【高考生物】2026步步高大一轮复习讲义第二单元　细胞的能量供应和利用第13讲　捕获光能的色素和结构及光合作用的原理含答案

【高考生物】2026步步高大一轮复习讲义第二单元细胞的能量供应和利用第13讲捕获光能的色素和结构及光合作用的原理第13讲捕获光能的色素和结构及光合作用的原理课标内容(1)说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。(2)活动：绿叶中色素的提取和分离。考点一捕获光能的色素和结构1.绿叶中色素的提取和分离可看作两个实验哦！(1)实验原理(2)实验装置及操作(3)实验结果及分析2.叶绿体中色素的吸收光谱分析由图可以看出：①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。3.叶绿体的结构适于进行光合作用(1)叶绿体的结构模式图(2)叶绿体的功能——进行光合作用的场所(3)叶绿体功能的实验验证(1)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢。(2023·全国乙卷，2D)(×)提示溶解度越高扩散得越快。(2)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(2021·河北卷，3C)(√)(3)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(2021·北京卷，13C)(×)提示依据在层析液中的溶解度不同。(4)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江苏卷，17A)(×)提示加入CaCO3防止叶绿素被破坏。(5)用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰。(2023·全国乙卷，2C)(√)1.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法，即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，请写出①～④依次对应的色素及颜色。①________________，②________________，③________________，④________________。提示①胡萝卜素、橙黄色②叶黄素、黄色③叶绿素a、蓝绿色④叶绿素b、黄绿色eq\x(必修1P97“问题探讨”拓展)2.生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？_______________________________________________________________________________________________________________________________________。提示无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯eq\x(必修1P100“思考·讨论”拓展)3.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：恩格尔曼的实验示意图恩格尔曼第二个实验的示意图(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是__________________________________________________________________________________________。提示选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是____________________________________________________________________。提示排除氧气和极细光束外的其他光的干扰(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？_________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布4.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。实验思路：_______________________________________________________________________________________________________________________________。预期结果：______________________________________________________________________________________________________________________________。提示将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带考向1结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力1.(2023·江苏卷，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是()A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠C.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量D.用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间答案B解析提取叶绿体中的色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但也会使滤液细线过粗，从而在分离中出现色素带重叠的现象，B正确；该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等，无法准确测定滤液中各种色素的含量，C错误；花青素是水溶性色素，不可通过该实验中的有机溶剂提取，D错误。2.(2024·华师一附中期中)如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是()A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少，都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄答案D解析实验研磨操作中若加入的二氧化硅(研磨充分)或碳酸钙(保护叶绿素)过少，都会导致色素条带颜色变浅，A错误；实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，会使色素吸附在滤纸上，导致实验失败，B错误；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会使色素溶解在层析液中，看不到四条色素带，C错误。绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析考向2围绕叶绿体的结构及捕获光能的色素，考查结构与功能观3.(2024·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的答案D解析只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。4.(2024·山东临沂联考)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是()A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用答案D解析图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。