資源簡介

第3單元　細胞的能量供應和利用
第3課　捕獲光能的色素、結構與基本過程
[復習目標]　1.運用物質與能量觀，分析光合作用過程中物質和能量的轉化。(生命觀念)　2.分析ATP、NADPH、C3、C5等物質變化曲線模型，理解光反應和暗反應之間的聯系。(科學思維)　3.通過綠葉中色素的提取和分離實驗，掌握實驗操作能力和實驗的結果分析。(科學探究)
考點一　(實驗)綠葉中色素的提取和分離
1．實驗原理
2．實驗步驟
3．實驗結果
綠葉中色素提取和分離實驗異常現象分析
(1)收集到的濾液綠色過淺
①未加SiO2，研磨不充分。
②使用放置數天的綠葉，濾液色素(葉綠素)太少。
③一次加入大量的無水乙醇，提取濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇提取色素)。
④未加CaCO3或加入過少，色素分子被破壞。
(2)濾紙條色素帶重疊
沒經干燥處理，濾液線不能達到細、齊、直的要求，使色素擴散不一致造成的。
(3)濾紙條看不到色素帶
①忘記畫濾液細線。
②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中。
(4)濾紙條只呈現胡蘿卜素、葉黃素色素帶
忘記加CaCO3導致葉綠素被破壞或所用葉片為“黃葉”。
提醒：色素提取實驗中的兩個“誤認為”
(1)誤認為提取與分離光合色素的試劑相同：提取光合色素用無水乙醇，分離光合色素用層析液。
(2)誤認為觀察色素提取液均呈現綠色：由于葉綠體色素主要吸收紅光和藍紫光，綠光幾乎不被吸收，因此對著光源(透射光)為綠色，背著光源(反射光)為紅色。
命題點1　教材基礎實驗
1.(2022·棗莊期末)某同學用綠色菠菜葉和黃化菠菜葉進行了光合色素的提取和分離實驗，實驗操作過程相同，分別得到濾紙條甲和乙，如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A．分離色素利用了光合色素易溶于有機溶劑無水乙醇的原理
B．濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發而消失
C．濾液細線若沒入層析液的液面將得到寬度變窄的色素帶
D．濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是未加碳酸鈣
解析：選B。分離色素利用了光合色素隨層析液在濾紙條上擴散速度不同的原理，A錯誤；濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發而消失，B正確；層析液是有機溶劑，濾液細線若沒入層析液的液面將導致色素溶解在層析液中，因此將得到顏色較淺的色素帶或得不到色素帶，C錯誤；濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是黃化菠菜葉不含葉綠素，D錯誤。
命題點2　高考拓展延伸
2．植物的生長發育需要根從土壤中吸收水分和各種礦質元素，科學實驗發現土壤中缺磷，會導致植株矮小，葉色暗綠。依據葉色變化判斷可能是缺少類胡蘿卜素，試設計實驗探究葉色暗綠是否是因為缺磷造成類胡蘿卜素缺乏所致。實驗所需主要用具、試劑：燒杯、漏斗、試管、研缽、完全培養液、僅缺磷的培養液、無水乙醇、SiO2、CaCO3、層析液等。
實驗材料：正常生長的黃瓜幼苗。
(1)實驗假設：___________________________。
(2)實驗步驟：
第一步：取兩個燒杯編號為A、B，各放入同樣數量、_____________的黃瓜幼苗。
第二步：A燒杯中加入完全培養液，B燒杯中加入等量__________，置于相同且適宜的條件下培養，培養到兩組黃瓜幼苗葉片出現顏色差異為止。
第三步：分別從A、B兩組中選取____________，用__________提取葉片色素，用__________法分離色素，觀察比較_________________。
(3)實驗結果預測：
①A、B兩組類胡蘿卜素色素帶寬度和顏色一致，說明缺磷導致的葉色暗綠，不是由于類胡蘿卜素缺乏所致。
②__________________________________________________。
解析：根據題中的實驗目的，可確定該實驗的假設為：缺磷導致類胡蘿卜素缺乏，引起葉色暗綠。利用溶液培養法來培養黃瓜幼苗，實驗時要遵循對照原則和單一變量原則。等到完全培養液中和缺磷的培養液中黃瓜葉片出現顏色差異時進行色素的提取和分離實驗，最終比較色素帶的寬度和顏色的深淺來確定假設是否成立。
答案：(1)缺磷導致類胡蘿卜素缺乏，引起葉色暗綠　(2)同一品種且長勢相近、苗齡相同　僅缺磷的培養液　等量葉片　無水乙醇　紙層析　A、B兩組色素帶中類胡蘿卜素色素帶的寬度和顏色的深淺　(3)②A組比B組類胡蘿卜素色素帶寬度大、顏色深(或B組缺少類胡蘿卜素色素帶)，說明缺磷導致的葉色暗綠，是由于類胡蘿卜素缺乏所致
考點二　捕獲光能的色素和葉綠體的結構與功能
1．捕獲光能的色素
(1)葉綠體中色素的種類和顏色
(2)葉綠體中色素的吸收光譜
①吸收光譜實驗
在色素溶液與陽光之間，放置一塊三棱鏡。陽光是由不同波長的光組合成的復合光，在穿過三棱鏡時，不同波長的光會分散開，形成不同顏色的光帶，稱為光譜。分別讓不同顏色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光譜。
②葉綠體中色素的吸收光譜分析
由圖可以看出：
[教材深挖]
(1)(必修1 P99圖5－12)葉綠素a和葉綠素b在紅光區和藍紫光區吸收光能的差異是葉綠素a在紅光區的吸收峰值大于葉綠素b的吸收峰值，在藍紫光區的吸收峰值小于葉綠素b的吸收峰值，且吸收峰值均位于紅光區和藍紫光區的外側。
(2)(必修1 P99旁欄思考)植物工廠里不用發綠光的光源的原因是綠色光源發出綠色的光，這種波長的光線不能被光合色素吸收，因此無法用于光合作用中制造有機物。
2．光合作用的結構——葉綠體
(1)葉綠體的結構與功能
(2)恩格爾曼對葉綠體功能的實驗驗證
①第一個實驗
實驗結論：O2是由葉綠體在光照條件下釋放出來的，葉綠體是光合作用的場所。
②第二個實驗
用透過三棱鏡的光照射水綿臨時裝片，發現大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區域。
③實驗結論
a．葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。
