文档文本内容
第10 讲 光合作用
目 录
01 考情解码·考点定标................................................2
02 体系构建·思维领航................................................3
03 考点突破·考向探究................................................3
考点一 捕获光能的色素和结构...................................................3
知识点1 绿叶中色素的提取和分离...................................................................................................3
知识点2 色素的分布和作用.................................................................................................................5
知识点3 叶绿体的结构和功能............................................................................................................6
考向 捕获光能的色素和结构...............................................................................................................7
考点二 光合作用的原理.........................................................8
知识点1 光合作用的探究历程............................................................................................................8
知识点2 光合作用的过程.....................................................................................................................9
考向1 光合作用原理实验.................................................................................................................11
考向2 光合作用的物质和能量变化..............................................................................................13
重难点透析 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析..............................................15
考点三 光合作用强度的影响因素................................................16
知识点1 探究光照强度对光合作用强度的影响..........................................................................16
知识点2 光合作用强度影响的因素（单+多）............................................................................17
考向1 探究环境因素对光合作用强度的影响............................................................................20
考向2 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理.....................................................22
04 真题感知·命题洞见（含2025 年高考真题）..........................24
05 学以致用·能力提升..............................................31
一、教材知识链接..........................................................................................................................................31
二、教材深挖拓展..........................................................................................................................................31
三、新情境（光合作用原理的拓展）.....................................................................................................32
考点要求
考查形式
2025 年
2024 年
2023 年
绿色中色素的提
取与分离
选择题
非选择题
河北卷T5,2 分
四川卷T16,10 分
贵州卷T3,2 分
江苏卷T12,2 分
光合作用的原理
选择题
非选择题
浙江1 月卷T22,11 分
福建卷T11，2 分
山西卷T5,6 分
光合作用的影响
因素及其应用
选择题
非选择题
河南卷T17,10 分
天津卷T15,10 分
湖北卷T11,2 分
考情分析：
1．从命题题型和内容上看，试题以非选择题为主，是常考内容，也会在选择题中出现。主要从以下几方
面考查：色素的种类与作用、叶绿体色素的提取与分离、光合作用的过程、影响光合作用的因素等。
2．从命题思路上看，从以下几个方面进行考查
(1)以文字描述、过程图解等形式呈现，要求考生准确阐述相关过程，或分析某一环节受阻对整个光合作
用的影响；
(2)引入大学教材中光合作用过程的文字或图解、光呼吸等内容，以信息题的形式考查考生对新知识的理
解和应用能力。
复习目标：
1.通过绿叶中色素的提取和分离实验，提高实验操作能力和对实验结果的分析能力。(科学探究)
2.通过分析光反应和暗反应中物质和能量的变化，理解物质与能量观。(生命观念)
3．理解C3、C5 等物质的变化和光合作用的相关曲线。(科学思维)
4.通过分析光合作用与细胞呼吸的关系，形成结构与功能相适应、物质与能量相互依存的生命观念。(生
命观念)
5．分析影响光合作用的因素的曲线模型，理解环境因素对光合作用的影响。(科学思维)
6．通过探究环境因素对光合作用强度的影响实验，培养实验设计和分析能力。(科学探究)
考点一 捕获光能的色素和结构
知识夯基
知识点1 绿叶中色素的提取和分离
1.实验原理：
(1)色素的提取：绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂(无水乙醇或丙酮)中，因此，可以用无水乙醇等有
机溶剂来提取叶绿体中的色素。
(2)色素的分离：根据绿叶中色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，
从而在扩散过程中将色素分离开来。（提醒：纸层析法）
2.实验步骤：
（1）提取色素：鲜嫩、颜色深绿的叶片（色素含量高）；称取、剪碎；加入SiO2（帮助研磨充分）和
CaCO3（保护叶绿素）、10ml 无水乙醇（溶解色素），迅速研磨并用单层尼龙布（防止滤纸吸附色素）过
滤，过滤后及时用棉塞将试管塞严
（2）制备滤纸条：减去两角（提醒：保证色素带整齐）
（3）画滤液细线：待滤液干后，重复1—2 次（积累更多色素）
（4）分离绿叶中的色素：滤液线不能触及层析液，防止色素溶解在层析液中。
3.实验结果分析：
绿叶中色素的种类
色素种类
色素含量
扩散速度
溶解度
胡萝卜素
最少
最快
最大
类胡萝卜素
(含量约占1/4)
叶黄素
较少
较快
较大
叶绿素a
最多
较慢
较小
叶绿素