考点二光合作用的原理1.光合作用的概念及反应式(1)光合作用的概念绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。(2)反应式CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do7(叶绿体))(CH2O)＋O2。2.探索光合作用原理的部分实验(连线)①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。3.光合作用的过程(1)图中序号代表的物质①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。(2)比较光反应与暗反应4.光合作用和化能合成作用的比较(1)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(2023·湖北卷，11D)(×)提示光反应中生成NADPH。(2)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)(×)提示植物细胞中H2O2分解也能产生O2。(3)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(2021·湖南卷，7A)(×)提示可能此时光合作用等于或小于呼吸作用。(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)(×)提示类囊体产生的ATP参与C3的还原；O2释放到叶绿体外，既不参与CO2固定，也不参与C3的还原。(5)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。(2019·海南卷，1D)(√)eq\x(必修1P103“思考·讨论T4”)1.希尔发现，离体叶绿体在无CO2的条件下给予光照，可以释放出O2；阿尔农发现，在光下叶绿体可合成ATP。请尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。提示H2Oeq\o(→,\s\up7(光照),\s\do7(叶绿体))O2＋NADPH＋能量ADP＋Pi→ATP2.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________；CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行3.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是_________________________________________________________________________________________________________________________________。提示有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了Heq\o\al(18,2)O，有氧呼吸第二阶段利用Heq\o\al(18,2)O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物4.光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是______________________________________________________________________________________________________。提示不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物1.光合作用反应式中元素去向分析CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do7(叶绿体))(CH2O)＋O2。①H：3H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADP3Heq\o(→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)②C：14CO2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)③O：Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up7(光反应))18O2C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(CHeq\o\al(18,2)O)2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化起始值C3高于C5(约为其2倍)考向1围绕光合作用的过程，考查科学思维1.(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是()A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节答案A解析O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。2.(2024·广州市综合测试)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固定新途径(CETCH循环)，高效地将CO2转化为羟基乙酸，并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是()A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂，还参与相关代谢B.为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能C.图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料D.若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响答案C解析人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂，同时水还参与光合作用的相关过程，A正确；为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能，保证光反应的持续进行，B正确；图中的CETCH循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料，C错误；人造叶绿体可利用CO2，故若其得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。考向2围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维3.(2024·湖南长郡中学调研)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是()A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATPB.只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原C.如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加D.