【高考生物一轮复习课件】 必修1 第5章 第4节 光合作用与能量转化(共124张PPT)

(共124张PPT)
必修一 分子与细胞
第5章　细胞的能量供应和利用
2025年高考一轮总复习
第4节　光合作用与能量转化
考点一 色素的吸收光谱和叶绿体的结构
1.叶绿体中色素的吸收光谱。
(1)分布：____________________。
叶绿体类囊体薄膜上
(2)功能：____________________________________________
______。
吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿
由图可以看出：
①叶绿体中的色素只吸收________，而对红外光和紫外光等
不吸收。②叶绿素对__________________的吸收量大，类胡萝卜
素对________的吸收量大。
可见光
红光和蓝紫光
蓝紫光
素 a)
(1)植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收
少，绿光被反射出来。
(2)植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。
(3)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。
2.叶绿体的结构与功能。
(1)叶绿体的结构
外膜
内膜
类囊体
基质
基粒
类囊体薄膜
叶绿体基质、基粒(或类囊体膜)
光合色素分布于________________上。光合作用的酶分布于
______________________________。
(2)叶绿体的功能：进行__________的场所。
(3)叶绿体中色素的功能：______________________光能。
光合作用
吸收、传递、转化
3.光合作用的部分探究历程。
叶绿体
叶
绿体
O2
水
ATP
CO2
影响叶绿素合成的三大因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗
中不能合成叶绿素，但能合成类胡萝卜素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影
响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
(3)必需元素：叶绿素中含 N、Mg 等必需元素，缺乏 N、
Mg 将导致叶绿素无法合成，叶变黄。另外，Fe 是叶绿素合成过
程中某些酶的辅助成分，缺 Fe 也将导致叶绿素合成受阻，叶变
黄。
考点二 光合作用的基本原理
1.概念。
叶绿体
二氧化碳和水
氧气
(1)光合作用是指绿色植物通过_____________，利用光能，将
______________转化成储存着能量的有机物，并且释放出_______
的过程。
(2)反应式：
__________________________________
2.光合作用过程。
项目 光反应 暗反应
条件 光、水 有光、无光都能进行；CO2
场所 _______________ _______________
物质
变化 ①水的光解：将H2O分解为
____________，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH
②ATP的合成：使ADP和Pi反应形成________
①CO2的固定：______________
②_____________：
2C3　　　　　　　　 (CH2O)＋C5
③ATP和NADPH分解
O2和H＋
类囊体薄膜
叶绿体基质
ATP
C5＋CO2
2C3
C3 的还原
项目 光反应 暗反应
能量
变化 将光能转化为储存在_______
________中的化学能 NADPH 和 ATP 中活跃的化学
能变为___________________
联系 ①物质联系：光反应为暗反应提供_____________，用于暗
反应C3的还原；暗反应为光反应提供__________________(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能量联系：光反应为暗反应提供了_____________，暗反
应将活跃的化学能转化为________中稳定的化学能
(续表)
NADPH
和 ATP
有机物中稳定化学能
NADPH和ATP
NADP＋、ADP和Pi
活跃的化学能
有机物
(续表)
14C3
18O2
NADPH
(C3H2O)
C3
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。
比较项目 光合作用 化能合成作用
区
别 能量来源 _______ _________氧化释放的能量
代表生物 绿色植物 ___________
相同点 都能将_____________等无机物合成有机物
光能
无机物
硝化细菌
CO2和H2O
3.光合作用和化能合成作用的比较。
4.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”。
图 1
图 3
图 2
图 4
注：C3 的起始值高于 C5，约是其 2 倍。
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。
考点三 影响光合速率的因素及应用
1.光照强度。
光
加快
NADPH 和 ATP
(1)原理：光照强度通过影响植物的_____反应进而影响光合速
率。光照强度增加，光反应速度_______，产生的______________
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)曲线解读。
细胞呼吸
等于
光补偿
①A 点：光照强度为 0，只进行__________。
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______细胞呼吸强度，此时的光照强度称为_________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