(含量约占3/4)
叶绿素b
较多
最慢
最小
4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅
①未加二氧化硅，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取浓度太低(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。
(2)滤纸条色素带重叠
①滤纸条未经干燥处理。
②滤液线未达到细、直、齐的要求。
(3)滤纸条上没有色素带
①忘记画滤液细线。
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。
【名师提醒】
教材隐性知识： (必修1 P98“探究·
践”拓展
实
)提取
叶中的色素，也可用右
所示的方法：在
心
绿
图
圆
处
滴加适量
液，待干燥后再滴加适量
析液
行
析，
果会出
不同
色的
结
滤
层
进
层
现
颜
4 个同心
，
①～④
的
圆则
对应
色素及
色依次
颜
为
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)
【易错辨析】
(1)分离提取液中的光合色素可采用纸层析法。(2024·
州卷，
贵
3B)(√)
(2)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。(2023·全国乙卷，2D)(×)
溶解度越高扩散得越快。
(3)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。(2023·江
卷，
苏
12A)(×)
防止叶绿素被破坏。
(4)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·河北卷，3C)(√)
(5)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(2021·北京卷，13C)(×)
依据各种光合色素在层析液中的溶解度不同。
(6)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江
卷，
苏
17A)(×)
加入CaCO3 防止叶绿素被破坏。
知识点2 色素的分布和作用
1.分布：叶绿体类囊体薄膜上。
2.作用：吸收、传递、转化光能。
3.吸收光谱：一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光。叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝
卜素对蓝紫光的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
4.藻类中色素种类及光在海水中的分布
藻类
色素种类
含量最多的色素
分布及主要吸收的光
绿藻
叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜
素、叶黄素
叶绿素主要吸收红光和
蓝紫光，反射绿光
浅水层；主要吸收红
光和蓝紫光
褐藻
叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜
素、6 种叶黄素
某种叶黄素主要吸收绿
光和蓝紫光，反射红黄
光
中水层；主要吸收绿
光和蓝紫光
红藻
叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜
素、叶黄素、藻红素、藻蓝
素
藻红素主要吸收蓝紫
光，反射红光
深水层；主要吸收蓝
紫光
（提醒：这种现象与光能的捕获有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光，藻类本身的颜色是它们“反
射”的光。）
【名师提醒】
教材隐性知识：（必修1 P99 图5-12、旁栏思考）（1）从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a 在红光部分的
吸收带较叶绿素b 偏向长波方面，且吸收光谱带比叶绿素b 宽，叶绿素b 在蓝紫光部分的吸收光谱带比叶
绿素a 宽。
（2）研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。预测：在适当遮光的条件下叶片（比如
同一植物底层叶片）中叶绿素a/b 降低，弱光下的吸光能力增强，有利于提高植物的捕光能力，是对弱光
环境的一种适应。
（3）植物工厂里不用发绿光的光源是因为绿光波长的光被光合色素吸收的最少，因此不能用于光合作用
中合成有机物。
知识点3 叶绿体的结构和功能
1.叶绿体的结构
（1）双层膜：外膜、内膜
（2）基粒：由类囊体堆叠而成，分布有色素和与光反应有关的酶（提醒：增大膜面积）
（3）叶绿体基质：含有与暗反应有关的酶
2.叶绿体的功能——进行光合作用的场所
3.叶绿体功能的实验验证
（1）第一个实验
实验结论：O2是由叶绿体在光照条件下释放出来的，叶绿体是光合作用的场所。
（2）第二个实验
用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
实验结论：
a．叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。
b．叶绿体主要吸收红光和蓝紫光。（提醒：其他光不是不吸，只是吸收的少）
4.恩格尔曼实验设计的巧妙之处：
(1)实验材料用 水绵和需氧细菌 ，水绵的叶绿体 呈螺旋带状 分布，便于观察，用需氧细菌可确定 释
放氧气 的部位。
(2)没有空气的黑暗环境排除了 氧气和光 的干扰。
(3)用极细的光束照射，叶绿体上可分为 有光照 和 无光照 的部位，相当于一组对比实验。
(4)临时装片局部曝光与完全暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
考向研析
考向 捕获光能的色素和结构
例1．妥乐古银杏旅游景区位于六盘水市盘州市石桥镇妥乐村，全村拥有树龄300 年以上的古银杏1200 余
株，银杏果和叶都有很高的药用价值，叶变黄后具有很好的观赏价值。为探究古银杏树绿叶和黄叶所含色
素的差别，某同学用纸层析法进行相关的实验，该同学下列实验操作，错误的是（ ）
A．研磨液过滤时使用单层尼龙布
B．画滤液细线时要连续重复画2~3 次
C．分离色素应在通风好的条件进行
D．测定叶绿素的含量时可使用红光波段
【答案】B
【解析】A、研磨液过滤时使用单层尼龙布，目的是过滤残渣并保留色素滤液。尼龙布不会吸附色素，符
合实验要求，A 正确；
B、画滤液细线需等上一次干燥后再重复画线，若连续重复画线未干燥，会导致色素带过粗或重叠，影响
分离效果。题干中“连续重复画”操作错误，B 错误；
C、层析液含丙酮等挥发性有毒物质，需在通风环境中操作以避免危害，C 正确；
D、叶绿素吸收红光和蓝紫光，测定其含量时选择红光波段符合吸收光谱特性，D 正确；
【变式训练1·变考法】某兴趣小组以新鲜菠菜成熟叶作为材料进行“绿叶中色素的提取和分离”实验。将
材料用清水清洗、沥干、切碎后加入丙酮一无水乙醇混合提取剂，同时加入少量碳酸钙（CaCO3）和二氧化
硅（SiO2）进行浸提、研磨、过滤，过滤后采用纸层析法分离光合色素。下列叙述错误的是（ ）
A．加入CaCO3能中和细胞液中的有机酸，防止色素被破坏
B．加入SiO2的作用是使研磨更充分，以利于光合色素的释放
C．光合色素的浸提等工序应在避光处进行，以防止色素被光解
D．采用纸层析法分离色素后，滤纸条上类胡萝卜素条带宽于叶绿素条带
【答案】D
【解析】A、加入碳酸钙的目的是中和细胞液的有机酸，防止色素被破坏，使实验现象更加明显，A 正确；
B、加入SiO2的作用是使研磨更充分，以利于光合色素的释放，B 正确；
C、光合色素的浸提等工序应在避光处进行，以防止色素被光解，因为色素在光下易分解，C 正确；
D、类胡萝卜素含量少于叶绿素，采用纸层析法分离色素后，叶绿素的条带宽于类胡萝卜素的条带，D 错误。
故选D。
【变式训练2·变载体】原初反应是光合作用的初始步骤，包括光能被天线色素吸收、传递至反应中心和反
应中心色素与原初电子供体D 和原初电子受体A 之间的氧化还原反应。图甲为原初反应示意图，Chl、Chl*
和Chl+分别为反应中心色素的初始态、激发态和氧化态。图乙为光合色素X 的结构简式。下列相关说法，
正确的是（ ）
A．光能自养型生物进行原初反应的场所均为类囊体薄膜
B．色素X 为叶绿素，尾部可锚定于类囊体膜中，R 结构不同时色素X 的吸收光谱相同