如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少答案B解析光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面参与ATP合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP＋，若突然增加光照强度，光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和磷酸，增加光照强度后短时间内③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲、乙两植株光合作用光反应均增强，所以C3均减少，图中④(C5)均增加，D错误。4.(2024·安徽名校联考)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高H＋浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转变成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。(1)绿叶中色素分离的原理是_____________________________________________________________________________________________________________，叶绿素a主要吸收________光。(2)图中的A是________，C是________。(3)若反应Ⅱ中G的浓度突然降低一半，短时间内C5的含量将________。如果追踪反应Ⅱ中相关元素的去向，常用________法。(4)过度光照会激活PSBS，直接抑制________过程，导致电子不能传递给________(填图中字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。答案(1)不同的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上的扩散速度不同红光和蓝紫(2)O2ATP(3)升高同位素示踪(或“同位素标记”)(4)水的光解D解析据图分析可知，反应Ⅰ表示光反应阶段，反应Ⅱ表示暗反应阶段。在光反应阶段，光合色素吸收的光能一方面将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，故A为氧气，D为NADP＋，E为NADPH；另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与磷酸反应，形成ATP，故B为ADP和Pi，C为ATP。进一步分析反应过程可知，F为(CH2O)，G为CO2。(1)不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，据此可将绿叶中色素分离。(3)据图分析可知G为CO2，若CO2浓度突然降低一半，则短时间内CO2的固定速率下降，即C5的消耗速率下降，而C5的生成速率不变，故短时间内C5的含量将升高。(4)PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高H＋浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，据此推测过度光照会激活PSBS，直接抑制水的光解过程，导致电子不能传递给D，过量的光能将不能转变为化学能。连续光照和间隔光照下有机物合成量的分析1.(2021·广东卷，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是()A.Rubisco存在于细胞质基质中B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合答案D解析由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误，D正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误。2.(2020·天津卷，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是()A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素答案A解析题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸”说明，乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等，B错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP，光反应产生的O2不参与暗反应，C错误；该反应体系中有类囊体，在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原，说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D错误。3.(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是()植株类型叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素/类胡萝卜素野生型12355194194.19突变体1512753701.59突变体2115203790.35A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色答案D解析两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只能体现遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量少，不能掩盖类胡萝卜素的颜色，此时叶片呈黄色，D正确。4.(2022·重庆卷，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。图Ⅰ图Ⅱ(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是______________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是________________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。图Ⅲ(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有______________________________________________________________________________________________________________________________(答两点)。答案(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂低温(2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高水(4)NADPH、ATP和CO2增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度解析(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)从图Ⅱ实验中可知，在光照条件下，将处于pH＝4的类囊体转移到pH＝8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，因为实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。