第9講　光合作用與能量轉(zhuǎn)化【課標(biāo)要求】　1.說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，并將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可利用的化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中。2.活動(dòng)：綠葉中色素的提取和分離。
考點(diǎn)一　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析。
(5)實(shí)驗(yàn)異?，F(xiàn)象的原因。
2.捕獲光能的色素(1)色素的種類及顏色。
(2)色素的吸收光譜分析(光譜：陽光穿過三棱鏡時(shí)，不同波長的光會(huì)分散開，形成的不同顏色的光帶)。
由圖可以看出：①色素的功能：葉綠素a和葉綠素b主要吸收紅光和藍(lán)紫光；胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光。②色素吸收光的范圍：一般葉綠體中的色素只吸收可見光(波長是400～760 nm)，對(duì)紅外光和紫外光不吸收。
提醒：①植物葉片呈現(xiàn)綠色的原因是葉片中的色素對(duì)綠光的吸收少，綠光被反射出來。②植物的液泡中含有的色素(花青素)不參與光合作用。③植物幼嫩的莖和果實(shí)的細(xì)胞中也含有吸收光能的色素。
3．葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進(jìn)行光合作用
注：葉綠體并非光合作用的必要條件，藍(lán)細(xì)菌、光合細(xì)菌沒有葉綠體也能進(jìn)行光合作用。
1．影響葉綠素合成因素的分析
考向1　結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理及過程，考查科學(xué)探究1．下列關(guān)于“綠葉中色素的提取和分離”實(shí)驗(yàn)的敘述，正確的是(　　)A．色素在提取液中的溶解度不同，導(dǎo)致色素帶的位置不同B．研磨綠葉時(shí)不加CaCO3，則濾紙條上四條色素帶變窄的比例相同C．實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到的四條色素帶在濾紙條上自上而下依次變寬D．與成熟葉相比，幼葉作實(shí)驗(yàn)材料得到的葉綠素a、b的條帶較窄
解析：利用色素在層析液中的溶解度不同的原理來分離色素，從而使色素帶的位置不同，A項(xiàng)錯(cuò)誤；CaCO3可防止葉綠素被破壞，因此研磨綠葉時(shí)不加CaCO3，則濾紙條上四條色素帶變窄的比例不相同，B項(xiàng)錯(cuò)誤；色素帶的寬窄與色素含量相關(guān)，濾紙條從上到下依次是胡蘿卜素(最窄)、葉黃素、葉綠素a(最寬)、葉綠素b(第2寬)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；與成熟葉相比，幼葉所含葉綠素(包括葉綠素a和葉綠素b)較少，幼葉作實(shí)驗(yàn)材料得到的葉綠素a、b的條帶較窄，D項(xiàng)正確。
考向2　圍繞捕獲光能的色素與葉綠體的結(jié)構(gòu)，考查生命觀念2．如圖為高等植物葉肉細(xì)胞的葉綠體中一個(gè)類囊體內(nèi)的相關(guān)反應(yīng)。下列有關(guān)敘述不正確的是(　　)
A．類囊體膜的主要成分包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和四種色素等B．類囊體膜擴(kuò)大了葉綠體內(nèi)的膜面積，有利于提高光合效率C．產(chǎn)生的O2被相鄰細(xì)胞的線粒體利用，至少穿過6層磷脂雙分子層D．H＋與NADP＋結(jié)合形成的NADPH作為活潑的還原劑，參與暗反應(yīng)
解析：類囊體膜為生物膜，色素只是附著其上，而不是其主要成分，A項(xiàng)錯(cuò)誤；類囊體膜擴(kuò)大了葉綠體內(nèi)的膜面積，能附著更多的色素和酶，有利于提高光合效率，B項(xiàng)正確；產(chǎn)生的O2被相鄰細(xì)胞的線粒體利用，出細(xì)胞要穿過3層磷脂雙分子層，進(jìn)入相鄰細(xì)胞的線粒體也穿過3層磷脂雙分子層，故至少穿過6層，C項(xiàng)正確；光反應(yīng)中H＋與NADP＋結(jié)合形成的NADPH作為活潑的還原劑，用于暗反應(yīng)中的三碳化合物的還原，D項(xiàng)正確。
3．(2022·黑龍江大慶)高等植物的光合作用依賴于光合色素。不同環(huán)境條件下，葉綠素a和葉綠素b之間可以相互轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化稱為葉綠素循環(huán)。研究發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)遮光條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會(huì)降低，以適應(yīng)環(huán)境。圖中②③是兩種葉綠素的吸收光譜。下列關(guān)于葉綠素的敘述，正確的是(　　)