C．D 释放的电子最初来自水的光解，A 接受的电子最终进入ATP 和NADPH
D．反应中心色素能将光能转换为电能，为后续ATP 和NADPH 的生成提供能量
【答案】D
【解析】A、光能自养型生物包括绿色植物、蓝细菌等。绿色植物进行原初反应的场所是类囊体薄膜，但
蓝细菌没有类囊体薄膜，其原初反应在光合片层上进行，A 错误；
B、从图乙光合色素X 的结构（含有Mg，有亲水头部和疏水尾部）可判断为叶绿素，尾部疏水可锚定在类
囊体膜（类囊体膜主要由脂质和蛋白质组成，疏水尾部可与之结合 ）；R 结构不同（—CH3或—CHO），则
色素X 的吸收光谱不同，因为R 基会影响色素的结构和功能，进而影响对光的吸收，B 错误；
C、D 释放的电子最初来自水的光解；A 接受电子后，经过一系列传递，最终用于NADPH 的生成，而不是
ATP，ATP 是通过光合磷酸化产生的，C 错误；
D、反应中心色素能吸收、传递和转化光能，将光能转换为电能，这些电能为后续ATP 和NADPH 的生成提供
能量，D 正确。
考点
二光合作用的原理
知识夯基
知识点1 光合作用的探究历程
时间/发现者
内容
19 世纪末
科学界普遍认为，在光合作用中，CO2分子的C 和O 被分开，O2被释放，C
与H2O 结合成甲醛，然后甲醛分子缩合成糖
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成糖
1937 年希尔
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H2O，没有
CO2)，在光照下可以释放出氧气
1941 年鲁宾、卡
门
用同位素示踪的方法，研究了光合作用中氧气的来源，HO＋CO2―→植
物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自
水（提醒：18O 无放射性）
1954 年阿尔农
在光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总是与水的光解相伴随
【名师提醒】
教材隐性知识：①源于必修1 P103“思考·
”：
用示意
来表示
讨论
尝试
图
ATP 的合成与希
反
的关系。
尔
应
②必修1 P102“思考·
”
讨论(节选·改编)：希
的
是否
明水的光解与糖的合成不是同一个化学反
？
尔
实验
说
应
提示：能说明，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，没有合成糖的另一种必
需原料—CO2，因此，该实验说明水的光解并非必须与糖的合成直接关联，暗示着希尔反应是相对独立的反
应阶段。
知识点2 光合作用的过程
1．光合作用的概念：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．光合作用的反应式：CO2＋
H 2O ――→
(CH
2O)
＋
O 2。
3．光合作用的过程
项目
光反应
暗反应
过程模型
实质
光能转化为化学能，并放出O2
同化CO2形成有机物
与光的关系
必须在光下进行
不直接依赖光
场所
在叶绿体内的类囊体薄膜上进行
在叶绿体基质中进行
物质转化
①水的光解：
H2O――→2H＋＋O2＋2e－
②NADPH
的合成
：
NADP＋＋H＋＋2e－――→NADPH
③ATP
的合成
：
ADP＋Pi＋能量――→ATP
①CO2
的固定
：
CO2＋C5――→2C3
②C3
的还原
：
2C3――→C5＋(CH2O)
③ATP
的水解
：
ATP――→ADP＋Pi＋能量
④NADPH
的分解
：
NADPH――→NADP＋＋H＋＋2e－
能量转化
光能→ATP
和
NADPH
中的化学能
ATP 和NADPH 中的化学能→
有机物中的化学能
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ADP、Pi 和NADP
＋
4.元素的转移途径
①H：3H2O――――→NADP
3 H ――――→
(C
3 H 2O)。
②C：14CO2――――→14 C 3――――→
( 14 CH
2O)。
③O：HO――――→18 O ；
C18O2――――→C3――――→
(CH
O)
。
5.化能合成作用与光合作用的对比
项目
光合作用
化能合成作用
条件
光、色素、酶
酶
原料
CO2和H2O 等无机物
产物
糖类等有机物
能量来源
光能
某些无机物氧化时释放的能量
生物种类
绿色植物、蓝细菌等
硝化细菌、硫细菌等
【名师提醒】
教材隐性知识：1.（必修1 P103 相关信息）水分解为O2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 的中文名称叫还原型辅酶Ⅱ，其作用是NADPH
作为活
泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。
2.（必修1 P104 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）。
3.（必修1 P104 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。
【易错辨析】
(1)植物
胞
生的
细
产
O2只能来自光合作用(2021·山
，
东16C)( × )
光合作用通过H2O 的光解可以产生O2，另外，植物细胞中具有过氧化氢酶，可以催化H2O2 水解为H2O
和O2。
(2)高温使作物叶
素降解，光反
生成的
绿
应
NADH 和ATP 减少(2023·湖北，11D)( × )
光反应中生成NADPH。
(3)在暗反
段，
应阶
CO2不能直接被
原
还
(2021·湖南，7B)( √ )
(4)在禾谷
作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会
下
类
暂时
降(2021·湖南，7C)( √ )
(5)光合作用的解析促
花期控制技
的成熟
进
术
(2024·广
，
东4C)( × )
光合作用的解析主要是对植物的光合作用机制进行研究，而花期控制技术更多地涉及植物激素、环境
因素等方面的知识，光合作用的解析与花期控制技术的成熟关系不大。
【易错提醒】
（1）叶绿体中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O 分解产生氧和NADPH；一方面用于ATP 的合成。
（2）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 既可作还原剂，又可为暗反应提供能量。
（3）供氢：NADPH。
（4）供能：ATP 和NADPH。
考向研析
考向1 光合作用原理实验
例1.光合作用过程经过了众多科学家长期大量的实验研究才逐渐被清晰认识。下列相关说法错误的是（
）
A．分别用不同颜色的光照射光合色素溶液，可以得到光合色素溶液的吸收光谱
B．恩格尔曼利用水绵和需氧细菌在没有空气的实验条件下，用极细光束照射水绵使水绵发生光合作用，
证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
C．希尔在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在有水、无CO2的条件下发现光照下有氧气
放出，说明水的光解是在叶绿体类囊体薄膜上进行
D．卡尔文用放射性同位素14C 标记的14CO2供小球藻进行光合作用，迫踪放射性14C 的去向，探明了CO2
中的碳是如何转化为有机物中的碳
【答案】C
【解析】A、光合色素对不同波长光的吸收能力不同，通过测量不同颜色光照射下的吸收率，可以得到光
合色素溶液的吸收光谱，这是研究光合色素特性的常规方法，A 正确；
B、恩格尔曼的实验利用水绵（含带状叶绿体）和需氧细菌，在无空气条件下，用极细光束照射水绵，需
氧细菌聚集在光照部位，证明叶绿体吸收光能并用于光合作用释放氧气，从而确认了叶绿体的功能，B 正
确；
C、希尔在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐等氧化剂，在光照、有水、无CO2的条件下观察到氧气释放，这证
明了水的光解是光合作用的一部分（即希尔反应），但该实验仅表明水光解发生在叶绿体中，并未直接证
明其位置在类囊体薄膜上，C 错误；
D、卡尔文使用14C 标记的CO2供小球藻进行光合作用，通过追踪14C 放射性去向，揭示了CO2中的碳如何转
化为有机物中的碳，D 正确；
【变式训练1·变载体】实验中常用希尔反应来测定除草剂对杂草光合作用的抑制效果。希尔反应基本过程：
