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专题 05 光合作用
考点一 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索 【题型1】捕获光能的色素和结构
【题型2】光合作用原理的探索
考点二 光合作用的原理 【题型1】光合作用的原理
【题型2】光合作用和细胞呼吸的关系
考点三 光合作用的影响因素及其应用 【题型1】探究环境因素对光合作用强度的影响
【题型2】光呼吸
【题型3】光抑制
考点四 光合速率和呼吸速率的综合分析 【题型1】“三率”的关系及测定
【题型2】光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析
考点一 捕获光能的色素和结构及光合作用原理的探索
01 捕获光能的色素和结构
【例1】龟背竹叶形奇特，色浓且富有光泽，观赏性好，且可以净化室内空气，是一种理想的室内植物。
下列叙述正确的是（ ）
A．可以用无水乙醇分离龟背竹叶片中的各种色素
B．连续降温使龟背竹叶片变黄是因为所有光合色素都被破坏
C．若分离色素时滤液细线触及层析液，滤纸条上能看到淡色素带
D．叶肉细胞中的光合色素在叶绿体基质中不存在
【答案】D
【分析】叶绿体色素的提取和分离实验：
1、提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素；
2、分离色素原理：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；
3、各物质作用：无水乙醇或丙酮：提取色素；层析液：分离色素；二氧化硅：使研磨得充分；碳酸钙：
防止研磨中色素被破坏；4、结果：滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a（最宽）、叶绿素b（第2宽），
色素带的宽窄与色素含量相关。
【详解】A、可以用层析液分离龟背竹叶片中的各种光合色素，A错误；
B、连续降温使龟背竹叶片变黄是因为叶绿素含量减少，类胡萝卜素含量相对增多，B错误；
C、若滤纸条上的滤液细线触及层析液，滤液细线上的色素溶解在层析液中，则不能分离得到色素带，C
错误；
D、叶肉细胞中的光合色素在叶绿体类囊体薄膜上，在叶绿体基质中不存在，D正确。
故选D。
【变式1-1】如图表示利用纸层析法分离新鲜菠菜叶光合色素的示意图。下列相关叙述正确的是（
）
A．①～④对应的色素依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b
B．①和②对应的色素主要吸收蓝紫光和红光
C．实验所用吸水纸的干燥度不影响实验的结果
D．没有及时加入CaCO 会使各色素带都明显变窄
3
【答案】A
【分析】1、叶绿体中的色素都能溶解于有机溶剂中，如：丙酮（酒精）等，所以可以用丙酮提取叶绿体
中的色素。碳酸钙的作用是防止色素被破坏；石英砂的作用是使研磨更充分。
2、各种光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度最大的，最先在滤纸上层析，扩散的距离最远；溶解
度最小，最后在滤纸上层析，扩散的距离最近。
【详解】AB、溶解度最大的扩散的距离最远，根据色素在滤纸上扩散的距离，可以判断①～④对应的色素
依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a和叶绿素b，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，A正确，B错误；
C、实验所用吸水纸的干燥度影响实验的结果，故应用干燥的吸水纸，C错误；
D、没有及时加CaCO 影响叶绿素a及叶绿素b的含量，D错误。
3
故选A。
【变式1-2】如图为光合作用色素纸层析的实验结果，样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研
磨后的提取液。下列叙述正确的是（ ）A．在研磨后立即加入CaCO 防止色素被破坏，但CaCO 过量会破坏色素
3 3
B．实验操作中用于分离色素的层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
C．若菜叶剪碎不够充分，很可能提取不出4种光合作用色素
D．若实验操作没有问题，则该实验结果可说明该种蓝细菌没有叶黄素和叶绿素b
【答案】D
【分析】叶绿体色素的提取和分离实验：（1）提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，
所以可用无水酒精等提取色素；（2）分离色素原理：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。
【详解】A、CaCO 可防止酸破坏色素，所以可在研磨前加入少许CaCO ，加入CaCO 过量不会破坏色素，
3 3 3
但会影响色素提取液的纯度，A错误；
B、光合作用色素易溶于有机溶剂不溶于水，故层析液应选用有机溶剂，而生理盐水和磷酸盐缓冲液为无
机溶剂，B错误；
C、即使菜叶剪碎不够充分，也不明显影响研磨，且色素含量并没有减少，所以仍可提取出4种光合作用
色素，C错误；
D、色素的分离实验中，滤纸条从上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，比较题图所示分
离结果可知，该种蓝细菌没有叶黄素和叶绿素b，D正确。
故选D。
02 光合作用原理的探索
