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《金版教程》一輪復習?生物（創新版）
第10講　光與光合作用
[考綱明細]　1.光合作用的基本過程(Ⅱ)　2.影響光合作用速率的環境因素(Ⅱ)　3.光合作用與呼吸作用綜合應用　4.實驗：葉綠體色素的提取和分離
實驗7　綠葉中色素的提取和分離
1．實驗原理
(1)提取：綠葉中的色素能夠溶于有機溶劑而不溶于水，可用無水乙醇等有機溶劑提取色素。
(2)分離：各種色素在層析液中溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，反之則慢，從而使各種色素相互分離。
2．實驗步驟
3．結果分析
(1)色素帶的條數與色素種類有關，四條色素帶說明有四種色素。
(2)色素帶的寬窄與色素含量有關，色素帶越寬說明此種色素含量越多。色素帶最寬的是葉綠素a，最窄的是胡蘿卜素，葉綠素b比葉黃素稍寬。
(3)色素帶擴散速度與溶解度有關，擴散速度越快說明溶解度越高。
(4)相鄰兩條色素帶之間距離最遠的是胡蘿卜素和葉黃素，最近的是葉綠素a和葉綠素b。
(1)選材時應選擇什么樣的葉片？原因是什么？
提示　應選擇鮮嫩、顏色深綠的葉片，以保證含有較多色素。
(2)研磨時加入二氧化硅和碳酸鈣的作用是什么？
提示　二氧化硅有助于研磨得充分，碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞。
(3)研磨時要迅速和充分的原因？
提示　防止無水乙醇揮發，保證提取較多的色素和色素濃度適宜。
(4)畫濾液細線要細、直、勻的原因是什么？濾液細線干燥后再畫一兩次的原因是什么？
提示　濾液細線要細、直、勻，且干燥后重復畫一兩次，使濾液細線既有較多的色素，又使各色素擴散的起點相同，分離出的色素帶平整不重疊。
(5)分離實驗為何用棉塞塞緊試管口且在通風的條件下進行？
提示　層析液由石油醚、丙酮及苯混合而成，三者都是具有揮發性的有毒物質，故為防止層析液揮發及避免吸入過多層析液應用棉塞塞緊試管口且在通風條件下進行。
(6)濾紙上的濾液細線為什么不能觸及層析液？
提示　防止色素被層析液溶解。
1．下列關于葉綠體中色素的提取和分離的敘述，正確的是(　　)
A．無機溶劑不能用于提取色素
B．研磨時加入SiO2目的是保護色素
C．第一次畫完濾液細線后應立即再畫第二次
D．葉綠素b在層析液中的溶解度最大
答案　A
解析　由于葉綠體中的色素不溶于水，只溶于有機溶劑，所以用無機溶劑不能提取光合色素，A正確；研磨時加入SiO2目的是增大摩擦力，使研磨更充分，B錯誤；第一次畫完濾液細線后應等濾液干燥后再畫第二次，C錯誤；葉綠素b在層析液中的溶解度最小，胡蘿卜素溶解度最大，D錯誤。
2．某學生利用新鮮的菠菜葉進行葉綠體色素的提取和分離實驗時，由于各組操作不同，出現了下列四種不同的層析結果。下列分析不合理的是(　　)
A．甲可能是用蒸餾水做提取液和層析液
B．乙可能是因為研磨時未加入SiO2
C．丙是正確操作得到的理想結果
D．丁可能是因為研磨時未加入CaCO3
答案　C
解析　甲的實驗結果是沒有分離出色素，色素不溶于水，可能是用蒸餾水做提取液和層析液所致，A正確；乙結果分離出了色素，但色素含量少，可能是研磨時未加入SiO2，研磨不充分所致，B正確；丙圖分離出了色素，但四種色素的含量并不符合實際，C錯誤；丁的實驗結果是胡蘿卜素和葉黃素的含量正常，葉綠素的含量少，可能是因為研磨時未加入CaCO3，葉綠素遭到破壞所致，D正確。
1．收集到的濾液綠色過淺的原因
(1)使用放置數天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少。
(2)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
(3)未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞。
(4)一次加入大量的無水乙醇(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。
2．濾紙條色素帶重疊的原因
(1)濾液細線不直。
(2)濾液細線過粗。
3．濾紙條無色素帶的原因
(1)忘記畫濾液細線。
(2)濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。
4．濾紙條上只呈現胡蘿卜素、葉黃素色素帶的原因所用葉片為黃葉。
3.(2016·上海高考)從種植于室內普通光照和室外強光光照下的同種植物中分別提取葉片的葉綠體色素，用紙層析法分離，結果如圖所示。下列判斷正確的是(　　)
A．室內植物葉片偏黃
B．室外植物葉片偏綠
C．室外植物葉片胡蘿卜素含量>葉黃素含量
D．室內植物葉片葉綠素a含量>葉綠素b含量
答案　D
解析　圖中從上往下的色素帶依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。對照圖示結果可知，室外強光下葉綠素的含量明顯低于室內普通光照，故室內植物葉片偏綠，室外植物葉片偏黃，A、B錯誤；圖中顯示，室外和室內植物葉片都是葉黃素含量大于胡蘿卜素含量，室內植物葉片葉綠素a含量大于葉綠素b含量，C錯誤，D正確。
影響葉綠素合成的三大因素
光照
是影響葉綠素合成的主要條件，一般植物在黑暗中不能合成葉綠素，因而葉片發黃
溫度
溫度可影響與葉綠素合成有關的酶的活性，進而影響葉綠素的合成
必需元素
葉綠素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg將導致葉綠素無法合成，葉變黃
考點1　捕獲光能的色素和結構與光合作用的探究歷程
1．葉綠體中的色素及色素的吸收光譜
由圖可以看出：
(1)葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。
(2)葉綠素對紅光和藍紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍紫光的吸收量大，對其他波段的光并非不吸收，只是吸收量較少。
[特別提醒]　葉片呈現綠色的原因
(1)葉綠體中含有葉綠素和類胡蘿卜素，葉綠素含量是類胡蘿卜素的3倍。
(2)葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，對綠光吸收最少，綠光被反射出來。
2．葉綠體的結構與功能
(1)結構模式圖
(2)結構
3．光合作用的探究歷程(連一連)
答案　①－A－b　②－C－a　③－E－f　④－D－c　⑤－F－e　⑥－B－d　⑦－G－g
1.(必修1
P99與社會的聯系改編)溫室或大棚種植蔬菜時，補充的光源是紅光或藍紫光，選擇的玻璃無色透明，原因是有色玻璃主要透過同色光，其他色光很少或不能透過，光照強度會減弱，不利于光合作用；而無色透明玻璃能透過日光中各色光，光照強度較大，有利于光合作用的進行。
2．(必修1
P100拓展題T1改編)植物體吸收光能的色素存在部位是葉片細胞、幼嫩的莖和果實中。
題組一　光合色素吸收光能的分析
1．如圖表示葉綠體中色素吸收光能的情況：據圖判斷，以下說法不正確的是(　　)
A．由圖可知，類胡蘿卜素主要吸收400～500
nm波長的光
B．用450
nm波長的光比600
nm波長的光更有利于提高光合作用強度
C．由550
nm波長的光轉為670
nm波長的光后，葉綠體中C3的量增加
D．土壤中缺乏鎂時，植物對420～470
nm波長的光的利用量顯著減少
答案　C
解析　由550
nm波長的光轉為670
nm波長的光后，色素吸收光能增強，光合作用增強，短時間內C3還原加速，C3生成不變，C3含量減少，C錯誤；葉綠素b主要吸收420～470
nm波長的光，缺鎂時葉綠素合成減少，所以此波段的光的利用量顯著減少，D正確。
2．(2017·海南高考)將葉綠體懸浮液置于陽光下，一段時間后發現有氧氣放出。下列相關說法正確的是(　　)
A．離體葉綠體在自然光下能將水分解產生氧氣
B．若將葉綠體置于紅光下，則不會有氧氣產生
C．若將葉綠體置于藍紫光下，則不會有氧氣產生
D．水在葉綠體中分解產生氧氣需要ATP提供能量
答案　A
解析　光合作用的場所是葉綠體，離體的葉綠體在自然光下通過光反應能將水分解產生氧氣，A正確；葉綠體中的光合色素既能吸收紅光，也能吸收藍紫光，將葉綠體置于紅光和藍紫光下，都有氧氣產生，B、C錯誤；水在葉綠體中分解產生氧氣不僅不需要ATP提供能量，還能產生ATP，D錯誤。
題組二　光合作用探究歷程實驗分析
3．下列關于光合作用探究歷程的敘述，錯誤的是(　　)
A．普利斯特利的實驗證明了植物可以更新空氣
B．薩克斯的實驗證明了光合作用的產物有淀粉
C．恩格爾曼的實驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量
D．魯賓和卡門的實驗中，用18O分別標記H2O和CO2的氧，證明了光合作用產生的氧氣來自H2O而不是CO2
答案　C
解析　恩格爾曼的實驗證明了水綿光合作用生成了氧氣，但未定量分析，C錯誤。
4．下圖是光合作用探索歷程中恩格爾曼和薩克斯的實驗示意圖，下列有關敘述正確的是(　　)
A．兩實驗均需進行“黑暗”處理，以消耗細胞中原有的淀粉
B．兩實驗均需要光的照射
C．兩實驗中只有恩格爾曼的實驗設置了對照
D．兩實驗均可證明光合作用的產物有氧氣
答案　B
解析　圖示的兩實驗中，只有薩克斯的實驗需進行“黑暗”處理，目的是消耗掉細胞中原有的淀粉，A錯誤；恩格爾曼實驗的目的是探究光合作用進行的場所，薩克斯實驗的目的是探究光合作用產物，所以兩實驗均需要光的照射，B正確；恩格爾曼的實驗中，照光處理與不照光、黑暗與完全曝光形成對照，薩克斯的實驗中，暗處理的葉片一半曝光、一半遮光形成對照，C錯誤；恩格爾曼的實驗可證明氧氣是光合作用的產物，薩克斯的實驗可證明淀粉是光合作用的產物，D錯誤。
1．光合作用探究歷程中，用到同位素示蹤法的實驗
魯賓和卡門證明光合作用釋放的O2全部來自于水的實驗和卡爾文證明光合產物中的碳來自CO2的實驗。
2．恩格爾曼實驗方法的巧妙之處
(1)實驗材料選擇妙：用水綿作實驗材料。水綿的葉綠體呈帶狀，便于觀察。
(2)排除干擾的方法妙：沒有空氣的黑暗環境排除了環境中光線和氧的影響，從而確保實驗的準確性。
(3)觀測指標設計妙：通過好氧細菌的分布，能夠準確地判斷出水綿細胞中釋放氧氣的部位。
(4)實驗對照設計妙：進行黑暗＋極細光束照射和曝光的對比實驗，從而明確實驗結果完全是由光照引起的。
3．薩克斯實驗
(1)黑暗處理的目的是消耗掉葉片中的營養物質。
(2)在用碘蒸氣處理之前一般先用酒精進行脫色處理是為了防止顏色干擾。
(3)自變量：光照。因變量：是否產生淀粉。
(4)暗處理的葉片一半曝光、一半遮光形成對照。
考點2　光合作用的基本過程
1．光合作用的概念
指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
2．過程
(1)光合作用過程圖解
(2)光反應與暗反應的區別與聯系
比較項目
光反應
暗反應
實質
光能轉換為化學能，并放出O2
同化CO2形成有機物(酶促反應)
時間
短促，以微秒計
較緩慢
條件
色素、光、酶、水、ADP、Pi、NADP＋
多種酶、ATP、[H]、CO2、C5
場所
葉綠體的類囊體薄膜
葉綠體基質中
物質轉化
