原创2025年高考一轮总复习生物 必修1 第5章 第4节 光合作用与能量转化配套课件

必修一

分子与细胞第5章细胞的能量供应和利用2025年高考一轮总复习第4节光合作用与能量转化考点一色素的吸收光谱和叶绿体的结构1.叶绿体中色素的吸收光谱。(1)分布：____________________。叶绿体类囊体薄膜上(2)功能：__________________________________________________。吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿

由图可以看出： ①叶绿体中的色素只吸收________，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对__________________的吸收量大，类胡萝卜素对________的吸收量大。可见光红光和蓝紫光蓝紫光素a)

(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)植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。 (3)植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。2.叶绿体的结构与功能。(1)叶绿体的结构外膜内膜类囊体基质基粒类囊体薄膜叶绿体基质、基粒(或类囊体膜)

光合色素分布于________________上。光合作用的酶分布于______________________________。 (2)叶绿体的功能：进行__________的场所。 (3)叶绿体中色素的功能：______________________光能。光合作用吸收、传递、转化3.光合作用的部分探究历程。叶绿体叶绿体O2水ATPCO2

影响叶绿素合成的三大因素

(1)光照：光是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，但能合成类胡萝卜素，因而叶片发黄。 (2)温度：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。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。 (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，叶变黄。另外，Fe是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶变黄。考点二光合作用的基本原理1.概念。叶绿体二氧化碳和水氧气

(1)光合作用是指绿色植物通过_____________，利用光能，将______________转化成储存着能量的有机物，并且释放出_______的过程。

(2)反应式： __________________________________2.光合作用过程。项目光反应暗反应条件光、水有光、无光都能进行；CO2场所______________________________物质变化①水的光解：将H2O分解为____________，其中H＋与NADP＋结合形成NADPH②ATP的合成：使ADP和Pi反应形成________①CO2的固定：______________②_____________：2C3

(CH2O)＋C5③ATP和NADPH分解O2和H＋类囊体薄膜叶绿体基质ATPC5＋CO22C3C3

的还原项目光反应暗反应能量变化将光能转化为储存在_______________中的化学能NADPH和ATP中活跃的化学能变为___________________联系①物质联系：光反应为暗反应提供_____________，用于暗反应C3的还原；暗反应为光反应提供__________________(没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成)②能量联系：光反应为暗反应提供了_____________，暗反应将活跃的化学能转化为________中稳定的化学能(续表)NADPH和ATP有机物中稳定化学能NADPH和ATPNADP＋、ADP和Pi活跃的化学能有机物(续表)14C318O2NADPH(C3H2O)C3

光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。比较项目光合作用化能合成作用区别能量来源________________氧化释放的能量代表生物绿色植物___________相同点都能将_____________等无机物合成有机物光能无机物硝化细菌CO2和H2O3.光合作用和化能合成作用的比较。4.环境改变时光合作用各物质含量的变化。(1)“过程法”。(2)“模型法”。图1图3图2图4注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。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。考点三影响光合速率的因素及应用1.光照强度。光加快NADPH和ATP

(1)原理：光照强度通过影响植物的_____反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度_______，产生的______________增多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。(2)曲线解读。细胞呼吸等于光补偿

①A点：光照强度为0，只进行__________。 ②AB段：随着光照强度逐渐增强，光合作用强度也逐渐增强，CO2

释放量逐渐减少。 ③B点：细胞呼吸释放的CO2

全部用于光合作用，即光合作用强度______细胞呼吸强度，此时的光照强度称为_________点。 ④BC段：表明随着光照强度不断增强，光合作用强度也不断增强。

⑤D点：D点后光照强度增加，光合作用不再增强，此时内部的限制因素是光合色素含量、酶的数量和活性；外部限制因素是CO2

浓度等除光照强度之外的环境因素。D点的光照强度称为________点。光饱和光照强度

(3)应用：①温室生产中，适当增强____________，以提高光合速率，使作物增产；②阴生植物的光补偿点和光饱和点都较阳生植物低，间作套种农作物，可合理利用光能。2.CO2

