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【備考2023】高中生物新教材一輪復習學案
第10講　光合作用與能量轉換(Ⅱ)
[素養目標]
1．闡明各種因素對光合作用強度的影響。(生命觀念、科學思維)
2．用動態聯系的觀點說明細胞呼吸強度與光合作用強度的大小關系，并舉例說明它在實際生產生活中的應用。(科學思維、社會責任)
　影響光合作用的因素
一、光合作用的強度
1．概念：植物在單位時間內通過光合作用制造糖類的數量。
2．衡量指標
(1)光合速率：單位時間、單位葉面積吸收CO2的量或放出O2的量或有機物的凈增量。
(2)光合生產率(又稱凈同化率)：植物在較長時間(一晝夜或一周)內，單位葉面積生產的干物質量。光合生產率比光合速率低，因為去掉呼吸等消耗。
3．影響光合作用強度的因素
(1)影響光合作用的內部因素：色素的含量、酶的含量和活性、葉齡等。
(2)影響光合作用強度的環境因素：光照強度、二氧化碳濃度、溫度、水分等。
①只要影響到光合作用的原料(CO2、水)、能量的供應(光能)，都可能是影響光合作用強度的因素，例如：環境中CO2濃度、葉片氣孔開閉情況。
②影響葉綠體(光合作用場所)的形成和結構的因素，也會影響光合作用強度。例如：無機營養、病蟲害。
③光合作用需要酶參與，因此影響酶活性的因素也會影響光合作用強度，例如：溫度、pH。
二、探究環境因素對光合作用強度的影響
1．實驗原理
2．實驗裝置分析
(1)設置自變量：自變量是光照強度，通過調整光源與燒杯的距離來調節光照強度的大小。
(2)中間盛水玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對燒杯內水溫產生影響。
(3)CO2的供應：事先向小燒杯中的清水中吹氣或者是用質量分數為1%～2%的NaHCO3溶液。
3．實驗步驟及操作要點
實驗步驟 操作要點
①制備圓形小葉片 取生長旺盛的綠葉，用直徑為0.6 cm的打孔器打出圓形小葉片30片(避開大的葉脈)
②排出細胞間隙中的氣體 a.將圓形小葉片和適量清水置于注射器，排出注射器內的空氣； b.用手指堵住注射器前端的小孔并緩慢地拉動活塞，使圓形小葉片內的氣體逸出。重復幾次，直到圓形小葉片全部沉到水底
③分裝圓形小葉片 a.將上述處理過的圓形小葉片放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用； b.向3只小燒杯分別倒入富含CO2的清水； c.將待用圓形小葉片各10片分別放入3只小燒杯中
④給予不同的光照強度 將3只小燒杯分別置于強、中、弱三種光照下。實驗中，可用5 W的LED燈作為光源，利用小燒杯與光源的距離來調節光照強度
⑤觀察并記錄 觀測并記錄單位時間內3個燒杯中葉片上浮的數量，或者是浮起相同數量的葉片所用的時間長短
4.實驗結論：在一定光照強度范圍內，光合作用強度隨光照強度的增強而增強。
1．(必修1 P105“探究·實踐”拓展)探究光照強度對光合作用強度影響的實驗中的自變量是光照強度，因變量是光合作用強度。(√)
2．(必修1 P105“探究·實踐”拓展)在探究光照強度對光合作用強度的影響中，增加光照強度或溫度，都能明顯縮短葉圓片上浮至液面所用的時間。(×)
3．(必修1 P105“探究·實踐”)在探究光照強度對光合作用強度的影響中，往水中吹氣是為了增加水中的溶解氧。(×)
4．(必修1 P105“探究·實踐”)探究光照強度對光合作用強度影響的實驗中使用的圓形小葉片應先排出里面的氣體。(√)
5．(必修1 P105“探究·實踐”拓展)探究光照強度對光合作用強度影響的實驗中能測定出其真正光合作用速率。(×)
1．必修1 P97“問題探討”拓展：植物工廠用人工光源生產蔬菜的優點是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
同時，______________________________________________________________
________________________________________________________________________，
以使蔬菜產量達到最大。
提示：可以避免由于自然環境中光照強度不足導致光合作用強度低而造成的減產　人工光源的強度和不同色光是可以調控的，可以根據植物生長的情況進行調節
2．必修1 P105“探究·實踐”拓展：閱讀實驗流程、分析實驗裝置，請回答：
(1)該實驗的自變量是光照強度，實驗中可通過____________________來設置自變量。
(2)因變量是光合作用強度，實驗中是通過____________________________________
________________________________________________________________________
____________________________________________________來觀測因變量的。
提示：(1)調整光源與燒杯之間的距離　(2)單位時間內被抽去空氣的圓形小葉片浮起的數量或者浮起相同數量的葉片所用的時間
一、外部因素對光合作用的影響[科學思維]
1．光照強度對光合作用的影響及應用
(1)原理：光照強度影響光反應階段，影響ATP及NADPH的產生，進而影響暗反應。
(2)曲線分析(實線表示陽生植物，虛線表示陰生植物)
①A點：光照強度為0，只進行細胞呼吸。
②AB段(不含A、B點)：光合作用強度小于細胞呼吸強度。
③B點：光補償點(光合作用強度與細胞呼吸強度相等時的光照強度)。
④BD段(不含B、D點)：光合作用強度大于細胞呼吸強度。
⑤C點：光飽和點(光照強度達到C點后，光合作用強度不再隨著光照強度的增大而增強)。
(3)應用：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、林間帶樹種的配置和冬季溫室栽培等都可合理利用光能。
2．CO2濃度對光合作用的影響及應用
(1)原理：CO2濃度通過影響暗反應階段，影響C3的生成。
(2)曲線分析
圖甲中A點表示光合作用速率等于細胞呼吸速率時的CO2濃度，即CO2補償點，而圖乙中的A′點表示進行光合作用所需CO2的最低濃度；兩圖中的B點和B′點都表示CO2飽和點，兩圖都表示在一定范圍內，光合作用速率隨CO2濃度增加而增大。
(3)應用
①栽種農作物時要“正其行，通其風”，多施有機肥。
②溫室內可通過放干冰，使用CO2生成器，施用農家肥，與豬舍、雞舍連通等方法適當提高CO2濃度。
3．溫度對光合作用的影響及應用
(1)原理：溫度通過影響光合酶的活性影響光合作用強度。
(2)曲線分析
光合作用強度和細胞呼吸強度都受溫度的影響，但呼吸作用相關酶的最適溫度較高。