【例2】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（悬浮液中有HO，没
2
有CO），在光照下可以释放出氧气。离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气的化学反应称为
2
“希尔反应”。下列说法错误的是（ ）
A．希尔反应不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水B．可用放射性同位素标记法追踪水中氧原子的去路
C．希尔反应模拟了叶绿体反应阶段的部分变化
D．希尔反应说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应
【答案】B
【分析】题意分析，希尔反应为离体叶绿体在适当（铁盐或其他氧化剂、光照）条件下发生水的光解、产
生氧气的化学反应，即光反应的部分过程。
【详解】A、希尔反应证明了光合作用产生O，但不能证明植物光合作用产生的O 中的氧元素全部来自
2 2
HO，也可能来自于其他有机物，A正确；
2
B、氧原子的同位素18O是稳定性同位素，无放射性，B错误；
C、希尔反应模拟的是光合作用光反应阶段的部分变化，发生在叶绿体中，C正确；
D、希尔反应的悬浮液中只有水，没有CO，不能合成糖类，说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反
2
应，D正确。
故选B。
【变式2-1】下列有关实验和科学史的叙述，正确的是（ ）
A．希尔反应说明水的光解与糖的合成是两个相对独立的过程
B．在对照实验中，控制无关变量可以采用“加法原理”或“减法原理”
C．鲁宾和卡门利用放射性同位素标记法，证明了光合作用释放的氧气来自水
D．毕希纳认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，但要在细胞死亡裂解后才发挥作用
【答案】A
【分析】用物理性质特殊的同位素来标记化学反应中原子的去向，就是同位素标记法。生物学研究中常用
的同位素有的具有放射性，如14C、32P、3H、35S等；有的不具有放射性，是稳定同位素，如15N、18O等。
【详解】A、希尔反应在叶绿体上只进行了水的光解，可以说明水的光解与糖的合成是两个相对独立的过
程，A正确；
B、在对照实验中，“加法原理”或“减法原理”用于控制自变量，无关变量控制一致即可，B错误；
C、鲁宾和卡门利用18O分别标记水和二氧化碳，证明了光合作用释放的氧来自水，但18O是无放射性的同
位素，C错误；
D、毕希纳认为引起发酵的是酵母菌细胞中的某些物质，这些物质在活的酵母菌中可以起作用，在离开细
胞后也可以起作用，D错误。
故选A。
【变式2-2】恩格尔曼利用极细的光束照射水绵，结果发现好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中。
下列对该实验的分析错误的是（ ）A．该实验可用小球藻作为实验材料
B．在用光束照射之前，应将临时装片放在无空气的黑暗环境中
C．该实验证明了叶绿体是光合作用的场所
D．若好氧细菌没有趋向水绵照光部位，说明该细菌可能已死亡
【答案】A
【分析】本实验的实验组为极细光束照射的叶绿体，对照组为黑暗处的叶绿体和完全曝光的叶绿体。本实
验为自身对照，自变量为光照，因变量为好氧细菌分布。
【详解】A、该实验选用水绵作为实验材料。水绵不仅具备细而长的带状叶绿体，而且叶绿体螺旋状地分
布在细胞中，便于观察和分析研究，A错误；
B、为了排除氧气对好氧细菌分布的影响，在用光束照射之前，应将临时装片放在黑暗无空气的环境中，B
正确；
C、该实验证明了O 是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，C正确；
2
D、好氧细菌必须生活在有氧的环境中，若好氧细菌没有趋向水绵照光部位，说明该细菌可能已死亡，D
正确。
故选A。
考点二 光合作用的原理
01 光合作用的原理
【例1】下列关于探究光合作用原理实验的叙述，错误的是（ ）
A．恩格尔曼利用水绵和需氧细菌为材料，证明光合作用的场所是叶绿体
B．希尔证明离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气
C．鲁宾和卡门用18O分别标记HO和CO，证明光合作用产生的氧来自水
2 2
D．美国科学家阿尔农发现光合作用中水的光解伴随着ATP的消耗
【答案】D
【分析】光合作用的发现历程：（1）普利斯特利通过实验证明植物能净化空气；（2）梅耶根据能量转换
与守恒定律明确指出植物进行光合作用时光能转换为化学能；（3）萨克斯通过实验证明光合作用的产物
除了氧气外还有淀粉；（4）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场
所是叶绿体；（5）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O 来自水；（6）卡尔文采
2
用同位素标记法探明了CO 的固定过程中碳元素的转移途径。
2
【详解】A、恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确；
B、希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可释放氧气，说明离体叶绿体在适当
条件下能进行水的光解，产生氧气，B正确；
C、鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，用18O分别标记两组实验中的HO和CO，证明光合作用产生的