浓度。暗C3(1)原理：CO2

影响________反应阶段，制约________的形成。图1图2(2)曲线解读。①图1中A点表示_________点，即光合速率等于呼吸速率时的CO2

浓度。CO2

补偿CO2

饱和

②图2中A′点表示进行光合作用所需CO2

的最低浓度。 ③B点和B′点对应的CO2

浓度都表示_________点。 (3)应用：在农业生产上可以通过通风、增施农家肥等增大

CO2浓度，提高光合速率。

3.温度。 (1)原理：温度通过影响_________影响光合作用。 (2)应用：温室栽培植物时，白天调到光合作用最适温度，以提高光合速率；晚上适当______室内温度，以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。酶的活性降低4.水分和矿质元素。下降气孔叶绿素

(1)原理。 ①水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，如植物缺水导致萎蔫，使光合速率_______。另外，水分还能影响_______的开闭，间接影响CO2

进入植物体内。 ②矿质元素通过影响与光合作用有关的化合物的合成，对光合作用产生直接或间接的影响。如镁可以影响________的合成从而影响光反应。(2)曲线(如下图所示)。(3)应用：农业生产中，可根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。考点四光合作用与细胞呼吸的综合应用1.光合作用与细胞呼吸过程及物质和能量的联系。序号①②③④⑤生理过程________暗反应有氧呼吸第一个阶段有氧呼吸第二个阶段有氧呼吸第三个阶段场所叶绿体类囊体薄膜____________________线粒体基质__________(1)物质名称。ATPC5C3光反应叶绿体基质

b：O2；c：_________；d：ADP；e：NADPH；f：_______；g：CO2；h：__________。(2)生理过程及场所。细胞质基质线粒体内膜____；(3)物质和能量的联系。丙酮酸CO2①光合作用和有氧呼吸中各种元素的去向。ⅰ.C：CO2ⅱ.H：H2O有机物

____________；光反应(CH2O)H2ONADPH[H]______ⅲ.O：H2O________CO2有机物。O2H2O暗反应ATP和NADPH热能ATP②光合作用与有氧呼吸中的能量转化。项目含义表示方法(单位面积的叶片在单位时间内变化量)O2CO2有机物真正光合速率植物在光下实际合成有机物的速率O2__________速率或叶绿体释放O2量CO2固定速率或叶绿体吸收CO2量有机物______________速率净光合速率植物有机物的______速率植物或叶片或叶肉细胞O2____速率植物或叶片或叶肉细胞CO2____速率有机物积累速率呼吸速率单位面积的叶片在单位时间内分解有机物的速率______中O2吸收速率黑暗中CO2释放速率有机物消耗速率2.真正光合作用和净光合作用的关系及其速率测定。(1)光合速率与呼吸速率的常用表示方法。产生(生成)产生(制造、生成)积累释放吸收黑暗(2)曲线模型及分析。①植物绿色组织在黑暗条件下或非绿色组织测得的数值为________速率(A

点)。呼吸②植物绿色组织在光照条件下光合作用与细胞呼吸同时进行，测得的数据为________速率。净光合③真正光合速率＝________速率＋________速率。呼吸净光合(3)光合速率的测定方法。①“液滴移动法”。ⅰ.测定呼吸速率：a.装置烧杯中放入适宜浓度的NaOH溶液用于吸收CO2。b.玻璃钟罩遮光处理，以排除光合作用干扰。c.置于适宜温度环境中。d.红色液滴向左移动(单位时间内左移距离代表呼吸速率)。ⅱ.测定净光合速率：a.装置内烧杯中放入适宜浓度的CO2

缓冲液，用于保证容器内CO2

浓度恒定，满足光合作用需求。b.必须给予足够光照处理，且温度适宜。c.红色液滴向右移动(单位时间内右移距离代表净光合速率)。②“黑白瓶法”——测瓶中某一气体的量。

