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第10 讲 光合作用（知识清单）
学习导航站
知识主脉络：可视化思维导图，建立知识框架
核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点
考点1 捕获光能的色素和结构★★☆☆☆
考点2 探索光合作用原理的部分实验★★☆☆☆
考点3 光合作用的原理★★★☆☆
考点4 实验：探究光照强度对光合作用强度的影响★★★☆☆
考点5 影响光合作用强度的环境因素★★★★☆
考点6 影响光合作用的内部因素★★☆☆☆
考点7“三率”的关系及测定★★★☆☆
陷阱预警台：识别高频错误，提供防错策略（2 大陷阱规避）
素养加油站：前沿科研成果或热点问题分析
真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯
考点1 捕获光能的色素和结构★★☆☆☆
1.实验：绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理
试剂
原理
提取
无水乙醇
绿叶中的色素溶于有机溶剂无水乙醇
分离
层析液
各种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，反之则慢
（2）实验步骤
①提取步骤
1）称取绿叶、剪碎。
2）研磨：加二氧化硅，增大摩擦，使研磨更加充分；加碳酸钙，防止色素被破坏；加无水乙醇，溶解色
素。
3）过滤：用单层尼龙布过滤。
4）收集滤液：及时用棉塞将试管口塞严。
②分离步骤：
1）制备滤纸条：一端剪去两角，目的是使扩散均匀，防止出现弧形色素带。
2）画滤液细线：细、直、匀，待滤液干后重复一两次。
3）色素分离：将滤纸条插入层析液中，层析液不能触及滤液细线，目的是防止色素溶解在层析液中。
（3）实验结果分析
结果分析：
①色素带的条数与色素种类有关，四条色素带说明有四种色素。
②色素带的宽窄与色素含量有关，色素带越宽说明此种色素含量越多。色素带最宽的是叶绿素
a ，最窄的
是胡萝卜素，叶绿素b 的色素带比叶黄素的稍宽。
③色素带扩散速度与溶解度有关，扩散速度越快说明溶解度越高。
特别提醒
1.提取色素时若没有无水乙醇，也可以用体积分数为95%的乙醇加适量无水碳酸钠来代替。
2.分离色素用纸层析法，在层析液中溶解度越大的色素扩散速度越快。
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
（1）吸收范围：可见光的波长范围大约是400-760nm。一般叶绿体中的色素只吸收可见光，对红外光和紫
外光不吸收。
（2）色素功能：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。
特别提醒
影响叶绿素合成的因素
（1）光照：光是叶绿素合成的必要条件，植物在黑暗中生长的叶呈黄色。
（2）温度：低温抑制叶绿素的合成，破坏已有的叶绿素分子，从而使叶片变黄。
（3）必需元素：叶绿素由N、Mg 等元素构成，缺乏N、Mg 等必需元素将导致叶绿素无法合成，叶片变
黄。
（4）水：缺水不但影响叶绿素生成，还会促进叶绿素分解。
3.叶绿体的结构和功能
（1）叶绿体的形态：扁平的椭球形或球形。
（2）叶绿体的结构模式图
①结构
↓决定
②功能：进行光合作用的场所。
↑证明
③恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体有光束照射的部位。
【教材隐性知识】源于必修1P99“图5－12”“旁栏思考”及P101“拓展应用”
（1）从叶绿素吸收光谱图可知：叶绿素a 在红光部分的吸收光谱带较叶绿素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（填“宽”或“窄”）。
（2）研究表明：在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测：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）海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、
中、深。这种现象与光能的捕获有关吗？请根据材料作答。
考点2 探索光合作用原理的部分实验★★☆☆☆
时间及科学家
实验过程
发现或实验结论
19 世纪末
—
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
—
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（英
国）
离体叶绿体的悬浮液＋铁盐或其他
氧化剂――→O2
离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，
产生O2
1941 年鲁宾、卡
门（美国）
用同位素示踪法研究光合作用中氧
气的来源。
提供HO、CO2→释放18 O 2；
提供H2O、C18O2→释放O2
光合作用释放的O2来自H2O
1954 年、1957 年
阿尔农（美国）
—
光照下，叶绿体可合成ATP，这一过程总
