2024届人教版高中生物一轮复习捕获光能的色素、结构与基本过程学案（多项版）

这是一份2024届人教版高中生物一轮复习捕获光能的色素、结构与基本过程学案（多项版），共21页。
第3课　捕获光能的色素、结构与基本过程
[复习目标]　1.运用物质与能量观，分析光合作用过程中物质和能量的转化。(生命观念)　2.分析ATP、NADPH、C3、C5等物质变化曲线模型，理解光反应和暗反应之间的联系。(科学思维)　3.通过绿叶中色素的提取和分离实验，掌握实验操作能力和实验的结果分析。(科学探究)
考点一　(实验)绿叶中色素的提取和分离

1．实验原理

2．实验步骤

3．实验结果


绿叶中色素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SiO2，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提取色素)。
④未加CaCO3或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠
没经干燥处理，滤液线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
(3)滤纸条看不到色素带
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。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带
忘记加CaCO3导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
提醒：色素提取实验中的两个“误认为”
(1)误认为提取与分离光合色素的试剂相同：提取光合色素用无水乙醇，分离光合色素用层析液。
(2)误认为观察色素提取液均呈现绿色：由于叶绿体色素主要吸收红光和蓝紫光，绿光几乎不被吸收，因此对着光源(透射光)为绿色，背着光源(反射光)为红色。

命题点1　教材基础实验
1.(2022·枣庄期末)某同学用绿色菠菜叶和黄化菠菜叶进行了光合色素的提取和分离实验，实验操作过程相同，分别得到滤纸条甲和乙，如图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．分离色素利用了光合色素易溶于有机溶剂无水乙醇的原理
B．滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失
C．滤液细线若没入层析液的液面将得到宽度变窄的色素带
D．滤纸条乙缺少2条色素带的原因是未加碳酸钙
解析：选B。分离色素利用了光合色素随层析液在滤纸条上扩散速度不同的原理，A错误；滤纸条甲与乙上的色素带不会随着层析液的挥发而消失，B正确；层析液是有机溶剂，滤液细线若没入层析液的液面将导致色素溶解在层析液中，因此将得到颜色较浅的色素带或得不到色素带，C错误；滤纸条乙缺少2条色素带的原因是黄化菠菜叶不含叶绿素，D错误。
命题点2　高考拓展延伸
2．植物的生长发育需要根从土壤中吸收水分和各种矿质元素，科学实验发现土壤中缺磷，会导致植株矮小，叶色暗绿。依据叶色变化判断可能是缺少类胡萝卜素，试设计实验探究叶色暗绿是否是因为缺磷造成类胡萝卜素缺乏所致。实验所需主要用具、试剂：烧杯、漏斗、试管、研钵、完全培养液、仅缺磷的培养液、无水乙醇、SiO2、CaCO3、层析液等。
实验材料：正常生长的黄瓜幼苗。
(1)实验假设：___________________________。
(2)实验步骤：
第一步：取两个烧杯编号为A、B，各放入同样数量、_____________的黄瓜幼苗。
第二步：A烧杯中加入完全培养液，B烧杯中加入等量__________，置于相同且适宜的条件下培养，培养到两组黄瓜幼苗叶片出现颜色差异为止。
第三步：分别从A、B两组中选取____________，用__________提取叶片色素，用__________法分离色素，观察比较_________________。
(3)实验结果预测：
①A、B两组类胡萝卜素色素带宽度和颜色一致，说明缺磷导致的叶色暗绿，不是由于类胡萝卜素缺乏所致。
②__________________________________________________。
解析：根据题中的实验目的，可确定该实验的假设为：缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿。利用溶液培养法来培养黄瓜幼苗，实验时要遵循对照原则和单一变量原则。等到完全培养液中和缺磷的培养液中黄瓜叶片出现颜色差异时进行色素的提取和分离实验，最终比较色素带的宽度和颜色的深浅来确定假设是否成立。
答案：(1)缺磷导致类胡萝卜素缺乏，引起叶色暗绿　(2)同一品种且长势相近、苗龄相同　仅缺磷的培养液　等量叶片　无水乙醇　纸层析　A、B两组色素带中类胡萝卜素色素带的宽度和颜色的深浅　(3)②A组比B组类胡萝卜素色素带宽度大、颜色深(或B组缺少类胡萝卜素色素带)，说明缺磷导致的叶色暗绿，是由于类胡萝卜素缺乏所致
考点二　捕获光能的色素和叶绿体的结构与功能