(3)應用：溫室栽培植物時，白天調到光合作用最適溫度，以提高光合作用強度；晚上適當降低溫室內溫度，以降低細胞呼吸強度，保證植物有機物的積累。
4．水對光合作用的影響及應用
(1)原理：水既是光合作用的原料，又是體內各種化學反應的介質，如植物缺水將導致萎蔫，使光合速率下降。另外，水分還能影響氣孔的開閉，間接影響CO2進入植物體內。
(2)曲線分析
圖1表明在農業生產中，可根據作物的需水規律，合理灌溉。圖2曲線上E點處光合作用強度暫時降低，是因為溫度較高，植物部分氣孔關閉，影響了CO2的供應。
(3)應用：預防干旱，合理灌溉。
5．礦質元素對光合作用的影響及應用
(1)原理：礦質元素是參與光合作用的許多重要化合物的組成成分，缺乏會影響光合作用的進行。例如，N是酶的組成元素，N、P是ATP、磷脂的組成元素，Mg是葉綠素的組成元素等。
(2)曲線分析
在一定濃度范圍內，增大必需礦質元素的供應，可提高光合作用強度；但當礦質元素超過一定含量后，土壤溶液的濃度過高，植物會因滲透失水而使光合作用強度下降。
(3)應用：合理施肥、補充土壤中的礦質元素。
6．多因子變量對光合速率的影響
二、內部因素對光合作用的影響[科學思維]
1．植物自身的遺傳特性(如植物品種不同)
以陰生植物、陽生植物為例，如圖所示。
2．植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶
3．葉面積指數(光合面積)
(1)分析
①0A段，隨葉面積指數的增大，光合作用實際量不斷增大，A點為光合作用的飽和點。超過A點，隨著葉面積指數的增大，光合作用實際量不再增強。
②0B段，凈光合量隨光合作用增強而增加，B點以后隨呼吸量的增加，凈光合量逐漸減少，超過C點，植物將無法正常生長。
(2)應用
①增加光合作用面積，如合理密植、間作套種。
②適當間苗、修剪、避免徒長。
[探究意圖：以實驗探究為情境考查科學探究]
　如圖甲為某校生物興趣小組探究光照強度對茉莉花光合作用強度影響的實驗裝置示意圖，圖乙為所測得的結果。請據圖回答下列問題：
(1)圖甲中NaHCO3溶液的作用是___________________________________________。
(2)請寫出控制本實驗自變量的一種方法：___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)為了防止無關變量對實驗結果的干擾，本實驗還應設置對照實驗，請問對照裝置如何設置？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)實驗測得，當用40 W燈泡照射時，紅色液滴沒有發生移動，這是因為此時________________________________________________________________________。
提示：(1)維持廣口瓶內CO2的穩定
(2)用不同瓦數的燈泡或改變燈與廣口瓶的距離
(3)將裝置中的茉莉花換成等量死茉莉花，其他設置與裝置甲一樣
(4)光合作用強度等于細胞呼吸強度
突破點1　圍繞探究環境因素對光合作用影響的原理，考查科學探究能力
1．某同學將新鮮金魚藻置于盛有NaHCO3溶液的燒杯中，改變光源與燒杯的距離，測定得到如圖所示結果。下列敘述正確的是(　　)
A．本實驗目的是探究CO2濃度對光合速率的影響
B．15～45 cm之間，氣泡產生速率代表凈光合速率
C．小于60 cm時，限制光合速率的主要因素是CO2濃度
D．60 cm時，光線太弱導致光合作用完全停止
解析：分析題意可知，本實驗改變光源與燒杯的距離，改變的是光照強度，所以本實驗目的是探究光照強度對光合速率的影響，當距離小于60 cm時，限制光合速率的主要因素是光照強度，A、C錯誤；在60 cm時，光線太弱，導致光合作用減弱，但光合作用沒有完全停止，D錯誤。
答案：B
2．如圖甲為研究光合作用的實驗裝置。用打孔器在某植物的葉片上打出多個圓葉片，再用氣泵抽出圓葉片中的氣體直至葉片沉入水底，然后將等量的圓葉片轉至含有不同濃度的NaHCO3溶液中，給予一定的光照，測量每個玻璃皿中圓葉片上浮至液面所用的平均時間(如圖乙)，以研究光合作用速率與NaHCO3溶液濃度的關系。有關分析正確的是(　　)
A．在ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸減小
B．在bc段，單獨增加NaHCO3溶液濃度，可以縮短圓葉片上浮的時間
C．在c點以后，因NaHCO3溶液濃度過高，使葉肉細胞失水而導致代謝水平下降
D．因NaHCO3溶液中不含O2，所以整個實驗過程中圓葉片不能進行呼吸作用
解析：ab段，隨著NaHCO3溶液濃度的增加，光合作用速率逐漸增強，釋放的氧氣量增多，圓葉片上浮至液面所用的平均時間減少，A項錯誤；NaHCO3溶液可以提供CO2，光合作用受到CO2、光照等條件影響，由題圖可知，在bc段，單獨增加NaHCO3溶液濃度，圓葉片上浮至液面的時間基本不變，B項錯誤；整個實驗過程中葉片都在進行呼吸作用，D項錯誤。
答案：C
3．為探究番茄植株光合作用所需的最適光照強度，取7株各有5個葉片、株高相近的某種番茄幼苗，分別放在7個25 ℃的密閉玻璃容器內，實驗裝置如圖所示。實驗開始先測定容器內CO2濃度，然后用7種不同光照強度(正常自然光照為100%)的光照射12小時，再測定容器中CO2的濃度，實驗結果見表格。
組別 1 2 3 4 5 6 7
光照強度(%) 0 10 20 40 60 80 95
CO2 濃度(%) 開始時 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35
12小時后 0.368 0.342 0.306 0.289 0.282 0.280 0.279
(1)圖中熱屏的作用是_______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根據表中數據推斷，光合速率等于呼吸速率的光照強度應在________。第2組中葉肉細胞產生ATP的場所為______________________。
(3)光飽和點是指植物在一定光照強度范圍內，光合速率達到最大時所需要的最小光照強度。該實驗中，若進一步增加光照強度，12小時后，容器中的CO2濃度保持在0.279%，則在該溫度下的光飽和點______(填“<”“>”“≤”“≥”或“＝”)95%的光照強度。
(4)如果每組光照強度不變，繼續延長光合作用時間，一段時間后，容器中的CO2濃度不再繼續下降，此時制約番茄植株光合速率的環境因素主要是______________。