2 2
O 中的O全部来自HO，C正确；
2 2
D、阿尔农发现在光照下，叶绿体可以合成ATP，且这一过程伴随着水的光解，类似于光反应过程，D错
误。
故选D。
【变式1-1】科学家往小球藻培养液中通入14CO 后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如下表。
2
实验组
光照时间（s） 放射性物质分布量
别
1 2 3-磷酸甘油酸（三碳化合物）
2 20 12种磷酸化糖类
3 60 除上述12种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是（ ）
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组照光后需将小球藻进行处理将其杀死；再测定放射性物质分布
C．实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
D．CO 进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
2
【答案】D
【分析】题表分析：该实验是利用放射性的14CO 探究光合作用的碳元素的利用途径，该实验的自变量是
2
不同的时间，因变量是放射性碳元素的分布情况，题表结果表明二氧化碳主要参与光合作用的暗反应过程。
【详解】A、二氧化碳是光合作用暗反应的原料，因此本实验是利用小球藻研究二氧化碳中的碳元素在光
合作用的暗反应阶段转移的过程，A正确；
B、每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，防止细胞内化学反应的进行而使碳元素转移对实验结果造
成的干扰，因此要先使酶失活，才能测定放射性物质分布，B正确；
C、表中实验结果显示光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，C正确；
D、结合时间顺序可知，CO 进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3−磷酸甘油酸（三碳化合物），D错
2
误。
故选D。【变式1-2】1937年，植物学家希尔将离体叶绿体置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中，若在试管中加入
适当的“电子受体”并给予一定强度的光照，在没有CO 时就能放出O，同时电子受体被还原。在此基础
2 2
上，Amon又发现处于光下的叶绿体在不供给CO 时，既能积累还原态电子受体也能积累 ATP； 若撤去
2
光照，供给 CO，则还原态电子受体和 ATP 被消耗，并有有机物（CHO）产生。下列叙述正确的是（
2 2
）
A．希尔实验中配制叶绿体悬浮液时，加入蔗糖溶液的主要目的是提供能量
B．希尔反应研究了叶绿体中光反应阶段的部分变化，该电子受体指的是 HO
2
C．Amon的实验说明（CHO）的生成可以不需要光，但需要CO、ATP、 还原剂等
2 2
D．若向叶绿体悬浮液中加入C 且提供光照、不提供 CO，则短时间内 ATP会积累
3 2
【答案】C
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段：（1）光反应阶段在叶绿体囊状结构薄膜上进行，此过
程必须有光、色素、光合作用的酶。具体反应步骤：①水的光解，水在光下分解成氧气和还原氢。②ATP
生成，ADP与Pi接受光能变成ATP。此过程将光能变为ATP活跃的化学能。（2）暗反应在叶绿体基质中
进行，有光或无光均可进行，反应步骤：①二氧化碳的固定，二氧化碳与五碳化合物结合生成两个三碳化
合物。②二氧化碳的还原，三碳化合物接受NADPH、酶、ATP生成有机物。此过程中ATP活跃的化学能
转变成化合物中稳定的化学能。光反应为暗反应提供了NADPH和ATP，NADPH和ATP能够将三碳化合
物还原形成有机物。
【详解】A、叶绿体在细胞中是处于一定渗透压下的，为了在实验过程中维持叶绿体的正常形态和功能，
需保持叶绿体内外的渗透压平衡，即需要形成等渗溶液，故配制叶绿体悬浮液时应加入一定浓度的蔗糖溶
液，A错误；
B、希尔反应研究了叶绿体中光反应阶段的部分变化，该电子受体指的是NADP+，它接受电子和氢离子之
后产生NADPH，B错误；
C、根据题干“Amon又发现处于光下的叶绿体在不供给CO 时，既能积累还原态电子受体也能积累
2
ATP；若撤去光照，供给 CO，则还原态电子受体和 ATP 被消耗，并有有机物（CHO）产生”可知，
2 2
Amon的实验说明（CHO）的生成可以不需要光，但需要CO、ATP、还原剂等，C正确；
2 2
D、若向叶绿体悬浮液提供光照，光反应进行产生ATP和NADPH，虽不提供CO，暗反应中CO 固定形成
2 2
C 的过程不能进行，但由于向悬液中加入了C ，故在提供了C 的前提下，NADPH和ATP用于暗反应中
3 3 3
C 的还原，NADPH和ATP不断被利用，短时间内不会出现积累，D错误。
3
故选C。02 光合作用和细胞呼吸的关系
【例2】正常光照条件下，某植物叶片叶肉细胞进行光合作用、有氧呼吸的示意图如下（数字表示结构，
小写字母表示物质的移动情况），有关说法正确的是（ ）
A．有氧呼吸发生的场所为图中2、3处
B．线粒体产生的CO 被叶绿体利用，至少穿过5层生物膜
2
C．突然黑暗处理，叶绿体内C 含量短时间内将增加
3
D．h=c，d=g时，该植株光合作用速率等于呼吸作用速率