A．圖中②和③主要分布在葉綠體的內(nèi)膜上B．利用紙層析法分離色素時(shí)，③應(yīng)位于濾紙條的最下端C．植物葉片呈現(xiàn)綠色是由于②③主要吸收綠光D．弱光下②的相對(duì)含量增高有利于植物對(duì)弱光的利用
解析：圖中②和③主要分布在葉綠體的類囊體膜上，A項(xiàng)錯(cuò)誤；利用紙層析法分離色素時(shí)，②葉綠素b位于濾紙條的最下端，B項(xiàng)錯(cuò)誤；植物葉片呈現(xiàn)綠色是由于葉片中的色素對(duì)綠光的吸收少，綠光被反射出來，C項(xiàng)錯(cuò)誤；②葉綠素b的相對(duì)含量增高有利于在弱光下吸收更多光能用于植物的光合作用，D項(xiàng)正確。
考點(diǎn)二　光合作用的原理
1．探究光合作用原理的部分實(shí)驗(yàn)
2.光合作用過程(1)光合作用過程圖解。
(2)光反應(yīng)與暗反應(yīng)。
②光反應(yīng)與暗反應(yīng)的聯(lián)系。
a．光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供NADPH、ATP；暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供NADP＋、ADP和Pi。b．沒有光反應(yīng)，暗反應(yīng)無法進(jìn)行；沒有暗反應(yīng)，光反應(yīng)也會(huì)受到抑制。
提醒：①暗反應(yīng)在有光或無光條件下都可以進(jìn)行，若光反應(yīng)停止，暗反應(yīng)可持續(xù)一段時(shí)間，但時(shí)間不長。②C3和C5并不是只含有3個(gè)或5個(gè)碳原子，還有H、O等原子，如丙酮酸(C3H4O3)就是一種三碳化合物。
提醒：光合作用的產(chǎn)物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進(jìn)入篩管，再通過韌皮部運(yùn)輸?shù)街仓旮魈帯?br/>4．光合作用和化能合成作用的比較
1．光合作用中元素的去向分析
2．環(huán)境改變時(shí)光合作用各物質(zhì)含量的變化(1)圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原。
當(dāng)外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)生變化時(shí)，相關(guān)物質(zhì)含量在短時(shí)間內(nèi)的變化分析如下：
提醒：①C5、NADPH、ATP的變化一致。C3與C5、NADPH、ATP的變化相反。②C3量高于C5量，一般C3量為C5量的2倍。③對(duì)光合作用有利時(shí)，(CH2O)合成增加，反之則減少。
(2)“數(shù)學(xué)模型法”探究。
①圖1中曲線甲表示C3，曲線乙表示C5、NADPH、ATP。②圖2中曲線甲表示C5、NADPH、ATP，曲線乙表示C3。③圖3中曲線甲表示C5、NADPH、ATP，曲線乙表示C3。④圖4中曲線甲表示C3，曲線乙表示C5、NADPH、ATP。
3．連續(xù)光照和間隔光照下的有機(jī)物合成量(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量的積累，在光反應(yīng)停止時(shí)，暗反應(yīng)仍可持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間，有機(jī)物還能繼續(xù)合成。(2)在總光照時(shí)間、總黑暗時(shí)間均相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續(xù)光照處理，有機(jī)物的積累量要多。(3)應(yīng)用：人工補(bǔ)光時(shí)，可采用較高頻率的“光暗交替”策略，這樣在提高單位時(shí)間內(nèi)光合產(chǎn)量的情況下，能大量節(jié)省能源成本。
考向1　結(jié)合光合作用的過程，考查科學(xué)探究1．(2022·山東威海)下圖為光合作用暗反應(yīng)的產(chǎn)物磷酸丙糖的代謝途徑，研究表明，磷酸丙糖轉(zhuǎn)移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素，CO2充足時(shí)，TPT活性降低。下列有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A．Pi輸入葉綠體減少時(shí)，磷酸丙糖從葉綠體輸出減少B．暗反應(yīng)中磷酸丙糖的合成需要消耗光反應(yīng)產(chǎn)生的ATPC．葉肉細(xì)胞的光合產(chǎn)物主要是以蔗糖形式運(yùn)出細(xì)胞的D．農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可通過增加CO2濃度來提高作物中蔗糖的含量
