课时2 光合作用的原理和应用

向小球藻提供 $ {}^{14}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ ，光照一段时间，暗反应中先进行 $ {}^{14}{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 的固定，生成 $ {}^{14}{\mathrm{C}}_{3} $ ，再进行 $ {}^{14}{\mathrm{C}}_{3} $ 的还原，而后生成 $ {}^{14}{\mathrm{C}}_{5} $ ，故 $ {}^{14}{\mathrm{C}}_{3} $ 先于 $ {}^{14}{\mathrm{C}}_{5} $ 出现， $ \mathrm{A} $ 错误；希尔反应是指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，不能表明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水， $ \mathrm{B} $ 错误；阿尔农通过实验证实了叶绿体合成 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的过程总是与水的光解相伴随，该实验需要在光照下进行， $ \mathrm{C} $ 正确；鲁宾和卡门利用 $ {}^{16}\mathrm{O} $ 的同位素 $ {}^{18}\mathrm{O} $ 分别标记 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 和水，证明光合作用释放的 $ {\mathrm{O}}_{2} $ 来自水， $ \mathrm{D} $ 错误。

光反应中水的光解可产生氧气，物质甲为氧气，①是光反应阶段， $ \mathrm{A} $ 错误；吸收光能的色素分布在叶绿体的类囊体薄膜上， $ \mathrm{B} $ 错误；①为光反应阶段，②为暗反应阶段，①为②提供的物质乙是 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ ， $ \mathrm{C} $ 错误；②是暗反应阶段，该过程的物质变化包括 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 的固定和 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的还原， $ \mathrm{D} $ 正确。

分析题图可知，⑤是光反应阶段，发生于叶绿体类囊体薄膜上， $ \mathrm{A} $ 错误；⑥为暗反应阶段，发生于叶绿体基质中， $ \mathrm{B} $ 错误；据图分析可知，①是 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ ，②是 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ ，③是 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ ，④是 $ ({\mathrm{C}\mathrm{H}}_{2}\mathrm{O}) $ ， $ \mathrm{C} $ 正确；②是 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ ，是光反应的产物，为 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的还原提供能量， $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 与 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 结合形成 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 不消耗能量， $ \mathrm{D} $ 错误。

$ \mathrm{A} $ 点没有光照，只进行细胞呼吸，产生 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的场所是细胞质基质和线粒体， $ \mathrm{A} $ 错误； $ \mathrm{A} $ 点之后即开始了光合作用， $ \mathrm{A}\mathrm{B} $ 段光合速率小于呼吸速率， $ \mathrm{B} $ 点呼吸作用强度与光合作用强度相等， $ \mathrm{B} $ 错误； $ \mathrm{C} $ 点时的净光合速率约为 $ 15\mathrm{m}\mathrm{g}\cdot 100{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{-2}\cdot {\mathrm{h}}^{-1} $ ，真正光合速率还必须加上细胞呼吸速率，约为 $ 15+5=20(\mathrm{m}\mathrm{g}\cdot 100{\mathrm{c}\mathrm{m}}^{-2}\cdot {\mathrm{h}}^{-1}) $ ， $ \mathrm{C} $ 错误； $ \mathrm{C} $ 点后的限制因素是除去光照强度之外的其他外界因素，由于该实验是在适宜温度条件下进行的，因此 $ \mathrm{C} $ 点后限制光合作用强度的因素可能是 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度， $ \mathrm{D} $ 正确。

