第4节 光合作用与能量转化
[基础达标]
题组一 捕获光能的色素和结构
1．在植物工厂中，LED灯等人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。从光合色素吸收光谱的角度分析，适宜的光源组合为( )
A．红光和绿光 B．红光和蓝光
C．黄光和蓝光 D．黄光和绿光
【答案】B
2．（2024·云南师大附中期末）关于捕获光能的色素，下列相关叙述错误的是( )
A．叶绿体中捕获光能的色素就分布在类囊体的薄膜上
B．植物叶片呈现绿色，是因为捕获光能的色素吸收了绿光
C．植物细胞内捕获光能的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素
D．捕获光能的不同色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用
【答案】B 【解析】植物叶片之所以呈现绿色，是因为叶片中的叶绿体极少吸收绿光，绿光被反射出来，B错误。
题组二 光合作用原理和应用
3．下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C表示物质。有关分析错误的是( )
A．图中A为氧气，该过程产生的氧气部分释放到空气中
B．图中B为NADPH，在增加CO2浓度时，B含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和C来自叶绿体基质
D．该过程发生了光能到活跃化学能的转化，能量储存在B、ATP中
【答案】B 【解析】题图为光反应阶段过程图。A是水的光解产生的氧气，B为NADPH，C为ADP，部分氧气被细胞呼吸利用，剩余的释放到空气中，A正确；在增加CO2浓度时，B含量暂时下降，B错误；该过程消耗的NADP＋和C(ADP)是暗反应产生的，场所是叶绿体基质，C正确；该过程中光能转化成活跃化学能储存在B、ATP中，D正确。
4．科学家提取植物细胞中的叶绿体，用高速离心法打破叶绿体膜后，分离出类囊体和基质，在不同条件下进行实验（如下表所示），用来研究光合作用过程，下列选项中对各试管得到的产物情况判断正确的是( )
试管 叶绿体结构 光照 C18O2 ATP、NADPH C5
甲 类囊体 ＋ ＋ － －
乙 基质 － ＋ ＋ ＋
丙 基质 ＋ ＋ － ＋
丁 基质和类囊体 ＋ ＋ － ＋
注：表中的“＋”表示“添加”，“－”表示“不添加”。
A．甲试管可得到18O2
B．乙试管可得到三碳化合物
C．丙试管可得到葡萄糖和淀粉
D．丁试管可得到蔗糖
【答案】B 【解析】光合作用中氧气来自水，A错误；乙试管有叶绿体基质无光照，但有暗反应需要的五碳化合物、二氧化碳、ATP、NADPH，二氧化碳被五碳化合物固定形成三碳化合物，B正确；暗反应不需要光照，但没有NADPH和ATP，三碳化合物不能被还原成糖类，C错误；丁试管中蔗糖是在叶绿体外产生，D错误。
5．如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图，在曲线的b→c段细胞内C3和C5积累速率的变化分别是( )
A．增加、增加 B．增加、减少
C．减少、减少 D．减少、增加
【答案】D 【解析】从图示可以看出，与b点相比，c点细胞光照强度大于b点，温度过高，植物蒸腾作用过强，导致叶片气孔关闭，二氧化碳供应减少，二氧化碳固定生成C3减少，C5积累速率增加，故b→c段细胞内C3积累速率减少。
题组三 探究环境因素对光合作用的影响
6．（2024·河北任丘一中阶段练习）夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．大气CO2大约在6时含量最高，18时含量最低
B．甲植株在18时有机物积累量最多
C．植株乙bc段因“光合午休”现象，使得光合速率降低，小于呼吸速率
D．若生活在热带地区，则甲植株生长得更好
【答案】C 【解析】在6时之前、18时之后，该植物的光合作用强度小于呼吸作用强度，CO2释放量大于CO2的吸收量；在6时～18时，该植物的光合作用强度大于呼吸作用强度，CO2释放量小于CO2的吸收量，故大气CO2大约在6时含量最高，18时含量最低，A正确。18时之后，呼吸作用速率大于光合作用速率，有机物被消耗，故甲植株在18时有机物积累量最多，B正确。bc段，乙曲线的变化为植物的“光合午休”现象，是气孔关闭导致叶内CO2浓度降低的缘故，意味着植物的光合速率在下降，但由于此过程中CO2吸收速率大于0，所以光合速率仍大于呼吸速率，C错误。甲植株不会发生“光合午休”现象，若生活在热带地区，则甲植株生长得更好，D正确。
7．（2024·河北保定第一中学阶段练习）用金鱼藻在如图所示的实验装置中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金鱼藻光合作用产生的O2量
B．试管中收集的气体量代表了金鱼藻呼吸作用产生的CO2量