与水的光解相伴随
20 世纪40 年代卡
尔文等（美国）
利用同位素标记法。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
探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有
机物中碳的途径
考点3 光合作用的原理★★★☆☆
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.反应式：CO2＋
H 2O ――→
（
CH
2O ）
＋
O 2。
3.光合作用的过程
比较项目
光反应
暗反应
过程模型
条件
色素、酶、水、ADP、NADP＋、Pi，必
须有光
多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5，有无
光均可
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：2H2O ――→
4H
＋ ＋
O 2；
②ATP 的合成：
ADP
＋
Pi
＋能量
――→
ATP
；
③NADPH 的合成：
NADP＋＋H＋――→NADPH
①CO2的固定：
CO2＋
C 5――→
2C
3；
②C3的还原：
（注：NADPH 为C3 还原提供还原剂和能
量。）
能量转化
光能
→
ATP
和
NADPH
中活跃的化学能
ATP
和
NADPH
中活跃的化学能
→
有机物
中稳定的化学能
关系
光反应为暗反应提供NADPH 和ATP；暗反应为光反应提供NADP＋、ADP 和Pi。可
见光反应和暗反应紧密联系，能量转化和物质变化密不可分
4.根据光合作用过程分析，条件骤变时C3和C5含量的变化
C3（三碳化合物）
C5（五碳化合物）
光照强→弱，CO2供应不变
升高
下降
光照弱→强，CO2供应不变
下降
升高
光照不变，减少CO2供应
下降
上升
光照不变，增加CO2供应
上升
下降
5.光合作用过程中元素的转移途径
（1）H：3H2O――――→NADP3H――――→（C3H2O）。
（2）C：14CO2――――→14C3――――→（14CH2O）。
（3）O：HO――――→18O；
（4）C18O2――――→C3――――→（CHO）。
6.化能合成作用与光合作用的比较
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
【教材拾遗】（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）。
考点4 实验：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。在一定范围内，光合作用越强，单位时间内圆形小叶片上浮的数量越多。
（2）步骤
①取材：用直径为0.6cm 的打孔器在生长旺盛的叶片上打出30 片圆形小叶片（避开大的叶脉）。
②抽气：
1）用注射器（内有清水、圆形小叶片）抽出叶片内气体。
2）处理过的小叶片放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。
③光照：
1）向3 只盛有富含CO2清水的小烧杯中各放10 片小叶片。
2）将3 只烧杯分别置于强、中、弱三种光照下。
④观察并记录：同一时间段内各实验装置中圆形小叶片浮起的数量。
（3）实验结果：在一定范围内，光照越强，烧杯内单位时间内浮起的圆形小叶片越多。
（4）实验结论：在一定光照强度范围内，随着光照强度增强，光合作用强度也增强。
考点5 影响光合作用强度的环境因素★★★★☆
1.光
（1）光照时间越长，产生的光合产物越多。
（2）由于光合色素吸收红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，所以光的波长会影响光合作用强度。
（3）光照强度
光补偿点：光合作用强度等于呼吸作用强度时的光照强度。
光饱和点：达到最大光合作用强度时的最小光照强度。
曲线对应点或线段
细胞生理活动
A 点
光照强度为零，只进行细胞呼吸
AB 段
随光照强度增强，光合作用强度增强，但仍比呼吸作用强度弱
B 点
光合作用强度等于呼吸作用强度，此时的光照强度为光补偿点
BD 段
光合作用强度随光照强度的增强而增强，而且光合作用强度大于呼吸作用强
度
C 点
光合作用强度达到最大值时所需要的最小光照强度，即光饱和点
DE 段
光合作用强度不再随光照强度增大而增强
AD 段主要限制因素：光照强度。
DE 段主要限制因素：CO2 浓度等。
（4）不同代谢情况下的叶肉细胞气体交换
代谢
叶肉细胞气体交换
只进行呼吸作用
植物释放CO2，吸收O2
光合速率<呼吸速率
植物释放CO2，吸收O2
光合速率＝呼吸速率
植物表观上不与外界气体发生交换
光合速率>呼吸速率
植物吸收CO2，释放O2
注：植物光合速率＝呼吸速率时，叶肉细胞光合速率>呼吸速率。
（5）应用：适当提高光照强度；延长光合作用时间；温室大棚用无色透明的塑料膜或玻璃。
2.CO2浓度
（1）原理：CO2影响暗反应阶段，制约C3 的形成。
（2）曲线解读
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。