【答案】C
【分析】根据题可知，该图是叶绿体的结构和功能、线粒体的结构和功能及光合作用过程与呼吸作用过程
的关系，其中h和a代表线粒体释放二氧化碳；b和c代表叶绿体吸收二氧化碳；d和e代表叶绿体释放氧
气；f和g代表线粒体吸收氧气；物质A是丙酮酸。1代表线粒体外膜、2代表线粒体内膜、3代表线粒体
基质、6代表叶绿体外膜、7代表叶绿体内膜、8代表叶绿体的基粒（由类囊体薄膜堆叠形成）、9代表叶
绿体基质。
【详解】A、有氧呼吸发生的场所为细胞质基质及图中2（线粒体内膜）、3（线粒体基质），A错误；
B、线粒体产生的CO 被叶绿体利用，至少穿过4层生物膜，B错误；
2
C、突然黑暗处理，光反应停止，则为暗反应提供的ATP和NADPH减少，叶绿体内C 含量短时间内将增
3
加，C正确；
D、h=c，d=g时，叶肉细胞内光合作用速率等于呼吸作用速率，植株光合作用速率小于呼吸作用速率，D
错误。
故选C。
【变式2-1】如图表示某植物的一个叶肉细胞及其相关生理过程示意图，下列说法中不正确的是（ ）A．图中的叶肉细胞呼吸释放的CO 量大于光合作用固定的CO 量
2 2
B．M中NADPH的运动方向是从叶绿体的类囊体到叶绿体的基质
C．M、N都有两层膜，都能产生ATP
D．真核细胞中都含有M、N，原核细胞中都不含M、N
【答案】D
【分析】题图分析：图中M表示叶绿体，叶绿体是进行光合作用的场所；N是线粒体，线粒体是进行有氧
呼吸的主要场所。图中看出，线粒体有氧呼吸产生的二氧化碳除了供给叶绿体光合作用以外，还有部分扩
散到细胞外，说明叶肉细胞中有氧呼吸强度大于光合作用强度。
【详解】A、分析题图可知，图示细胞中线粒体进行有氧呼吸产生的CO 除了供叶绿体M使用外，还释放
2
到细胞外，则说明呼吸作用释放的CO 量大于光合作用固定的CO 量，A正确；
2 2
B、NADPH是光反应的产物，在暗反应中起作用。光反应发生在类囊体膜上，暗反应发生在叶绿体基质。
因此，叶绿体中NADPH的运动方向是由叶绿体的类囊体到叶绿体的基质，B正确；
C、M可以进行光合作用，N是有氧呼吸的主要场所，两者都有两层膜，都可以产生ATP，C正确；
D、真核细胞中不一定含线粒体（N）和叶绿体（M），如哺乳动物成熟的红细胞，D错误。
故选D。
【变式2-2】光合作用与呼吸作用环环相扣、相互依存，两者虽然都是为植物的存活而进行服务，但二者
又有各自独立的工作系统。如图是某植物光合作用和细胞呼吸过程示意图，Ⅰ~Ⅶ代表物质,①~③代表过
程。下列叙述正确的是（ ）
A．甲过程中的Ⅱ物质与乙过程中Ⅵ物质是同一种物质，甲过程中的Ⅲ物质与乙过程中Ⅶ物质不是同
一种物质。B．乙过程中①过程与②过程所产生的能量之和多于③过程所产生的能量
C．叶肉细胞中甲过程产生的Ⅳ物质多于乙过程所消耗的Ⅳ物质时，植物将生长
D．乙过程产生的ATP并不能用于甲过程
【答案】D
【分析】甲图是光合作用的过程，Ⅰ是NADPH，Ⅱ是氧气，Ⅲ是二氧化碳，Ⅳ是葡萄糖；乙图是有氧过
程，Ⅴ是NADH，Ⅵ是氧气，Ⅶ二氧化碳；①是有氧呼吸和无氧呼吸第一阶段，②是有氧呼吸第二阶段，
③是有氧呼吸第三阶段。
【详解】A、甲过程中的I物质是NADPH，Ⅱ是氧气，乙过程中的V是NADH，Ⅵ是氧气；甲过程中的Ⅲ
是二氧化碳，乙过程中的Ⅶ二氧化碳，A错误；
B、乙过程中①过程是有氧呼吸第一阶段，②过程是有氧呼吸第二阶段，③过程是有氧呼吸第三阶段，③
过程所产生的能量远远多于①和②产生能量之和，B错误；
C、甲是光合作用的过程，乙是有氧呼吸，叶肉细胞有机物的产生量多于所有细胞细胞呼吸消耗量植物才
能生长，叶肉细胞光合作用产生的葡萄糖多于叶肉细胞有氧过程消耗的葡萄糖时，植物未必生长，C错误；
D、甲是光合作用的过程，乙是有氧呼吸，甲过程暗反应需要的ATP来自于光反应，乙过程产生的ATP不
用于甲过程，用于其他各项生命活动，D正确。
故选D。
考点三 光合作用的影响因素及其应用
01 探究环境因素对光合作用强度的影响
【例1】在温度、水分均适宜的条件下，分别测定甲、乙两种植物光合速率与呼吸速率的比值（P/R）随光
照强度的变化，结果如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．光照强度为c时两植物积累有机物的速率相等
B．若光照强度突然由b变为a，短时间内叶绿体中C 含量增多，C 含量减少
3 5C．d点后限制两植物光合速率的主要环境因素相同
D．这两种植物间作时有利于提高光能利用率
【答案】A
【分析】曲线的纵坐标是光合速率与呼吸速率的比值（P/R），当P/R=1时，光合速率等于呼吸速率，此
时的光照强度即光的补偿点。
【详解】A、光照强度为c时两植物的光合速率与呼吸速率的比值（P/R）相等，光合速率与呼吸速率的差
值（净光合速率，积累有机物的速率）不一定相等，A错误；
B、若光照强度突然由b变为a，光照强度减弱，短时间内光反应产生的ATP和NADPH减少，被还原的C
3
减少，C 的生成速率不变，故叶绿体中C 含量增多，C 含量减少，B正确；
3 3 5
C、d点后限制两植物光合速率的主要环境因素相同，都是CO 浓度，C正确；
2
D、当P/R=1时，光合速率等于呼吸速率，此时的光照强度即光的补偿点，由曲线可知，乙的光补偿点和
光饱和点都低于甲，能够利用空间不同层次的光，所以这两种植物间作时有利于提高光能利用率，D正确。
故选A。
【变式1-1】一般情况下光照增强，绿色植物的光合作用增强。但是在光照最强的夏季中午，由于气孔关
闭，CO 进入叶肉细胞减少，绿色值物的光合作用不但不继续增强，反而下降，这是因为（ ）
2
A．水光解后产生的NADPH数量不足