1．捕获光能的色素
(1)叶绿体中色素的种类和颜色

(2)叶绿体中色素的吸收光谱
①吸收光谱实验
在色素溶液与阳光之间，放置一块三棱镜。阳光是由不同波长的光组合成的复合光，在穿过三棱镜时，不同波长的光会分散开，形成不同颜色的光带，称为光谱。分别让不同颜色的光照射色素溶液，就可以得到色素溶液的吸收光谱。
②叶绿体中色素的吸收光谱分析

由图可以看出：

[教材深挖]
(1)(必修1 P99图5－12)叶绿素a和叶绿素b在红光区和蓝紫光区吸收光能的差异是叶绿素a在红光区的吸收峰值大于叶绿素b的吸收峰值，在蓝紫光区的吸收峰值小于叶绿素b的吸收峰值，且吸收峰值均位于红光区和蓝紫光区的外侧。
(2)(必修1 P99旁栏思考)植物工厂里不用发绿光的光源的原因是绿色光源发出绿色的光，这种波长的光线不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中制造有机物。
2．光合作用的结构——叶绿体
(1)叶绿体的结构与功能


(2)恩格尔曼对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。
③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。
[易错辨析]
1．观察光学显微镜下的叶绿体结构可以看到叶绿体由双层膜包被。(×)
2．叶绿体中的色素主要分布在叶绿体内膜上，酶分布于类囊体薄膜和叶绿体基质中。(×)
3．夏天叶片呈绿色是叶片吸收绿光导致的，秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。(×)
4．叶绿体的色素溶液可以通过光合作用放氧。(×)

1．归纳色素的“同”与“不同”
(1)同为色素，呈现花瓣和果实颜色的主要是花青素，呈现叶片绿色的色素主要是叶绿素。
(2)同为色素，色素的位置不同，花青素存在于液泡，植物光合色素存在于类囊体薄膜上。
(3)同为色素，不同色素吸收不同波长的光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。
2．恩格尔曼实验的巧妙之处
(1)水绵做实验材料：水绵有细而长的带状叶绿体，且叶绿体在细胞中呈螺旋带状分布，便于观察实验结果和设置对照。
(2)排除干扰条件：没有空气的黑暗环境排除了环境中氧气和光的干扰。
(3)观测需氧细菌分布：通过观测需氧细菌的分布，准确判断出释放氧气的部位。
(4)自身对照设计：用极细的光束点状投射，使叶绿体上分为获得光照和无光照的部位，相当于一组对照实验；进行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。

命题点1　围绕光合作用的吸收光谱考查生命观念及科学思维
1．(2022·辽宁模拟)如图为正常绿叶的叶绿素a的吸收光谱、色素总吸收光谱以及光合作用的作用光谱(作用光谱代表不同波长下植物的光合作用效率)。由图中信息分析，下列叙述错误的是(　　)