(4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。限时强化练(时间：30分钟)【对点强化】考点一捕获光能的色素和结构1.(2024·重庆南开中学)下列关于叶绿体的叙述，正确的是()A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积B.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPHC.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光D.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原答案C解析叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜，而是类囊体薄膜，A错误；NADP＋形成NADPH的场所是类囊体薄膜，B错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C正确；催化CO2的固定和还原的酶存在于叶绿体的基质中，D错误。2.(2024·广东深圳调研)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是()A.a的操作目的是方便层析液的吸附B.b选用铅笔细线能够促进色素的层析C.如果c、d带宽减小，一定是忘记添加碳酸钙D.色素f在层析液中的溶解度最大答案D解析图中a的操作即剪去滤纸条的两个角，其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快，导致得到的色素带不整齐，A错误；b选用铅笔细线能够使滤液细线画得细而直，得到的色素带比较整齐，便于观察，B错误；c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a，二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少，原因可能是忘记添加碳酸钙，也可能是材料不新鲜，叶绿素含量少，C错误；色素f是胡萝卜素，在层析液中的溶解度最大，扩散最快，位于滤纸条的最上方，D正确。3.(2024·河北保定调研)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如下图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是()A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2＋C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜答案C解析由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg＋，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速度最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的是叶绿素b，C正确；蔬菜大棚使用的塑料薄膜应该是无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，D错误。考点二光合作用的原理4.(2024·河北张家口模拟)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中产生的氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是()A.18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律B.另一组实验及结果图应为：将Heq\o\al(18,2)O换成H2O，CO2换成C18O2，其余不变C.该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧部分来自水D.实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体答案A解析另一组实验及结果图应为：将Heq\o\al(18,2)O换成H2O、CO2换成C18O2、18O2换成O2，其余不变，B错误；该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧全部来自水，C错误；小球藻是真核生物，不同于蓝细菌，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D错误。5.(2023·江苏扬州期初)如图表示绿色植物光合作用中的光反应，字母A、B、C表示物质。下列有关分析，错误的是()A.物质B既能供氢，又能供能B.图中H＋从上侧到下侧的运输方式是主动运输C.图中产生的ATP用于细胞的各项生命活动D.该图是类囊体薄膜部分结构，水的光解使类囊体内腔pH下降答案C解析物质B是NADPH，既能供氢，又能供能，A正确；H＋从上侧到下侧是逆浓度梯度转运，故运输方式是主动运输，B正确；图中产生的ATP只能用于叶绿体内的耗能过程，主要是暗反应，不能用于细胞的各项生命活动，C错误；该图是类囊体薄膜部分结构，水的光解产生H＋释放到类囊体腔内，使类囊体内腔pH下降，D正确。6.(2024·江苏南通调研)科学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液(有水，没有二氧化碳)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，该反应被称为希尔反应。下列相关叙述错误的是()A.希尔反应模拟的是植物光合作用的光反应阶段B.希尔证明光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水C.该反应证明了氧气的产生与糖的合成不是同一反应D.希尔反应在没有CO2的情况下仍可以进行一段时间答案B解析希尔反应是在离体叶绿体的悬浮液(有水，没有二氧化碳)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，其模拟的是光合作用的光反应阶段，铁盐或其他氧化剂相当于光合作用光反应中的NADP＋，A正确；希尔反应说明氧气的产生是因为水的光解，并没有研究氧元素的转移途径，鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，B错误；由题意可知，希尔反应产生氧气的过程并没有CO2的参与，而糖的合成需要原料CO2，所以希尔反应能证明氧气的产生和糖的合成不是同一反应，C正确；CO2参与暗反应，暗反应为光反应中NADPH和ATP的合成提供原料，在没有CO2的情况下希尔反应可以利用叶绿体自身储存的少量原料进行一段时间，D正确。7.如图为叶绿体结构与功能示意图，字母表示叶绿体的结构(A为膜结构)，数字表示有关物质。下列叙述错误的是()A.参与光合作用的色素位于图中的A部分B.③进入叶绿体后，通过固定形成⑤物质C.若突然停止光照，B中④的含量会升高D.用18O标记①，可在②中检测到18O答案B解析③CO2进入叶绿体后，通过固定形成④C3，⑤(CH2O)的形成还需要经过C3的还原，B错误；若突然停止光照，光反应合成的NADPH与ATP减少，参与还原反应的C3减少，B叶绿体基质中④C3的含量会升高，C正确；O2中的O来源于H2O，用18O标记①H2O，可在②O2中检测到18O，D正确。【综合提升】8.(2024·湖北天门模拟)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列相关分析正确的是()A.①②过程与光反应的过程完全相同，③④过程与暗反应过程完全相同B.