B．叶绿体利用光能合成的ATP的数量不足
C．供给光反应光解的水的数量不足
D．暗反应生成的C 化合物数量不足
3
【答案】D
【分析】光合作用的过程包括光反应和暗反应两个阶段，光反应能为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应
能为光反应提供ADP和Pi，影响光合作用的因素有光照强度、温度和二氧化碳浓度等。
【详解】A、水光解受光照强度的影响，光照最强的夏季中午水光解产生的[H]（NADPH）数量充足，A
错误；
B、水光解受光照强度的影响，光照最强的夏季中午叶绿体中光反应产生的ATP的 数量充足，B错误；
C、夏季中午，蒸腾作用强，气孔关闭，起到了保水的作用，因此不会导致供给光反应光解的水的数量不
足，C错误；
D、夏季中午，蒸腾作用强，气孔关闭，二氧化碳不能进入细胞间隙，形成的C 化合物少，影响暗反应，
3
D正确。
故选D。
【变式1-2】下图表示某植物在不同光照强度条件下，光合作用受CO 浓度影响的变化曲线，据图分析正
2确的是（ ）
A．该实验的自变量是CO 浓度
2
B．限制b点光合作用强度的环境因素主要是光照强度
C．当光照强度突然由b变为c，短时间内叶肉细胞中C 的含量将升高
3
D．当CO 浓度为200mg·L-1时，叶肉细胞产生ATP的场所是线粒体和细胞质基质
2
【答案】B
【分析】二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。
当二氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。
【详解】A、据图可知，该实验的自变量为CO 浓度和光照强度，A错误；
2
B、b点后不在随着CO 浓度升高，光合速率升高，因此CO 浓度不在是限制因素，根据三条曲线的差异可
2 2
知，限制b点光合作用强度的环境因素主要是光照强度，B正确；
C、当光照强度突然由b变为c，即光照强度增加，光反应产生ATP和NADPH增加，还原C 的速率加快，
3
但短时间内CO 固定速率不变，因此叶肉细胞中C 的含量将下降，C错误；
2 3
D、当CO 浓度为200mg·L-1时，净光合速率为0，此时光合作用和细胞呼吸都可产生ATP，因此叶肉细胞
2
产生ATP的场所是线粒体、细胞质基质和叶绿体的类囊体薄膜，D错误。
故选B。
02 光呼吸
【例2】光呼吸是植物利用光能，吸收O 并释放CO 的过程。研究者将四种酶基因（GLO、CAT、GCL、
2 2
TSR）导入水稻叶绿体，创造了一条新的光呼吸代谢支路（GCGT支路），如图虚线所示。据图分析，下
列推测正确的是（ ）A．光呼吸时C 与O 的结合发生在线粒体内膜上
5 2
B．在光呼吸中有ATP和NADPH的生成和消耗
C．有GCGT支路的转基因植物发生了基因突变
D．GCGT支路可以降低碳损失从而提高光合效率
【答案】D
【分析】分析题图可知，光呼吸代谢支路（GCGT支路）可以将部分碳重新回收进入卡尔文循环，有利于
降低光呼吸消耗从而提高光合速率
【详解】A、卡尔文循环的场所为叶绿体基质，图中光呼吸代谢支路利用卡尔文循环中的C ，故C 和O
5 5 2
的结合发生叶绿体基质中，A错误；
B、GCGT支路中，甘油酸转化为PGA过程中有ATP的消耗，在乙醛酸转化为甘油酸过程中有NADH的
消耗，故由GCGT支路分析可知，该过程有ATP和NADPH的消耗但没有ATP和NADPH的生成，B错误；
C、转基因属于基因重组，而非基因突变，C错误；
D、光呼吸代谢支路（GCGT支路）可以将部分碳重新回收进入卡尔文循环，有利于降低光呼吸消耗从而
提高光合速率，D正确。
故选D。
【变式2-1】Rubisco酶是绿色植物光合作用过程中的关键酶，当CO 浓度较高时，该酶催化CO 与C 反应，
2 2 5
进行光合作用。当O 浓度较高时，该酶催化C 与O 反应，最后在线粒体内生成CO。植物这种在光下消
2 5 2 2
耗O 产生CO 的现象称为光呼吸。下列叙述错误的是（ ）
2 2
A．绿色植物进行光呼吸的场所有叶绿体基质和线粒体
B．Rubisco酶催化C 与CO 或O 反应，不具有专一性
5 2 2
C．光合作用过程中，CO 和C 反应不消耗NADPH和ATP
2 5
D．植物黑暗中产生CO 的场所可能为细胞质基质、线粒体基质
2
【答案】B【分析】光合作用分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段的特征是在光驱动下生成氧气、ATP和
NADPH的过程。暗反应阶段是利用光反应生成NADPH和ATP进行碳的同化作用，使气体二氧化碳还原
为糖。由于这阶段基本上不直接依赖于光，而只是依赖于NADPH和ATP的提供，故称为暗反应阶段。
【详解】A、绿色植物进行光呼吸的过程为C 与O 反应，最后在线粒体生成CO，因此场所为叶绿体基质
5 2 2
和线粒体，A正确；
B、Rubisco酶催化C 与CO 或O 反应，具有专一性。酶的专一性是指酶能催化一种或一类反应，B错误；
5 2 2
C、光合作用过程中，CO 与C 反应生成C ，不需NADPH和ATP参与，C正确；
2 5 3
D、植物细胞黑暗中可以进行无氧呼吸、有氧呼吸，因此产生CO 的场所可能为细胞质基质或线粒体基质，
2
D正确
故选B。
【变式2-2】绿色植物在进行光合作用时会同时伴随发生一种消耗能量、吸收O 和释放CO 的现象，被称
2 2
为光呼吸。下图为光呼吸的关系示意图。下列有关说法错误的是（ ）
A．光呼吸吸收O、释放CO 的场所分别是叶绿体、线粒体
2 2
B．干旱高温等逆境条件下，植物的光呼吸会增强
