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讲核心考点·全突破
考点一光合作用的过程
1.光反应和暗反应的过程图解：
2.光反应与暗反应的区别与联系：
阶
段
光反应暗反应
场
所
叶绿体类囊体薄膜叶绿体基质
物
质
变
化
①水的光解：
H2O[H]+O2
②ATP的合成：
ADP+Pi ATP
①CO2的固定：
CO2+C52C3
②C3的还原：2C3
(CH2O)+C5
能
量
转
光能→ATP中活跃的化
学能
ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的
化学能
化
联系光反应为暗反应提供[H]和ATP，暗反应为光反应提供ADP和Pi 、NADP +
3.利用同位素标记法判断光合作用C、H、O的转移途径：
(1)H：3H2
O[3H](C3H2O)。
(2)C：14CO214C3(14CH2O)。
(3)O：O18O2；C18O2C3
(CH182O)。
4.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析：
(1)分析方法：需要从物质的生成和消耗两个方向综合分析。示例：CO2供应正常、光照停止时，C3的含量变化情况：
(2)结果：
变化条件C3C5[H]和ATP (CH2O)
CO2供应不变光照
强→弱
增加减少减少减少光照
弱→强
减少增加增加增加
光照
不变
CO2充
足→不足
减少增加
增加减少
CO2不
足→充足
增加减少减少增加
【高考警示】
光合作用过程的三点提醒
(1)光反应阶段产生的[H]既可作还原剂，又可提供能量；ATP不仅用于暗反应阶段C3的还原，还用于叶绿体中蛋白质、核酸的合成。
(2)色素吸收光能不需要酶，但把光能转化为化学能需要酶。光反应和暗反应过程均需要酶的催化。
(3)光反应在光照条件下才能进行；暗反应不需要光，但在光下可以进行。若植物长期处于黑暗中，由于缺乏光反应产生的[H]和ATP，则暗反应不能进行。
【典例】(2019·江苏高考)叶绿体中催化CO2固定的酶R由叶绿体DNA 编码的大亚基和细胞核DNA编码的小亚基共同组装而成，其合成过程及部分相关代谢途径如图所示。请回答下列问题：
(1)合成酶R时，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息___________到RNA 上，RNA进入细胞质基质后指导多肽链合成；在叶绿体中，参与大亚基肽链合成的RNA中，种类最多的是___________。
(2)进行光合作用时，组装完成的酶R需ATP参与激活，光能转化为ATP 中的化学能是在___________(填场所)上完成的。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3-Ⅰ)，C3-Ⅰ还原为三碳糖(C3-Ⅱ)，这一步骤需要________作为还原剂。在叶绿体中C3-Ⅱ除了进一步合成淀粉外，还必须合成化合物X以维持卡尔文循环，X为_______________。
(3)作为光合作用的重要成分，X在叶绿体中的浓度受多种因素调控，下列环境条件和物质代谢过程，与X浓度相关的有___________(填序号)。
①外界环境的CO2浓度
②叶绿体接受的光照强度
③受磷酸根离子浓度调节的C3-Ⅱ输出速度
④酶R催化X与O2结合产生C2化合物的强度
(4)光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体___________。
【解析】(1)据图分析可知，细胞核DNA编码小亚基的遗传信息转录到RNA上，再通过核糖体上的翻译形成小亚基。叶绿体编码大亚基的DNA，经过转录和翻译，形成大亚基，在此过程中需要一种mRNA，多种tRNA，故需要RNA种类最多的是tRNA。
(2)ATP是在光合作用光反应阶段合成的，场所是在叶绿体的类囊体薄膜。活化的酶R催化CO2固定产生C3化合物(C3-Ⅰ)，C3-Ⅰ被还原为三碳糖(C3-Ⅱ)，这一步骤需要[H]作为还原剂。从图中分析，C3化合物还原的产物除了C3-Ⅱ还有C5，X为C5。
(3)外界环境的CO2浓度，直接影响CO2的固定，间接影响C3的还原，进而影响C5的浓度，故①符合题意；叶绿体接受的光照强度，直接影响光反应产生的[H]和ATP，间接影响C3的还原，进而影响C5的浓度，故②符合题意；磷酸根离子浓度直接影响C3-Ⅱ输出速度，进而影响C5的浓度，故③符合题意；酶R能催化X与O2结合产生C2化合物，这种结合的强度会影响X的浓度，故④符合题意。
(4)光合作用合成的糖类，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。
答案：(1)转录tRNA (2)类囊体[H] C5(五碳化合物)
(3)①②③④(4)吸水涨破
(1)结合上题图示分析突然停止CO2的供应，短时间内叶绿体中[H]含量会怎样变化？
提示：突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，[H]的消耗速率下降，但合成速率暂时不变，[H]含量增多。
