高一生物上学期课后培优分级练（2019人教版必修1）5.4.2 光合作用的原理和应用（原卷版+解析）

5.4.2光合作用的原理和应用核心知识梳理核心知识梳理知识点(一)光合作用的原理1．光合作用的概念和反应式(1)概念：绿色植物通过，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出的过程。(2)反应式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up12(光能),\s\do4(叶绿体))(CH2O)＋O2。2．光合作用的探究历程(1)19世纪末，科学界普遍认为：C与H2O结合成。(2)1928年：甲醛不能通过光合作用转化成eq\a\vs4\al(糖)。(3)1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生。(4)1941年，鲁宾和卡门：研究了光合作用中的来源(氧气来源于H2O)。(5)1954年，美国阿尔农：光照下，叶绿体可合成；1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。3．光合作用的过程(1)光反应阶段①场所：叶绿体的。②条件：eq\a\vs4\al(光)、和有关的eq\a\vs4\al(酶)。③物质变化Ⅰ.水的光解：H2Oeq\o(→,\s\up12(光),\s\do4(色素))eq\f(1,2)O2＋2NADPHⅡ.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())。④能量变化：将转变为活跃的。(2)暗反应阶段①场所：中。②条件：eq\a\vs4\al(酶)的催化。③物质变化Ⅰ.CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())2C3Ⅱ.C3的还原：C3eq\o(→,\s\up12(ATP、NADPH),\s\do4(酶))(CH2O)C3eq\o(→,\s\up12(ATP、NADPH),\s\do4(酶))C5④能量变化：中活跃的化学能转变为有机物中。（3）．光反应与暗反应的比较(1)区别项目光反应暗反应(碳反应)实质光能转化为化学能，并释放O2同化CO2，合成有机物需要条件外界条件：光照内部条件：色素、酶外界条件：无需光照内部条件：酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化①水的光解：水分解成NADPH和O2②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())2C3②C3的还原：2C3eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())(CH2O)＋C5能量变化光能→活跃的化学能活跃的化学能→有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和NADPH糖类等有机物(2)联系①光反应为暗反应提供两种重要物质：NADPH和ATP，NADPH既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：ADP、Pi以及NADP＋。②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。知识点(二)光合作用的应用1．光合作用的强度(1)概念：植物在内通过光合作用制造的数量。(2)表示方法单位时间内光合作用eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(制造有机物的量,消耗CO2的量,产生O2的量))(3)影响光合作用的因素2．探究光照强度对光合作用强度的影响3．在生产实践中的应用实例原理间作套种不同植物对光照的需求不同冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低白天提高温度，促进光合作用；夜间降温，抑制呼吸作用“正其行、通其风”增大CO2浓度，有利于光合作用的进行合理灌溉缺少水导致气孔关闭，CO2供应不足4．化能合成作用(1)概念：利用体外环境中的某些氧化时所释放的能量来制造。(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)的过程中所释放的化学能将合成糖类，供自身利用。课后培优练课后培优练级练培优第一阶——基础过关练1．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是()A．阶段Ⅰ表示暗反应 B．阶段Ⅱ表示光反应C．物质a表示NADPH D．物质b表示C32．如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是()A．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高B．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5C．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能D．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类3．如何使作物最大限度地利用太阳光能进行光合作用，是现代化农业生产中提高作物产量的根本问题。下列措施不能有效提高光能利用效率的是()A．阴雨天气提高温室中的CO2浓度B．将玉米与大豆混合种植C．为农作物补充镁元素，保证叶绿素的含量D．合理灌溉，使植株保持挺拔4．下图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是()A．在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐减小B．在b～c段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降D．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用5．如图为植物光合作用的过程模式图，其中字母表示物质或结构，数字表示生理过程。回答下列问题：(1)图中X表示的结构是________，负责吸收光能的色素有两类：____________________。(2)物质a在细胞中的主要存在形式为__________________________________________。d表示____________，c、d参与了Ⅱ过程中的______________________________。(3)北方夏季中午，光照充足而光合作用强度明显减弱，原因是图中________(填数字)过程受到限制，此时可以采取________________的措施以提高光合作用强度。(4)研究发现，黄光照射时植物光合速率减慢，科学家推测黄光可能导致叶绿素含量发生了改变。现以番茄试管苗为实验材料，探究番茄试管苗在黄光照射下叶绿素含量是否发生改变。写出简要的实验思路：______________________________________________________。培优第二阶——拓展培优练1.下列有关探索光合作用原理的部分实验的叙述,错误的是()A.希尔发现,在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂,在光照下可以释放出氧气B.鲁宾和卡门发现光照下叶绿体可合成ATPC.鲁宾和卡门探究光合作用过程中氧气中氧元素的来源D.卡尔文运用同位素标记法探究碳循环2.右图是绿色植物细胞代谢的某一阶段的简图。下列说法错误的是()A.a过程是指CO2的固定B.b过程是指C3的还原C.c过程完全在线粒体内完成D.a、b、c三过程都需要酶参与3.在光合作用中,不需要酶参与的过程是()A.CO2的固定 B.叶绿素吸收光能C.C3的还原 D.ATP的形成4.在光合作用过程中,水的分解及C3形成糖类所需要的能量()A.分别来自光能和细胞呼吸产生的ATPB.分别来自光能和光反应产生的ATP、NADPHC.都来自细胞呼吸产生的ATPD.都来自光反应产生的ATP5.光合作用过程包括光反应和暗反应。下图表示光反应与暗反应的关系。据图判断,下列叙述错误的是()A.光反应为暗反应提供ATP和NADPHB.停止光照,叶绿体中ATP和NADPH含量下降C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质D.植物在暗处可大量合成(CH2O)6.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降。原因是()A.光反应强度升高,暗反应强度降低B.光反应强度降低,暗反应强度降低C.光反应强度不变,暗反应强度降低D.光反应强度降低,暗反应强度不变7.下图表示光合作用过程的部分图解,请据图分析回答问题。(1)图示表示光合作用的过程,其中B表示。

