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2024年高中生物大一轮复习必修一课件：第9讲 光合作用的原理
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这是一份2024年高中生物大一轮复习必修一课件：第9讲 光合作用的原理，共60页。PPT课件主要包含了光合作用的原理，重温真题经典再现，限时强化练，捕获光能的色素和结构，基础·精细梳理，典例·精心深研，疑难·精准突破，情境推理·探究，重点难点·透析，对点强化等内容，欢迎下载使用。
课标内容 (1)说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。(2)实验：提取和分离叶绿体色素。
考点一 捕获光能的色素和结构
1.色素的提取与分离实验
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
2.400～760 nm
①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。②植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。③植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。
3.叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构模式图
(1)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(2021·河北卷，3C)( )(2)探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。(2020·山东卷，3D)( )(3)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江苏卷，17A)( )提示 防止叶绿素被破坏。
(4)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。(2019·海南卷，9B)( )提示 胡萝卜素不能吸收红光。(5)叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的。(2017·全国卷Ⅲ，3D)( )
1.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：
恩格尔曼第二个实验的示意图
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是____________________________________________________________________________________________。
选择水绵和需氧细菌，水
绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是______________________________________。
排除氧气和极细光束外的其他光的干扰
(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？提示 这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布
2.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：________________________________________________________ __________________________________________________________________ ______________________。 预期结果：________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________________。
将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条
件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄
色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带
1.塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种颜色的光均可被作物吸收(对黄绿色吸收较少)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)的角度讲，用红灯泡、蓝紫灯泡效率最高。
2.绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析
1.(2023·东北育才中学调研)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是( )A.根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离B.分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D.叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢
结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力
解析 根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，橙黄色的色素带(胡萝卜素)距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越快，D错误。
2.(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，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( )
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 两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离，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；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的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。
3.(2023·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是( )A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
解析 只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。
4.(2023·山东临沂联考)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是( )
A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析 图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
考点二 光合作用的原理
1.探索光合作用的部分经典实验
2.光合作用过程 (1)图解光合作用的过程
(2)比较光反应与暗反应
3.光合作用的概念及反应式
提醒 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