①水的光解：2H2O4[H]＋O2；②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2的固定：CO2＋C52C3；②C3的還原：2C3(CH2O)＋C5＋H2O
能量轉化
光能→ATP中活躍的化學能
ATP中活躍的化學能→有機物中穩定的化學能
關系
①光反應為暗反應提供[H]和ATP；暗反應為光反應提供ADP和Pi、NADP＋；②沒有光反應，暗反應無法進行；沒有暗反應，有機物無法合成
3．反應式(寫出反應式并標出元素的去向)
(1)若有機物為(CH2O)：
。
(2)若有機物為C6H12O6：
。
4．化能合成作用
(1)化能合成作用的概念：自然界中少數種類的細菌，能夠利用體外環境中某些無機物氧化時所釋放的能量來制造有機物，此過程稱為化能合成作用，此類生物屬于化能自養型生物。
(2)化能合成作用與光合作用的比較
項目
光合作用
化能合成作用
原料
CO2和H2O等無機物
產物
糖類等有機物
條件
光、色素、酶
酶
能量來源
光能
某些無機物氧化時釋放的能量
生物種類
綠色植物、藍藻等
硝化細菌、硫細菌等
5．光合作用與有氧呼吸的區別與聯系
項目
光合作用
呼吸作用
發生范圍
含葉綠體的植物細胞；藍藻、光合細菌等
所有活細胞
發生場所
葉綠體(真核生物)；細胞質(原核生物)
細胞質基質、線粒體
發生條件
光下
時時刻刻進行
實質
無機物有機物；儲存能量
有機物無機物；釋放能量
能量轉化的聯系
物質轉化聯系
光合作用為有氧呼吸提供有機物和O2，有氧呼吸為光合作用提供CO2
元素轉移的聯系
C：CO2(CH2O)丙酮酸CO2O：H2OO2H2OH：H2O[H](CH2O)[H]H2O
過程聯系
(必修1
P103相關信息)光合作用中產生的[H]是還原型輔酶Ⅱ(NADPH)簡化的表示方式，而細胞呼吸中產生的[H]是還原型輔酶Ⅰ(NADH)簡化的表示方式，二者不是一種物質，盡管書寫形式相同。
環境條件驟變后C3、C5及[H]、ATP的含量在短時間內變化分析
(1)環境改變時光合作用各物質含量的變化分析
“過程法”分析各物質變化
下圖中Ⅰ表示光反應，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原，當外界條件(如光照、CO2)突然發生變化時，分析相關物質含量在短時間內的變化：
(2)“模型法”表示C3、C5、[H]和ATP的含量變化
[特別提醒]　
題組一　光合作用過程分析
1．如圖表示光合作用的暗反應過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．①是C3，⑤是C5
B．②和③在類囊體薄膜上產生
C．光照的強弱對該過程無影響
D．⑥可在細胞質基質中轉變為丙酮酸
答案　C
解析　由圖可知，①是C3，②是ATP，③是NADPH，④是NADP＋，⑤是C5，⑥是葡萄糖，A正確；ATP和NADPH在葉綠體的類囊體薄膜上產生，B正確；光照的強弱會影響ATP和NADPH的生成量，從而影響暗反應，C錯誤；光合作用產生的葡萄糖(⑥)在細胞質基質中可進行細胞呼吸的第一階段，轉變為丙酮酸，D正確。
2.如圖表示發生在葉綠體中的相關代謝過程，其中①②表示相關過程，A、B表示兩種氣體物質，下列說法錯誤的是(　　)
A．過程①表示光反應，過程②的場所是葉綠體基質
B．物質A表示O2，物質B表示CO2
C．過程②能將活躍的化學能轉變成穩定的化學能
D．過程②的兩個階段都需要消耗過程①產生的[H]和ATP
答案　D
解析　過程①表示光反應，過程②表示暗反應，暗反應的場所是葉綠體基質，A正確；據圖分析，A表示氧氣，B表示二氧化碳，B正確；過程②表示暗反應階段，能夠將光反應產生的ATP和還原氫中活躍的化學能轉變成有機物中穩定的化學能，C正確；過程②的三碳化合物的還原階段需要消耗過程①產生的[H]和ATP，D錯誤。
3．如圖表示綠色植物光合作用的部分過程，圖中A～C表示相關物質。下列有關分析錯誤的是(　　)
A．圖中A為氧氣，可部分釋放到空氣中
B．圖中B為NADPH，是還原劑
C．該過程消耗的NADP＋和C來自于葉綠體的類囊體薄膜
D．該過程將光能轉化為活躍的化學能儲存在ATP和NADPH中
答案　C
解析　水的光解產物是氧氣和[H]，若光合作用強度大于呼吸作用強度，氧氣會部分釋放到空氣中，A正確；題圖中B是在NADP＋、H＋和電子參與下形成的，為NADPH，參與C3的還原，是一種還原劑，B正確；題圖中C表示ADP和Pi，光反應中消耗的NADP＋、ADP和Pi來源于暗反應，暗反應發生在葉綠體基質中，C錯誤；光合作用中，光反應過程將光能轉化成活躍的化學能儲存在ATP和NADPH中，D正確。
1．光合作用中的幾種能量關系
(1)光反應中光能轉換為活躍的化學能并非只儲存于ATP中，NADPH([H])中也含有能量。
(2)C3還原消耗的能量不只來自于ATP，還可由NADPH提供。
(3)光反應產生的ATP用于C3的還原，不用于葉綠體之外的其他生命活動。
2．突破光合作用過程的四個誤區
(1)綠色植物中參與光合作用的色素只存在于葉綠體類囊體薄膜上，液泡中的色素不參與光合作用。
(2)綠色植物中參與光合作用的酶存在于葉綠體類囊體薄膜上和葉綠體基質中。
(3)不要認為暗反應不需要光。光合作用的過程可以分為兩個階段，即光反應和暗反應。前者在光下才能進行，并在一定范圍內隨著光照強度的增加而增強；后者在有光、無光的條件下都可以進行，但需要光反應的產物[H]和ATP，因此暗反應在無光條件下不可以長期進行。
(4)葉綠體并不是進行光合作用的必要場所：進行光合作用的細胞不一定含葉綠體，如藍藻、光合細菌能進行光合作用，但沒有葉綠體。
題組二　環境條件驟變后C3、C5等物質含量變化分析
4．(2019·陜西商洛丹鳳中學高三月考)光合作用通過密切關聯的兩大階段——光反應和暗反應實現。對于改變反應條件而引起的變化，說法正確的是(　　)
A．突然中斷CO2供應會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值減少
B．突然中斷CO2供應會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP比值增加
C．突然將紅光改變為綠光會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值增加
D．突然將綠光改變為紅光會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP比值減少
答案　B
解析　突然中斷CO2供應，使暗反應中二氧化碳固定停止，而三碳化合物還原仍在進行，導致C3含量減少，C5含量增多，因此會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值增加，A錯誤；突然中斷CO2供應使C3減少，因此三碳化合物還原利用的ATP減少，導致ATP積累增多，而ADP含量減少，因此會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP比值增加，B正確；由于光合色素主要吸收紅光和藍紫光，對綠光吸收最少，突然將紅光改變為綠光，會導致光反應產生的ATP和[H]減少，這將使暗反應中三碳化合物的還原減慢，而短時間內CO2的固定不變，導致C5含量減少，C3含量增多，因此會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值減少，C錯誤；突然將綠光改變為紅光會導致光反應吸收的光能增加，光反應產生的ATP和[H]增加，而ADP相對含量減少，因此暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP比值增加，D錯誤。
5．在光照等適宜條件下，將培養在CO2濃度為1%環境中的某植物迅速轉移到CO2濃度為0.003%的環境中，其葉片暗反應中C3和C5微摩爾濃度的變化趨勢如圖。回答問題：
(1)圖中物質A是________(填“C3”或“C5”)。
(2)將CO2濃度從1%迅速降低到0.003%后，物質B濃度升高的原因是_____________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)CO2濃度為0.003%時，該植物光合速率最大時所需要的光照強度比CO2濃度為1%時的________(填“高”或“低”)，其原因是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
答案　(1)C3
(2)當CO2濃度突然降低時，C5的合成速率不變，消耗速率卻減慢，導致C5積累
(3)低　CO2濃度低時，暗反應強度低，所需ATP和[H]少
解析　(1)(2)CO2濃度降低時，C3的合成減少而消耗不變，故C3的含量降低，與物質A的變化趨勢一致；C5的合成不變而消耗減少，故C5的含量增加，與物質B的變化趨勢一致。
(3)CO2濃度較低時，暗反應強度低，需要的[H]和ATP的量少，故在較低的光照強度時就能達到此CO2濃度時的最大光合速率。
題組三　光合作用與細胞呼吸的關系
6．如圖表示在有氧條件下某高等植物體內有關的生理過程示意圖，①～⑤表示有關過程，X、Y、Z和W表示相關物質。請據圖判斷下列說法錯誤的是(　　)
A．X、Y、Z物質分別表示C3、丙酮酸和ATP
B．①～⑤過程中能產生ATP的有①②③④
C．②⑤過程分別表示C3的還原和CO2的固定
D．光合速率小于呼吸速率時，④過程產生的CO2會釋放到細胞外
答案　B
解析　分析圖示，①過程表示光反應階段，②過程表示C3的還原，⑤過程表示CO2的固定，③④過程表示有氧呼吸的第一階段和第二階段，C正確；Z物質是ATP，Y物質是丙酮酸，X物質是C3，A正確；①～⑤過程中能產生ATP的有①③④，②⑤過程不產生ATP，B錯誤；光合速率小于呼吸速率時，呼吸作用產生的CO2會有一部分先進入葉綠體參與CO2的固定，多余部分釋放到細胞外，D正確。
7．下列有關放射性同位素示蹤實驗的敘述，錯誤的是(　　)
A．給水稻提供14CO2，則其根細胞在缺氧環境有可能出現14C2H5OH
B．給水稻提供14CO2，則14C的轉移途徑是：14CO2→14C3→(14CH2O)
C．給水稻提供C18O2和H2O，釋放的氧氣中不含18O
D．小白鼠吸入18O2，則在其尿液中可以檢測到HO，呼出的二氧化碳也可能含有18O
答案　C
解析　給水稻提供14CO2，水稻通過光合作用會產生(14CH2O)，則其根細胞在缺氧環境會利用(14CH2O)進行無氧呼吸，有可能出現14C2H5OH，A正確；給水稻提供14CO2，則14C的轉移途徑是：14CO2→14C3→(14CH2O)，B正確；給水稻提供C18O2和H2O，光合作用過程中18O的去路是6C18O2＋12H2O→C6HO6＋6O2＋6HO，其中產物HO又作為光反應的原料，在水的光解中產生18O2，所以釋放的氧氣中含18O，C錯誤；小白鼠吸入18O2,18O2參與有氧呼吸第三階段，與[H]結合形成HO，則在其尿液中可以檢測到HO，HO參與有氧呼吸第二階段，與丙酮酸結合產生二氧化碳和[H]，所以呼出的二氧化碳也可能含有18O，D正確。
8．(2018·江蘇高考節選)如圖為某植物葉肉細胞中有關甲、乙兩種細胞器的部分物質及能量代謝途徑示意圖(NADPH指[H])，請回答下列問題：
