資源簡介

環境因素驟變對
光合作用中物質含量變化的影響
易錯歸因
對光照強度、二氧化碳濃度等環境因素驟變引起ATP、NADPH、C3和C5等含量變化的分析不準確。
典型易錯題
例1（2022·北京·模擬預測）正常生長的小球藻，由自然光照改為綠光下繼續培養，短時間內小球藻細胞的葉綠體內會發生的變化是（ ）
A．H2O在光下分解速率不變 B．卡爾文循環增強
C．ADP/ATP的比值下降 D．C3/C5的比值上升
【答案】D
【解析】色素對綠光吸收較少，改為在綠光下繼續培養，導致光反應減弱，H2O在光下分解速率下降，A錯誤；光反應減弱，產生的NADPH和ATP減少，導致暗反應卡爾文循環減弱，B錯誤；光合色素吸收綠光少，導致光反應減弱，生成的ATP減少，使ADP/ATP比值上升，C錯誤；光反應減弱，產生的NADPH和ATP減少，C3還原成C5的量減少，但短時間內C5的消耗量不變，所以C5含量減少，C3/C5比值上升，D正確。故選D。
解題技巧
1．通過光合作用過程從物質的生成和消耗兩個方面分析。如光照強度不變，CO2供應減少，短時間內C3、C5、NADPH和ATP的含量變化：
【分析】由于光照強度不變，CO2供應減少，Ⅱ減弱，Ⅲ暫時不變：
①C3合成減少，消耗量暫時不變，C3含量減少；
②C5消耗減少，合成量暫時不變，C5含量增加；
Ⅲ隨后減弱，Ⅰ暫時不變：
③NADPH和ATP含量減少。
2．短時間各物質變化模型
條件 光照由強到弱，CO2供應不變 光照由弱到強，CO2供應不變 CO2供應由充足到不足，光照不變 CO2供應由不足到充足，光照不變
C3 增加↑ 減少↓ 減少↓ 增加↑
C5 減少↓ 增加↑ 增加↑ 減少↓
NADPH和ATP 減少↓ 增加↑ 增加↑ 減少↓
（CH2O）合成量 減少↓ 增加↑ 減少↓ 增加↑
模型圖
①圖1中曲線甲表示C3，曲線乙表示C5、NADPH、ATP、（CH2O）合成量。
②圖2中曲線甲表示C5、NADPH、ATP、（CH2O）合成量，曲線乙表示C3。
③圖3中曲線甲表示C5、NADPH、ATP，曲線乙表示C3、（CH2O）合成量。
④圖4中曲線甲表示C3、（CH2O）合成量，曲線乙表示C5、NADPH、ATP。
同類題練習
1．（2022·天津河東·二模）對正在進行光合作用的植物，若突然降低植物周圍環境中的CO2濃度，則短時間內，下列有關生理變化的敘述，正確的是（ ）
A．葉綠體中C5/C3的值上升
B．葉綠體中ATP/ADP的值下降
C．NADPH/NADP＋的值下降
D．光反應速率加快
2．（2021·甘肅·嘉峪關市第一中學三模）如果改變光合作用的反應條件會引起相應的變化，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ATP/ADP比值增加
B．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
C．突然中斷CO2供應會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值減少
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
3．（2022·福建省龍巖第一中學一模）將植株置于透明密閉容器內，測量容器中CO2的濃度變化情況。在適宜溫度條件下，用一定強度的光照處理30分鐘，容器中CO2的濃度由2000 ppm降低到180 ppm。隨后將整個裝置置于相同溫度的黑暗條件下30分鐘，容器中CO2的濃度變為600 ppm。下列敘述正確的是（ ）
A．前30分鐘，葉綠體中NADPH由基質向類囊體膜運輸
B．該植株前30分鐘的平均總光合速率為60.7 ppm/min
C．經過完整的1小時處理后，該植株的有機物含量會減少
D．光照處理時，若停止光照則短時間內葉綠體中C3的含量會增加
4．（2022·陜西西安·二模）下圖表示在最適CO2濃度下，給予不同條件時紫羅蘭光合速率變化的示意圖。已知O-T3段為最適溫度，下列分析錯誤的是（　　）
A．若實驗過程中給紫羅蘭提供14CO2，14C3先于14C5出現
B．由適宜光照變為較低光照時，短時間內C3與C5的含量比值將減小
C．若T3時刻改為降低溫度，之后光合速率的變化趨勢與圖中大致相同
D．T2時刻后，葉綠體中ATP與ADP相互轉化的速率加快