(2)图示过程中,能量变化是。

(3)如果用含14C的CO2来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径,则14C首先出现在中。

(4)叶绿体是进行光合作用的场所,在充足的光照条件下,ADP在叶绿体内的移动方向是;如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处,则NADPH在叶绿体中的含量将。培优第三阶——高考沙场点兵1.(2023湖南卷）绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是（）A.弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用B.在暗反应阶段，CO2不能直接被还原C.在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降D.合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度2.（2020天津卷）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5.4.2光合作用的原理和应用核心知识梳理核心知识梳理知识点(一)光合作用的原理1．光合作用的概念和反应式(1)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\up12(光能),\s\do4(叶绿体))(CH2O)＋O2。2．光合作用的探究历程(1)19世纪末，科学界普遍认为：C与H2O结合成甲醛。(2)1928年：甲醛不能通过光合作用转化成eq\a\vs4\al(糖)。(3)1937年，英国希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气。(4)1941年，鲁宾和卡门：研究了光合作用中氧气的来源(氧气来源于H2O)。(5)1954年，美国阿尔农：光照下，叶绿体可合成ATP；1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。3．光合作用的过程(1)光反应阶段①场所：叶绿体的类囊体薄膜。②条件：eq\a\vs4\al(光)、色素和有关的eq\a\vs4\al(酶)。③物质变化Ⅰ.水的光解：H2Oeq\o(→,\s\up12(光),\s\do4(色素))eq\f(1,2)O2＋2NADPHⅡ.ATP的合成：ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())ATP。④能量变化：将光能转变为活跃的化学能。(2)暗反应阶段①场所：叶绿体基质中。②条件：eq\a\vs4\al(酶)的催化。③物质变化Ⅰ.CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())2C3Ⅱ.C3的还原：C3eq\o(→,\s\up12(ATP、NADPH),\s\do4(酶))(CH2O)C3eq\o(→,\s\up12(ATP、NADPH),\s\do4(酶))C5④能量变化：ATP中活跃的化学能转变为有机物中稳定的化学能。（3）．光反应与暗反应的比较(1)区别项目光反应暗反应(碳反应)实质光能转化为化学能，并释放O2同化CO2，合成有机物需要条件外界条件：光照内部条件：色素、酶外界条件：无需光照内部条件：酶反应场所叶绿体类囊体的薄膜上叶绿体的基质中物质变化①水的光解：水分解成NADPH和O2②ATP的合成：在相关酶的作用下，ADP和Pi形成ATP①CO2的固定：CO2＋C5eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())2C3②C3的还原：2C3eq\o(→,\s\up12(酶),\s\do4())(CH2O)＋C5能量变化光能→活跃的化学能活跃的化学能→有机物中稳定的化学能相应产物O2、ATP和NADPH糖类等有机物(2)联系①光反应为暗反应提供两种重要物质：NADPH和ATP，NADPH既可作还原剂，又可提供能量；暗反应为光反应提供三种物质：ADP、Pi以及NADP＋。②暗反应有光无光都能进行。若光反应停止，暗反应可持续进行一段时间，但时间不长，故晚上一般认为只进行呼吸作用，不进行光合作用。知识点(二)光合作用的应用1．光合作用的强度(1)概念：植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。(2)表示方法单位时间内光合作用eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(制造有机物的量,消耗CO2的量,产生O2的量))(3)影响光合作用的因素2．