A．色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制，作用光谱可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制
B．总吸收光谱与叶绿素a吸收光谱曲线不吻合，说明绿叶中还含有其他吸收光能的色素
C．总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性，说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用
D．总吸收光谱与作用光谱在450～500 nm波长处出现较大差异，说明其他色素对能量的转换效率比叶绿素对能量的转换效率高
解析：选D。色素的吸收光谱可以通过测量对不同波长光的吸收值来绘制，作用光谱代表各种波长下植物的光合作用效率，可以通过测量不同波长相应的O2释放量来绘制，A正确；总吸收光谱与叶绿素a吸收光谱曲线不吻合，说明绿叶中除了叶绿素a，还含有其他色素，也能吸收光能，B正确；总吸收光谱与作用光谱表现出高度一致性，说明绿叶中色素吸收的光能几乎都能用于光合作用，C正确；绿叶中的类胡萝卜素主要吸收450～500 nm(蓝紫光)波长的光，在可见光的其他波段，总吸收光谱与作用光谱几乎完全重叠，说明叶绿素吸收的光能几乎全部用于光合作用，450～500 nm波长处出现较大差异，说明类胡萝卜素吸收的光能有一部分不能转化成光合作用的能量，进而说明叶绿素比其他色素对能量的转换效率高，D错误。
命题点2　围绕光合色素吸收光能的差异考查科学探究及社会责任
2．研究人员对日光温室内的番茄叶片补充等强度不同波长的光，测得番茄光合速率的日变化情况如图。下列叙述错误的是(　　)

补充不同波长的光对番茄叶片光合速率的影响
A．据图分析，在10：00左右适当补充红光，对番茄的生长最有效
B．14：00～16：00，引起三组番茄光合速率均降低的主要因素是光照强度均下降
C．9：00～11：00，对照组CO2固定量比补蓝光组多
D．12：30时，若适当提高温室内CO2浓度，短时间番茄植株中三碳化合物的合成速率上升
解析：选D。据题图分析可知，若采取在10：00前适当补充红光措施，对番茄的生长最有效，A正确；14：00～16：00，三组的光照强度均下降，三组番茄光合速率均降低，B正确；9：00～11：00，对照组的光合速率高于补蓝光组，故对照组CO2固定量比补蓝光组多，C正确；12：30时，番茄气孔关闭出现了光合午休现象，若适当提高温室内CO2浓度，短时间番茄植株中三碳化合物的合成速率不变，D错误。
考点三　光合作用的基本原理

1．探索光合作用原理的部分实验
(1)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。
(2)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。
(3)1937年，英国植物学家希尔发现，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。
(4)1941年，美国科学家鲁宾和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。
(5)1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP；1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。
[教材深挖]
　(必修1 P102思考·讨论，改编)希尔的实验说明水的光解产生氧气，是否说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部都来自水？
提示：不能说明。希尔反应仅说明了离体叶绿体在适当条件下可以发生水的光解，产生氧气。该实验没有排除叶绿体中其他物质的干扰，也并没有直接观察到氧元素的转移。
2．光合作用过程
(1)梳理具体过程

项目
光反应阶段
暗反应阶段
区别
条件
光、色素、酶、水、ADP、Pi等

场所
类囊体薄膜
叶绿体基质
物质变化
①水的光解：2H2O4H＋＋O2＋4e－H＋＋NADP＋＋2e－NADPH
②ATP的形成：ADP＋Pi＋能量ATP
①CO2的固定：CO2＋C52C3
②C3的还原：
(CH2O)＋C5

能量变化
光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
ATP和NADPH中活跃的化学能转变成储存在(CH2O)中的稳定的化学能
联系
①光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP＋；
②没有光反应，则暗反应无法进行，没有暗反应，则有机物无法合成
(2)书写光合作用总反应式并用箭头标出各元素的去向。
3．光合作用的意义
(1)光合作用产生的有机物除供自身利用外，还为所有异养生物提供食物。
(2)光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
提醒：光合作用过程的两个“不是”
(1)叶绿体并不是进行光合作用的必要条件：能进行光合作用的生物不一定含有叶绿体，如蓝细菌(只要有与光合作用有关的色素和酶，在条件适宜时即可进行光合作用)。
(2)为暗反应提供能量的物质不是只有ATP，ATP和NADPH均可为暗反应提供能量。
[教材深挖]
(1)(必修1 P104相关信息，改编)光合作用过程中C3和C5的含义是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。
4．光合作用和化能合成作用的比较

项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物
[易错辨析]
1．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在暗处进行。(×)
2．光反应制约暗反应，暗反应不能制约光反应。(×)
3．离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，在合适的条件下可完成暗反应过程。(√)
4．光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。(×)
5．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)。(√)