黑瓶为黑布罩住的玻璃瓶，瓶中生物只进行细胞呼吸，而白瓶中的生物既能进行光合作用又能进行细胞呼吸，所以用黑瓶(无光照的一组)测得的为细胞呼吸强度值，用白瓶(有光照的一组)测得的为净光合作用强度值，综合两者即可得到真正光合作用强度值。

③“称重法”。将叶片一半遮光，一半曝光，遮光的一半测得的数据变化值代表细胞呼吸强度值，曝光的一半测得的数据变化值代表净光合作用强度值，综合两者可计算出真正光合作用强度值。需要注意的是该种方法在实验之前需对叶片进行特殊处理，以阻止有机物的运输。④“叶圆片上浮法”——定性检测O2

释放速率。

本方法利用真空技术排出叶肉细胞间隙中的空气，充以水分，使叶片沉于水中；在光合作用过程中，植物吸收CO2

放出O2，由于O2在水中的溶解度很小而在细胞间积累，结果使原来下沉的叶片上浮。根据在相同时间内上浮叶片数目的多少(或者叶片全部上浮所需时间的长短)，即能比较光合作用强度的大小。【基础测评】1.易错诊断(1)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。()(2)类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成。()(3)光照强度由强变弱时，短时间内C5

含量会升高。()(4)弱光条件下植物没有O2

的释放，说明未进行光合作用。()(5)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。()答案：(1)√

(2)×

(3)×

(4)×(5)×2.(2023年全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是()

A.氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C.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 D.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

答案：D

3.(2022年河北石家庄三模)将正常生长的绿萝盆栽，由夏季中午炎热环境转移到温度适宜但光照强度相同的环境中培养，短时)间内叶绿体会发生的变化是( A.H2O在光下分解速率减弱 B.卡尔文循环减弱 C.ADP/ATP的比值下降 D.C3/C5

的比值上升

答案：D

4.(2023年湖北高考)高温是制约世界粮食安全的因素之一，高温往往使植物叶片变黄、变褐。研究发现平均气温每升高1℃，水稻、小麦等作物减产约3%～8%。关于高温下作物减产的原因，下列叙述错误的是()A.呼吸作用变强，消耗大量养分B.光合作用强度减弱，有机物合成减少C.蒸腾作用增强，植物易失水发生萎蔫D.叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少答案：D

考向1对光合作用探究实验的分析

[典例1](2020年天津等级考)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

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。答案：A【考向集训】1.(2023年广东部分名校开学考试)下列有关光合作用探索历程的说法，错误的是()

A.恩格尔曼通过水绵实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B.希尔离体叶绿体实验说明水的光解和糖的合成密切联系 C.鲁宾和卡门证明光合作用的产物氧气中的氧全部来自水 D.卡尔文利用14C标记CO2发现了暗反应中碳的转移途径

解析：德国科学家恩格尔曼把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在没有空气的小室内，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中；如果把装置放在光下，细菌则分布在叶绿体所有受光的部位，证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确。希尔离体叶绿体实验结果是发现水的光解，说明水的光解可单独进行，该实验未进行暗反应有关的探索，也不能说明光反应和暗反应之间的联系，B错误。鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，证明光合作用释放的O2来自水，设立了一组对照实验，H

O和CO2、H2O和C18O2，证明了光合作用释放的O2

来自水，C正确。20世纪40年代，美国科学家卡尔文用经过14C标记的14CO2，供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终发现了暗反应中碳的转移途径，D正确。答案：B实验组别①②③④实验材料小球藻悬浮液叶绿体悬浮液叶绿体悬浮液叶绿体悬浮液提供的物质H2O、CO2H2O、CO2H2OH2O、草酸铁是否产生O2是是否是

