第三章 课时4 光合作用与能量转化

第三章细胞代谢单击添加副标题课时4光合作用与能量转化考点1捕获光能的色素和结构高考帮研透高考明确方向考点2光合作用的过程高考帮研透高考明确方向情境帮关注情境迁移应用练习帮练透好题精准分层01单击添加标题单击此处添加正文02单击添加标题单击此处添加正文目录Contents

课标要求核心考点五年考情核心素养对接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；捕获光能的色素和结构2023：江苏T12、辽宁T21(1)(2)、海南T16(1)、全国乙T2、全国甲T29、浙江1月T23(1)；2022：湖北T12、辽宁T22Ⅰ、山东T21(1)、江苏T5A；2021：天津T6C；2020：江苏T6、浙江7月T27(2)、山东T3D；2019：浙江4月T30(2)、江苏T17、海南T9BD1.生命观念——

结构与功能观：

叶绿体的结构与

功能相适应；物

质与能量观：通

过光合作用过程

合成有机物，储

存能量。课标要求核心考点五年考情核心素养对接2.实验：提取和分离叶绿体色素光合作用的过程

2023：天津T9、湖南T17、湖北T8、全国甲T29(2)(3)、全国乙T29、浙江1月T23(2)；2022：江苏T20(1)、全国甲T29(1)、山东T21(2)(3)；2021：天津T15、山东T16CD和T21、湖南T18、广东T12、江苏T20、辽宁T22、重庆T6；2020：北京T19(1)、天津T5、山东T21、江苏T27；2019：全国ⅠT3、江苏T282.科学思维——

分类与比较：比

较光反应与暗反

应，掌握光合作

用的过程；比较

光合作用与细胞

呼吸，形成知识

间的联系续表课标要求核心考点五年考情核心素养对接命题分析

预测1.光合作用是高考的必考点，在每年的高考中都占有较大的比重。主

要以光合作用相关实验、曲线等形式进行考查，侧重考查色素的组成

和功能、色素的提取和分离、光合作用中物质和能量的变化等，还常

将光合作用与细胞呼吸的原理相结合，考查二者之间的联系等。2.预计2025年高考命题仍将借助图、表格等将光合作用与细胞呼吸相

结合，使试题实验化，考查考生运用所学知识解决实际问题的能力续表

考点1捕获光能的色素和结构

1.绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理及方法有机溶剂无水乙醇溶解度纸层析法(2)实验步骤CaCO3二氧化硅扩散不触及(3)实验结果及分析色素种类色素含量溶解度(4)实验失败的原因分析异常现象原因分析收集到的滤液绿

色过浅①未加[12]

⁠，研磨不充分；②使用放置数天的绿色叶，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[13]

⁠或加入过少，色素分子被破坏二氧化硅碳酸钙异常现象原因分析滤纸条色素带重叠①滤液细线不直；②滤液细线过粗滤纸条无色素带滤液细线接触到[14]

⁠，且时间较长，色素全部溶解到层析液中层析液续表2.叶绿体中的色素及叶绿体的结构(1)叶绿体中的色素类囊体薄膜可见吸收、传递、转化光照(2)叶绿体的结构基粒暗反应光束照射所有受光红光和蓝紫光

基础自测

1.提取绿叶中色素的溶剂也可用于提取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素。

(

×

)2.研磨绿叶时加入少许CaCO3，能够使研磨充分。

(

×

)3.绿叶中含量越多的色素，在滤纸条上扩散得越快。

(

×

)4.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。

(

√

)5.没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。

(

×

)6.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。

(

×

)7.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。

(

×

)×××√×××8.叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶[2022浙江1月，T8C]。

(

×

)9.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离[2021北京，T13C]。

(

×

)××10.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，

T3C]。

(

√

)11.光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是

⁠

；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为

基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第

条[2023海南，

T16(1)]。√叶绿素(或叶绿

素a、叶绿素b)