b．葉綠體主要吸收紅光和藍紫光。
[易錯辨析]
1．觀察光學顯微鏡下的葉綠體結構可以看到葉綠體由雙層膜包被。(×)
2．葉綠體中的色素主要分布在葉綠體內膜上，酶分布于類囊體薄膜和葉綠體基質中。(×)
3．夏天葉片呈綠色是葉片吸收綠光導致的，秋天葉片變黃，是葉黃素含量增多導致的。(×)
4．葉綠體的色素溶液可以通過光合作用放氧。(×)
1．歸納色素的“同”與“不同”
(1)同為色素，呈現花瓣和果實顏色的主要是花青素，呈現葉片綠色的色素主要是葉綠素。
(2)同為色素，色素的位置不同，花青素存在于液泡，植物光合色素存在于類囊體薄膜上。
(3)同為色素，不同色素吸收不同波長的光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光。
2．恩格爾曼實驗的巧妙之處
(1)水綿做實驗材料：水綿有細而長的帶狀葉綠體，且葉綠體在細胞中呈螺旋帶狀分布，便于觀察實驗結果和設置對照。
(2)排除干擾條件：沒有空氣的黑暗環境排除了環境中氧氣和光的干擾。
(3)觀測需氧細菌分布：通過觀測需氧細菌的分布，準確判斷出釋放氧氣的部位。
(4)自身對照設計：用極細的光束點狀投射，使葉綠體上分為獲得光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗；進行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗，明確實驗結果完全是由光照引起的。
命題點1　圍繞光合作用的吸收光譜考查生命觀念及科學思維
1．(2022·遼寧模擬)如圖為正常綠葉的葉綠素a的吸收光譜、色素總吸收光譜以及光合作用的作用光譜(作用光譜代表不同波長下植物的光合作用效率)。由圖中信息分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A．色素的吸收光譜可以通過測量對不同波長光的吸收值來繪制，作用光譜可以通過測量不同波長相應的O2釋放量來繪制
B．總吸收光譜與葉綠素a吸收光譜曲線不吻合，說明綠葉中還含有其他吸收光能的色素
C．總吸收光譜與作用光譜表現出高度一致性，說明綠葉中色素吸收的光能幾乎都能用于光合作用
D．總吸收光譜與作用光譜在450～500 nm波長處出現較大差異，說明其他色素對能量的轉換效率比葉綠素對能量的轉換效率高
解析：選D。色素的吸收光譜可以通過測量對不同波長光的吸收值來繪制，作用光譜代表各種波長下植物的光合作用效率，可以通過測量不同波長相應的O2釋放量來繪制，A正確；總吸收光譜與葉綠素a吸收光譜曲線不吻合，說明綠葉中除了葉綠素a，還含有其他色素，也能吸收光能，B正確；總吸收光譜與作用光譜表現出高度一致性，說明綠葉中色素吸收的光能幾乎都能用于光合作用，C正確；綠葉中的類胡蘿卜素主要吸收450～500 nm(藍紫光)波長的光，在可見光的其他波段，總吸收光譜與作用光譜幾乎完全重疊，說明葉綠素吸收的光能幾乎全部用于光合作用，450～500 nm波長處出現較大差異，說明類胡蘿卜素吸收的光能有一部分不能轉化成光合作用的能量，進而說明葉綠素比其他色素對能量的轉換效率高，D錯誤。
命題點2　圍繞光合色素吸收光能的差異考查科學探究及社會責任
2．研究人員對日光溫室內的番茄葉片補充等強度不同波長的光，測得番茄光合速率的日變化情況如圖。下列敘述錯誤的是(　　)
補充不同波長的光對番茄葉片光合速率的影響
A．據圖分析，在10：00左右適當補充紅光，對番茄的生長最有效
B．14：00～16：00，引起三組番茄光合速率均降低的主要因素是光照強度均下降
C．9：00～11：00，對照組CO2固定量比補藍光組多
D．12：30時，若適當提高溫室內CO2濃度，短時間番茄植株中三碳化合物的合成速率上升
解析：選D。據題圖分析可知，若采取在10：00前適當補充紅光措施，對番茄的生長最有效，A正確；14：00～16：00，三組的光照強度均下降，三組番茄光合速率均降低，B正確；9：00～11：00，對照組的光合速率高于補藍光組，故對照組CO2固定量比補藍光組多，C正確；12：30時，番茄氣孔關閉出現了光合午休現象，若適當提高溫室內CO2濃度，短時間番茄植株中三碳化合物的合成速率不變，D錯誤。
考點三　光合作用的基本原理
1．探索光合作用原理的部分實驗
(1)19世紀末，科學界普遍認為，在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C與H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖。
(2)1928年，科學家發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖。
(3)1937年，英國植物學家希爾發現，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，在光照下可以釋放出氧氣。
(4)1941年，美國科學家魯賓和卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源，HO＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用釋放的氧全部來自水。
(5)1954年，美國科學家阿爾農發現，在光照下，葉綠體可合成ATP；1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。
[教材深挖]
　(必修1 P102思考·討論，改編)希爾的實驗說明水的光解產生氧氣，是否說明植物光合作用產生的氧氣中的氧元素全部都來自水？
提示：不能說明。希爾反應僅說明了離體葉綠體在適當條件下可以發生水的光解，產生氧氣。該實驗沒有排除葉綠體中其他物質的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉移。
2．光合作用過程
(1)梳理具體過程
項目 光反應階段 暗反應階段
區別 條件 光、色素、酶、水、ADP、Pi等
場所 類囊體薄膜 葉綠體基質
物質變化 ①水的光解：2H2O4H＋＋O2＋4e－H＋＋NADP＋＋2e－NADPH②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定：CO2＋C52C3 ②C3的還原：(CH2O)＋C5
能量變化 光能轉變成ATP和NADPH中活躍的化學能 ATP和NADPH中活躍的化學能轉變成儲存在(CH2O)中的穩定的化學能
