資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
人教(2019)生物高考知識點梳理&對點訓練
3.3 光合作用與能量轉化
知識點(一)　捕獲光能的色素和結構
1．綠葉中色素的提取和分離實驗
(1)實驗原理。
(2)實驗注意事項及原因分析。
過程 注意事項 操作目的
提取色素 選材 選新鮮綠色的葉片 使濾液中色素含量高
實驗試劑 研磨時加無水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3　 研磨充分和保護色素
實驗操作 迅速、充分研磨 防止乙醇過度揮發
盛放濾液的試管口加棉塞 防止乙醇揮發和色素氧化
分離色素 制備濾紙條 濾紙預先干燥處理 使層析液在濾紙上快速擴散
畫濾液細線 濾液細線要直、細、齊 使分離出的色素帶平整不重疊
濾液細線干燥后再畫一兩次 使分離出的色素帶清晰分明
分離濾液中色素 濾液細線不觸及層析液 防止色素直接溶解到層析液中
(3)實驗結果及分析。
2．葉綠體的結構及其中的色素
(1)光合作用的結構——葉綠體。
(2)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。
【連接教材資料】(必修1 P97“問題探討”分析)生產上，用何種顏色的玻璃、塑料薄膜做溫室大棚的頂棚產量高？陰天時，在功率相同的情況下，應該選擇什么顏色的照明燈為蔬菜補充光源？
提示：無色，因為日光中各種顏色的光均能通過，作物光合效率高。陰天時，應選擇發紅光和藍紫光的照明燈。
【知識點考法訓練】
考法(一)　考查光合色素的種類與功能
1．下列關于高等植物光合作用的敘述，錯誤的是(　 )
A．光合作用的暗反應階段不能直接利用光能
B．紅光照射時，胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a
C．光反應中，將光能轉變為化學能需要有ADP的參與
D．紅光照射時，葉綠素b吸收的光能可用于光合作用
解析：選B　光合作用的暗反應階段不能直接利用光能，但需要利用光反應階段形成的NADPH和ATP，A正確；胡蘿卜素不能吸收紅光，B錯誤；光反應中，將光能轉變為ATP中活躍的化學能，需要有ADP和Pi及ATP合成酶的參與，C正確；紅光照射時，葉綠素b吸收的光能可用于光合作用，光能可以轉變為ATP中活躍的化學能，D正確。
2．高等植物的光合作用依賴光合色素。不同環境條件下，葉綠素a和葉綠素b之間可以相互轉化，這種轉化稱為“葉綠素循環”。研究發現，在適當遮光條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會降低，以適應環境。如圖是①②兩種葉綠素的吸收光譜。下列關于葉綠素的敘述，正確的是(　 )
A．圖中①和②主要分布在葉綠體的內膜上
B．利用紙層析法分離色素時，②應位于濾紙條的最下端
C．植物葉片呈現綠色是由于①②主要吸收綠光
D．弱光下①的相對含量增高有利于植物對弱光的利用
解析：選D　圖中①葉綠素b，②葉綠素a主要分布在葉綠體的類囊體薄膜上，A錯誤；利用紙層析法分離色素時，①葉綠素b應位于濾紙條的最下端，B錯誤；植物葉片呈現綠色是由于①②含量較多且吸收綠光最少，葉片透射光下呈綠色，C錯誤；在適當遮光條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會降低，以適應環境，可知弱光下①葉綠素b的相對含量增高有利于植物對弱光的利用，D正確。
[歸納拓展]　色素與葉片的顏色
　　
考法(二)　考查綠葉中色素的提取和分離實驗
3．為研究光合色素提取實驗中二氧化硅顆粒大小(目值越大，表示顆粒越細)對葉綠素提取量的影響，某研究小組利用新鮮的菠菜葉片進行了一系列的色素提取與定量測定實驗，實驗結果如下表。下列有關敘述錯誤的是(　 )
二氧化硅顆粒大小/目 0 20 50 100 200
葉綠素a/(mg·g－1) 0.25 0.53 0.61 0.48 0.47
葉綠素b/(mg·g－1) 0.16 0.08 0.09 0.11 0.12
A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有機溶劑
B．加入二氧化硅對葉綠素a和葉綠素b的提取均有益
C．據表可知，用50目的二氧化硅提取得到的葉綠素總量最多
D．若葉片研磨過程中未加入碳酸鈣，則表中數據均減小
解析：選B　由表中數據可知，加入二氧化硅后，葉綠素a的含量增加，而葉綠素b的含量減少，所以加入二氧化硅對葉綠素b的提取無益，對葉綠素a的提取有益，B錯誤。
4．如圖1所示為某生物興趣小組利用韭菜宿根進行相關實驗的流程，請分析回答下列問題：
(1)提取色素時為了研磨充分應加入____________，紙層析法分離色素的原理是______________________________________________________________________________。