(2)上题图中淀粉是该植物光合作用产生的有机物，此外还有其他有机物吗？
提示：光合作用产生的有机物主要是糖类(淀粉等)，也可合成蛋白质、脂质等有机物。
(3)如何证明上题图中淀粉中的碳来源于CO2？
提示：用14C标记CO2中的C，若淀粉中含有14C，则证明淀粉中的碳来源于CO2。
(2019·全国卷Ⅰ)将一株质量为20 g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40 g，其增加的质量来自( )
A.水、矿质元素和空气
B.光、矿质元素和水
C.水、矿质元素和土壤
D.光、矿质元素和空气
【解析】选A。植物生长过程中增重主要通过光合作用制造有机物，其主要过程是利用光能，将CO2和水合成储存能量的有机物，其中CO2来自空气。另外，植物体内蛋白质、核酸等有机物的合成还需要矿质元素，故A项正确。
【加固训练】
1.(2019·新乡模拟)绿色植物在进行光合作用时以H2O为供氢体，而光合细菌以H2S为供氢体进行光合作用。以下有关光合细菌的说法合理的是 ( )
A.没有成形的细胞核，拟核中分布着多条线状DNA
B.以H2S为供氢体进行光合作用时，无法产生O2
C.利用H2S作为原料，其光合作用的产物不可能是糖类
D.生存需要光照条件，体内的叶绿体是光合作用的场所
【解析】选B。绿色植物以H2O为供氢体进行光合作用时能产生O2，而光合细菌以H2S为供氢体进行光合作用时无法产生O2，B合理。细菌属于原核生物，其没有叶绿体，拟核中分布着一个大型环状DNA分子，以H2S作为原料时，其光合产物仍可能是糖类，A、C、D不合理。
2.下图为光合作用过程示意图，在适宜条件下栽培小麦，如果突然将c 降低至极低水平(其他条件不变)，则a、b在叶绿体中含量的变化将会是 ( )
A.a上升、b下降
B.a、b都上升
C.a、b都下降
D.a下降、b上升
【解析】选B。由图解分析，c是CO2，a和b分别是[H]、ATP，若在其他条件不变的情况下，将c降低至极低水平，CO2的固定减弱，C3还原减慢，消耗[H]和ATP减少，则a、b在叶绿体中含量将会都上升。【方法技巧】细胞中C3和C5含量变化的判断技巧
下图中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：
(1)CO2供应不变，光照条件突然发生变化，可以分为两种情况：
光
照
C3含量变化C5含量变化
减
弱
Ⅰ过程减弱→[H]
和ATP合成减少→
Ⅲ过程减弱、Ⅱ过
程暂时不变→C3消
耗减少、合成暂时
不变→C3含量增加
Ⅰ过程减弱→[H]和ATP合成减少→Ⅲ过程
减弱、Ⅱ过程暂时不变→C5消耗暂时不变、
合成减少→C5含量减少
增
强
与上述分析相反，结果是C3含量减少，C5含量增加
(2)光照条件不变，CO2供应突然发生变化，可以分为两种情况：
CO2供
应
C3含量变化C5含量变化
减少
Ⅱ过程减弱、Ⅲ过
程暂时不变→C3合
成减少、消耗暂时
不变→C3含量减少
Ⅱ过程减弱、Ⅲ过程暂时不变→C5消耗减
少、合成暂时不变→C5含量增加
增加与上述分析相反，结果是C3含量增加，C5含量减少
考点二影响光合作用的因素及应用
1.单因子变量对光合作用的影响：
(1)光照强度。
①原理：光照强度通过影响植物的光反应进而影响光合速率。光照强度增加，光反应速度加快，产生的[H]和ATP多，使暗反应中还原过程加快，从而使光合作用产物增加。
②曲线分析：
光照强度为0，此时只进行细胞呼吸，CO2释放量表示此时的A点
细胞呼吸强度
光照强度加强，光合速率逐渐加强，但细胞呼吸强度大于光AB段
合作用强度
光补偿点，此时光合作用强度=细胞呼吸强度，细胞呼吸释放B点
的CO2全部用于光合作用
随着光照强度不断加强，光合作用强度不断加强，光合作用BC段
强度大于细胞呼吸强度
C'点光饱和点，继续增加光照强度，光合作用强度不再增加
③应用。
a.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。
b.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。
①原理：影响暗反应阶段，制约C3的形成。
②曲线分析：
A点
光合速率等于细胞呼吸速率时的CO2浓度，即CO2补偿
点
A'点进行光合作用所需CO2的最低浓度
B和B'点CO2饱和点，继续增加CO2的浓度，光合速率不再增加AB对应曲线段
和
A'B'对应曲线
段
在一定范围内，光合速率随CO2浓度增加而增大
③应用。
a.大田要“正其行，通其风”，多施有机肥。
b.温室内可适当补充CO2，即适当提高CO2浓度可提高农作物产量。
(3)温度。
①原理：通过影响酶的活性来影响光合作用。
②曲线分析：
AB在B点之前，随着温度升高，光合速率增大
段
B点酶的最适温度，光合速率最大
BC
段
随着温度升高，酶的活性下降，光合速率减小，50 ℃左右光合速率几乎为零
③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。
(4)水分。
①原理：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。
