2025版高考生物一轮总复习第3单元细胞的能量供应和利用第9课捕获光能的色素和结构及光合作用过程教师用书

第9课捕获光能的色素和结构及光合作用过程►学业质量水平要求◄1．通过比较光反应和暗反应的关系与光合作用的元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点。(生命观念)2．通过分析C3、C5等物质变更和影响光合作用的曲线，培育用文字、图表及数学模型精确描述生物学学问的实力。(科学思维)3．通过“绿叶中色素的提取和分别”试验，培育试验探究实力。(科学探究)考点一捕获光能的色素和结构1．绿叶中色素的提取和分别(1)(2)试验步骤。(3)试验结果。2．叶绿体中的色素及色素的汲取光谱(1)叶绿体中的色素主要汲取可见光。(2)叶绿素对红光和蓝紫光的汲取量大，类胡萝卜素对蓝紫光的汲取量大，对其他波段的光并非不汲取，只是汲取量较少。汲取光谱如下：3．叶绿体的结构与功能(1)结构模式图：(2)结构eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(外表：双层膜,内部\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(基质：含有与暗反应有关的酶,,基粒：由类囊体堆叠而成，分布有,色素和与光反应有关的酶))))(3)功能：进行光合作用的场所。(4)恩格尔曼的试验：需氧细菌只分布在叶绿体被光束照耀的部位，干脆证明白叶绿体能汲取光能用于光合作用放氧。1．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地汲取绿光。 (×)2．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。 (√)3．光合作用须要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 (×)4．叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。 (×)5．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素汲取用于光合作用。 (×)6．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻。 (√)7．探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。 (√)8．运用定性滤纸过滤研磨液。 (×)9．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次。 (×)【教材细微环节命题】1．(必修1P97“问题探讨”)生产上，用无色(填颜色)的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高。阴天时，在功率相同的状况下，应当选择红色和蓝紫色(填颜色)的照明灯为蔬菜补充光源。2．(必修1P98“探究·实践”)提取叶绿体中的色素，也可用下图所示的方法：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，则①～④依次对应哪种色素及颜色？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)。1．试验留意事项及缘由分析过程留意事项操作目的提取色素选材选簇新绿色的叶片使滤液中色素含量高试验试剂研磨时加无水乙醇溶解色素加少量SiO2和CaCO3研磨充分和爱护色素试验操作快速、充分研磨防止乙醇过度挥发盛放滤液的试管口加棉塞防止乙醇挥发和色素氧化分别色素制备滤纸条滤纸预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散画滤液细线滤液细线要直、细、齐使分别出的色素带平整不重叠滤液细线干燥后再画一到两次使分别出的色素带清楚分明分别滤液中色素滤液细线不触及层析液防止色素干脆溶解到层析液中2．试验出现异样现象的缘由分析异样现象缘由分析收集到的滤液绿色过浅①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②运用放置数天的叶片，滤液色素(叶绿素)太少；③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带①遗忘画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带①遗忘加碳酸钙导致叶绿素被破坏；②所用叶片为黄叶3．恩格尔曼试验方法的奇妙之处(1)巧选试验材料：选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于视察；用需氧细菌可以确定释放氧气的部位。(2)奇妙解除干扰因素：没有空气的黑暗环境解除了氧气和光的干扰。(3)奇妙设计比照试验：①用极细的光束照耀，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组比照试验。②临时装片暴露在光下的试验再一次验证明验结果。4．影响叶绿素合成的三大因素(1)光照：影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。(2)温度：可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶片变黄。5．色素与叶片的颜色考向1|绿叶中色素的提取和分别1．(2024·江苏卷)采纳簇新菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分别”试验，下列叙述错误的是()A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C．研磨时添加石英砂有助于色素提取D．画滤液细线时应尽量削减样液扩散B解析：叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏，B错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量削减样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。2．在做提取和分别叶绿体中的光合色素试验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的运用状况如下表所示(“＋”表示运用，“－”表示未运用)，其余操作均正常，他们所得的试验结果应依次为()试剂甲乙丙丁无水乙醇－＋＋＋CaCO3＋＋－＋SiO2＋＋＋－A．①②③④ B．②④①③C．④②③① D．③②①④B解析：甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分别的结果是②；乙同学操作正确，色素分别后得到的色素带有四条，与④状况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量削减，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应结果①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均削减，对应结果③。