(2)紙層析法分離色素的“結果①”如圖2所示，其中共有的色素帶的顏色是____________，據此能得出的結論是________________________________。
(3)將剛制備的等量的韭菜和韭黃的色素濾液放在陽光與三棱鏡之間，“結果②”吸收光譜最明顯的差異出現在______(填“藍紫”或“紅”)光區域。將制得的韭菜色素濾液放在強光下曝光1～2 h，再重復上述實驗，其結果與韭黃色素濾液的實驗結果基本一致，其原因是________________________________。
(4)一分子葉綠素中含有一個Mg2＋(可被H＋、Cu2＋等置換)。將韭菜色素濾液用質量分數為5%的HCl溶液處理一段時間后，其顏色與研磨過程中未加入________時的顏色相似。
解析：(1)為了使研磨充分，一般要加入二氧化硅。色素在層析液中的溶解度不同，因此在濾紙條上的擴散速度不同，從而可利用紙層析法達到分離色素的目的。(2)用濾液作實驗材料，通過紙層析法分離色素，濾紙條上從上到下形成四條色素帶，依次是胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a和葉綠素b。圖2“結果①”中共有的兩條色素帶是橙黃色的胡蘿卜素和黃色的葉黃素。韭黃在避光條件下生長，其色素濾液經紙層析法分離后沒有葉綠素a和葉綠素b的色素帶，因此可推知葉綠素的形成需要光照。(3)葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，而類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，因此“結果②”吸收光譜差異最明顯的是紅光區域。葉綠素化學性質不穩定，在強光下易分解。(4)在研磨時加入碳酸鈣可防止研磨過程中酸破壞葉綠素。
答案：(1)二氧化硅(或SiO2)　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條上擴散得快，反之則慢　(2)橙黃色、黃色　葉綠素的形成需要光　(3)紅　葉綠素不穩定，在強光下易分解　(4)碳酸鈣(或CaCO3)
[歸納拓展]　色素的提取和分離實驗中的異常現象分析
異常現象 原因分析
收集到的濾液綠色過淺 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②使用放置數天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少；③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低(應分次加入少量無水乙醇)；④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞
濾紙條色素帶重疊 ①濾液細線不直；②濾液細線過粗
濾紙條無色素帶 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
知識點(二)　光合作用的原理和應用
1．探索光合作用原理的部分實驗
19世紀末 科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖
1928年 科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖
1937年希爾 在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣
1941年魯賓、卡門 用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用釋放的氧全部來自水
1954年阿爾農 在光照下，葉綠體可合成ATP，這一過程總是與水的光解相伴隨
2.光合作用的過程
(1)反應式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
(2)基本過程(據圖填空)。
圖中：①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。
3．光反應與暗反應的比較
項目 光反應 暗反應
場所 類囊體的薄膜上 葉綠體基質中
條件 光、色素、酶 酶、NADPH、ATP等
物質變化 H2OH＋＋O2＋能量； NADP＋＋H＋＋能量―→NADPH； ADP＋Pi＋能量ATP CO2＋C52C3； 2C3 (CH2O)＋C5
能量變化 光能→ATP和NADPH中的化學能 ATP和NADPH中的化學能→(CH2O)中的化學能
【連接教材資料】1.(必修1 P100～101“思考·討論”)右圖是光合作用探究歷程中恩格爾曼的實驗示意圖，請分析：
(1)恩格爾曼實驗在實驗材料的選取上有什么巧妙之處？
提示：選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋帶狀分布，便于觀察；用需氧細菌可以確定釋放氧氣多的部位。