解析：(1)圖中的熱屏能減少光源產熱對實驗結果的影響，使實驗結果的變化是由不同的光照強度引起的。(2)據表中數據分析，當光照強度為0時，番茄植株只進行呼吸作用，容器內CO2濃度變大，光照強度為10%時，容器內CO2濃度減小，說明光合速率大于呼吸速率，因此，光合速率等于呼吸速率的光照強度應在0～10%之間。第2組中，葉肉細胞能進行呼吸作用和光合作用，葉肉細胞進行呼吸作用和光合作用時都可以產生ATP，故第2組中葉肉細胞產生ATP的場所為細胞質基質、線粒體和葉綠體。(3)光飽和點是指植物在一定光照強度范圍內，光合速率達到最大時所需要的最小光照強度。由題中信息，若進一步增加光照強度，12小時后容器中CO2濃度保持在0.279%，可推測25 ℃時，該植物的光飽和點小于等于95%的光照強度。(4)如果每組光照強度不變，繼續延長光合作用時間，一段時間后容器中的CO2濃度不再繼續下降，原因是隨著光合作用的不斷進行(光合速率大于呼吸速率)，容器內CO2濃度不斷降低，當容器內CO2濃度不再繼續下降時，光合速率等于呼吸速率，故當CO2濃度不再繼續下降時，制約番茄植株光合速率的環境因素主要是CO2濃度。
答案：(1)減少光源產熱對實驗結果的影響，使實驗結果的變化是由不同的光照強度引起的(合理即可) (2)0～10%　細胞質基質、線粒體和葉綠體　(3)≤ (4)CO2濃度
突破點2　圍繞單因素或多因素對光合速率的影響，考查科學思維能力
4．(多選)為探究CO2濃度和氮肥對小麥產量的影響，某同學通過實驗測得小麥單位葉面積的CO2吸收速率(mmol/h)，結果如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．該實驗中的溫度和光照強度應適宜并且保持一致
B．吸收的氮可用于合成NADPH和葉綠素等含氮物質
C．適當增大CO2濃度和施加氮肥都有利于小麥增產
D．葉綠體中CO2的固定量就是測得葉片的CO2吸收量
解析：葉片的CO2吸收量代表凈光合速率，葉綠體中CO2的固定量代表真正光合速率，真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率，故葉綠體中CO2的固定量不等于測得葉片的CO2吸收量，D錯誤。
答案：ABC
5．如圖是北方某干旱地區夏日晴朗天氣，黃瓜葉片凈光合速率與胞間CO2濃度的日變化曲線。請回答下列問題：
(1)據圖推測13：00時，________(填“增加”或“降低”)環境的相對濕度可降低黃瓜光合作用“午休”的程度，原因是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)有同學認為，17：00～18：00胞間CO2濃度快速上升的原因是呼吸速率大于光合速率，你認為是否正確？________(填“是”或“否”)，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)玉米、甘蔗等植物細胞中有一種酶，能通過一系列反應將CO2“泵”入某些進行光合作用的細胞，保證暗反應順利進行。在干旱缺水地區，與11：00時相比，13：00時該類植物光合作用速率反而有所升高，除光照、溫度等因素外，主要原因是________________________________________________________________________。
解析：(1)圖中顯示，13：00時黃瓜光合作用出現了“午休”現象，是部分氣孔關閉導致的CO2吸收不足，進而影響了光合作用暗反應，因此適當增加環境的相對濕度可降低黃瓜光合作用“午休”的程度。(2)據圖中實驗結果可知，17：00～18：00黃瓜的凈光合速率大于零，說明其光合速率大于呼吸速率。(3)根據題意分析可知，“玉米、甘蔗等植物細胞中有一種酶，能通過一系列反應將CO2‘泵’入某些進行光合作用的細胞”，即玉米、甘蔗等植物能利用較低濃度的CO2，所以在干旱缺水地區，與11：00時相比，13：00時該類植物光合作用速率反而有所升高。
答案：(1)增加　避免因氣孔關閉導致胞間CO2濃度較低，進而影響暗反應速率　(2)否　由圖中實驗結果可知該時間段凈光合速率大于零　(3)該類植物能利用較低濃度的CO2
6．研究人員為探究不同遮光強度對小麥葉片光合特性、生理代謝特征的影響，分別設置輕度遮光(S1，單層遮光，光合有效輻射減弱20%)、中度遮光(S2，雙層遮光，光合有效輻射減弱40%)和重度遮光(S3，三層遮光，光合有效輻射減弱60%)三個實驗組，并以全光照為對照組(CK)，實驗結果如下表所示。據表回答下列問題：
遮光強度對小麥光合特性參數的影響
處理 氣孔導度 (μmol· m－2·s－1) 光合速率 (μmol· m－2·s－1) 胞間CO2 濃度 (μL－1·L－1) 葉綠素 a(mg·g－1) 葉綠素 b(mg·g－1) 葉綠素a/ 葉綠素b
CK 0.23 7.46 536.21 1.03 2.63 0.39
S1 0.21 6.82 501.48 1.01 2.34 0.43
S2 0.17 6.03 463.02 0.86 2.10 0.41
S3 0.12 5.12 421.71 0.57 1.75 0.33
(1)影響小麥光合作用的環境因子，除了光照條件外，還有__________________(答出2點)以及水分、礦質營養等，除表格中涉及的因素外，影響小麥光合作用的內部因素還有______________________。
(2)若已知遮光強度對其他色素含量變化的影響不顯著，則相對于CK，將S3的小麥葉片進行色素的提取和分離實驗后，第________條色素帶變窄的程度更大，為______色。
(3)綜合表格數據，隨遮光強度增加小麥的光合速率下降的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)小麥生長除了受到光照強度影響外，還會受到溫度的影響。新疆晝夜溫差大，小麥產量較高的原因是白天溫度較高，小麥進行光合作用較強，夜晚溫度較低，______________較弱，有利于有機物的積累。
解析：(1)除了光照條件外，影響小麥光合作用的環境因子還有CO2濃度、溫度以及水分、礦質營養等，內部影響因素有酶的含量和活性等。(2)由表格中數據可知，相對于CK，S3的葉綠素a/葉綠素b降低，因此將S3的小麥葉片進行色素的提取和分離實驗后，若其他色素含量變化不顯著，則藍綠色的葉綠素a條帶變窄的程度更大。(3)綜合表格數據，隨著遮光不斷加強，小麥的氣孔導度和胞間CO2濃度下降，從而影響光合作用的暗反應，葉綠素的含量下降，從而影響光反應，故小麥的光合速率會下降。(4)新疆白天溫度高，光合作用強，晚上溫度低，細胞呼吸較弱，消耗的有機物少，有利于有機物的積累，故小麥產量較高。
答案：(1)CO2濃度、溫度　酶的含量或酶的活性(或類胡蘿卜素的含量)　(2)三　藍綠　(3)隨遮光不斷加強，小麥的氣孔導度和胞間CO2濃度下降，從而影響光合作用的暗反應，葉綠素的含量下降，從而影響光反應，所以光合速率下降　(4)細胞呼吸