探究光照强度对光合作用强度的影响3．在生产实践中的应用实例原理间作套种不同植物对光照的需求不同冬季大棚温度白天适当提高，晚上适当降低白天提高温度，促进光合作用；夜间降温，抑制呼吸作用“正其行、通其风”增大CO2浓度，有利于光合作用的进行合理灌溉缺少水导致气孔关闭，CO2供应不足4．化能合成作用(1)概念：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。(2)实例：硝化细菌能利用土壤中的氨(NH3)氧化成亚硝酸(HNO2)，进而氧化成硝酸(HNO3)的过程中所释放的化学能将CO2和H2O合成糖类，供自身利用。课后培优练课后培优练级练培优第一阶——基础过关练1．下图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是()A．阶段Ⅰ表示暗反应 B．阶段Ⅱ表示光反应C．物质a表示NADPH D．物质b表示C3【答案】C【解析】Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应，A、B错误；光反应为暗反应提供ATP和NADPH，所以图中的a表示的是NADPH，b表示的是ATP，C正确，D错误。2．如图为大豆叶片光合作用暗反应阶段的示意图。下列叙述正确的是()A．光照强度由强变弱时，短时间内C5含量会升高B．被还原的C3在相关酶的催化作用下，可再形成C5C．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能D．CO2可直接被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类【答案】B【解析】光照强度由强变弱时，ATP和NADPH合成减少，C3还原减慢，C5生成量减少，而C5的消耗暂时不变，所以短时间内C5含量会减少，A错误；C3在有关酶的催化作用下，能形成糖类、水和C5，B正确；CO2的固定实质上是CO2与C5反应生成C3，ATP不参与CO2的固定，ATP用于C3的还原，C错误；CO2不能直接被NADPH还原，需要形成C3后才能被NADPH还原，再经过一系列的变化形成糖类，D错误。3．如何使作物最大限度地利用太阳光能进行光合作用，是现代化农业生产中提高作物产量的根本问题。下列措施不能有效提高光能利用效率的是()A．阴雨天气提高温室中的CO2浓度B．将玉米与大豆混合种植C．为农作物补充镁元素，保证叶绿素的含量D．合理灌溉，使植株保持挺拔【答案】A【解析】阴雨天气，光照强度减弱，这种情况下补充CO2达不到提高光能利用率的目的；玉米与大豆套种可以充分利用光能，进而达到提高光能利用率的目的；充足的叶绿素可以保证对光的最大吸收；植株挺拔，叶片充分展开，有利于对光的吸收。4．下图甲为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用气泵抽出气体直至叶片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间(见图乙)，以研究光合速率与NaHCO3溶液浓度的关系。有关分析正确的是()A．在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合速率逐渐减小B．在b～c段，单独增加光照或温度或NaHCO3溶液浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间C．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降D．因配制的NaHCO3溶液中不含O2，所以整个实验过程中叶片不能进行呼吸作用【答案】C【解析】在a～b段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，叶圆片上浮至液面所用的平均时间变短，表明光合速率逐渐增大；在b～c段，单独增加光照或温度可以缩短叶圆片上浮至液面所用的时间，但单独增加NaHCO3溶液浓度不能缩短叶圆片上浮至液面所用的时间；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降；凡是活细胞都能进行呼吸作用。5．如图为植物光合作用的过程模式图，其中字母表示物质或结构，数字表示生理过程。回答下列问题：(1)图中X表示的结构是________，负责吸收光能的色素有两类：____________________。(2)物质a在细胞中的主要存在形式为__________________________________________。d表示____________，c、d参与了Ⅱ过程中的______________________________。