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中C.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应D.步骤①需要催化剂，②③④既不需要催化剂也不需要消耗能量答案B解析分析题图①②过程模拟暗反应中二氧化碳的固定，③④过程模拟暗反应中C3的还原；植物光合作用的本质是利用光能将无机物二氧化碳和水转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，图示过程也将二氧化碳和水转化为淀粉，同时储存能量，二者的本质是相同的；由图可知，①过程是利用催化剂在一定条件下进行的化学反应，反应过程较剧烈，②③④是在酶的催化下完成的，反应较温和；分析图示可知，图中②③④需要在酶的催化下进行，由小分子聚合成大分子的反应，为吸能反应，需要消耗能量。9.(2024·江西南昌质检)如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是()A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低答案D解析因为暗反应中1molC5和1molCO2可生成2molC3，所以在适宜条件下，叶肉细胞内C3是C5的2倍，因此图中甲是C5，乙是C3。图中物质甲与CO2结合形成乙，该过程只需要酶的催化，不需要消耗ATP，A错误；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度，那么C3含量增加，C5含量减少，与题图不符合，而如果改变的条件是降低CO2浓度，那么C3含量减少，C5含量增加，与题图符合，所以本题改变的条件是降低CO2浓度，B错误；CO2浓度降低，由于CO2供应量减少，C5消耗减少，而C3还原正常，所以C5(甲)含量会上升，C错误；低CO2浓度下的光饱和点也低，D正确。10.(2023·重庆卷，19)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。(1)通常发现，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者对野生型和突变体的部分生理指标做检测，结果如下表所示：光反应暗反应光能转化效率类囊体薄膜电子传递效率RuBP羧化酶含量Vmax野生型0.49180.14.6129.5突变体0.66199.57.5164.5注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶；Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率。①类囊体薄膜电子传递的最终产物是________，RuBP羧化酶催化的底物是CO2和________。②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是__________________。(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量，结果如下表：田间光照产量田间遮阴产量野生型6.936.20突变体7.353.68①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是________________，外因是________________。②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和________，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型________(填“高”“低”或“相等”)。答案(1)①NADPHC5(核酮糖—1，5－二磷酸，RuBP)②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快(2)①突变体叶绿素含量太低光照强度太低②蔗糖③高解析(1)①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上反应。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段(CO2的固定)，在这个反应中CO2，在CO2固定酶的作用下与C5(一种五碳化合物)结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快。由表可知突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变体水稻的光合速率高于野生型。(2)①根据光合作用的分析可知，只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况、光照强度等；叶绿体是光合作用的场所，影响叶绿体的形成、结构的因素，比如叶绿体光合色素含量低等也会影响光合作用。根据题干可知在遮阴情况下突变体水稻产量明显低于野生型，因此推测这种结果的内因是突变体自身叶绿素含量太低，外因则是光照强度太低。②蔗糖是光合作用的主要产物，也是植物光合作用远距离运输的主要形式。所以水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。③根据以上结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。11.(2024·湖南永州模拟)某生物兴趣小组对光合作用的过程及其影响因素进行了相关研究。如图是某一年生的高等植物细胞中光合作用过程图解，图中英文字母代表相应物质。回答下列问题：(1)该兴趣小组在研究过程中突然增强光照强度，检测到图中A物质产生量迅速增多，但不久又恢复到一定水平。A物质无法维持在一个较高水平，最可能的外因是图中物质________(填字母)的供应量未能同步增加；在同一过程中C3的变化规律是________________________，原因是___________________________________________________________________________________________________。(2)给该种高等植物施氮肥的同时补充水分，其光合速率会更大，试从水的角度分析其原因：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。(3)卡尔文运用同位素标记法研究了光合作用过程中CO2中碳的转移途径，请你采用同位素标记法设计实验探究外源提供的B物质是否可以被光合作用的暗反应所利用。(要求：写出简单的实验设计思路)答案(1)E先迅速减少，不久后达到相对稳定的水平光照强度突然增强，短时间内ATP和NADPH突然增多，C3的还原加快，而CO2的固定基本不变，导致C3含量迅速减少，因为CO2的供应量未同步增加，因此随后C3含量达到相对稳定的水平(2)水作为良好的溶剂，氮肥可以溶解在水中形成离子，有利于植物根细胞对氮、磷等元素的吸收；水是光合作用的原料，补充水分有利于光合作用的进行；保证植物吸收充足水分，有利于增大气孔导度，从而保证叶肉细胞中CO2的供应(3)将提供的B物质用放射性同位素标记供植物进行光合作用，并将植物置于光照、温度等条件均适宜的环境中，一段时间后，采用一定的方法检测光合产物糖类中是否出现了放射性解析由光合作用过程需要吸收CO2，释放O2可知，A为O2，E为CO2，结合光合作用的具体过程可知，B为NADPH，C为ATP，D为ADP＋Pi。(1)光反应和暗反应相互影响，CO2是暗反应的原料，因此若CO2供应未能同步增加，则增强光照强度光反应也不能持续增强，产生O2的速率也会逐渐恢复到一定水平，无法维持在一个较高水平。