(1)甲可以將光能轉變為化學能，參與這一過程的兩類色素為__________________，其中大多數高等植物的________需在光照條件下合成。
(2)在甲發育形成過程中，細胞核編碼的參與光反應中心的蛋白，在細胞質中合成后，轉運到甲內，在________(填場所)組裝；核編碼的Rubisco(催化CO2固定的酶)小亞基轉運到甲內，在________(填場所)組裝。
(3)甲輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下，可被氧化為________后進入乙，繼而在乙的________(填場所)徹底氧化分解成CO2。
答案　(1)葉綠素、類胡蘿卜素　葉綠素
(2)類囊體膜上　基質中
(3)丙酮酸　基質中
解析　(1)甲為葉綠體，甲中能將光能轉化為化學能的色素有葉綠素和類胡蘿卜素，其中大多數高等植物葉綠素的合成需要光。
(2)光反應發生的場所是類囊體薄膜，所以細胞核編碼的參與光反應中心的蛋白質在類囊體膜上組裝；CO2固定的場所是葉綠體基質，所以核編碼的Rubisco小亞基在葉綠體基質中組裝。
(3)由甲(葉綠體)輸出的三碳糖在氧氣充足的條件下，可被氧化為丙酮酸后進入乙(線粒體)，在線粒體的基質中被徹底分解成CO2。
(1)“圖解法”理解光合作用與細胞呼吸過程之間的關系
(2)光合作用與有氧呼吸過程中[H]和ATP的來源和去向
考點3　光合作用的影響因素及應用
1．單因子外部因素對光合速率的影響
(1)光質
原理
①葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。②葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。③單色光中，藍紫光下光合速率最快，紅光次之，綠光最差。
應用
①大棚薄膜的選擇：無色透明大棚能透過日光中各種色光，有色大棚主要透過同色光，其他光被其吸收，所以無色透明的大棚中植物的光合效率最高。②補充單色光的選擇：藍紫光。
(2)光照強度
①原理
光照強度通過影響植物的光反應進而影響光合速率。光照強度增加，光反應速率加快，產生的[H]和ATP增多，使暗反應中還原過程加快，從而使光合作用產物增加。
②在不同的光照條件下，光合速率與呼吸速率的相關曲線分析
a．綠色組織在黑暗條件下或非綠色組織只進行呼吸作用，測得的數值為呼吸速率(A點)。
b．綠色組織在有光條件下，光合作用與呼吸作用同時進行，測得的數據為凈光合速率。
c．真光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。
d．各點(段)的光合作用和呼吸作用分析
曲線對應點
細胞生理活動
ATP產生場所
植物組織外觀表現
圖示
A點
只進行呼吸作用
細胞質基質和線粒體
從外界吸收O2，向外界釋放CO2
AB段(不含A、B點)　
呼吸速率大于光合速率
細胞質基質、線粒體、葉綠體　
從外界吸收O2，向外界釋放CO2　
B點
光合速率等于呼吸速率
與外界不發生氣體交換
B點之后
光合速率大于呼吸速率
從外界吸收CO2，向外界釋放O2
e．限制因素
光飽和點之前：光照強度(橫坐標)。光飽和點之后：CO2濃度等外因(除橫坐標以外的因素)、葉綠體中色素及酶的含量等內因。
③應用
a．溫室生產中，適當增強光照強度，以提高光合速率，使作物增產。
b．陰生植物的光補償點和光飽和點都較陽生植物低，間作套種農作物，可合理利用光能。
[特別提醒]　植物能進行光合作用的只有綠色組織器官，而所有細胞都要進行呼吸作用。若B點是植株的光補償點，則對于葉肉細胞而言，光合速率大于葉肉細胞的呼吸速率，即吸收CO2釋放O2。
(3)CO2濃度
原理
CO2影響暗反應階段，制約C3的形成
曲線模型及分析
A點：表示CO2補償點，即光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度A′點：表示進行光合作用所需CO2的最低濃度B和B′點：都表示CO2飽和點對應的光合作用強度
應用
①農田中增加空氣流動，以增加CO2濃度，如“正其行，通其風”；②溫室中可增施有機肥，以增大CO2濃度，因為有機肥在被微生物分解的時候會釋放CO2，增加了大棚中的CO2濃度，促進光合作用
(4)溫度
原理
溫度通過影響酶的活性影響光合作用
曲線模型及分析
AB段：隨著溫度升高，光合速率增大B點：酶的最適溫度，光合速率最大BC段：隨著溫度升高，酶的活性下降，光合速率減小，50
℃左右光合速率幾乎為零
應用
溫室栽培植物時，白天調到光合作用最適溫度，以提高光合速率；晚上適當降低溫室內溫度，以降低細胞呼吸速率，提高植物有機物的積累量
(5)水分、礦質元素
原理
水既是光合作用的原料，又是化學反應的媒介；水分通過影響氣孔關閉間接影響光合作用。礦質元素通過影響與光合作用有關的化合物的合成，對光合作用產生直接或間接的影響，如鎂可以影響葉綠素的合成，從而影響光反應
應用
根據作物的需水規律，合理灌溉和施肥
2．多因子變量對光合速率影響分析
(1)多因素對光合速率影響的曲線變化規律分析如圖所示：
(2)曲線分析：①P點前，限制光合速率的因素為橫坐標所表示的因子，隨該因素的不斷加強，光合速率不斷提高。
②當到Q點時，橫坐標所表示的因素不再是限制光合速率的因素，影響因素為除橫坐標表示因素以外的其他因素。
③PQ間的主要因素有兩個：一是橫坐標表示的因素，二是多條曲線上標注的因素。
(3)應用：溫室栽培時，在一定光照強度下，白天可適當提高溫度，增加光合酶的活性，提高光合速率，也可同時適當補充CO2，進一步提高光合速率；當溫度適宜時，可適當增加光照強度和CO2濃度以提高光合作用速率。
(必修1
P106拓展題T1改編)如圖是夏季晴朗的白天，某種綠色植物葉片光合作用強度的曲線圖。分析曲線圖并回答：
(1)AB段表明在這一時間內光合作用強度不斷增強，其原因是：光照強度不斷增加。
(2)C點表明在12時左右的光合作用強度明顯減弱，此時限制光合作用強度的因素是CO2濃度。其原因是：此時溫度很高，蒸騰作用很強，水分大量散失，氣孔大量關閉，CO2的供應減少，光合作用強度明顯減弱。
(3)DE段光合作用強度不斷下降的原因是光照強度逐漸減弱。
題組一　單一因素對光合作用影響的分析和探究
1．(光照強度)(2019·湖北孝感一中等八所重點高中協作體聯考)在CO2濃度為0.03%和適宜的恒定溫度條件下，測定植物甲和植物乙在不同光照條件下的光合速率，結果如圖。下列有關分析正確的是(　　)
A．當光照強度為1
klx時，植物甲開始進行光合作用
B．當光照強度為3
klx時，植物乙的總光合速率是0
mg/(100
cm2葉·h)
C．若在c點時突然停止CO2供應，短時間內植物甲的葉綠體中C3的含量會增加
D．d點時限制植物乙的光合速率增大的主要環境因素是CO2的濃度
答案　D
解析　光照強度為1
klx時，植物甲的光合作用強度等于呼吸作用強度，A錯誤；當光照強度為3
klx時，總光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝0＋20＝20
mg/(100
cm2葉·h)，B錯誤；c點時植物甲光合作用的限制因素主要是CO2濃度，因此突然停止CO2供應，CO2固定受阻，C3生成減少，C3的還原不變，所以短時間內C3的含量會減少，C錯誤；d點時植物乙到達光飽和點，因此光照強度不再是限制因素，而題中又提出此過程處于“適宜的恒定溫度條件”，因此此時限制植物乙的光合速率增大的主要環境因素是CO2的濃度，D正確。
2．(CO2濃度)如圖所示，在適宜溫度和一定的光照強度下，甲、乙兩種植物葉片的CO2凈吸收速率與CO2濃度的關系，下列說法正確的是(　　)
A．在CO2濃度低于b的環境中植物乙比植物甲生長得更好
B．CO2濃度大于a時，甲才能進行光合作用
C．適當增加光照強度，a點將右移
D．CO2濃度為b時，甲、乙植物的實際光合作用強度相等
答案　A
解析　據圖分析，可知在CO2濃度低于b的環境中，植物乙比植物甲的CO2凈吸收速率大，所以植物乙生長得更好，A正確；由圖可知，CO2濃度等于a時植物甲的CO2凈吸收速率為0，即甲的光合作用速率與呼吸作用速率相等，在CO2濃度低于a時已開始進行了光合作用，B錯誤；適當增加光照強度，光合作用增強，會使CO2補償點(光合速率等于呼吸速率時的CO2濃度)即a點左移，C錯誤；CO2濃度為b時，甲、乙兩種植物的凈光合作用強度相等，但是由于不知道甲、乙的呼吸作用強度，因此不能比較二者的實際光合作用強度，D錯誤。
3．(溫度)某植物光合作用、呼吸作用與溫度的關系如圖所示。則有關敘述錯誤的是(　　)
A．25
℃時該植物積累有機物最快
B．在0～30
℃范圍內，溫度對光合作用有關酶的影響相對于呼吸作用有關酶的影響更大
C．45
℃時葉肉細胞的光合速率等于呼吸速率
D．春季大棚栽培該植物白天適當提高溫度可提高產量
答案　C
解析　由圖可知25
℃時總光合速率與呼吸速率的差值即凈光合速率最大，所以此時積累有機物最快，A正確；0～30
℃范圍內總光合速率比呼吸速率上升得快，所以溫度對光合作用有關酶影響較大，B正確；春季氣溫較低，應適當在白天提高溫度，增加凈光合速率，使植物有機物積累速率加大，D正確；45
℃時整個植物的光合速率等于呼吸速率，因為植物體中存在非光合作用的細胞，所以此時葉肉細胞的光合速率大于呼吸速率，C錯誤。
4．(光質)分別用相同光照強度的三種可見光照射同種植物的葉片，在不同CO2濃度下，測定各組葉片的CO2補償點、CO2飽和點和最大凈光合速率(各組呼吸速率相同且基本不變)，數據如下表所示。下列敘述錯誤的是(　　)
組別
光的成分(μmol·mol－1)
CO2補償點(μmol·mol－1)
CO2飽和點(μmol·mol－1)
最大凈光合速率[μmol(CO2)·m－2·s－1]
甲
紅光
83.1
1281.3
26.1
乙
黃光
91.8
1174.9
20.4
丙
藍光
99.2
1334.6
33.4
注：CO2補償點指葉片光合速率與呼吸速率相等時的外界環境中的CO2濃度；CO2飽和點指葉片的光合速率達到最大時的最低CO2濃度。
A．葉綠體中主要吸收藍紫光的色素有葉綠素和類胡蘿卜素
B．環境CO2濃度為83.1
μmol·mol－1時，甲組實驗中，植物葉綠體釋放O2的量與線粒體消耗O2的量相等
C．環境CO2濃度為1174.9
μmol·mol－1時，影響甲、丙兩組植物光合作用的主要因素不同
D．由表格分析，三種光中不宜用黃光作為大棚栽培的補充光源
答案　C
解析　由表格分析，環境CO2濃度為1174.9
μmol·mol－1時，只有乙組植物達到CO2飽和點，甲、丙兩組植物未達到CO2飽和點，光合速率隨環境CO2濃度增大而增大，因此，影響甲、丙兩組植物光合速率的主要環境因素都是CO2濃度，C錯誤。
題組二　多因素對光合速率影響的分析
5．如圖分別表示兩個自變量對光合速率的影響情況，除各圖中所示因素外，其他環境因素均控制在最適范圍內。下列分析正確的是(　　)
A．乙圖中D點與C點相比，相同時間內葉肉細胞中C5的生成量較少
B．圖中M、N、P點的環境限制因素分別是CO2濃度、溫度、光照強度
C．丙圖中，隨著溫度的繼續升高，曲線走勢將穩定不變
D．甲圖中A點的限制因素可能是葉綠體中色素的含量
答案　D