故B正确。考向2|色素的种类及功能3．(2024·山东临沂模拟)高等植物的光合作用依靠光合色素。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”。探讨发觉，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①②两种叶绿素的汲取光谱。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．利用纸层析法分别色素时，②应位于滤纸条的最下端C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要汲取绿光D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用D解析：题图中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；利用纸层析法分别色素时，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汲取绿光最少，透射光下呈绿色，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。4．下列关于光合色素的叙述，正确的是()A．叶绿体中的色素有四种，其中叶绿素b含量最多B．类胡萝卜素主要汲取蓝紫光和红光C．大棚种植蔬菜时应选择红色或蓝色透亮的塑料薄膜D．构成叶绿素的镁和氮可以由植物的根从土壤中汲取D解析：叶绿体中的色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素和胡萝卜素，其中叶绿素a含量最多，A错误；类胡萝卜素主要汲取蓝紫光，叶绿素主要汲取蓝紫光和红光，B错误；大棚种植蔬菜时应选择白色透亮的塑料薄膜，C错误；根是植物汲取水和矿质元素的主要器官，构成叶绿素的镁和氮可以由植物的根从土壤中汲取，D正确。5．(2024·吉林长春外国语学校期末)恩格尔曼设计了一个试验探讨光合作用的光谱。他将棱镜产生的光谱投射到丝状水绵体上，并在水绵悬液中放入需氧细菌，视察细菌的聚集状况(如下图)。他得出光合作用在红光区和蓝光区最强。这个试验的思路是()A．细菌对不同的光反应不一样，细菌聚集多的地方，细菌光合作用强B．需氧细菌聚集多的地方，O2浓度高，水绵光合作用强C．需氧细菌聚集多的地方，产生的有机物多，水绵光合作用强D．需氧细菌大量消耗O2，使水绵光合作用速率大幅度加快B解析：需氧细菌不能进行光合作用，该试验中进行光合作用的是水绵，A错误；该试验的设计思路是需氧细菌须要O2，水绵光合作用强的部位，产生的O2多，在O2含量多的地方需氧细菌的数量多，B正确；需氧细菌多说明光合作用产生的O2多，C错误；聚集的需氧细菌是由于水绵在此区域进行光合作用产生O2，有利于需氧细菌进行呼吸作用，D错误。考向3|叶绿体的结构和功能6．(2024·广东茂名月考)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汲取蓝紫光D．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原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汲取蓝紫光，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。7．(2024·湖南永州三模)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．叶绿体中色素的合成都须要Mg2＋和光照B．H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在基质中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D解析：只有叶绿素的合成才须要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。考点二光合作用的原理1．光合作用原理的部分试验探究(1)19世纪末，科学界普遍认为在光合作用中，糖是由甲醛分子缩合成的。(2)1928年，科学家发觉甲醛不能通过光合作用转化成糖。(3)1937年，英国科学家希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气。(4)1941年，美国科学家鲁宾和卡门：探讨了光合作用中氧气来源于水。(5)1954年，美国科学家阿尔农：光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他还发觉这一过程总是与水的光解相伴随。2．光合作用(1)概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能将CO2和水转化为储存能量的有机物，并且释放氧气的过程。(2)光合作用的过程①反应式：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up11(光能),\s\do4(叶绿体))(CH2O)＋O2。②基本过程(据图填空)。Ⅰ.NADPH；Ⅱ.2C3；Ⅲ.ADP＋Pi；Ⅳ.O2；Ⅴ.(CH2O)。(3)光反应与暗反应的比较。项目光反应暗反应(碳反应)场所类囊体的薄膜上叶绿体基质条件需光有光无光均可物质变更H2Oeq\o(→,\s\up10(光能))H＋＋O2＋能量；NADP＋＋H＋＋能量→NADPH；ADP＋Pi＋能量eq\o(→,\s\up10(酶))ATPCO2＋C5eq\o(→,\s\up10(酶))2C3；2C3eq\o(→,\s\up11(NADPH、ATP),\s\do4(酶))(CH2O)＋C5能量变更光能→ATP和NADPH中的化学能ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中的化学能3．光合作用和化能合成作用的比较项目光合作用化能合成作用区分能量来源光能无机物氧化释放的能量代表生物绿色植物硝化细菌相同点都能将CO2和H2O等无机物合成有机物1．光反应必需在光照下进行，暗反应必需在黑暗处进行。 (×)2．H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。 (×)3．光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。 (√)4．没有叶绿体的生物无法进行光合作用。 (×)5．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。 (×)6．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。 (×)7．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。 (×)8．土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。 (√)9．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能。 (×)【教材细微环节命题】1．(必修1P104正文)美国科学家卡尔文采纳了放射性同位素标记技术追踪光合作用过程中CO2中的碳的去向。2．(必修1P103“相关信息”)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。3．(必修1P103正文)光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用的不同之处在于光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原；细胞呼吸过程中产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动。1．明确光反应与暗反应的联系(1)光反应为暗反应供应NADPH、ATP，暗反应为光反应供应ADP、Pi和NADP＋。(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。(3)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH供应。2．光合作用反应式及元素去向分析3．环境变更时间合作用各物质含量的变更分析(1)“过程法”分析各物质变更。下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变更时，分析相关物质含量在短时间内的变更：(2)“模型法”表示C3和C5含量的变更[起始值C3高于C5(约其2倍)]。图中各曲线表示的物质名称：①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。考向1|光合作用原理的探究历程1．(2024·福建福州质检)鲁宾和卡门向小球藻供应含不同比率18O的水和碳酸氢盐，探讨光合作用释放氧气的氧原子来源。预料下列各组光合作用释放的氧气中含18O的比率依次为()组别第1组第2组第3组水中18O比率/%0.850.200.20碳酸氢盐中18O比率/%0.610.400.57A．100%00B．0.85%0.85%0.85%C．0.85%0.20%0.20%D．0.61%0.40%0.57%C解析：光合作用产生的O2来自水，经分析可知，C正确。2．科学家往小球藻培育液中通入14CO2后，分别赐予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布状况，结果如表所示。试验组别光照时间/s放射性物质分布12大量3­磷酸甘油酸(三碳化合物)220多种磷酸化糖类360除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等依据上述试验结果分析，下列叙述错误的是()A．本试验利用小球藻探讨的是光合作用的暗反应阶段B．每组试验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类D．试验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等C解析：提取表格中的关键词“三碳化合物”“磷酸化糖类”“氨基酸、有机酸等”，据此推想本试验探讨的是光合作用的暗反应阶段，A正确；由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物，要想精确测定放射性物质的分布，必需阻断后续的反应，B正确；CO2进入叶绿体后，最初形成的产物应当是三碳化合物，C错误；第3组试验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中，表明光合作用产物中不仅有糖类，还有其他物质，D正确。考向2|光合作用的过程3．(2024·重庆模考)绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up11(光照),\s\do4(叶绿体))(CH2O)＋O2下列有关叙述错误的是()A．在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化B．光能的汲取发生在类囊体薄膜上，光能的干脆转化发生在叶绿体基质中C．产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源D．释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高B解析：在光合作用过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的汲取发生在类囊体薄膜上，光能在类囊体薄膜上转化为ATP和NADPH中活跃的化学能，B错误；绿色植物通过光合作用制造的有机物是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存须要O2，光合作用释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高，D正确。4．下图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a～g为物质，①～⑥为反应过程)，下列推断错误的是()A．绿色植物能利用a物质将光能转换成活跃的化学能B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂C．图中①表示水分的汲取，③表示水的光解D．图中g物质被14C标记，在C3和(CH2O)中均可检测到放射性B解析：a为光合色素，c为ATP，a能汲取、传递、转化光能到c和NADPH中，A正确；e为水光解产生的H＋与NADP＋结合生成的NADPH，也含有活跃的化学能，可参加暗反应中C3的还原，B错误；图中①表示根从土壤中汲取水分，③表示水的光解，C正确；g为CO2，被14C标记的14CO2，经过固定会首先出现在C3中，随后会出现在(CH2O)中，不会出现在C5中，D正确。【技法总结】巧记光合作用过程的“一、二、三、四”考向3|条件骤变时叶绿体中各物质含量变更5．(2024·海南海口模拟)在相宜光照和温度条件下，植物叶绿体内C3和C5的浓度能达到饱和并维持相对稳定，通过变更试验条件可使叶绿体中的C3浓度在短时间内上升。据此分析，变更的试验条件可能是()A．中断CO2供应B．突然停止光照C．降低环境温度D．削减水分供应B解析：光合作用的暗反应包括CO2的固定和C3的还原，C3的还原须要光反应供应NADPH和ATP。