(2)恩格爾曼實驗要在沒有空氣的黑暗環境中進行的原因是什么？
提示：排除氧氣和極細光束外的其他光的干擾。
2．(必修1 P104正文拓展)光照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時間后殺死小球藻，同時提取產物并分析。實驗發現，僅僅30 s的時間，放射性代謝產物多達幾十種，縮短時間到7 s，發現放射性代謝產物減少到12種。如果要探究CO2轉化成的第一個產物是什么，可能的實驗思路是__________________________________________________________
________________________________________________________________。
提示：不斷縮短光照時間后殺死小球藻，同時提取產物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產物，該物質即為CO2轉化成的第一個產物。
[知識梳理]
光合作用的過程與相關變化
1．明確光反應與暗反應的聯系
(1)光反應為暗反應提供NADPH、ATP，暗反應為光反應提供ADP、Pi和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)光反應產生的ATP只用于C3的還原，不用于植物體的其他生命活動。
(4)C3還原消耗的能量不只來自ATP，還可由NADPH提供。
2．光合作用反應式及元素去向分析
①O：HO18O2
C18O2C3C3的還原,(CHO)
②C：14CO2―→(14CH2O)
③H：H2O―→NADPH―→(CH2O)
[典例1]　如圖所示為葉肉細胞中葉綠體進行光合作用的過程，A、B代表物質。下列敘述錯誤的是(　 )
A．葉綠體能將光能轉變為化學能儲存在有機物中
B．①上產生的B物質移動到②上參與C3的還原
C．②中產生的NADP＋移動到①上參與H2O的光解
D．①上產生的A物質可用于CO2的固定和C3的還原
[解析]　葉肉細胞光合作用的場所是葉綠體，葉綠體通過光合作用將光能轉變為化學能儲存在有機物中，A正確；①類囊體薄膜上產生的B物質NADPH移動到②葉綠體基質中，參與C3的還原，形成糖類等有機物，B正確；①類囊體薄膜上產生的A物質ATP可用于C3的還原，而CO2的固定不需要消耗能量，D錯誤。
[答案]　D
(1)光合作用水分解為氧和H＋的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經傳遞，可用于NADP＋與H＋結合形成NADPH。
(2)在暗反應中NADPH既作為還原劑，也能為C3的還原提供能量。
(3)光反應產生的ATP用于C3的還原，不用于其他生命活動。　　　　
[對點練習]
1．植物接受過多光照會對葉綠體造成損害，因此植物需要“非光化學猝滅”(NPQ)的機制來保護自身，在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失。該機制的啟動和關閉特點如下圖所示。下列敘述錯誤的是(　 )
A．NPQ直接作用于光合作用中的光反應階段
B．狀態②時通過NPQ避免葉綠體受創
C．葉綠體中ATP的合成量下降可能導致NPQ機制關閉
D．狀態③NPQ機制緩慢關閉過程中ATP的合成量升高
解析：選D　由題中信息“在NPQ的作用下多余的光能會以熱能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反應階段，A正確；植物接受過多光照會對葉綠體造成損害，因此植物需要“非光化學淬滅”(NPQ)的機制來保護自身，狀態②時通過NPQ避免葉綠體受創，B正確；葉綠體中ATP的合成量下降，光反應減弱，色素需要吸收的光能減少，可能導致NPQ機制關閉，C正確；由于NPQ機制關閉過程緩慢，導致色素吸收的光能減少，光反應減弱，導致類囊體內NADPH濃度下降，導致ATP的合成量也下降，D錯誤。
2．(2020·山東高考)人工光合作用系統可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。
(1)該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是______________，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為________。
(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發生改變，原因是________________________________________________________________________。
(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是________________________________________________________________________。