1．若將某種植物密閉在無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___________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：該植物在光下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[H]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
2．結合下圖分析并回答問題：
C點時兩者光合作用速率________(填“相等”“不相等”或“不一定相等”)，理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：不一定相等　兩者的呼吸速率不一定相等
　光合作用與細胞呼吸的關系
1．光合作用與細胞呼吸的關系圖解
(1)關系圖解
(2)物質名稱：b：O2，c：ATP，d：ADP，e：NADPH，f：C5，g：CO2，h：C3。
(3)生理過程及場所
序號 ① ② ③ ④ ⑤
生理 過程 光反應 暗反應 有氧呼吸 第一階段 有氧呼吸 第二階段 有氧呼吸 第三階段
場所 葉綠體類囊體薄膜 葉綠體基質 細胞質基質 線粒體基質 線粒體內膜
2.聯系
(1)物質聯系
C：CO2有機物丙酮酸CO2
H：H2ONADPH(CH2O)[H]H2O
O：H2OO2H2OCO2有機物
(2)能量聯系
3．光合作用與有氧呼吸的區別
比較項目 光合作用 有氧呼吸
部位 含有葉綠體的細胞，其場所是葉綠體 所有生活的細胞，主要場所是線粒體
條件 光 有光無光均可
原料 CO2和H2O 有機物和O2
產物 有機物和O2 CO2和H2O
實質(物質和能量的轉變) CO2轉化成糖類等有機物。光能轉化為化學能儲存在糖類等有機物中 分解有機物，產生CO2和H2O，同時釋放能量
1．光合作用過程中產生的NADPH可用于有氧呼吸的第三階段。(×)
2．葉綠體產生的O2可進入線粒體被直接利用，線粒體產生的H2O可進入葉綠體被直接利用。(√)
3．某光照強度下，有機物的積累量與有機物的消耗量相等，該植物在此光照條件下重量不增加。(×)
4．不同植物的真正光合速率不相同，那么凈光合速率可能相同。(√)
5．進入葉綠體的CO2不能被NADPH直接還原，植物體的凈光合速率長期為零時會導致幼苗停止生長。(√)
1．必修1 P106“拓展應用1”拓展：結合下圖分析并回答問題：
(1)在0～25 ℃范圍內，光合速率明顯比呼吸速率升高得快，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)當溫度高于30 ℃時，大豆植株光合速率隨溫度升高明顯下降的主要原因是
________________________________________________________________________
_________________________________________________________(至少答出兩點)。
提示：(1)此溫度范圍內隨溫度的升高，光合作用酶的活性比呼吸作用酶的活性增加得更快、活性更高，對光合作用的影響更大
(2)高溫引起催化暗反應的酶活性降低，甚至變性失活；高溫下蒸騰速率增強，導致氣孔關閉，使CO2供應不足；高溫導致葉綠體結構變化，甚至受損
2．必修1 P106“拓展應用2”拓展：給密閉玻璃瓶中的植物幼苗提供適宜的水、無機鹽、光照強度、溫度等條件，幼苗的生存時間一般不會太長，原因可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：隨著植物生長，土壤的水分會減少，土壤中的無機鹽含量會下降，空氣中CO2含量減少等
一、細胞呼吸與光合作用的關系分析[科學思維]
1．光合作用與有氧呼吸中NADH/NADPH和ATP的來源、去路
比較項目 來源 去路
NADPH 光合作用 產生于光反應中水的光解 用于暗反應中C3的還原
NADH 有氧呼吸 產生于第一、二階段 消耗于第三階段，與O2結合生成H2O
ATP 光合作用 產生于光反應階段，其中的能量來自光能 用于暗反應過程中C3的還原
有氧呼吸 三個階段均能產生，第三階段相對較多 用于各項生命活動
2.不同光照條件下葉肉細胞的氣體代謝特點
曲線 光合作用強度與細胞呼吸強度的關系 氣體代謝特點 圖示
A點 只進行細胞呼吸 吸收O2，釋放CO2
AB段 (不含A、B點) 細胞呼吸強度大于光合作用強度 吸收O2，釋放CO2
B點 細胞呼吸強度等于光合作用強度 不與外界發生氣體交換
B點后 光合作用強度大于細胞呼吸強度 吸收CO2，釋放O2
3.光合作用與細胞呼吸曲線中的“關鍵點”移動
(1)細胞呼吸對應點(A點)的移動：細胞呼吸增強，A點下移；細胞呼吸減弱，A點上移。
(2)補償點(B點)的移動
①細胞呼吸速率增加，其他條件不變時，CO2(或光)補償點右移，反之左移。
②細胞呼吸速率基本不變，相關條件的改變使光合速率下降時，CO2(或光)補償點右移，反之左移。
(3)飽和點(C點)和D點的移動：相關條件的改變(如增大光照強度或增大CO2濃度)使光合速率增大時，C點右移，D點上移的同時右移；反之，移動方向相反。
4．自然環境與密閉環境中一晝夜內光合速率曲線的比較
(1)自然環境中，綠色植物一晝夜內CO2的吸收與釋放速率的曲線分析
(2)相對密閉的環境中，一晝夜CO2含量的變化曲線分析
二、光合速率與呼吸速率的模型分析[科學思維]
1．真正光合速率、凈光合速率和細胞呼吸速率的模型分析
(1)內在關系
①細胞呼吸速率：植物非綠色組織或綠色組織在黑暗條件下測得的值——單位時間內一定量組織的CO2釋放量或O2吸收量。
②凈光合速率：植物綠色組織在有光條件下測得的值——單位時間內一定量葉面積所吸收的CO2量或釋放的O2量。
③真正光合速率＝凈光合速率＋細胞呼吸速率。
(2)判定方法
①根據坐標曲線判定
　
a．當光照強度為0時，若CO2吸收量為負值，該值的絕對值代表細胞呼吸速率，該曲線代表凈光合速率，如圖甲。
b．當光照強度為0時，光合速率也為0，該曲線代表真正光合速率，如圖乙。
②根據關鍵詞判定
檢測指標 細胞呼吸速率 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
2.光合作用與呼吸作用的相關曲線分析
圖中曲線c表示凈光合速率，d表示呼吸速率，c＋d表示總光合速率。在A點時，總光合速率是呼吸速率的2倍。
[探究意圖：以溫室效應為情境信息考查科學思維]