②曲线分析：
a.图1表明在农业生产中，可根据作物的需水规律，合理灌溉。
b.图2曲线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。
(5)矿质元素。
在一定浓度范围内，增大必需矿质元素的供应，可提高光合速率，但当超过一定浓度后，会因土壤溶液浓度过高，植物吸水困难甚至失水而导致植物光合速率下降。
2.多因子变量对光合作用的影响：
(1)曲线分析：
P点：限制光合速率的因素应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。
Q点：横坐标所表示的因素，不再是影响光合速率的因子，影响因子主要为各曲线所表示的因子。
(2)应用。
温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加光合作用酶的活性，提高光合速率，也可同时充入适量的CO2，进一步提高光合速率。当温度适宜时，要适当提高光照强度和CO2浓度以提高光合速率。
(3)影响光合作用多因子变量的分析方法。
①分解思想：将多因子变量转化为多个单因子变量，如上图可以分解为光照强度影响光合作用，温度或CO2影响光合作用。
②联系观点：找出多个因素影响的共同点，如上图中的P点，温度、光照强度和CO2浓度都比较低时，光合速率都比较低，说明此时光合作用较弱。
③综合分析：各种环境因子对植物光合作用并不是单独地发挥作用，而是综合作用。但各种因子的作用并不是同等重要的，其中起主要作用的因子为关键因子，因此在分析相关问题时，应抓关键因子。
【典例】(2019·全国卷Ⅰ)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，该植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题。
(1)经干旱处理后，该植物根细胞的吸水能力________________。
(2)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率会___________，出现这种变化的主要原因是___________________。
(3)有研究表明：干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
【解题指南】
(1)关键信息：干旱处理会导致植物根细胞中溶质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。
(2)必备知识：植物细胞中溶质浓度越大，细胞吸水能力越强；对照实验需要设置单一变量。
【解析】本题考查植物的吸水和失水、光合作用的影响因素及实验设计的相关知识。
(1)经干旱处理后，根细胞的溶质浓度增大，渗透压增大，对水分子吸引力增大，植物根细胞的吸水能力增强。
(2)根据题干条件可知，干旱处理后该植物的叶片气孔开度减小，导致叶片细胞吸收CO2减少，暗反应减弱，因此光合速率会下降。
(3)分析题意可知，实验目的为验证干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的，所以实验应分为两部分：①证明干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的；②证明干旱条件下植物气孔开度减小是由ABA引起的。该实验材料为ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株，自变量应分别为正常条件和缺水环境、植物体中ABA 的有无，因变量均为气孔开度变化，据此设计实验。
①取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变，可说明缺水环境不影响ABA缺失突变体植株气孔开度变化，即干旱条件下植物气孔开度变化不是由缺水引起的。
②将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变，可说明干旱条件下植物气孔开度减小是由ABA引起的。
答案：(1)增强(2)降低气孔开度减小使供应给光合作用所需的CO2减少
(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。
将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。
(1)光下该植物产生ATP的细胞器有线粒体、叶绿体，若此时环境中的CO2浓度降低，该植物体内C3和C5含量变化分别是减少和增加。
(2)若将某植物长期置于适宜光照和温度条件下的一个密闭容器内，那么该植物不能(填“能”或“不能”)正常生长，原因是该植物在适宜光照和温度条件下，光合作用大于呼吸作用，使密闭容器内的CO2浓度持续降低，导致光合速率减慢或停止，因此该植物不能正常生长。
(2020·北京模拟)为探究影响光合作用强度的因素，将同一品种玉米苗置于25 ℃条件下培养，实验结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A.此实验有两个自变量
