。如果提高玉米产量的结论成立，下一步应增加不同遮阴比例，探究提高作物产量的最适遮阴比例。
14．(2022·张家口三模)某兴趣小组设计了一个居家环境中对植物放氧能力进行测定的实验。
实验用植物：绿萝、仙人掌、虎皮兰、万年青、马齿苋。
实验试剂：CO2缓冲溶液。
主要仪器：温度计，照度计、光照强度可调的LED灯。
实验装置；采用网购透明塑料桶，并将盛有CO2缓冲溶液的培养皿放入塑料桶中，在塑料桶盖上插入带刻度的毛细管，用一滴红墨水滴入毛细管内调整至0刻度处。
实验数据如下：
表1 25 ℃、不同光照强度(光强)下毛细管刻度
光强 绿萝 仙人掌 虎皮兰 万年青 马齿苋
3 klx 0.52 1.36 0.59 1.06 1.08
5 klx 0.91 2.15 1.13 1.92 1.81
7 klx 1.13 2.67 1.41 2.42 2.31
10 klx 1.12 3.11 1.53 2.78 2.61
15 klx 1.11 3.42 1.54 3.02 2.95
20 klx 1.12 3.67 1.56 3.33 3.26
25 klx 1.09 3.69 1.53 3.37 3.29
30 klx 1.07 3.67 1.52 3.35 3.27
表2 5 klx光照强度、不同温度下毛细管刻度
温度 绿萝 仙人掌 虎皮兰 万年青 马齿苋
10 ℃ 0.08 0 0 0 0
15 ℃ 0.62 0.05 0.12 0.92 0.73
20 ℃ 0.85 1.23 0.98 1.73 1.61
25 ℃ 0.91 2.15 1.13 1.92 1.81
30 ℃ 0.81 2.67 1.24 2.21 1.92
35 ℃ 0.54 2.71 1.18 1.73 1.74
据此回答问题：
(1)该实验的目的是_____________________________________________________。
(2)CO2缓冲溶液的作用是______________________________________。毛细管中液滴移动的距离代表______________。
(3)由表1可知，绿萝的光饱和点(植物达到最大光合速率时的最小光照强度)约为________，依据是________________________________________________________________________。
(4)由表2可知，在5 klx光照强度下，5种植物中最耐低温的是__________，此时欲对其净光合作用的最适温度进行更准确的测定，可以采取的实验设计思路为_________________________。
答案 (1)探究光照强度和温度对不同植物光合作用的影响
(2)维持实验环境中CO2浓度的恒定 O2的释放量
(3)7 klx 在一定范围内，绿萝放氧能力随光照强度增加而增加，当光照强度增加到7 klx时，植物放氧能力不再增强
(4)绿萝 在20 ℃～30 ℃之间设置更加精细的温度梯度，在5 klx光照强度下，重复实验，记录毛细管刻度，刻度显示最大时对应的温度即为较准确的最适温度
解析 (1)由表1和表2展示的实验结果可知，该实验探究了温度和光照强度这两个环境因素对几种常见家居绿植光合作用的影响。
(2)在CO2不足时，CO2缓冲溶液可提供CO2用于光合作用，当CO2含量升高时，CO2缓冲溶液可吸收CO2，因此本实验中用CO2缓冲溶液来维持实验环境中CO2浓度的恒定，从而使得装置中只有光合作用释放的O2能引起气压变化，并通过毛细管刻度定量的反映出来。
(3)光饱和点是指达到最大光合作用强度所需要的最小光照强度。由表1知，在一定光照强度范围内，绿萝的放氧能力随光照强度增加而增加，当光照强度增加到7 klx时，植物放氧能力不再增强，故绿萝的光饱和点约为7 klx。
(4)10 ℃时虎皮兰、万年青、马齿苋、仙人掌无法测出数据，说明在该温度条件下，它们的光合作用均非常微弱，而绿萝依然拥有放氧能力，说明绿萝相对耐低温。欲对其净光合作用的最适温度进行更准确的测定，可以采取的实验设计思路为在20 ℃～30 ℃之间设置更加精细的温度梯度，在5 klx光照强度下，重复表2中的实验，记录毛细管刻度，刻度显示最大时对应的温度即为较准确的最适温度。
(九)光合作用过程中CO2的固定途径
1．CO2固定的3种途径
不同的植物，暗反应的过程不一样，而且叶片的解剖结构也不相同。这是植物对环境适应的结果。3种类型是因CO2的固定这一过程的不同而划分的。
(1)C3途径：C3途径是碳同化的基本途径，也称为卡尔文循环，可合成糖类、淀粉等多种有机物。C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成光合产物等。
通过C3途径固定CO2的植物称为C3植物，C3类植物属于高光呼吸植物类型，光合速率较低，其种类多，分布广，多生长于暖湿条件下，如大多数树木、粮食类植物、烟草等。
(2)C4途径：通过C4途径固定CO2的植物称为C4植物，它们主要是那些生活在干旱热带地区的植物。在这种环境中，植物若长时间开放气孔吸收CO2，会导致水分通过蒸腾作用过快散失。所以，植物只能短时间开放气孔，CO2的摄入量必然少。植物必须利用这少量的CO2进行光合作用，合成自身生长所需的物质。