当 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度一定时，光合速率会先随着温度的升高而增大，达到最适温度时，光合速率达到最高值，后随温度的升高而减小， $ \mathrm{A} $ 正确。当 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度为 $ 200\mu \mathrm{L}\cdot {\mathrm{L}}^{-1} $ 时，光合作用最适温度为 $ 25\mathrm{℃} $ 左右；当 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度为 $ 370\mu \mathrm{L}\cdot {\mathrm{L}}^{-1} $ 时，光合作用最适温度为 $ 30\mathrm{℃} $ 左右；当 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度为 $ 1000\mu \mathrm{L}\cdot {\mathrm{L}}^{-1} $ 时，光合作用最适温度大于 $ 30\mathrm{℃} $ ，表明在一定范围内， $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度的升高会使光合作用最适温度升高， $ \mathrm{B} $ 正确。分析题图可知，当 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度为 $ 200\mu \mathrm{L}\cdot {\mathrm{L}}^{-1} $ 时，光合速率随温度的升高变化程度不大，而 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度为其他数值时，光合速率随温度的升高变化程度较大，表明 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度为 $ 200\mu \mathrm{L}\cdot {\mathrm{L}}^{-1} $ 时，温度对光合速率影响较小， $ \mathrm{C} $ 正确。分析题图可知， $ 10\mathrm{℃} $ 条件下，适当提高 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度，光合速率提高，但光合速率不会随 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 浓度的升高持续提高， $ \mathrm{D} $ 错误。

随着遮阴时间的延长，植物的叶绿素含量上升，因此花生植株可通过增加叶绿素含量来适应弱光环境， $ \mathrm{A} $ 正确；由表中数据可知，遮阴使光饱和点和光补偿点均降低，说明影响光反应，光反应产生的 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 和 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 减少，进而影响暗反应， $ \mathrm{B} $ 正确；分析表格，随着遮阴时间的上升，光补偿点下降，光补偿点是指光合作用强度和呼吸作用强度相等时对应的光照强度，由于遮阴会导致光合速率降低，根据光补偿点下降可判断，遮阴处理可能会显著降低花生植株的呼吸作用强度， $ \mathrm{C} $ 错误；表格中，较长时间遮阴处理下，单株光合产量和单株果实光合产量均显著下降，单株叶光合产量下降较少，因此花生植株可能优先将光合产物分配至叶中， $ \mathrm{D} $ 正确。

叶绿素含有 $ \mathrm{N} $ 元素，因此植物从土壤中吸收的硝酸盐可以用来合成叶绿素， $ \mathrm{A} $ 正确；硝化细菌的化能合成作用利用无机物氧化时释放的能量合成有机物，蓝细菌的光合作用利用光能合成有机物，二者合成有机物的能量来源不同， $ \mathrm{B} $ 错误；硝化细菌是需氧细菌，必须在氧气充足的环境下才能生长繁殖， $ \mathrm{C} $ 正确；硝化细菌可利用 $ {\mathrm{N}\mathrm{H}}_{3} $ 转化为硝酸的化学反应产生的能量，将无机物转化为有机物，并把能量储存在有机物中， $ \mathrm{D} $ 正确。

（1） 分析题图可知， $ \mathrm{A} $ 为光合作用的光反应阶段， $ \mathrm{B} $ 为光合作用的暗反应阶段，其中能够产生 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 的过程是 $ \mathrm{A} $ 。 $ \mathrm{B} $ 过程中突然减少 $ {\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2} $ 的供应，则 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 的消耗减少，但 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 还原成 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 暂时不变，所以 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 含量短时间内将上升。黑暗条件下，植物不进行光合作用，只有细胞呼吸可以产生 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ ，场所是细胞质基质、线粒体。

（2） 过程 $ \mathrm{A} $ 为光合作用的光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上；过程 $ \mathrm{A} $ 的产物有 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 、 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 、 $ {\mathrm{O}}_{2} $ ，其中 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 、 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 可以用于暗反应 $ (\mathrm{B} $ 过程 $ ) $ 中 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的还原。

（3） 植物突然被遮光，则光反应产生的 $ \mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P} $ 和 $ \mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}\mathrm{H} $ 减少， $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的还原减慢，而 $ {\mathrm{C}}_{5} $ 生成 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 的过程暂时不变，因此叶绿体中首先积累起来的物质是 $ {\mathrm{C}}_{3} $ 。