(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是________________________________________________________________________。
人工光合作用系統由于對環境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區有廣闊的應用前景。
解析：(1)根據題圖可知，模塊1利用太陽能發電裝置將吸收的光能轉換為電能，模塊2利用電能電解H2O生成H＋和O2，并發生能量轉換過程。該系統中的模塊1和模塊2執行相當于葉綠體中光反應功能。模塊3將大氣中的CO2轉換為糖類，相當于光合作用的暗反應。暗反應中CO2和C5結合生成C3，C3在光反應提供的NADPH和ATP的作用下被還原，隨后經過一系列反應形成糖類和C5，故該系統中模塊3中的甲為五碳化合物(C5)，乙為三碳化合物(C3)。(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則CO2濃度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的還原短時間內仍正常進行，因此短時間內會導致三碳化合物(C3)含量減少。暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP＋，若該系統氣泵停轉時間較長，則模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，從而導致模塊2中的能量轉換效率發生改變。(3)植物中糖類的積累量＝光合作用合成糖類的量－細胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比，人工光合作用系統沒有呼吸作用消耗糖類，所以在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量高于植物。(4)干旱條件下，土壤含水量低，導致植物葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少，因而光合作用速率降低。
答案：(1)模塊1和模塊2　五碳化合物(或C5)
(2)減少　模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系統沒有呼吸作用消耗糖類(或植物呼吸作用消耗糖類)　(4)葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少
[知識梳理]
環境改變時光合作用各物質含量的變化分析
1．“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等物質的含量變化
注：C3的起始值高于C5，約是其2倍。
[典例2]　(2022·錦州質檢)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，下列說法正確的是(　 )
A．突然中斷CO2供應會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值減小
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C3/C5比值減小
D．突然將綠光改變為紅光會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP比值減小
[解析]　突然中斷CO2供應導致CO2的固定速率降低，葉綠體中C5含量增加、C3含量減少，進而使ATP和NADPH含量增多，所以C5/C3比值增加，ATP/ADP比值增加，A錯誤，B正確；突然將紅光改變為綠光后光能利用率降低，ATP和NADPH含量減少，進而使C3含量增多、C5含量減少，C3/C5比值增加，C錯誤；突然將綠光改變為紅光后光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP比值增加，D錯誤。
[答案]　B
連續光照和間隔光照下的有機物合成量分析
(1)光反應為暗反應提供的NADPH和ATP在葉綠體基質中有少量的積累，在光反應停止時，暗反應仍可持續進行一段時間，有機物還能繼續合成。
(2)在總光照時間、總黑暗時間均相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續光照處理有機物積累量要多。
A組：全光照 B組：光暗交替
光合效率：100%
原理：其全時段均進行光反應與暗反應 光暗處理頻度較高，單位時間有機物合成量較全光照時高，此表明在其全時段，暗反應幾乎未停止
[對點練習]