________点。
光饱和
光照强度
(3)应用：①温室生产中，适当增强____________，以提高光
合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳
生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。
2.CO2 浓度。
暗
C3
(1)原理：CO2 影响________反应阶段，制约________的形成。
图 1
图 2
(2)曲线解读。
①图 1 中 A 点表示_________点，即光合速率等于呼吸速率
时的 CO2 浓度。
CO2 补偿
CO2 饱和
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_________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。
3.温度。
(1)原理：温度通过影响_________影响光合作用。
(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______室内温度，以降低细胞呼吸速率，
保证植物有机物的积累。
酶的活性
降低
4.水分和矿质元素。
下降
气孔
叶绿素
(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_______。另外，水分还能影响
_______的开闭，间接影响 CO2 进入植物体内。
②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光
合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响________的合成从
而影响光反应。
(2)曲线(如下图所示)。
(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和
施肥。
考点四 光合作用与细胞呼吸的综合应用
1.光合作用与细胞呼吸过程及物质和能量的联系。
序号 ① ② ③ ④ ⑤
生理
过程 ________ 暗反应 有氧呼吸第
一个阶段 有氧呼吸第
二个阶段 有氧呼吸第
三个阶段
场所 叶绿体类
囊体薄膜 __________ __________ 线粒体基质 __________
(1)物质名称。
ATP
C5
C3
光反应
叶绿体基质
b：O2；c：_________；d：ADP；e：NADPH；f：_______；
g：CO2；h：__________。
(2)生理过程及场所。
细胞质基质
线粒体内膜
____；
(3)物质和能量的联系。
丙酮酸
CO2
①光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向。
ⅰ.C：CO2
ⅱ.H：H2O
有机物
______
______；
光反应
(CH2O)
H2O
NADPH
[H]
______
ⅲ.O：H2O
____
____
CO2
有机物。
O2
H2O
暗反应
ATP和NADPH
热能
ATP
②光合作用与有氧呼吸中的能量转化。
项目 含义 表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)
O2 CO2 有机物
真正光
合速率 植物在光下实际合成有机物的速率 O2__________速率或叶绿体释放O2量　 CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量 有机物____
__________速率
净光合
速率 植物有机物的______速率 植物或叶片或叶肉细胞O2____速率 植物或叶片或叶肉细胞CO2____速率 有机物积累速率
呼吸
速率 单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率 ______中O2吸收速率 黑暗中CO2释放速率 有机物消耗速率　
2.真正光合作用和净光合作用的关系及其速率测定。
(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法。
产生(生成)
　　 　产生
(制造、生成)
积累
释放
吸收
黑暗
(2)曲线模型及分析。
①植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为
________速率(A 点)。
呼吸
②植物绿色组织在光照条件下光合作用与细胞呼吸同时进
行，测得的数据为________速率。
净光合
③真正光合速率＝________速率＋________速率。
呼吸
净光合
(3)光合速率的测定方法。
①“液滴移动法”。
ⅰ.测定呼吸速率：
a.装置烧杯中放入适宜浓度的 NaOH 溶液用于吸收 CO2。
b.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。
c.置于适宜温度环境中。
d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。
ⅱ.测定净光合速率：
a.装置内烧杯中放入适宜浓度的 CO2 缓冲液，用于保证容器
内CO2 浓度恒定，满足光合作用需求。
b.必须给予足够光照处理，且温度适宜。
c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。
②“黑白瓶法”——测瓶中某一气体的量。
黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白
瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶(无
光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)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。