聯系 ①光反應為暗反應提供ATP和NADPH，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP＋；②沒有光反應，則暗反應無法進行，沒有暗反應，則有機物無法合成
(2)書寫光合作用總反應式并用箭頭標出各元素的去向。
3．光合作用的意義
(1)光合作用產生的有機物除供自身利用外，還為所有異養生物提供食物。
(2)光能通過驅動光合作用而驅動生命世界的運轉。
提醒：光合作用過程的兩個“不是”
(1)葉綠體并不是進行光合作用的必要條件：能進行光合作用的生物不一定含有葉綠體，如藍細菌(只要有與光合作用有關的色素和酶，在條件適宜時即可進行光合作用)。
(2)為暗反應提供能量的物質不是只有ATP，ATP和NADPH均可為暗反應提供能量。
[教材深挖]
(1)(必修1 P104相關信息，改編)光合作用過程中C3和C5的含義是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)。
(2)(必修1 P104相關信息)光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植株各處。
4．光合作用和化能合成作用的比較
項目 光合作用 化能合成作用
區別 能量來源 光能 無機物氧化釋放的能量
代表生物 綠色植物 硝化細菌
相同點 都能將CO2和H2O等無機物合成有機物
[易錯辨析]
1．光反應必須在光照下進行，暗反應必須在暗處進行。(×)
2．光反應制約暗反應，暗反應不能制約光反應。(×)
3．離體的葉綠體基質中添加ATP、NADPH和CO2后，在合適的條件下可完成暗反應過程。(√)
4．光合作用過程中產生的ATP可以為細胞內的各項生命活動提供能量。(×)
5．14CO2中14C的轉移途徑是14CO2→14C3→(14CH2O)。(√)
1．理清光合作用中元素去向
2．環境改變時光合作用各物質含量的變化
(1)“來源－去路”法
(2)“模型”法
①以上分析只表示條件改變后短時間內各物質相對含量的變化。
②以上各物質變化中，C3和C5含量的變化是相反的，NADPH和ATP含量變化是一致的。
③具體分析時只有理清C3、C5的“來源”與“去路”(C3產生于CO2的固定，消耗于C3的還原；C5產生于C3的還原，消耗于CO2的固定)，才能準確作出判斷。
④起始值C3高于C5(約為其2倍)。
命題點1　圍繞光合作用的探究歷程考查科學思維及科學探究
1．(2022·石家莊模擬)希爾從細胞中分離出葉綠體，并發現在沒有CO2時，給予葉綠體光照，就能放出O2，同時使電子受體還原。希爾反應式：H2O＋氧化態電子受體→還原態電子受體＋1/2O2。在希爾反應的基礎上，阿爾農又發現在光下的葉綠體，不供給CO2時，既積累NADPH也積累ATP；進一步實驗，撤去光照，供給CO2，發現NADPH和ATP被消耗，并產生有機物。下面關于希爾反應和阿爾農發現的敘述不正確的是(　　)
A．光合作用釋放的O2來自H2O而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成發生在葉綠體類囊體薄膜上
C．希爾反應與CO2合成有機物的過程是兩個過程
D．光合作用的需光過程為CO2合成有機物提供ATP和NADPH
解析：選B。由題中的信息“希爾反應式”可知，光合作用過程中產生的O2來自參加反應的H2O，A正確；從希爾反應和阿爾農發現的敘述，得不到信息“NADPH和ATP的形成發生在葉綠體類囊體薄膜上”，B錯誤；希爾反應和有機物的合成過程可以分別進行，在光下積累NADPH和ATP，在暗處可以進行有機物的合成，C正確；希爾反應只有在光下才能進行，在暗處不能進行，但在光下積累的NADPH和ATP，在暗處進行有機物的合成過程中被消耗，D正確。
2．1941年，魯賓和卡門為了研究光合作用產生的氧氣是否來自水，設計了如圖A的裝置，得到了圖B所示的氧氣中18O百分比的三個試驗結果。下列敘述正確的是(　　)
A．該實驗的自變量為18O標記的反應物類型
B．該裝置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的穩定
C．實驗中閥門1必須打開用于收集試管中產生的氣體，閥門2要保持關閉
D．科學家可根據在水與氧氣中18O的百分比的一致性就得出“氧氣來自水”的結論
解析：選C。該實驗的自變量為18O標記的H2O的百分比，A錯誤；該裝置加NaHCO3溶液的目的是給小球藻的光合作用提供CO2，B錯誤；實驗中閥門1必須打開用于收集試管中產生的氧氣，閥門2要保持關閉，C正確；可根據在水與氧氣中18O的百分比具有一致性和碳酸氫鹽不具有一致性可得出“氧氣來自水”的結論，D錯誤。
命題點2　圍繞光合作用的過程考查科學思維及科學探究
3．(2022·山東臨沂一模)已知蛋白核小球藻的光合作用過程表示如圖，其中PSⅠ和PSⅡ為光合色素與蛋白質組成的復合光反應系統，在鹽脅迫(高濃度NaCl)條件下，蛋白核小球藻的光反應復合體PSⅠ和PSⅡ的結構會受到損傷，電子傳遞速率降低，光化學反應速率降低，從而使光合作用減弱，下列分析錯誤的是(　　)
A．PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能，將H2O分解為O2和H＋
B．ATP合成酶具有催化功能，并協助H＋實現跨膜運輸
C．蛋白核小球藻光反應產生的O2被細胞呼吸利用至少穿過四層生物膜
D．剛遭遇鹽脅迫的蛋白核小球藻，葉肉細胞內C3含量上升、C5含量下降
解析：選C。由題圖可知，PSⅡ上進行水的光解，該膜為類囊體薄膜，其中的光合色素能利用吸收的光能，將H2O分解為O2和H＋，A正確；由題圖可知，ATP合成酶具有催化功能，催化ADP和Pi合成ATP，并協助H＋實現跨膜運輸，B正確；蛋白核小球藻光反應產生的O2被細胞呼吸利用至少穿過五層生物膜，分別是一層類囊體薄膜、兩層葉綠體膜、兩層線粒體膜，在線粒體內膜上利用，C錯誤；剛遭遇鹽脅迫的蛋白核小球藻，其光反應復合體PSⅠ和PSⅡ的結構會受到損傷，電子傳遞速率降低，光化學反應速率降低，光反應提供的ATP和NADPH減少，C3的還原速率變低，C5生產速率變低，而C3的合成速率不變，C5消耗速率不變，故葉肉細胞內C3含量上升，C5含量下降，D正確。