③B 点和B′点对应的CO2浓度表示CO2 饱和点。
（3）应用：温室栽培植物时，适当提高室内CO2的浓度，如放一定量的干冰或多施有机肥；大田中，要
注意通风透气。
3.温度
（1）温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度（主要制约暗反应）。
（2）应用：适时播种；温室栽培时白天适当提高温度，夜间适当降低温度。
4.水及矿质元素
（1）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。
（2）水既是光合作用的原料，又是体内各种化学反应的介质，也参与光合作用过程中反应物和生成物的
运输；水还会影响气孔开闭，从而影响CO2进入植物体，间接影响光合作用。
（3）应用：根据作物的生长规律，合理灌溉和施肥。
5.多因素对光合速率影响
（1）多因素对光合速率影响的曲线变化规律分析
如图所示：
（2）限制因素分析
P 点前：限制光合速率的因素为横坐标所表示的因素，即图中的自变量。
Q 点之后：横坐标所表示的因素不再是限制光合速率的因素，限制因素为图中的自变量。
P、Q 之间：主要限制因素为一是横坐标表示的因素，二是多条曲线上标注的因素。
特别提醒
1.通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断流过叶面，提供较多的CO2，从而提高光合作用
强度，进而提高光合产量。
2.北方夏季中午，温度很高，蒸腾作用很强，失水过多，导致大量气孔关闭，CO2 吸收减少，光合作用强
度明显减弱。
6.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：
（2）“模型法”表示C3和C5等物质含量变化
考点6 影响光合作用的内部因素★★☆☆☆
1.植物自身的遗传特性，如植物品种不同，以阴生植物、阳生植物为例
光补偿点：B'<B
光饱和点：C'<C
呼吸强度：OA'<OA
应用：间作套种
2.植物叶片的叶龄、叶绿素含量及酶
OA 段，随叶龄增大，叶面积增大，色素含量增加，酶的含量和活性增大，光合速率加快。
应用：适时摘除老叶。
3.植物叶面积指数
A 点前：随叶面积指数增大，光合速率增大。
A 点后：虽然总光合量上升，但因呼吸量上升更快，导致干物质量下降。
应用：适当摘除林冠下层叶；合理密植，增加光合面积。
考点7 “三率”的关系及测定★★★☆☆
1.微观辨析总光合速率、净光合速率和呼吸速率的关系
2.光合速率与呼吸速率的常用表示方法
项目
含义
表示方法（单位面积的叶片在单位时间内的变化量）
O2
CO2
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产生
（
生成
）
速
率或叶绿体释放O2
量
CO2固定速率或叶
绿体吸收CO2量
有机物产生
（
制
造、生成
）
速率
净光合速率
植物有机物的积累速率
植物或叶片或叶肉细
胞O2释放速率
植物或叶片或叶肉
细胞CO2吸收速率
有机物积累速率
呼吸速率
单位面积的叶片在单位时
黑暗中O2吸收速率
黑暗中CO2释放速
有机物消耗速率
间内分解有机物的速率
率
3.计算公式：真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。
4.测定植物光合速率和呼吸速率的常用方法
（1）“液滴移动法”——测定装置中气体体积变化
甲乙
甲图“黑暗”下，有色液滴左移距离代表有氧呼吸消耗O2量，即呼吸速率。
乙图“光照”下，有色液滴右移距离代表释放O2的量，即净光合速率。
①在测定了净光合速率和呼吸速率的基础上可计算得出二者之和，即“真正光合速率”。
②物理误差的校正：为使实验结果精确，除减少无关变量的干扰外，还应设置对照装置。与图示两装置相
比，对照装置的不同点是用“死亡的绿色植物”代替“绿色植物”，其余均相同。
（2）“半叶法”——测定光合作用有机物的产生量
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，最后计算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，以防止有机物的运输。
（3）“黑白瓶法”——测定溶氧量的变化
①“黑瓶”不透光，测定的是有氧呼吸量；“白瓶”给予光照，测定的是净光合作用量。
②在有初始值的情况下，黑瓶中O2的减少量
（
或
CO
2的增加量
）
为有氧呼吸量；白瓶中O2的增加量
（
或
CO2的减少量
）
为净光合作用量；二者之和为真正光合作用量。
③在没有初始值的情况下，白瓶中测得的现有量－黑瓶中测得的现有量＝真正光合作用量。
（4）“叶圆片称重法”——测定有机物的变化量
本方法测定单位时间、单位面积叶片中淀粉的生成量，如图所示以有机物的变化量测定光合速率（S 为叶
圆片面积）。
净光合速率＝（z－y）/2S；呼吸速率＝（
x －
y ）
/2S
；真正光合速率＝净光合速率＋呼吸速率＝（
x ＋
z －
2y
）
/2S
。
陷阱1 关于色素的提取和分离实验的几点易错点
易错表现
正确理解
认为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