(3)北方夏季中午，光照充足而光合作用强度明显减弱，原因是图中________(填数字)过程受到限制，此时可以采取________________的措施以提高光合作用强度。(4)研究发现，黄光照射时植物光合速率减慢，科学家推测黄光可能导致叶绿素含量发生了改变。现以番茄试管苗为实验材料，探究番茄试管苗在黄光照射下叶绿素含量是否发生改变。写出简要的实验思路：______________________________________________________。【答案】(1)类囊体叶绿素、类胡萝卜素(2)自由水NADPHC3的还原(3)Ⅱ适当遮光(4)在自然光和黄光条件下分别培养番茄试管苗(甲和乙)，一段时间后取甲和乙的叶片，提取其中的色素并分离，通过比较两组滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生改变【解析】(1)据题图分析可知，X为光合作用光反应的场所类囊体，叶绿体中的色素有叶绿素和类胡萝卜素两大类，都能够吸收光能。(2)a为H2O，在细胞内有自由水与结合水两类，其中自由水是细胞中水的主要存在形式。d代表NADPH，c代表ATP，二者共同参与暗反应中的C3的还原。(3)北方夏季中午，由于光照过强，温度过高，植物气孔关闭，导致植物从外界吸收的CO2减少，光合作用的Ⅱ(暗反应)过程受到限制而使光合作用速率减慢，此时可以适当遮光以提高光合作用强度。(4)探究番茄试管苗在黄光照射下叶绿素含量是否发生改变的实验思路：在自然光和黄光条件下分别培养番茄试管苗(甲和乙)，一段时间后取甲和乙的叶片，提取其中的色素并分离，通过比较两组滤纸条上叶绿素a、叶绿素b色素带的宽窄来判断叶绿素含量是否发生改变。培优第二阶——拓展培优练1.下列有关探索光合作用原理的部分实验的叙述,错误的是()A.希尔发现,在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂,在光照下可以释放出氧气B.鲁宾和卡门发现光照下叶绿体可合成ATPC.鲁宾和卡门探究光合作用过程中氧气中氧元素的来源D.卡尔文运用同位素标记法探究碳循环【答案】B【解析】阿尔农发现,在光照下,叶绿体可合成ATP。他还发现这一过程总是与水的光解相伴随。2.右图是绿色植物细胞代谢的某一阶段的简图。下列说法错误的是()A.a过程是指CO2的固定B.b过程是指C3的还原C.c过程完全在线粒体内完成D.a、b、c三过程都需要酶参与【答案】C【解析】图中的c过程是有氧呼吸,有氧呼吸的第一阶段在细胞质基质中完成。3.在光合作用中,不需要酶参与的过程是()A.CO2的固定 B.叶绿素吸收光能C.C3的还原 D.ATP的形成【答案】B【解析】色素吸收光能不需要酶的催化。4.在光合作用过程中,水的分解及C3形成糖类所需要的能量()A.分别来自光能和细胞呼吸产生的ATPB.分别来自光能和光反应产生的ATP、NADPHC.都来自细胞呼吸产生的ATPD.都来自光反应产生的ATP【答案】B【解析】水的分解利用的能量来自光能,但C3的还原过程需要的能量来自光反应产生的ATP和NADPH。5.光合作用过程包括光反应和暗反应。下图表示光反应与暗反应的关系。据图判断,下列叙述错误的是()A.光反应为暗反应提供ATP和NADPHB.停止光照,叶绿体中ATP和NADPH含量下降C.ATP的移动方向是由类囊体薄膜到叶绿体基质D.植物在暗处可大量合成(CH2O)【答案】D【解析】植物在暗处,无法进行光反应,不能产生ATP和NADPH,导致暗反应无法进行,不能合成(CH2O)。6.番茄幼苗在缺镁的培养液中培养一段时间后,与对照组相比,其叶片光合作用强度下降。原因是()A.光反应强度升高,暗反应强度降低B.光反应强度降低,暗反应强度降低C.光反应强度不变,暗反应强度降低D.光反应强度降低,暗反应强度不变【答案】B【解析】镁是构成叶绿素的重要成分,缺镁导致番茄幼苗不能合成叶绿素。叶绿素含量降低使光合作用的光反应强度降低。光反应为暗反应提供NADPH和ATP,故光反应强度降低,其为暗反应提供的NADPH和ATP减少,暗反应的强度也降低。7.下图表示光合作用过程的部分图解,请据图分析回答问题。(1)图示表示光合作用的过程,其中B表示。

(2)图示过程中,能量变化是。

(3)如果用含14C的CO2来追踪小麦光合作用过程中碳原子的转移途径,则14C首先出现在中。

(4)叶绿体是进行光合作用的场所,在充足的光照条件下,ADP在叶绿体内的移动方向是;如果将此植物由光照充足的条件下移至阴暗处,则NADPH在叶绿体中的含量将。【答案】(1)暗反应C3的还原(2)ATP中的化学能转变成有机物中的化学能(3)C3(4)从叶绿体基质到类囊体薄膜减少【解析】题图表示光合作用的暗反应过程,B表示C3的还原。CO2进入叶绿体