③“称重法”。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细胞呼吸强度值，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，
以阻止有机物的运输。
④“叶圆片上浮法”——定性检测 O2 释放速率。
本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，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 在水中的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)，即能比较光合作用强度的大小。
【基础测评】
1.易错诊断
(1)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。(
)
(2)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。(
)
(3)光照强度由强变弱时，短时间内 C5 含量会升高。(
)
(4)弱光条件下植物没有 O2 的释放，说明未进行光合作用。
(
)
(5)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(
)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×
(5)×
2.(2023 年全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有
重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是(
)
A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫
光区有吸收峰
D.叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤
纸上扩散得越慢
答案：D
3.(2022 年河北石家庄三模)将正常生长的绿萝盆栽，由夏季中
午炎热环境转移到温度适宜但光照强度相同的环境中培养，短时
)
间内叶绿体会发生的变化是(
A.H2O 在光下分解速率减弱
B.卡尔文循环减弱
C.ADP/ATP 的比值下降
D.C3/C5 的比值上升
答案：D
4.(2023 年湖北高考)高温是制约世界粮食安全的因素之一，
高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高 1 ℃，
水稻、小麦等作物减产约 3%～8%。关于高温下作物减产的原因，
下列叙述错误的是(
)
A.呼吸作用变强，消耗大量养分
B.光合作用强度减弱，有机物合成减少
C.蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫
D.叶绿素降解，光反应生成的 NADH 和 ATP 减少
答案：D
考向 1 对光合作用探究实验的分析
[典例 1](2020 年天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体，
将其与 16 种酶等物质一起用单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
正确的是(
)
A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B.该反应体系不断消耗的物质仅是 CO2
C.类囊体产生的 ATP 和 O2 参与 CO2 固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
解析：题干信息“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”说明，乙醇酸是在暗反
应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A 正确。该反应体系
既能在类囊体上进行光反应，又能利用 16 种酶等物质进行暗反应，
因此该反应体系不断消耗的物质有 CO2、H2O 等，B 错误。类囊
体上进行的光反应为暗反应中 C3 的还原提供了 NADPH 和 ATP，
光反应产生的 O2 不参与暗反应，C 错误。该反应体系中有类囊体，
在光照条件下还可实现连续的 CO2 固定与还原，说明该反应体系
中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D 错误。
答案：A
【考向集训】
1.(2023 年广东部分名校开学考试)下列有关光合作用探索历
程的说法，错误的是(
)
A.恩格尔曼通过水绵实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合
作用放氧
B.希尔离体叶绿体实验说明水的光解和糖的合成密切联系
C.鲁宾和卡门证明光合作用的产物氧气中的氧全部来自水
D.卡尔文利用 14C 标记 CO2 发现了暗反应中碳的转移途径
解析：德国科学家恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装
片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发
现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光
下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位，证明了叶绿体能吸收
光能用于光合作用放氧，A 正确。希尔离体叶绿体实验结果是发
现水的光解，说明水的光解可单独进行，该实验未进行暗反应有
关的探索，也不能说明光反应和暗反应之间的联系，B 错误。
鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的 O2 来自水，