5．（2022·廣東廣州·一模）在光照恒定、溫度最適條件下，某研究小組用圖1的實驗裝置測量一小時內密閉容器中CO2的變化量，繪成曲線如圖2所示。下列敘述錯誤的是（ ）
A．a～b段，葉綠體中ADP從基質向類囊體膜運輸
B．該綠色植物前30分鐘真正光合速率平均為50 ppm CO2/min
C．適當提高溫度進行實驗，該植物光合作用的光飽和點將下降
D．若第10 min時突然黑暗，葉綠體基質中C3的含量在短時間內將增加
6．（2022·湖北·一模）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℃。下圖表示該植物在30℃時光合強度與光照強度的關系。若改變環境條件，曲線中有關點的移動情況正確的是（ ）
A．若溫度突然從30℃下降到25℃，則a點上移、b點左移、m值增加
B．若b點時突然增大環境CO2濃度，則b點右移、m值增加
C．若c點時突然增大環境CO2濃度，則短時間內植株葉肉細胞葉綠體內的C3含量會減少、C5含量會增加
D．若b點時突然減弱光照強度，則短時間內植株葉肉細胞葉綠體內的C3含量會減少，C5含量會增加
7．（2021·陜西省洛南中學二模）如圖為某植物光合作用示意圖。下列說法正確的是（　　）
A．①表示O2，②表示還原型輔酶Ⅱ（NADPH），④表示CO2
B．增加光照強度或升高溫度，C3的含量都一定減少
C．突然停止光照，光反應和暗反應立即停止
D．葉綠素呈綠色，是因為它大量吸收紅光和藍紫光，而幾乎不吸收綠光
8．（2021·遼寧·綏中縣第一高級中學模擬預測）圖甲表示某種植物光合作用強度受光照強度影響的變化曲線，圖乙表示該植物在兩種光照強度條件下，光合作用強度受CO2濃度影響的變化曲線，據圖分析正確的是（ ）
A．曲線①表示光照強度為n時的光合作用強度變化
B．a點與c點相比較，c點時葉肉細胞中C3的含量高
C．b點與c點相比較，b點葉肉細胞中C5的含量低
D．影響c點光合作用強度的因素只有CO2濃度
9．（2022·湖南永州·三模）生物興趣小組對光合作用的過程及其影響因素進行了相關研究。如圖是某一年生的高等植物細胞中光合作用過程圖解，圖中英文字母代表相應物質。回答下列問題：
（1）興趣小組在研究過程中增強光照強度，檢測到圖中的A物質產生量迅速增多，但不久又恢復到一定水平。A物質無法維持在一個較高水平，最可能的外因是圖中物質_____（填字母）的供應量未能同步增加：在同一過程中C3的變化規律是__________________
____________________，原因是_________________________________________________。
（2）給該種高等植物施氮肥的同時補充水分，其光合速率會更大，試從水的角度分析其原因：___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________（答出兩點即可）。
（3）卡爾文運用同位素標記法研究了光合作用過程中CO2中碳的轉移途徑，請你用同位素標記法設計實驗探究外源提供的B物質是否可以被光合作用的暗反應所利用。___________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
（要求：寫出簡單的實驗設計思路）。
10．（2022·浙江·二模）光合作用是生命的發動機，也是地球上生物圈形成與運轉的關鍵環節，更是未來能源的希望。下圖甲是葉綠體中光合作用部分過程的簡化示意圖（①和②是可移動載體）；圖乙為某實驗小組探究影響光合作用環境因素的實驗裝置。
回答下列問題：
（1）圖甲中所示的生物膜是________膜，其中含有光合色素的復合物是________（用羅馬數字表示）。與圖甲中復合物Ⅳ具有相似功能的物質還存在于真核生物的_________膜上。
（2）圖甲中e-表示電子，當環境中CO2濃度適度增加時，e-在脂雙層上傳遞的速度將_________（填“增大”或“減小”）。
（3）在適宜的條件下離體培養葉綠體，若向培養液中加入某種物質，該物質阻斷復合物Ⅳ對H+的運輸，則ATP的生成速率將_______（填“增大”或“減小”）。ATP為碳反應提供了_______________。
（4）由圖乙裝置可分析，該實驗小組測量光合速率的指標是_______________________。若突然增加光源與裝置的距離，則短時間內葉綠體中含量會增加的是________（填“三碳酸”或“RuBP”）。
同類題練習參考答案