2.(2023年云南昆明模拟)研究者利用密闭的装置在适宜的光照、温度和pH等条件下，进行了如下实验(初始悬浮液中无CO2，草酸铁是一种氧化剂)。下列相关叙述错误的是()A.③组不产生O2

可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂B.④组与②组对照，说明叶绿体产生O2

不一定需要CO2C.①组与②组对照，说明小球藻光合作用产生O2

的场所是叶绿体D.②组与③组对照，说明叶绿体产生的O2

来源于CO2

解析：比较③④组，③组不含有氧化剂——草酸铁，无CO2的产生，可推测③组不产生O2

可能是因为其叶绿体中缺乏氧化剂，A正确。④组与②组对照，区别为CO2

和草酸铁，④组无CO2，说明叶绿体产生O2

不一定需要CO2，B正确。①组与②组对照，①组的实验材料为小球藻悬浮液，②组的实验材料为叶绿体悬浮液，两组均进行光合作用，有O2

的产生，说明小球藻光合作用产生O2

的场所是叶绿体，C正确。②组与③组对照，③组无CO2，没有进行光合作用产生O2，说明叶绿体进行光合作用产生O2

的条件必须含有CO2，不能说明叶绿体产生的O2

来源于CO2，D错误。答案：D考向2光合作用的过程

[典例2](2023年广东深圳二模)植物消耗氧气，将RuBP(C5)转化成二氧化碳的过程称作光呼吸。RuBP羧化酶/氧化酶(Rubisco)不仅能催化CO2

与RuBP进行羧化反应，还能催化氧气与RuBP的氧化反应，相关过程如下图所示。回答下列问题。(1)Rubisco催化RuBP的羧化反应发生在真核细胞的__________(具体部位)，这一过程称作_________，反应形成的产物被________还原为糖类。

(2)当CO2/O2

比值_______(填“较高”或“较低”)时，更有利于植物进行羧化反应。对农作物的研究表明甲醇可以抑制光呼吸，已知植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，结合题干信息推测甲醇抑制光呼吸的机制是_____________________。

(3)在小麦、水稻等C3作物中，光呼吸导致光合作用的转化效率降低20%～50%，根据Rubisco的特性，改良作物的措施有_____________________________________________________________________。(答出2点)

解析：(1)RuBP羧化酶能催化CO2

与RuBP进行羧化反应，CO2与RuBP反应过程被称为CO2

的固定，发生在叶绿体基质中，CO2

与RuBP反应的产物(C3)接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原，转化为糖类。(2)当CO2

的含量较高时，CO2更容易与RuBP进行羧化反应，故当CO2/O2比值较高时，更有利于植物进行羧化反应。甲醇可以抑制光呼吸，且植物细胞的光呼吸与乙醇酸氧化酶活性呈正相关，故可推测甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸。(3)为了降低植物的光呼吸作用，可以改造Rubisco酶，使其具有更高的CO2

亲合力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2

机制，提升Rubisco附近的CO2浓度。

答案：(1)叶绿体基质CO2

的固定NADPH(还原型辅酶Ⅱ) (2)较高甲醇通过抑制乙醇酸氧化酶的活性来抑制光呼吸 (3)改造Rubisco酶，使其具有更高的CO2

亲合力和催化效率；改进或者增加植物浓缩CO2

机制，提升Rubisco附近的CO2

浓度【考向集训】

3.(2023年广东河源开学考试)光合作用机理是作物高产的重要理论基础，中国木薯主要种植在广西、广东、海南和云南等地，且多为贫瘠易旱的坡地，块根富含淀粉。是工业淀粉原料之一。叶片光合产物的形成及输出是影响木薯品质的重要因素。如图为木薯叶片光合作用示意图，酶a为暗反应的关键酶，酶b为催化光合产物向淀粉或蔗糖转化的关键酶，A～G代表物质。回答下列问题。

(1)据图分析，物质A是________________，酶a催化的过程是________________，酶b催化光合产物转化为淀粉和蔗糖的场所分别是________________________。