设立了一组对照实验，H O 和CO2、H2O 和C18O2，证明了光合
作用释放的 O2 来自水，C 正确。20 世纪 40 年代，美国科学家卡
尔文用经过 14C 标记的 14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪
放射性 14C 的去向，最终发现了暗反应中碳的转移途径，D 正确。
答案：B
实验组别 ① ② ③ ④
实验材料 小球藻
悬浮液 叶绿体
悬浮液 叶绿体
悬浮液 叶绿体
悬浮液
提供的物质 H2O、CO2 H2O、CO2 H2O H2O、草酸铁
是否产生O2 是 是 否 是
2.(2023 年云南昆明模拟)研究者利用密闭的装置在适宜的光
照、温度和 pH 等条件下，进行了如下实验(初始悬浮液中无 CO2，
草酸铁是一种氧化剂)。下列相关叙述错误的是(
)
A.③组不产生 O2 可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂
B.④组与②组对照，说明叶绿体产生 O2 不一定需要 CO2
C.①组与②组对照，说明小球藻光合作用产生 O2 的场所是叶
绿体
D.②组与③组对照，说明叶绿体产生的 O2 来源于 CO2
解析：比较③④组，③组不含有氧化剂——草酸铁，无 CO2
的产生，可推测③组不产生 O2 可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂，
A 正确。④组与②组对照，区别为 CO2 和草酸铁，④组无 CO2，
说明叶绿体产生 O2 不一定需要 CO2，B 正确。①组与②组对照，
①组的实验材料为小球藻悬浮液，②组的实验材料为叶绿体悬浮
液，两组均进行光合作用，有 O2 的产生，说明小球藻光合作用产
生 O2 的场所是叶绿体，C 正确。②组与③组对照，③组无 CO2，
没有进行光合作用产生 O2，说明叶绿体进行光合作用产生 O2 的条
件必须含有 CO2，不能说明叶绿体产生的 O2 来源于 CO2，D 错误。
答案：D
考向 2 光合作用的过程
[典例 2](2023 年广东深圳二模)植物消耗氧气，将 RuBP(C5)
转化成二氧化碳的过程称作光呼吸。RuBP 羧化酶/氧化酶(Rubisco)
不仅能催化 CO2 与 RuBP 进行羧化反应，还能催化氧气与 RuBP
的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。
(1)Rubisco 催化 RuBP 的羧化反应发生在真核细胞的_____
_____(具体部位)，这一过程称作_________，反应形成的产物被
________还原为糖类。
(2)当 CO2/O2 比值_______(填“较高”或“较低”)时，更有
利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼
吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合
题干信息推测甲醇抑制光呼吸的机制是_____________________。
(3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效
率降低 20%～50%，根据 Rubisco 的特性，改良作物的措施有___
________________________________________________________
__________。(答出 2 点)
解析：(1)RuBP 羧化酶能催化 CO2 与 RuBP 进行羧化反应，
CO2 与 RuBP 反应过程被称为 CO2 的固定，发生在叶绿体基质中，
CO2 与 RuBP 反应的产物(C3)接受 ATP 和 NADPH 释放的能量，并
且被 NADPH 还原，转化为糖类。(2)当 CO2 的含量较高时，CO2
更容易与 RuBP 进行羧化反应，故当 CO2/O2 比值较高时，更有利
于植物进行羧化反应。甲醇可以抑制光呼吸，且植物细胞的光呼
吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，故可推测甲醇通过抑制乙醇酸
氧化酶的活性来抑制光呼吸。(3)为了降低植物的光呼吸作用，可
以改造 Rubisco 酶，使其具有更高的 CO2 亲合力和催化效率；改
进或者增加植物浓缩 CO2 机制，提升 Rubisco 附近的 CO2 浓度。
答案：(1)叶绿体基质 CO2 的固定 NADPH(还原型辅酶Ⅱ)
(2)较高 甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸
(3)改造 Rubisco 酶，使其具有更高的 CO2 亲合力和催化效率；
改进或者增加植物浓缩 CO2 机制，提升 Rubisco 附近的 CO2 浓度
【考向集训】
3.(2023 年广东河源开学考试)光合作用机理是作物高产的重
要理论基础，中国木薯主要种植在广西、广东、海南和云南等地，
且多为贫瘠易旱的坡地，块根富含淀粉。是工业淀粉原料之一。
叶片光合产物的形成及输出是影响木薯品质的重要因素。如图为
木薯叶片光合作用示意图，酶 a 为暗反应的关键酶，酶 b 为催化
光合产物向淀粉或蔗糖转化的关键酶，A～G代表物质。回答下列
问题。
(1)据图分析，物质 A 是________________，酶 a 催化的过程
是________________，酶 b 催化光合产物转化为淀粉和蔗糖的场
所分别是________________________。
(2)高温胁迫(40 ℃以上)主要影响木薯暗反应中酶 a 的活性，
推测在高温胁迫条件下，图中 E 的含量在短时间内的变化趋势是
________(填“上升”“下降”或“基本不变”)，原因是_______
________________________________________(从来源和去向两个
角度阐释)。
(3)温室效应导致全球气候变化日益加剧，环境胁迫对作物生
长、发育和产量形成的不利影响日益显著。研究表明，木薯对高