4．(2021·山東卷)光照條件下，葉肉細胞中O2與CO2競爭性結合C5，O2與C5結合后經一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液，相應的光合作用強度和光呼吸強度見下表。光合作用強度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計。
SoBS濃度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用強度(CO2 μmol·m－2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸強度(CO2 μmol·m－2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5與O2結合的反應發生在葉綠體的____________中。正常進行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片CO2釋放量先增加后降低，CO2釋放量增加的原因是________________________________________。
(2)與未噴施SoBS溶液相比，噴施100 mg/L SoBS溶液的水稻葉片吸收和放出CO2量相等時所需的光照強度________(填“高”或“低”)，據表分析，原因是______________________________________________________。
(3)光呼吸會消耗光合作用過程中的有機物，農業生產中可通過適當抑制光呼吸以增加作物產量。為探究SoBS溶液利于增產的最適噴施濃度，據表分析，應在____________mg/L之間再設置多個濃度梯度進一步進行實驗。
解析：(1)C5位于葉綠體基質中，則O2與C5結合發生的場所在葉綠體基質中。突然停止光照，則光反應產生的ATP、[H]減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生的CO2增多。
(2)觀察表格數據可知，與對照相比，噴施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加，釋放量減少，此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等。(3)光呼吸會消耗有機物，但光呼吸會釋放CO2，補充光合作用的原料，適當抑制光呼吸可以增加作物產量，由表可知，在SoBS溶液濃度為200 mg/L時光合作用強度與光呼吸強度差值最大，即光合產量最大，為了進一步探究最適噴施濃度，應在100～300 mg/L之間再設置多個濃度梯度進一步進行實驗。
答案：(1)基質　光照停止，產生的ATP、[H]減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生的CO2增多　(2)低　噴施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加，釋放量減少，此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等
(3)100～300
[真題演練]
1．(2022·湖北卷)某植物的2種黃葉突變體表型相似，測定各類植株葉片的光合色素含量(單位：μg·g－1)，結果如表。下列有關敘述正確的是(　　)
植林類型 葉綠素a 葉綠素b 類胡蘿卜素 葉綠素/胡蘿卜素
野生型 1235 519 419 4.19
突變體1 512 75 370 1.59
突變體2 115 20 379 0.35
A.兩種突變體的出現增加了物種多樣性
B．突變體2比突變體1吸收紅光的能力更強
C．兩種突變體的光合色素含量差異，是由不同基因的突變所致
D．葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃色
解析：選D。兩種突變體之間并無生殖隔離，仍屬同一物種，只能體現遺傳多樣性，A錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，突變體2的葉綠素a和葉綠素b的含量比突變體1少，故突變體2比突變體1吸收紅光的能力弱，B錯誤；兩種突變體的光合色素含量差異，可能是同一個基因突變方向不同導致的，C錯誤；野生型的葉綠素與胡蘿卜素的比值為4.19，葉綠素含量較高，葉片呈綠色，葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降，葉綠素含量少，不能掩蓋類胡蘿卜素的顏色，此時葉片呈黃色，D正確。
2．(2021·湖南卷)綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用
B．在暗反應階段，CO2不能直接被還原
C．在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，葉片的光合速率會暫時下降
D．合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度
解析：選A。弱光條件下，植物沒有O2的釋放是因為此時呼吸作用強度大于光合作用強度，并不是未進行光合作用，A錯誤；在光合作用暗反應階段，CO2一般要與C5結合生成C3后才被還原，B正確；在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，短時間內使得光合作用產物輸出受阻，對光合作用過程起抑制作用，葉片的光合速率會暫時下降，C正確；合理密植(增加受光面積、增加CO2濃度)和增施有機肥(提供無機鹽和CO2)均可在一定程度上提高農作物光合作用強度，D正確。
3．(2021·天津卷)Rubisco是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結合，形成C3和C2，導致光合效率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisco的同一活性位點，因此提高CO2濃度可以提高光合效率。
(1)藍細菌具有CO2濃縮機制，如圖所示。
注：羧化體具有蛋白質外殼，可限制氣體擴散。
據圖分析，CO2依次以__________和__________方式通過細胞膜和光合片層膜。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度，從而通過促進__________和抑制__________________，提高光合效率。