(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)( )提示 植物细胞中H2O2分解也能产生O2。(2)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(2021·湖南卷，7A)( )提示 可能此时光合作用等于呼吸作用。(3)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)( )提示 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。
(4)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。(2019·海南卷，1D)( )(5)高等植物光合作用中光反应只发生在生物膜上。(2018·海南卷，4A)( )(6)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中。(2017·全国卷Ⅲ，2B)( )(7)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量。(2017·海南卷，10D)( )提示 水在叶绿体中分解需要光能。
1.模拟鲁宾、卡门的实验时，能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记吗？为什么？____________________________________________________。
不能，若CO2和H2O中的氧均标记，则无法分辨氧气的来源
2.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________。
3.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________； CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。
暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行
光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行
1.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。(3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。
2.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
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的含量变化
起始值C3高于C5(约为其2倍)
1.(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是( )
围绕光合作用的过程，考查科学思维
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
解析 O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。
2.(2023·江西九江检测)科学家向小球藻培养液中通入14CO2，给予实验装置不同时间光照，结果如表所示。根据上述实验结果分析，下列叙述正确的是( )
A.暗反应最初形成的很可能是3-磷酸甘油酸(三碳化合物)B.本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段C.3-磷酸甘油酸可直接转化成氨基酸、有机酸等D.实验结果说明光合作用产物是各种糖类
解析 由表格可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的物质是3-磷酸甘油酸(三碳化合物)，A正确；由题意可知，用同位素标记法探究二氧化碳中的碳元素的去向，故本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，B错误；根据时间分析，3-磷酸甘油酸要先转化成12种磷酸化糖类，然后才转化成氨基酸、有机酸等，C错误；表格中的数据说明光合作用除了产生糖类外，还有氨基酸、有机酸等其他有机物，D错误。
3.(2023·中原名校联盟)如图是某学校生物兴趣小组研究菠菜光合速率相对值与叶龄关系的结果图示。下列说法错误的是( )
围绕不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维
A.A点光合速率较低是由于幼叶光合色素含量少B.随着叶片不断地展开，AB段光合速率上升C.由于叶片的衰老，CD段光合速率下降D.若光照突然增强，则短时间内叶绿体中C3的含量增加
解析 A点叶龄小，光合色素含量少，吸收光能也少，导致光合速率较低，A正确；AB段随着叶龄增加，光合色素含量增多，叶片面积增大，酶数量增多，光合速率增大，B正确；CD段随叶龄增大，叶片细胞逐渐衰老，叶片中的光合色素减少，酶数量减少，光合速率下降，C正确；光照突然增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3的还原加快，短时间内叶绿体中C3的含量减少，D错误。
4.(2023·广东茂名调研)在一定条件下，下列关于某叶肉细胞内叶绿体和线粒体生理活动的叙述，正确的是( )A.若突然增加CO2浓度，则短时间内叶绿体中C3比ADP先增加B.光照下两者发生氧化反应时都释放能量供各项生命活动利用C.若突然增加光照强度，则短时间内叶绿体中C5比ADP先减少D.光照下叶绿体直接为线粒体提供O2和葡萄糖
解析 若突然增加CO2浓度，首先是CO2固定生成C3增多，C3增多，还原C3的速率加快，此时消耗ATP产生ADP才增多，所以短时间内叶绿体中C3比ADP先增加，A正确；光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应，呼吸作用产生的ATP可供各项生命活动利用，B错误；若突然增加光照强度，短时间内，先是光反应加强，消耗ADP和Pi合成ATP增加，同时NADPH也增加，促进C3还原加快，短时间内CO2的固定速率不变，因此短时间内叶绿体中C5增加，C错误；线粒体是有氧呼吸的主要场所，但不能直接利用葡萄糖，葡萄糖需要在细胞质基质中被分解成丙酮酸后才能进入线粒体被氧化分解，D错误。
5.(2022·湖北孝感中学质检)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是( )
A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATPB.只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原C.如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加D.如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少
解析 光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面参与ATP合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP＋，若突然增加光照强度，光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和磷酸，增加光能后短时间内③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲乙两植株光合作用光反应均增强，所以C3均减少，图中④(C5)均增加，D错误。
1.(2021·广东卷，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A.Rubisc存在于细胞质基质中B.激活Rubisc需要黑暗条件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