C．用不同温度的NaHCO3溶液可探究温度对光合作用的影响
D．用不同颜色的LED灯可探究光照强度对光合作用的影响
【答案】C 【解析】由于金鱼藻光合作用产生氧气，呼吸作用消耗氧气，因此试管中收集的气体量代表了金鱼藻光合作用产生的O2量与呼吸作用消耗的氧气量的差值，A、B错误；碳酸氢钠是二氧化碳缓冲溶液，可以为金鱼藻光合作用提供二氧化碳，因此可以用不同温度的碳酸氢钠溶液来探究温度对光合作用的影响，C正确；可用不同颜色的LED灯来探究光质对光合作用的影响，D错误。
8．（2024·河北唐山高一校考阶段练习）图中曲线表示在25 ℃、水分和无机盐均适宜的条件下，温室内樱桃番茄光合速率与光照强度的关系。已知樱桃番茄光合作用的最适温度为25 ℃，请回答下列问题：
(1)当光照强度为B点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有________________________，其中叶绿体吸收CO2的量等于________（用纵坐标上的字母表示，其中a为正数）。叶绿体中消耗CO2的场所是________。
(2)当光照强度小于B时，增大光合速率的主要措施是__________________；当光照强度介于B、C之间时，限制作物增产的主要外界因素是__________________。
(3)已知该植物呼吸作用的最适温度为30 ℃，在其他条件不变的情况下，将温度调到30 ℃，曲线中A点将向________移动。
【答案】(1)细胞质基质、线粒体和叶绿体（类囊体薄膜上） a＋b 叶绿体基质 (2)增大光照强度（或增加CO2浓度） CO2浓度 (3)右
【解析】(1)曲线中，当光照强度为B时，光合作用强度不再随光照强度增强而增强，此时细胞中既进行光合作用，也进行呼吸作用，所以叶肉细胞中产生ATP的场所有细胞质基质、线粒体和叶绿体，其中叶绿体吸收CO2的量为光合作用的总量，等于净光合作用量＋呼吸量，即a＋b。CO2用于植物光合作用的暗反应，故叶绿体中消耗CO2的场所是叶绿体基质。(2)曲线中，当光照强度小于光饱和点B时，增大光合速率的主要措施是增大光照强度；当光照强度大于光饱和点时，光照强度不再是限制光合作用的因素，限制作物增产的主要因素是CO2浓度。(3)已知该植物呼吸作用的最适温度为30 ℃，在其他条件不变的情况下，将温度调节到30 ℃，呼吸强度增大；又25 ℃是该作物光合作用的最适温度，温度调节到30 ℃，光合作用强度有所减弱，所以A点将向右移动，即增大光合速率才能使光合速率与呼吸速率相等。
[能力提升]
9．（2024·四川绵阳南山中学期末）科研人员在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，测算出苦菊幼苗的总光合速率变化，如图所示：a→b→c→d表示6点至12点苦菊幼苗的总光合速率变化情况，d→e→b→a表示12点至19点苦菊幼苗的总光合速率变化情况。下列相关叙述正确的是( )
A．若a点时叶肉细胞的总光合速率等于呼吸速率，则苦菊幼苗干重不变
B．若b点时，突然增强光照强度，短时间内苦菊幼苗叶肉细胞C3含量增多
C．c点与e点总光合速率的差异可能是由于光合产物积累抑制了光合作用
D．c点对应一天中幼苗的总光合速率最大，此时幼苗的净光合速率也最大
【答案】C 【解析】若a点时叶肉细胞内光合速率等于呼吸速率，由于非叶肉细胞还存在细胞呼吸消耗有机物，故此时苦菊幼苗干重下降，A错误；若处于b点的苦菊突然增加光照强度，光反应速率增加，C3还原速率加快，短时间内苦菊幼苗叶肉细胞中C3含量减少，B错误；c点与e点的光照强度相当，但光合速率有差异，可能因光合产物积累抑制了光合作用，C正确；c点时光合速率最大，但呼吸速率未知，此时净光合速率不一定最大，D错误。
10．（2024·黑龙江高一校联考期末）某实验小组利用“叶圆片”法探究了光照强度对光合作用的影响，实验装置及结果如图所示。下列相关分析错误的是( )
A．盛水玻璃柱是为了排除温度改变对实验的干扰
B．灯与固定架的距离为自变量，NaHCO3溶液浓度为无关变量
C．叶圆片在a点开始上浮时即光合作用刚发生时
D．c点限制叶圆片上浮时间的因素可能为CO2的浓度或色素含量
【答案】C 【解析】灯的照射可以产生热量，加入盛水玻璃柱是为了排除温度改变对实验的干扰，A正确；该实验的目的是探究光照强度对光合作用的影响，光照强度是自变量，所以二氧化碳浓度即碳酸氢钠浓度为无关变量，B正确；叶圆片上浮，说明O2的释放量大于0，即净光合作用速率大于零时，不是光合作用开始时，C错误；c点为光饱和点，此时限制叶圆片上浮时间的因素是除了光照强度之外的其他因素，可能为CO2浓度或色素含量等，D正确。