将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有 DCIP（氧化剂）、蔗糖和缓冲液的溶液中并照光。水在光照下被分
解，产生氧气等，溶液中的DCIP 被还原，颜色由蓝色变成无色，用不同浓度的某除草剂分别处理品种甲
杂草和品种乙杂草的离体叶绿体并进行希尔反应，实验结果如下表所示。下列说法错误的是（ ）
除草剂相对浓度/%
0
5
10
15
20
25
30
品种甲放氧速率相对
值
5.0
3.
7
2.2
1.
0
0
0
0
品种乙放氧速率相对
值
5.0
4.
4
3.7
3.
0
2.2
1.
6
1.0
A．希尔反应中加入蔗糖溶液的目的是维持渗透压
B．希尔反应中的DCIP 相当于NADP+在光反应中的作用
C．与品种乙相比，除草剂抑制品种甲叶绿体的类囊体膜的功能较强
D．除草剂浓度为20%时，若向品种甲的希尔反应液中通入 CO2，在适宜光照下能检测到糖的生成
【答案】D
【解析】A、希尔反应中加入蔗糖溶液是为了维持渗透压，A 正确；
B、希尔反应模拟了光合作用中光反应阶段的部分变化，该阶段在叶绿体的类囊体膜中进行，溶液中的
DCIP 被还原，因此氧化剂DCIP 在希尔反应中的作用，相当于NADP+在光反应中的作用，B 正确；
C、据题图分析可知：抑制剂处理影响叶绿体放氧速率，说明抑制剂主要抑制光合作用的光反应阶段，光
反应阶段发生在类囊体膜上，与品种乙相比，甲的放氧速率较乙品种慢，即除草剂抑制品种甲叶绿体类囊
体膜的功能较强，C 正确；
D、除草剂浓度为20%时，若向品种甲的希尔反应溶液中通入二氧化碳，由于此时放氧的相对速率为0，说
明没有水的光解，则无还原剂产生，所以C3不能被还原成糖，在光照条件下不能检测到糖的生成，D 错误。
【变式训练2·变考法】在光合作用的探究历程中，众多科学家秉持着大胆质疑、勇于创新的科学精神，设
计并开展了一系列精巧实验，在不断探索与求证中，逐步揭开光合作用原理的神秘面纱，有关这些探究实
验，下列说法正确的是（ ）
A．恩格尔曼的水绵实验，制作临时装片时，一组是水绵和需氧细菌置于有空气的黑暗环境中，另一组
是水绵和需氧细菌置于有空气的完全光照环境中
B．希尔的离体叶绿体悬浮液实验操作是，让离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他还原剂（悬浮液中有
H2O 和CO2），观察实验现象
C．鲁宾和卡门的同位素示踪实验中，对照组是C18O2和H2O，实验组是CO2和H2
18O
D．希尔反应证明了水的光解和糖的合成不是同一个化学反应
【答案】D
【解析】A、恩格尔曼实验将水绵和需氧细菌置于没有空气环境中，利用极细光束照射显示好氧菌聚集于
叶绿体受光部位，证明光合作用释放O 及场所，
₂
A 错误；
B、希尔实验证明离体叶绿体在光下可使氧化剂（如铁盐）还原并释放O ，悬浮液中无需加入
₂
CO2，B 错误；
C、鲁宾和卡门实验中，两组分别标记H ₂ O 和CO 中的氧：一组为
₂
H ¹
₂ ⁸ O 和CO ，另一组为
₂
H ₂ O 和C ¹⁸ O ，
₂
两组实验为对比实验，均是实验组，C 错误；
D、希尔反应表明离体叶绿体在光下分解水产生O ，没有加入二氧化碳，没合成糖类，说明水的光解（光
₂
反应）与糖的合成（暗反应）为不同化学反应，D 正确。
故选D。
考向2 光合作用的物质和能量变化
例2.下图是某绿藻适应水生环境，提高光合效率的机制图。下列叙述正确的是（ ）
A．图示中能产生ATP 的结构有细胞质基质和线粒体
B．图中
浓度大小为细胞外>细胞质基质>叶绿体基质>类囊体腔
C．水光解产生的H 可进一步形成
⁺
NADH，为暗反应提供还原剂和能量
D．光反应通过确保暗反应中CO2的供应，帮助该绿藻适应水生环境
【答案】D
【解析】A、 观察可知，图中能产生ATP 的结构有细胞质基质、线粒体和叶绿体类囊体薄膜，A 错误；
B、从图中离子运输方向判断，HCO3
-进入细胞是主动运输，从细胞质基质进入叶绿体也是主动运输，所以
浓度大小为细胞外<细胞质基质<叶绿体基质，类囊体腔中未显示HCO3
-相关运输，无法与其他部位比较，B
错误；
C、水光解产生的H 可进一步形成
⁺
NADPH，为暗反应提供还原剂和能量，而NADH 是细胞呼吸过程产生的，C
错误；
D、从图中可知，光反应产生的能量可用于将细胞外的HCO3
-运输到叶绿体基质中转化为CO2，确保暗反应
中CO2的供应，帮助该绿藻适应水生环境，D 正确。
【变式训练1·变考法】绿色硫细菌（厌氧菌）因缺乏处理氧自由基的酶，可进行不产氧的光合作用，如图
所示。下列说法错误的是（ ）
A．绿色硫细菌在光合片层上将光能转化为NADPH 和ATP 中的化学能，用于暗反应
B．ATP 合酶利用H 浓度差合成
⁺
ATP，H+浓度差的形成是因为高能电子提供能量进行H+的跨膜运输
C．绿硫细菌的光合片层的结构和功能类似类囊体
D．绿色硫细菌光合作用的光解底物是H2S 而非H2O，这避免了大量氧气的产生，使得生命在氧气稀缺的
环境中得以延续和发展
【答案】B
【解析】A、由图1 可知：绿色硫细菌在光合片层上将光能转化为NADPH 和ATP 中的化学能，用于暗反应，
A 正确；
B、由图1 可知：ATP 合酶是一种跨膜蛋白，能够利用H 浓度差推动
⁺
ATP 的合成，H+浓度差形成的原因包括
高能电子（e-）提供能量进行H+的跨膜运输，也包括内腔中H2S 分解产生H+，细胞质基质中NADPH 合成消
耗H+，B 错误；
C、绿色硫细菌进行不产氧的光合作用，也能产生ATP 和NADPH，能为逆向TCA 循环提供能量，该功能类似
于叶绿体中的类囊体，C 正确；
D、绿色硫细菌为厌氧菌，其光合作用的光解底物是H2S 而非H2O，这避免了大量氧气的产生，使得生命在
氧气稀缺的环境中得以延续和发展，D 正确。
【变式训练2·变载体】植物光合产物的产生器官被称作“源”，光合产物卸出和储存的部位被称作“库”。
如图为棉花植株光合产物合成及运输过程示意图。下列相关说法错误的是（ ）
A．光合产物主要以蔗糖形式从“源”向“库”运输
B．若摘去棉铃（棉花果实），叶片中淀粉和蔗糖储存量增加，光合速率上升
C．叶绿体内C3转化生成丙糖磷酸过程中需要ATP 和NADPH 参与
D．叶绿体中的淀粉在夜间被降解有利于白天的光合作用进行，可以提高光合速率
【答案】B
【解析】A、 依题意，光合产物的产生器官被称作“源”，光合产物卸出和储存的部位被称作“库”。据
图可知，含叶绿体的细胞是“源”，生长根、茎及储存淀粉块茎为“库”，光合产物从“源”通过维管组
织向“库”运输的物质形式主要是蔗糖，A 正确；
B、若摘去棉铃（棉花果实），叶片中淀粉和蔗糖储存量增加，化学反应由于产物的积累导致反应速率变
慢，因此光合速率下降，B 错误；
C、叶绿体内C3转化生成丙糖磷酸过程属于C3还原过程，C3还原过程需要ATP 和NADPH 参与，C 正确；
D、淀粉是光合作用的产物，叶绿体中的淀粉在夜间被降解减少了叶绿体中光合产物的储存，进而有利于
白天的光合作用进行，可以提高光合速率，D 正确。
重难点透析 环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
1.“过程法”分析各物质变化
如图中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)突然发生变化
时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
在以上各物质的含量变化中，C3和C5含量的变化是相反的，若C3含量增加，则C5含量减少；[H]、ATP
和C5的含量变化是一致的，都增加，或都减少。
2.模型法表示C3 和C5 等物质含量变化
（1）以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。
（2）以上各物质变化中，C3和C5含量的变化是相反的，NADPH 和ATP 含量变化是一致的。
（3）起始值C3高于C5（约为其2 倍）。
考点
三光合作用强度的影响因素
知识夯基
知识点1 探究光照强度对光合作用强度的影响
1．光合作用强度
(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：用一定时间内原料消耗或产物生成的数量来定量表示。
2．探究光照强度对光合作用强度的影响
(1)实验原理：抽去圆形小叶片中的气体后，叶片在水中下沉，光照下叶片进行光合作用产生氧气，充满细
胞间隙，叶片又会上浮。光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。