C4植物两次固定是在空间上分开：在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。
(3)CAM途径(景天科酸代谢)：CAM途径指生长在热带或亚热带干旱及半干旱地区的一些肉质植物所具有的一种光合固定CO2的附加途径。具有这种途径的植物称为CAM植物。该途径的特点是：CAM植物气孔只有晚上开放，将CO2生成苹果酸等进行固定，白天气孔关闭，苹果酸等则由液泡转入叶绿体中释放CO2，再通过卡尔文循环转变成糖。这是植物对干旱环境的适应。
CAM植物两次固定是在时间上分开：在晚上固定CO2，在白天同化CO2。
2．光呼吸
光呼吸是所有进行光合作用的细胞在光照和高氧低CO2情况下发生的一个生化过程。它是光合作用损耗能量的一个副反应。在黑暗条件下，呼吸过程能不断转换形成ATP，并把自由能释放出来，以供根系的吸收功能、有机物质的合成与运转功能以及各种物质代谢反应等功能的需要，从而促进生命活动的顺利进行。绿色植物在照光条件下的呼吸方式特点是呼吸基质在被分解转化的过程中虽也放出CO2，但不能产生ATP，从而使光合产物被白白地耗费掉。所以光呼吸越强，光合生产率相对越低。
光呼吸不是一个纯粹消耗能量的过程，其功能是：①在光呼吸时细胞线粒体中进行甘氨酸转变为丝氨酸反应时能形成ATP；②光呼吸可以将光合作用的副产品磷酸乙醇酸和乙醇酸转变为碳水化合物；③在水分亏缺及高光照条件下，叶片气孔关闭，光呼吸释放的CO2能被再固定，可保护光合作用的反应中心，以免被强光所破坏。
光合作用与光呼吸的关系
[对点训练]
1．(多选)(2023·临沂高三检测)光呼吸普遍存在于C3植物和C4植物中，图1、图2分别为C3植物和C4植物的部分代谢过程。光呼吸是在光驱动下将糖类氧化生成CO2和H2O的生化过程(见图1)，在正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%，“光呼吸代谢工程”是提高植物光合效率的一个关键突破口。下列说法正确的是( )
A．C4植物的光呼吸过程发生在叶肉细胞和维管束鞘细胞中
B．C3植物细胞中CO2浓度倍增，会使光合产物增加、光呼吸减弱
C．C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力高于RuBP羧化酶
D．通过分析可推测，C4植物的光呼吸比C3植物小
BCD [C4植物的光呼吸过程发生在维管束鞘细胞中，A错误；C3植物细胞中CO2浓度倍增，意味着氧气浓度下降，因而会使光合产物增加、光呼吸减弱，B正确；C4植物中PEP羧化酶对CO2的亲和力高于RuBP羧化酶，因而C4植物能利用较低浓度的二氧化碳，C正确；C4植物体内存在聚集二氧化碳的机制，因而C4植物比C3植物固定二氧化碳能力强，且一般不会因为二氧化碳浓度降低启动光呼吸，因此C4植物的光呼吸比C3植物小，D正确。]
2．(2023·徐州高三检测)有研究表明，水中CO2浓度降低能诱导轮叶黑藻(一种沉水植物)光合途径由C3途径向C4途径转变，而且两条途径在同一细胞中进行。下图是轮叶黑藻细胞光合作用相关过程示意图。请据图回答问题：
(1)CO2转变为HCO过程中，生成的H＋以__________的方式运出细胞。催化过程①和过程④中CO2固定的两种酶(PEPC、Rubisco)中，与CO2亲和力较高的是__________。
(2)过程②消耗的NADPH主要来源于结构A中进行的__________过程，完成该过程需要__________________等条件。
(3)过程③发生的场所是__________，细胞中丙酮酸产生的场所还可能有______________。丙酮酸分子可在__________中被彻底分解。
(4)为证明低浓度CO2能诱导轮叶黑藻光合途径的转变，研究人员开展相关实验，请完成下表(提示：实验中利用pH stat法测定黑藻净光合速率；用缓冲液提取光合酶)。
实验步骤的目的 主要实验步骤
制作生态缸 取20只玻璃缸，在缸底铺经处理的底泥并注入适量池水；每只缸中各移栽3株生长健壮、长势基本一致的轮叶黑藻，驯化培养10 d。
设置对照实验 ①__________________________________________________
控制无关变量 两组生态缸均置于②__________________________等条件下培养14 d；每天定时利用pH stat法测定黑藻净光合速率。
制备酶粗提液 取等量的两组黑藻叶片，利用液氮冷冻处理后迅速研磨；再加入适量冷的缓冲液继续研磨，离心取③________。
测定酶活性 利用合适方法测定两组酶粗提液中PEPC的活性，并比较。
预期实验结果 ④__________________________________________________。
答案 (1)主动运输 PEPC (2)光反应 光、光合色素、酶 (3)叶绿体基质 细胞质基质 线粒体基质 (4)将20只生态缸随机均分为两组；一组密闭，另一组通入适量CO2 适宜温度和光照 上清液 实验组黑藻净光合速率和PEPC的活性明显高于对照组