(2)向煙草內轉入藍細菌Rubisco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍細菌羧化體可在煙草中發揮作用并參與暗反應，應能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的__________中觀察到羧化體。
(3)研究發現，轉基因煙草的光合速率并未提高。若再轉入HCO和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發揮作用，理論上該轉基因植株暗反應水平應__________，光反應水平應______________，從而提高光合速率。
解析：(1)據圖分析，CO2進入細胞膜的方式為自由擴散，進入光合片層膜時需要膜上的CO2轉運蛋白協助并消耗能量，為主動運輸過程。藍細菌通過CO2濃縮機制使羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度升高，從而通過促進CO2固定，促進光合作用的暗反應，同時抑制O2與C5結合，進而抑制光呼吸，最終提高光合效率。(2)若藍細菌羧化體可在煙草中發揮作用并參與暗反應，暗反應的場所為葉綠體基質，故能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的葉綠體中觀察到羧化體。(3)若轉入HCO和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發揮作用，理論上可以增大羧化體中CO2的濃度，使轉基因植株暗反應水平提高，進而消耗更多的NADPH和ATP，使光反應水平也隨之提高，從而提高光合速率。
答案：(1)自由擴散　主動運輸　CO2固定　O2與C5結合　(2)葉綠體　(3)提高　提高
4．(2021·湖南卷)圖a為葉綠體的結構示意圖，圖b為葉綠體中某種生物膜的部分結構及光反應過程的簡化示意圖。回答下列問題：
圖a
圖b
(1)圖b表示圖a中的________結構，膜上發生的光反應過程將水分解成O2、H＋和e－，光能轉化成電能，最終轉化為________和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低，暗反應速率減慢，葉綠體中電子受體NADP＋減少，則圖b中電子傳遞速率會________(填“加快”或“減慢”)。
(2)為研究葉綠體的完整性與光反應的關系，研究人員用物理、化學方法制備了4種結構完整性不同的葉綠體，在離體條件下進行實驗，用Fecy或DCIP替代NADP＋為電子受體，以相對放氧量表示光反應速率，實驗結果如表所示。
葉綠體　類型 相對值實驗項目 葉綠體A：雙層膜結構完整 葉綠體B：雙層膜局部受損，類囊體略有損傷 葉綠體C：雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂 葉綠體D：所有膜結構解體破裂成顆粒或片段
實驗一：以Fecy為電子受體時的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
實驗二：以DCIP為電子受體時的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注：Fecy具有親水性，DCIP具有親脂性。
據此分析：
①葉綠體A和葉綠體B的實驗結果表明，葉綠體雙層膜對以________(填“Fecy”或“DCIP”)為電子受體的光反應有明顯阻礙作用。得出該結論的推理過程是_______________________________________________。
②該實驗中，光反應速率最高的是葉綠體C，表明在無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件下，更有利于______________________________________，從而提高光反應速率。
③以DCIP為電子受體進行實驗，發現葉綠體A、B、C和D的ATP產生效率的相對值分別為1、0.66、0.58和0.41。結合圖b對實驗結果進行解釋___________
________________________________。
解析：(1)題圖b顯示的是光反應的過程，光反應的場所是類囊體的薄膜，由此可推測題圖b是題圖a中的類囊體膜。由題圖可知，電能最終轉化為NADPH和ATP中活躍的化學能。CO2濃度降低，暗反應速率減慢，進而使光反應速率減慢，所以推測題圖b電子傳遞速率會減慢。(2)①葉綠體的雙層膜受損后，以Fecy為電子受體時的放氧量增加的比例比以DCIP為電子受體時的放氧量增加的比值大，所以葉綠體雙層膜對Fecy為電子受體的光反應的阻礙作用更明顯。②雙層膜瓦解、類囊體松散但未斷裂的條件下，更有利于類囊體膜上的色素吸收、傳遞和轉化光能，提高水的光解速率，從而提高光反應速率。③葉綠體雙層膜結構被破壞得越嚴重，H＋在膜兩側的濃度差越小，ATP的產生效率就越低。
答案：(1)類囊體膜　NADPH　減慢
(2)①Fecy　葉綠體的雙層膜受損后，以Fecy為電子受體時的放氧量增加的比例比以DCIP為電子受體時的放氧量增加的比值大　②類囊體膜上的色素吸收、傳遞和轉化光能　③膜結構破壞得越嚴重，H＋在膜兩側的濃度差越小，ATP的產生效率就越低
[長句特訓]
　為研究臭氧脅迫對油菜光合特性的影響，研究人員將生理狀況相同的油菜幼苗均分為甲、乙兩組，甲組培養在經活性碳過濾的空氣中，乙組培養在含有一定濃度臭氧且經活性碳過濾的空氣中，其他條件相同且適宜。一段時間后測定，發現甲組的光合產物合成量、光合放氧速率和光合色素含量均高于乙組。
設問形式1　事實概述類命題
(1)在測定光合色素含量時，首先要進行光合色素的____________，再進行定量測定。光合色素吸收的光能的用途有____________________(答2點)。
設問形式2　邏輯推理類命題
(2)根據實驗結果和光合作用的過程分析，臭氧使油菜光合產物合成量減少的原因是_____________________________。
設問形式3　科學探究類命題
(3)進一步研究發現，乙組油菜幼苗光合放氧速率下降是可恢復的。請以甲、乙兩組油菜幼苗為實驗材料，設計實驗驗證這一結論。要求：簡要寫出實驗思路和預期結果。