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
扩散得越快
认为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
防止叶绿素被破坏
认为对光合色素进行纸层析分离依据是
吸收光谱的差异
依据各种光合色素在层析液中的溶解度不同
陷阱2 关于光合作用原理的几点易错点
易错表现
正确理解
认为物细胞产生的O2只能来自光合作用
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
认为弱光条件下植物没有O2的释放，说
明未进行光合作用
弱光条件下植物没有O2的释放，有可能是光合作用强度小于
或等于呼吸作用强度，光合作用产生的O2 被呼吸作用消耗
完，此时植物虽然进行了光合作用，但是没有O2的释放
认为类囊体产生的ATP 和O2参与CO2固
定与还原
类囊体产生的ATP 参与C3的还原；O2释放到叶绿体外，既不
参与CO2固定，也不参与C3的还原
光呼吸、C4植物、CAM 植物等特殊代谢类型
1.C4植物
（1）C4植物叶肉细胞的叶绿体有类囊体，能进行光反应，而维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，所以C4植
物光反应发生在叶肉细胞的叶绿体类囊体薄膜上，而CO2的固定发生在叶肉细胞的细胞质基质和维管束鞘
细胞的叶绿体基质中。
（2）用14C 标记CO2追踪C4植物碳原子的转移途径为CO2→C4→CO2→C3→（CH2O）。
（3）C4植物PEP 羧化酶对CO2具有高亲和力，当外界环境干旱导致植物气孔导度减小时，C4植物就能利
用细胞间隙低浓度的CO2继续生长，而C3植物则不能，故在干旱环境中，C4植物比C3植物生长得好。
2.景天科植物（CAM 植物）
（1）CAM 植物夜间吸入CO2，淀粉经细胞呼吸第一阶段形成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），在PEP 羧化酶
催化下，CO2与PEP 结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中（从而表现出夜间淀粉减
少，苹果酸增加，细胞液pH 下降）。
（2）白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以
再还原成三碳糖，最后合成淀粉（从而表现为白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH 上升）。
（3）从进化角度看，这种气孔开闭特点的形成是自然选择的结果。但夜晚，该类植物不能合成葡萄糖，
原因是没有光反应为暗反应提供ATP 和NADPH。
（4）如果白天适当提高CO2浓度，景天科植物的光合作用速率基本不变。
（5）分析图中信息推测，CAM 途径是对干旱环境的适应；该途径除了维持光合作用外，对植物的生理意
义还表现在有效避免白天旺盛的蒸腾作用造成水分过多散失。
3.光呼吸
光呼吸现象产生的分子机制是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会与CO2竞争Rubisco，在光的驱动下将碳水化合物氧化
生成CO2 和水。光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下，光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～
30%。过程如图所示：
（1）光呼吸的不利影响：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。
（2）光呼吸的有利影响：强光时，由于光反应速率大于暗反应速率，因此叶肉细胞中会积累ATP 和
NADPH，这些物质积累会产生自由基，这些自由基会损伤叶绿体。而强光下，光呼吸加强，会消耗光反
应过程中积累的ATP 和NADPH，从而减轻对叶绿体的伤害。
（3）高O2环境下，光呼吸会明显加强，而提高CO2浓度可明显抑制光呼吸。
4.光抑制
（1）概念：植物的光合系统所接受的光能超过光合作用所能利用的量时，光合功能便降低，这就是光合
作用的光抑制。
（2）光抑制机理：光合系统的破坏，PSⅡ是光破坏的主要场所。发生光破坏后的结果：电子传递受阻，
光合效率下降。
5.光合产物及运输
（1）磷酸丙糖是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。
（2）光合作用产生的磷酸丙糖既可以在叶绿体中形成淀粉，暂时储存在叶绿体中，又可以通过叶绿体膜
上的磷酸转运器运出叶绿体，在细胞质基质中合成蔗糖。合成的蔗糖或临时储藏于液泡内，或从光合细胞
中输出，经韧皮部装载长距离运输到其他部位。
考点预测：
1.光呼吸
（1）概念理解：常考查光呼吸的定义，即光呼吸是植物在光照下，吸收氧气、释放二氧化碳的过程，它
与光合作用密切相关，但却消耗光合作用产生的能量和有机物，是一个“耗能”过程。比如以选择题形
式，给出几种生理过程的描述，让考生判断哪个是光呼吸。