解析：據(jù)圖示信息，磷酸丙糖通過TPT從葉綠體輸出的同時(shí)伴隨著Pi進(jìn)入葉綠體，因此Pi輸入葉綠體減少時(shí)，說明磷酸丙糖從葉綠體中輸出的過程受阻，即輸出減少，A項(xiàng)正確；光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP能用于暗反應(yīng)中C3的還原過程，由圖示可知，該過程能合成磷酸丙糖，B項(xiàng)正確；由圖示可知，葉肉細(xì)胞的光合產(chǎn)物磷酸丙糖會(huì)在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中用于合成蔗糖，然后以蔗糖形式運(yùn)出細(xì)胞，C項(xiàng)正確；根據(jù)題意可知，CO2充足時(shí)，TPT活性降低，則磷酸丙糖運(yùn)出葉綠體合成蔗糖的過程會(huì)受到影響，作物中淀粉含量上升，而蔗糖含量下降，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2．(2022·安徽合肥)植物學(xué)家希爾發(fā)現(xiàn)：在光下，若給含葉綠體的葉片提取液(淡綠色)提供特定的與氫離子結(jié)合的氫受體2，6-D(一種墨綠色染料，接受氫離子并被還原成無色)，在無CO2時(shí)進(jìn)行光照，可觀察到提取液由墨綠色變?yōu)榈G色，并釋放出O2；但放在暗處，則試管中的液體仍為墨綠色，且無O2的釋放，如圖所示。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的敘述和推論，錯(cuò)誤的是(　　)
A．該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下釋放的氧氣完全來自H2O的光解B．該實(shí)驗(yàn)證明了光照條件下葉綠體內(nèi)產(chǎn)生了還原性物質(zhì)C．若給A組提供14CO2等物質(zhì)，可能會(huì)檢測到(14CH2O)的生成D．該實(shí)驗(yàn)無法證明葉綠體是植物細(xì)胞合成糖類的場所
解析：根據(jù)題干信息和圖示分析，A組光照和無二氧化碳條件下，葉綠體產(chǎn)生了氧氣，且提取液的顏色由墨綠色變成了淡綠色，說明葉綠體在光照條件下產(chǎn)生了氫離子和氧氣，且氫離子與氫受體2，6-D結(jié)合；B組黑暗條件下沒有氧氣釋放，溶液仍然為墨綠色，說明葉綠體在黑暗條件下不能產(chǎn)生氫離子和氧氣，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；若給A組提供14CO2等物質(zhì)，可能會(huì)檢測到14CH2O的生成，C項(xiàng)正確；該實(shí)驗(yàn)只能證明葉綠體在光照條件下產(chǎn)生了氧氣和氫離子，無法證明葉綠體是植物細(xì)胞合成糖類的場所，D項(xiàng)正確。
考向2　結(jié)合光合作用過程中物質(zhì)含量的變化分析，考查科學(xué)思維3．卡爾文等人研究了CO2轉(zhuǎn)化為糖的途徑：用放射性14C標(biāo)記的CO2(即14CO2)供小球藻進(jìn)行光合作用，追蹤14C的去向。在不同時(shí)間段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析，下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的敘述錯(cuò)誤的是(　　)A．光照3秒時(shí)，放射性首先出現(xiàn)在C3中，說明CO2可以生成C3B．光照10秒后，將檢測到六碳糖中含有放射性C．在實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，C3和C5的含量保持相對(duì)穩(wěn)定D．如果突然中斷供應(yīng)CO2，則短時(shí)間內(nèi)C5會(huì)積累，C3的濃度也急劇上升
解析：如果突然中斷CO2供應(yīng)，則短時(shí)間內(nèi)C5會(huì)積累，C3的濃度急劇下降，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4．(2022·河北保定)用一定濃度的NaHSO3溶液噴灑到小麥的葉片上，短期內(nèi)檢測到葉綠體中C3的含量下降，C5的含量上升。NaHSO3溶液的作用可能是(　　)A．促進(jìn)葉綠體中CO2的固定B．促進(jìn)葉綠體中ATP的合成C．抑制葉綠體中NADPH的形成D．抑制葉綠體中有機(jī)物的輸出
解析：若NaHSO3溶液促進(jìn)葉綠體中CO2的固定，則CO2被C5固定形成的C3增加，消耗的C5增加，故C5的含量將減少，C3的含量將增加，A項(xiàng)錯(cuò)誤；若NaHSO3溶液促進(jìn)葉綠體中ATP的合成，則被還原的C3增多，消耗的C3增加，生成的C5增多，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將減少，C5的含量將增加，B項(xiàng)正確；若NaHSO3溶液抑制葉綠體中NADPH的形成，則被還原的C3減少，生成的C5減少，