1．A 【解析】在植物光合作用時突然降低CO2濃度，這將抑制暗反應中二氧化碳的固定，導致三碳化合物含量減少，短時間內C5增多，故葉綠體中C5/C3的值上升，A正確；C3減少，則C3還原變慢，消耗的ATP和NADPH變少，故葉綠體中ATP/ADP的值上升，NADPH/NADP＋的值上升，B、C錯誤；暗反應過程受抑制，進而影響光反應過程，光反應變慢，D錯誤。故選A。
2．A 【解析】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，A正確；由于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NADPH減少，這將抑制暗反應中三碳化合物的還原，導致C5減少，C3增多，因此會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值減少，B錯誤；突然中斷CO2供應，使暗反應中二氧化碳固定減少，而三碳化合物還原仍在進行，因此導致C3減少，C5增多，因此會暫時引起葉綠體基質中C5/C3比值增加，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NADPH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。故選A。
3．D 【解析】前30分鐘，植物在光照下能光合作用，產生的NADPH由類囊體膜向葉綠體基質運輸，A錯誤；前30分鐘，CO2濃度由2000 ppm降低到180 ppm，經計算，每分鐘減少（2000－180）÷30≈60.7，這是凈光合速率，不是總光合速率，B錯誤；經過完整的1小時處理后，容器中CO2濃度由2000 ppm降到600 ppm，減少的CO2都全部用于光合作用合成有機物，因此有機物含量會增加，C錯誤；停止光照后，光反應不再進行，不能合成NADPH和ATP，因此暗反應還原C3的途徑變慢，而CO2固定形成C3的過程不受影響，故C3的含量會增加，D正確。故選D。
4．B 【解析】若實驗過程中給紫羅蘭提供14CO2，首先進行二氧化碳的固定，先出現14C3，再出現14C5，A正確；由適宜光照變為較低光照時，短時間內C3含量增多，C5的含量減少，故C3與C5比值將增加，B錯誤；已知O-T3段為最適溫度，若T3時刻改為降低溫度，酶活性降低，之后光合速率的變化趨勢與圖中大致相同，C正確；T2時刻后，給予適宜光照，光合作用增強，葉綠體中ATP與ADP相互轉化的速率加快，D正確。故選B。
5．B 【解析】a～b段植物同時進行光合作用和呼吸作用，葉綠體中ADP從基質向類囊體膜運輸，A正確；真光合速率=凈光合速率+呼吸速率，由ab段可以計算出凈光合速率=（1680－180）÷30=50 ppm CO2/min，由bc段可以計算出呼吸速率=（600－180）÷30=14 ppm CO2/min，因此真光合速率平均為50+14=64 ppm CO2/min，B錯誤；題干中提出，該實驗在最適溫度條件下進行，因此適當提高溫度進行實驗，光合速率下降，導致該植物光合作用的光飽和點將下降，C正確；若第10 min時突然黑暗，導致光反應產生的ATP和NADPH含量下降，暗反應中三碳化合物的還原減弱，C3的消耗量減少，固定形成的C3不變，導致葉綠體基質中C3的含量將增加，D正確。故選B。
6．A 【解析】分析題圖，b點的光照強度是光補償點，此時光合作用強度=呼吸作用強度；c點的光照強度是光飽和點。若溫度突然從30℃下降到25℃，呼吸作用強度下降，a點上移，同時光合作用強度增大，b點左移，m值增加，A正確；b點光合作用強度=呼吸作用強度，若b點時突然增大環境CO2濃度，暗反應增強，光照強度會減弱，b點左移，增大CO2濃度有利于光合作用，m值增加，B錯誤；若c點時突然增大環境CO2濃度，C3的合成速率加快，由于C3的還原速率不變，短時間內C3的含量增加，C5含量減少，C錯誤；若b點時突然減弱光照強度，合成的ATP和NADPH減少，C3的還原速率減慢，由于C3的合成速率不變，短時間內C3含量會增加，C5含量會減少，D錯誤。故選A。