近年來，隨著溫室效應的加劇，高溫脅迫對農作物的生長和發育造成了不可逆轉的影響。研究發現，高溫脅迫會造成自由基等氧化物積累，從而使農作物的凈光合速率下降。下表是高溫脅迫對不同葡萄品種光能轉化效率、氣孔導度(氣孔張開的程度)以及胞間CO2濃度的影響。
葡萄 品種 光能轉化效率 氣孔導度 胞間CO2濃度
常溫 高溫 常溫 高溫 常溫 高溫
早熟紅無核 0.811 3 0.667 2 0.42 0.39 276.31 255.1
莫麗莎 0.823 0 0.622 9 0.38 0.25 284.45 314.25
紅寶石 0.812 7 0.603 2 0.41 0.28 296.32 269.74
請依據對表中數據的分析，回答下列問題：
(1)高溫脅迫會使三個葡萄品種的光能轉化效率______，其直接原因可能是自由基等氧化物破壞了________、______________和______________，從而影響了光反應的正常進行。
(2)早熟紅無核與紅寶石相比，在高溫脅迫下光能轉化效率更高的是__________________。
(3)據表分析，莫麗莎在高溫脅迫下光合速率降低的主要原因是____________(填“氣孔限制”或“非氣孔限制”)，判斷理由是____________________________________________。
提示：(1)降低　色素分子(或“色素”)　類囊體薄膜　酶的活性(“酶的結構”，或“酶”)　(2)早熟紅無核　(3)非氣孔限制　莫麗莎在高溫脅迫下氣孔導度下降，但胞間CO2濃度卻上升
突破點1　圍繞細胞呼吸與光合作用在過程上的聯系，考查科學思維能力
1．如圖表示高等植物體內某些生理過程。據圖分析，下列說法錯誤的是(　　)
A．Ⅰ階段生成ATP和NADPH所需要的能量可以是光能也可以是化學能
B．③和④過程進行的場所分別是葉綠體基質和細胞質基質
C．Ⅰ、Ⅱ階段所示的過程是生態系統賴以維持的重要基礎
D．④⑤過程可發生在同一個體不同部位的組織細胞中
解析：高等植物體內，Ⅰ階段(光反應)生成ATP和NADPH所需要的能量來自光能，A錯誤。
答案：A
2.植物甲與植物乙的凈光合速率隨葉片溫度變化的趨勢如圖所示。回答下列問題：
(1)甲、乙兩種植物中，更能適應高溫環境的是植物________，判斷的依據是________________________________________________________________________。
(2)若在35 ℃恒溫條件下分別培養植物甲和植物乙一晝夜(12小時光照、12小時黑暗)，根據圖示信息________(填“能”或“不能”)確定兩者一晝夜有機物積累量的多少，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)進一步研究發現，45 ℃恒溫條件下增加空氣濕度可以有效提高植物乙的凈光合速率，據此推測，45 ℃時植物乙凈光合速率下降的主要原因最可能是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)據圖可知，隨著葉片溫度的升高，兩種植物的凈光合作用速率都是先升高后降低，當溫度高于35 ℃時，植物甲的凈光合速率更大，而植物乙的凈光合速率降低，因此植物甲更能適應高溫環境。(2)在35 ℃恒溫條件下分別培養植物甲和植物乙一晝夜(12小時光照、12小時黑暗)，12小時光照條件下兩者有機物的積累量相同，但由于甲、乙兩種植物的呼吸速率未知，不能確定12小時黑暗條件下二者的有機物消耗量，因此不能確定二者一晝夜有機物積累量的多少。(3)溫度過高，蒸騰作用過強導致葉片氣孔部分關閉，葉肉細胞吸收CO2的量減少，從而使植物乙的凈光合速率下降，增加空氣濕度可減緩氣孔的關閉，從而提高凈光合速率。
答案：(1)甲　溫度高于35 ℃時，植物甲的凈光合速率更大　(2)不能　甲、乙兩種植物的呼吸速率未知，不能確定黑暗條件下二者的有機物消耗量　(3)溫度過高，蒸騰作用過強導致葉片氣孔部分關閉，葉肉細胞吸收CO2的量減少
突破點2　圍繞光合作用中補償點、飽和點的移動問題，考查科學思維能力
3．如圖為25 ℃時，某植物光合作用強度隨光照強度變化的坐標圖，已知該植物光合作用和細胞呼吸最適溫度分別為25 ℃和30 ℃。下列敘述錯誤的是(　　)
A．a點時，葉肉細胞產生ATP的細胞器只有線粒體
B．b點時，葉肉細胞的光合作用強度與細胞呼吸強度相等
C．其他條件保持不變，當植物缺Mg時，b點將向右移
D．若將溫度提高到30 ℃，則a點上移，b點右移，d點上移
解析：據曲線分析，a點時葉肉細胞只進行細胞呼吸，故產生ATP的細胞器只有線粒體，A項正確。b點時植物光合作用強度等于細胞呼吸強度，但葉肉細胞的光合作用強度大于細胞呼吸強度，因為葉肉細胞制造的有機物用于植株全部細胞的細胞呼吸消耗，B項錯誤。b點時植物光合作用強度與細胞呼吸強度相等。當植物缺Mg時，葉綠素的合成受到影響，導致光合作用強度減弱，但細胞呼吸強度不變，故光補償點應增大，從而保證此時的光合作用強度等于細胞呼吸強度，即b點將向右移，C項正確。由于該植物光合作用和細胞呼吸的最適溫度分別為25 ℃和30 ℃，當溫度從25 ℃提高到30 ℃后，光合作用強度減弱，細胞呼吸強度增強。圖中a點對應的O2吸收速率代表細胞呼吸強度，故a點上移；光補償點增大，b點右移；d點對應最大光合作用強度，故d點上移，D項正確。
答案：B
4．將川芎植株的一葉片置于恒溫的密閉小室，調節小室CO2濃度，在適宜光照強度下測定葉片光合作用的強度(以CO2吸收速率表示)，測定結果如圖。
下列相關敘述，正確的是(　　)
A．如果光照強度適當降低，a點左移，b點左移
B．如果光照強度適當降低，a點左移，b點右移
C．如果光照強度適當增加，a點右移，b點右移
D．如果光照強度適當增加，a點左移，b點右移
解析：a點為CO2補償點，光合作用強度等于細胞呼吸強度；b點為CO2飽和點。如果光照強度降低，則光合作用減弱，而呼吸作用不變，需要更多的CO2進行補償，則a點右移；光合作用減弱，則CO2飽和點降低，b點左移。光照強度增加則相反，故D正確。
答案：D
突破點3　圍繞密閉和開放環境中一晝夜CO2、O2含量變化的分析，考查科學思維能力
5．(2022·山東青島模擬)將一盆置于密閉透明容器內的綠色植物放在黑暗環境(溫度適宜)中，t1時刻給予充足的光照，t4時刻再補充一定量的CO2，繼續培養一段時間。在培養的過程中實時檢測裝置內O2的釋放速率，結果如圖所示。不考慮其他生物的影響，下列敘述錯誤的是(　　)
A．t0～t1，該密閉裝置內O2的含量應持續下降
B．t3時刻，該綠色植物的呼吸速率等于光合速率
C．t3～t4，CO2濃度是限制光合速率的主要因素
D．t4～t5，該綠色植物的凈光合速率逐漸增大