而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將增加，C5的含量將減少，C項(xiàng)錯(cuò)誤；若NaHSO3溶液抑制葉綠體中有機(jī)物的輸出，意味著暗反應(yīng)中C3的還原過程變慢，生產(chǎn)的C5減少，而CO2被C5固定形成C3的過程不變，故C3的含量將增加，C5的含量將減少，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
考點(diǎn)三　光合作用的影響因素及其應(yīng)用
1．光合作用強(qiáng)度含義：植物在單位時(shí)間內(nèi)通過光合作用制造糖類的數(shù)量。2．內(nèi)部影響因素(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，如下圖所示。
(2)植物葉片的葉齡、葉綠素含量及酶。
3．外部影響因素(1)單因子變量對(duì)光合作用的影響。①光照強(qiáng)度。
a．原理：光照強(qiáng)度通過影響植物的光反應(yīng)進(jìn)而影響光合速率。光照強(qiáng)度增加，光反應(yīng)速率加快，產(chǎn)生的NADPH和ATP增多，使暗反應(yīng)中C3的還原加快，從而使光合作用產(chǎn)物增加。
c.應(yīng)用：溫室大棚中，陰天時(shí)適當(dāng)增強(qiáng)光照強(qiáng)度；適當(dāng)延長光照時(shí)間；合理密植，增加光合作用面積等。②CO2濃度。
a．原理：CO2影響暗反應(yīng)階段，制約C3的形成。b．曲線解讀。圖1中A點(diǎn)表示CO2補(bǔ)償點(diǎn)，即光合速率等于呼吸速率時(shí)的CO2濃度。圖2中A′點(diǎn)表示進(jìn)行光合作用所需CO2的最低濃度。B點(diǎn)和B′點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CO2濃度都表示CO2飽和點(diǎn)。c．應(yīng)用：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上可以通過通風(fēng)、增施農(nóng)家肥等增大CO2濃度，提高光合速率。
a．原理：溫度通過影響酶的活性影響光合作用，主要制約暗反應(yīng)。b．應(yīng)用：大田中適時(shí)播種；溫室栽培植物時(shí)，白天調(diào)到光合作用最適溫度；晚上適當(dāng)降低室內(nèi)溫度，保證植物有機(jī)物的積累。
a．原理：ⅰ.水既是光合作用的原料，又是體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，如植物缺水導(dǎo)致萎蔫，使光合速率下降。ⅱ.礦質(zhì)元素通過影響與光合作用有關(guān)的化合物的合成，對(duì)光合作用產(chǎn)生直接或間接的影響。b．應(yīng)用：合理灌溉和施肥。施肥的同時(shí)，往往應(yīng)適當(dāng)澆水，此時(shí)澆水的原因是肥料中的礦質(zhì)元素只有溶解在水中，以離子形式存在，才能被作物根系吸收。同時(shí)可以保證小麥吸收充足的水分，保證葉肉細(xì)胞中CO2的供應(yīng)。
(2)多因子對(duì)光合速率的影響。
4．探究環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響(以光照強(qiáng)度影響因素為例)(1)實(shí)驗(yàn)原理。①葉片含有氣體會(huì)上浮，若葉片中的氣體逸出，細(xì)胞間隙充滿了水，浮力減小，葉片就會(huì)沉到水底；若光合作用產(chǎn)生的O2充斥在葉片的細(xì)胞間隙中，浮力增大，葉片會(huì)從水底浮起。②光照強(qiáng)度不同，則光反應(yīng)產(chǎn)生O2的速率不同，葉片上浮的時(shí)間也不同。
①自變量的設(shè)置：光照強(qiáng)度是自變量，通過調(diào)整臺(tái)燈與燒杯之間的距離來調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的大小。②中間盛水的玻璃柱的作用：吸收燈光的熱量，避免光照對(duì)燒杯內(nèi)的水溫產(chǎn)生影響。③因變量是光合作用強(qiáng)度，可通過觀測單位時(shí)間內(nèi)被抽去空氣的小圓形葉片上浮的數(shù)量或者是浮起相同數(shù)量的葉片所用的時(shí)間長短來衡量光合作用的強(qiáng)弱。
(4)結(jié)果分析：光照越強(qiáng)，燒杯內(nèi)圓形小葉片浮起的數(shù)量越多，說明一定范圍內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度的不斷增強(qiáng)，光合作用強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在一定光照強(qiáng)度范圍內(nèi)，光合作用強(qiáng)度隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng)。