(2)高温胁迫(40℃以上)主要影响木薯暗反应中酶a的活性，推测在高温胁迫条件下，图中E的含量在短时间内的变化趋势是________(填“上升”“下降”或“基本不变”)，原因是_______________________________________________(从来源和去向两个角度阐释)。

(3)温室效应导致全球气候变化日益加剧，环境胁迫对作物生长、发育和产量形成的不利影响日益显著。研究表明，木薯对高温胁迫和干旱胁迫比较敏感，在干旱、高温(40℃以上)的环境下生长会受到抑制，请设计简要实验思路进行验证：___________________________________________________________________。 (4)种植木薯须进行人工植株调整，平衡营养生长和生殖生长。研究表明，选择疏松的土壤种植木薯有利于其根系生长，主要原因是________________________(答出一点)。

解析：(1)在光反应中会发生水的光解、ATP和NADPH的合成，因此推测物质A为水、B为氧气。据图可以看出，酶a催化的反应过程为CO2的固定。据图可知，酶b在叶绿体基质催化三碳糖转化为淀粉，在细胞质基质催化三碳糖转化为蔗糖。(2)暗反应主要进行二氧化碳的固定和C3

的还原，因此图中的F为C3，E为C5，高温胁迫(40℃以上)主要影响植物暗反应中酶a的活性，故CO2

固定反应减弱，C5

的消耗减少，C3的还原在短期内仍在正常进行，C5

生成速率短时间内不变，因此，导致C5

的含量在短时间内上升。(3)根据实验目的确定变量处理[正常环境、干旱胁迫、高温胁迫(40℃以上)]和因变量指标(观察并记录木薯的生长状况)。(4)选择疏松的土壤种植木薯有利于其根系生长，从两方面考虑，一是土壤通气状况良好，根细胞能够进行有氧呼吸产生较多能量，为矿质元素的吸收提供能量；二是避免植物根系进行无氧呼吸而烂根。答案：(1)水(H2O)

CO2

的固定叶绿体基质和细胞质基质(2)上升物质E为C5，高温胁迫下，CO2

固定减弱，C3

的还原在短期内仍在正常进行，因此C5

的含量在短时间内上升 (3)将生理状态相近的木薯幼苗平均分为甲、乙、丙、丁四组，分别在正常环境、干旱胁迫、高温胁迫(40℃以上)、干旱和高温胁迫下种植，其他条件相同且适宜，观察并记录木薯的生长状况 (4)疏松的土壤通气状况良好，根细胞能够进行有氧呼吸产生较多能量，为矿质元素的吸收提供能量；疏松的土壤通气状况良好，可以避免植物根系进行无氧呼吸而烂根考向3影响光合作用的因素及应用

[典例3](2022年广东高考)研究者将玉米幼苗置于三种条件下培养10天后(图a)，测定相关指标(图b)，探究遮阴比例对植物的影响。ab回答下列问题。

(1)结果显示，与A组相比，C组叶片叶绿素含量________，原因可能是_____________________________________________________________________________________________________。 (2)比较图b中B1与A组指标的差异，并结合B2相关数据，推测B组的玉米植株可能会积累更多的________，因而生长更快。

(3)某兴趣小组基于上述B组条件下玉米生长更快的研究结果，作出该条件可能会提高作物产量的推测，由此设计了初步实验方案进行探究。实验材料：选择前期________一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。

实验方法：按图a所示的条件，分A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以______为对照，并保证除________外其他环境条件一致。收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计：比较各组玉米的平均单株产量。

分析讨论：如果提高玉米产量的结论成立，下一步探究实验的思路是_______________________________________________________________________________________________________________________。