解析：t0～t1，該綠色植物處于黑暗環境中，其不能進行光合作用，且不斷進行呼吸作用消耗氧氣，所以該密閉裝置內O2的含量應持續下降，A正確；t3時刻，該綠色植物氧氣釋放速率＞0，呼吸速率不等于光合速率，B錯誤；從曲線圖中看出在t4時刻，補充CO2后光合作用速率上升，所以t3～t4光合作用速率的限制因素主要是CO2濃度，C正確；t4～t5，該綠色植物氧氣釋放速率不斷增加，所以其凈光合速率逐漸增大，D正確。
答案：B
6．(多選)將某綠色盆栽植物置于密閉容器內暗處理后，測得容器內CO2和O2濃度相等(氣體含量相對值為1)，在天氣晴朗時的早6時移至陽光下，日落后移到暗室中繼續測量兩種氣體的相對含量，變化情況如圖所示。下列對此過程的分析正確的是(　　)
A．在10時和20時光合作用強度與呼吸作用強度相等
B．該植物體內17時有機物積累量大于19時的有機物積累量
C．在9～16時之間，光合速率＞呼吸速率，O2濃度不斷上升
D．該植物從20時開始進行無氧呼吸
解析：分析圖示，10時CO2濃度下降，光合速率大于呼吸速率，20時CO2濃度升高，呼吸速率大于光合速率，A錯誤；17時，光合速率等于呼吸速率，17時以后呼吸速率大于光合速率，所以19時積累的有機物低于17時的，B正確；20時后植物主要進行有氧呼吸，D錯誤。
答案：BC
7．圖甲表示自然環境中一晝夜植物的CO2吸收速率曲線(S1、S2、S3分別表示實線和橫軸圍成的面積)，圖乙表示密閉容器中一晝夜CO2濃度的變化曲線。回答下列相關問題：
(1)甲、乙兩圖中光合速率和呼吸速率相等的點有________。
(2)致使圖甲T點出現的原因是____________________________________________
________________________________________________________________________，
同樣的原因導致的光合速率下降在圖乙的____________段有所體現。
(3)圖甲中一晝夜有機物的積累量為________(用S1、S2、S3表示)。
(4)若植物長期處于圖乙所示狀況，植物能不能正常生長？請說出你的理由：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)P、Q、D、H　(2)氣孔關閉，二氧化碳濃度降低，導致光合速率下降　FG　(3)S1－(S2＋S3)　(4)能，一晝夜，密閉容器中CO2濃度減小，即光合作用大于細胞呼吸，植物能正常生長
1．晴朗夏日中午植物會出現氣孔關閉，光合速率下降的現象，這種現象稱為“光合午休”。請回答下列問題：
胞間CO2濃度指的是葉片內部葉肉細胞間隙的CO2濃度。實驗人員對處于“光合午休”狀態植物的胞間CO2濃度進行測定：若結果為胞間CO2濃度下降，則葉肉細胞中C3的含量會________，原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________；
若結果為胞間CO2濃度沒有發生變化，則該植物光合速率下降的原因可能是________________________________________________________________________。
提示：下降　胞間CO2濃度下降，CO2的固定速率減慢，而C3的還原速率不變，導致C3的含量減少(答案合理即可)　中午溫度過高，與光合作用有關的酶的活性降低
2．研究發現，高溫處理及干旱處理會使植物蒸騰作用顯著下降。結合光合作用兩個階段分析，高溫處理與干旱處理使該植物凈光合速率下降的可能原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________
___________________________________________________(答出兩點即可)。
提示：蒸騰作用顯著下降，植物吸水能力降低，細胞缺水使光反應產生的NADPH、ATP減少，導致凈光合作用速率下降　氣孔開度減小，植物葉片吸收的CO2減少，暗反應減弱使凈光合作用速率下降(或高溫使光合作用酶活性下降，而對呼吸作用相關酶活性影響較小)
[構建知識網絡]
[強化生命觀念]
1．光照強度：直接影響光反應的速率，光反應產生NADPH和ATP的數量多少會影響暗反應的速率。
2．溫度：影響光合作用過程，特別是影響暗反應中酶的催化效率，從而影響光合速率。
3．CO2濃度：CO2是暗反應的原料，CO2濃度高低直接影響光合速率。
4．礦質元素：直接或間接影響光合作用。例如鎂是葉綠素的組成成分，氮對酶的含量有影響，磷是ATP的組成成分。
5．光合速率與呼吸速率的關系：
(1)綠色植物組織在黑暗條件下測得的數值表示呼吸速率。
(2)綠色植物組織在有光的條件下，光合作用與細胞呼吸同時進行，測得的數值表示凈光合速率。
(3)真正光合速率＝凈光合速率＋呼吸速率。用O2、CO2或葡萄糖的量表示如下：
①光合作用產生的O2量＝實測的O2釋放量＋細胞呼吸消耗的O2量。
②光合作用固定的CO2量＝實測的CO2吸收量＋細胞呼吸釋放的CO2量。
③光合作用產生的葡萄糖量＝葡萄糖的積累量(增重部分)＋細胞呼吸消耗的葡萄糖量。
真題再現　感悟考情
1．(2020·浙江卷)將某植物葉片分離得到的葉綠體，分別置于含不同蔗糖濃度的反應介質溶液中，測量其光合速率，結果如圖所示。圖中光合速率用單位時間內單位葉綠素含量消耗的二氧化碳量表示。下列敘述正確的是(　　)
A．測得的該植物葉片的光合速率小于該葉片分離得到的葉綠體的光合速率
B．若分離的葉綠體中存在一定比例的破碎葉綠體，測得的光合速率與無破碎葉綠體的相比，光合速率偏大
C．若該植物較長時間處于遮陰環境，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B～C段對應的關系相似
D．若該植物處于開花期，人為摘除花朵，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中A～B段對應的關系相似
解析：植物葉片光合作用消耗的二氧化碳來自空氣中的二氧化碳和自身細胞呼吸產生的二氧化碳，測植物葉片的光合速率時，測的是密閉裝置內二氧化碳的減少量，不包括細胞呼吸提供的二氧化碳量，所以此數值比植物葉片光合速率的真實值小；葉綠體光合作用消耗的二氧化碳全部來自空氣中的二氧化碳，測葉綠體的光合速率時，測的也是密閉裝置內二氧化碳的減少量，此數值可代表葉綠體光合速率的真實值，A項正確。葉綠體是光合作用的主要場所，其結構被破壞，會使光合速率降低，故與無破碎葉綠體的光合速率相比，存在破碎葉綠體的光合速率偏小，B項錯誤。若該植物較長時間處于遮陰環境，光照不足，光反應減弱，光合速率一直處于較低水平，葉片內蔗糖合成較少，無法達到B點水平，故葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中A～B段對應的關系相似，C項錯誤。當植物處于開花期時，葉片合成的蔗糖大量向花朵運輸，若此時人為摘除花朵，葉片合成的蔗糖會在葉片處積累，葉片內蔗糖濃度與光合速率的關系與圖中B～C段對應的關系相似，D項錯誤。