温胁迫和干旱胁迫比较敏感，在干旱、高温(40 ℃以上)的环境下
生长会受到抑制，请设计简要实验思路进行验证：____________
_______________________________________________________。
(4)种植木薯须进行人工植株调整，平衡营养生长和生殖生长。
研究表明，选择疏松的土壤种植木薯有利于其根系生长，主要原
因是________________________(答出一点)。
解析：(1)在光反应中会发生水的光解、ATP 和 NADPH 的合
成，因此推测物质 A 为水、B 为氧气。据图可以看出，酶 a 催化
的反应过程为 CO2 的固定。据图可知，酶 b 在叶绿体基质催化三
碳糖转化为淀粉，在细胞质基质催化三碳糖转化为蔗糖。(2)暗反
应主要进行二氧化碳的固定和 C3 的还原，因此图中的 F 为 C3，E
为 C5，高温胁迫(40 ℃以上)主要影响植物暗反应中酶 a 的活性，
故 CO2 固定反应减弱，C5 的消耗减少，C3 的还原在短期内仍在正
常进行，C5 生成速率短时间内不变，因此，导致 C5 的含量在短时
间内上升。(3)根据实验目的确定变量处理[正常环境、干旱胁迫、
高温胁迫(40 ℃以上)] 和因变量指标( 观察并记录木薯的生长状
况)。(4)选择疏松的土壤种植木薯有利于其根系生长，从两方面考
虑，一是土壤通气状况良好，根细胞能够进行有氧呼吸产生较多
能量，为矿质元素的吸收提供能量；二是避免植物根系进行无氧
呼吸而烂根。
答案：(1)水(H2O)　CO2 的固定　叶绿体基质和细胞质基质
(2)上升
物质 E 为 C5，高温胁迫下，CO2 固定减弱，C3 的还
原在短期内仍在正常进行，因此 C5 的含量在短时间内上升
(3)将生理状态相近的木薯幼苗平均分为甲、乙、丙、丁四组，
分别在正常环境、干旱胁迫、高温胁迫(40 ℃以上)、干旱和高温
胁迫下种植，其他条件相同且适宜，观察并记录木薯的生长状况
(4)疏松的土壤通气状况良好，根细胞能够进行有氧呼吸产生
较多能量，为矿质元素的吸收提供能量；疏松的土壤通气状况良
好，可以避免植物根系进行无氧呼吸而烂根
考向 3 影响光合作用的因素及应用
[典例 3](2022 年广东高考)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。
a
b
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_______________________________________________
________________________________________________________
________________。
解析：(1)分析题图 b 结果可知，培养10天后，A组叶绿素含
量为 4.2，C 组叶绿素含量为 4.7，原因可能是遮阴条件下植物合
成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。(2)比较图b中B1叶绿素
含量为 5.3，B2 组的叶绿素含量为 3.9，A 组叶绿素含量为 4.2；
B1 净光合速率为 20.5，B2 组的净光合速率为 7.0，A 组净光合速
率为11.8，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3＋3.9)÷2＝
4.6，净光合速率为(20.5＋7.0)÷2＝13.75，两项数据 B 组均高于A
组，推测 B 组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。
(3)分析题意可知，该实验目的是探究 B 组条件下是否提高作物产
量。该实验自变量为玉米遮光程度，因变量为作物产量，可用籽
粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原
则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：
选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗 90 株。
实验方法，按图 a 所示条件，分为 A、B、C 三组培养玉米幼苗，
每组 30 株；其中以 A 组为对照，并保证除遮光条件外其他环境条
件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计为比较
各组玉米的平均单株产量。分析讨论为如果 B 组遮光条件下能提
高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮
光比例是多少。
答案：(1)高　遮阴条件下植物合成较多的叶绿素
(2)糖类等有机物
(3)光照条件
A 组
遮光程度
探究能提高作物产量的具体
的最适遮光比例是多少
【考向集训】
4.(2023 年广东湛江三模)芒萁属蕨类植物，是酸性土壤指示植
物，对生态条件的考察具有重要意义。为研究森林植被退化和恢
复过程中的光照强度和土壤氮素含量变化对芒萁光合生理的影
响，科研人员设置遮阴与氮素双因素控制试验，分别测定净光合
速率、气孔导度、总叶绿素含量，实验结果如下图所示。请回答
下列问题。
图 1
图 2
图 3
注：NO(不施氮)、N1(低氮)、N2(中氮)、N3(高氮)
(1)测定不同条件处理对芒萁叶绿体内光合色素含量的影响，
需要提取和分离色素。在研磨芒萁叶片提取光合色素时，需要加
入 ________溶解色素。而纸层析法可分离各种光合色素，其原理
是______________________________________________________
_______________________________________________________。
(2)由实验结果可知，净光合速率最高的是________处理组。
测定芒萁叶片净光合速率时，可以使用仪器测定单位叶面积单位
时间的____________________________。