解析：(1)分析题图b结果可知，培养10天后，A组叶绿素含量为4.2，C组叶绿素含量为4.7，原因可能是遮阴条件下植物合成较多的叶绿素，以尽可能地吸收光能。(2)比较图b中B1叶绿素含量为5.3，B2组的叶绿素含量为3.9，A组叶绿素含量为4.2；B1净光合速率为20.5，B2组的净光合速率为7.0，A组净光合速率为11.8，可推测B组的玉米植株总叶绿素含量为(5.3＋3.9)÷2＝4.6，净光合速率为(20.5＋7.0)÷2＝13.75，两项数据B组均高于A组，推测B组可能会积累更多的糖类等有机物，因而生长更快。(3)分析题意可知，该实验目的是探究B组条件下是否提高作物产量。该实验自变量为玉米遮光程度，因变量为作物产量，可用籽粒重量表示。实验设计应遵循对照原则、单一变量原则、等量原则等，无关变量应保持相同且适宜，故实验设计如下：实验材料：选择前期光照条件一致、生长状态相似的某玉米品种幼苗90株。实验方法，按图a所示条件，分为A、B、C三组培养玉米幼苗，每组30株；其中以A组为对照，并保证除遮光条件外其他环境条件一致，收获后分别测量各组玉米的籽粒重量。结果统计为比较各组玉米的平均单株产量。分析讨论为如果B组遮光条件下能提高作物产量，则下一步需要探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少。答案：(1)高遮阴条件下植物合成较多的叶绿素(2)糖类等有机物(3)光照条件A组遮光程度探究能提高作物产量的具体的最适遮光比例是多少【考向集训】

4.(2023年广东湛江三模)芒萁属蕨类植物，是酸性土壤指示植物，对生态条件的考察具有重要意义。为研究森林植被退化和恢复过程中的光照强度和土壤氮素含量变化对芒萁光合生理的影响，科研人员设置遮阴与氮素双因素控制试验，分别测定净光合速率、气孔导度、总叶绿素含量，实验结果如下图所示。请回答下列问题。图1图2图3注：NO(不施氮)、N1(低氮)、N2(中氮)、N3(高氮)

(1)测定不同条件处理对芒萁叶绿体内光合色素含量的影响，需要提取和分离色素。在研磨芒萁叶片提取光合色素时，需要加入________溶解色素。而纸层析法可分离各种光合色素，其原理是_____________________________________________________________________________________________________________。

(2)由实验结果可知，净光合速率最高的是________处理组。测定芒萁叶片净光合速率时，可以使用仪器测定单位叶面积单位时间的____________________________。

(3)已知芒萁是阴生植物，在高光条件下存在光抑制现象，若不考虑呼吸作用的细微差别，请结合图1与图2推测，在没有施氮干预的情况下，轻度遮阴时是否存在光抑制现象？__________。判断依据是_____________________________________________________________________________________________________。 (4)科研人员又进一步发现，遮阴程度与总叶绿素含量呈正相关(图3)，试分析其生理意义：____________________________________________________________________________________。

解析：(1)色素易溶于有机溶剂，故在实验中常用无水乙醇溶解色素；分离色素的方法是纸层析法，原理是各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，溶解度大，扩散速度快，溶解度小，扩散速度慢。(2)据图1可知，在轻度遮阴＋N2处理条件下净光合速率最高，即轻度遮阴和中氮条件下净光合速率最高；净光合速率可用单位时间单位叶面积吸收的CO2

量、单位时间单位叶面积释放的氧气量或有机物的积累量表示，可使用仪器进行测定。(3)比较图1和图2可知，在没有施氮干预(NO处理)的情况下，不同遮阴条件下净光合速率差别不大，且气孔导度在轻度遮阴时最大，说明轻度遮阴时不存在光抑制现象。(4)叶绿素能够吸收、利用光能，参与光反应过程，遮阴程度与总叶绿素含量呈正相关的意义是可以吸收更多的光能，以适应光照不足的环境。答案：(1)无水乙醇不同色素在层析液中的溶解度不同吸收的CO2