（2）生理过程：考试可能涉及光呼吸的具体过程，光呼吸的底物是磷酸乙醇酸，它是在光合作用暗反应
中，由羧化酶（具有羧化和加氧双重活性）在氧气浓度较高时，催化RuBP（核酮糖二磷酸）与氧气反应
生成。这部分内容可能会以填空题或简答题形式出现，要求考生填写相关物质名称或简述过程。
（3）影响因素：光呼吸受氧气和二氧化碳浓度比值的影响较大，高氧低二氧化碳浓度促进光呼吸。出题
方式可能是结合环境因素变化，分析对光呼吸的影响，比如在温室大棚中，改变气体成分后，分析植物光
呼吸的变化以及对光合产物积累的影响等。
（4）与光合作用对比：对比光呼吸和光合作用的区别和联系也是常见考向，如两者在物质代谢、能量利
用、发生条件等方面的差异。以表格填空或简答题形式，让考生归纳两者的不同点和相同点。
2.C4 植物
（1）结构特点：C4植物具有特殊的叶片结构，即“花环型”结构，内圈是维管束鞘细胞，外圈是叶肉细
胞。考试可能要求考生识别C4植物叶片结构模式图，填写各部分细胞名称，或者简述这种结构特点对其光
合作用的意义。
（2）光合作用过程：C4植物的光合作用过程有其独特之处，在叶肉细胞中，PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）能
固定二氧化碳生成C4 化合物，C4 化合物进入维管束鞘细胞后释放出二氧化碳，参与卡尔文循环（C3 途
径）。常以流程图或文字描述的形式，考查考生对这一过程的理解，如写出相关反应的场所、物质变化
等。
（3）优势体现：与C3植物相比，C4植物在高温、干旱、强光条件下，具有更高的光合效率，因为其能利
用较低浓度的二氧化碳。题目可能结合具体的环境条件，如沙漠环境，分析C4植物比C3植物生长更好的
原因。
3.CAM 植物
（1）代谢特点：CAM（景天酸代谢）植物主要特点是在夜间气孔开放，吸收二氧化碳并转化为苹果酸等
有机酸储存起来；白天气孔关闭，利用夜间储存的二氧化碳进行光合作用。这一特点常以材料分析题形式
出现，给出CAM 植物在昼夜的生理变化数据，让考生分析其适应环境的机制。
（2）适应环境：CAM 植物多生活在干旱环境中，通过特殊的代谢方式减少水分散失，同时保证光合作用
的进行。可能会结合生态系统知识，考查CAM 植物在干旱生态系统中的地位和作用，或者分析干旱环境
对CAM 植物代谢的影响。
（3）与C4植物对比：对比CAM 植物和C4植物在适应干旱环境方式、光合作用途径等方面的异同也是考
点之一，以选择题或简答题形式出现，要求考生辨别两者的差异。
1．（2025·四川·高考真题）在温室中种植番茄，光照强度和CO2浓度是制约产量的主要因素。某地冬季温
室的平均光照强度约为200μmol·m-2·s-1，CO2浓度约为400μmol·mol-1。为提高温室番茄产量，有人测定了
补充光照和CO2后番茄植株相关生理指标，结果见下表。回答下列问题。
组别
光照强度
μmol·m-2·s-1
CO2浓度
μmol·mol-1
净光合速率
μmol·m-2·s-1
气孔导度
mol·m-2·s-1
叶绿素含量
mg·g-1
对照
200
400
7.5
0.08
42.8
甲
400
400
14.0
0.15
59.1
乙
200
800
10.0
0.08
55.3
丙
400
800
17.5
0.13
65.0
注：气孔导度和气孔开放程度呈正相关
(1)为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用 提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的
含量，为减少类胡萝卜素的干扰，应选择 （填“蓝紫光”或“红光”）来测定叶绿素含量。
(2)与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的 ，从而提高了净光合速率。与甲
组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可能的
原因是 。
(3)根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，若只能从CO2浓度加倍或光照强度加倍中选择一种措
施来提高番茄产量，应选择 ，依据是 。
【答案】(1) 无水乙醇/无水酒精/丙酮/C2H5OH 红光
(2) ATP（腺苷三磷酸/能量）和NADPH（还原性辅酶II） 环境/外界/温室/提供/补充的 CO2更
多/甲比丙的 CO2多/丙比甲的 CO2少
(3) 光照强度加倍/光强加倍 甲>乙（乙<甲）的光合作用速率（净光合作用速率/有机物生成
量/有机物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大
【分析】实验的自变量为光照强度和CO2浓度，因变量包括叶绿素含量、气孔导度、净光合速率。影响光
合作用的因素包括内因和外因：内因：色素含量、酶数量等；外因：光照强度、二氧化碳浓度、温度、含
水量、矿质元素等。
【详解】（1）叶绿素可溶解在有机溶剂无水乙醇中，故为测定番茄叶片的叶绿素含量，可用无水乙醇/无
水酒精/丙酮/C2H5OH 提取叶绿素。色素对特定波长光的吸收量可反映色素的含量，光合作用中叶绿素主要
吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。为减少类胡萝卜素的干扰，应选择红光来测定叶绿素含
量。
（2）与对照组相比，甲组光合作用光反应为暗反应提供了更多的ATP（腺苷三磷酸/能量）和NADPH（还
原性辅酶II），从而提高了净光合速率。甲组和丙组的光照强度相同，丙组的二氧化碳浓度是甲的二倍，
与甲组相比，丙组的净光合速率更高，气孔导度略低，但经测定发现其叶肉细胞间的CO2浓度却更高，可
能的原因是环境/外界/温室/提供/补充的 CO2更多(甲比丙的 CO2多/丙比甲的 CO2少）。
（3）根据本研究结果，在冬季温室种植番茄的过程中，甲>乙（乙<甲）的光合作用速率（净光合作用速
率/有机物生成量/有机物积累量），光照强度加倍使净光合速率提高幅度更大，故若只能从CO2浓度加倍
或光照强度加倍中选择一种措施来提高番茄产量，应选择光照强度加倍/光强加倍。
【考点追溯】
(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得越快。
(2)无水乙醇：提取色素；SiO2：使研磨更充分；CaCO3：防止色素被破坏。(P98)
2．（2025·广东·高考真题）我国科学家以不同植物为材料，在不同光质条件下探究光对植物的影响。测定
了番茄的光合作用相关指标并拟合
响应曲线（图a）；比较了突变体与野生型水稻水分消耗的差异
（图b），鉴定到突变体发生了PILI5 基因的功能缺失，并确定该基因参与脱落酸信号通路的调控。
回答下列问题：
(1)图a 中，当胞间
浓度在
范围时，红光下光合速率的限制因子是 ，推测
此时蓝光下净光合速率更高的原因是 。
(2)图b 中，突变体水稻在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测其原因是 。
(3)归纳上述两个研究内容，总结出光影响植物的两条通路（图c）。通路1 中，①吸收的光在叶绿体中最
终被转化为 。通路2 中吸收光的物质②为 。用箭头完成图c 中②所介导的通路，并在箭头旁
用“（+）”或“（-）”标注前后两者间的作用，（+）表示正相关，（-）表示负相关 。
(4)根据图c 中相关信息，概括出植物利用光的方式： 。
【答案】(1) 光照强度、光质 蓝光能促进光合作用相关酶的活性（或蓝光被光合色素吸收的效率
更高等合理答案）
(2)突变体中 PILI5 基因功能缺失，阻断了光信号对气孔开放程度的调控，使得气孔开放程度在远红光和
红光条件下无明显差异
(3) 有机物中的化学能 光敏色素
光敏色素→（-）PILI5 基因→（+）脱落酸信号通路→（ - ）气孔开放程度
(4)通过叶绿体中的光合色素吸收光能用于光合作用合成有机物；通过光敏色素吸收光信号调控基因表达，
影响植物生理过程
【分析】植物叶绿体中色素的光吸收特点为：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；光敏色素主要吸收红光和远红光，在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，
这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内，影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。
【详解】（1）当胞间CO2浓度在900−1200μmol mol
⋅
−1范围时，从图a 中红光曲线来看，随着CO2浓度增
加，光合速率不再上升，说明此时CO2浓度不是限制因子，而可能是光照强度、光质等其他因素限制了光
合速率。对于蓝光下净光合速率更高的原因，可能是蓝光能够促进光合作用中某些关键酶的活性，或者蓝
光被光合色素吸收后转化为化学能的效率更高等。
（2）已知红光下植物的相关反应与白天相似，远红光下植物的相关反应与夜间相似，突变体发生了 PILI5
基因的功能缺失，且该基因参与脱落酸信号通路的调控。在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，推测原因
可能是突变体中 PILI5 基因功能缺失，使得脱落酸信号通路对气孔的调控作用减弱，导致在不同光质（远
红光和红光）下气孔开放程度变化不大，从而蒸腾速率接近。
（3）通路1 中，①为光合色素，吸收的光在叶绿体中最终被转化为化学能（储存在 ATP 和 NADPH
中，最终储存在有机物中）。 通路 2 中吸收光的物质②为光敏色素。 由于突变体发生 PILI5 基因功能
缺失后，在远红光与红光条件下蒸腾速率接近，可推测光敏色素吸收光信号后，通过影响 PILI5 基因的表
达，进而影响脱落酸信号通路，对气孔开放程度进行调控。且从图 b 中突变体在远红光和红光下蒸腾速
率变化不大，野生型在红光条件下蒸腾速率较大，可推断光敏色素对 PILI5 基因表达的影响是负相关，
PILI5 基因对脱落酸信号通路是正相关，脱落酸信号通路对气孔开放程度是负相关，即光敏色素→（-）
PILI5 基因→（+）脱落酸信号通路→（ - ）气孔开放程度。
（4）根据图 c 中相关信息，植物利用光的方式有：一方面，通过叶绿体中的光合色素吸收光能，将其转