11．（2024·浙江杭州高一校考阶段练习）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)模块1相当于叶绿体的________，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)模块2中的产物除了图中氧气以外还有________。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________地区有广阔的应用前景。
【答案】(1)类囊体薄膜 模块1和模块2 C5
(2)ATP和NADPH 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 沙漠等缺水
【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，相当于叶绿体的类囊体薄膜，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C5（或五碳化合物）。(2)经过模块2的产物除了图中氧气以外还有ATP和NADPH，据图分析可知乙为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叶片气孔开放程度降低，导致二氧化碳的吸收量减少，因此光合作用速率降低。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。
12．（2024·福建厦门六中阶段练习）图1表示绿色植物叶肉细胞中发生的两种物质代谢过程，图中C3代表含有3个碳原子的有机化合物；图2是研究叶肉细胞中上述两种代谢过程的实验装置。图3表示该植物在自然环境中两昼夜吸收或释放的CO2变化，S1～S5表示曲线与x轴围成的面积。请据图回答下列问题。
(1)图1中过程①②分别发生在叶肉细胞的____________________中，在①②过程中都产生了________供应下一阶段利用。
(2)若用图2所示的装置研究③④过程时，刻度毛细管内水柱移动的距离表示______________________________。
(3)若用图2装置测定叶片的呼吸速率，则需对装置做两处改进：①______________；②________________________________。
(4)图3中DE段波动的主要外界因素是__________________。第二天中________点（填字母）积累的有机物最多。
(5)图3中S2明显小于S4，造成这种情况的外界因素可能是_________________ ___________。如果S1＋S3＋S5>S2＋S4，则该植物在这两昼夜内________（填“能”或“不能”）生长。
【答案】(1)细胞质基质和线粒体基质 [H] (2)叶肉细胞光合作用释放的氧气量 (3)关闭电源（或黑暗条件下） 缓冲液换为适宜浓度的NaOH溶液 (4)温度 I (5)光照强度和温度 不能
【解析】(5)图3中S2明显小于S4，造成这种情况的外界因素是光照强度和温度。如果S1＋S3＋S5>S2＋S4，说明消耗的有机物大于产生的有机物，则该植物在这两昼夜内不能生长。第4节 光合作用与能量转化
[基础达标]
题组一 捕获光能的色素和结构
1．在植物工厂中，LED灯等人工光源可以为植物的生长源源不断地提供能量。从光合色素吸收光谱的角度分析，适宜的光源组合为( )
A．红光和绿光 B．红光和蓝光
C．黄光和蓝光 D．黄光和绿光
2．（2024·云南师大附中期末）关于捕获光能的色素，下列相关叙述错误的是( )
A．叶绿体中捕获光能的色素就分布在类囊体的薄膜上
B．植物叶片呈现绿色，是因为捕获光能的色素吸收了绿光
C．植物细胞内捕获光能的色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素
D．捕获光能的不同色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用
题组二 光合作用原理和应用
3．下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中A～C表示物质。有关分析错误的是( )
A．图中A为氧气，该过程产生的氧气部分释放到空气中
B．图中B为NADPH，在增加CO2浓度时，B含量暂时升高
C．该过程消耗的NADP＋和C来自叶绿体基质
D．该过程发生了光能到活跃化学能的转化，能量储存在B、ATP中
4．科学家提取植物细胞中的叶绿体，用高速离心法打破叶绿体膜后，分离出类囊体和基质，在不同条件下进行实验（如下表所示），用来研究光合作用过程，下列选项中对各试管得到的产物情况判断正确的是( )
试管 叶绿体结构 光照 C18O2 ATP、NADPH C5
甲 类囊体 ＋ ＋ － －
乙 基质 － ＋ ＋ ＋
丙 基质 ＋ ＋ － ＋
丁 基质和类囊体 ＋ ＋ － ＋
注：表中的“＋”表示“添加”，“－”表示“不添加”。
A．甲试管可得到18O2
B．乙试管可得到三碳化合物
C．丙试管可得到葡萄糖和淀粉
D．丁试管可得到蔗糖