C．温室栽培蔬菜时可通过增施有机肥减少光呼吸对光合产物的损耗
D．在光照条件下，若叶肉细胞中O 含量下降、CO 含量升高，会促进光呼吸
2 2
【答案】D
【分析】由图可知，光呼吸和光合作用的反应都利用C 作为原料，但光合作用的暗反应阶段通过C 的还
5 3
原生成糖类和C ，实现了C 的再生，而光呼吸将C 分解生成CO，在高CO 的环境下，进行暗反应，在
5 5 5 2 2
高O 的环境下，会发生光呼吸。
2
【详解】A、C 存在于叶绿体基质中，由图可知，光呼吸吸收O、释放CO 的场所分别是叶绿体、线粒体，
5 2 2
A正确；
B、分析图示可知，若O 含量上升，CO 含量下降，会促进光呼吸，由于干旱高温时，蒸腾作用很强，气
2 2
孔大量关闭，导致CO 浓度降低，C 更易于与O 结合，导致光呼吸增强，B正确；
2 5 2
C、分析图示可知，若O 含量下降，CO 含量升高，会抑制光呼吸，因此温室栽培蔬菜时可通过增施有机
2 2
肥（被土壤微生物分解产生CO）等措施减少光呼吸对光合产物的损耗，并且可以并增强土壤的肥力，C
2正确；
D、由图可知，光呼吸和光合作用的反应都利用C 作为原料，在光照条件下，若叶肉细胞中O 含量下降、
5 2
CO 含量升高，C 更易于与CO 结合，会抑制光呼吸，D错误。
2 5 2
故选D。
03 光抑制
【例3】光是影响植物生命活动的重要环境因子之一，有大量证据表明，当叶片捕获的能量超过暗反应碳
同化的能量时，过剩光能会导致活性氧生成量的急剧增加，活性氧分子的大量存在能够致使色素氧化或类
囊体伤害，这种现象称为光抑制。叶片刚伸出时位于冠层顶部或枝条先端，容易暴露在强光下。但是，植
物在进化过程中形成了一系列适应强光的机制。下列叙述错误的是（ ）
A．光抑制主要通过减弱光反应，进而影响暗反应
B．幼叶不容易发生光抑制可能与其色素量低和捕获光能少有关
C．植物经过长期进化，幼叶与叶柄的夹角可能小于成熟叶以适应强光
D．经济林种植为降低光抑制可选择阴生植物品种
【答案】D
【分析】光不仅可以为植物提供能量，还可作为一种信号，影响、调控植物生长、发育的全过程。
【详解】A、光抑制使色素氧化或光合结构伤害，减弱光反应，进一步影响暗反应，A正确；
B、幼叶叶绿素含量低，捕获光能少，光合作用结构发育不完善，不会有过剩的光能，所以光抑制不易发
生，B正确；
C、经长期进化，幼叶与叶柄的夹角小于成熟叶，导致其捕获光能较少以适应强光，C正确；
D、光抑制是不能充分利用光能，引起光能过剩而使光合作用减弱，故经济林种植为降低光抑制应选择更
耐强光的阳生植物品种，D错误。
故选D。
【变式3-1】光能超过光合系统所能利用的数量时，光合功能会下降，这种现象称为光抑制。光抑制主要
表现为光系统Ⅱ光化学效率以及饱和光强下光合速率的降低，光系统Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）可用来
表示光抑制程度。当光系统从环境中吸收的光能超出其光能利用能力时，光能以热能的形式耗散，称为非
光化学猝灭（NPQ）。科研人员研究了抗坏血酸（AsA）对甜椒低温弱光条件下的光抑制程度和机理，结
果如图1和图2．下列说法错误的是（ ）A．光照过强可能使光系统Ⅱ蛋白受损，光反应合成的NADPH、ATP减少，光合速率降低
B．4℃下更易发生光抑制，因低温使暗反应速率变慢、需能减少，导致光能过剩
C．题中实验的自变量有两个，即低温胁迫和弱光双重因素的影响
D．低温下，AsA处理能够减轻光抑制的机理是增加了热耗散
【答案】C
【分析】光能过多，会使得光合功能下降，光化学效率随时间下降，导致光抑制。同时非光化学猝灭随时
间增多。
【详解】A、光照过强可能是通过使光系统Ⅱ蛋白受损，从而使得光合能力下降，进而使得光反应合成的
NADPH、ATP减少，光合速率降低，A正确；
B、根据图2中的曲线的不同，可知4℃下同一时间非光化学猝灭更高，更易发生光抑制，这是因为低温使
暗反应速率变慢、需能减少，导致光能过剩，B正确；
C、根据图中的不同的曲线可知，题中实验的自变量有两个，即低温弱光胁迫和AsA处理因素的影响，C
错误；
D、抗坏血酸（AsA）使得非光化学猝灭增强，而光能以热能的形式耗散，所以AsA处理是通过增加了热
耗散从而减轻光抑制，D正确。
故选C。
【变式3-2】当光照过强，植物吸收的光能超过光合作用所能利用的能量时，引起光能转化效率下降的现
象称为光抑制。光抑制主要发生在光系统（PSII），PSII能将水分解为O 和H+并释放电子。电子积累过多
2会产生活性氧使PSII变性失活，导致光合速率下降。为研究铁氰化钾（MSDS，一种电子受体）对微藻光
抑制现象的作用，研究人员进行了相关实验，结果如下图。下列说法错误的是（ ）
A．PSII分解水产生的H+和电子与NAD+结合形成暗反应所需的NADH
B．光强度在I～I，对照组光合放氧速率不再上升与光能转化效率下降有关
1 2
C．在经光强度I 处理的微藻中加入MSDS后，光合放氧速率无法恢复正常
3
D．上述实验结果说明MSDS可能通过接受电子降低PSⅡ受损来减轻微藻的光抑制
【答案】A
【分析】由题干信息可知，“电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降”，实验结果中，加
入铁氰化钾的组相比对照组在高光照强度下没有光抑制，光合速率持续增加，推测铁氰化钾能将光合作用
产生电子及时导出，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，因而能够有效解除光抑制。