(3)已知芒萁是阴生植物，在高光条件下存在光抑制现象，若
不考虑呼吸作用的细微差别，请结合图 1 与图 2 推测，在没有施
氮干预的情况下，轻度遮阴时是否存在光抑制现象？__________。
判断依据是______________________________________________
_______________________________________________________。
(4)科研人员又进一步发现，遮阴程度与总叶绿素含量呈正相
关(图 3)，试分析其生理意义：_____________________________
_______________________________________________________。
解析：(1)色素易溶于有机溶剂，故在实验中常用无水乙醇溶
解色素；分离色素的方法是纸层析法，原理是各色素随层析液在
滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，溶解度大，扩散速度快，
溶解度小，扩散速度慢。(2)据图 1 可知，在轻度遮阴＋N2 处理条
件下净光合速率最高，即轻度遮阴和中氮条件下净光合速率最高；
净光合速率可用单位时间单位叶面积吸收的 CO2 量、单位时间单
位叶面积释放的氧气量或有机物的积累量表示，可使用仪器进行
测定。(3)比较图 1 和图 2 可知，在没有施氮干预(NO 处理)的情况
下，不同遮阴条件下净光合速率差别不大，且气孔导度在轻度遮
阴时最大，说明轻度遮阴时不存在光抑制现象。(4)叶绿素能够吸
收、利用光能，参与光反应过程，遮阴程度与总叶绿素含量呈正
相关的意义是可以吸收更多的光能，以适应光照不足的环境。
答案：(1)无水乙醇　不同色素在层析液中的溶解度不同
吸收的 CO2 量、释放的氧气量或有机物
(2)轻度遮阴和中氮
的积累量表示
(3)不存在
不同遮阴条件下净光合速率差别不大，且气孔导
度在轻度遮阴时最大
(4)以吸收更多的光能，以适应光照不足的环境
水稻材料 叶绿素/(mg·g-1) 类胡萝卜素/(mg·g-1) 类胡萝卜素/叶绿素
WT 4.08 0.63 0.15
ygl 1.73 0.47 0.27
考向 4 光合作用与呼吸作用的比较
[典例 4](2023 年广东高考)光合作用机理是作物高产的重要理
论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变
体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下 ygl 产量更高，
其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强
度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的 CO2 与呼吸
过程中释放的 CO2 等量时的光照强度。)
a
b
c
分析图表，回答下列问题。
(1)ygl 叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和____________，
叶片主要吸收可见光中的________________光。
(2)光照强度逐渐增加达到 2000 μmol ·m-2 ·s-1 时，ygl 的净光
合速率较 WT 更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加
而增加，比较两者的光饱和点，可得 ygl___________ (填“高于”
“低于”或“等于”) WT。ygl 有较高的光补偿点，可能的原因
是叶绿素含量较低和________________________。
(3)与 WT 相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多
的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体
____________________________，是其高产的原因之一。
(4)试分析在 0～50μmol· m-2 ·s-1 范围的低光照强度下，WT 和
ygl 净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲
线。在此基础上，分析图 a 和你绘制的曲线，比较高光照强度和
低光照强度条件下 WT 和 ygl 的净光合速率，提出一个科学问题：
_______________________________________________________。
解析：(1)根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡
萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。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，由ygl叶色呈黄绿
可推测，主要吸收红光和蓝紫光。(2)光照强度逐渐增加达到2000
μmol·m-2 ·s-1 时，ygl 的净光合速率较 WT 更高，但两者净光合速
率都不再随光照强度的增加而增加，说明二者的光饱和点相同。
光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图 b 和图 c 可
知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强
度下光合速率较低，且由图 c 可知 ygl 呼吸速率较高。(3)与 WT
相比，ygl 叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下
层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体光能利用率高，
是其高产的原因之一。(4)分析图 a ，高光照强度和低光照强度条
件下 WT 和 ygl 的净光合速率不同，根据两图可提出问题，为什么