1．理清光合作用中元素去向

2．环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“来源－去路”法



(2)“模型”法


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具体分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定，消耗于C3的还原；C5产生于C3的还原，消耗于CO2的固定)，才能准确作出判断。
④起始值C3高于C5(约为其2倍)。

命题点1　围绕光合作用的探究历程考查科学思维及科学探究
1．(2022·石家庄模拟)希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应式：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下面关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是(　　)
A．光合作用释放的O2来自H2O而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上
C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的需光过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
解析：选B。由题中的信息“希尔反应式”可知，光合作用过程中产生的O2来自参加反应的H2O，A正确；从希尔反应和阿尔农发现的叙述，得不到信息“NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体薄膜上”，B错误；希尔反应和有机物的合成过程可以分别进行，在光下积累NADPH和ATP，在暗处可以进行有机物的合成，C正确；希尔反应只有在光下才能进行，在暗处不能进行，但在光下积累的NADPH和ATP，在暗处进行有机物的合成过程中被消耗，D正确。
2．1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图A的装置，得到了图B所示的氧气中18O百分比的三个试验结果。下列叙述正确的是(　　)


A．该实验的自变量为18O标记的反应物类型
B．该装置加NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的稳定
C．实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的气体，阀门2要保持关闭
D．科学家可根据在水与氧气中18O的百分比的一致性就得出“氧气来自水”的结论
解析：选C。该实验的自变量为18O标记的H2O的百分比，A错误；该装置加NaHCO3溶液的目的是给小球藻的光合作用提供CO2，B错误；实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的氧气，阀门2要保持关闭，C正确；可根据在水与氧气中18O的百分比具有一致性和碳酸氢盐不具有一致性可得出“氧气来自水”的结论，D错误。
命题点2　围绕光合作用的过程考查科学思维及科学探究
3．(2022·山东临沂一模)已知蛋白核小球藻的光合作用过程表示如图，其中PSⅠ和PSⅡ为光合色素与蛋白质组成的复合光反应系统，在盐胁迫(高浓度NaCl)条件下，蛋白核小球藻的光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤，电子传递速率降低，光化学反应速率降低，从而使光合作用减弱，下列分析错误的是(　　)

A．PSⅡ中的光合色素能利用吸收的光能，将H2O分解为O2和H＋
B．ATP合成酶具有催化功能，并协助H＋实现跨膜运输
C．蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过四层生物膜
D．刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻，叶肉细胞内C3含量上升、C5含量下降
解析：选C。由题图可知，PSⅡ上进行水的光解，该膜为类囊体薄膜，其中的光合色素能利用吸收的光能，将H2O分解为O2和H＋，A正确；由题图可知，ATP合成酶具有催化功能，催化ADP和Pi合成ATP，并协助H＋实现跨膜运输，B正确；蛋白核小球藻光反应产生的O2被细胞呼吸利用至少穿过五层生物膜，分别是一层类囊体薄膜、两层叶绿体膜、两层线粒体膜，在线粒体内膜上利用，C错误；刚遭遇盐胁迫的蛋白核小球藻，其光反应复合体PSⅠ和PSⅡ的结构会受到损伤，电子传递速率降低，光化学反应速率降低，光反应提供的ATP和NADPH减少，C3的还原速率变低，C5生产速率变低，而C3的合成速率不变，C5消耗速率不变，故叶肉细胞内C3含量上升，C5含量下降，D正确。
4．(2021·山东卷)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。向水稻叶面喷施不同浓度的光呼吸抑制剂SoBS溶液，相应的光合作用强度和光呼吸强度见下表。光合作用强度用固定的CO2量表示，SoBS溶液处理对叶片呼吸作用的影响忽略不计。
SoBS浓度(mg/L)
0
100
200
300
400
500
600
光合作用强度
(CO2 μmol·m－2·s－1)
18.9
20.9
20.7
18.7
17.6
16.5
15.7
光呼吸强度
(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与O2结合的反应发生在叶绿体的____________中。正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低，CO2释放量增加的原因是________________________________________。
(2)与未喷施SoBS溶液相比，喷施100 mg/L SoBS溶液的水稻叶片吸收和放出CO2量相等时所需的光照强度________(填“高”或“低”)，据表分析，原因是______________________________________________________。
(3)光呼吸会消耗光合作用过程中的有机物，农业生产中可通过适当抑制光呼吸以增加作物产量。为探究SoBS溶液利于增产的最适喷施浓度，据表分析，应在____________mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
解析：(1)C5位于叶绿体基质中，则O2与C5结合发生的场所在叶绿体基质中。突然停止光照，则光反应产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多。
(2)观察表格数据可知，与对照相比，喷施100 mg/L SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等。(3)光呼吸会消耗有机物，但光呼吸会释放CO2，补充光合作用的原料，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，由表可知，在SoBS溶液浓度为200 mg/L时光合作用强度与光呼吸强度差值最大，即光合产量最大，为了进一步探究最适喷施浓度，应在100～300 mg/L之间再设置多个浓度梯度进一步进行实验。
答案：(1)基质　光照停止，产生的ATP、[H]减少，暗反应消耗的C5减少，C5与O2结合增加，产生的CO2增多　(2)低　喷施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸释放的CO2减少，即叶片的CO2吸收量增加，释放量减少，此时，在更低的光照强度下，两者即可相等
(3)100～300