答案：A
2．(2021·山東卷)光照條件下，葉肉細胞中O2與CO2競爭性結合C5，O2與C5結合后經一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液，相應的光合作用強度和光呼吸強度見下表。光合作用強度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計。
SoBS濃度(mg·L－1) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用強度(CO2 μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸強度(CO2 μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5與O2結合的反應發生在葉綠體的________中。正常進行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片CO2釋放量先增加后降低，CO2釋放量增加的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)與未噴施SoBS溶液相比，噴施100 mg·L－1 SoBS溶液的水稻葉片吸收和放出CO2量相等時所需的光照強度________(填“高”或“低”)，據表分析，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)C5分布在葉綠體基質中，由此可推知光呼吸中C5與O2結合的反應發生在葉綠體的基質中。突然停止光照，水稻光反應產生的ATP、NADPH減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生CO2增多。(2)觀察表格可知，與未噴施SoBS溶液相比，噴施100 mg·L－1 SoBS溶液的水稻葉片光合作用強度增加(由18.9變為20.9)，光呼吸強度降低(由6.4變為6.2)，據此推知光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加、釋放量減少。此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等。
答案：(1)基質　光照停止，產生的ATP、NADPH減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生的CO2增多　(2)低　噴施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸(及呼吸作用)釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加、釋放量減少。此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等
3．(2021·全國乙卷)生活在干旱地區的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題：
(1)白天葉肉細胞產生ATP的場所有__________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和________釋放的CO2。
(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式，這種方式既能防止____________，又能保證________正常進行。
(3)若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)
解析：(1)葉肉細胞的細胞呼吸場所為細胞質基質和線粒體，光合作用場所為葉綠體，細胞呼吸和光合作用均能產生ATP，所以白天葉肉細胞產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體和葉綠體。據題意可知，雖然白天氣孔關閉，但液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用，此外細胞呼吸釋放的CO2也可供給葉綠體，用于光合作用。(2)該類植物生活在干旱環境中，白天氣孔關閉，可以防止蒸騰作用太強而導致水分大量散失；夜晚氣孔打開，可以從外界吸收CO2，CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中，白天時蘋果酸脫羧釋放出CO2，保證了該類植物光合作用的正常進行。(3)由題干信息可知，夜間植物甲的葉肉細胞吸收CO2生成的蘋果酸儲存在液泡中，白天液泡中的蘋果酸脫羧釋放CO2用于光合作用，故可推知夜間植物甲葉肉細胞液的pH小于白天葉肉細胞液的pH，故實驗思路：白天和夜間每隔一定時間取干旱條件下生長的植物甲的葉片，測定葉肉細胞的pH；預期結果：植物甲葉肉細胞pH在夜間逐漸降低、白天逐漸升高。
答案：(1)細胞質基質、線粒體、葉綠體　細胞呼吸　(2)水分大量散失　光合作用　(3)實驗思路：白天和夜間每隔一定時間取干旱條件下生長的植物甲的葉片，測定葉肉細胞的pH；預期結果：植物甲葉肉細胞pH在夜間逐漸降低、白天逐漸升高。
4．(2020·全國Ⅰ卷)農業生產中的一些栽培措施可以影響作物的生理活動，促進作物的生長發育，達到增加產量等目的。回答下列問題：
(1)中耕是指作物生長期中，在植株之間去除雜草并進行松土的一項栽培措施，該栽培措施對作物的作用有_____________________________________________________________
_______________________________________________________(答出2點即可)。
(2)農田施肥的同時，往往需要適當澆水，此時澆水的原因是__________________________________________________(答出1點即可)。
(3)農業生產常采用間作(同一生長期內，在同一塊農田上間隔種植兩種作物)的方法提高農田的光能利用率。現有4種作物，在正常條件下生長能達到的株高和光飽和點(光合速率達到最大時所需的光照強度)見下表。從提高光能利用率的角度考慮，最適合進行間作的兩種作物是________，選擇這兩種作物的理由是_________________________________________
________________________________________________________________________。
作物 A B C D