解析　乙圖中，D點時光照強度比C點時的大，光反應生成的[H]、ATP增多，暗反應的C3還原過程增強，C5的生成量較多，A錯誤；據題干“除各圖中所示因素外，其他環境因素均控制在最適范圍內”，又因為M點時高CO2和低CO2的光合速率相同，所以M點環境下限制因素是橫坐標代表的因素光照強度，N、P點同理，即圖中M、N、P點的限制因素分別是光照強度、光照強度、溫度，B錯誤；丙圖中，若溫度過高則酶的活性下降，光合速率會下降，C錯誤；甲圖中A點之后限制因素不再是光照強度、CO2濃度或溫度(由題干信息可知，除各圖中所示因素外，其他環境因素均控制在最適范圍內)，故很可能是內因影響，如葉綠體中色素的含量、酶的含量等，D正確。
6．(2014·全國卷Ⅱ)某植物凈光合速率的變化趨勢如圖所示。
據圖回答下列問題：
(1)當CO2濃度為a時，高光強下該植物的凈光合速率為
________。CO2濃度在a～b之間時，曲線________表示了凈光合速率隨CO2濃度的增高而增高。
(2)CO2濃度大于c時，曲線B和C所表示的凈光合速率不再增加，限制其增加的環境因素是________。
(3)當環境中CO2濃度小于a時，在圖示的3種光強下，該植物呼吸作用產生的CO2量________(填“大于”“等于”或“小于”)光合作用吸收的CO2量。
(4)據圖可推測，在溫室中，若要采取提高CO2濃度的措施來提高該種植物的產量，還應該同時考慮_______這一因素的影響，并采取相應措施。
答案　(1)0　A、B和C　(2)光強　(3)大于　(4)光強
解析　(1)根據曲線圖可知，當CO2濃度為a時，高光強下(曲線A)該植物的凈光合速率為0；CO2濃度在a～b之間時，曲線A、B和C的凈光合速率都隨著CO2濃度的增高而增高。
(2)由圖可知，影響凈光合速率的因素為CO2濃度和光強。當CO2濃度大于c時，由于受光強的限制，光反應產生的[H]和ATP不足，光合作用受到限制，曲線B和C的凈光合速率不再增加。
(3)當環境中的CO2濃度小于a時，在圖示的3種光強下，植物的凈光合速率均小于0，即該植物呼吸作用產生的CO2量大于光合作用吸收的CO2量。
(4)據圖可推測，光強和CO2濃度都會影響植物的凈光合速率，因此若要采取提高CO2濃度的措施來提高該種植物的產量，還要考慮光強這一因素的影響。
解答光合作用相關曲線的基本步驟
明標
即明確橫坐標和縱坐標所表示的含義
找點
即找出曲線中的起點、止點、頂點、交點和轉折點等關鍵點。如光照強度(或CO2濃度)對光合作用強度影響的曲線中，在光照強度為0時，曲線在縱坐標上對應的點表示細胞呼吸所釋放的CO2量或消耗的O2量；曲線在橫坐標上的交點為光補償點(或CO2補償點)，即表示光合作用強度與細胞呼吸強度相同時的光照強度(或CO2濃度)
析線
即找出曲線上升、下降或波動等變化趨勢，并找出變化的原因。如夏天一天中的光合作用曲線，往往會呈現“M”型變化，其“午休”效應出現的原因是中午時溫度過高，蒸騰作用過強，導致氣孔關閉，使得CO2供應不足
找因
在受多種因素影響時，找出曲線的限制因素。方法是對縱坐標或橫坐標畫垂線、或者只看某一條曲線的變化，從而將多因素轉變為單一因素，進而確定限制因素
題組三　光合作用與細胞呼吸的“關鍵點”移動
7．已知某植物光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25
℃和30
℃，如圖表示30
℃
時光合作用與光照強度的關系。若溫度降到25
℃(原光照強度和二氧化碳濃度不變)，理論上圖中相應點a、b、c、d的移動方向分別是(　　)
A．下移、右移、左移、左上移
B．下移、左移、左移、左下移
C．上移、左移、右移、右上移
D．上移、右移、右移、右上移
答案　C
解析　圖中a、b、d三點分別表示細胞呼吸強度、光補償點和光飽和點時的光合作用強度。由題干“光合作用和呼吸作用的最適溫度分別為25
℃和30
℃”可知，當溫度從30
℃降到25
℃時，細胞呼吸強度降低，a點上移；光合作用強度增強，所以光飽和點(c點)時吸收的CO2增多，需要的光照強度也增大，所以c點右移，d點右上移。b點時光合作用強度等于呼吸作用強度，若溫度由30
℃降到25
℃時細胞呼吸作用強度降低，光合作用強度增強，此時要使光合作用強度仍然與細胞呼吸強度相等，需降低光照強度來降低光合作用強度，即b點左移。
8．圖甲中試管A與試管B敞口培養相同數量的小球藻，研究光照強度對小球藻氧氣產生量的影響，試管A的結果如圖乙曲線所示。據圖分析，下列敘述正確的是(　　)
A．Q點的O2凈釋放量為零，是因為此點光合作用強度為零
B．P點為負值的原因是細胞呼吸消耗氧氣；適當降低溫度，P點將下降
C．在圖乙上繪制裝置B的曲線，Q點應右移
D．降低CO2濃度時，在圖乙上繪制裝置A的曲線，R點應右移
答案　C
解析　Q點時凈光合速率為0，光合作用強度不為0，A錯誤；P點對應數值的絕對值代表呼吸速率，若適當降低溫度，呼吸速率會下降，則P點會上移，B錯誤；裝置B中缺鎂影響葉綠素的合成，光合速率低，Q點應右移，C正確；CO2濃度降低，光合速率下降，R點應向左下方移動，D錯誤。
曲線中各關鍵點的移動規律
(1)各點移動的可能情況
①A點代表呼吸速率，凡能改變呼吸速率的因素(例：溫度等)都能使A點沿縱坐標上下移動。
②B點代表光合速率等于呼吸速率即光(CO2)補償點，凡能改變光合速率或呼吸速率的因素(例：溫度、CO2濃度、光照強度等)都能使B點沿橫坐標左右移動。
③C點代表達到最大光合速率所需的最小CO2濃度(光照強度)即光(CO2)飽和點，凡能改變光合速率的因素都能使C點沿橫坐標左右移動。
④D點代表最大光合速率，凡能影響光合速率的因素都能使D點向左下或右上方移動。例如光照強度降低時，光合速率下降，D點對應的橫坐標左移，縱坐標下移，即D點向左下方移動。
(2)光補償點與光飽和點的變化(注：只有橫坐標為自變量，其他條件不變)
光補償點
光飽和點
CO2濃度增大
左移
右移
CO2濃度減小
右移
左移
土壤缺Mg2＋
右移
左移
題組四　自然和密閉環境中植物光合速率和呼吸速率曲線分析
9．將一植物放在密閉的玻璃罩內，置于室外進行培養，假定玻璃罩內植物的生理狀態與自然環境中相同。獲得實驗結果如圖所示。下列有關說法不正確的是(　　)
A．圖乙中的C點對應圖甲中的C點，此時細胞內的氣體交換狀態對應圖丙中的①
B．圖甲中的F點對應圖乙中的H點，此時細胞內的氣體交換狀態對應圖丙中的③
C．到達圖乙中的D點時，玻璃罩內CO2濃度最高，此時細胞內氣體交換狀態對應圖丙中的③
D．經過一晝夜，植物體的有機物含量會增加
答案　A
解析　圖乙中C、D點分別表示光合作用即將開始、光合速率等于呼吸速率，分別對應圖甲中的B點和C點，細胞內的氣體交換狀態分別為圖丙的①、③，到達圖乙中D點時，玻璃罩內的CO2濃度最高，A錯誤，C正確；圖甲中的F點是一天中第二次光合速率等于呼吸速率的點，對應圖乙中的H點、圖丙中的③，B正確；經過一晝夜，玻璃罩內的CO2濃度降低，說明植物體內的有機物含量增加，D正確。
10．圖甲中曲線Ⅰ表示夏季某一天的溫度變化，圖乙曲線表示放置于密閉玻璃罩內的某植物在這一天內引起的玻璃罩內CO2濃度變化，請據圖分析回答下列問題：
(1)若圖甲曲線Ⅱ和Ⅲ中有一條代表該植物的總光合速率，則應該是曲線________；結合曲線Ⅰ分析，曲線Ⅲ的A點出現小波動的原因是________________________________________________________。
(2)若第(1)小題的分析正確，則曲線Ⅱ的B點和曲線Ⅲ的E點分別代表________________和____________________。
(3)曲線Ⅲ的D點對應圖乙曲線中________段的某一點，此時限制光合速率的外界因素主要是________；圖乙曲線中H點對應圖甲中________點。
(4)圖甲中可用______________________表示該植物一天內的有機物積累量；而由圖乙可知，該植物在密閉玻璃罩的一天時間內，植物體內的有機物量________(填“增加”“減少”或“基本不變”)。
答案　(1)Ⅱ　凌晨時氣溫較低，導致催化植物細胞呼吸的酶活性降低，從而影響細胞呼吸(有氧呼吸)釋放CO2的速率(答案合理即可)
(2)開始進行光合作用(或光合速率為0)　光合速率等于呼吸速率(或凈光合速率為0)
(3)FG　CO2濃度　E
(4)曲線Ⅲ與橫軸圍成的正面積與負面積之差　增加
解析　(1)由圖甲可知，曲線Ⅲ在夜間也有速率變化，而曲線Ⅱ的速率變化只在白天體現，因此，曲線Ⅲ代表凈光合速率，曲線Ⅱ代表總光合速率；由圖中橫軸所表示時間可知，A點對應的溫度較低，由此可推知，由于氣溫降低導致酶活性降低，從而影響植物細胞呼吸釋放CO2的速率。
(2)B點為曲線Ⅱ(代表總光合速率)與橫軸的交點，即此時該植物開始進行光合作用；E點為曲線Ⅲ(代表凈光合速率)與橫軸的交點，即此時該植物的凈光合速率為0(光合速率等于呼吸速率)。
(3)甲圖中曲線Ⅲ的D點出現小波動的原因是中午氣溫過高，植物蒸騰作用加強，水分大量散失出現氣孔關閉現象，引起CO2供應不足，導致光合速率下降，可從乙圖的時間判斷或從FG段比EF段玻璃罩內CO2濃度下降速率變小了來判斷，故D點對應圖乙曲線中FG段的某一點；圖乙曲線的H點代表凈光合速率在傍晚為0的點，所以對應圖甲中曲線Ⅲ的E點。
(4)圖甲中曲線Ⅲ代表該植物的凈光合速率，因此，一天時間內，有機物的積累量可由曲線Ⅲ與橫軸圍成的面積來判斷；圖乙曲線代表密閉環境中CO2濃度變化，一天時間內，有機物的積累量可由曲線的起點和終點的高低來判斷，由圖乙可知，圖乙曲線的終點低于起點，說明一天內密閉玻璃罩內的CO2濃度降低，植物吸收CO2積累了有機物。
1．夏季的一天中CO2吸收和釋放變化曲線圖如下(會分析，理解，不死記)：
(1)Ob段：只進行細胞呼吸。
(2)a點：凌晨2～4時，溫度降低，呼吸作用減弱，CO2釋放量減少。
(3)b點：上午6時左右，太陽出來，開始進行光合作用。
(4)bc段：由于光照較弱，光合速率小于呼吸速率。
(5)c點：上午7時左右，光合速率等于呼吸速率。
(6)ce段：上午7時至下午6時左右，光合速率大于呼吸速率。
(7)d點：溫度過高，失水過多部分氣孔關閉，出現“光合午休”現象。
(8)e點：下午6時左右，光合速率等于呼吸速率。
(9)ef段：光合速率小于呼吸速率，f點之后植物停止光合作用。
溫馨提示：關于有機物情況：
積累有機物時間段：ce段；
制造有機物時間段：bf段；
消耗有機物時間段：Og段；
一天中有機物積累最多的時間點：e點；
一晝夜有機物的積累量：SP－SM－SN。
2．相對密閉的環境中，一晝夜CO2含量的變化曲線圖和O2含量的變化曲線圖的比較
比較項目
一晝夜CO2含量的變化曲線圖(小室中CO2變化狀況)
一晝夜O2含量的變化曲線圖(小室中O2變化狀況)
圖示
曲線分析
C點、E點：光合作用強度＝呼吸作用強度。CE段：CO2含量下降(O2含量上升)，光合作用強度>呼吸作用強度。MC段和EN段：CO2含量上升(O2含量下降)，光合作用強度<呼吸作用強度，光合作用開始于C點之前，結束于E點之后。
含量最高點
CO2含量最高點為C點
O2含量最高點為E點
含量最低點
CO2含量最低點為E點
O2含量最低點為C點
如果N點低于M點
說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量增加
說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量減少
如果N點高于M點