[真题演练]
1．(2022·湖北卷)某植物的2种黄叶突变体表型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是(　　)
植林类型
叶绿素a
叶绿素b
类胡萝卜素
叶绿素/胡萝卜素
野生型
1235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.35
A.两种突变体的出现增加了物种多样性
B．突变体2比突变体1吸收红光的能力更强
C．两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致
D．叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色
解析：选D。两种突变体之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只能体现遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误；野生型的叶绿素与胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量少，不能掩盖类胡萝卜素的颜色，此时叶片呈黄色，D正确。
2．(2021·湖南卷)绿色植物的光合作用是在叶绿体内进行的一系列能量和物质转化过程。下列叙述错误的是(　　)
A．弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用
B．在暗反应阶段，CO2不能直接被还原
C．在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降
D．合理密植和增施有机肥能提高农作物的光合作用强度
解析：选A。弱光条件下，植物没有O2的释放是因为此时呼吸作用强度大于光合作用强度，并不是未进行光合作用，A错误；在光合作用暗反应阶段，CO2一般要与C5结合生成C3后才被还原，B正确；在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，短时间内使得光合作用产物输出受阻，对光合作用过程起抑制作用，叶片的光合速率会暂时下降，C正确；合理密植(增加受光面积、增加CO2浓度)和增施有机肥(提供无机盐和CO2)均可在一定程度上提高农作物光合作用强度，D正确。
3．(2021·天津卷)Rubisco是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisco的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
(1)蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。

注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO2依次以__________和__________方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisco周围的CO2浓度，从而通过促进__________和抑制__________________，提高光合效率。
(2)向烟草内转入蓝细菌Rubisco的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的__________中观察到羧化体。
(3)研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应__________，光反应水平应______________，从而提高光合速率。
解析：(1)据图分析，CO2进入细胞膜的方式为自由扩散，进入光合片层膜时需要膜上的CO2转运蛋白协助并消耗能量，为主动运输过程。蓝细菌通过CO2浓缩机制使羧化体中Rubisco周围的CO2浓度升高，从而通过促进CO2固定，促进光合作用的暗反应，同时抑制O2与C5结合，进而抑制光呼吸，最终提高光合效率。(2)若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，暗反应的场所为叶绿体基质，故能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的叶绿体中观察到羧化体。(3)若转入HCO和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上可以增大羧化体中CO2的浓度，使转基因植株暗反应水平提高，进而消耗更多的NADPH和ATP，使光反应水平也随之提高，从而提高光合速率。
答案：(1)自由扩散　主动运输　CO2固定　O2与C5结合　(2)叶绿体　(3)提高　提高
4．(2021·湖南卷)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：