一和二情境应用

1.为什么有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝紫色光的灯管，并且在白天也开灯？为什

么不使用发绿色光的灯管作补充光源？提示因为光合色素对红光和蓝紫光的吸收最多，补充这两种类型的光，有利于提

高蔬菜的产量，而绿色光源发出的是绿光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸

收，因此无法用于光合作用中提高有机物产量。2.玉米田里的白化苗长出几片叶子后会死亡，原因是什么？提示玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，待种子中储存的营养物质被

消耗尽后，无法产生新的有机物，因此玉米白化苗长出几片叶子后会死亡。3.蒜黄和韭黄都是黄色的，秋后的绿叶会变黄，贫瘠土壤中生长的植物叶片一般也

偏黄，影响这些现象形成的因素分别是什么？提示韭黄和蒜黄是在无光的环境下培育的，没有光照不合成叶绿素；秋后温度降

低，叶绿素合成少，分解多；贫瘠土壤缺Mg等会影响叶绿素的合成，使叶片变黄。深度思考

1.在进行纸层析时，若采用圆形滤纸，则结果是什么？提示在圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、

叶绿素a、叶绿素b。2.叶绿体类囊体膜上的色素都能转化光能吗？提示不是。叶绿体类囊体膜上的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作

用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是

少数处于特殊状态的叶绿素a，其能够捕获(或转化)光能。3.恩格尔曼实验一的方法有什么巧妙之处？提示

①实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。

②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和O2的影响，从而确

保实验的准确性。③观测指标设计妙：通过需氧细菌的分布，能够准确地判断出水

绵细胞中释放O2的部位。④实验对照设计妙：进行黑暗＋极细光束照射和置于光下

的对比实验，从而明确实验结果不同完全是由光照引起的。

从“两个角度”把握色素提取液的选取

命题点1

色素的提取和分离实验的原理和过程分析1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(

B

)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.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素B12345[解析]用有机溶剂提取色素时，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，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色

素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸

条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的量，但该实验提取和分离色素的方法不能

用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。123452.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红

光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从下至上)。则与正常叶片相比，实验结果

是(

C

)A.光吸收差异显著，色素带缺第2条B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条D.光吸收差异显著，色素带缺第3条C[解析]

叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红

光照射时光吸收差异不显著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C

正确。12345命题点2

色素的种类和功能分析3.[2023全国乙改编]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

绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是(

D

)A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制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.叶片在640～660nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的D12345[解析]叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶

绿体中吸收光能的色素(叶绿素和类胡萝卜素)分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝

卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；波长为640～660nm的光是红光，叶绿素可吸收红光参与光合

作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。12345命题变式[题干拓展型]科学家在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图所示，①②③代表不同色素。下列说

法正确的是(

C

)CA.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MgC.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.土壤缺镁时，植物叶片对420～470nm波长光的利用量增加12345[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。类胡萝卜素在

红光区的吸收值为0，即不吸收红光，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

条上扩散的速率最慢，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；镁是组成叶绿素的重要元素，土壤缺镁时，叶绿素合成减少，植物叶片对

420～470nm波长光的利用量减少，D错误。123454.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正

确的是(

D

)A.图乙所示结构取自图甲中的①或③B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积D命题点3

叶绿体的结构和功能12345[解析]图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊

体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③(类囊体)的薄膜上，图乙所示结构

是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶

绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，

以此扩大膜面积，D正确。123455.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的

是(

A

)A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量A[解析]

叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水

分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产

生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光能，但不需要ATP提供

能量，D错误。12345考点2光合作用的过程

1.探索光合作用原理的部分实验时间结论1928年科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖1937年希尔反应：离体叶绿体在适当条件下发生[1]

、产生O2的化学反应1941年鲁宾和卡门用同位素示踪法，证明光合作用释放的O2来自[2]

⁠1954年、1957年(1954年)美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成[3]

，随后(1957年)他发现这一过程总是与水的光解相伴随20世纪40年代美国科学家卡尔文用[4]

的方法，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径水的光解水ATP

同位素示踪2.光合作用的概念叶绿体光能CO2和H2O有机物和O23.光合作用的过程阶段Ⅰ.光反应阶段Ⅱ.暗反应阶段过程图解

场所[9]