實驗思路：__________________________________。
預期結果：______________________________________。
解析：(1)在測定光合色素含量時，首先要從綠葉中提取色素，并對提取的色素進行分離，再進行定量測定。光合色素的功能是吸收、傳遞和轉化光能，在光能的作用下將水光解為NADPH和氧氣，同時合成ATP。(2)由題干可知，乙組光合色素含量低于甲組，可推知臭氧脅迫使光合色素含量降低，葉綠體吸收光能減少，使得光反應產生的ATP和NADPH的量減少，進而使暗反應中C3的還原減弱，使光合產物合成量減少。(3)將題干所述實驗結束后的甲、乙兩組油菜幼苗，分別培養在經活性碳過濾的空氣中，在相同且適宜的條件下培養一段時間，然后測定甲、乙兩組的光合放氧速率，如果甲、乙兩組的光合放氧速率相等，則說明乙組油菜幼苗光合放氧速率下降是可恢復的。
答案：(1)提取和分離　將水分解成氧和NADPH(或用于水的光解)；在酶的催化作用下，促進ADP和Pi形成ATP　(2)臭氧脅迫使光合色素含量降低，葉綠體吸收光能減少，使得ATP和NADPH生成減少，進而影響暗反應中C3的還原，使光合產物合成量減少　(3)將甲、乙兩組油菜幼苗分別培養在經活性碳過濾的空氣中，在相同且適宜的條件下培養一段時間，然后測定甲、乙兩組的光合放氧速率　甲、乙兩組的光合放氧的速率相等
第3課　捕獲光能的色素、結構與基本過程
[基礎練透]
1．(2022·廣州一模)在弱光照條件下黃瓜葉片的顏色更濃綠。研究小組提取并分離正常光照和弱光照條件下黃瓜葉片中的色素。下列有關敘述錯誤的是(　　)
A．弱光照條件下，葉綠素含量的增加是黃瓜葉片對光的適應
B．提取色素時，加入CaCO3的目的是使研磨充分
C．色素分離的原理是不同色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙條上的擴散速度不同
D．濾紙條上的黃綠色條帶是由葉綠素b擴散形成的
解析：選B。弱光照條件下，葉綠素含量的增加是黃瓜葉片對光的適應，A正確；提取色素時，加入CaCO3的目的是防止色素被破壞，B錯誤；色素分離原理：葉綠體中的色素在層析液中的溶解度不同，溶解度高的隨層析液在濾紙上擴散得快，溶解度低的隨層析液在濾紙上擴散得慢，C正確；濾紙條上的黃綠色條帶是由葉綠素b擴散形成的，D正確。
2．(2022·南通四模)為了測定葉片葉綠體中的色素含量，某中學興趣小組利用兩種方法分別提取菠菜葉片的葉綠體色素，并測定含量，實驗過程如圖。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A．方法①中的“？”代表的是SiO2，加入該成分以便研磨更充分
B．方法①、②中加入CaCO3的作用是保護色素，提高色素的提取量
C．方法②中沸水浴可破壞膜結構，使色素充分釋放
D．方法②延長沸水浴時間，色素提取更充分
解析：選D。方法①中的“？”代表的是SiO2，它能破壞細胞結構，加入該成分以便研磨更充分，A正確；方法①、②中加入CaCO3的作用是保護色素在研磨時不被破壞，提高色素的提取量，B正確；方法②中沸水浴可破壞膜上蛋白質結構，進而破壞膜結構，使色素充分釋放，C正確；方法②延長沸水浴時間，葉綠體中的色素被分解，色素提取量變少，D錯誤。
3．(2022·襄城區模擬)卡爾文給小球藻提供14CO2和適宜的光照，研究光合作用暗反應過程中C的轉移路徑。某同學根據卡爾文的實驗資料，提出了一些推論，下列推論不合理的是(　　)
資料 推論
將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒，發現90%的放射性物質是一種C3 ①
經過5 s光照后，檢測到含有放射性的C5和葡萄糖 ②
在適宜光照和CO2充足的條件下，C3和C5的含量很快達到穩定狀態，含有放射性的糖類不斷增加 ③
當停止光照時，C3明顯增加，C5明顯下降 ④
A.推論①：C3是CO2被還原的第一個產物
B．推論②：C3進一步反應生成C5和葡萄糖
C．推論③：C3是暗反應的中間產物，糖類是終產物
D．推論④：C3轉化為C5需要依賴光反應的產物
解析：選A。根據光照時間縮短至幾分之一秒的結果可知，C3是CO2被固定的第一個產物，A不合理；結合推論①②可知，C3進一步反應生成C5和葡萄糖，B合理；根據C3的含量維持穩定而含放射性的糖類不斷增加可知，C3是暗反應的中間產物，糖類是終產物，C合理；根據光照停止時，C3明顯增加，C5明顯下降可知，光照與C3和C5的轉化有關，且C3轉化為C5需要依賴光反應的產物，D合理。
4．(2022·德州二模)厭氧型綠硫細菌以硫化物為氫供體進行光合作用，是最古老的光合細菌之一。如圖表示綠硫細菌的光復合系統參與的代謝過程簡圖。下列敘述錯誤的是(　　)
A．綠硫細菌的光復合系統含有色素和蛋白質
B．綠硫細菌能為生態系統中其他生物提供氧氣和有機物
C．培養綠硫細菌時不需要通入氧氣也無需提供有機碳源
D．圖示過程實現了光能到有機物中的化學能的轉化
解析：選B。綠硫細菌的光復合系統也能吸收光能，并發生化學反應(需要相關酶)，說明綠硫細菌的光復合系統含有色素和蛋白質，A正確；由圖可知，綠硫細菌光反應不產生氧氣，因此不能為其他生物提供氧氣，B錯誤；厭氧型綠硫細菌以硫化物為氫供體進行光合作用，因此培養綠硫細菌時不需要通入氧氣，也無需提供有機碳源，C正確；圖中光反應中綠硫細菌將光能轉化為化學能，儲存在ATP和NADPH(有機物)中，D正確。
5．(2022·昌平區二模)鐵氰化鉀試劑不能透過葉綠體膜，研究者將脹破的葉綠體置于不含CO2的鐵氰化鉀溶液中，在光下釋放氧氣，同時黃色的鐵氰化鉀因被還原而褪色。下列敘述正確的是(　　)
A．該實驗模擬了暗反應的物質變化過程
B．釋放氧氣的過程發生在葉綠體基質中
C．實驗說明水的光解和糖的合成相關聯
D．推測黃色鐵氰化鉀褪色是NADPH的作用
解析：選D。該實驗模擬了光反應的物質變化過程，產生NADPH還原黃色的鐵氰化鉀，A錯誤；釋放氧氣的過程屬于光反應，場所在類囊體薄膜上，B錯誤；該實驗只說明水的光解，沒有體現糖的合成，無法判斷他們之間的聯系，C錯誤；黃色的鐵氰化鉀因被還原而褪色，NADPH具有還原作用，推測黃色鐵氰化鉀褪色是NADPH的作用，D正確。
6．葉綠體中催化CO2固定的酶R由葉綠體DNA編碼的大亞基和細胞核DNA編碼的小亞基共同組裝而成，部分代謝途徑如圖所示。下列有關敘述正確的是(　　)
A．葉綠體中不存在蛋白質與核酸結合形成的結構
B．酶R催化CO2固定需要在無光條件下進行，且消耗能量