该过程中光照强度突然增强，短时间内光反应产物ATP和NADPH突然增多，C3的还原加快(C3还原需要光反应提供ATP和NADPH)，而CO2的固定基本不变，导致C3含量迅速减少，因为CO2的供应量未同步增加，因此不久后C3含量达到相对稳定的水平，因此C3的变化规律是先迅速减少，不久后达到相对稳定的水平。(2)水作为良好的溶剂，氮肥可以溶解在水中形成离子，有利于植物根细胞对氮、磷等元素的吸收；水作为光合作用的原料，补充水分有利于光合作用的进行；保证植物吸收充足水分，有利于增大气孔导度，气孔是CO2进出的通道，从而保证了叶肉细胞中CO2的供应。(3)同位素标记法可以用来追踪物质的去向，若要探究外源提供的B物质是否可以被光合作用的暗反应所利用，可将提供的B物质用放射性同位素标记供植物进行光合作用，并将植物置于光照、温度等条件均适宜的环境中，一段时间后，采用一定的方法检测光合产物糖类中是否出现了放射性。第14讲光合作用的影响因素及其应用课标内容(1)探究光照强度、CO2浓度等对光合作用强度的影响。(2)关注光合作用与农业生产及生活的联系。考点一探究环境因素对光合作用强度的影响1.实验原理在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。eq\x(\a\al(叶片含有空,气，上浮))eq\o(→,\s\up7(抽气))eq\x(\a\al(叶片,下沉))eq\o(→,\s\up7(光合作用),\s\do7(产生O2))eq\x(\a\al(充满细胞间,隙，叶片上浮))2.实验中变量分析自变量不同光照强度控制自变量调节光源与烧杯的距离进行控制因变量光合作用强度检测因变量同一时间段内叶片浮起数量对无关变量进行控制叶片大小、溶液的量等保持一致3.实验流程4.实验结论在一定光照强度范围内，光合作用强度随光照强度的增强而增强。1.该实验中叶片上浮的原因是什么？提示光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，使叶肉细胞间隙充满了气体，浮力增大，叶片上浮。2.在该实验中，若改用普通灯泡(钨丝)作为光源，应注意什么，怎样改进？提示若改用普通灯泡作为光源应注意灯泡发热造成的温度变化对实验的影响，应在灯泡和光源之间加一玻璃水柱进行隔温处理。3.该实验中，若NaHCO3溶液浓度过高会导致叶片上浮缓慢，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示在高浓度的无机盐溶液中，植物细胞失水，代谢减弱考向结合光合作用影响因素的实验，考查科学探究能力1.(2024·襄阳五中联考)某实验小组利用菠菜幼叶和成熟叶的叶圆片，在适宜条件下探究NaHCO3溶液浓度对光合作用强度的影响，结果如图。下列说法正确的是()A.叶圆片上浮情况只与光合作用强度有关，与呼吸作用强度无关B.②～⑤组幼叶圆片上浮的速度比成熟叶圆片上浮的速度快C.若适当加大光照强度，⑥⑦组的叶圆片也会上浮D.取叶圆片时应避开大的叶脉，以减少无关变量对实验的干扰答案D解析叶圆片的沉浮取决于气体是否在细胞间隙积累，与净光合速率有关，因此叶圆片上浮情况与光合作用强度和呼吸作用强度都有关，A错误；据图可知，②～⑤组幼叶圆片上浮时间大于成熟叶圆片，说明②～⑤组幼叶圆片上浮的速度较慢，B错误；⑥⑦组叶圆片不上浮的原因可能是NaHCO3溶液浓度过高，导致细胞渗透失水过多而死亡，因此若适当加大光照强度，⑥⑦组的叶圆片不会上浮，C错误；叶脉上没有叶绿体，取叶圆片时应避开大的叶脉，以减少无关变量对实验的干扰，D正确。2.(2024·成都七中诊断)某生物兴趣小组将一枝伊乐藻浸在加有适宜培养液的大试管中，以LED灯作为光源，移动LED灯调节其与大试管的距离，分别在10℃、20℃和30℃下进行实验，观察并记录单位时间内不同距离下枝条产生的气泡数目，结果如图所示。下列相关叙述错误的是()A.该实验研究的是光照强度和温度对光合速率的影响B.A点和C点的限制因素分别为温度和光照强度C.B点条件下伊乐藻能进行光合作用D.若在缺镁的培养液中进行此实验，则B点向右移动答案D解析若培养液中缺镁，叶绿素合成受阻，光合速率减弱，而呼吸速率不变，需要增大光照强度来增大光合速率，使光合速率等于呼吸速率，即B点向左移动，D错误。考点二影响光合作用的因素及应用1.内部因素(1)植物自身的遗传特性(如植物品种不同)，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶(3)叶面积指数2.外部因素(1)单因子变量对光合作用影响的曲线分析①光照强度②CO2浓度③温度④水分影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内⑤矿质元素(2)多因子对光合速率的影响1.西瓜、玉米和辣椒轮作和固定种植玉米相比，其优点是_________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。提示充分利用土壤中的矿质元素、改善土壤、减少大面积病虫害发生2.在温室大棚生产中，大棚内多施农家肥有利于提高作物的产量，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。提示农家肥中的有机物被微生物分解产生无机盐和CO2，CO2和无机盐能被作物利用，提高大棚作物的产量3.[2018·全国卷Ⅰ，30(2)]甲、乙两种植物净光合速率随光照强度的变化趋势如图所示。甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，那么净光合速率下降幅度较大的植物是________，判断的依据是_____________________________________________________________________________________________________。提示甲根据曲线图可知，甲种植物的光饱和点较高，对光照的需求大。当甲、乙两种植物单独种植时，如果种植密度过大，植株接受的光照强度减弱，导致甲种植物净光合速率下降幅度比乙种植物大4.结合下图分析并回答问题：C点时两者光合作用速率________(填“相等”“不相等”或“不一定相等”)，理由：___________________________________________________________________________________________________________________________________。提示不一定相等两者的呼吸速率不一定相等考向1结合光合作用影响因素，考查科学思维1.(2024·北京西城区期末)西洋参受干旱胁迫，生长会受影响。检测西洋参在重度干旱条件下与光合作用相关的指标，结果如图所示。下列叙述正确的是()A.CO2吸收速率随着干旱时间的延长而上升B.干旱既影响光反应又影响暗反应C.胞间CO2浓度仅受气孔导度影响D.降低气孔导度不利于西洋参适应干旱环境答案B解析据图可知，随着干旱时间的延长，CO2吸收速率先下降后上升然后再下降，A错误；干旱条件下土壤含水量降低，植物根系吸收的水分减少，光反应减慢，产生的O2和H＋减少，NADPH和ATP的合成减慢，进而导致C3的还原减慢；缺水还会导致植物叶片气孔导度下降，CO2的吸收量减少，影响暗反应中CO2的固定过程，B正确；胞间CO2浓度除了受气孔导度影响外，还受非气孔因素的影响，C错误；降低气孔导度可以在一定程度上减少水分的散失，有利于西洋参适应干旱环境，D错误。2.(2024·中原名校联盟)如图是某学校生物兴趣小组研究菠菜光合速率相对值与叶龄关系的结果图示。下列说法错误的是()A.A点光合速率较低是由于幼叶光合色素含量少B.随着叶片不断地展开，AB段光合速率上升C.由于叶片的衰老，CD段光合速率下降D.若光照突然增强，则短时间内叶绿体中C3的含量增加答案D解析A点叶龄小，光合色素含量少，吸收的光能也少，导致光合速率较低，A正确；AB段随着叶龄增加，光合色素含量增多，叶片面积增大，酶数量增多，光合速率增大，B正确；CD段随叶龄增大，叶片逐渐衰老，叶片中的光合色素含量减少，酶数量减少，光合速率下降，C正确；若光照突然增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3的还原加快，短时间内叶绿体中C3的含量减少，D错误。