(2)实验中变量分析
自变量
不同光照强度
控制自变量
调节光源与烧杯的距离进行控制
因变量
光合作用强度
检测因变量
同一时间段内叶片浮起的数量
对无关变量进行控制
叶片大小、溶液的量等保持一致
(3)实验流程：取材→排气→沉水→分组→光照→观察并记录。
(4)实验结果：在一定范围内，台灯与小烧杯的距离越近，单位时间内浮起的圆形小叶片也越多。
(5)实验结论：在一定范围内，随着光照强度不断增强，光合作用强度也增强
( 单位时间内圆形小叶片中产
生的O2越多，浮起的圆形小叶片也越多)。
【易错提醒】
(1)叶片上浮的原因是光合作用产生的O2大于有氧呼吸消耗的O2，不要片面地认为只是光合作用产生
了O2。
(2)打孔时要避开大的叶脉，因为叶脉中没有叶绿体，而且会延长圆形小叶片上浮的时间，影响实验
结果的准确性。
(3)为确保溶液中CO2含量充足，圆形小叶片可以放入NaHCO3溶液中。
知识点2 光合作用强度影响的因素（单+多）
1．内部因素
(1)与植物自身的遗传特性有关，以阴生植物、阳生植物为例，如图所示。
(2)植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
（提醒：影响叶绿素合成的因素还有光照、温度和矿质元素等。）
2．外部环境因素
(1)光照强度：光照强度通过影响光反应速率，影响ATP
及
[H]
的产生速率，进而影响暗反应速率。
①A—细胞呼吸强度，B—光补偿点，（提醒：C 点不是光饱和点）；
②AC 段，光合作用速率随光照强度的增加而增加；
③C 点后光合作用速率不再随光照强度的增加而变化；
④阴生植物的B 点前移，C 点较低，如图中虚线所示。
应用：温室生产中，适当增强光照强度，以提高光合速率，使作物增产；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)温度：温度通过影响酶的活性进而影响光合作用速率(主要是暗反应)
①B 点对应的温度为最适生长温度；
②AB 段，随温度升高光合作用速率升高；
③BC 段，随温度升高光合作用速率降低。
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；晚上适当降低温室内温度，
以降低细胞呼吸速率，保证植物有机物的积累。
(3)CO2浓度：CO2影响暗反应阶段，制约C3 的形成
①图1 中A 点表示CO2
补偿点
，即光合速率等于呼吸速率时的CO2浓度
②图2 中A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。
应用：在农业生产上可以通过“正其行，通其风”、增施农家肥等增大CO2浓度，提高光合速率。
(4)水分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，使光合速率下
降。另外，水分还能影响气孔的开闭，间接影响CO2进入植物体内。
①图1 表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。
②图2 曲线中间E 处光合作用强度暂时降低，是因为温度高，蒸腾作用过强，部分气孔关闭，影响了
CO2 的供应。
应用：根据作物的需水规律，合理灌溉
(5)矿质元素：矿质离子影响与光合作用有关的色素、酶、膜结构的形成。
①OA 段，随CO2矿质离子浓度的增加光合作用速率升高；
②B 点后，随矿质离子浓度的增加光合作用速率下降(细胞失水)；
应用：在农业生产上，根据植物的需肥规律，适时、适量地增施肥料，可以提高作物的光合作用效率。
3．多因素对光合速率影响的分析
多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析如图所示，P 点前，限制光合速率的因素为横坐标所表示
的因子，随该因子的不断加强，光合速率不断提高。当到Q 点时，横坐标所表示的因素不再是限制光合速
率的因子，要想继续提高光合速率，可适当提高图示中的其他因子的强度。PQ 间的主要因素有两个：一
是横坐标表示的因素，二是多条曲线上标注的因素。
表面上看这类题目很复杂，但在解答这类试题时，仍然是依据单一变量原则，每次只分析一个自变量
的变化对实验结果的影响。
【名师提醒】
教材隐性知识：(1)(必修1 P106“拓展
用
应
1”改编)晴天无云而太阳光照射
烈
强
时，光合作用
度便形
强
成双峰曲线：一个高峰在上午，一个高峰在下午。中午前后光合速率下降，呈现“午休”
象
现
，
解
出
请
释
现
“午休”的原因。
缺水导致气孔关闭，限制CO2进入叶片，导致光合作用强度暂时下降。
(2)(必修1 P105 旁
思考
栏
)植物在
行光合作用的同
进
时，
会
行呼吸作用。我
到的光合作用指
还
进
们观测
标，
如O2的
生量
产
，是植物光合作用
生的
实际产
总O2量
？
吗
不是，实际产生的总O2 量应是观测到的O2 的产生量＋呼吸作用O2 的消耗量。
考向研析
考向1 探究环境因素对光合作用强度的影响
例1.将金鱼藻放在盛有质量分数为0.2%的碳酸氢钠溶液的试管中，将试管放在离白炽灯不同距离处，观察
试管中每分钟产生的气泡数并记录数据，如下图所示。下列分析错误的是（ ）
A．光照强度为实验自变量，水温为无关变量
B．图中数据为每个条件下做重复实验，取得的平均值
C．在一定范围内，试管和灯泡的距离与每分钟产生的气泡数呈负相关
D．将这个试管放在黑暗处，气体产生情况同试管与灯泡的距离为60cm 时一样
【答案】D
【解析】A、本实验自变量为光照强度，根据单一变量原则，可知水温为无关变量，可在灯和试管中间放
置盛水的玻璃柱，吸收灯光的热量，避免光照对烧杯内水温产生影响，A 正确；
B、为防止偶然因素对实验结果的干扰，每个条件下需做重复实验，图中数据为每个条件下做重复实验，
取得的平均值，B 正确；
C、由图可知：在一定范围内，试管与灯泡的距离越远，气泡产生速率越低，每分钟产生的气泡数越少，
试管和灯泡的距离与每分钟产生的气泡数呈负相关，C 正确；
D、由图可知：与灯泡的距离为60cm 时气泡产生速率不为0，将这个试管放在黑暗处，金鱼藻不进行光合
作用，氧气（气泡）产生速率为0，两者不一样，D 错误。
【变式训练1·变考法】如下图所示，甲图中A、B 分别为培植于无色透明气球内质量相等的某植物幼苗，气
球可膨胀、收缩，其中B 幼苗已死亡。气球内的培养液中均含CO2缓冲液(维持气球内CO2浓度不变)，初始
时指针指向正中央零的位置(指针向受重力大的那一侧偏转)。乙图为相同时间内测得的灯泡到水面的距离
与指针偏转格数的关系曲线，每次实验后指针都复位为零。下列相关描述中，错误的是（ ）
A．在适宜光照条件下，指针将向右偏转
B．该实验的自变量为光强度，c 点的含义为单位时间内O2释放量最大
C．ce 段说明随着灯泡到水面距离的增大，单位时间内O2释放量减少
D．f 点与a、b、c、d 点指针的偏转方向相同，但数值较小
【答案】D
【解析】A、A 气球植物进行光合作用产生氧气，气球膨胀，上浮，指针偏向右侧，A 正确；
B、该实验的自变量为光照强度，c 点偏转指数最大，含义为单位时间内O2释放量最大，B 正确；
C、ce 段A 中气体变化由释放的O2引起，ce 段指针偏转指数减小，说明随着灯泡到水面距离的增大，单位
时间内O2释放量减少，C 正确；
D、随着灯泡到水面的距离越远，光照强度越小，a、b、c、d 点光合作用强于呼吸作用，气体增加，指针
向右侧；f 点，呼吸作用强于光合作用，消耗氧气，气体量减少，指针偏向左侧，D 错误。
【变式训练2·变载体】为研究水绵的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验：将少量的NaHCO3溶于溴麝香
草酚蓝溶液，通入一定量的CO2使溶液由蓝色变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入7 支试管中。
其中6 支加入生长状况一致的等量水绵，另一支不加入水绵，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见
下表。若不考虑其他生物因素对实验结果的影响，下列说法错误的是（ ）
试管编号
1
2
3
4
5
6
7
距日光灯的距离/cm
20
20
40
60
80
100
120
50 min 后试管中溶液的颜色
浅绿色
蓝色
浅蓝色
浅绿色
黄绿色
浅黄色
黄色
A．1 号试管是对照组，其中无水绵
B．4 号试管有水绵，但此时光合速率和呼吸速率相近
C．若7 号试管突然光照增强，短时间内细胞叶绿体中C3含量将减少
D．水绵具有螺旋带状分布的叶绿体，是探究细胞中光合作用场所的良好材料