3．如圖所示某陽生植物細胞在夏季晴天某一天內，光合作用過程中C3、C5的數量變化。若第二天中午天氣由光照強烈轉向陰天時，葉綠體中C3含量的變化、C5含量的變化分別相當于曲線中的(　 )
A．c→d段(X)，b→c段(Y)
B．d→e段(X)，d→e段(Y)
C．d→e段(Y)，c→d段(X)
D．b→c段(Y)，b→c段(X)
解析：選B　由光照強烈轉向陰天時，光反應提供的ATP、NADPH減少，導致C3還原減弱，故葉綠體中C3含量增多，相當于曲線中d→e段(X)；但CO2的固定仍在進行，故C5含量減少，相當于曲線中d→e段(Y)，B正確。
4．如圖表示某植物葉片暗反應中C3和C5微摩爾濃度的變化趨勢，該植物在Ⅰ階段處于適宜環境條件下，Ⅱ階段改變的環境條件是降低光照強度或者降低CO2濃度中的某一項。下列分析正確的是(　 )
A．圖中物質甲轉變成乙需要消耗光反應提供的ATP
B．圖中Ⅱ階段所改變的環境條件是降低了光照強度
C．Ⅱ階段甲上升是因為葉綠體中NADPH和ATP的積累
D．Ⅱ階段光合速率最大時所需光照強度比Ⅰ階段低
解析：選D　根據題意和題圖可知，物質甲是C5，物質乙是C3，CO2的固定不消耗ATP，A錯誤；Ⅱ階段改變的條件是降低了CO2濃度，導致C3含量下降，C5含量增多，條件改變影響暗反應的進行，所以Ⅱ階段光合速率最大時所需光照強度比Ⅰ階段低，B、C錯誤，D正確。
知識點(三)　影響光合作用的因素分析(強化點)
(一)內部因素
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
(二)外部因素
1．CO2濃度
2．光照強度
3．溫度
4．水分和礦質元素
(三)探究光照強度對光合作用強度的影響
1．實驗原理
葉片含有氣體，上浮抽氣,葉片下沉充滿細胞間隙，葉片上浮。
2．實驗裝置分析
(1)自變量的設置：光照強度是自變量，通過調整臺燈與燒杯之間的距離來調節光照強度的大小。
(2)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)因變量是光合作用強度，可通過觀測單位時間內被抽去空氣的圓形小葉片上浮的數量或浮起相同數量的葉片所用時間的長短來衡量光合作用的強弱。
[針對訓練]
1．如圖為在不同光照強度下測定的甲、乙兩種植物的光合作用強度變化曲線。下列說法正確的是(　 )
A．在連續陰雨的環境中，生長受到影響較大的是植物甲
B．光照強度為M時，植物乙的光合速率高于植物甲
C．光照強度大于500 lx時，植物乙對光能的利用率比植物甲高
D．光照強度大于1 000 lx時，限制植物乙光合速率的環境因素是光照強度
解析：選A　據題圖分析可知，植物甲對光能的利用率高，需要較強的光照，植物乙在光照較弱的條件下光合作用強度較大，故生長受陰雨天氣影響較大的是植物甲，A正確；光照強度為M時，兩種植物的凈光合速率相等，但植物甲的呼吸速率大于植物乙，故植物甲的光合速率(呼吸速率＋凈光合速率)高于植物乙，B錯誤；據圖分析可知，光照強度大于500 lx時，植物乙CO2吸收量較甲低，故植物乙對光能的利用率比植物甲低，C錯誤；在1 000 lx之前，植物乙的光合速率已不再隨光照強度增大而增加，故當光照強度大于1 000 lx時，限制植物乙光合速率的環境因素不再是光照強度，D錯誤。
2．為研究環境因素對某植株光合作用的影響，進行了相關實驗結果如下圖所示。據圖分析下列敘述正確的是(　 )
A．輕度遮陰、CO2濃度0.03%條件下，該植株的CO2固定速率隨溫度升高而減小
B．本實驗中該植株光合作用最適的一組是“全光照、CO2濃度1%、30 ℃”
C．輕度遮陰、CO2濃度0.03%、20 ℃條件下該植株葉肉細胞CO2吸收速率等于0
D．全光照、20 ℃條件下該植株在CO2濃度為1%時較濃度為0.03%時產生C3的速率大
解析：選D　在CO2濃度為0.03%、輕度遮陰條件下，在一定范圍內植株的CO2固定速率隨溫度升高而減小，但超過一定范圍后隨著溫度的升高而增大，A錯誤；曲線縱軸的CO2吸收速率表示凈光合速率，而CO2固定速率表示總光合速率，與黑暗條件下的曲線對比，全光照、CO2濃度為1%和35 ℃時，總光合速率最大，B錯誤；輕度遮陰、CO2濃度0.03%、20 ℃條件下，該植株的凈光合速率為0，但由于植株中存在不能進行光合作用的非綠色細胞，因此葉肉細胞的凈光合速率大于0，即葉肉細胞的CO2吸收速率大于0，C錯誤。
3．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，結果如圖所示。下列說法錯誤的是(　 )
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的固定量就是測得的葉片的CO2吸收量
解析：選D　葉片的CO2吸收速率代表凈光合速率，葉綠體中CO2的固定量代表真正(總)光合速率，真正(總)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的葉片的CO2吸收量，D錯誤。