3.(2024·湖南衡阳检测)如图表示植物光合作用速率随光照强度改变的曲线，请分析并选出错误的一项()A.若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动B.若增加二氧化碳浓度，B点左移，C点左移，D点向右上方移动C.D点时，ATP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动D.若图为阳生植物，则换为阴生植物，B点向左移动，D点向左下方移动答案B解析B点为光补偿点，此时光合作用与呼吸作用强度相等，若适当提高温度，光合速率的增加值小于呼吸速率的增加值，则补偿点B应相应地向右移动，A正确；若增加二氧化碳浓度，则光合作用强度增加，B点左移，C点右移，D点向右上方移动，B错误；D点时的光合作用强度最大，其光反应产生的ATP从类囊体薄膜移向叶绿体基质，参与暗反应过程中三碳化合物的还原，C正确。光(CO2)补偿点、饱和点的移动问题(1)A点：代表呼吸速率，细胞呼吸增强，A点下移；反之，A点上移。(2)B点与C点的变化(注：只有横坐标为自变量，其他条件不变)B点(补偿点)C点(饱和点)适当增大CO2浓度(光照强度)左移右移适当减小CO2浓度(光照强度)右移左移土壤缺Mg2＋右移左移提醒细胞呼吸速率增加，其他条件不变时，CO2(或光)补偿点应右移，反之左移。(3)D点：代表最大光合速率，若增大光照强度或增大CO2浓度使光合速率增大时，D点向右上方移动；反之，移动方向相反。考向2围绕光合作用在农业生产中的应用，考查生命观念和社会责任4.(2024·广东佛山调研)农业生产中的一些栽培措施可以影响作物的生理活动，促进作物的生长发育，达到增加产量等目的。请分析下列操作正确的是()A.矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，体现了水的流动性B.给农田施加尿素的主要目的是利于植物合成糖类、脂肪等化合物C.向农田中施加农家肥，不仅可为植物的光合作用提供CO2，还可为植物的生长提供一定的无机盐D.在酸化土壤中，无机盐多以离子形式存在，有利于农作物的生长和发育答案C解析农田施肥的同时，往往需要适当浇水，此时浇水的主要原因是肥料中的矿质元素只有溶解在水中才能被作物根系吸收，体现了水的功能之一：水是良好的溶剂，A错误；给农田施加尿素的主要目的是利于植物合成蛋白质、核酸、ATP等含氮化合物，糖类的元素组成一般是C、H、O，脂肪的元素组成是C、H、O，不含N，B错误；向农田中施加农家肥，农家肥中的有机物可被土壤微生物分解成二氧化碳和无机盐，故其不仅可以为植物的光合作用提供CO2，还可以为植物的生长提供一定的无机盐，C正确；酸化土壤会影响植物根细胞的代谢活动，不利于农作物的生长和发育，D错误。5.(2024·江苏南京模拟)细胞呼吸和光合作用的原理在农业生产中具有广泛的应用。下列有关叙述中，错误的是()A.中耕松土有利于根细胞的有氧呼吸，从而促进根细胞对无机盐的吸收B.农作物生长发育过程中，及时去掉衰老变黄的叶片有利于有机物的积累C.合理密植和增施有机肥均有利于提高农作物的光合作用强度D.温室种植农作物时，为促进光合作用，白天要适时通风，以保证O2供应答案D解析中耕松土可以增加土壤中的空气含量，有助于植物根细胞的有氧呼吸，从而促进根细胞对无机盐的吸收，A正确；农作物生长发育过程中，及时去除衰老变黄的叶片(光合速率较低)，减少有机物的消耗，有利于有机物的积累，B正确；合理密植和增施有机肥均有利于提高农作物的光合作用强度，C正确；温室种植农作物时，为促进光合作用，白天要适时通风，以保证CO2供应，D错误。1.(2022·海南卷，3)某小组为了探究适宜温度下CO2对光合作用的影响，将四组等量菠菜叶圆片排气后，分别置于盛有等体积不同浓度NaHCO3溶液的烧杯中，从烧杯底部给予适宜光照，记录叶圆片上浮所需时长，结果如图。下列有关叙述正确的是()A.本实验中，温度、NaHCO3浓度和光照都属于自变量B.叶圆片上浮所需时长主要取决于叶圆片光合作用释放氧气的速率C.四组实验中，0.5%NaHCO3溶液中叶圆片光合速率最高D.若在4℃条件下进行本实验，则各组叶圆片上浮所需时长均会缩短答案B解析由实验目的可知，温度和光照均为无关变量，A错误；实验中所用的菠菜叶圆片已进行排气处理，叶圆片上浮主要是因为其进行光合作用释放了氧气，且光合作用释放氧气的速率越大，叶圆片上浮所需时间越短，B正确；四组实验中，0.5%的NaHCO3溶液中叶圆片上浮所需时间最长，说明其光合速率最小，C错误；实验是在适宜温度下进行的，若降低温度，光合速率减慢，叶圆片上浮所需时间会延长，D错误。2.(2021·辽宁卷，2)植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是()A.可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度B.应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同C.合理控制昼夜温差有利于提高作物产量D.适时通风可提高生产系统内的CO2浓度答案B解析不同植物对光的波长和光照强度的需求不同，可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度，A正确；为保证植物的根能够正常吸收水分，该系统应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度，B错误；适当提高白天的温度可以促进光合作用的进行，让植物合成更多的有机物，而夜晚适当降温则可以抑制其呼吸作用，使有机物消耗减少，有利于提高作物产量，C正确；适时通风可提高生产系统内的CO2浓度，进而提高光合作用速率，D正确。3.(2022·北京卷，2)光合作用强度受环境因素的影响。车前草的光合速率与叶片温度、CO2浓度的关系如图。据图分析不能得出()A.低于最适温度时，光合速率随温度升高而升高B.在一定的范围内，CO2浓度升高可使光合作用最适温度升高C.CO2浓度为200(μL·L－1)时，温度对光合速率影响小D.10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高答案D解析分析题图可知，当CO2浓度一定时，光合速率会随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随着温度的继续升高而减小，A正确；分析题图可知，当CO2浓度为200(μL·L－1)时，最适温度为25℃左右；当CO2浓度为370(μL·L－1)时，最适温度约为30℃；当CO2浓度为1000(μL·L－1)时，据图不能得出其最适温度，但比CO2浓度为370(μL·L－1)时高，可以表明在一定范围内，CO2浓度的升高会使光合作用最适温度升高，B正确；当CO2浓度为200(μL·L－1)时，光合速率随温度的升高，改变程度不大，光合速率在温度的升高下，持续在数值为10处波动，而CO2浓度为其他数值时，光合速率随着温度的升高变化程度较大，曲线有较大的变化趋势，所以表明CO2浓度为200(μL·L－1)时，温度对光合速率影响小，C正确；分析题图可知，10℃条件下，CO2浓度为200～370(μL·L－1)时，光合速率有显著提高，而370(μL·L－1)至1000(μL·L－1)时，光合速率无明显的提高趋势，而且CO2浓度为370(μL·L－1)时与1000(μL·L－1)时，两者的光合速率数值接近同一数值，所以不能表明10℃条件下，光合速率随CO2浓度的升高会持续提高，D错误。4.(2022·湖南卷，13改编)在夏季晴朗无云的白天，10时左右某植物光合作用强度达到峰值，12时左右光合作用强度明显减弱。光合作用强度减弱的原因可能是()A.叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的O2量减少B.光合酶活性降低，呼吸酶不受影响，呼吸释放的CO2量大于光合固定的CO2量C.叶绿体内膜上的部分光合色素被光破坏，吸收和传递光能的效率降低D.光反应产物积累，产生反馈抑制，叶片转化光能的能力下降答案D解析夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，光合作用强度明显减弱；夏季中午气温过高，导致光合酶活性降低，呼吸酶活性增强(呼吸酶最适温度高于光合酶)，光合作用强度减弱，但此时光合作用强度仍然大于呼吸作用强度，即呼吸释放的CO2量小于光合固定的CO2量；光合色素位于叶绿体类囊体膜上；夏季中午叶片蒸腾作用强，失水过多使气孔部分关闭，进入体内的CO2量减少，暗反应减慢，导致光反应产物积累，产生反馈抑制，使叶片转化光能的能力下降，光合作用强度明显减弱。5.(2023·全国乙卷，29)植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭，保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光(只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度)照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60%左右。回答下列问题。(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、______________(答出2点即可)等生理过程。(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是______________________________________________________________________________________________。(3)某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是____________________________________________________________________。(4)已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔________(填“能”或“不能”)维持一定的开度。答案(1)光合作用、呼吸作用(2)红光下保卫细胞进行光合作用，产生的有机物使细胞渗透压升高，从而促进细胞吸水，细胞吸水能促进气孔开放(3)蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，即蓝光促进K＋通过主动运输进入保卫细胞，导致保卫细胞渗透压升高，细胞吸水，促进气孔开度进一步增大(4)能解析(1)气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、光合作用、呼吸作用、水和无机盐的吸收等生理过程。(2)保卫细胞在红光下能进行光合作用，光合产物会使细胞内渗透压升高，从而有利于保卫细胞吸收水分，保卫细胞吸收水分体积膨大，从而促进气孔开放。(3)已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋，即蓝光促进K＋通过主动运输进入保卫细胞，导致保卫细胞渗透压升高，细胞吸水，促进气孔开度进一步增大。(4)根据题意，用饱和红光只能使气孔开度达最大开度的60%左右，说明气孔开度还受其他因素影响，又已知蓝光途径也能促进气孔开放，故用该除草剂处理的叶片能维持一定开度。限时强化练(时间：40分钟)【对点强化】考点一探究环境因素对光合作用强度的影响1.(2024·山西康杰中学质检)某同学将新鲜金鱼藻置于盛有NaHCO3溶液的烧杯中，改变灯泡与烧杯的距离，测定得到下表所示结果。下列叙述正确的是()灯泡与烧杯距离/cm153045607590气泡产生速率/(个·min－1)492811000A.本实验的目的是探究CO2浓度对光合速率的影响B.15～45cm之间，气泡产生量为光合作用实际产生氧气的量C.小于60cm时，限制光合速率的主要因素是光照强度D.60cm时，光线太弱导致光合作用完全停止答案C解析根据题意分析，该实验的目的是探究光照强度对光合速率的影响，A错误；15～45cm之间，气泡的产生速率表示净光合速率，B错误；小于60cm时，随着光照强度的增加，气泡的产生速率加快，因此，此时限制光合速率的主要因素是光照强度，C正确；60cm时，光线太弱可能导致净光合速率为0，此时光合速率等于呼吸速率，光合作用没有完全停止，D错误。2.(2024·广东梅州期末)小明家想建一个绿色蔬菜大棚，他结合所学知识给出若干建议，其中包括在大棚内安装太阳能灯和增加供暖装置以确保昼夜温度均高于室外，下列有关小明的建议和对应原理的叙述正确的是()A.太阳能灯能在阴天时增加光照强度，增强光反应，为暗反应提供更多的ATP和NADPHB.光反应在光下进行，暗反应在暗处进行，夜晚要关闭太阳能灯让植物进行暗反应C.大棚内最好安装绿色的太阳能灯D.延长光照时间能提高光合作用的速率答案A解析阴天时光照不足，可用太阳能灯增加光照强度，进而增强光反应，为暗反应提供更多的NADPH和ATP，A正确；光反应必须在光下进行，而暗反应有光、无光都能进行，夜晚为了更好地提高产量，需要打开太阳能灯(延长光照时间)，让植物进行光合作用，因为暗反应需要光反应提供ATP和NADPH，B错误；绿叶中的色素主要吸收蓝紫光和红光，几乎不吸收绿光，不宜在大棚内安装绿色的太阳能灯，可安装蓝紫色或红色的太阳能灯，C错误；光合作用速率指的是单位时间内的光合作用强度，延长光照时间不能提高光合作用的速率，D错误。考点二影响光合作用的因素及应用3.(2024·湖南衡阳模拟)下列有关光合作用原理和应用的叙述错误的是()A.叶绿体中光合色素吸收的光能可用于将水分解成氧和H＋B.在暗反应阶段中，从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被NADPH还原C.提高白天与夜间的温度，有利于增加大棚蔬菜产量D.适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度答案C解析在暗反应阶段中，从外界吸收进来的二氧化碳先与C5结合生成C3，接着C3被还原，即从外界吸收进来的二氧化碳，不能直接被NADPH还原；白天适当提高温度，有利于光合作用的进行，晚上适当降低温度，降低呼吸速率，从而增加大棚蔬菜产量；“光合午休”是由于中午光照过强，温度过高，蒸腾作用过于旺盛，部分气孔关闭导致二氧化碳供应不足引起的，故适时进行灌溉可以缓解作物的“光合午休”程度。4.(2024·北京通州区检测)农作物的光合作用强度与其产量直接相关。科研人员研究了光照强度和CO2浓度对某种植物光合作用强度的影响，绘制出成熟叶片在两种CO2浓度条件下，光合作用强度随光照强度的变化曲线(见下图)。下列说法正确的是()A.单位叶片中A点的光合作用强度一定大于呼吸作用强度B.D点以后限制光合作用强度的内因可能是酶浓度C.CO2浓度由B点调至C点瞬间，叶绿体中C3含量下降D.若该曲线是在最适温度下测得，突然降低温度，D点会向右上方移动答案B解析曲线代表总光合强度，呼吸强度未知，A错误；CO2浓度由B点调至C点瞬间，C3的合成增加，消耗暂时不变，所以C3含量上升，C错误；突然降低温度，光合速率降低，D点会向左下方移动，D错误。5.(2024·兰州一中质检)下列关于农业生产措施及其作用对应关系一致的是()措施作用A在甘蔗生长后期除去下部部分老叶降低呼吸作用，增加有机物积累B合理密植提高光合速率，提高作物产量C温室及时通风促进作物吸收利用O2D适时适度松土促进作物根系对有机营养物质及无机盐离子的吸收答案A解析随着甘蔗茎的伸长，基部叶片自下而上逐渐枯黄