图a

图b
(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
叶绿体　
类型
相对值
实验项目
叶绿体A：双层膜结构完整
叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤
叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂
叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量
100
106.7
471.1
109.6
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是_______________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于______________________________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释___________
________________________________。
解析：(1)题图b显示的是光反应的过程，光反应的场所是类囊体的薄膜，由此可推测题图b是题图a中的类囊体膜。由题图可知，电能最终转化为NADPH和ATP中活跃的化学能。CO2浓度降低，暗反应速率减慢，进而使光反应速率减慢，所以推测题图b电子传递速率会减慢。(2)①叶绿体的双层膜受损后，以Fecy为电子受体时的放氧量增加的比例比以DCIP为电子受体时的放氧量增加的比值大，所以叶绿体双层膜对Fecy为电子受体的光反应的阻碍作用更明显。②双层膜瓦解、类囊体松散但未断裂的条件下，更有利于类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能，提高水的光解速率，从而提高光反应速率。③叶绿体双层膜结构被破坏得越严重，H＋在膜两侧的浓度差越小，ATP的产生效率就越低。
答案：(1)类囊体膜　NADPH　减慢
(2)①Fecy　叶绿体的双层膜受损后，以Fecy为电子受体时的放氧量增加的比例比以DCIP为电子受体时的放氧量增加的比值大　②类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能　③膜结构破坏得越严重，H＋在膜两侧的浓度差越小，ATP的产生效率就越低
[长句特训]
　为研究臭氧胁迫对油菜光合特性的影响，研究人员将生理状况相同的油菜幼苗均分为甲、乙两组，甲组培养在经活性碳过滤的空气中，乙组培养在含有一定浓度臭氧且经活性碳过滤的空气中，其他条件相同且适宜。一段时间后测定，发现甲组的光合产物合成量、光合放氧速率和光合色素含量均高于乙组。
设问形式1　事实概述类命题
(1)在测定光合色素含量时，首先要进行光合色素的____________，再进行定量测定。光合色素吸收的光能的用途有____________________(答2点)。
设问形式2　逻辑推理类命题
(2)根据实验结果和光合作用的过程分析，臭氧使油菜光合产物合成量减少的原因是_____________________________。
设问形式3　科学探究类命题
(3)进一步研究发现，乙组油菜幼苗光合放氧速率下降是可恢复的。请以甲、乙两组油菜幼苗为实验材料，设计实验验证这一结论。要求：简要写出实验思路和预期结果。
实验思路：__________________________________。
预期结果：______________________________________。
解析：(1)在测定光合色素含量时，首先要从绿叶中提取色素，并对提取的色素进行分离，再进行定量测定。光合色素的功能是吸收、传递和转化光能，在光能的作用下将水光解为NADPH和氧气，同时合成ATP。(2)由题干可知，乙组光合色素含量低于甲组，可推知臭氧胁迫使光合色素含量降低，叶绿体吸收光能减少，使得光反应产生的ATP和NADPH的量减少，进而使暗反应中C3的还原减弱，使光合产物合成量减少。(3)将题干所述实验结束后的甲、乙两组油菜幼苗，分别培养在经活性碳过滤的空气中，在相同且适宜的条件下培养一段时间，然后测定甲、乙两组的光合放氧速率，如果甲、乙两组的光合放氧速率相等，则说明乙组油菜幼苗光合放氧速率下降是可恢复的。
答案：(1)提取和分离　将水分解成氧和NADPH(或用于水的光解)；在酶的催化作用下，促进ADP和Pi形成ATP　(2)臭氧胁迫使光合色素含量降低，叶绿体吸收光能减少，使得ATP和NADPH生成减少，进而影响暗反应中C3的还原，使光合产物合成量减少　(3)将甲、乙两组油菜幼苗分别培养在经活性碳过滤的空气中，在相同且适宜的条件下培养一段时间，然后测定甲、乙两组的光合放氧速率　甲、乙两组的光合放氧的速率相等