⁠[10]

⁠条件[11]

、

叶绿体中的色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋等酶、[12]

⁠等类囊体薄膜叶绿体基质光ATP、NADPH

阶段Ⅰ.光反应阶段Ⅱ.暗反应阶段物质变化①水的光解：H2O

H＋＋O2；②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋

2e－

NADPH；③ATP的合成：ADP＋Pi

ATP①CO2的固定：CO2＋C5

2C3；②C3的还原：2C3

C5＋(CH2O)能量变化

联系①光反应为暗反应提供ATP和NADPH；②暗反应为光反应提供NADP＋、Pi和ADP续表

1.真核细胞的光反应2.原核细胞的光反应教材补遗(1)[必修1P104“相关信息”]C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5

是指五碳化合物——核酮糖－1，5－二磷酸(RuBP)。(2)[必修1P104“相关信息”]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。(3)[必修1P106小字部分]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不同点生物类型绿色植物和光合细菌硝化细菌等能量来源光能

体外物质氧化时释放的化学能

相同点代谢类型自养型物质变化将无机物(CO2和H2O等)转化为储存能量的有机物

4.环境因素骤变对光合作用过程的动态影响借助光合作用过程图解从物质的生成和消耗两个方面综合分析：提醒C5、NADPH、ATP的变化一致，C3与C5、NADPH、ATP的变化相反；对光

合作用有利，(CH2O)合成增加，反之则减少。

基础自测

1.H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。

(

×

)2.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。

(

√

)3.叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉。

(

×

)4.光合作用释放的O2中的O来自CO2和H2O。

(

×

)5.光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP中

稳定的化学能。

(

×

)6.光合作用过程中，ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。

(

×

)7.在暗反应阶段，CO2不能直接被还原[2021湖南，T7B]。

(

√

)8.在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是CO2和

⁠。×√××××√C5

9.不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段

的产物是

(答出3点即可)[2022全国甲，T29(1)]。10.参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与

⁠离子参与组成的环式结构使叶

绿素能够吸收光能，用于驱动

两种物质的合成以及

⁠的分

解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到

⁠分子上，反应形成的产物被还原为糖

类[2021河北，T19(2)]。ATP、NADPH、O2

镁ATP和NADPH

水C5

情境应用

1.1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化

剂，在无CO2的条件下给予光照，离体叶绿体可以发生水的光解、产生氧气。希尔

实验说明水的光解与糖类等有机物的合成不是同一个化学反应，原因是

⁠

⁠

⁠

⁠。2.有关光合作用的两组实验——甲组：连续光照5分钟和黑暗5分钟；乙组：间隔光

照(5秒光照、5秒黑暗交替进行)，总光照5分钟和黑暗5分钟。10分钟时间内哪一组

有机物的合成量多？为什么？提示乙组有机物合成量多。因为光照和黑暗交替处理，使光反应产生的ATP和

NADPH能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。希尔反应

是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，缺少合成糖的必需原料—

—CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的

反应阶段3.模拟鲁宾和卡门的实验时，能否对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记，

为什么？提示不能。因为同位素示踪法只能检测同位素的存在，不能检测是哪种同位素，

若同一实验中CO2和H2O中的O均被标记，则无法分辨O2中的O到底是来自CO2还是

H2O。

1.解答有关光合作用过程的试题，要牢记“二二三四”法则2.根据化学平衡可知：底物浓度增加、产物浓度减少⇒使化学平衡向正方向移动；

反之亦然。

命题点1

光合作用的探究历程分析1.下列有关实验变量的叙述，错误的是(

A

)A.用小球藻和CO2验证卡尔文循环的实验中，自变量是CO2中C是否被标记B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验，因变量是是否产生还原糖C.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌研究光合作用的实验中，因变量观测指标是需氧细

菌的分布情况D.鲁宾和卡门研究光合作用中O2来源的实验中，自变量是被18O标记的原料A1234567[解析]用小球藻和CO2验证卡尔文循环的实验中，自变量是时间，A错误；利用淀

粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验中，需借助斐林试剂检测是否产生了还原糖，即因变量是是否产生还原糖，B正确；恩格尔曼利用水绵和需氧细菌进行实验，通过观察需氧细菌的分布来判断O2产生的部位，最终证明叶绿体是进行光合作用的场所，C正确；鲁宾和卡门用同位素示踪法证明光合作用释放的O2来自水，自变量是被18O标记的原料，D正确。12345672.1941年鲁宾和卡门用同位素18O标记水和碳酸氢盐，加入三组小球藻培养液中。在

适宜光照下进行实验，结果如表所示。下列叙述错误的是(

C

)组别水中18O比率(％)碳酸氢盐中18O比率(％)反应时间(min)释放的氧气中18O比率(％)第1组0.850.61450.86第2组0.200.401100.20第3组0.200.572250.20CA.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氢盐提供B.氧气中18O比率不受光合作用反应时间的影响C.鲁宾和卡门进行该实验的目的是验证光合作用产物中有氧气D.卡尔文也运用相同的方法用14C标记二氧化碳，研究暗反应中物质的变化1234567[解析]碳酸氢盐能释放二氧化碳，为光合作用提供二氧化碳，A正确；根据表格数

据，在45min、110min、225min释放的氧气中18O比率和水中18O起始比率基本一

致，说明氧气中18O比率不受光合作用反应时间影响，B正确；鲁宾和卡门进行该实

验的目的是探究光合作用中氧气中氧的来源，C错误；卡尔文也运用同位素示踪法

用14C标记二氧化碳，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了

CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，D正确。12345673.[天津高考]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

)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有CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2

的固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素A命题点2

光合作用的过程分析1234567[解析]由题干信息“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；该反应体系中有分离得到的类囊体，含有光合色素，D错误。1234567命题变式[设问拓展型]题干条件不变，下列说法错误的是(

A

)A.该反应体系的结构与叶绿体外膜的结构相同B.该反应体系会消耗CO2和H2OC.加入的16种物质应该包含ADP、NADP＋等物质D.可以测定该反应体系的净光合速率A1234567[解析]

该反应体系是由单层脂质分子包裹形成的，而叶绿体的外膜是双层脂质分

子，且含蛋白质，A错误；该反应体系能够连续进行CO2的固定和还原，会消耗CO2

和H2O，B正确；该反应体系是人工构建的光合作用反应体系，且在光照条件下进

行，故需要加入的物质应包含ADP和NADP＋等物质，C正确；净光合速率＝总光合

速率－呼吸速率，而该半人工光合作用反应体系能够进行光合作用，不能进行呼吸

作用，即呼吸速率为0，故该反应体系测定的光合速率即为其净光合速率，D正确。12345674.[2021广东]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(

D

)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D[解析]据题意可知，Rubisco是唯一催化CO2固定形成C3的酶，则其存在于叶绿体

基质中，A错误；有、无光照均可发生暗反应，因此激活Rubisco不需要黑暗条件，

B错误；Rubisco催化CO2的固定不需要消耗ATP，C错误；据题意，Rubisco是催化

CO2固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2结合形成C3的酶，D正确。12345675.[天津高考]在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然

改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，

组合正确的是(

C

)A.红光，ATP下降B.红光，未被还原的C3上升C.绿光，NADPH下降D.绿光，C5上升C命题点3

不同条件下光合作用过程中物质含量变化的分析1234567[解析]

叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白

光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和NADPH增多，C3

的还原加快，短时间内CO2的固定仍以原来的速率进行，导致未被还原的C3减少，

A、B错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，短时间内叶绿体内产生

的ATP和NADPH减少，C正确；NADPH和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减

慢，此时CO2的固定仍以原来的速率消耗C5，则短时间内C5的含量会下降，D错误。1234567命题变式[条件改变型]若突然改用光照强度与白光相同的蓝紫光，则短时间内光反应会