C．在光照不變的前提下，若突然降低外界CO2濃度，短時間內X的濃度會增加
D．C3-Ⅱ輸出葉綠體的速度不影響淀粉的合成
解析：選C。葉綠體為半自主性細胞器，可以進行復制、轉錄等過程，在這些過程中都存在酶(蛋白質)與核酸相結合形成的結構，同時葉綠體內的核糖體也是由蛋白質和RNA組成的，A錯誤；酶R催化的是CO2的固定，此過程屬于暗反應，在有光、無光條件下都可以進行，不需要ATP供能，B錯誤；題圖中X是C5，若突然降低CO2的濃度，導致CO2的固定減弱，而C3的還原繼續進行，因此C5的濃度會增加，C正確；C3-Ⅱ一部分在葉綠體中轉化為淀粉，一部分輸出葉綠體轉化為蔗糖，故其輸出葉綠體的速度會影響淀粉的合成，D錯誤。
7．(多選)蔗糖和淀粉是綠色植物光合作用的重要產物，二者都是由在卡爾文循環中產生的丙糖磷酸轉化而成，其合成過程如圖所示。其中磷酸轉運體(TPT)在將丙糖磷酸運到細胞質基質的同時可將無機磷酸(Pi)運入葉綠體，且這種轉運嚴格遵循1∶1的反向交換原則。下列敘述不正確的是(　　)
A．由圖可知淀粉和蔗糖都是光合作用的產物，合成場所都在葉綠體基質
B．TPT的化學本質為蛋白質，能結合Pi和丙糖磷酸，說明不是所有的載體都有專一性
C．據圖可知，當細胞質基質中的Pi水平降低時，淀粉的合成會增加
D．據圖可推測丙糖磷酸生成蔗糖的過程需要光反應提供的ATP和NADPH
解析：選ABD。由圖可知，淀粉和蔗糖都是光合作用的產物，但蔗糖的合成場所在細胞質基質，A錯誤；TPT的化學本質為蛋白質，能結合Pi和丙糖磷酸，依然說明載體具有專一性，B錯誤；據圖可知，當細胞質基質中的Pi水平降低時，會導致丙糖磷酸不能轉運至細胞質基質，而使淀粉的合成增加，C正確；據圖可推測丙糖磷酸生成蔗糖的過程在細胞質基質中進行，需要細胞呼吸產生的ATP和NADH供能和供氫，D錯誤。
8．(2022·廣東執信中學模擬)小球藻為單細胞真核生物，是研究光合作用的良好材料。
(1)研究人員用14CO2飼喂小球藻，光照20秒后，突然停止光照并用熱酒精中止光合作用進程，并用層析法檢測到幾種放射性光合產物。熱酒精能中止光合作用進程的原因是__________________________，若要獲得光合作用的最初產物，即在濾紙條上只檢測到1種放射性產物，應采取的措施是_________。
(2)檢測結果表明，在濾紙條上得到最初放射性產物為C3。關于CO2最初接受體的推測有兩種，一是最初接受體為C2，途徑為C2＋CO2→C3；二是最初接受體為C5，途徑為C5＋CO2→C6→2C3。研究人員用14CO2飼喂小球藻并光照30分鐘后，突然停止光照，發現C3含量驟然上升，C5含量驟然下降。根據實驗結果，CO2的最初接受體可確定為____________，碳轉移途徑可補充為__________________。本實驗中沒有檢測到C6的原因可能是______________。
(3)光照條件下，小球藻在不同濃度CO2條件下的產氧速率如圖。光照強度低于100 μmol·m－2·s－1時，CO2濃度不是限制光合速率的因素，原因是_____________________________________。
光照強度高于400 μmol·m－2·s－1時，限制小球藻光合速率的環境因素主要是__________________________________________________。
(4)光合作用釋放的O2中，氧可能來自H2O，也可能來自CO2，請利用小球藻設計實驗，探究O2中氧的來源(寫出實驗思路并預期實驗結果)。
_____________________________________________________________。
解析：(1)熱酒精能中止光合作用進程的原因是熱酒精能使酶變性失活，導致光合作用中的反應不能進行。若要獲得光合作用的最初產物，即在濾紙條上只檢測到1種放射性產物，應采取的措施是縮短光照時間，直到在濾紙條上只檢測到1種放射性產物，即為光合作用的最初產物。(2)突然停止光照，發現C3含量驟然上升，C5含量驟然下降，說明CO2的最初接受體可確定為C5，碳轉移途徑可補充為。本實驗中沒有檢測到C6的原因可能是C6不穩定，快速生成2個C3。(3)光照強度低于100 μmol·m－2·s－1時，CO2濃度不是限制光合速率的因素，因為光照較弱時，光反應較弱，光反應提供的ATP和NADPH較少，對CO2的需求較少。光照強度高于400 μmol·m－2·s－1時，限制小球藻光合速率的環境因素不再是光照強度，而是CO2濃度。(4)光合作用釋放的O2中，氧可能來自H2O，也可能來自CO2，可利用同位素標記法探究O2中氧的來源。將小球藻分成甲、乙兩組，甲組用HO、CO2處理，乙組用H2O、C18O2處理，檢測甲、乙兩組釋放的O2。若甲組釋放的為18O2，說明光合作用釋放的O2來源于H2O；若乙組釋放的為18O2，說明光合作用釋放的O2來源于CO2。
答案：(1)熱酒精能使酶變性失活　縮短光照時間　(2)C5　　C6不穩定，快速生成2個C3　(3)光照較弱時，光反應提供的ATP和NADPH較少，對CO2的需求較少　CO2濃度　(4)實驗思路：將小球藻分成甲、乙兩組，甲組用HO、CO2處理，乙組用H2O、C18O2處理，檢測甲、乙兩組釋放的O2。預期結果：若甲組釋放的為18O2，說明光合作用釋放的O2來源于H2O；若乙組釋放的為18O2，說明光合作用釋放的O2來源于CO2
[能力提升]
9．為研究光合色素提取實驗中二氧化硅顆粒大小(目值越大，表示顆粒越細)對葉綠素提取量的影響，某研究小組利用新鮮的菠菜葉片進行了一系列的色素提取與定量測定實驗，實驗結果如表。下列有關敘述錯誤的是(　　)
葉綠素種類 二氧化硅顆粒大小/目
0 20 50 100 200
葉綠素a(mg·g－1) 0.25 0.53 0.61 0.48 0.47
葉綠素b(mg·g－1) 0.16 0.08 0.09 0.11 0.12
A.提取色素利用的原理是光合色素易溶于有機溶劑
B．加入二氧化硅對葉綠素a和葉綠素b的提取均有益
C．據表可知，用50目的二氧化硅提取得到的葉綠素總量最多
D．若葉片研磨過程中未加入碳酸鈣，則表中數據均減小
解析：選B。提取色素利用了光合色素易溶于有機溶劑的原理，A正確；與不加二氧化硅相比，加入二氧化硅對提取葉綠素a有益，對葉綠素b的提取無益，B錯誤；據表可知，用50目的二氧化硅提取葉綠素時，提取到的葉綠素總量(葉綠素a和葉綠素b)最多，C正確；加入碳酸鈣可防止葉綠素被破壞，若葉片研磨過程中未加入碳酸鈣，則表中數據均減小，D正確。