在低光照强度下，WT 的净光合速率大于 ygl，而在高光照强度下，
WT 的净光合速率小于 ygl。
答案：(1)类胡萝卜素/叶绿素比例较高　红光和蓝紫
(2)等于　呼吸速率较高　(3)光能利用率较高
(4)
为什么在低光照强度下，WT 的净光合速率大于 ygl，而在高
光照强度下，WT 的净光合速率小于 ygl
【考向集训】
5.(2022 年全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭
容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2
含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下
列解释合理的是(
)
A.初期光合速率逐渐升高，之后光合速率等于呼吸速率
B.初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持稳定
C.初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率
D.初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
解析：培养初期，容器内 CO2 含量逐渐降低，光合速率逐渐
减慢，之后光合速率等于呼吸速率，A 错误。初期光合速率减慢，
由于光合速率大于呼吸速率，容器内 O2 含量升高，呼吸速率会有
所升高，之后保持稳定，B 错误。初期光合速率大于呼吸速率，
之后光合速率等于呼吸速率，C 错误、D 正确。
答案：D
6.(2022 年福建高考)栅藻是一种真核微藻，具有生长繁殖快、
光合效率高、可产油脂等特点。为提高栅藻的培养效率和油脂含
量，科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的
吸附式膜培养(如图 1)对栅藻生长和产油量的影响，结果如图 2。
A：液体悬浮培养； B：吸附式膜培养，指在带微孔的滤膜
上培养，膜置于 BG11 琼脂培养基上，通过改变琼脂浓度控制透
过膜的水量，琼脂浓度越高透过膜的水量越低。
图 1
回答下列问题。
(1)实验中，悬浮培养和膜培养装置应给予相同的 _________
__________________________________(答出 2 点即可)。
(2)为测定两种培养模式的栅藻光合速率，有人提出可以向装
置中通入 C18O2，培养一段时间后检测 C18O2 释放量。你认为该方
法________(填“可行”或“不可行”)，理由是_______________
________________________。
(3)由图 2 的结果可知，膜培养的栅藻虽然叶绿素含量较低，
但膜培养仍具一定的优势，体现在__________________________。
结合图 1，从影响光合效率因素的角度分析，膜培养具有这种优势
的原因是______________________________________。
注：产率即单位时间单位面积的物质产量。
图 2
(4)根据图 2 的结果，对利用栅藻生产油脂的建议是________
_________________。
解析：(1)本实验中科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培
养和含水量不同的吸附式膜培养，实验的自变量是含水量等不同，
实验除了自变量，其他的无关变量要保持相同且适宜，所以悬浮
培养和膜培养装置应给予相同的光照强度、通气量、接种量。
(2)本实验目的是测定两种培养模式的栅藻光合速率，由于 C18O2
经光合作用可转移到水中，生成物水参与呼吸作用可生成 C18O2，
释放的二氧化碳也有来自呼吸作用的，因此根据被标记的二氧化
碳的减少量不能测定栅藻光合速率。(3)由图 2 的结果可知，与悬
浮培养相比，膜培养的栅藻生物量(产率)和油脂产率更高，可能是
因为虽然膜培养的栅藻叶绿素含量较低，但栅藻更充分利用光照
和 CO2。(4)比较图 2 各组膜培养的栅藻，2%琼脂浓度培养基培养
的栅藻油脂产率最高，所以建议对栅藻采用 2%琼脂浓度培养基对
应含水量的膜培养方式。
答案：(1)光照强度、通气量、接种量
(2)不可行
C18O2 中的 18O 经光合作用可转移到水中，生成物
水参与呼吸作用可生成 C18O2，释放的二氧化碳也有来自呼吸作用
的，因此根据被标记的二氧化碳的减少量不能测定栅藻光合速率
(3)生物量(产率)和油脂产率较高
膜培养时栅藻更充分利用
光照和 CO2(膜培养时栅藻对光照和 CO2 利用率更高)
(4)使用 2%琼脂浓度培养基对应含水量的膜培养方式
试剂 原理
提取 ________ 绿叶中的色素溶于_____________，而不溶于水
分离 _______ 各种色素在_________中的_________不同，溶解
度高的随层析液在滤纸上扩散得____，反之则慢
一、绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理。
无水乙醇
有机溶剂
层析液
层析液
溶解度
快
2.实验流程。
(1)色素提取。
二氧化硅
碳酸钙
(2)色素分离。
3.实验结果及分析。
(1)实验结果。
(2)结果分析。
四
色素含量
高
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有____种
色素。
②色素带的宽窄与____________有关，色素带越宽说明此种
色素含量越多。
③色素扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越
____。
异常现象 原因分析
色素带颜色
较浅 (1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；(2)一次
加入过量的无水乙醇，提取液浓度太低(应分次加
入少量无水乙醇，如 10 mL)；(3)画滤液细线时次
数太少
实验异常现象分析
异常现象 原因分析
滤纸条下面两