⁠

，产生ATP的速率

，未被还原的C3

⁠。[解析]改用蓝紫光，相当于增加光照强度，导致光反应增强，产生NADPH和

ATP的速率加快，C3的还原加快，而CO2的固定速率暂时不变，因此未被还原

的C3减少。增强

加快减少12345676.[山东高考，9分]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

⁠。模块1和模块2

五碳化合物(或C5)

1234567[解析]由题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转化为电能，模块

2利用电能电解水生成H＋和O2，并发生能量的转化。该系统中的模块1和模块2相当

于执行了叶绿体中光反应的功能。模块3将大气中的CO2转化为糖类，相当于执行了

光合作用的暗反应，暗反应中CO2的固定指的是CO2和C5结合生成C3。C3在光反应提

供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统

中模块3中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。1234567(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“减少”)。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因

是

⁠。减少模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足1234567[解析]

若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致C3含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。1234567(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量

(填

“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是

⁠

⁠。高于人工光合作用系统没有呼吸作用消耗

糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)

[解析]

植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量高于植物。1234567(4)干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是

⁠

⁠。人工光合作用系统由于对环境

中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。叶片气孔开放程度降

低，CO2的吸收量减少，且植物体水分供应不足[解析]

干旱条件下，为了减少水分散失，植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，影响暗反应过程，且植物体内水分供应不足，也会影响光反应过程。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。12345677.[7分]为探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种

植物为材料开展了下列实验，其他无关变量保持相同且适宜。请回答下列问题：组别AB处理光照时间为135秒先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间

各为3.75毫秒，总时间为135秒光合产物相对含量100％94％(1)光合作用中包含需要光的阶段和

⁠的阶段，为验证这一观点，可以对

进行光合作用的植物短暂遮光，并提供

⁠，经放射性检测后发现植物在短暂

黑暗中会利用该物质。不需要光14CO2

1234567[解析]

光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂遮光，并提供14CO2，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。1234567(2)分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组

，依据是

⁠

⁠。(3)科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP＋时，体系中会

有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生

⁠。高B

组的光照时间是A组的一半，其光合产物相对含量却是A组的94％H＋和e－

[解析]

分析表格可知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94％，所以B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组高。[解析]

科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP＋时，体系中会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H＋和e－。1234567

情境热点3光系统与电子传递链、逆境下光合作用的特殊途径热点1光系统与电子传递链光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能

的作用，包括光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。注：图中虚线表示该生理过程中电子(e－)的传递过程。(1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子(e－)，光系统Ⅰ主要介导NADPH

的产生。(2)电子(e－)经过的电子传递链：H2O→光系统Ⅱ→质体醌(PQ)→细胞色素b6f复合

体→质体蓝素(PC)→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白(Fd)→NADPH。(3)电子传递过程是从高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利

用这部分能量将质子(H＋)逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入类囊体腔侧，从而建立

了质子浓度(电化学)梯度。(4)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合

成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子梯度来合成ATP。

(1)PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的

上，含有的光合色素主要包括

⁠

两大类，这些色素的主要功能有

⁠。(2)图示过程中，PSⅡ和PSⅠ以串联的方式协同完成电子由

(物质)释放、最终传

递给

(物质)生成NADPH的过程。(3)光照的驱动既促使水分解产生H＋，又伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中

的H＋转运至

，同时还在形成NADPH的过程中

⁠叶绿体基质中

部分H＋，造成类囊体膜内外的H＋产生了浓度差。请结合图示信息分析，类囊体膜

内外的H＋浓度差在光合作用中的作用是

⁠。类囊体薄膜叶绿素

和类胡萝卜素吸收、传递和转化光能水NADP＋

类囊体腔消耗为光反应中ATP的合成过程提供能量

1.[2023湖北]植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复

合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质

LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与

PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(

C

)A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强B.Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱C.弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获D.PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2C[解析]据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕

获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ

的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊

体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A

正确。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减

少，PSⅡ光复合体中光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正

确。弱光下PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上

的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子

和O2，D正确。2.[2021重庆]如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

)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A[解析]分析图示可知，水光解产生的O2在类囊体腔内，叶绿体和线粒体均有双层