10．(2022·襄城區校級模擬)生物制氫有良好的發展前景，NADPH在產氫酶的作用下可以產生H2，O2會降低產氫酶的催化活性。下面是利用生物制氫的兩種方法：①真核生物綠藻在光照條件下可以產生H2；②一些厭氧微生物在黑暗環境下，能將多種有機物通過無氧呼吸產生各種有機酸，同時產生大量的H2。下列相關敘述正確的是(　　)
A．綠藻在光照條件下產生NADPH的場所是葉綠體基質
B．在厭氧微生物產H2的過程中，無氧呼吸的產物不會影響產氫酶的活性
C．當綠藻細胞內的C3含量突然下降時，可能原因是突然停止光照或增大CO2的供應
D．利用厭氧微生物制氫可以避免氧氣的干擾
解析：選D。光照條件下，綠藻光合作用產生NADPH的場所是葉綠體的類囊體薄膜，A錯誤；厭氧微生物通過無氧呼吸產生有機酸，導致溶液pH降低，影響產氫酶的活性，B錯誤；突然增大CO2的供應，CO2的固定加快，生成的C3會增多，突然停止光照，C3的還原減弱，C3的含量增多，C錯誤；厭氧微生物產H2的優點是不受光照條件限制、避免了氧氣的干擾、產氣量大，D正確。
11．(多選)CAM植物是具景天酸代謝途徑的植物，多為多漿液植物。其氣孔在夜間開放吸收CO2，然后借助PEP羧化酶與PEP結合，形成OAA(草酰乙酸)，再在蘋果酸脫氫酶的作用下還原成蘋果酸，并進入液泡。第二天光照后，氣孔關閉，但前一晚形成的蘋果酸從液泡中轉運回細胞質并經脫羧后形成CO2參與卡爾文循環。其具體過程如圖所示。據圖分析，下列相關說法錯誤的是(　　)
A．夜間，CAM植物細胞液泡的pH會上升
B．圖中C是丙酮酸，RuBP存在于葉綠體的類囊體薄膜上
C．CAM植物細胞白天產生CO2的具體部位是細胞質基質和線粒體
D．CAM植物的這一特性，使它們更能在干旱、炎熱的生態條件下生存和生長
解析：選AB。CAM植物氣孔夜間開放，CO2借助PEP羧化酶與PEP結合形成OAA，再在蘋果酸脫氫酶的作用下還原成蘋果酸并進入液泡，故液泡的pH會下降，A錯誤；RuBP存在于葉綠體基質中，B錯誤；細胞呼吸產生CO2的場所為線粒體，白天，蘋果酸從液泡中轉運回細胞質脫羧后形成CO2，C正確；具有景天酸代謝途徑的植物能在干旱、炎熱的生態條件下生存和生長，D正確。
12．(2022·江蘇南京市模擬)隨著各種生物技術的發展，科學家對光合作用的研究也越來越深入。下表是科研人員用番茄大棚和草莓大棚研究不同空氣污染情況對大棚溫度、光合有效輻射、光合速率的影響(光合有效輻射：植物進行光合作用，被光合色素吸收并轉化的太陽能)。
番茄大棚 草莓大棚
空氣質量 棚溫℃ 光合有效輻射 光合速率 棚溫℃ 光合有效輻射 光合速率
良 25.6 987 20.4 27.3 994 20.11
輕度污染 23.4 746 19.6 26.1 785 18.72
中度污染 23.5 477 17.1 26.1 428 17.41
重度污染 23.1 325 11.8 24.6 428 10.10
(1)光合作用過程中，葉肉細胞吸收的CO2，在______________中被固定形成C3，C3在__________階段產生的__________的作用下，最終生成以糖類為主的有機物。
(2)據表格信息，當存在空氣質量中度污染時，番茄大棚和草莓大棚應分別采取__________、__________措施來維持植物的光合速率以提高產量。
(3)長久以來普遍認為若持續光照，最終有機物積累量會增加，但科研人員有了新的發現。給予植物48 h持續光照，測定葉肉細胞中的淀粉量，結果如圖1所示。實驗結果反映出淀粉積累量的變化規律是___________________。
圖1
(4)為了解釋(3)的實驗現象，研究人員提出了兩種假設。
假設一：當葉肉細胞內淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成停止。
假設二：當葉肉細胞內淀粉含量達到一定值后，淀粉的合成與降解同時存在。
為驗證假設，科研人員測定了葉肉細胞的CO2吸收量和淀粉降解產物——麥芽糖的含量，結果如圖2所示。實驗結果支持上述哪一種假設？____________。請運用圖中證據進行闡述__________________________________________。
圖2
(5)為進一步確定該假設成立，研究人員在第12 h測得葉肉細胞中的淀粉含量為a，為葉片光合作用通入僅含13C標記的13CO2 4 h，在第16 h測得葉肉細胞中淀粉總量為b，13C標記的淀粉含量為c。若淀粉量a、b、c的關系滿足____________________________(用關系式表示)，則該假設成立。
解析：(1)光合作用過程中，葉肉細胞吸收的CO2在暗反應階段被利用，在葉綠體基質中被固定形成C3；C3在光反應階段產生的NADPH和ATP的作用下，最終生成以糖類為主的有機物。(2)據表格信息，當存在空氣質量中度污染時，比較草莓的棚溫和光合有效輻射，可以發現草莓的光合有效輻射與重度污染相同，(仍為428)，但是棚溫下降，影響了細胞與光合作用有關的酶的活性，導致草莓光合速率下降，而番茄大棚的光合有效輻射降低，故番茄大棚和草莓大棚應分別采取補充光照、適當升高溫度措施來維持植物的光合速率以提高產量。(3)由圖1結果可知，在最初一段時間內，隨著持續光照時間增加，淀粉積累量逐漸增加，之后幾乎不增加，保持相對穩定。(4)葉肉細胞中CO2吸收速率代表光合作用中淀粉的合成速率，麥芽糖的含量代表淀粉的分解量，分析圖2可知，CO2吸收速率基本不變，即葉肉細胞持續(或并未停止)吸收CO2，說明淀粉持續在合成，而從6 h開始淀粉分解產物麥芽糖的含量快速上升，說明淀粉同時快速分解，即淀粉合成和降解同時存在，故支持假設二。(5)第12 h測得葉肉細胞中的淀粉含量為a，第16 h測得葉肉細胞中淀粉總量為b，則b－a代表通入13CO2的4 h內淀粉的積累量，若小于這4 h內淀粉合成總量c，即b－a＜c(或b＜a＋c)，則說明一部分淀粉被分解，假設二成立。
答案：(1)葉綠體基質　光反應　NADPH和ATP　(2)增加光照　適當升高溫度　(3)最初一段時間內，隨著持續光照時間增加而逐漸增加，之后幾乎不增加，保持相對穩定　(4)假設二　葉肉細胞持續(或并未停止)吸收CO2；淀粉分解產物麥芽糖含量快速上升　(5)b－a＜c(或b＜a＋c)

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