解析 (1)根据图示，质子H＋转运需要相应转运蛋白参与并消耗ATP，属于主动运输；根据题干信息“水中CO2浓度降低，能诱导其光合途径由C3型向C4型转变”，说明C4循环中PEPC与CO2的亲和力高于C3循环中的Rubisco。
(2)图示结构A为叶绿体类囊体薄膜，是光反应场所，光反应过程需要光照、叶绿素等光合色素、酶等条件，光反应产生ATP、NADPH、O2。
(3)根据图示过程③在叶绿体基质中完成，细胞中的丙酮酸还可以由葡萄糖在细胞质基质中分解产生，丙酮酸在线粒体基质被彻底氧化分解形成CO2。
(4)根据实验目的“证明低浓度CO2能诱导黑藻光合途径转变”，确定实验自变量是黑藻培养的CO2浓度，因变量为净光合速率，因此设置的对照实验为：将20只生态缸随机均分为两组；一组密闭，另一组通入适量CO2，温度和光照等为本实验的无关变量，为排除无关变量的影响，两组生态缸均置于适宜温度和光照等条件下培养14 d；制备酶粗提液步骤中，叶片研磨并离心后，酶存在上清液中，因此应该取上清液。根据题干信息“水中CO2浓度降低能诱导轮叶黑藻(一种沉水植物)光合途径由C3途径向C4途径转变”，因此预期实验结果是实验组黑藻因低浓度CO2诱导，PEPC活性和净光合速率(C4循环)明显大于对照组。
1．(多选)(2022·湖南卷，13)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
AD [夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱，A正确；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶不受影响(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量，B错误；光合色素分布在叶绿体的类囊体薄膜而非叶绿体内膜上，C错误；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱，D正确。]
2．(2022·海南卷，3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如下图。下列有关叙述正确的是( )
A．本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量
B．叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率
C．四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中的叶圆片光合速率最高
D．若在4 ℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短
B [由实验目的可知，温度和光照均为无关变量，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片上浮主要是因为其进行光合作用释放了氧气，且光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需的时间越短，B正确；四组实验中，0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮时间最长，说明其光合速率最小，C错误；实验是在适宜温度条件下进行的，若降低温度，光合速率减慢，叶圆片上浮所需时间延长，D错误。]
3．(2022·河北卷，19)某品种茶树叶片呈现阶段性白化：绿色的嫩叶在生长过程中逐渐转为乳白色，而后又恢复为绿色。白化期叶绿体内部结构解体(仅残留少量片层结构)。阶段性白化过程中相关生理指标检测结果如下图。据此回答下列问题：
(1)从叶片中分离叶绿体可采用____________________法。
(2)经检测，白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低，其原因是______________________________________(写出两点即可)。
(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少_______________________。
(4)叶片复绿过程中需合成大量直接参与光反应的蛋白质。其中部分蛋白质由存在于________中的基因编码，通过特定的机制完成跨膜运输：其余蛋白质由存在于________中的基因编码。
答案 (1)差速离心
(2)叶绿体内部结构解体；光合色素减少
(3)水分的散失
(4)细胞核 叶绿体
解析 (1)叶绿体属于细胞器，根据不同细胞器的密度不同，可用差速离心法从叶片中分离叶绿体。
(2)光合作用的光反应过程可产生NADPH和ATP，该过程需要叶绿体类囊体薄膜上叶绿素的参与，据题意可知，白化期叶绿体内部结构解体，叶绿体类囊体薄膜减少，且白化过程中叶绿素等光合色素减少，光反应减慢，故白化过程中叶绿体合成ATP和NADPH的数量显著降低。