解析 由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc”可知，Rubisc是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误，D正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisc不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误。
2.(2020·江苏卷，6)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是( )A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析 叶绿体色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被破坏，B错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。
3.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和__________释放的CO2。(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________________，又能保证____________正常进行。
叶绿体、细胞质基质、线粒体
蒸腾作用过强导致植物失水
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天
解析 (1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出CO2可用于光合作用，同时叶肉细胞也进行呼吸作用，呼吸作用释放出来的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
4.(2022·湖南卷，17)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μml/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μml/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题：
(1)在此条件下，该水稻种子__________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是___________________________________________________________________________________________________。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μml/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
种子萌发形成幼苗的过程中，消
耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
光照强度为10 μml/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时
光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有____________________特性。
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，因此在光照强度为2 μml/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。
(2)将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μml/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。
(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，此时种子获得氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
考点一 捕获光能的色素和结构1.(2023·重庆南开中学)下列关于叶绿体的叙述，正确的是( )A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积B.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPHC.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光D.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
解析 叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜，而是类囊体薄膜，A错误；NADP＋形成NADPH的场所是类囊体薄膜，B错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C正确；催化CO2的固定和还原的酶存在于叶绿体的基质中，D错误。
2.(2023·河北保定调研)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是( )
A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2＋C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜
解析 由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0，即不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg＋，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速率最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的是叶绿素b，C正确；蔬菜大棚使用的塑料薄膜应该是无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，D错误。
3.(2023·洛阳市尖子生调研)韭菜具有补肾、健胃、提神之功效，而韭黄是韭菜在避光条件下培养出来的，具有更佳的口感。某学习小组成员分别利用韭菜和韭黄进行叶绿体色素提取和分离实验，获得的结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.研磨叶片时，需加入少许SiO2，有助于叶片研磨得更充分B.将滤纸条一端剪去两角有利于层析时形成平整的色素带C.实验结果表明：色素④叶绿素a在层析液中的溶解度最低D.实验结果表明：避光条件对类胡萝卜素的合成基本无影响
解析 研磨叶片时加入少许SiO2，有助于叶片研磨得更充分，A正确；将滤纸条一端剪去两角有利于层析时形成平整的色素带，B正确；光合色素能在滤纸条上出现色素带的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，韭菜叶绿体色素分离的结果：①为胡萝卜素，②为叶黄素，③为叶绿素a，④为叶绿素b，叶绿素b在层析液中的溶解度最低，扩散距离最近，位于滤纸条的最下端，C错误；根据两种叶片色素的分离结果可看出，类胡萝卜素色素带的宽度基本相似，说明避光条件对类胡萝卜素的合成基本上不会造成影响，D正确。
考点二 光合作用的原理4.(2023·湖南怀化期末)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，有关分析正确的是( )
A.黑暗的目的是与光照作对照B.pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
解析 黑暗处理的目的是避免光照对ATP的合成产生干扰，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境，B错误；ADP与Pi在类囊体薄膜上形成ATP，ATP形成后进入叶绿体基质，C错误；分析实验结果可知，转移类囊体至pH＝8缓冲溶液中立即加入ADP和Pi有ATP产生，而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差，D正确。