B.D点比B点CO2吸收量高的主要原因是光照强度大
C.实验结果表明，在土壤含水量为40%～60%的条件下施肥效果明显
D.制约C点时光合作用强度的因素主要是土壤含水量
【解析】选A。由题意可知，本实验探究的自变量有光照强度、是否施肥、土壤含水量三个，A错误；由图示曲线可知，与D点相比，B点的光照强度较弱，光合作用强度也较弱，因此D点比B点CO2吸收量高的主要原因是光照强度大，B正确；根据图示，同一光照条件下，当土壤含水量在40%～60%时，施肥与未施肥相比，CO2吸收量增加明显，C正确；C点土壤含水量较少，光合作用强度较低，因此制约C点光合作用强度的因素主要是土壤含水量，D正确。
【加固训练】
1.分别用相同光照强度的3种可见光照射同种植物的叶片，在不同CO2浓度下，测定各组叶片的CO2补偿点、CO2饱和点和最大净光合速率(各组呼吸速率相同且基本不变)，所得数据如下表所示。下列叙述错误的是 ( )
(CO2补偿点指叶片光合速率与呼吸速率相等时的外界环境中CO2浓度；CO2饱和点指叶片的光合速率达到最大时的最低CO2浓度。)
A.叶绿体中吸收蓝紫光的色素有叶绿素和类胡萝卜素
B.CO2浓度为83.1 μmol·mol-1时，甲组实验中，植物叶绿体释放O2
的量与线粒体消耗O2的量相等
C.CO2浓度为1 174.9 μmol·mol-1时，影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素不同
D.由表格分析，三种光中，黄光不宜作为大棚栽培的补充光源
【解析】选C。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，A正确；在甲组实验中，当CO2浓度为83.1 μmol·mol-1时，植物处于CO2补偿点状态，即植物叶绿体释放O2的量与线粒体消耗O2的量相等，B正确；甲、丙两组植物的CO2饱和点均大于1 174.9
μmol·mol-1，所以当CO2浓度为
1 174.9 μmol·mol-1时，影响甲、丙两组植物光合作用的主要因素都是CO2浓度，C错误；据题表可知利用黄光实验，在相同的光照强度下，其最大净光合速率较甲(红光)、丙(蓝光)两组小，所以三种光中，黄光不宜作为大棚栽培的补充光源，D正确。
2.(2019·大同模拟)电场会对植物的生长发育产生一种“无形”的影响。在温室中同时增补电场和增施CO2，蔬菜产量可提高70%左右，这就是著名的“电场产量倍增效应”。科学家根据电场强度与CO2浓度对黄瓜幼苗光合作用强度影响的实验，绘制如下曲线。据图回答下列问题：
(1)第1组实验的作用是_______。在饱和光照强度下，该实验的自变量是________________。
(2)第1组实验和第2组实验的曲线比较，说明
_______________________。
(3)根据实验曲线可知，在相同光照强度下，为了最大限度地增加作物产量，可以采取的措施是____________________。
【解析】(1)第1组实验的条件为大气电场和大气CO2浓度，属于对照组，起对照作用。饱和光照强度下，实验的自变量是电场强度和CO2浓度。(2)第1组和第2组对比，二者的自变量为电场强度，第2组的净光合作用强度大于第1组，而二者的细胞呼吸强度相等，因此说明强电场可以提高植物的光合作用强度。(3)分析曲线可知，同一光照强度下净光合作用强度最大的是第4组，因此为了最大限度地增加作物产量，可增加电场强度和提高CO2浓度。
答案：(1)对照电场强度和CO2浓度(2)强电场可以提高植物的光合作用强度(3)增补电场和增施CO2
考点三光合作用和细胞呼吸的关系
1.光合作用与细胞呼吸的过程图解：
2.光合作用与细胞呼吸的联系：
(1)过程联系：
(2)物质联系：
①C：CO2(CH2O)C3H4O3CO2
②O：H2O O2H2O
③H：H2O[H](CH2O)[H]H2O
(3)能量联系：
3.光合作用与细胞呼吸过程中O2和CO2变化：
【高考警示】
光合作用与细胞呼吸的两个认识误区
(1)误以为白天植物只进行光合作用。细胞呼吸无论是在有光还是无光条件下，都会一直进行，即使在进行光合作用时，细胞呼吸也没有停止。
(2)误以为光合作用与细胞呼吸是两个独立的过程。光合作用积累的有机物被细胞呼吸利用，储存的能量通过细胞呼吸释放出来；细胞呼吸产生的CO2等物质可以被光合作用利用。
【典例】(2017·全国卷Ⅱ)下图是表示某植物叶肉细胞光合作用和呼吸作用的示意图。
据图回答下列问题：
(1)图中①、②、③、④代表的物质依次是_______________、________、________、_______，[H]代表的物质主要是_______。
(2)B代表一种反应过程，C代表细胞质基质，D代表线粒体，则ATP
合成发生在A过程，还发生在_______(填“B和C”“C和D”或“B
和D”)。
(3)C中的丙酮酸可以转化成酒精，出现这种情况的原因是
______________。
【解析】(1)据题图分析可知，①为水光解的产物之一，应为O2；②为NADPH还原C3后的产物，应为NADP+；③为ATP的水解产物，应为ADP