1．關(guān)于影響因素的幾點(diǎn)提醒(1)只要影響到原料(如CO2、水)、動(dòng)力(如光能)的，都是影響光合作用強(qiáng)度的因素。例如：影響CO2供應(yīng)量的因素即環(huán)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(jié)構(gòu)的因素，也會(huì)影響光合作用強(qiáng)度。例如：無機(jī)營養(yǎng)、病蟲害。(3)影響酶活性的因素也是其影響因子，例如：溫度、pH等。2．探究光照強(qiáng)度對(duì)光合作用強(qiáng)度影響實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)(1)葉片上浮的原因是光合作用產(chǎn)生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，釋放氧氣，使葉肉細(xì)胞間隙充滿了氣體，浮力增大，葉片上浮，不要片面認(rèn)為只是光合作用產(chǎn)生了O2。
(2)打孔時(shí)要避開大的葉脈，因?yàn)槠渲袥]有葉綠體，而且會(huì)延長圓形小葉片上浮的時(shí)間，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。(3)為確保溶液中CO2含量充足，圓形小葉片可以放入NaHCO3溶液中。
3．氣孔及其對(duì)光合作用的影響(1)氣孔是植物葉片與外界進(jìn)行氣體交換的主要通道。通過氣孔擴(kuò)散的氣體有O2、CO2和水蒸氣。氣孔的開閉可以影響光合作用、細(xì)胞呼吸及蒸騰作用。(2)調(diào)節(jié)氣孔開閉的因素。①光：植物氣孔一般按晝夜節(jié)律開閉。白天打開氣孔進(jìn)行光合作用，晚上通過關(guān)閉氣孔來減少水分損失。②CO2濃度：當(dāng)CO2的濃度較低時(shí)，氣孔開啟。③含水量：因干旱或蒸騰作用過強(qiáng)植物失水多時(shí)，氣孔關(guān)閉。④植物激素：細(xì)胞分裂素促進(jìn)氣孔開放，而脫落酸卻引起氣孔關(guān)閉。
考向1　結(jié)合影響光合作用的因素，考查科學(xué)思維1．(2022·河南開封)下列關(guān)于影響植物光合作用因素的敘述，錯(cuò)誤的是(　　)A．不同光質(zhì)一定導(dǎo)致同一植物的最大光合作用速率不同B．蒸騰作用很可能會(huì)影響植物的光合作用速率C．不同濃度鹽溶液條件下同一植物的光合作用速率可能不同D．“正其行，通其風(fēng)”能提高植物周圍CO2濃度進(jìn)而促進(jìn)光合作用
解析：光質(zhì)不同，同一植物最大光合速率可能相同，如分別用紅光和藍(lán)紫光照射某植物，A項(xiàng)錯(cuò)誤；水是光合作用的原料之一，會(huì)影響植物的光合作用速率，B項(xiàng)正確；光合作用需要無機(jī)鹽的參與，不同濃度鹽溶液條件下，同一植物的光合速率可能不同，C項(xiàng)正確；“正其行，通其風(fēng)”可提高周圍環(huán)境中的CO2濃度，進(jìn)而促進(jìn)植物的光合作用，D項(xiàng)正確。
2．(2022·廣州一模)以野生龍須菜為實(shí)驗(yàn)材料，測定不同濃度氧苯酮(BP-3，一種紫外線吸收劑)脅迫下龍須菜的凈光合放氧速率和呼吸耗氧速率的變化，結(jié)果如下圖所示。據(jù)圖分析，下列說法不正確的是(　　)
A．經(jīng)5 μml·L－1、10 μml·L－1、30 μml·L－1BP-3處理后，龍須菜凈光合放氧速率下降B．與對(duì)照組相比，隨BP-3濃度增加，龍須菜凈光合放氧速率降幅減小C．龍須菜的呼吸耗氧速率在黑暗條件下幾乎不受BP-3濃度的影響D．光照條件下，與對(duì)照組相比，隨BP-3濃度增加，龍須菜呼吸耗氧速率降幅增大
解析：由圖分析可知，經(jīng)5 μml·L－1、10 μml·L－1、30 μml·L－1BP3處理后，龍須菜凈光合放氧速率下降，A項(xiàng)正確；與對(duì)照組相比，隨BP3濃度增加，龍須菜凈光合放氧速率降幅增大，B項(xiàng)錯(cuò)誤；龍須菜的呼吸耗氧速率在黑暗條件下幾乎不受BP3濃度的影響，C項(xiàng)正確；光照條件下，與對(duì)照組相比，隨BP3濃度增加，龍須菜呼吸耗氧速率降幅增大，D項(xiàng)正確。
考向2　圍繞環(huán)境因素對(duì)光合作用強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)，考查科學(xué)探究3．(2022·河北衡水中學(xué))CO2是影響植物光合作用的重要因素。不同植物在長期的自然選擇中形成了不同的適應(yīng)特征。圖1是三種不同類型植物的CO2同化方式示意圖，圖2表示生活在不同地區(qū)的上述三種植物在晴朗夏季的CO2吸收速率日變化曲線。已知玉米葉肉細(xì)胞葉綠體中固定CO2的酶對(duì)CO2的親和力高于水稻，回答下列問題：