5.(2023·江西南昌质检)下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析 因为暗反应中1 ml C5和1 ml CO2可生成2 ml C3，所以在适宜条件下，叶肉细胞内C3是C5的2倍，因此图中甲是C5，乙是C3。图中物质甲与CO2结合形成乙，该过程只需要酶的催化，不需要消耗ATP，A错误；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度，那么C3含量增加，C5含量减少，与题图不符合，而如果改变的条件是降低CO2浓度，那么C3含量减少，C5含量增加，与题图符合，所以本题改变的条件是降低CO2浓度，B错误；CO2浓度降低，由于CO2供应量减少，C5消耗减少，而C3还原正常，所以C5(甲)含量会上升，C错误；低CO2浓度下的光饱和点也低，D正确。
6.(2023·厦门外国语学校)科学是在实验和争论中前进的，光合作用的探究历程就是如此。在下面几个关于光合作用的实验中，相关叙述正确的是( )A.恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量B.科学家发现甲醛是光合作用的原料C.希尔发现离体叶绿体在适宜条件下可释放O2D.鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O
解析 恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成氧气，但没有定量分析生成O2的量，A错误；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，B错误；鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2来自H2O而不是CO2。
7.(2023·河南名校联盟)爱默生用远红光(红外光)和红光两种波长的光进行单独和混合照射绿藻，测定的净光合速率如图所示。结合图形分析，下列叙述错误的是( )
A.绿藻细胞中的光合色素既能吸收远红光，也能吸收红光B.绿藻净光合速率可用单位时间O2放出量表示，也可用CO2吸收量表示C.与红光照射绿藻相比，黑暗和光照交替处理可使其净光合速率显著增加D.从两种光单独和混合光照处理结果分析，两种光具有协同增效作用
解析 据图分析，对绿藻单独照射远红光和红光，绿藻均有一定的净光合速率，说明绿藻细胞中的光合色素既能吸收远红光，也能吸收红光，A正确；根据净光合速率的定义可知，绿藻净光合速率可用单位时间内O2放出量表示，也可用单位时间内CO2吸收量表示，B正确；爱默生用远红光和红光两种波长的光进行单独和混合照射绿藻，可以比较两种光单独照射和混合照射的净光合速率大小，不能得出黑暗和光照交替处理绿藻可使其净光合速率显著高于红光照射处理的结论，C错误；图中显示，两种光混合光照处理绿藻的净光合速率明显大于单独光照的净光合速率，说明两种光对绿藻光合速率具有协同增效作用，D正确。
8.(2023·广东东莞调研)莲藕是广泛用于观赏和食用的植物，研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体，其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。图1表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体和普通莲藕的净光合速率，图2中A、B分别表示某光照强度下该突变体与普通莲藕的气孔导度(单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。回答下列问题：
(1)提取和分离莲藕叶片中叶绿体内的色素，常用的试剂分别是______________________________。突变体与普通莲藕相比，经过纸层析分离色素，在滤纸条上__________________两种颜色的色素带将会变窄。突变体叶绿素含量显著下降，将直接影响光合作用的________阶段。(2)莲藕切开后极易褐变，这是由细胞内的多酚氧化酶催化相关反应引起的。将切好的莲藕在开水中焯过后可减轻褐变程度，原因是____________________________________________________。
失去活性，抑制了褐变的过程
(3)在2 000(μml·m－2·s－1)的光强下，普通莲藕的总光合速率为___________ (μml·m－2·s－1)。(4)CO2被利用的场所是叶绿体基质，因为此处可以为CO2的固定提供__________。据图2判断，突变体莲藕在单位时间内固定的CO2多，请写出判断的依据：________________________________________________________________________________________________________________________________________。
突变体的气孔导度大，进入叶片的CO2多，而其胞间CO2浓度与普通莲藕胞间CO2浓度相近，说明突变体的光合速率较高，能较快地消耗CO2
9.(2023·山东潍坊测评)淀粉是粮食最主要的组分，也是重要的工业原料。中国科学院实现了人工合成淀粉，其途径如图1所示，该成果不依赖植物光合作用，在实验室人为提供能量的基础上，实现了从CO2和H2到淀粉分子的人工全合成。图2表示光合作用合成葡萄糖的过程。
(1)光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的__________________(用“C1模块”“C3模块”“C6模块”或“Cn模块”及箭头表示)。图1中Cn是由C6组成的淀粉，以C6为单位组成的生物大分子还有_______________。
(2)据图2所示过程18O的转移路径和实验结果，推测用18O标记二氧化碳的实验目的是_____________________________________。光合作用过程既能分解水也能产生水，结合图2分析光合作用的________(填“光反应”或“暗反应”)过程产生水，判断的依据是___________________________________________________。(3)从能量的角度看，光合作用的本质是将太阳能转化为_____________________。
探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径
体类囊体，与ATP同时生成
有机物中储存的化学能
人工合成淀粉的成功能否表明对光合作用的完全替代，请从能量的角度阐述你的理由：_____________________________________________________________________________________________________。
不能，人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量，而光合作用合
成淀粉所需能量是生产者直接固定的太阳能
解析 (1)NADPH和ATP参与光合作用暗反应过程中C3的还原，光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的C3模块→C6模块。以C6为单位组成的生物大分子除淀粉外，还有糖原、纤维素。(2)根据图2分析可知，用18O标记二氧化碳的实验目的是探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径。由图2可知，合成ATP时，也产生了水，场所为叶绿体类囊体。(3)光合作用的本质是将太阳能转化为有机物中储存的化学能。
课标内容 (1)说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。(2)实验：提取和分离叶绿体色素。
考点一 捕获光能的色素和结构
1.色素的提取与分离实验
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
2.400～760 nm