若中断CO2的供应，则CO2的固定受阻，而C3的还原仍在进行，将导致C3浓度降低，C5浓度上升，A不符合题意；若突然停止光照，则光反应不能进行，缺乏光反应供应的NADPH和ATP，C3的还原受阻，而CO2的固定仍在进行，将导致C3浓度上升，C5浓度下降，B符合题意；若降低环境温度，则光反应和暗反应都会受到影响，暗反应中CO2的固定和C3的还原都会受影响，总体结果是C3浓度和C5浓度都会下降，C不符合题意；若削减水分供应，则会导致叶片气孔关闭，CO2供应不足，C3浓度降低，C5浓度上升，D不符合题意。6．(2024·吉林长春质检)光合作用通过亲密关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于变更反应条件而引起的变更，说法正确的是()A．突然中断CO2供应，会短暂引起叶绿体基质中C5/C3的值减小B．突然中断CO2供应，会短暂引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大C．突然将红光变更为绿光，会短暂引起叶绿体基质中C3/C5的值减小D．突然将绿光变更为红光，会短暂引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小B解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量削减，会短暂引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然中断CO2供应使C3含量削减，进而使ATP和NADPH含量增多，所以ATP/ADP的值增加，B正确；突然将红光变更为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量削减，进而使C3含量增多、C5含量削减，C错误；突然将绿光变更为红光后，光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP的值增大，D错误。【易错提示】光反应制约暗反应，暗反应也制约光反应光反应为暗反应供应NADPH和ATP，故光反应停止时，暗反应无法进行；然而光反应也需暗反应为之供应ADP、Pi和NADP＋等，故暗反应停止(如停止CO2供应)时，光反应也将受制约，从而导致O2产生的速率下降。【命题动态】本专题为高频考点，考查的学问点特别多，包括色素的种类与作用、叶绿体色素的提取与分别、光合作用的过程。本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行考查。实力考查点多为模型分析、获得信息、综合运用等，素养考查方面较多体现生命观念中的物质与能量观，科学思维中的归纳与概括、演绎与推理，科学探究中的试验设计与结果分析。1．(2024·广东卷)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须要黑暗条件C．Rubisco催化CO2固定须要ATPD．Rubisco催化C5和CO2结合[思维培育]D解析：Rubisco参加植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所是叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参加暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不须要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。2．(2024·天津卷)探讨人员从菠菜中分别类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包袱成油包水液滴，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O2参加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[思维培育]A解析：乙醇酸是在光合作用暗反应阶段产生的，暗反应场所是叶绿体基质，所以产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，不断消耗的物质有CO2和H2O，B错误；类囊体产生的ATP参加C3的还原，产生的O2用于呼吸作用或释放到四周环境中，C错误；该体系含有类囊体，而类囊体的薄膜上含有光合作用色素，D错误。3．(2024·山东卷)人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。(1)该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是______________，模块3中的甲可与CO2结合，甲为____________。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将________(填“增加”或“削减”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生变更，缘由是__________________________。(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的状况下，该系统糖类的积累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，缘由是________________________。(4)干旱条件下，许多植物光合作用速率降低，主要缘由是____________________________________________________________________________________________________________________________________。人工光合作用系统由于对环境中水的依靠程度较低，在沙漠等缺水地区有广袤的应用前景。解析：(1)叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物。(2)据以上分析可知，乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成削减，而C3仍在正常还原，因此C3的量会削减。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严峻不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP＋不足，无法正常供应光反应的须要，因此模块2中的能量转换效率也会发生变更。(3)糖类的积累量＝产生量－消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此在与植物光合作用固定的CO2量相等的状况下，该系统糖类的积累量要高于植物。(4)在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致CO2的汲取量削减，因此光合作用速率降低。答案：(1)模块1和模块2五碳化合物(或C5)(2)削减模块3为模块2供应的ADP、Pi和NADP＋不足(3)高于