【答案】A
【解析】A、1 号试管是对照组，其中无水绵，没有光合作用和呼吸作用，溶液颜色保持浅绿色，A 错误；
B、4 号试管有水绵，且溶液仍为浅绿色，说明溶液中CO2浓度不变，据此推测，4 号试管光合作用和呼吸
作用基本相等，B 正确；
C、若7 号试管突然给予光照，光反应增强，产生的ATP 和NADPH 增多，C3还原增多，短时间内C3合成不变，
因此C3含量将减少，C 正确；
D、水绵具有螺旋式带状的叶绿体，这使得叶绿体在细胞中的分布较为集中且易于观察，因此，水绵是探
究细胞中光合作用场所（即叶绿体）的良好材料，D 正确。
考向2 辨析单、多因子变量对光合作用强度影响的机理
例2.某同学用植物叶片在室温下进行光合作用实验，测定单位时间单位叶面积的O2释放量，结果如图所
示。若想提高X，可采取的做法是( )
A．增加叶片周围环境CO2浓度
B．将叶片置于4 ℃的冷室中
C．给光源加滤光片改变光的颜色
D．移动冷光源缩短与叶片的距离
【答案】 A
【解析】 CO2是光合作用的原料，增加叶片周围环境CO2浓度可增加单位时间单位叶面积的O2释放量，A
符合题意；降低温度会降低光合作用相关酶的活性，进而降低单位时间单位叶面积的O2释放量，B 不符合
题意；给光源加滤光片改变光的颜色会减少光源，光照强度变小，可能会使单位时间单位叶面积的O2释放
量降低，C 不符合题意；移动冷光源缩短与叶片的距离会使光照强度增大，但光饱和点之后，光合作用强
度不再随着光照强度的增强而增强，D 不符合题意。
【变式训练1·变载体】红松(阳生)和人参(阴生)均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分
均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)随光照强度变化的曲线图。下列叙述错误的是(
)
A．当光照强度为a 时，持续光照一昼夜后人参干重不会增加
B．光照强度大于d 时，可能是温度限制了红松P/R 值的增大
C．若适当增施含镁的肥料，一段时间后人参的a 点左移
D．光照强度为c 时，红松和人参的光合速率有可能不同
【答案】 B
【解析】光照强度为a 时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值(P/R)为1，即光合速率等于呼
吸速率，没有有机物的净积累，因此，持续光照一昼夜后人参干重不会增加，A 正确；光照强度在d 点时，
红松P/R 值达到最大，此后随着光照强度的增加，光合速率也不再增加，则此时限制光合速率的因素是光
照强度以外的其他因素，如CO2浓度(非温度，因已是最适温度)，B 错误；镁是合成叶绿素的原料，适当增
施含镁的肥料，会增加人参叶肉细胞中叶绿素的含量，进而促进光反应，提高光合速率，则在较低的光照
强度下就可达到与呼吸速率相等的状态，即一段时间后人参的a 点左移，C 正确；光照强度为c 时，红松
和人参的P/R 相等，由于红松是阳生植物，而人参为阴生植物，因此二者的呼吸速率有差别，进而可推测
二者的光合速率有可能不同，D 正确。
【变式训练2·变考法】图甲表示不同光照强度下，无机磷浓度对大豆叶片净光合速率的影响；图乙为16 h
光照、8 h 黑暗条件下，无机磷浓度对大豆叶片淀粉和蔗糖积累的影响。下列有关叙述正确的是( )
A．大豆吸收的磷用于合成磷脂、脂肪、ATP 等物质
B．图甲OA 段，无机磷不是其光反应的主要限制因素
C．与低磷相比，高磷条件更利于叶片积累淀粉
D．24 h 时叶片中高磷条件下的淀粉与高磷条件下的蔗糖含量相同
【答案】 B
【解析】脂肪由C、H、O 构成，不含P，A 错误；由图乙可知，高磷条件下，淀粉含量减少，低磷条件下，
淀粉含量增加，C 错误；24 h 时叶片中高磷条件下的淀粉与高磷条件下的蔗糖含量的曲线相交，但纵坐标
所表示的值大小不同，D 错误。
1．（2025·全国卷·高考真题）在一定温度下，生长在大田的某种植物光合速率（CO2固定速率）和呼吸
速率（CO2释放速率）对光照强度的响应曲线如图所示。下列叙述错误的是（ ）
A．光照强度为a 时，该植物的干重不会增加
B．光照强度从a 逐渐增加到b 时，该植物生长速率逐渐增大
C．光照强度小于b 时，提高大田CO2浓度，CO2固定速率会增大
D．光照强度为b 时，适当降低光反应速率，CO2固定速率会降低
【答案】C
【解析】A、光照强度为a 时，光合速率等于呼吸速率，即净光合速率为0。植物干重增加依赖净光合积累
有机物，净光合速率=光合速率-呼吸速率，此时净光合为0，干重不会增加，A 正确；
B、光照强度从a 逐渐增加到b 时，光合速率与呼吸速率差值逐渐增大。净光合速率越大，植物积累有机物
越多，生长速率逐渐增大，B 正确；
C、光照强度小于b 时，光照强度未达饱和的阶段，在光照强度为主要限制因素时，提高大田CO2浓度，CO2
固定速率不会增大（因为光照不足，光反应提供的ATP 和NADPH 有限，限制暗反应）；只有当光照强度饱
和后，提高CO2浓度，CO2固定速率才会增大，C 错误；
D、光照强度为b 时，光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。适当降低光反应速率，提供的ATP 和NADPH 减少，
会使暗反应中CO2固定速率降低，D 正确。
故选C。
2．（2025·河北·高考真题）对绿色植物的光合作用和呼吸作用过程进行比较，下列叙述错误的是（
）
A．类囊体膜上消耗H2O、而线粒体基质中生成H2O
B．叶绿体基质中消耗CO2，而线粒体基质中生成CO2
C．类囊体膜上生成O2，而线粒体内膜上消耗O2
D．叶绿体基质中合成有机物，而线粒体基质中分解有机物
【答案】A
【解析】A 、类囊体膜上进行水的光解消耗H2O，而线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段生成H2O，线粒体
基质中进行有氧呼吸第二阶段不生成H2O，A 错误；
B、叶绿体基质中进行暗反应，消耗CO2进行二氧化碳的固定，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，涉及
丙酮酸和水反应生成CO2，B 正确；
C、类囊体膜上进行水的光解生成O2，线粒体内膜上进行有氧呼吸第三阶段，消耗O2和NADH 生成水，C 正
确；
D、叶绿体基质中进行暗反应，合成葡萄糖等有机物，线粒体基质中进行有氧呼吸第二阶段，分解有机物
（丙酮酸），生成CO2和NADH，D 正确。
3．（2025·山东·高考真题）“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，下列说法错误
的是（ ）
A．应使用干燥的定性滤纸
B．绿叶需烘干后再提取色素
C．重复画线前需等待滤液细线干燥
D．无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
【答案】B
【解析】A、光合色素分离实验需要使用干燥的定性滤纸，水分会影响层析液在滤纸条上扩散从而影响色
素的分离，A 正确；
B、提取光合色素可以使用新鲜的绿叶，B 错误；
C、重复画线前需等待滤液细线干燥，否者会导致滤液细线变粗，最终导致分离的色素条带不清晰，C 正确；
D、提取光合色素一般用无水乙醇，若没有无水乙醇，可以用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代，D 正确。
故选B。
4．（2025·安徽·高考真题）关于“探究光照强度对光合作用强度的影响”实验，下列叙述错误的是（
）
A．用打孔器打出叶圆片时，为保证叶圆片相对一致应避开大的叶脉
B．调节LED 灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离，以进行对比实验
C．用化学传感器监测光照时O2浓度变化，可计算出实际光合作用强度
D．同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同，可能与其接受的光照强度不同有关
【答案】C
【解析】A、用打孔器打出叶圆片的目的是使其进行光合作用产生氧气，依据单一变量原则，为保证叶圆
片相对一致应避开大的叶脉，A 正确；
B、调节LED 灯光源与盛有叶圆片烧杯之间的距离，以模拟不同的光照强度，该实验都是实验组，为对比实
验，B 正确；
C、实际光合作用强度=净光合作用强度+呼吸作用强度，用化学传感器监测光照时O2浓度变化，只可计算
出净光合作用强度，无法得知呼吸强度，无法计算出实际光合作用强度，C 错误；