量、释放的氧气量或有机物

(2)轻度遮阴和中氮的积累量表示(3)不存在不同遮阴条件下净光合速率差别不大，且气孔导度在轻度遮阴时最大 (4)以吸收更多的光能，以适应光照不足的环境水稻材料叶绿素/(mg·g-1)类胡萝卜素/(mg·g-1)类胡萝卜素/叶绿素WT4.080.630.15ygl1.730.470.27考向4光合作用与呼吸作用的比较

[典例4](2023年广东高考)光合作用机理是作物高产的重要理论基础。大田常规栽培时，水稻野生型(WT)的产量和黄绿叶突变体(ygl)的产量差异不明显，但在高密度栽培条件下ygl产量更高，其相关生理特征见下表和图。(光饱和点：光合速率不再随光照强度增加时的光照强度；光补偿点：光合过程中吸收的CO2与呼吸过程中释放的CO2等量时的光照强度。)abc

分析图表，回答下列问题。 (1)ygl叶色黄绿的原因包括叶绿素含量较低和____________，叶片主要吸收可见光中的________________光。

(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol·m-2

·s-1

时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，比较两者的光饱和点，可得ygl___________(填“高于”“低于”或“等于”)WT。ygl有较高的光补偿点，可能的原因是叶绿素含量较低和________________________。

(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体____________________________，是其高产的原因之一。

(4)试分析在0～50μmol·m-2

·s-1

范围的低光照强度下，WT和ygl净光合速率的变化，在给出的坐标系中绘制净光合速率趋势曲线。在此基础上，分析图a和你绘制的曲线，比较高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率，提出一个科学问题：_______________________________________________________。

解析：(1)根据表格信息可知，ygl植株叶绿素含量较低且类胡萝卜素/叶绿素比值比较高，故叶片呈现出黄绿色。叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由ygl叶色呈黄绿可推测，主要吸收红光和蓝紫光。(2)光照强度逐渐增加达到2000μmol·m-2

·s-1

时，ygl的净光合速率较WT更高，但两者净光合速率都不再随光照强度的增加而增加，说明二者的光饱和点相同。光补偿点是光合速率等于呼吸速率的光照强度，据图b和图c可知，ygl有较高的光补偿点是因为叶绿素含量较低导致相同光照强度下光合速率较低，且由图c可知ygl呼吸速率较高。(3)与WT相比，ygl叶绿素含量低，高密度栽培条件下，更多的光可到达下层叶片，且ygl群体的净光合速率较高，表明该群体光能利用率高，是其高产的原因之一。(4)分析图a，高光照强度和低光照强度条件下WT和ygl的净光合速率不同，根据两图可提出问题，为什么在低光照强度下，WT的净光合速率大于ygl，而在高光照强度下，WT的净光合速率小于ygl。答案：(1)类胡萝卜素/叶绿素比例较高红光和蓝紫(2)等于呼吸速率较高(3)光能利用率较高(4)为什么在低光照强度下，WT的净光合速率大于ygl，而在高光照强度下，WT的净光合速率小于ygl

【考向集训】

5.(2022年全国乙卷)某同学将一株生长正常的小麦置于密闭容器中，在适宜且恒定的温度和光照条件下培养，发现容器内CO2含量初期逐渐降低，之后保持相对稳定。关于这一实验现象，下列解释合理的是()A.初期光合速率逐渐升高，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，之后呼吸速率保持稳定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：培养初期，容器内CO2

含量逐渐降低，光合速率逐渐减慢，之后光合速率等于呼吸速率，A错误。初期光合速率减慢，由于光合速率大于呼吸速率，容器内O2含量升高，呼吸速率会有所升高，之后保持稳定，B错误。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错误、D正确。答案：D

6.(2022年福建高考)栅藻是一种真核微藻，具有生长繁殖快、光合效率高、可产油脂等特点。为提高栅藻的培养效率和油脂含量，科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培养(如图1)对栅藻生长和产油量的影响，结果如图2。