說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量減少
說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量增加
如果N點與M點一樣高
說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量不變
說明經過一晝夜，植物體內的有機物總量不變
題組五　光合速率與呼吸速率的分析
11．(曲線)(2017·北京高考)某植物光合作用、呼吸作用與溫度的關系如圖。據此，對該植物生理特性理解錯誤的是(　　)
A．呼吸作用的最適溫度比光合作用的高
B．凈光合作用的最適溫度約為25
℃
C．在0～25
℃范圍內，溫度變化對光合速率的影響比對呼吸速率的大
D．適合該植物生長的溫度范圍是10～50
℃
答案　D
解析　據圖可知，總光合作用的最適溫度約為30
℃，呼吸作用的最適溫度要高于50
℃，凈光合作用的最適溫度約為25
℃，A、B正確；在0～25
℃范圍內，隨著溫度升高，光合速率曲線的升高幅度要遠大于呼吸速率，這說明溫度變化對光合速率的影響比對呼吸速率的大，C正確；凈積累量是指一定時間內光合作用有機物合成量與呼吸作用有機物消耗量的差值，只有凈積累量為正值時，植物才能生長，在45～50
℃范圍內，呼吸速率比光合速率大，凈積累量為負值，植物不能生長，D錯誤。
12．(表格)適宜的溫度和一定的CO2濃度等條件下，某同學對甲、乙兩種高等植物設計實驗，測得的相關數據如下表。下列說法錯誤的是(　　)
光合速率與呼吸速率相等時的光照強度
光合速率達到最大值時的最小光照強度
光合速率達到最大值時的CO2吸收量
黑暗條件下CO2釋放量
甲植物
1
3
11
5.5
乙植物
3
9
30
15
注：光照強度單位為klx；CO2吸收量或釋放量單位為[mg·(100
cm2·h)－1]。
A．本實驗中，適宜的溫度和一定的CO2濃度屬于無關變量
B．光照強度為1
klx時，甲植物葉肉細胞的葉綠體中ATP由葉綠體基質移向類囊體薄膜
C．光照強度為3
klx時，甲、乙兩植物固定CO2速率的差為1.5
mg·(100
cm2·h)－1
D．甲、乙兩植物相比較，甲植物更適合在弱光下生長
答案　B
解析　本實驗中，光照強度為自變量，適宜的溫度和一定的CO2濃度屬于無關變量，A正確；光照強度為1
klx時，甲植物光合速率與呼吸速率相等，葉綠體中ATP產生于類囊體薄膜，消耗于葉綠體基質，因此葉綠體中ATP由類囊體薄膜移向葉綠體基質，B錯誤；光照強度為3
klx時，甲的真正光合速率＝11＋5.5＝16.5
mg·(100
cm2·h)－1，而乙的真正光合速率＝15
mg·(100
cm2·h)－1，因此甲、乙兩植物固定CO2速率的差＝16.5－15＝1.5
mg·(100
cm2·h)－1，C正確；甲、乙植物相比較，甲植物更適合在弱光下生長，這是因為甲植物光合速率與呼吸速率相等時的光照強度和光合速率達到最大值時的最小光照強度均比較小，D正確。
13．(柱形)將生長狀況相同的某種植物的葉片均分成4等份，在不同溫度下分別暗處理1
h，再光照1
h(光照強度相同)，測其有機物變化，得到如圖數據。下列說法正確的是(　　)
A．該植物在27
℃時生長最快，在29
℃和30
℃時不表現生長現象
B．該植物呼吸作用和光合作用的最適溫度在所給的4個溫度中都是29
℃
C．在27
℃、28
℃和29
℃時光合作用制造的有機物的量相等
D．30
℃時光合作用制造的有機物等于呼吸作用消耗的有機物都是1
mg/h
答案　B
解析　暗處理后有機物減少量代表呼吸速率，4個溫度下分別為1
mg/h、2
mg/h、3
mg/h、1
mg/h，光照后與暗處理前的有機物增加量代表1
h光合作用制造有機物量和2
h呼吸作用消耗有機物量的差值，所以4個溫度下總光合速率(有機物制造量)分別為5
mg/h、7
mg/h、9
mg/h、3
mg/h。4個溫度下的凈光合速率分別為4
mg/h、5
mg/h、6
mg/h、2
mg/h，該植物在29
℃時生長最快，4個溫度下都表現生長現象，A錯誤；該植物在29
℃條件下制造的有機物量最多，C錯誤；該植物在30
℃條件下光合作用制造的有機物為3
mg/h，呼吸作用消耗的有機物為1
mg/h，D錯誤。
植物“三率”的判定
(1)根據坐標曲線判定：當光照強度為0時，若CO2吸收值為負值，該值的絕對值代表呼吸速率，該曲線代表凈光合速率，當光照強度為0時，若CO2吸收值為0，該曲線代表真正光合速率。
(2)根據關鍵詞判定
檢測指標
呼吸速率
凈光合速率
真正(總)光合速率
CO2
釋放量(黑暗)
吸收量
利用量、固定量、消耗量
O2
吸收量(黑暗)
釋放量
產生量
有機物
消耗量(黑暗)
積累量
制造量、產生量
(3)真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。
(4)光合速率與植物生長
①當凈光合速率>0時，植物因積累有機物而生長。
②當凈光合速率＝0時，植物不能生長。
③當凈光合速率<0時，植物不能生長，長時間處于此種狀態，植物將死亡。
1.測定裝置
2．測定方法及解讀
(1)測定呼吸速率
①裝置燒杯中放入適宜濃度NaOH溶液用于吸收CO2。
②玻璃鐘罩遮光處理，以排除光合作用干擾。
③置于適宜溫度環境中
④紅色液滴向左移動(單位時間內左移距離代表呼吸速率)。
(2)測定凈光合速率
①裝置燒杯中放入適宜濃度的CO2緩沖液(常用NaHCO3溶液)，用于保證容器內CO2濃度恒定，滿足光合作用需求。
②必須給予較強光照處理，且溫度適宜。
③紅色液滴向右移動(單位時間內右移距離代表凈光合速率)。
3．校正裝置
為防止環境因素對實驗結果造成干擾要設置對照組。
設置方法為把上述測定裝置中的植物改為死亡的植物，燒杯中放的溶液不變。若液滴發生移動，則是因為外界環境因素變化(溫度、氣壓等)引起的，據此可以對實驗結果進行校正。
1．某轉基因作物有很強的光合作用能力。某中學生物興趣小組在暑假開展了對該轉基因作物光合作用強度測試的研究課題，設計了如圖所示裝置。請你利用這些裝置完成光合作用強度的測試實驗，并分析回答有關問題。
(1)先測定植物的呼吸作用強度，方法步驟如下：
①甲、乙兩裝置的D中都放入________，裝置乙作為對照。②將甲、乙裝置的玻璃鐘罩進行________處理，放在溫度等相同且適宜的環境中。
③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。
(2)測定植物的凈光合作用強度，方法步驟如下：
①甲、乙兩裝置的D中放入_____________________________________________________________________。
②把甲、乙裝置放在____________________________________________________________________。
③30分鐘后分別記錄甲、乙兩裝置中紅墨水滴移動的方向和距離。
(3)實驗進行30分鐘后，記錄的甲、乙裝置中紅墨水滴移動情況如下表：
實驗30分鐘后紅墨水滴移動情況
測定植物呼吸作用強度
甲裝置
________(填“左”或“右”)移1.5
cm
乙裝置
右移0.5
cm
測定植物凈光合作用強度
甲裝置
________(填“左”或“右”)移4.5
cm
乙裝置
右移0.5
cm
(4)假設紅墨水滴每移動1
cm，植物體內的葡萄糖增加或減少1
g，那么該植物的呼吸速率是________
g/h；白天光照15
h，一晝夜葡萄糖的積累量是________
g(不考慮晝夜溫差的影響)。
答案　(1)①NaOH溶液　②遮光
(2)①NaHCO3溶液，裝置乙作為對照　②光照充足、溫度等相同且適宜的環境中
(3)左　右　(4)4　84
解析　(1)測呼吸作用強度時，一定要將實驗裝置置于黑暗條件下，使植物只進行呼吸作用。植物進行呼吸作用消耗一定量的O2，釋放等量的CO2，而CO2被NaOH溶液吸收，根據一定時間內玻璃鐘罩內氣體體積的減少量即可計算出呼吸作用強度。
(2)在測定凈光合作用強度時要滿足光合作用所需的條件：充足的光照、一定濃度的CO2(由NaHCO3溶液提供)，光合作用過程中消耗一定量CO2，產生等量O2，而NaHCO3溶液可保證裝置內CO2濃度的恒定，因此，玻璃鐘罩內氣體體積的變化只受O2釋放量的影響，而不受CO2氣體減少量的影響。
(3)若該裝置測定細胞呼吸作用強度時，液滴的移動來自氧氣的吸收量，液滴向左移動；若該裝置測定植物的凈光合作用強度時，液滴的移動來自氧氣的釋放量，液滴向右移動。
(4)對照實驗裝置乙中紅墨水滴右移是環境因素(如氣壓等)對實驗產生影響的結果，實驗裝置甲同樣也受環境因素的影響，因此，植物呼吸作用消耗O2量等于玻璃鐘罩內氣體體積的改變量，即該植物的呼吸速率為(1.5＋0.5)×2＝4(g/h)；凈光合速率為(4.5－0.5)×2＝8(g/h)，白天光照15
h的凈光合作用量是8×15＝120(g)，一晝夜葡萄糖的積累量等于15
h的光合作用實際產生量減去24
h的呼吸作用消耗量，等同于15
h的凈光合作用量減去9
h的呼吸作用消耗量，即120－4×9＝84(g)。
2．某同學探究綠色植物光合作用與呼吸作用的關系，設置如下圖實驗裝置。裝置中的CO2緩沖液可維持瓶內二氧化碳濃度(該裝置放在20
℃環境中)。實驗開始時，針筒的讀數是0.4
mL，毛細管內的水滴在位置X。回答下列問題：
(1)20分鐘后，針筒的容量需要調至0.8
mL的讀數，才能使水滴仍維持在X的位置。若以釋放出的氧氣量來代表光合作用速率，該植物的光合作用速率是________mL/h。
(2)若將該裝置置于黑暗處且將小燒杯中二氧化碳緩沖液換成蒸餾水，其他條件不變，20分鐘后，針筒的容量需要調至0.8
mL才能使毛細管內的水滴在位置X，那么該植物呼吸方式為__________________。
(3)如果在(1)小題實驗中只增加光照強度，則針筒的容量仍需維持在0.8
mL讀數處，才能使水滴在X位置。在另一相同實驗裝置中，若只將溫度提升至30
℃，針筒容量需要調至1.0
mL讀數，才能使水滴維持在X的位置上。比較兩個實驗可以得出的結論是__________________________________________________________。
(4)若在(1)小題實驗中該學生20分鐘后觀察到毛細管內的水滴仍在X位置，那么該植物葉肉細胞光合速率________(填“大于”“等于”或“小于”)呼吸速率，原因是____________________________________________。
答案　(1)1.2　(2)有氧呼吸和無氧呼吸　(3)在上述條件下，光照不是限制光合作用速率的主要因素，而溫度才是限制光合作用速率的主要因素　(4)大于　該植物體實際光合作用等于呼吸作用，但綠色植物非綠色部分只進行呼吸作用，所以葉肉細胞的光合作用速率大于呼吸速率
解析　本實驗裝置中的CO2緩沖液可維持瓶內的二氧化碳濃度恒定，因此實驗裝置測的氣體變化量表示氧氣變化量。此值為凈光合速率。真正的光合作用強度＝凈光合作用強度＋呼吸作用強度。影響光合作用的環境因素有：光照強度、溫度、二氧化碳濃度等。
(1)實驗開始時，針筒的讀數是0.4
mL，毛細管內的水滴在位置X,20分鐘后，針筒的容量需要調至0.8