①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。②植物的液泡中含有的色素(花青素)不参与光合作用。③植物幼嫩的茎和果实的细胞中也含有吸收光能的色素。
3.叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构模式图
(1)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(2021·河北卷，3C)( )(2)探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。(2020·山东卷，3D)( )(3)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江苏卷，17A)( )提示 防止叶绿素被破坏。
(4)红光照射时，胡萝卜素吸收的光能可传递给叶绿素a。(2019·海南卷，9B)( )提示 胡萝卜素不能吸收红光。(5)叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的。(2017·全国卷Ⅲ，3D)( )
1.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：
恩格尔曼第二个实验的示意图
(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是____________________________________________________________________________________________。
选择水绵和需氧细菌，水
绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位
(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是______________________________________。
排除氧气和极细光束外的其他光的干扰
(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？提示 这是因为水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，适于需氧细菌在此区域分布
2.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：________________________________________________________ __________________________________________________________________ ______________________。 预期结果：________________________________________________________ __________________________________________________________________ ________________________________________。
将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条
件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄
色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带
1.塑料大棚中“塑料颜色”与“补光类型”的选择为提高光能利用率，塑料大棚栽培时常选择“无色塑料”以便透过各色光，这是因为太阳的全色光透过时各种颜色的光均可被作物吸收(对黄绿色吸收较少)，而阴天或夜间给温室大棚“人工补光”时，则宜选择植物吸收利用效率最高的“红光或蓝紫光”灯泡。因为若利用白炽灯，则其发出的光中“黄绿光”利用率极低，从节省能源(节电、节省成本)的角度讲，用红灯泡、蓝紫灯泡效率最高。
2.绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析
1.(2023·东北育才中学调研)下列有关色素提取和分离实验的说法，正确的是( )A.根据绿叶中色素在无水乙醇中溶解度不同，可对色素进行分离B.分离色素时，蓝绿色的色素带距离滤液细线最远C.利用纸层析法可分离4种叶绿体色素D.叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越慢
结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力
解析 根据绿叶中色素在层析液中溶解度不同，可对色素进行分离，A错误；分离色素时，橙黄色的色素带(胡萝卜素)距离滤液细线最远，B错误；叶绿体色素在层析液中的溶解度越高，在滤纸上扩散就越快，D错误。
2.(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，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( )
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 两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离，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；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的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。
3.(2023·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是( )A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的
解析 只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。
4.(2023·山东临沂联考)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是( )
A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
解析 图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
考点二 光合作用的原理
1.探索光合作用的部分经典实验
2.光合作用过程 (1)图解光合作用的过程
(2)比较光反应与暗反应
3.光合作用的概念及反应式
提醒 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
(1)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)( )提示 植物细胞中H2O2分解也能产生O2。(2)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(2021·湖南卷，7A)( )提示 可能此时光合作用等于呼吸作用。(3)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)( )提示 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。
(4)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。(2019·海南卷，1D)( )(5)高等植物光合作用中光反应只发生在生物膜上。(2018·海南卷，4A)( )(6)叶肉细胞中光合作用的暗反应发生在叶绿体基质中。(2017·全国卷Ⅲ，2B)( )(7)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量。(2017·海南卷，10D)( )提示 水在叶绿体中分解需要光能。