7．D 【解析】據圖分析，類囊體膜上的光合色素吸收光能，將水光解，產生NADPH與氧氣，①表示O2，③表示還原型輔酶Ⅱ（NADPH），②表示ATP；光合作用的暗反應階段，場所是葉綠體基質，CO2被C5固定形成C3，④表示CO2，A錯誤；增加光照強度，短時間內C3的生成速率不變，而光反應產生的ATP、NADPH增多，C3被NADPH、ATP還原為（CH2O）速率加快，因此C3的含量減少；如果在最適溫度時升高溫度，則C3的含量不一定減少，B錯誤；突然停止光照，黑暗條件下，光反應停止，NADPH和ATP不再產生，暗反應將逐漸停止，C錯誤；由于葉綠素大量吸收紅光和藍紫光，而幾乎不吸收綠光，故葉綠素呈綠色，D正確。故選D。
8．B 【解析】由于n點對應的光照強度較m點的光照強度低，所以②對應n點的光照強度，①對應m點的光照強度，A錯誤；a點與c點相比較兩者在同一光照強度下產生的ATP和NADPH一樣多，還原C3的能力是相同的，但由于c點的二氧化碳濃度高，生成的C3多，所以c點的C3含量高，B正確；b點與c點在二氧化碳濃度相同的條件下同等消耗C5形成C3，但由于b點的光照強，產生的ATP和NADPH多，還原C3生成的C5多，所以b點的C5含量應該較高，C錯誤；影響c點光合作用強度的因素有二氧化碳濃度和光照強度，D錯誤。故選B。
9．（1）E 先迅速減少，不久后達到相對穩定的水平 由于光照強度增強，ATP和NADPH突然增加，C3的還原加快，而CO2的固定基本不變，導致C3迅速減少，但由于CO2供應不足，隨后達到相對穩定的水平
（2）水作為良好的溶劑，補充水分可以降低土壤溶液濃度，有利于小麥根細胞對氮、磷等元素的吸收；同時可保證小麥吸收充足的水分，促進氣孔開放（或有利于增大氣孔導度），從而保證了葉肉細胞中CO2的供應
（3）將葉綠體中的B物質用放射性同位素標記，并將植物置于光照、溫度等條件均適宜的環境中，一段時間后，采用一定的方法檢測光合產物糖類中是否出現了放射性
【解析】（1）水光解可以產生氧氣和H+、e-，圖中A為氧氣，e-和H+與來自葉綠體基質的NADP+反應生成NADPH，由于光反應和暗反應偶聯，CO2是暗反應的原料，因此若CO2供應未能同步，即CO2不足，光反應也不能持續進行，且產生的氧氣也會釋放到環境中或用于細胞呼吸，即不久又恢復到一定水平；由于光照強度增強，光反應產物ATP和NADPH突然增加，C3的還原加快（C3還原需要光反應產物ATP和NADPH），而CO2的固定基本不變，導致C3迅速減少，但由于CO2供應不足，隨后達到相對穩定的水平，因此C3的變化規律是先迅速減少，不久后達到相對穩定的水平。
（2）水作為光合作用的原料；水作為良好的溶劑，補充水分可以降低土壤溶液濃度，有利于小麥根細胞對氮、磷等元素的吸收；同時可保證小麥吸收充足的水分，促進氣孔開放（或有利于增大氣孔導度），氣孔是CO2的通道，從而保證了葉肉細胞中CO2的供應。
（3）同位素標記可以追蹤物質的去向，若要探究外源提供的B物質是否可以被光合作用的暗反應所利用，可將葉綠體中的B物質用放射性同位素標記，并將植物置于光照、溫度等條件均適宜的環境中，一段時間后，采用一定的方法檢測光合產物糖類中是否出現了放射性。
10．（1）類囊體 I和Ⅲ 線粒體內
（2）增大
（3）減小 能量和磷酸基團
（4）單位時間、單位面積氧氣釋放量（氧氣釋放速率） 三碳酸
【解析】（1）圖甲能吸收光能，進行水的光解，表示光反應，光反應的場所是葉綠體的類囊體薄膜，因此圖甲中所示的生物膜是類囊體膜，光合色素能夠吸收和傳遞光能，因此圖中含有光合色素的復合物是I和Ⅲ。圖甲中復合物Ⅳ能運輸H+，還能催化ATP的形成，該物質還可以分布在線粒體內膜上，將H+運進線粒體內膜的同時催化ATP合成。
（2）環境中CO2濃度適度增加時，暗反應速率加快，會消耗更多光反應產物NADPH和ATP，故圖中的電子在脂雙層上傳遞的速度將加快，以形成更多的NADPH和ATP。
（3）從圖上可知，復合物IV對H+的運輸促成了ATP的合成，若此過程被阻斷，ATP生成速率將會下降。ATP水解為碳反應提供了能量和磷酸基團。
（4）圖乙為某實驗小組探究影響光合作用環境因素的實驗裝置，可用單位時間、單位面積氧氣釋放量（氧氣釋放速率）來表示凈光合速率，若默認為不同條件下呼吸速率不變，也可用單位時間、單位面積氧氣釋放量（氧氣釋放速率）來比較光合速率的大小；若突然增加光源與裝置的距離，則光照強度減弱，光反應產生的ATP和NADPH減少，暗反應還原C3的速率減小，短時間內CO2固定速率不變，因此短時間內葉綠體中三碳酸（C3）含量增加，而RuBP（C5）減少。
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