mL的讀數，才能使水滴仍維持在X的位置，說明凈光合作用是(0.8－0.4)×3＝1.2
(mL/h)。
(2)若將該裝置置于黑暗處且將小燒杯中二氧化碳緩沖液換成蒸餾水，其他條件不變，則該裝置液滴移動是呼吸作用過程中吸收的氧氣和釋放的二氧化碳的量的差值導致的。20分鐘后，針筒的容量需要調至0.8
mL才能使毛細管內的水滴在位置X，說明釋放的二氧化碳多于吸收的氧氣，又因為有氧呼吸時氧氣吸收量等于二氧化碳釋放量，無氧呼吸時只釋放二氧化碳，不吸收氧氣，故該植物呼吸方式為有氧呼吸和無氧呼吸。
(3)如果在(1)小題實驗中只增加光照強度，則針筒的容量仍需維持在0.8
mL讀數處，才能使水滴在X位置，說明增加光照強度并沒有改變光合作用強度，即光照不是限制光合作用速率的主要因素；在另一相同實驗裝置中，若只將溫度提升至30
℃，針筒容量需要調至1.0
mL讀數，才能使水滴維持在X的位置上，說明溫度升高，凈光合速率增加，溫度是限制光合作用的主要因素。
(4)若在(1)小題實驗中該學生20分鐘后觀察到毛細管內的水滴仍在X位置，則反應前后氣體壓強不變，即該植物葉肉細胞光合速率等于植物體所有細胞的呼吸速率，所有細胞中包括了綠色植物非綠色部分，它們只進行呼吸作用，因此該植物葉肉細胞光合速率大于呼吸速率。
黑瓶不透光，只有呼吸作用，而白瓶透光，既能進行光合作用又能進行呼吸作用，所以用黑瓶測得的為呼吸作用強度值，用白瓶測得的為凈光合作用強度值，綜合兩者即可得到真正光合作用強度值。
(1)有初始值的情況下，黑瓶中氧氣的減少量(或二氧化碳的增加量)為有氧呼吸量；白瓶中氧氣的增加量(或二氧化碳的減少量)為凈光合作用量；二者之和為總光合作用量。
(2)沒有初始值的情況下，白瓶中測得的現有量－黑瓶中測得的現有量＝總光合作用量。
3．下表所示是采用黑白瓶(不透光瓶—可透光瓶)法測定夏季某池塘不同深度水體中，初始平均O2濃度與24小時后平均O2濃度比較后的數據。下列有關分析正確的是(　　)
水深(m)
1
2
3
4
白瓶中O2濃度(g/m2)
＋3
＋1.5
0
－1
黑瓶中O2濃度(g/m2)
－1.5
－1.5
－1.5
－1.5
A．水深1
m處白瓶中水生植物24小時產生的O2為3
g/m2
B．水深2
m處白瓶中水生植物光合速率等于所有生物的呼吸速率
C．水深3
m處白瓶中水生植物不進行光合作用
D．水深4
m處白瓶中藻類植物產生ATP的場所是葉綠體、細胞質基質和線粒體
答案　D
解析　白瓶透光，瓶內水生植物可進行光合作用和呼吸作用，黑瓶不透光，瓶內水生植物只能進行呼吸作用。在相同條件下培養一定時間，黑瓶中所測得的數據表示瓶內水生植物呼吸作用所消耗的氧氣，白瓶中所測得的數據表示瓶內水生植物光合作用產生的氧氣量與呼吸作用消耗的氧氣量的差值。由表中數據可知，在水深1
m處白瓶中水生植物產生的O2＝3＋1.5＝4.5(g/m2)，A錯誤；水深2
m處白瓶中水生植物光合速率＝1.5＋1.5＝3.0[g/(m2·d)]，所有生物呼吸速率為1.5[g/(m2·d)]，B錯誤；由表中水深3
m處白瓶中O2濃度所對應值為0可知，水深3
m處白瓶中水生植物光合作用量等于所有生物呼吸作用量，即1.5
g/m2，C錯誤；水深4
m處白瓶中水生植物的光合作用產生O2量＝－1＋1.5＝0.5(g/m2)，說明藻類植物能進行光合作用和呼吸作用，故白瓶中藻類植物產生ATP的場所是葉綠體、細胞質基質和線粒體，D正確。
將葉片一半遮光，一半曝光，遮光的一半測得的數據變化值代表呼吸作用強度值，曝光的一半測得的數據變化值代表凈光合作用強度值，綜合兩者可計算出真正光合作用強度值。需要注意的是該種方法在實驗之前需對葉片進行特殊處理，以防止有機物的運輸。
4.某研究小組采用“半葉法”對番茄葉片的光合作用強度進行測定。如圖所示，“半葉法”的原理是將對稱葉片的一部分(A)遮光，另一部分(B)不做處理，并采用適當的方法(可先在葉柄基部用熱水或熱石蠟液燙傷或用呼吸抑制劑處理)阻止兩部分的物質和能量轉移。在適宜光照下照射6
h后，在A、B的對應部位截取同等面積的葉片，烘干稱重，分別記為MA、MB，獲得相應數據，則可計算出該葉片的光合作用強度，其單位是
mg/(dm2·h)。若M＝MB－MA，則M表示________________________________________。
答案　B葉片被截取部分在6
h內光合作用合成的有機物總量
解析　如圖所示，A部分遮光，此半片葉片雖不能進行光合作用，但可照常進行呼吸作用。B部分葉片既能進行光合作用，又可以進行呼吸作用。題中MB表示6
h后葉片初始質量＋光合作用有機物的總產量－呼吸作用有機物的消耗量，MA＝6
h后初始質量－呼吸作用有機物的消耗量。所以M＝MB－MA＝B葉片被截取部分在6
h內光合作用合成的有機物總量。這樣，M值除以時間再除以面積就可測得真正光合速率(單位：mg/dm2·h)。
本方法通過測定單位時間、單位面積葉片中淀粉的生成量測定光合速率，如圖所示以有機物的變化量表示(S為葉圓片面積)。
凈光合速率＝(z－y)/2S；
呼吸速率＝(x－y)/2S；
真光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率＝(x＋z－2y)/2S。
5．某同學欲測定植物葉片葉綠體的光合作用速率，做如圖所示實驗。在葉柄基部作環剝處理(僅限制葉片有機物的輸入和輸出)，于不同時間分別在同一葉片上陸續取下面積為1
cm2的葉圓片烘干后稱其重量，計算得到葉片葉綠體的光合作用速率＝(3y－2z－x)/6
g·cm－2·h－1(不考慮取葉圓片后對葉生理活動的影響和溫度微小變化對葉生理活動的影響)。則M處的實驗條件是(　　)
A．下午4時后在陽光下照射3小時再遮光3小時
B．下午4時后將整個實驗裝置遮光6小時
C．下午4時后在陽光下照射6小時
D．下午4時后將整個實驗裝置遮光3小時
答案　D
解析　起始干重為上午10時移走時的葉圓片干重x克，從上午10時到下午4時，葉片在這6小時內既進行光合作用，又進行呼吸作用，所以下午4時移走的葉圓片干重(y克)減去上午10時移走時的葉圓片干重(x克)的差值，就等于該葉圓片凈光合作用產生干物質的量：(y－z)克。若要求出呼吸作用干物質量，應將葉片遮光處理，先假設葉片遮光處理為a小時后干重為z克，下午4時移走的葉圓片干重y克減去葉片遮光處理a小時后的干重z克的差值，就是呼吸作用干物質量：(y－z)克。已知：測得葉片的葉綠體光合作用速率＝(3y－2z－x)/6
g·cm－2·h－1，據真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，得出：(3y－2z－x)/6＝(y－z)/6＋(y－x)/a，計算出a＝3小時，D正確。
利用“真空滲入法”排除葉肉細胞間隙的空氣，充以水分，使葉片沉于水中。在光合作用過程中，植物吸收CO2放出O2，由于O2在水中溶解度很小而在細胞間積累，結果使原來下沉的葉片上浮。根據在相同時間內上浮葉片數目的多少(或者葉片全部上浮所需時間的長短)，即能比較光合作用的強弱。
6．圖1是某高等綠色植物成熟綠葉組織在某光照強度和適宜溫度下，光合作用強度增長率隨CO2濃度變化的情況。圖2為從生長狀況相同的植物葉片上剪出大小、部位相同的若干圓葉片，抽取葉片細胞內的氣體，平均分成若干份，然后置于不同濃度的NaHCO3溶液中，給予相同的一定強度光照，測量圓葉片上浮至液面所需時間，其記錄結果繪成的曲線圖。下列分析錯誤的是(　　)
A．圖1中在d點時光合速率達到最大，此時限制光合速率的主要環境因素可能是光照強度
B．圖1中c點與b點相比，葉綠體中[H]的合成速率不變
C．從圖2分析，bc段曲線平緩的限制因素可能是光照強度，而c點以后曲線上行，其原因最可能是NaHCO3濃度過大，導致細胞失水，從而影響細胞代謝
D．適當地增加光照強度重復圖2實驗，b點將向下移動
答案　B
解析　圖1中從a點至d點光合作用強度一直在增加，在d點時光合作用強度增長率為0，因此在該點光合作用強度達到最大值，此時CO2濃度已不再是限制因素，題干為“適宜溫度下”，因此此時限制光合速率的主要環境因素可能是光照強度，A正確；圖1中c點和b點相比，c點的光合作用強度大，葉綠體中[H]的合成速率增加，B錯誤；從圖2分析，bc段曲線平緩說明CO2不再是限制因素，限制因素可能是光照強度，c點以后曲線上行，其原因最可能是NaHCO3濃度過大，導致細胞失水，從而影響細胞代謝，C正確；適當地增加光照強度重復圖2實驗，光合作用強度會增加，產生的O2更多，葉片上浮的時間更短，b點將向下移動，D正確。
用一系列不同光照強度、溫度或CO2濃度的裝置，可探究光照強度、溫度或CO2濃度對光合作用強度的影響。
[特別提醒]　(1)注意變量的控制手段。如光照強度的大小可用不同功率的燈泡(或相同功率的燈泡，但與植物的距離不同)進行控制，不同溫度可用不同的恒溫裝置控制，CO2濃度的大小可用不同濃度的CO2緩沖液調節。
(2)不能僅用一套裝置通過逐漸改變其條件進行對照實驗，而應該用一系列裝置進行相互對照。
(3)無論哪種裝置，在光下測得的數值均為“凈光合作用強度值”。
7．利用如圖所示的實驗裝置進行與光合作用有關的實驗，下列敘述正確的是(　　)
A．試管中收集的氣體量代表了光合作用產生的氧氣量
B．在光下，如果有氣泡產生，可說明光合作用產生氧氣
C．為了探究二氧化碳濃度對光合作用的影響，可以用不同濃度的碳酸氫鈉溶液進行實驗
D．為了探究光照強度對光合作用的影響，用一套裝置慢慢向光源靠近，觀察氣泡產生速率的變化
答案　C
解析　試管中收集的氣體量是凈光合作用的產氧量，A錯誤；在光下有氣泡產生不能確定是光合作用產生的氧氣，B錯誤；探究光照強度對光合作用的影響時，應在距光源不同距離處設置不同裝置，觀察氣泡產生速率的變化，D錯誤。
光反應和暗反應在不同酶的催化作用下相對獨立進行，由于催化暗反應的酶的催化效率和數量都是有限的，因此在一般情況下，光反應的速率比暗反應快，光反應的產物ATP和[H]不能被暗反應及時消耗掉。持續光照，光反應產生的大量的[H]和ATP不能及時被暗反應消耗，暗反應限制了光合作用的速率，降低了光能的利用率。但若光照、黑暗交替進行，則黑暗間隔有利于充分利用光照時積累的光反應的產物，持續進行一段時間的暗反應。因此在光照強度和光照時間不變的情況下，制造的有機物相對多。
8．(2015·全國卷Ⅰ)為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態相同的某種植物為材料設計了A、B、C、D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩定，每組處理的總時間均為135
s，處理結束時測定各組材料中光合作用產物的含量。處理方法和實驗結果如下：
A組：先光照后黑暗，時間各為67.5
s；光合作用產物的相對含量為50%。
B組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為7.5
s；光合作用產物的相對含量為70%。
C組：先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時間各為3.75
ms(毫秒)；光合作用產物的相對含量為94%。
D組(對照組)：光照時間為135
s；光合作用產物的相對含量為100%。
回答下列問題：