4．甲圖中，P、Q分別為培植于無色透明氣球內、質量相等的某植物幼苗，氣球可膨脹、收縮；其中Q已死亡。氣球內的培養液中均含CO2緩沖液(維持氣球內CO2濃度不變)；初始時指針指向正中的位置。乙圖為相同時間內測得的燈泡到水面的距離與指針偏轉格數的關系曲線，每次實驗后指針復位。下列相關敘述，不正確的是(　 )
A．在適宜光照條件下，指針將向右偏轉
B．該實驗的自變量為光照強度，c點的含義為O2釋放量最大
C．ce段說明隨燈泡到水面光距離的增大，O2釋放量減少
D．f點與a、b、c、d點的指針的偏轉方向相同，但數值較小
解析：選D　在適宜光照條件下，光合作用大于呼吸作用，有O2的釋放，此時P側浮力增大，指針將向右偏轉，A正確；實驗探究光照強度對光合作用的影響，實驗的自變量為光照強度，c點表示P中O2釋放量最大，凈光合速率最大，B正確；f點與a、b、c、d點相比，細胞呼吸速率大于光合速率，P氣球內氣體量減少，因此指針反向偏轉，D錯誤。
[課時驗收評價]
1．(2022·煙臺調研)下列關于高等植物葉綠體中色素的敘述，錯誤的是(　 )
A．H2O在光下分解為[H]和O2的過程發生在葉綠體的類囊體薄膜上
B．構成葉綠素的鎂可以由植物的根從土壤中吸收
C．通常，紅外光和紫外光可被葉綠體中的色素吸收用于光合作用
D．黑暗中生長的植物幼苗葉片呈黃色是由于葉綠素合成受阻引起的
解析：選C　一般情況下，光合作用所利用的光都是可見光，可見光不包括紅外光和紫外光，C錯誤；葉綠素的合成需要光，黑暗中生長的植物幼苗，因沒有光照而導致葉綠素合成受阻，使類胡蘿卜素的顏色顯現出來，導致葉片呈黃色，D正確。
2．下圖分別是薩克斯、魯賓和卡門、恩格爾曼所做的關于光合作用的三個經典實驗。下列相關敘述中，正確的是(　 )
A．圖1中A與C部分對照說明光合作用需要光
B．圖2所示實驗運用的實驗方法是熒光標記法
C．圖3所示實驗中，好氧細菌分布于被光束照射的葉綠體部位
D．若探究光反應的過程，需要對H2O和CO2進行同位素標記并追蹤其去向
解析：選C　圖1中B與C部分對照說明光合作用需要光，A錯誤；圖2所示實驗運用的實驗方法是同位素標記法，B錯誤；圖3所示實驗中，光束照到的葉綠體部位能進行光合作用產生O2，所以好氧細菌分布于被光束照射的葉綠體部位，C正確；H2O是光反應的反應物，CO2是暗反應的反應物，因此若探究光反應的過程，需要對H2O進行同位素標記并追蹤其去向，D錯誤。
3．下列對農業生產措施及作用的敘述，錯誤的是(　 )
選項 措施 作用
A 適當增大溫室晝夜溫差 增強白天光合作用，降低夜晚呼吸作用，有機物積累多
B 合理密植 增大光合作用面積，提高作物的單位面積產量
C 增施農家肥 促進作物吸收有機營養物質和光合作用所需的CO2
D 適時適度松土 促進作物根系對無機鹽的吸收并避免水土流失
解析：選C　增施農家肥能夠促進作物吸收礦質元素和光合作用所需的CO2，農家肥不能為作物提供有機營養物質，作物必須通過光合作用才能獲得有機營養物質，C錯誤；適時適度松土能夠促進根細胞吸收O2，進行有氧呼吸，釋放大量能量，促進作物根系對無機鹽的吸收并避免水土流失，D正確。
4.為研究高光強對移栽幼苗光合色素的影響，某同學用無水乙醇提取綠葉中的色素，并進行紙層析，如圖為濾紙層析的結果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為色素條帶)。下列有關敘述錯誤的是(　 )
A．強光照可能抑制葉綠素的合成，促進類胡蘿卜素的合成
B．沒有無水乙醇，可用體積分數為95%的乙醇加入適量無水碳酸鈉來代替
C．Ⅲ、Ⅳ色素條帶間距小，說明兩種色素的溶解度差異小
D．操作中如果濾液細線觸及層析液，會縮短得到四條色素帶的時間
解析：選D　強光照和正常光照相比，葉綠素含量明顯降低，類胡蘿卜素含量增加，可見強光照可能抑制葉綠素的合成，促進類胡蘿卜素的合成，A正確；色素分離過程中如果濾液細線觸及層析液，色素會溶解在層析液中，D錯誤。
5．某小組將葉綠體破壞后，將離心得到的類囊體懸浮液和葉綠體基質分別放入4支試管中，給予試管①②光照，將試管③④置于黑暗條件下，實驗如圖所示。下列有關敘述錯誤的是(　 )
A．4支試管中只有試管①能產生氧氣
B．試管①②對照能說明光反應發生在類囊體上
C．若向試管④加入①的懸浮液，通入CO2后有有機物合成
D．試管③④對照能說明暗反應的場所是葉綠體基質
解析：選D　試管①為類囊體懸浮液，置于光照條件下，可在其類囊體薄膜上發生光反應產生氧氣；試管②為葉綠體基質，置于光照條件下，無反應，A、B正確。試管③④置于黑暗條件中，因為無光反應階段提供的產物，故無法進行暗反應，不能說明暗反應的場所是葉綠體基質，D錯誤。試管①可進行光反應，可產生NADPH和ATP，故若向試管④加入①的懸浮液，通入CO2后可進行暗反應過程，故有有機物的合成，C正確。
6.如圖表示溫室內光照強度(E)與作物光合速率(V)的關系。在溫度、水分和無機鹽均適宜的條件下，下列分析正確的是(　 )
A．當EB．當bC．當E>c時，可采取部分遮光措施，保證作物的最大光合速率
D．如遇連陰天，溫室需補光，選用白光最有效