D、同一烧杯中叶圆片浮起的快慢不同，说明光合作用强度不同，可能与其接受的光照强度不同有关，D 正
确。
故选C。
5．（2025·江苏·高考真题）科研人员从植物叶绿体中分离类囊体，构建含类囊体的人工细胞，并探究
光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题：
(1)细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破 膜，获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊
体，为保持其活性，需加入 溶液重新悬浮，并保存备用。
(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5μL 类囊体悬液溶于995μL 的 溶
液中，混匀后，测定出叶绿素浓度为3μg/mL，则类囊体的浓度为 μg/mL。
(3)为检测类囊体活性，实验前需对类囊体进行多次洗涤，目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后
续实验结果的影响，这些产物主要有 。
(4)已知荧光素PY 的强弱与pH 大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，在适宜光照下，荧光强度
（填“变强”“不变”或“变弱”），说明类囊体膜具有的功能有 。
(5)在光反应研究的基础上，利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究，理论上还需要的物质有
。
【答案】(1) 叶绿体 等渗
(2) 有机溶剂 600
(3)ATP、NADPH
(4) 变弱 使水分子分解产生H+；转运H+
(5)各种酶和原料CO2、C5
【解析】（1）类囊体位于叶绿体内，故细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破叶绿体内外膜，
获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体，为保持其活性，保持类囊体的渗透压，需加入等渗溶液重新悬
浮，并保存备用。
（2）类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。由于叶绿素溶解在有机溶剂，故吸取5μL
类囊体悬液溶于995μL 的有机溶剂溶液中，稀释200 倍，混匀后，测定出叶绿素浓度为3μg/mL，
1ml=1000μL，则类囊体的浓度为600μg/mL。
（3）光反应产物有O2、NADPH 和ATP。
（4）已知荧光素PY 的强弱与pH 大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，类囊体膜进行类囊体膜上
分布着光合色素（如叶绿素），在适宜光照下，这些色素能够捕捉光能并将其转化为化学能。在类囊体膜
上裂解水分子，产生氧气、质子（H ）和电子，其中氧气释放到胞外，质子被运出类囊体腔，
⁺
pH 降低，荧
光强度变弱。
（5）要进行暗反应，需要各种酶和原料CO2、C5。
6．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）Rubisco 是光合作用暗反应中的关键酶。科研人员将Rubisco 基因转
入某作物的野生型（WT）获得该酶含量增加的转基因品系（S），并做了相关研究。实验结果表明，这一
改良提高了该作物的光合速率（如下图）和产量潜力。回答下列问题。
(1)Rubisco 在叶绿体的 中催化 与CO2结合。部分产物经过一系列反应形成（CH2O），这
一过程中能量转换是 。
(2)据图分析，当胞间CO2浓度高于B 点时，曲线②与③重合是由于 不足。A 点之前曲线①和②重
合的最主要限制因素是 。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原
因是 。
(3)研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S 植株固定CO2生成C3的速率比WT 更快。使用同位素标
记的方法设计实验直接加以验证，简要写出实验思路。
【答案】(1) 基质 C5 ATP 和NADPH 中活跃的化学能转化为有机物（CH2O）中稳定的化学能
(2) 光照强度 CO2浓度 曲线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP 和NADPH，使暗
反应速率加快，光合速率高。
(3)用14C 标记CO2，分别将S 植株与WT 植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定时检测C3放射
性强度，比较S 植株与WT 的C3生成速率。
【解析】（1）Rubisco 是光合作用暗反应中的关键酶，暗反应的场所是叶绿体基质，因此Rubisco 在叶绿
体基质中催化C5与CO2结合生成C3。在C3的还原过程中需要ATP 和NADPH 提供能量，部分产物经过一系列
反应形成（CH2O），这一过程中能量转换是ATP 和NADPH 中活跃的化学能转化为有机物（CH2O）中稳定的化
学能。
（2）①②曲线的自变量是有无补光（光照强度），②③曲线的自变量是有无转入Rubisco 基因（Rubisco
的含量）。据图分析，当胞间CO2浓度低于B 点时，曲线②高于③，是因为②中Rubisco 的含量多，固定
CO2的能力强，当胞间CO2浓度高于于B 点时，曲线②与③重合，说明Rubisco 的量已经不是限制光合速率
的因素，而曲线①的光合速率高于曲线②③，曲线①的有较高的光照强度，因此曲线②与③重合是由于光
照强度不足。曲线①的光照强度高于②，但是A 点之前曲线①和②重合，光照强度不是限制因素，此时最
主要限制因素是CO2浓度。胞间CO2浓度为300μmol·mol-1时，曲线①比②的光合速率高的具体原因是曲
线①光照强度高，光反应速率快，产生更多的ATP 和NADPH，使暗反应速率加快，光合速率高。
（3）研究发现，在饱和光照和适宜CO2浓度条件下，S 植株固定CO2生成C3的速率比WT 更快。要验证此结
论，实验思路为：用14C 标记CO2，分别将S 植株与WT 植株置于相同的饱和光照和适宜14CO2浓度条件下，定
时检测C3放射性强度，比较S 植株与WT 的C3生成速率。
7．（2024·广西·高考真题）珊瑚是一类低等动物，可从环境中获取单细胞真核藻类虫黄藻，让其共生
于自己细胞内，成为珊瑚-虫黄藻共生体。共生体的营养来源包括虫黄合成的有机物和摄取的浮游生物。
研究人员在实验室研究温度升高对某珊瑚-虫黄藻共生体的两种类型（A 型和B 型）的影响，结果见下图。
回答下列问题：
(1)珊瑚细胞获取虫黄藻的方式是 （填物质运输方式）；虫黄藻可利用CO2和H2O 在 （填细胞
器名称）合成糖类，为珊瑚提供营养。
(2)当光合呼吸比约等于1 时，A 型共生体仍能生长，其原因是 。
(3)常温条件下，在缺少浮游生物的贫瘠海域，更具生存优势的共生体类型是 ，理由是 。
(4)若升温后B 型共生体的呼吸速率变化不明显，则据图分析B 型共生体内的单个虫黄藻光合速率将 ，
理由是 。
【答案】(1) 胞吞 叶绿体
(2)可通过摄食浮游生物获取营养物质
(3) B 型 与A 型相比，B 型共生体的光合呼吸比更高，积累光合产物更多，在贫瘠海域中，B 型
比A 型更具有生存优势
(4) 下降 升温后呼吸速率基本不变，B 型光合呼吸比显著下降，所以B 型共生体总光合速率下降，
且藻黄虫密度变化不大，所以单个黄虫的光合速率下降
【解析】（1）依题意，珊瑚细胞获取虫黄藻后，虫黄藻共生于珊瑚细胞内，说明珊瑚细胞获取虫黄藻的
方式是胞吞。虫黄藻是单细胞真核藻类，能利用CO2和H2O 合成糖类的细胞器是叶绿体。
（2）依题意，共生体的营养来源包括虫黄合成的有机物和摄取的浮游生物，当光合呼吸比约等于1 时（此
时白天净光合量与晚上呼吸量相等，一天中有机物净积累量等于零），A 型共生体仍能生长（一天中有机
物积累量大于零），说明A 型共生体可通过摄食浮游生物获取营养物质，使共生体生长。
（3）据图可知，与A 型相比，B 型共生体的光合呼吸比更高，实验中每天昼夜等长，则B 型共生体一天中
积累光合产物更多，故在贫瘠海域中，B 型比A 型更具有生存优势。
（4）据图可知，升温后B 型共生体光合呼吸比下降明显，若升温后B 型共生体的呼吸速率变化不明显，说
明其白天净光合作用速率下降明显，净光合速率=光合速率-呼吸速率，可推断B 型共生体总光合作用速率