(1)單位光照時間內，C組植物合成有機物的量________(填“高于”“等于”或“低于”)D組植物合成有機物的量，依據是_____________________________________________________________________
________________________________________________________________；
C組和D組的實驗結果可表明光合作用中有些反應不需要________，這些反應發生的部位是葉綠體的________。
(2)A、B、C三組處理相比，隨著__________________________的增加，使光下產生的____________________________能夠及時利用與及時再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案　(1)高于　C組只用了D組一半的光照時間，其光合作用產物的相對含量卻是D組的94%　光照　基質
(2)光照和黑暗交替頻率　ATP和還原型輔酶Ⅱ
高考熱點突破
1．(2019·全國卷Ⅰ)將一株質量為20
g的黃瓜幼苗栽種在光照等適宜的環境中，一段時間后植株達到40
g，其增加的質量來自于(　　)
A．水、礦質元素和空氣
B．光、礦質元素和水
C．水、礦質元素和土壤
D．光、礦質元素和空氣
答案　A
解析　根據光合作用的過程，植物產生的有機物主要來自空氣中的CO2，另外植株增加的質量還來自對水和礦質元素的吸收。光合作用過程中，光是光合作用進行的動力。
2．(2018·江蘇高考)如圖為某一植物在不同實驗條件下測得的凈光合速率，下列假設條件中能使圖中結果成立的是(　　)
A．橫坐標是CO2濃度，甲表示較高溫度，乙表示較低溫度
B．橫坐標是溫度，甲表示較高CO2濃度，乙表示較低CO2濃度
C．橫坐標是光波長，甲表示較高溫度，乙表示較低溫度
D．橫坐標是光照強度，甲表示較高CO2濃度，乙表示較低CO2濃度
答案　D
解析　若橫坐標是CO2濃度，較高溫度下，呼吸速率高，較低溫度下，呼吸速率低，所以甲、乙與縱坐標的交點不一樣，A錯誤；若橫坐標是溫度，則隨著溫度的升高光合速率與呼吸速率都會表現為先升高后降低的趨勢，B錯誤；因為葉綠體中的色素只吸收可見光，且對不同波長的可見光吸收量也不同，所以若橫坐標是光波長，則凈光合速率曲線的變化趨勢與圖中甲、乙曲線變化不符，C錯誤；若橫坐標是光照強度，較高濃度的二氧化碳有利于光合作用的進行，因此甲表示較高CO2濃度，乙表示較低CO2濃度，D正確。
3．(2019·全國卷Ⅰ)將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進行干旱處理，該植物根細胞中溶質濃度增大，葉片中的脫落酸(ABA)含量增高，葉片氣孔開度減小。回答下列問題。
(1)經干旱處理后，該植物根細胞的吸水能力________。
(2)與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的光合速率會________，出現這種變化的主要原因是________________________________。
(3)有研究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。請以該種植物的ABA缺失突變體(不能合成ABA)植株為材料，設計實驗來驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。
答案　(1)增強
(2)降低　氣孔開度減小使供應給光合作用所需的CO2減少
(3)取ABA缺失突變體植株在正常條件下測定氣孔開度，經干旱處理后，再測定氣孔開度。預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變。
再將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下，一組進行ABA處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。
解析　(1)經干旱處理后，該植物根細胞中溶質濃度增大，滲透壓增大，對水分子的吸引力增大，則該植物根細胞的吸水能力增強。
(2)與干旱處理前相比，干旱處理后該植物的葉片氣孔開度減小，從而影響光合作用所需的CO2的供應，暗反應減弱，其光合速率降低。
(3)欲設計實驗驗證“干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的”，則自變量為ABA的有無，那么該實驗選用的材料是該種植物的ABA缺失突變體植株，在干旱處理前后都測定葉片的氣孔開度，預期結果是干旱處理前后氣孔開度不變。再將上述干旱處理的ABA缺失突變體植株分成兩組，在干旱條件下進行對照實驗，一組用ABA處理，另一組作為對照組，一段時間后，分別測定兩組的氣孔開度。預期結果是ABA處理組氣孔開度減小，對照組氣孔開度不變。
4．(2018·全國卷Ⅰ)甲、乙兩種植物凈光合速率隨光照強度的變化趨勢如圖所示。
回答下列問題：
(1)當光照強度大于a時，甲、乙兩種植物中，對光能的利用率較高的植物是____________。
(2)甲、乙兩種植物單獨種植時，如果種植密度過大，那么凈光合速率下降幅度較大的植物是________，判斷的依據是___________________________________________________________________。
(3)甲、乙兩種植物中，更適合在林下種植的是________。
(4)某植物夏日晴天中午12：00時葉片的光合速率明顯下降，其原因是進入葉肉細胞的________(填“O2”或“CO2”)不足。
答案　(1)甲
(2)甲　種植密度過大，植株接受的光照強度減弱，光照強度降低導致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大
(3)乙　(4)CO2
解析　(1)由曲線圖可知，光照強度大于a時，甲植物的凈光合速率大于乙，說明甲植物對光能的利用率較高。
(2)當種植密度過大時，植株的葉片會相互遮擋，植株接受的光照強度減弱，導致植物凈光合速率下降。由曲線圖可知，光照強度降低導致甲植物凈光合速率降低的幅度比乙大。
(3)由于乙植物在低光照下的凈光合速率大于甲，且光飽和點小于甲，所以乙植物更適合在林下低光照強度的環境下種植。
(4)夏日晴天中午12點，溫度較高，蒸騰作用失水較多，部分氣孔關閉，進入葉肉細胞的CO2明顯減少，抑制了暗反應，導致葉片的光合速率明顯降低。
5．(2018·全國卷Ⅱ)為了研究某種樹木樹冠上下層葉片光合作用的特性，某同學選取來自樹冠不同層的A、B兩種葉片，分別測定其凈光合速率，結果如圖所示。據圖回答問題：
(1)從圖可知，A葉片是樹冠________(填“上層”或“下層”)的葉片，判斷依據是________________________。
(2)光照強度達到一定數值時，A葉片的凈光合速率開始下降，但測得放氧速率不變，則凈光合速率降低的主要原因是光合作用的________反應受到抑制。
(3)若要比較A、B兩種新鮮葉片中葉綠素的含量，在提取葉綠素的過程中，常用的有機溶劑是________。
答案　(1)下層　A葉片的凈光合速率達到最大時所需光照強度低于B葉片
(2)暗　(3)無水乙醇
解析　(1)由于上層葉片對陽光的遮擋，導致下層葉片接受的光照強度較弱，因此下層葉片凈光合速率達到最大值時所需要的光照強度較上層葉片低，據此分析圖示可推知：A葉片是樹冠下層的葉片。
(2)光合作用包括光反應和暗反應兩個階段，氧氣產生于光反應階段。光照強度達到一定數值時，A葉片的凈光合速率開始下降，但測得放氧速率不變，說明光反應速率不變，而凈光合速率降低，可能是氣孔關閉，CO2吸收減少所致，表明這主要是光合作用的暗反應受到抑制。
(3)葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中，因而，若要比較A、B兩種新鮮葉片中葉綠素的含量，可以用無水乙醇提取葉綠素。
6．(2017·全國卷Ⅰ)植物的CO2補償點是指由于CO2的限制，光合速率與呼吸速率相等時環境中的CO2濃度。已知甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的。回答下列問題：
(1)將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養。培養后發現兩種植物的光合速率都降低，原因是____________________________。甲種植物凈光合速率為0時，乙種植物凈光合速率________(填“大于0”“等于0”或“小于0”)。
(2)若將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，照光培養一段時間后，發現植物的有氧呼吸增加，原因是____________________________________________________________________。
答案　(1)植物在光下光合作用吸收CO2的量大于呼吸作用釋放CO2的量，使密閉小室中CO2濃度降低，光合速率也隨之降低　大于0
(2)甲種植物在光下光合作用釋放的O2使密閉小室中O2增加，而O2與有機物分解產生的NADH發生作用形成水是有氧呼吸的一個環節，所以當O2增多時，有氧呼吸會增加
解析　(1)將正常生長的甲、乙兩種植物放置在同一密閉小室中，適宜條件下照光培養，剛開始時小室內CO2濃度較高，光合作用強度大于呼吸作用強度，一段時間后，CO2濃度降低，暗反應受阻，進而使兩種植物的光合速率都降低。甲種植物的CO2補償點大于乙種植物的，因此當甲種植物的光合速率為0時，CO2濃度達到甲種植物的CO2補償點，此時乙種植物光合作用強度大于呼吸作用強度，凈光合速率大于0。
(2)將甲種植物密閉在無O2、但其他條件適宜的小室中，所以該小室內是有CO2的，植物可以進行光合作用，釋放的O2使密閉小室中O2增加，而O2與有機物分解產生的NADH發生作用形成水是有氧呼吸的一個環節，所以當O2增多時，有氧呼吸會增加。
7．(2017·全國卷Ⅱ)下圖是表示某植物葉肉細胞光合作用和呼吸作用的示意圖。
據圖回答下列問題：
(1)圖中①、②、③、④代表的物質依次是____________、_______________、_______________、______________，[H]代表的物質主要是________________。
(2)B代表一種反應過程，C代表細胞質基質，D代表線粒體，則ATP合成發生在A過程，還發生在________(填“B和C”“C和D”或“B和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以轉化成酒精，出現這種情況的原因是____________________________________________________________________。
答案　(1)O2　NADP＋　ADP＋Pi　C5　NADH(或還原型輔酶Ⅰ)
(2)C和D　(3)在缺氧條件下進行無氧呼吸
解析　(1)分析圖示，A過程為光合作用的光反應階段，B過程是光合作用的暗反應階段。圖中①為水光解產生的O2；由②和H2O產生①與NADPH([H]，即還原型輔酶Ⅱ)可知，②是NADP＋；由③轉化成ATP可知，③是ADP＋Pi；由④與CO2結合生成C3可知，④為C5。呼吸作用過程中的[H]代表的物質主要是NADH(還原型輔酶Ⅰ)。