解析：選C　當E＜b時，此時光合速率的主要限制因素為光照強度，增大光合速率的主要措施是增大光照強度，A錯誤；當b＜E＜c時，限制作物增產的主要因素是CO2濃度，B錯誤；如遇連陰天，溫室需補光，同等強度下選用紅光或藍紫光最有效，因為葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，D錯誤。
7．葉綠體中的GAP脫氫酶(以下簡稱為G酶)是光合作用暗反應中唯一能利用NADPH還原C3的酶，因此可用NADPH的氧化速率表示G酶的活性。某學習小組為探究光照對葉綠體中G酶活性的影響，將正常生長的盆栽花生在暗處放置24 h后，再給予光照和黑暗處理，并定時剪取葉片測定葉綠體中G酶活性，結果如圖所示。下列說法錯誤的是(　 )
A．從葉肉細胞中分離出葉綠體可采用差速離心法，G酶分布在葉綠體的內膜和基質中
B．構建體外測定G酶活性的反應體系，需要G酶、ADP、C5、緩沖物質和適宜的溫度
C．暗處放置24 h后再給予光照處理，葉綠體中NADPH的生成量會增加
D．實驗說明光照條件下葉綠體中G酶活性較高
解析：選A　細胞中不同的結構顆粒大小不同，從葉肉細胞中分離出葉綠體可采用差速離心法，G酶可利用NADPH還原C3，故其分布在葉綠體的基質中，A錯誤。
8.在如圖所示的玻璃容器中，注入一定濃度的NaHCO3溶液并投入少量的新鮮綠葉碎片，密閉后，設法減小液面上方的氣體壓強，會看到葉片沉入水中。然后再用光照射容器，又會發現葉片重新浮出液面。以下分析正確的是(　 )
A．改變溫度，不影響葉片開始上浮所需的時間
B．改變光照強度，不影響葉片開始上浮所需的時間
C．改變NaHCO3溶液的濃度，不影響葉片開始上浮所需的時間
D．若將裝置置于黑暗中，上浮的葉片又會下沉
解析：選D　改變溫度或光照強度均會改變光合作用強度，進而影響葉片開始上浮所需的時間，A、B錯誤；改變NaHCO3溶液的濃度，即改變CO2的濃度，會影響光合作用強度，進而影響葉片開始上浮所需的時間，C錯誤；若將裝置置于黑暗中，葉片只能進行呼吸作用消耗葉肉細胞間隙中的O2，導致上浮的葉片又會下沉，D正確。
9．自然條件下植物所處的光環境(如強光和弱光)非常復雜。將黃瓜盆栽苗分組處理：T1組為持續5 h強光，然后持續5 h弱光；T2組是強光和弱光每3 min更替1次，總時間為10 h；T3為完全弱光處理10 h。處理結束后測量了幼苗干重、葉綠素含量及葉綠素a/b的比值等指標，結果如圖。下列有關分析錯誤的是(　 )
A．T2組較T1組幼苗干重偏低是由于光照強度減弱所致
B．T2組處理后導致了葉綠素b含量降低較葉綠素a更加明顯
C．T3組葉綠素含量增加但幼苗干重下降與光照強度降低有關
D．光照能量相同時，穩定光照比頻繁更替光照更有利于幼苗的生長
解析：選A　T2組和T1組的自變量是強光和弱光更替的頻率，而不是光照強度，A錯誤；T2組葉綠素a/b的值最大，所以葉綠素b含量降低較葉綠素a更加明顯，B正確；T3組是長時弱光處理，所以其幼苗干重下降主要與光照強度降低有關，C正確；比較T1和T2組，穩定的光照有利于幼苗的生長，D正確。
10.為研究光合作用的過程，科研人員在溶液中加入結構完整的類囊體和葉綠體基質，按圖示條件進行Ⅰ、Ⅱ兩個階段的實驗，糖的合成速率如圖所示。下列有關說法錯誤的是(　 )
A．為達到上述實驗結果，在Ⅰ階段還應該向溶液中加入NADPH和ATP
B．Ⅰ階段積累的物質除糖外，還有ADP、Pi
C．Ⅰ、Ⅱ階段合成糖類的場所都是葉綠體基質
D．由圖可知，光合作用制造有機物的部分過程并不需要光照
解析：選B　Ⅰ階段無光照，不進行光反應，而暗反應需要光反應提供的NADPH和ATP，故在Ⅰ階段需要加入NADPH和ATP，A正確；Ⅰ階段發生暗反應，會消耗ATP產生ADP、Pi，又因缺少光照，不能為C3的還原提供足夠的能量和還原劑，故C3的還原較慢，會發生C3的積累，B錯誤；Ⅰ、Ⅱ階段合成糖類的場所都是葉綠體基質，C正確；由圖可知，光合作用的暗反應階段有光、無光均可進行，D正確。
11．某科研小組在一定條件下測得的某綠色植物光照強度與光合速率的關系如表所示。請回答下列問題：
光照強度/klx 0 2 4 6 8 12
凈光合速率/ (mg CO2·100 cm－2·h－1) －6 0 6 12 12 12
(1)當光照強度為2 klx時，該植物體細胞中能夠消耗水并伴隨著[H]和ATP產生的具體場所有________________。