【详解】A、光反应中，水分解为氧气、H+和电子，电子与H+、NADP+结合形成NADPH，该过程中光能
转化为NADPH中活跃的化学能，A错误；
B、由图可知光照强度从I 到I 的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，
1 2
但由于光照强度增加，因此光能转化效率下降，B正确；
CD、对照组中经I 光照强度处理的微藻PSⅡ没有被破坏，加入铁氰化钾后，光抑制解除，置于I 光照强度
1 3
下，光合放氧速率会升高；而I 光照强度下，微藻细胞中PSⅡ已经被累积的电子破坏，加入铁氰化钾后能
3
减轻微藻的光抑制，但并不能恢复，光合放氧速率仍然较低，CD正确。
故选A。
考点四 光合速率和呼吸速率的综合分析
01“三率”的关系及测定
【例1】放置有绿色植物的某密闭容器中， 浓度随时间的变化如图所示，其中a、b为不同实验阶段，
其他条件适宜且恒定。已知总光合速率=净光合速率+呼吸速率（均用 浓度表示），下列分析正确的是（ ）
A．阶段a该植物不进行呼吸作用
B．阶段a该植物的平均总光合速率为
C．若一直给予适宜光照，则容器中的植物的光合速率会一直增大
D．该植物的光合作用强度受到自身色素及酶的含量的影响
【答案】D
【分析】影响光合作用的环境因素
1、温度对光合作用的影响：在最适温度下酶的活性最强，光合作用强度最大，当温度低于最适温度，光
合作用强度随温度的增加而加强，当温度高于最适温度，光合作用强度随温度的增加而减弱。
2、二氧化碳浓度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随二氧化碳浓度的增加而增强。当二
氧化碳浓度增加到一定的值，光合作用强度不再增强。
3、光照强度对光合作用的影响：在一定范围内，光合作用强度随光照强度的增加而增强。当光照强度增
加到一定的值，光合作用强度不再增强。
【详解】A、阶段a该植物能进行光合作用，能进行呼吸作用，A错误；
B、阶段a该植物的平均总光合速率为＝净光合速率＋呼吸速率=[（1200-300）+（600-
300）]÷0.5=2400μmol⋅mol−1⋅h−1，B错误；
C、由于在密闭容器中， 二氧化碳的浓度固定，若一直给予适宜光照，则容器中的植物的光合速率不会一
直增大，C错误；
D、除了光照强度，环境中CO 的浓度、叶肉细胞中色素和酶的含量等也会影响光合作用强度，D正确。
2
故选D。
【变式1-1】将某绿色植物放在特定的实验装置中，给予适宜的条件，研究温度对其光合作用和呼吸作用
的影响。实验以CO 的吸收量或释放量（单位：mg/h）为指标，实验结果如下表所示，下列对表中数据分
2
析正确的是（ ）温度/℃ 5 10 15 20 25 30 35
光下吸收CO 1.00 1.75 2.50 3.25 3.75 3.50 3.00
2
暗中释放CO 0.50 0.75 1.00 1.50 2.25 3.00 3.50
2
A．该植物呼吸作用的最适温度是35℃
B．该植物光合作用的最适温度是25℃
C．每天24h光照，该植物在10℃下一天净吸收24mgCO
2
D．每天12h光照，12h黑暗，该植物在35℃下无法存活
【答案】D
【分析】光照下吸收CO 量表示净光合速率，净光合速率＝实际光合速率－呼吸速率；黑暗中释放CO 量
2 2
表示呼吸速率。
【详解】A、黑暗中释放CO 量表示呼吸速率，分析表格数据可知，在5～35℃范围内，植物的呼吸作用随
2
温度的升高而升高，因缺乏高于35℃的实验组，因此不能得出“35℃是该植物呼吸作用的最适温度”的结
论，A错误；
B、光照下吸收CO 量表示净光合速率，实际光合速率＝净光合速率＋呼吸速率，结合表格数据可知，该
2
植物光合作用的最适温度是30℃，B错误；
C、每天24h光照，该植物在10℃下一天净吸收（1.75×10）即17.5mgCO ，C错误；
2
D、每天12h光照，12h黑暗，该植物在35℃下积累的有机物为：3×12—12×3.5＜0，故每天12h光照，12h
黑暗，该植物在35℃下无法存活，D正确。
故选D。
【变式1-2】某生物研究小组在密闭恒温玻璃室内进行植物栽培实验，连续48h测定温室内CO 浓度及植物
2
CO 吸收速率，得到如图所示曲线（整个过程呼吸作用强度恒定），下列叙述正确的是（ ）
2
A．图中植物呼吸速率与光合速率相等的时间点有3个
B．在24h时叶肉细胞合成ATP的场所只有线粒体C．据图推测，实验开始的前24小时比后24小时的平均光照强度弱
D．据图推测，36h时该植物体内有机物的积累量最多
【答案】C
【分析】1、影响光合作用的外界因素主要是光照强度、温度、CO 浓度等。细胞内合成ATP的生理过程
2
有光合作用和细胞呼吸；
2、绿色植物的实际光合作用速率-呼吸速率=净光合作用速率；
3、分析坐标曲线时，一看横、纵坐标意义，二看曲线的起点、转折点、终点的意义，三看曲线的变化趋
势。
【详解】A、图中植物呼吸速率与光合速率相等的点即是CO 吸收速率=0时，分别是6、18、30、42四个
2
时间点，A错误；
B、在24h时植物只进行呼吸作用，能产生ATP的场所有细胞质基质和线粒体，B错误；
C、据图可知，前24h时室内CO 浓度是b，b=a，而后24h时室内CO 浓度是c，c＜b（二氧化碳含量减
2 2
少），则后24h内的总光合作用强度大于前24h，前24小时比后24小时的平均光照强度弱，C正确；
D、叶绿体利用CO 速率最大的时刻是CO 吸收速率最大时，即36时，但二氧化碳吸收速率＞0，就一直
2 2
有有机物的积累，故36h时该植物体内有机物的积累量不是最多，42h时有机物积累量大于36h时，D错误。
故选C。