(1)色素提取過程中添加碳酸鈣的目的是__________________________________，以光合色素的吸光百分率為縱坐標(biāo)，以波長為橫坐標(biāo)，獲得光合色素的吸收光譜。通過對(duì)比各組提取液對(duì)__________(填“紅光”“藍(lán)紫光”或“綠光”)的吸光率來比較葉片中的葉綠素含量。(2)圖1水稻、玉米和景天科植物中，最適應(yīng)炎熱干旱環(huán)境的植物是____________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)圖2中，10點(diǎn)到12點(diǎn)間，B植物的光合速率下降而C植物繼續(xù)升高，原因是____________________________________________________________________________。(4)圖2中，12點(diǎn)時(shí)A植物能不能進(jìn)行光合作用？_______________________________。(5)同位素標(biāo)記法是生物學(xué)研究中的一種重要方法，可用此研究光合作用中_______。
解析：(1)色素提取過程中添加碳酸鈣的目的是防止研磨中色素被破壞?？梢酝ㄟ^對(duì)比各組提取液對(duì)紅光的吸光率來比較葉片中的葉綠素含量。(2)分析圖1中三種植物可知，景天科植物可以將夜晚吸收的CO2儲(chǔ)存在液泡中，然后白天用于光合作用；炎熱干旱條件下，為減少水分散失，白天植物一般關(guān)閉氣孔，因此在炎熱干旱環(huán)境下景天科植物更能適應(yīng)生存。(3)在上午10點(diǎn)到12點(diǎn)期間，溫度較高，會(huì)使植物的部分氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，引起B(yǎng)植物光合速率下降，而C植物能利用低濃度的CO2進(jìn)行光合作用，且此時(shí)光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，所以其光合速率繼續(xù)升高。(4)在12點(diǎn)時(shí)，A植物雖然從外界吸收的CO2為零，但可以利用儲(chǔ)存的CO2進(jìn)行光合作用。(5)美國科學(xué)家卡爾文用同位素14C表示CO2，探究了碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機(jī)物中碳的途徑。魯賓、卡門采用同位素標(biāo)記法研究了光合作用釋放的氧氣到底來自CO2還是H2O。故同位素標(biāo)記法可用來研究光合作用中氧氣中氧的來源或碳的固定途徑。
答案：(1)防止研磨中色素被破壞　紅光(2)景天科植物　該類植物白天因減少水分的散失而氣孔關(guān)閉，但夜晚能吸收CO2，不影響光合作用的進(jìn)行(3)該時(shí)間段溫度較高，B植株部分氣孔關(guān)閉，CO2供應(yīng)不足，C植株可以利用低濃度的CO2，此時(shí)光照強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，所以光合速率繼續(xù)升高(4)能(5)氧氣中氧的來源或碳的固定途徑
高考真題體驗(yàn) 1.(2022·全國乙卷)某同學(xué)將一株生長正常的小麥置于密閉容器中，在適宜且恒定的溫度和光照條件下培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)容器內(nèi)CO2含量初期逐漸降低，之后保持相對(duì)穩(wěn)定。關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，下列解釋合理的是(　　)A．初期光合速率逐漸升高，之后光合速率等于呼吸速率B．初期光合速率和呼吸速率均降低，之后呼吸速率保持穩(wěn)定C．初期呼吸速率大于光合速率，之后呼吸速率等于光合速率D．初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率
解析：初期容器內(nèi)CO2含量較大，光合作用強(qiáng)于呼吸作用，植物吸收CO2釋放O2，使密閉容器內(nèi)的CO2含量下降，O2含量上升，A項(xiàng)錯(cuò)誤；在適宜且恒定的溫度和光照條件下，容器內(nèi)的CO2含量下降，說明植物光合作用大于呼吸作用，但隨著CO2含量逐漸降低，植物光合速率也逐漸降低，直到光合作用與呼吸作用相等，容器中氣體趨于穩(wěn)定，B項(xiàng)錯(cuò)誤；初期光合速率大于呼吸速率，之后光合速率等于呼吸速率，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。
2．(2021·廣東卷)與野生型擬南芥WT相比，突變體t1和t2在正常光照條件下，葉綠體在葉肉細(xì)胞中的分布及位置不同(如圖a示意圖)，造成葉綠體相對(duì)受光面積的不同(見圖b)，進(jìn)而引起光合速率差異，但葉綠素含量及其他性狀基本一致。在不考慮葉綠體運(yùn)動(dòng)的前提下，下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)