膜，因此水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，至少需要穿过5层膜，A错误；在光反

应过程中，NADP＋与e－和质子(H＋)结合形成NADPH，B正确；由图可知，光反应

产生的ATP可以用于暗反应、色素合成、核酸代谢等消耗能量的反应，C正确；分析

可知，光反应产生的电子(e－)通过一系列的有序传递，将光能转化为储存在ATP中

的活跃的化学能，D正确。情境一

光呼吸的原理和作用1.原理：O2和CO2竞争Rubisco。在暗反应中，Rubisco能够以CO2为底物实现CO2的

固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco，在光的驱动下将有

机物氧化分解，释放CO2。2.光呼吸对生物体的影响：在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分

碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。另外，光呼吸过程中消

耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平

衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义。热点2逆境下光合作用的特殊途径情境二：光合作用的C3途径、C4途径和CAM途径1.C3途径：也称卡尔文循环，整个过程形成从RuBP(C5)与CO2的羧化生成C3，到C5

再生的循环，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见的C3植

物有小麦、大豆、水稻等。2.C4途径：在玉米的光合作用中，CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物

(C4)中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的

途径叫作C4途径(如图所示)。C4植物比C3植物具有更强的固定CO2(特别是在高温、

光照强烈、干旱条件下)的能力。常见的C4植物还有甘蔗、高粱、苋菜等。说明：PEP为磷酸烯醇式丙酮酸，属于三碳化合物。3.CAM途径：指生长在干旱及半干旱地区的一些肉质植物(最早发现在景天科植物)

所具有的一种光合固定CO2的附加途径。其特点是：CAM植物气孔只在晚上开放，

将CO2固定生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，

经脱羧产生CO2，再通过卡尔文循环转变成糖类。这是植物对干旱环境的适应。具

有这种途径的植物称为CAM植物，CAM植物两次CO2的固定在时间上是分开的。

CAM途径如图所示，常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、仙人掌等。

(1)光呼吸涉及的场所主要有

⁠。从能量角度分析，有氧呼吸和光

呼吸的主要区别是

⁠。(2)C4植物光反应发生在叶肉细胞的

上，而CO2的固定发生在

⁠

⁠细胞中。(3)从进化的角度看，景天科植物的这种气孔开闭特点的形成是

⁠的结

果。夜间景天科植物吸收的CO2

(填“能”或“不能”)用于合成葡萄糖，原

因是

⁠。(4)C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径的特殊之处都是先有固定

的作用，最终还是通过C3途径合成

⁠。叶绿体、线粒体光呼吸消耗能量，有氧呼吸分解有机物，产生能量叶绿体叶肉细胞

和维管束鞘自然选择不能没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH

CO2

有机物

3.[2023广东四校联考]芦荟是一种经济价值很高的植物，可净化空气。芦荟夜晚气

孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡

中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2进

入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是(

A

)A.夜晚气孔开放，芦荟能进行暗反应产生糖类B.芦荟液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化C.芦荟叶片内的CO2经固定会产生两种不同的初产物D.芦荟可能原产于炎热干旱地区，其气孔在夜晚和白天开放度不同是对炎热干旱环

境的适应A[解析]芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成

苹果酸储存在液泡中，晚上不能进行光反应，无法产生ATP和NADPH，故夜晚芦荟

不能进行暗反应，A错误；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙

酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中(pH降低)，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中

释放出来(液泡中pH升高)，在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文

循环合成糖类，因此液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化，B正

确；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，白天气孔关闭，苹

果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2经固定形成C3，C正确；

白天气孔关闭可防止蒸腾作用失水过多，芦荟气孔在夜晚和白天开放度不同可能是

对炎热干旱环境的适应，D正确。4.[2023湖南，12分]如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisco对CO2的Km

为450μmol·L－1(Km

越小，酶对底物的亲和力越大)，该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸(绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应)。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶(PEPC酶对CO2的Km

为7μmol·L－1)催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：(1)玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是