化为化学能用于光合作用合成有机物；另一方面，通过光敏色素吸收光信号，调控基因（如PILI5 基因）
表达，进而影响植物的生理过程（如通过脱落酸信号通路调控气孔开放程度）。
【考点追溯】
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。(P102)
3．（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 吸收（和转化）光能、裂解水分子
(5)各种酶和原料CO2、C5
【分析】光合作用包括光反应阶段和暗反应阶段，光反应的场所是在叶绿体的类囊体薄膜上，暗反应的场
所是叶绿体基质中。
【详解】（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。
【考点追溯】
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。
4．（2025·山东·高考真题）高光强环境下，植物光合系统吸收的过剩光能会对光合系统造成损伤，引起光
合作用强度下降。植物进化出的多种机制可在一定程度上减轻该损伤。某绿藻可在高光强下正常生长，其
部分光合过程如图所示。
(1)叶绿体膜的基本支架是 ；叶绿体中含有许多由类囊体组成的 ，扩展了受光面积。
(2)据图分析，生成NADPH 所需的电子源自于 。采用同位素示踪法可追踪物质的去向，用含
3H2O 的
溶液培养该绿藻一段时间后，以其光合产物葡萄糖为原料进行有氧呼吸时，能进入线粒体基质被
3H 标记的
物质有H2O、 ，离心收集绿藻并重新放入含H2
18O 的培养液中，在适宜光照条件下继续培养，绿藻产
生的带
18O 标记的气体有 。
(3)据图分析，通过途径①和途径②消耗过剩的光能减轻光合系统损伤的机制分别为 。
【答案】(1) 磷脂双分子层 基粒
(2) 水的光解 丙酮酸、[H] 氧气（或O2）和二氧化碳（CO2）
(3)途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如H2O2），进而这些超氧化物被活性氧清除系统
（如过氧化氢酶等）清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过剩光能转化为热
能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤
【分析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生NADPH 与氧气，以及
ATP 的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供
的ATP 和NADPH 的作用下还原生成糖类等有机物。
【详解】（1）叶绿体膜属于生物膜的范畴，生物膜的基本支架是磷脂双分子层；叶绿体中含有许多由类
囊体组成的基粒，扩展了受光面积。
（2）据图分析，水在光下分解为O2和H+，同时产生的电子经传递，可用于NADP+与H+结合形成
NADPH，即生成NADPH 所需的电子源自于水的光解。
3H2O 被植物细胞吸收后参与光合作用，生成
C6
3H12O6。在有氧呼吸的第一阶段，C6
3H12O6在细胞质基质中被分解成含有
3H 的丙酮酸，产生少量的[3H]，
并释放少量的能量；在有氧呼吸的第二阶段，丙酮酸与
3H2O 在线粒体基质中被彻底分解生成CO2和[3H]，
释放少量的能量；在线粒体内膜上完成的有氧呼吸的第三阶段，[3H]与O2结合生成H2O，并释放大量的能
量。可见，用含
3H2O 的溶液培养该绿藻，一段时间后，能进入线粒体基质被
3H 标记的物质有H2O、丙酮
酸。培养液中H2
18O 被绿藻吸收后，在光合作用的光反应阶段被分解产生
18O2；在有氧呼吸的第二阶段，
H2
18O 与丙酮酸被彻底分解为C18O2和[H]，即产生的带
18O 标记的气体有O2和CO2。
（3）据图分析，途径①通过将过剩的电子传递给氧气，生成超氧化物（如H2O2），进而这些超氧化物被
活性氧清除系统（如过氧化氢酶等）清除，从而防止活性氧对光合系统的损伤；途径②将叶绿体吸收的过
剩光能转化为热能散失，减少电子的释放，产生的活性氧减少，从而防止对光合系统的损伤。
【考点追溯】
光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把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。(P102)
5．（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。
【分析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、
传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成NADPH 和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反
应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳
化合物，三碳化合物利用光反应产生的NADPH 和ATP 被还原。
【详解】（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。
【考点追溯】
光反应可为暗反应提供ATP 和NADPH，暗反应可为光反应提供ADP、Pi 和NADP+。(P103)
6．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）叶绿体中R 酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两
种底物竞争R 酶同一活性位点；线粒体中G 酶参与催化甘氨酸转化为丝氨酸，如图（a）。为探究保卫细
胞中G 酶对植物光合作用的影响，研究者以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增
加的植株S，实验结果如图（b）。回答下列问题。
(1)R 酶催化CO2固定的场所是叶绿体的 ，产物C3在光反应生成的 参与下合成糖类等有机
物。
(2)植物保卫细胞吸水，气孔开度增大。由图（a）（b）可知，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶表达
量提高，叶片的净光合速率高于植株W，原因是 。
(3)保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，植株S 的净光合速率 （填“增
大”或“减小”）；相较于植株W，植株S 的净光合速率变化幅度 （填“大”“小”或“无法判
断”）。
(4)若需确认保卫细胞中G 酶对叶片净光合速率的影响，还需补充一个实验组。写出实验思路及预期结果：
。
【答案】(1) 基质 ATP、NADPH
(2)植株S 保卫细胞中G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化为丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成
更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加
快，碳反应速率加快
(3) 减小 小
(4)实验思路：以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S 和构建了G 酶表
达量仅在保卫细胞中减少的植株T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强度下
的净光合速率。
预期结果：植株T 净光合速率小于植株W，植株S 净光合速率大于植株W
【分析】光合作用的过程（1）光反应阶段：在类囊体的薄膜上进行。光合色素吸收光能的用途，一是将
水分解为O2和H+，H+与氧化性辅酶NADP+结合，形成还原型辅酶NADPH。二是在有关酶的催化作用
下，提供能量促使ADP 和Pi 反应形成ATP。（2）暗反应阶段：在叶绿体基质中进行。绿叶吸收的CO2，
在特定酶的作用下与C5结合生成C3。C3接受ATP 和NADPH 提供的能量，并且被NADPH 还原，一部分
C3转化为糖类，另一部分C3被还原为C5。
【详解】（1）叶绿体中R 酶催化CO2固定，二氧化碳固定属于暗反应过程，暗反应发生在叶绿体基质
中。产物C3在光反应生成的ATP 和NADPH 的作用下合成糖类等有机物，其中ATP 可以提供能量，
NADPH 作为还原剂并提供能量。
（2）结合图示和题干信息分析，相同光照条件下植株S 保卫细胞中G 酶表达量提高，促进甘氨酸转化为
丝氨酸，释放二氧化碳用于光合作用，从而生成更多的可溶性糖，提高了保卫细胞的细胞液浓度，植物保
卫细胞吸水，气孔开度增大，二氧化碳吸收加快，碳反应速率加快，从而使得植株S 叶片的净光合速率高
于植株W。
（3）叶绿体中R 酶既能催化CO2固定，也能催化C5与O2反应，CO2和O2两种底物竞争R 酶同一活性位
点，保持环境中CO2浓度不变，当O2浓度从21%升高到40%时，二氧化碳竞争R 酶的能力减弱，碳反应速
率减小，因此植株S 的净光合速率减小。相较于植株W，植株S 在相同条件下气孔开度相对较大，有利于
二氧化碳的吸收，因此植株S 的净光合速率变化幅度较小。
（4）为探究保卫细胞中G 酶对植物光合作用的影响，以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保
卫细胞中增加的植株S，还需要补充的一个实验组是构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株（假设
为T），实验思路是以野生型植株W 为参照，构建了G 酶表达量仅在保卫细胞中增加的植株S 和构建了G
酶表达量仅在保卫细胞中减少的植株T 为实验组，在相同且适宜条件下培养，测定三组植物在不同光照强
度下的净光合速率。根据上述分析，G 酶有利于光合作用的进行，因此预期结果是植株T 净光合速率小于
植株W，植株S 净光合速率大于植株W。
【考点追溯】
反应阶段发生在类囊体薄膜上，将光能转化为储存在ATP 中的化学能；暗反应阶段发生在叶绿体基质中，
将ATP 中的化学能转化为储存在糖类等有机物中的化学能。(P107)