(2)光合作用的光反應階段(A)可產生ATP，而暗反應階段(B)不產生ATP。有氧呼吸的三個階段都產生ATP，其中細胞質基質中進行有氧呼吸的第一階段(C)，線粒體中進行有氧呼吸的第二和第三階段(D)。
(3)在缺氧條件下，植物細胞可進行無氧呼吸，將丙酮酸轉化成酒精。
課時作業
A卷　葉綠體的結構及光合作用基本過程
一、選擇題
1．提取光合色素，進行紙層析分離，對該實驗中各種現象的解釋，正確的是(　　)
A．未見色素帶，說明材料可能為黃化葉片
B．色素始終在濾紙上，是因為色素不溶于層析液
C．提取液呈綠色是由于含有葉綠素a和葉綠素b
D．胡蘿卜素處于濾紙最前方，是因為其在提取液中的溶解度最高
答案　C
解析　黃化葉片中不含葉綠素，但含有類胡蘿卜素，用此材料進行綠葉中色素的提取和分離實驗時，可以觀察到兩條色素帶，A錯誤；葉綠體中的色素能夠溶解在有機溶劑乙醇、層析液中，色素始終在濾紙上，原因是色素隨層析液在濾紙上向上擴散，B錯誤；提取液呈綠色是由于含有葉綠素a(藍綠色)和葉綠素b(黃綠色)，C正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，如胡蘿卜素處于濾紙最前方，是因為其在層析液中的溶解度最高，D錯誤。
2．下列有關葉綠體色素的提取、分離及功能驗證實驗中，敘述正確的是(　　)
A．葉綠體色素之所以能夠在濾紙上分離開的原因是不同的色素分子大小不同
B．實驗中要注意不能讓層析液沒及濾液細線，是為避免色素迅速擴散進入層析液中
C．將葉綠體色素提取液裝入試管，讓一束白光穿過該濾液后再經三棱鏡對光進行色散，光譜的顏色明顯減弱的是綠光
D．提取的葉綠素溶液，給予適宜的溫度、光照和CO2可進行光合作用
答案　B
解析　不同色素在層析液中的溶解度不同，溶解度大的色素在濾紙上擴散的速度快，故葉綠體色素能夠在濾紙上分離開，A錯誤；實驗中不能讓層析液沒及濾液細線，否則濾液細線中的色素會擴散進入層析液中，B正確；葉綠體色素對綠光吸收最少，白光穿過該濾液后再經三棱鏡對光進行色散，則綠光強度基本不變，C錯誤；光合作用需要多種色素的參與，且需葉綠體中多種酶的參與，因此僅僅有葉綠素，光合作用是無法進行的，D錯誤。
3．(2017·全國卷Ⅲ)植物光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(如O2的釋放)來繪制的。下列敘述錯誤的是(　　)
A．類胡蘿卜素在紅光區吸收的光能可用于光反應中ATP的合成
B．葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制
C．光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示
D．葉片在640～660
nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的
答案　A
解析　類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，不吸收紅光區的光，A錯誤；通過測量葉綠素對不同波長光的吸收值，以光的波長為橫坐標，吸收光能的百分比為縱坐標，可以繪制葉綠素的吸收光譜，B正確；題干中給出“光合作用的作用光譜是通過測量光合作用對不同波長光的反應(如O2的釋放)來繪制的”，光合作用吸收CO2、釋放O2，O2的釋放意味著CO2的吸收，因此光合作用的作用光譜也可用CO2的吸收速率隨光波長的變化來表示，C正確；640～660
nm波長光是紅光，正好是葉綠素的吸收區，故葉片在640～660
nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的，D正確。
4．在光合作用的探究歷程中，德國科學家梅耶根據能量轉化和守恒定律，曾提出了植物在進行光合作用時能量轉化的假說。以下哪項科學實驗能證明這一假說(　　)
A．英格豪斯證明植物在光照條件下可以改變空氣成分的實驗
B．恩格爾曼證明光合作用的有效光是紅橙光和藍紫光的實驗
C．薩克斯證明綠葉在光下進行光合作用可以產生淀粉的實驗
D．魯賓和卡門證明光合作用產生的氧氣來自于水的實驗
答案　C
解析　英格豪斯通過實驗證明了植物更新空氣必須在光下才能進行，沒有涉及能量的轉化，A錯誤；恩格爾曼通過實驗證明O2是由葉綠體釋放出來的，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所，沒有涉及能量的轉化，B錯誤；薩克斯通過實驗，證明了光合作用的產物除氧氣外還有淀粉，從另一個角度也說明了光能轉化為淀粉中穩定的化學能，C正確；魯賓和卡門用同位素標記法證明了光合作用釋放的氧全部來自水，沒有涉及能量的轉化，D錯誤。
5．(2018·北京高考)光反應在葉綠體類囊體上進行。在適宜條件下，向類囊體懸液中加入氧化還原指示劑DCIP，照光后DCIP由藍色逐漸變為無色。該反應過程中(　　)
A．需要ATP提供能量
B．DCIP被氧化
C．不需要光合色素參與
D．會產生氧氣
答案　D
解析　有光時，葉綠體類囊體上的光合色素吸收光能，進行光反應產生氧氣、NADPH和ATP，A、C錯誤，D正確；DCIP照光后由藍色逐漸變為無色，是因為DCIP被[H]還原成無色，B錯誤。
6．(2019·唐山一模)下列關于光合作用和有氧呼吸過程的敘述，錯誤的是(　　)
A．光合作用光反應階段的產物可為有氧呼吸第三階段提供原料
B．有氧呼吸第三階段的產物可為光合作用光反應階段提供原料
C．兩者產生氣體的階段都有水參與
D．兩者產生氣體的階段都與生物膜有關
答案　D
解析　光合作用光反應階段的產物O2可作為有氧呼吸第三階段的原料，A正確；有氧呼吸第三階段的產物H2O可作為光合作用光反應階段的原料，B正確；光合作用光反應將H2O分解產生O2的場所是類囊體薄膜，有氧呼吸第二階段H2O與丙酮酸反應生成CO2的場所是線粒體基質，C正確，D錯誤。
7．下圖表示光照下葉肉細胞中A、B兩種細胞器間的氣體交換，下列有關此圖的敘述正確的是(　　)
A．在黑暗中A將停止生理作用
B．A結構能產生ATP，B結構不能產生ATP
C．植物正常生長時，B結構產生的O2全部被A結構利用
D．夜晚適當降溫，能降低A結構的生理功能，白天適當升溫，B結構的生理功能提高比A結構更顯著，故白天適當升溫，夜晚適當降溫能增加農作物的產量
答案　D
解析　分析圖形：A結構消耗氧氣，產生二氧化碳，說明A結構是線粒體，是有氧呼吸的主要場所；B結構消耗二氧化碳，產生氧氣，說明B結構是葉綠體，是光合作用的場所。A線粒體晚上也能進行呼吸作用，A錯誤；A線粒體和B葉綠體都能產生ATP，B錯誤；植物正常生長時，一般光合作用大于呼吸作用，B葉綠體產生的O2除了被A線粒體利用外，還會釋放到環境中，C錯誤；溫度會影響酶的活性，進而影響光合速率和呼吸速率，白天適當升溫，夜晚適當降溫，能增加農作物的產量，D正確。
8．(2019·吉林省實驗中學月考)下列關于光合作用知識的敘述，正確的是(　　)
A．類胡蘿卜素主要吸收紅光和藍紫光
B．光反應產生NADH、ATP和O2，暗反應產生(CH2O)
C．突然停止光照，短時間內C3含量下降，C5含量升高
D．魯賓和卡門利用同位素標記法探明了光合作用釋放的O2來自水
答案　D
解析　類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，A錯誤；光反應產生NADPH，B錯誤；突然停止光照，光反應產生的NADPH、ATP減少，C3還原減慢，C3生成不變，短時間內C3含量升高，C5含量下降，C錯誤；魯賓和卡門利用同位素標記法探明了光合作用釋放的O2來自水，D正確。
9．(2019·黑龍江省哈三中月考)嗜鹽菌是一種能在高濃度鹽溶液中生活的細菌，該菌中有一種結合蛋白稱為菌紫質，菌紫質能將光能轉化為化學能。下列敘述正確的是(　　)
A．加入呼吸抑制劑不影響菌紫質的合成
B．嗜鹽菌內的ATP主要在線粒體中合成
C．菌紫質的功能與葉綠素等色素分子類似
D．嗜鹽菌的能量轉化發生在類囊體薄膜
答案　C
解析　嗜鹽菌屬于原核生物，細胞內不存在線粒體，但能進行呼吸作用，蛋白質的合成需要呼吸作用提供的ATP，因此加入呼吸抑制劑會影響菌紫質的合成，A、B錯誤；菌紫質的功能與葉綠素等色素分子類似，都能將光能轉化為化學能，C正確；嗜鹽菌細胞中沒有葉綠體，不含類囊體薄膜，D錯誤。
10．某植物葉片不同部位的顏色不同，將該植物在黑暗中放置48
h后，用錫箔紙遮蔽葉片兩面，如圖所示。在日光下照光一段時間，去除錫箔紙，用碘染色法處理葉片，觀察到葉片有的部位出現藍色，有的沒有出現藍色。其中，沒有出現藍色的部位是(　　)
A．a、b和d
B．a、c和e
C．c、d和e
D．b、c和e
答案　B
解析　葉片的綠色部位可進行光合作用產生淀粉，黃白色部位由于缺乏葉綠素不能進行光合作用；錫箔紙遮蔽的部位無光合作用，不產生淀粉，用碘染色法處理沒有出現藍色。
11．利用溴甲酚紫指示劑檢測金魚藻生活環境中氣體含量變化的實驗操作如下，下列相關敘述不正確的是(　　)
A．黑暗處理的目的是使金魚藻不進行光合作用
B．溴甲酚紫指示劑變為黃色是因為溶液pH減小
C．圖中實驗操作3～5能證明光合作用吸收CO2
D．該實驗可證明呼吸作用釋放CO2，光合作用釋放O2
答案　D
解析　黑暗處理的目的是使金魚藻不進行光合作用，只進行細胞呼吸消耗氧氣產生二氧化碳，A正確；溴甲酚紫指示劑變為黃色是因為細胞呼吸產生的二氧化碳使溶液pH降低，B正確；經過黑暗處理后，由于細胞呼吸產生的CO2使溶液pH降低，導致溴甲酚紫指示劑變為黃色，再經過30分鐘光照處理后，溴甲酚紫指示劑又變為紫色，說明光合作用吸收CO2，C正確；該實驗可證明呼吸作用釋放CO2，光合作用吸收CO2，但不能證明光合作用釋放O2，D錯誤。
二、非選擇題
12．下圖是光合作用的示意圖，據圖回答問題。
(1)A和B表示光合作用的兩個階段，其中A是________，B是________。
(2)①和②代表兩種物質，其中①是________，②是________。
(3)⑦是一種物質，來自空氣，它是________，⑤是________。
(4)暗反應所需要的能量來自[　　]________的分解，所需的還原劑是[　　]________，這種還原劑來自[　　]________的分解。
(5)在適宜的光照等條件下，適當地增加[　　]________，可提高[　　]________的產量。
(6)寫出光合作用的反應式：____________________________________________________________________。
(7)現有四個實驗裝置，若要驗證綠色開花植物產生O2需要光和驗證O2是否由綠色植物釋放，則應選用的實驗組合分別是(　　)
A．①②和①③
B．②③和①②
C．②④和①③
D．②③和③④
(8)下圖表示光合作用與細胞呼吸過程中物質變化的關系，下列說法不正確的是(　　)
A．1、3和4過程產生的[H]都能與氧結合產生水
B．各種生物體(病毒除外)都能進行的過程是3
C．能提供給綠色植物各種生命活動所需能量最多的過程是5
D．2過程需多種酶參與，且需ATP供能
答案　(1

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