(3)白化过程中气孔导度下降，既能够满足光合作用对CO2的需求，又有助于减少水分的散失，利于植物的生存。
(4)叶绿体属于半自主性细胞器，其中蛋白质的合成主要受到细胞核基因的编码，合成后经特定机制完成跨膜运输；其余蛋白质由存在于细胞质中(叶绿体)的基因编码。
4．(2022·山东卷，21)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，如下表所示，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，实验结果如下图所示。
分组 处理
甲 清水
乙 BR
丙 BR＋L
(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。
答案 (1)蓝紫色
(2)五碳化合物供应不足 CO2的浓度不足 强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强
(3)减弱 促进光反应关键蛋白的合成
解析 (1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，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)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2的含量、温度等；内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。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、CO2的浓度不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率增强，水光解产生氧气的速率增强。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
5．(2022·湖北卷，21)不同条件下植物的光合速率和光饱和点(在一定范围内，随着光照强度的增加，光合速率增大，达到最大光合速率时的光照强度称为光饱和点)不同。研究证实高浓度臭氧(O3)对植物的光合作用有影响。用某一高浓度O3连续处理甲、乙两种植物75天。在第55天、65天、75天分别测定植物净光合速率，结果如图1、图2和图3所示。
【注】 曲线1：甲对照组，曲线2：乙对照组，曲线3：甲实验组，曲线4：乙实验组。
回答下列问题：
(1)图1中，在高浓度O3处理期间，若适当提高环境中的CO2浓度，甲、乙植物的光饱和点会______________(填“减小”“不变”或“增大”)。
(2)与图3相比，图2中甲的实验组与对照组的净光合速率差异较小，表明_________________________________________________。
(3)从图3分析可得到两个结论：①O3处理75天后，甲、乙两种植物的_______________，表明长时间高浓度的O3对植物光合作用产生明显抑制；②长时间高浓度的O3对乙植物的影响大于甲植物，表明______________________________。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降。为确定基因A功能与植物对O3耐受力的关系，使乙植物中基因A过量表达，并用高浓度O3处理75天。若实验现象为____________________________________________________________，则说明基因A的功能与乙植物对O3耐受力无关。
答案 (1)增大
(2)随处理时间的延长，高浓度臭氧对甲植物光合作用的抑制作用增强
(3)净光合速率均明显减小 甲植物对O3的耐受力比乙植物对O3的耐受力强
(4)基因A过量表达并用高浓度O3处理75天的乙植物与直接用高浓度O3处理75天的乙植物在同等光照条件下，净光合速率相等
解析 (1)若适当提高环境中的CO2浓度，则甲、乙植物的暗反应会加强，需要的光反应产物增多，从而使植物所需的光照强度增大，故光饱和点增大。
(2)甲的对照组与实验组分别是曲线1和3，图3和图2相比可知，处理75天时甲的实验组与对照组的净光合速率的差异比处理65天时的大，说明随着处理时间的延长高浓度臭氧对甲植物光合作用的抑制作用增强。
(3)从图3分析，高浓度臭氧处理植物75天后，甲、乙两种植物的净光合速率均明显减小；相同光照强度下，甲植物实验组与对照组净光合速率差值比乙植物小，表明甲植物对O3的耐受力比乙植物强。
(4)实验发现，处理75天后甲、乙植物中的基因A表达量都下降，为确定基因A功能与植物对O3耐受力的关系，自变量是基因A功能，因此可以使乙植物中基因A过量表达，并用高浓度O3，处理75天，比较基因A过量表达与表达量下降时的净光合速率，若与乙组75天时的最大净光合速率基本相同，则说明基因A的功能与乙品种水稻对O3耐受力无关。
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