条色素带较浅 (1)未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏；(2)实
验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)
色素带重叠 (1)滤液细线不直；(2)滤液细线过粗
无色素带 (1)忘记画滤液细线；(2)滤液细线接触或浸没于层
析液，色素全部溶解到层析液中
(续表)
[典例 1](2023 年江苏高考)下列关于“提取和分离叶绿体色
素”实验叙述合理的是(
)
A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜
素被破坏
B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现
色素带重叠
C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素
含量
D.用红色苋菜叶进行实验可得到 5 条色素带，花青素位于叶
绿素 a、b 之间
解析：用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止色素
被破坏，A 错误。画滤液细线时要间断画 2～3 次，即等上一次干
了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色
素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B 正确。滤纸
条上色素带的宽窄与色素含量相关，但该实验不能具体测定绿叶
中各种色素含量，C 错误。花青素在液泡中，不属于光合色素，
溶于水不易溶于有机溶剂，用红色苋菜叶进行实验若得到 5 条色
素带，花青素应在叶绿素 b 的下方，D 错误。
答案：B
【举一反三】
1.(2023 年广东深圳二模)某研究小组用四种不同的方法对欧
李叶片中的光合色素进行提取，实验结果如图所示。下列分析错
误的是(
)
A.研磨法提取时使用碳酸钙可以防止色素被破坏
B.不同提取剂的提取效果会受到提取方法的影响
C.丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的效果最佳
D.四种提取色素的方法都涉及细胞膜结构的破坏
解析：碳酸钙可防止色素被破坏，A 正确。不同提取剂对于
光合色素的提取量不同，所以提取效果会受到提取方法的影响，
B 正确。根据图表可知丙酮和乙醇的混合液提取光合色素的量在
干样浸提法中较少，所以其效果不算最佳，C 错误。色素位于细
胞内，想提取色素必须破坏细胞膜结构，所以四种提取色素的方
法都涉及细胞膜结构的破坏，D 正确。
答案：C
二、探究环境因素对光合作用强度的影响
1.实验原理。
2.实验装置分析。
(1)自变量的设置：____________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。
光照强度
(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_______来衡量光合作用的强弱。
长短
3.注意事项。
(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，释放 O2，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片
上浮。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为其中没有叶绿体，而且会延
长圆形小叶片上浮的时间，影响实验结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入
NaHCO3 溶液中。
[典例 2](2022 年海南高考)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
解析：本实验是探究适宜温度下CO2浓度对光合作用的影响，
自变量为 CO2 浓度(NaHCO3 溶液浓度)，温度、光照为无关变量，
A 错误。当光合作用产生的氧气大于细胞呼吸释放的氧气时，叶
圆片上浮，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，B正确。四组实验中，0.5%NaHCO3 溶液中叶圆片上
浮需要的时间最长，光合速率最小，C 错误。若在 4 ℃条件下进
行本实验，由于低温会使酶的活性降低，净光合速率可能降低，
故各组叶圆片上浮所需时长可能均会延长，D 错误。
答案：B
分组 温度/℃ 光照/W 小圆片上浮数量/片
A 10 50 3
B 10 150 2
C 10 250 1
【举一反三】
2.(2023 年广东珠海联考)光抑制指的是光能超过光合系统所
能利用的数量时，光合功能下降的现象。为了探究强光和其他环
境胁迫因素对植物光合速率的影响，某同学设计了如下实验：
分组 温度/℃ 光照/W 小圆片上浮数量/片
D 30 50 8
E 30 150 5
F 30 250 4
G 50 50 0
H 50 150 0
I 50 250 0
(续表)
下列说法错误的是(
)
A.若圆形小叶片取自大叶脉处，则所测得的光合作用强度会
较当前值偏低
B.实验中可以通过改变距离达到改变光照强度的目的
C.强光下低温增加了光抑制可以通过对比 C 和 D 得出
D.表中数据显示当温度为 50 ℃时小圆片上浮数量为零，分
析原因可能为酶变性失活
解析：大叶脉上没有叶绿体，所以若圆形小叶片取自大叶脉
处，则所测得的光合作用强度会较当前值偏低，A 正确。灯泡功
率相同，但可改变灯泡与烧杯之间的距离，也能获得不同强度的
光照强度，B 正确。由表可知，对比 C 组和 F 组，可得强光下低
温增加了光抑制，C 错误。表中数据显示当温度为 50 ℃时小圆片
上浮数量为零，意味着光合作用停止，分析原因可能为温度太高，
酶变性失活，D 正确。
答案：C
谢谢
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