1.模拟鲁宾、卡门的实验时，能对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记吗？为什么？____________________________________________________。
不能，若CO2和H2O中的氧均标记，则无法分辨氧气的来源
2.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是_______________________________________________________________ ______________________________________________________________________。
3.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是______________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________； CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________。
暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行
光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行
1.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)在总光照时间相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。(3)应用：人工补光时，可适当采用“光暗交替”策略，这样，在提高光合产量的情况下，可大量节省能源成本。
2.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
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的含量变化
起始值C3高于C5(约为其2倍)
1.(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是( )
围绕光合作用的过程，考查科学思维
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
解析 O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。
2.(2023·江西九江检测)科学家向小球藻培养液中通入14CO2，给予实验装置不同时间光照，结果如表所示。根据上述实验结果分析，下列叙述正确的是( )
A.暗反应最初形成的很可能是3-磷酸甘油酸(三碳化合物)B.本实验利用小球藻研究的是光合作用的光反应阶段C.3-磷酸甘油酸可直接转化成氨基酸、有机酸等D.实验结果说明光合作用产物是各种糖类
解析 由表格可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的物质是3-磷酸甘油酸(三碳化合物)，A正确；由题意可知，用同位素标记法探究二氧化碳中的碳元素的去向，故本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，B错误；根据时间分析，3-磷酸甘油酸要先转化成12种磷酸化糖类，然后才转化成氨基酸、有机酸等，C错误；表格中的数据说明光合作用除了产生糖类外，还有氨基酸、有机酸等其他有机物，D错误。
3.(2023·中原名校联盟)如图是某学校生物兴趣小组研究菠菜光合速率相对值与叶龄关系的结果图示。下列说法错误的是( )
围绕不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维
A.A点光合速率较低是由于幼叶光合色素含量少B.随着叶片不断地展开，AB段光合速率上升C.由于叶片的衰老，CD段光合速率下降D.若光照突然增强，则短时间内叶绿体中C3的含量增加
解析 A点叶龄小，光合色素含量少，吸收光能也少，导致光合速率较低，A正确；AB段随着叶龄增加，光合色素含量增多，叶片面积增大，酶数量增多，光合速率增大，B正确；CD段随叶龄增大，叶片细胞逐渐衰老，叶片中的光合色素减少，酶数量减少，光合速率下降，C正确；光照突然增强，光反应产生的ATP和NADPH增加，C3的还原加快，短时间内叶绿体中C3的含量减少，D错误。
4.(2023·广东茂名调研)在一定条件下，下列关于某叶肉细胞内叶绿体和线粒体生理活动的叙述，正确的是( )A.若突然增加CO2浓度，则短时间内叶绿体中C3比ADP先增加B.光照下两者发生氧化反应时都释放能量供各项生命活动利用C.若突然增加光照强度，则短时间内叶绿体中C5比ADP先减少D.光照下叶绿体直接为线粒体提供O2和葡萄糖
解析 若突然增加CO2浓度，首先是CO2固定生成C3增多，C3增多，还原C3的速率加快，此时消耗ATP产生ADP才增多，所以短时间内叶绿体中C3比ADP先增加，A正确；光合作用光反应产生的ATP只能用于暗反应，呼吸作用产生的ATP可供各项生命活动利用，B错误；若突然增加光照强度，短时间内，先是光反应加强，消耗ADP和Pi合成ATP增加，同时NADPH也增加，促进C3还原加快，短时间内CO2的固定速率不变，因此短时间内叶绿体中C5增加，C错误；线粒体是有氧呼吸的主要场所，但不能直接利用葡萄糖，葡萄糖需要在细胞质基质中被分解成丙酮酸后才能进入线粒体被氧化分解，D错误。
5.(2022·湖北孝感中学质检)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是( )
A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATPB.只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原C.如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加D.如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少
解析 光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面参与ATP合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP＋，若突然增加光照强度，光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和磷酸，增加光能后短时间内③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲乙两植株光合作用光反应均增强，所以C3均减少，图中④(C5)均增加，D错误。
1.(2021·广东卷，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc，下列叙述正确的是( )
A.Rubisc存在于细胞质基质中B.激活Rubisc需要黑暗条件C.Rubisc催化CO2固定需要ATPD.Rubisc催化C5和CO2结合
解析 由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisc”可知，Rubisc是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，故Rubisc存在于叶绿体基质中，A错误，D正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisc不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误。
2.(2020·江苏卷，6)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是( )A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏C.研磨时添加石英砂有助于色素提取D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