(填具体名称)，该

产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成

(填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”)后，再通过

⁠长距离运输到其他组织器官。3－磷酸甘油醛蔗糖韧皮部[解析]

卡尔文循环是植物光合作用共有的途径，分析题图可知，水稻的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3－磷酸甘油醛，因此玉米卡尔文循环中第一个光合还原产物也是3－磷酸甘油醛。(2)在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度

(填“高于”或“低

于”)水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是

⁠

⁠

⁠

⁠

⁠

(答出三点即可)。高于①在干旱、高光照强度环境

下，水稻关闭大部分气孔，CO2的吸收减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力更

大，提高了玉米固定CO2的能力，可以为暗反应提供更多的CO2；②水稻中的

Rubisco在CO2吸收减少时，催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定

的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有；③玉米的光合产物能够及时转移，从

而提高光合速率[解析]

在干旱、高光照强度环境下，蒸腾作用过强，水稻关闭大部分气孔，导致水稻吸收CO2的量减少，光合作用减弱，而玉米为C4植物，根据题中信息可知，PEPC酶对CO2的

Km

为7μmol·L－1，Rubisco对CO2的

Km

为450μmol·L－1，

Km

越小，酶对底物的亲和力越大，则PEPC酶固定CO2的能力较强，在CO2浓度较低时，能够固定较多的CO2，有利于光合作用的进行；结合(1)中分析可知，玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率；又知水稻中的Rubisco在CO2吸收减少时，可催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有。综上可知，在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。(3)某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其

他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因

可能是

⁠

(答出三点即可)。①光合色素含量的限制；②与光合作用有关的酶的含量和活性的限制；③

原核生物和真核生物光合作用机制不同[解析]将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻后，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下，水稻的光合作用强度无明显变化的原因可能是受光合色素含量的限制；受与光合作用有关的酶的含量和活性的限制以及原核生物和真核生物光合作用机制不同等。

1.[2022湖北]某植物的2种黄叶突变体表型相似，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(

D

)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2115203790.36DA.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1234[解析]野生型、突变体1、突变体2属于同一物种，两种突变体的出现增加了遗传

多样性，未增加物种多样性，A错误；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素

主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表可知，突变体2的叶

绿素a和叶绿素b的含量比突变体1的少，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存在差异，有可能是不同基因突变所致，也有可

能是同一基因突变方向不同所致，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，叶绿素含量较少，叶片呈黄色，D正确。12342.[2023全国乙，10分]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。光合作用、呼吸作用[解析]气孔的开闭会影响CO2的吸收(光合作用)、O2的吸收(有氧呼吸)、蒸腾作用等生理过程。1234(2)红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是

⁠

⁠

⁠。在红光照射下，保卫细胞进行光

合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔

开放[解析]

气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成，保卫细胞中含有叶绿体，在光下可进行光合作用，在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放。1234(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

⁠

⁠

⁠。饱和

红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步

增大的影响[解析]

用饱和红光照射某植物叶片时，其光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响。因此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＋。1234(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。能[解析]

已知某除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片不能进行光合作用，从而不能产生有机物以维持气孔开放，但阳光照射下保卫细胞可逆浓度梯度吸收K＋，使气孔维持一定的开度。12343.[2021天津，10分]Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2

与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活

性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。1234据图分析，CO2依次以

和

⁠方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进

和抑制

⁠提高光合效率。自由扩散主动运输CO2固定O2与C5结合[解析]由图可知，CO2通过细胞膜不需要载体蛋白协助，也不需要消耗能量，故CO2通过细胞膜的方式为自由扩散；CO2通过光合片层膜需要CO2转运蛋白的协助，同时需要消耗能量，故CO2通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，进而促进CO2固定，抑制O2与C5结合，从而提高光合效率。1234(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌

羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞

的

⁠中观察到羧化体。叶绿体[解析]

烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，说明蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达，形成羧化体。1234

提高提高

12344.[2021江苏，11分]线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，如图表示叶肉细胞中

部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。(1)叶绿体在

⁠上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素

是