02光合作用与细胞呼吸的综合曲线分析
【例2】江南晴朗的夏季,将一株健壮的薄荷放入密闭的透明玻璃罩内，在室外继续培养。玻璃罩内安装了
CO 浓度自动检测仪,玻璃罩内仪器输出CO 浓度曲线如下图,水平虛线代表实验开始时玻璃罩内的CO 浓度,
2 2 2
下列叙述正确的是（ ）
A．BC段玻璃罩内CO 浓度上升速度减慢,可能是该时段环境温度降低抑制细胞呼吸所致.出现FG段的
2
原因是气孔开度下降
B．D点、H点时植物体叶肉细胞的光合作用强度等于其呼吸作用强度
C．在相同实验条件下将苋菜置于玻璃罩内发现H点更低,可能是苋菜能利用更高浓度的CO
2D．薄荷中有机物的含量多少的顺序为H点>E点=A点>D点,光合作用从D点开始到H点结束
【答案】A
【分析】据图分析：由于该绿色植物放入密闭的透明玻璃罩内，玻璃罩内CO 浓度上升表示只有呼吸作用
2
强度或呼吸作用大于光合作用强度，玻璃罩内CO 浓度下降表示光合作用强度大于呼吸作用强度，图中D
2
和H表示呼吸作用强度等于光合作用强度的两个点。
【详解】A、4点左右气温低，BC段玻璃罩内CO 浓度上升速度减慢，可能是该时段环境温度降低抑制细
2
胞呼吸所致，12点左右光照太强、蒸腾作用过强导致FG段气孔的开度下降以减少水分散失进而引起气孔
开度下降，A正确；
B、D点、H点时植物体的光合作用强度等于其呼吸作用强度，多数细胞不进行光合作用，D点、H点时植
物体叶肉细胞的光合作用强度大于其呼吸作用强度，B错误；
C、在相同实验条件下将苋菜置于玻璃罩内发现H点更低，可能是苋菜能利用更低浓度的CO，C错误；
2
D、薄荷中有机物的含量多少的顺序为H点>E点=A点>D点，光合作用从D点左边开始到H点右边结束，
D错误。
故选A。
【变式2-1】某转基因作物有很强的光合作用能力。某中学生物兴趣小组在暑假开展了对该转基因作物光
合作用强度测试的研究课题，设计了如下装置。下列有关叙述错误的是（ ）
A．若测定植物的呼吸作用强度，应该将甲、乙装置的中都放入NaOH溶液且进行黑暗处理
B．若测定植物的净光合作用强度，应该将甲、乙装置的D中都放入NaHCO 溶液且放在光照充足的
3
条件下
C．测定植物呼吸作用强度时，30min后甲装置液滴向左移1．5cm，乙装置右移0．5cm，则呼吸作用
强度为3cm/h
D．测定植物净光合作用强度时，30min后，甲装置液滴向右移4．5cm，乙装置右移0．5cm，则净光
合作用强度为8cm/h【答案】C
【分析】题图分析：测定植物的呼吸作用强度和光合作用的不同在于装置D中所放入的液体的不同。若该
装置测定细胞呼吸作用强度时，甲乙两装置的D中都放入NaOH溶液，吸收二氧化碳，因此液滴的移动就
来自于氧气的吸收量，液滴向左移动；此外还要排除光合作用的影响。若该装置测定植物的净光合作用强
度时，甲乙两装置的D中都放入NaHCO 溶液，提供原料二氧化碳，因此液滴的移动就来自于氧气的释放
3
量，液滴向右移动，同时提供光合作用发生的适宜条件。
【详解】A、若测定植物的呼吸作用强度，应该将甲、乙装置的中都放入NaOH溶液且进行黑暗处理，此
时液滴的移动是装置中的氧气浓度变化引起的，测定的是呼吸消耗的氧气量，乙装置起着矫正作用（排出
外界因素对实验结果的干扰），A正确；
B、若测定植物的净光合作用强度，应该将甲、乙装置的D中都放入NaHCO 溶液，保证光合作用过程中
3
的二氧化碳供应并维持二氧化碳浓度稳定，装置中气压的改变是光合作用释放的氧气（净光合作用强度）
引起的，同时需要将装置放在光照充足的条件下，乙装置同样起着对照作用，甲装置液滴移动的距离可以
反映净光合作用强度大小，B正确；
C、测定植物呼吸作用强度时，30min后甲装置液滴向左移1.5cm，乙装置右移0.5cm（对照组），那么实
际上甲装置呼吸作用使液滴向左移了1.5+0.5=2cm，则呼吸作用强度为2÷0.5=4cm/h，C错误；
D、测定植物净光合作用强度时，30min后，甲装置液滴向右移4.5cm，乙装置右移0.5cm（对照组），那
么实际上甲装置净光合作用使液滴向右移了4.5-0.5=4cm，则净光合作用强度为4÷0.5=8cm/h，D正确。
故选C。
【变式2-2】生物科技小组的同学利用完全培养液，对某种植物离体的叶肉细胞进行悬浮培养，进行了一
系列实验测定，绘制成如下图所示曲线。据图分析，正确的是（ ）
A．在35℃时，叶肉细胞的总光合作用速率与呼吸作用速率相等
B．叶肉细胞中光合作用相关酶比呼吸作用相关酶的最适温度低
C．保持其他条件不变，突然增加CO 浓度时，短时间内叶肉细胞中C 和C 的含量将增多
2 3 5D．该实验需要改变的自变量只有温度
【答案】B
【分析】分析题图可知，光下氧气的释放速率代表净光合速率，氧气的吸收代表的是呼吸速率。植物的真
光合速率=净光合速率+呼吸速率。当真光合速率与呼吸速率相等时，净光合速率为0。
【详解】A、光下氧气的释放速率代表净光合速率，黑暗下氧气的吸收代表的是呼吸速率。35℃时，叶肉
细胞的净光合速率与呼吸速率相等，那么叶肉细胞的总光合作用速率是呼吸作用速率的两倍，A错误；
B、根据图像分析，光合作用的最适温度大约在25℃，而呼吸作用的最适温度不低于50℃，因此叶肉细胞
中光合作用相关酶比呼吸作用相关酶的最适温度低，B正确；
C、短时间内，突然增强CO 浓度时，而CO 的固定速率加快即C 消耗速率加快，C 生成速率加快，而C
2 2 5 3 3
的还原速率不变即C 生成速率以及C 消耗速率都不变，因此短时间内叶肉细胞中C 含量将增多，C 含量
5 3 3 5
将减少，C错误；
D、由曲线可知，该实验需要改变的自变量有温度和是否光照，D错误。
故选B。