A．t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光強(qiáng)增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度)B．t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度)C．三者光合速率的高低與葉綠素的含量無關(guān)D．三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大
解析：由圖a可知，t1有較多的葉綠體分布在光照下，t2有較少的葉綠體分布在光照下，由此可推斷，t2比t1具有更高的光飽和點(diǎn)(光合速率不再隨光強(qiáng)增加而增加時(shí)的光照強(qiáng)度)，t1比t2具有更低的光補(bǔ)償點(diǎn)(光合吸收CO2與呼吸釋放CO2等量時(shí)的光照強(qiáng)度)，A項(xiàng)、B項(xiàng)正確；通過題干信息可知，三者的葉綠素含量及其他性狀基本一致，由此推測，三者光合速率的高低與葉綠素的含量多少無關(guān)，C項(xiàng)正確；在一定光照強(qiáng)度下，三者光合速率的差異隨光照強(qiáng)度的增加而變大，但是超過光的飽和點(diǎn)后，再增大光照強(qiáng)度，三者光合速率的差異卻不再變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
3．(2022·湖南卷)將用純凈水洗凈的河沙倒入潔凈的玻璃缸中制成沙床，作為種子萌發(fā)和植株生長的基質(zhì)。某水稻品種在光照強(qiáng)度為8～10 μml/(s·m2)時(shí)，固定的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量；日照時(shí)長短于12小時(shí)才能開花。將新采收并解除休眠的該水稻種子表面消毒，浸種1天后，播種于沙床上。將沙床置于人工氣候室中，保濕透氣，晝/夜溫度為35 ℃/25 ℃，光照強(qiáng)度為2 μml/(s·m2)，每天光照時(shí)長為14小時(shí)?；卮鹣铝袉栴}：(1)在此條件下，該水稻種子__________(填“能”或“不能”)萌發(fā)并成苗(以株高≥2厘米，至少1片綠葉視為成苗)，理由是_________________________________________________________________________________________________________。
(2)若將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上，光照強(qiáng)度為10μml/(s·m2)，其他條件與上述實(shí)驗(yàn)相同，該水稻________(填“能”或“不能”)繁育出新的種子，理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(答出兩點(diǎn)即可)(3)若該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農(nóng)田)，為防鳥害、鼠害減少雜草生長，須灌水覆蓋，該種子應(yīng)具有________________特性。
解析：(1)種子萌發(fā)形成幼苗的過程中，消耗的能量主要來自種子胚乳中儲(chǔ)存的有機(jī)物，因此在光照強(qiáng)度為2μml/(s·m2)，每天光照時(shí)長為14小時(shí)時(shí)，雖然光照強(qiáng)度低于光補(bǔ)償點(diǎn)，但光照有利于葉片葉綠素的形成，種子仍能萌發(fā)并成苗。(2)將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上，光照強(qiáng)度為10μml/(s·m2)，等于光補(bǔ)償點(diǎn)，每天
光照時(shí)長為14小時(shí)，由于光照時(shí)沒有有機(jī)物的積累，而黑暗中細(xì)胞呼吸仍需消耗有機(jī)物，且每天光照時(shí)長大于12小時(shí)，植株不能開花，因此該水稻不能繁育出新的種子。(3)該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農(nóng)田)，為防鳥害、鼠害，減少雜草生長，須灌水覆蓋。此時(shí)種子獲得氧氣較少，可通過無氧呼吸分解有機(jī)物供能，無氧呼吸產(chǎn)生的酒精對(duì)種子有一定的毒害作用，推測該種子應(yīng)具有耐受酒精毒害的特性。
答案：(1)能　種子萌發(fā)形成幼苗的過程中，消耗的能量主要來自種子胚乳中儲(chǔ)存的有機(jī)物，且光照有利于葉片葉綠素的形成(2)不能　光照強(qiáng)度為10μml/(s·m2)，等于光補(bǔ)償點(diǎn)，每天光照時(shí)長為14小時(shí)，由于光照時(shí)沒有有機(jī)物的積累，黑暗中細(xì)胞呼吸仍需消耗有機(jī)物，因此全天沒有有機(jī)物積累；且每天光照時(shí)長大于12小時(shí)，植株不能開花(3)耐受酒精毒害