A：液体悬浮培养；B：吸附式膜培养，指在带微孔的滤膜上培养，膜置于BG11琼脂培养基上，通过改变琼脂浓度控制透过膜的水量，琼脂浓度越高透过膜的水量越低。图1回答下列问题。

(1)实验中，悬浮培养和膜培养装置应给予相同的___________________________________________(答出2点即可)。 (2)为测定两种培养模式的栅藻光合速率，有人提出可以向装置中通入C18O2，培养一段时间后检测C18O2

释放量。你认为该方法________(填“可行”或“不可行”)，理由是_______________________________________。

(3)由图2的结果可知，膜培养的栅藻虽然叶绿素含量较低，但膜培养仍具一定的优势，体现在__________________________。结合图1，从影响光合效率因素的角度分析，膜培养具有这种优势的原因是______________________________________。注：产率即单位时间单位面积的物质产量。图2(4)根据图2的结果，对利用栅藻生产油脂的建议是_________________________。

解析：(1)本实验中科研人员在最适温度下研究了液体悬浮培养和含水量不同的吸附式膜培养，实验的自变量是含水量等不同，实验除了自变量，其他的无关变量要保持相同且适宜，所以悬浮培养和膜培养装置应给予相同的光照强度、通气量、接种量。(2)本实验目的是测定两种培养模式的栅藻光合速率，由于C18O2经光合作用可转移到水中，生成物水参与呼吸作用可生成C18O2，释放的二氧化碳也有来自呼吸作用的，因此根据被标记的二氧化碳的减少量不能测定栅藻光合速率。(3)由图2的结果可知，与悬浮培养相比，膜培养的栅藻生物量(产率)和油脂产率更高，可能是因为虽然膜培养的栅藻叶绿素含量较低，但栅藻更充分利用光照和CO2。(4)比较图2各组膜培养的栅藻，2%琼脂浓度培养基培养的栅藻油脂产率最高，所以建议对栅藻采用2%琼脂浓度培养基对应含水量的膜培养方式。答案：(1)光照强度、通气量、接种量(2)不可行C18O2

中的18O经光合作用可转移到水中，生成物水参与呼吸作用可生成C18O2，释放的二氧化碳也有来自呼吸作用的，因此根据被标记的二氧化碳的减少量不能测定栅藻光合速率(3)生物量(产率)和油脂产率较高膜培养时栅藻更充分利用光照和CO2(膜培养时栅藻对光照和CO2

利用率更高) (4)使用2%琼脂浓度培养基对应含水量的膜培养方式试剂原理提取________绿叶中的色素溶于_____________，而不溶于水分离_______各种色素在_________中的_________不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得____，反之则慢一、绿叶中色素的提取和分离1.实验原理。无水乙醇有机溶剂层析液层析液溶解度快2.实验流程。(1)色素提取。二氧化硅碳酸钙(2)色素分离。3.实验结果及分析。(1)实验结果。(2)结果分析。四色素含量高

①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有____种色素。 ②色素带的宽窄与____________有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。 ③色素扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越____。异常现象原因分析色素带颜色较浅(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；(2)一次加入过量的无水乙醇，提取液浓度太低(应分次加入少量无水乙醇，如10mL)；(3)画滤液细线时次数太少实验异常现象分析异常现象原因分析滤纸条下面两条色素带较浅(1)未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏；(2)实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)色素带重叠(1)滤液细线不直；(2)滤液细线过粗无色素带(1)忘记画滤液细线；(2)滤液细线接触或浸没于层析液，色素全部溶解到层析液中(续表)[典例1](2023年江苏高考)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

解析：用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止色素被破坏，A错误。画滤液细线时要间断画2～3次，即等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确。滤纸条上色素带的宽窄与色素含量相关，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误。花青素在液泡中，不属于光合色素，溶于水不易溶于有机溶剂，用红色苋