株高/cm 170 65 59 165
光飽和點/μmol·m－2·s－1 1 200 1 180 560 623
解析：(1)中耕松土包括去除雜草和疏松土壤兩個方面，去除雜草降低了雜草與作物間的競爭，土壤中的水分、礦質元素離子能更充分地被作物吸收利用；疏松土壤可增加土壤中氧氣的含量，有利于根系的有氧呼吸，從而滿足根系主動運輸吸收礦質元素離子等生理活動對ATP的需求。(2)肥料中的礦質元素只有溶解在水中才能被農作物的根系吸收，另外，施肥后土壤中的礦質元素離子的濃度增加，容易導致細胞液濃度小于土壤溶液濃度，作物根細胞失水，引起“燒苗”。澆水后稀釋了礦質元素離子的濃度且利于礦質元素呈離子狀態，有利于根系對礦質元素離子的吸收。(3)作物A的光飽和點和株高都比較高，可充分利用上層光照進行光合作用；作物C光飽和點比較低、株高矮，可充分利用下層的弱光進行光合作用，因此作物A和C最適合進行間作。
答案：(1)減少雜草對水分、礦質元素和光的競爭；增加土壤氧氣含量，促進根系的呼吸作用　(2)肥料中的礦質元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收　(3)A和C　作物A光飽和點高且長得高，可利用上層光照進行光合作用；作物C光飽和點低且長得矮，與作物A間作后，能利用下層的弱光進行光合作用
5．(2019·江蘇卷)葉綠體中催化CO2固定的酶R由葉綠體DNA編碼的大亞基和細胞核DNA編碼的小亞基共同組裝而成，其合成過程及部分相關代謝途徑如圖所示。請回答下列問題：
(1)合成酶R時，細胞核DNA編碼小亞基的遺傳信息________到RNA上，RNA進入細胞質基質后指導多肽鏈合成；在葉綠體中，參與大亞基肽鏈合成的RNA中，種類最多的是________。
(2)進行光合作用時，組裝完成的酶R需ATP參與激活，光能轉化為ATP中的化學能是在________上(填場所)完成的。活化的酶R催化CO2固定產生C3化合物(C3 Ⅰ)，C3 Ⅰ還原為三碳糖(C3 Ⅱ)，這一步驟需要________作為還原劑。在葉綠體中C3 Ⅱ除了進一步合成淀粉外，還必須合成化合物X以維持卡爾文循環，X為________。
(3)作為光合作用的重要成分，X在葉綠體中的濃度受多種因素調控，下列環境條件和物質代謝過程，與X濃度相關的有________(填序號)。
①外界環境的CO2濃度
②葉綠體接受的光照強度
③受磷酸根離子濃度調節的C3 Ⅱ輸出速度
④酶R催化X與O2結合產生C2化合物的強度
(4)光合作用旺盛時，很多植物合成的糖類通常會以淀粉的形式臨時儲存在葉綠體中，假如以大量可溶性糖的形式存在，則可能導致葉綠體________。
解析：(1)遺傳信息由DNA傳遞到RNA的過程為轉錄。在蛋白質的合成即翻譯過程中，用到三種RNA，即rRNA、tRNA和mRNA。在葉綠體中，參與大亞基肽鏈合成的RNA中，mRNA和rRNA的種類均只有一種，tRNA 的種類與mRNA上對應編碼氨基酸的密碼子的種類數相同，故tRNA的種類數最多。(2)光能轉化為ATP中的化學能屬于光合作用的光反應過程，發生在葉綠體的類囊體膜上。C3 Ⅰ的還原需要光反應產生的NADPH作為還原劑。由圖可知X與CO2結合生成C3 Ⅰ，因此X是參與CO2固定的C5。(3)CO2可以與C5結合生成C3 Ⅰ，能直接影響C5濃度，①正確；光照強度通過影響ATP和NADPH的含量，進而影響C3 Ⅰ到C3 Ⅱ的轉化過程，間接影響C5濃度，②正確；C3 Ⅱ輸出時釋放C5，所以受磷酸根離子濃度調節的C3 Ⅱ輸出速度與C5的濃度有關，③正確；酶R能催化C5與O2結合生成C2化合物，所以其反應強度的大小會影響C5的濃度，④正確。(4)可溶性糖在葉綠體中大量存在時，會導致其滲透壓升高，使葉綠體不斷地吸水，從而漲破。
答案：(1)轉錄　tRNA　(2)類囊體　NADPH　C5(五碳化合物)　(3)①②③④　(4)吸水漲破
6．(2021·河北卷)為探究水和氮對光合作用的影響，研究者將一批長勢相同的玉米植株隨機均分成三組，在限制水肥的條件下做如下處理：(1)對照組；(2)施氮組，補充尿素(12 g·m－2)；(3)水＋氮組，補充尿素(12 g·m－2)同時補水。檢測相關生理指標，結果見下表。
生理指標 對照組 施氮組 水＋氮組
自由水/結合水 6.2 6.8 7.8
氣孔導度(mmol·m－2·s－1) 85 65 196
葉綠素含量(mg·g－1) 9.8 11.8 12.6
RuBP羧化酶活性(μmol·h－1·g－1) 316 640 716
光合速率(μmol·m－2·s－1) 6.5 8.5 11.4
注：氣孔導度反映氣孔開放的程度
回答下列問題：
(1)植物細胞中自由水的生理作用包括______________________________等(寫出兩點即可)。補充水分可以促進玉米根系對氮的__________，提高植株氮供應水平。
(2)參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與______離子參與組成的環式結構使葉綠素能夠吸收光能，用于驅動__________兩種物質的合成以及________的分解；RuBP羧化酶將CO2轉變為羧基加到________分子上，反應形成的產物被還原為糖類。
(3)施氮同時補充水分增加了光合速率，這需要足量的CO2供應。據實驗結果分析，葉肉細胞CO2供應量增加的原因是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)植物細胞中自由水的生理作用：細胞內良好的溶劑、為細胞提供液體環境、參與生化反應、運輸營養物質和代謝廢物。補充水分可以促進玉米根系對氮的吸收，提高植株氮供應水平。(2)Mg是構成葉綠素的元素。葉綠體中的光合色素吸收的光能，有以下兩方面用途：一是將水分解為氧和H＋，H＋與NADP＋結合，形成NADPH；二是在有關酶的催化作用下，提供能量促使ADP和Pi反應形成ATP。綠葉通過氣孔從外界吸收的CO2，在RuBP羧化酶的催化作用下，與C5結合，形成兩個C3，C3接受NADPH和ATP釋放的能量，并且被NADPH還原，最終轉化為糖類和C5。(3)由表格數據可知，施氮同時補水的組的光合速率最大，對應的氣孔導度最大，且RuBP羧化酶的活性最高，即葉肉細胞CO2供應量增加的原因是玉米植株氣孔導度增大。
答案：(1)細胞內良好的溶劑、為細胞提供液體環境、參與生化反應、運輸營養物質和代謝廢物(任寫兩點即可)　吸收　(2)鎂(或Mg)　NADPH和ATP　水　C5　(3)玉米植株氣孔導度增大，吸收的CO2增加

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