4．(2022·山東卷)強(qiáng)光條件下，植物吸收的光能若超過光合作用的利用量，過剩的光能可導(dǎo)致植物光合作用強(qiáng)度下降，出現(xiàn)光抑制現(xiàn)象。為探索油菜素內(nèi)酯(BR)對(duì)光抑制的影響機(jī)制，將長勢相同的蘋果幼苗進(jìn)行分組和處理，如下表所示，其中試劑L可抑制光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成。各組幼苗均在溫度適宜、水分充足的條件下用強(qiáng)光照射，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示。
(1)光可以被蘋果幼苗葉片中的色素吸收，分離蘋果幼苗葉肉細(xì)胞中的色素時(shí)，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散速度最快的色素主要吸收的光的顏色是________。(2)強(qiáng)光照射后短時(shí)間內(nèi)，蘋果幼苗光合作用暗反應(yīng)達(dá)到一定速率后不再增加，但氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加。蘋果幼苗光合作用暗反應(yīng)速率不再增加，可能的原因有______________________、______________(答出2種原因即可)；氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光抑制______(填“增強(qiáng)”或“減弱”)；乙組與丙組相比，說明BR可能通過______________________________發(fā)揮作用。
解析：(1)胡蘿卜素在層析液中溶解度最大，故色素分離時(shí)，隨層析液在濾紙上擴(kuò)散速度最快的色素是胡蘿卜素，主要吸收藍(lán)紫光。(2)強(qiáng)光照射后短時(shí)間內(nèi)，蘋果幼苗光合作用暗反應(yīng)達(dá)到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供應(yīng)不足、CO2供應(yīng)不足；氧氣的產(chǎn)生速率繼續(xù)增加的原因是強(qiáng)光照射后短時(shí)間內(nèi)，光反應(yīng)速率增強(qiáng)，水光解產(chǎn)生的氧氣速率增強(qiáng)。(3)據(jù)圖分析，與甲組相比，乙組加入BR后光合作用強(qiáng)度較高，說明加入BR后光抑制減弱；乙組用BR處理，丙組用BR和試劑L處理，與乙組相比，丙組光合作用強(qiáng)度較低，由于試劑L可抑制光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成，因此說明BR可能通過促進(jìn)光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成發(fā)揮作用。
答案：(1)藍(lán)紫光(2)五碳化合物供應(yīng)不足　CO2供應(yīng)不足　強(qiáng)光照射后短時(shí)間內(nèi)，光反應(yīng)速率增強(qiáng)，水光解產(chǎn)生氧氣速率增強(qiáng)(3)減弱　促進(jìn)光反應(yīng)關(guān)鍵蛋白的合成
5．(2022·廣東卷)研究者將玉米幼苗置于三種條件下培養(yǎng)10天后(見圖a)，測定相關(guān)指標(biāo)(見圖b)，探究遮陰比例對(duì)植物的影響。
回答下列問題：(1)結(jié)果顯示，與A組相比，C組葉片葉綠素含量______，原因可能是___________________________________________________________________________________。(2)比較圖b中B1與A組指標(biāo)的差異，并結(jié)合B2相關(guān)數(shù)據(jù)，推測B組的玉米植株可能會(huì)積累更多的____________________，因而生長更快。(3)某興趣小組基于上述B組條件下玉米生長更快的研究結(jié)果，作出該條件可能會(huì)提高作物產(chǎn)量的推測，由此設(shè)計(jì)了初步實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)材料：選擇前期________一致、生長狀態(tài)相似的某玉米品種幼苗90株。實(shí)驗(yàn)方法：按圖a所示的條件，分A、B、C三組培養(yǎng)玉米幼苗，每組30株；其中以______為對(duì)照，并保證除________外其他環(huán)境條件一致。收獲后分別測量各組玉米的籽粒重量。
結(jié)果統(tǒng)計(jì)：比較各組玉米的平均單株產(chǎn)量。分析討論：如果提高玉米產(chǎn)量的結(jié)論成立，下一步探究實(shí)驗(yàn)的思路是__________________________________________________________________________________。

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