5．如图是在夏季晴朗的白天，某种绿色植物叶片光合作用强度的曲线图，在曲线的b→c段细胞内C3和C5积累速率的变化分别是( )
A．增加、增加 B．增加、减少
C．减少、减少 D．减少、增加
题组三 探究环境因素对光合作用的影响
6．（2024·河北任丘一中阶段练习）夏季晴朗的一天，甲乙两株同种植物在相同条件下CO2吸收速率的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．大气CO2大约在6时含量最高，18时含量最低
B．甲植株在18时有机物积累量最多
C．植株乙bc段因“光合午休”现象，使得光合速率降低，小于呼吸速率
D．若生活在热带地区，则甲植株生长得更好
7．（2024·河北保定第一中学阶段练习）用金鱼藻在如图所示的实验装置中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金鱼藻光合作用产生的O2量
B．试管中收集的气体量代表了金鱼藻呼吸作用产生的CO2量
C．用不同温度的NaHCO3溶液可探究温度对光合作用的影响
D．用不同颜色的LED灯可探究光照强度对光合作用的影响
8．（2024·河北唐山高一校考阶段练习）图中曲线表示在25 ℃、水分和无机盐均适宜的条件下，温室内樱桃番茄光合速率与光照强度的关系。已知樱桃番茄光合作用的最适温度为25 ℃，请回答下列问题：
(1)当光照强度为B点时，叶肉细胞中产生ATP的场所有________________________，其中叶绿体吸收CO2的量等于________（用纵坐标上的字母表示，其中a为正数）。叶绿体中消耗CO2的场所是________。
(2)当光照强度小于B时，增大光合速率的主要措施是__________________；当光照强度介于B、C之间时，限制作物增产的主要外界因素是__________________。
(3)已知该植物呼吸作用的最适温度为30 ℃，在其他条件不变的情况下，将温度调到30 ℃，曲线中A点将向________移动。
[能力提升]
9．（2024·四川绵阳南山中学期末）科研人员在实验室中模拟夏季一天中的光照强度，测算出苦菊幼苗的总光合速率变化，如图所示：a→b→c→d表示6点至12点苦菊幼苗的总光合速率变化情况，d→e→b→a表示12点至19点苦菊幼苗的总光合速率变化情况。下列相关叙述正确的是( )
A．若a点时叶肉细胞的总光合速率等于呼吸速率，则苦菊幼苗干重不变
B．若b点时，突然增强光照强度，短时间内苦菊幼苗叶肉细胞C3含量增多
C．c点与e点总光合速率的差异可能是由于光合产物积累抑制了光合作用
D．c点对应一天中幼苗的总光合速率最大，此时幼苗的净光合速率也最大
10．（2024·黑龙江高一校联考期末）某实验小组利用“叶圆片”法探究了光照强度对光合作用的影响，实验装置及结果如图所示。下列相关分析错误的是( )
A．盛水玻璃柱是为了排除温度改变对实验的干扰
B．灯与固定架的距离为自变量，NaHCO3溶液浓度为无关变量
C．叶圆片在a点开始上浮时即光合作用刚发生时
D．c点限制叶圆片上浮时间的因素可能为CO2的浓度或色素含量
11．（2024·浙江杭州高一校考阶段练习）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)模块1相当于叶绿体的________，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)模块2中的产物除了图中氧气以外还有________。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________地区有广阔的应用前景。
12．（2024·福建厦门六中阶段练习）图1表示绿色植物叶肉细胞中发生的两种物质代谢过程，图中C3代表含有3个碳原子的有机化合物；图2是研究叶肉细胞中上述两种代谢过程的实验装置。图3表示该植物在自然环境中两昼夜吸收或释放的CO2变化，S1～S5表示曲线与x轴围成的面积。请据图回答下列问题。
(1)图1中过程①②分别发生在叶肉细胞的____________________中，在①②过程中都产生了________供应下一阶段利用。
(2)若用图2所示的装置研究③④过程时，刻度毛细管内水柱移动的距离表示______________________________。
(3)若用图2装置测定叶片的呼吸速率，则需对装置做两处改进：①______________；②________________________________。
(4)图3中DE段波动的主要外界因素是__________________。第二天中________点（填字母）积累的有机物最多。
(5)图3中S2明显小于S4，造成这种情况的外界因素可能是_________________ ___________。如果S1＋S3＋S5>S2＋S4，则该植物在这两昼夜内________（填“能”或“不能”）生长。