下降。据图可知，升温后，B 型共生体的藻黄虫密度变化不大，故单个黄虫的光合速率下降。
8．（2024·安徽·高考真题）为探究基因 OsNAC 对光合作用的影响研究人员在相同条件下种植某品种水
稻的野生型(WT)、OsNAC 敲除突变体(KO)及 OsNAC 过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶
端)净光合速率和叶绿素含量,结果见下表。回答下列问题。
净光合速率
（umol.m2.s-1）
叶绿素含量
（mg·g-1）
WT
24.0
4.0
KO
20.3
3.2
OE
27.7
4.6
(1)旗叶从外界吸收1 分子 CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2 分子3-磷酸甘油酸；在
有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受 释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为 。
(2)与WT 相比，实验组KO 与OE 的设置分别采用了自变量控制中的 、 （填科学方法）。
(3)据表可知，OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速率 。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定
了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。
结合图表，分析OsNAC 过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：① ；②
。
【答案】(1) ATP 和 NADPH 核酮糖-1,5－二磷酸和淀粉等
(2) 减法原理 加法原理
(3) 增大 与 WT 组相比，OE 组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增
强，促进旗叶光合作用 与 WT 组相比OE 组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高,可以及时将更
多的光合产物(蔗糖)向外运出,从而促进旗叶的光合作用速率
【解析】（1）在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸（C3）分子，在有关酶的
催化作用下，接受ATP 和NADPH 释放的能量，并且被NADPH 还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5
－二磷酸（C5）和淀粉等。
（2）与某品种水稻的野生型（WT）相比，实验组KO 为OsNAC 敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的
减法原理；实验组OE 为 OsNAC 过量表达株，其设置采用了自变量控制中的加法原理。
（3）题图和表中信息显示：OE 组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达
量、单株产量都明显高于WT 组和KO 组，OE 组蔗糖含量却低于WT 组和KO 组，说明OsNAC 过量表达会使旗
叶净光合速率增大，究其原因有：①与 WT 组相比，OE 组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和
转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与 WT 组相比OE 组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，
可以及时将更多的光合产物（蔗糖）向外运出，从而促进旗叶的光合作用速率。
长句作答类
一、教材知识链接
1.提取色素的原理是绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，分离色素的原理是色素在层析液中的
溶解度不同，溶解度越高， 随层析液在滤纸上扩散的速度越快。
2.色素提取和分离实验中几种药品的作用：无水乙醇：提取色素；SiO2：使研磨更充分；CaCO3：防止色素
被破坏。
3．叶绿素a 和叶绿素b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这些色素吸收的光都
可用于光合作用。（P99）
4．叶绿体增大膜面积的方式： 类囊体
堆
叠形成基粒
。光合色素分布于类囊体薄膜上。（P100）
5．色素的功能：吸收、传递、转化光能。
6．光反应的场所是类囊体薄膜，包括水的光解和ATP
的合成
。暗反应的场所是叶绿体基质，包括CO2的固
定和C3的还原。
7．将光反应和暗反应联系起来的物质是ATP
和
NADPH
，光反应的产物是ATP
、
NADPH
、
O 2。
8．总光合作用可用O2的产生量或CO2的消耗量（固定量）或光合作用制造的有机物量表示。净光合作用
可用CO2的吸收量或O2的释放量或光合作用积累的有机物量表示。
二、教材深挖拓展
1．叶绿素比类胡萝卜素在滤纸条上扩散慢的原因：叶绿素在层析液中的溶解度小于类胡萝卜素。
2．植物工厂不用发绿光的光源的原因：绿色光源发出绿色的光，这种波长的光不能被光合色素吸收，无
法用于光合作用制造有机物。
3．缺镁时叶片发黄的原因：镁是叶绿素的组成元素，缺镁使叶绿素合成受阻，故叶片呈现类胡萝卜素的
颜色。
4．黑暗中培养的幼苗叶片黄化的原因：黑暗中叶绿素无法合成，而且会逐渐被分解，最终显现出较稳定
的类胡萝卜素的黄色。
5．鲁宾和卡门实验的思路：用
18 O 分别标记二氧化碳和水，再分别培养两组植物，最终产生含
18 O 标记的
氧气只来自标记水的那一组。
6．某种树木树冠下层叶片比上层叶片光合作用强度低的主要原因：由于上层叶片对阳光的遮挡，导致下
层叶片接受的光照强度较弱，光合作用强度低。
7．某种植物在夏日晴朗的中午13 点左右时叶片的光合速率明显下降的原因：夏日晴朗的中午气温过高，
植物为了减少蒸腾作用对水分的散失，叶片部分气孔会关闭，导致细胞吸收的二氧化碳减少，因而引起光
合速率下降。
8．干旱初期，水稻光合作用速率明显下降，其主要原因：为减少蒸腾作用散失水分，叶片气孔大量关闭
，
二氧化碳吸收量减少。
9．萌发种子干重减少的原因：种子细胞呼吸消耗有机物，且不能进行光合作用合成有机物。
10．光下培养密闭容器中的植物，容器中二氧化碳浓度先下降后不变的原因：开始时，光合作用吸收二氧
化碳量大于细胞呼吸释放二氧化碳量，随着容器中二氧化碳浓度降低，光合作用减弱，直至光合作用吸收
的二氧化碳量与细胞呼吸释放的二氧化碳量达到动态平衡。
11．在农业生产实践中，常施用农家肥的优点：农家肥中的有机肥可被微生物分解产生二氧化碳，有利于
植物光合作用，同时产生矿质元素可为植物提供养料等。
三、新情境
二氧化碳固定方式的多样性及光呼吸
1．C3植物、C4植物和CAM 植物固定CO2方式的比较
(1)比较C4植物、CAM 植物固定CO2的方式
相同点：都对CO2进行了两次固定；
不同点：C4植物两次固定CO2在空间上错开；CAM 植物两次固定CO2在时间上错开。
(2)比较C3、C4、CAM 途径
C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM 途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
2．光呼吸
(1)发生条件
①干旱、炎热条件下，气孔关闭，阻止CO2进入叶片和O2逸出叶片。
②Rubisco 具有两面性(或双功能)。
(2)过程
(3)发生场所：叶绿体、过氧化物酶体、线粒体。
(4)不利影响：光呼吸消耗掉暗反应的底物C5，导致光合作用减弱，农作物产量降低。
(5)有利影响
①光呼吸是进行光合作用的细胞为适应高光照及高O2低CO2的条件下，提高抗逆性而形成的一条代谢途径；
②在干旱和高辐射等环境中，气孔关闭，胞间CO2浓度降低，会导致光抑制。此时光呼吸释放CO2，用于光
合作用，减少碳损失；消耗高光强产生过多的NADPH 和ATP，保护光合结构。
(6)二氧化碳的猝发：指在光照突然停止之后释放出大量的二氧化碳的现象。是光合作用停止而光呼吸还
在进行造成的。
(7)光呼吸与细胞呼吸的区别
反应条件不同：光呼吸的强度大致和光强度成正比。只有在光照下，CO2浓度降低，O2浓度增高时才进行。
产能情况不同：光呼吸虽然能使有机物分解为CO2，却不产生ATP 或NADPH。