(2)若將光照強度突然從6 klx降低到4 klx，短時間內該植物葉綠體中C3的含量________(填“增加”或“減少”)，原因是___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)當光照強度為6 klx時，適當升高溫度，則該植物的光合速率將________(填“增大”“減小”或“無法確定”)，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)分析表中數據，當光照強度為2 klx時，凈光合速率為0，說明此時該綠色植物的總光合速率與呼吸速率相等。在該植物的葉綠體類囊體薄膜上可進行光反應，在光反應階段，色素吸收的光能一方面將水分解成氧和H＋，另一方面促成ADP與Pi發生化學反應，生成ATP；在線粒體基質中可進行有氧呼吸第二階段，即丙酮酸與水反應生成CO2、[H]和ATP。因此，當光照強度為2 klx時，該植物體細胞中能夠消耗水并伴隨著[H]和ATP產生的場所有葉綠體類囊體薄膜和線粒體基質。(2)將光照強度突然從6 klx降低到4 klx，光反應產生的NADPH和ATP減少，C3的還原速率減慢，而短時間內CO2的固定速率不變，則C3的含量增加。(3)因為不能確定實驗溫度是否為光合作用的最適溫度，適當升高溫度后，與光合作用相關酶的活性可能增強，也可能減弱，所以適當升高溫度后，無法確定該植物的光合速率是增加還是減小。
答案：(1)葉綠體類囊體薄膜、線粒體基質　(2)增加
光照減弱，光反應產生的NADPH和ATP含量下降，C3還原減慢，而短時間內CO2的固定正常進行(合理即可)　(3)無法確定　不能確定實驗溫度是否為光合作用的最適溫度，適當升高溫度后，與光合作用相關酶的活性可能升高，也可能降低
12．[壓軸考法·適情選做]在植物體內，制造或輸出有機物的組織器官被稱為“源”，接納有機物用于生長或貯藏的組織器官被稱為“庫”。小麥是重要的糧食作物，其植株最后長出的、位于最上部的葉片稱為旗葉(如圖所示)，旗葉對籽粒產量有重要貢獻。回答以下問題：
(1)旗葉是小麥最重要的“源”。與其他葉片相比，旗葉光合作用更有優勢的環境因素是__________。在旗葉的葉肉細胞中，葉綠體內有更多的類囊體堆疊，這為____________階段提供了更多的場所。
(2)在光合作用過程中，光反應與暗反應相互依存，依據是________________________________________________________________________。
“源”進行光合作用所制造的有機物一部分用于自身的________________和________________，另一部分輸送至“庫”。
(3)籽粒是小麥開花后最重要的“庫”。為指導田間管理和育種，科研人員對多個品種的小麥旗葉在不同時期的光合特性指標與籽粒產量的相關性進行了研究，結果如表所示。表中數值代表相關性，數值越大，表明該指標對籽粒產量的影響越大。
注：氣孔導度*表示氣孔張開的程度。
①氣孔導度主要影響光合作用中______的供應。以上研究結果表明，在___________期旗葉氣孔導度對籽粒產量的影響最大。若在此時期因干旱導致氣孔開放程度下降，籽粒產量會明顯降低，有效的增產措施是___________。
②根據以上研究結果，在小麥的品種選育中，針對灌漿后期和末期，應優先選擇旗葉____________的品種進行進一步培育。
(4)若研究小麥旗葉與籽粒的“源”“庫”關系，以下研究思路不合理的是___________。
A．阻斷旗葉有機物的輸出，檢測籽粒產量的變化
B．阻斷籽粒有機物的輸入，檢測旗葉光合作用速率的變化
C．使用HO澆灌小麥，檢測籽粒中含18O的有機物的比例
D．使用14CO2飼喂旗葉，檢測籽粒中含14C的有機物的比例
解析：(1)據圖可知，旗葉靠近麥穗最上端，能接受較多的光照，故與其他葉片相比，旗葉光合作用更有優勢的環境因素是光照強度；葉綠體內有更多的類囊體堆疊，為光反應階段提供了場所。(2)光反應可為暗反應階段提供NADPH和ATP，同時暗反應可為光反應提供ADP、Pi，故在光合作用過程中，光反應與暗反應相互依存；制造或輸出有機物的組織器官被稱為“源”，故“源”光合作用所制造的有機物一部分用于自身的呼吸作用和生長發育，其余部分運輸至“庫”。(3)①氣孔導度表示氣孔張開的程度，則氣孔導度越大，植物吸收的CO2越多，對暗反應越有利；據表格數據可知，灌漿前期氣孔導度最大，即此時對籽粒產量的影響最大；干旱導致氣孔開放程度下降，故為避免籽粒產量下降，應保證水分供應，即應合理灌溉。②據表格可知，灌漿后期和末期，葉綠素含量指數最高，對于光合速率影響較大，故應優先選擇旗葉葉綠素含量高的品種進行進一步培育。(4)據題干信息可知，本實驗為“研究小麥旗葉與籽粒的‘源’‘庫’關系”，且已知，“源”物質可轉移至“庫”，也可用于自身生長發育等，故可從阻斷向“庫”的運輸及檢測自身物質方面入手：阻斷旗葉有機物的輸出，檢測籽粒產量的變化；阻斷籽粒有機物的輸入，檢測旗葉光合作用速率的變化，這兩種做法均為阻斷向“庫”的運輸后檢測的效果。使用14CO2飼喂旗葉，檢測籽粒中含14C的有機物的比例為檢測自身的有機物變化，而檢測有機物的變化一般不用18O。
答案：(1)光照強度　光反應　(2)光反應為暗反應提供NADPH和ATP，暗反應為光反應提供ADP、Pi　呼吸作用　生長發育　(3)①CO2
灌漿前　合理灌溉　②葉綠素含量高　(4)C

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