解析 叶绿体色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被破坏，B错误；加入石英砂是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。
3.(2021·全国乙卷，29)生活在干旱地区的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。这类植物晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用。回答下列问题：(1)白天叶肉细胞产生ATP的场所有____________________________。光合作用所需的CO2来源于苹果酸脱羧和__________释放的CO2。(2)气孔白天关闭、晚上打开是这类植物适应干旱环境的一种方式，这种方式既能防止________________________，又能保证____________正常进行。
叶绿体、细胞质基质、线粒体
蒸腾作用过强导致植物失水
(3)若以pH作为检测指标，请设计实验来验证植物甲在干旱环境中存在这种特殊的CO2固定方式。(简要写出实验思路和预期结果)
答案 实验思路：取若干长势相同的植物甲，平均分为A、B两组；将A组置于干旱条件下培养，B组置于水分充足的条件下培养，其他条件相同且适宜；一段时间后，分别测定两组植物甲白天和夜晚液泡中的pH。预期结果：B组液泡中的pH白天和夜晚无明显变化，A组液泡中的pH夜晚明显低于白天
解析 (1)白天植物的叶肉细胞同时进行光合作用和呼吸作用，光合作用过程中产生ATP的场所是叶绿体，呼吸作用过程中产生ATP的场所是细胞质基质和线粒体。据题干信息可知，白天储存在液泡中的苹果酸脱羧释放出CO2可用于光合作用，同时叶肉细胞也进行呼吸作用，呼吸作用释放出来的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的环境中，白天气孔关闭可以降低蒸腾作用，避免植物细胞过度失水；夜间气孔打开吸收CO2，通过生成苹果酸储存在液泡中，白天苹果酸脱羧释放的CO2为光合作用的进行提供原料，保证了光合作用的正常进行。(3)该实验的目的是验证植物甲在干旱环境中存在特殊的CO2固定方式，根据题干信息晚上气孔打开吸收CO2，吸收的CO2通过生成苹果酸储存在液泡中，推测苹果酸的存在会导致液泡中呈酸性，由白天气孔关闭，液泡中储存的苹果酸脱羧释放的CO2可用于光合作用，可判断苹果酸分解释放出CO2后液泡中酸性下降或趋于中性，因此实验中需要检测白天和夜晚叶肉细胞中液泡的pH。
4.(2022·湖南卷，17)将纯净水洗净的河沙倒入洁净的玻璃缸中制成沙床，作为种子萌发和植株生长的基质。某水稻品种在光照强度为8～10 μml/(s·m2)时，固定的CO2量等于呼吸作用释放的CO2量；日照时长短于12小时才能开花。将新采收并解除休眠的该水稻种子表面消毒，浸种1天后，播种于沙床上。将沙床置于人工气候室中，保湿透气，昼/夜温为35 ℃/25 ℃，光照强度为2 μml/(s·m2)，每天光照时长为14小时。回答下列问题：
(1)在此条件下，该水稻种子__________(填“能”或“不能”)萌发并成苗(以株高≥2厘米，至少1片绿叶视为成苗)，理由是___________________________________________________________________________________________________。
(2)若将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μml/(s·m2)，其他条件与上述实验相同，该水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的种子，理由是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(答出两点即可)。
种子萌发形成幼苗的过程中，消
耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，且光照有利于叶片叶绿素的形成
光照强度为10 μml/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时
光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，故全天没有有机物积累；且每天光照时长大于12小时，植株不能开花
(3)若该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，该种子应具有____________________特性。
解析 (1)种子萌发形成幼苗的过程中，消耗的能量主要来自种子胚乳中储存的有机物，因此在光照强度为2 μml/(s·m2)，每天光照时长为14小时，虽然光照强度低于光补偿点，但光照有利于叶片叶绿素的形成，种子仍能萌发并成苗。
(2)将该水稻适龄秧苗栽植于上述沙床上，光照强度为10 μml/(s·m2)，等于光补偿点，每天光照时长为14小时，此时光照时没有有机物的积累，黑暗中细胞呼吸仍需消耗有机物，且每天光照时长大于12小时，植株不能开花，因此该水稻不能繁育出新的种子。
(3)该水稻种子用于稻田直播(即将种子直接撒播于农田)，为防鸟害、鼠害减少杂草生长，须灌水覆盖，此时种子获得氧气较少，可通过无氧呼吸分解有机物供能，无氧呼吸产生的酒精对种子有一定的毒害作用，推测该种子应具有耐受酒精毒害的特性。
考点一 捕获光能的色素和结构1.(2023·重庆南开中学)下列关于叶绿体的叙述，正确的是( )A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积B.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPHC.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光D.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
解析 叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜，而是类囊体薄膜，A错误；NADP＋形成NADPH的场所是类囊体薄膜，B错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C正确；催化CO2的固定和还原的酶存在于叶绿体的基质中，D错误。
2.(2023·河北保定调研)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是( )
A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2＋C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜
解析 由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0，即不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg＋，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速率最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的是叶绿素b，C正确；蔬菜大棚使用的塑料薄膜应该是无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，D错误。
3.(2023·洛阳市尖子生调研)韭菜具有补肾、健胃、提神之功效，而韭黄是韭菜在避光条件下培养出来的，具有更佳的口感。某学习小组成员分别利用韭菜和韭黄进行叶绿体色素提取和分离实验，获得的结果如图所示。下列相关叙述错误的是( )
A.研磨叶片时，需加入少许SiO2，有助于叶片研磨得更充分B.将滤纸条一端剪去两角有利于层析时形成平整的色素带C.实验结果表明：色素④叶绿素a在层析液中的溶解度最低D.实验结果表明：避光条件对类胡萝卜素的合成基本无影响
解析 研磨叶片时加入少许SiO2，有助于叶片研磨得更充分，A正确；将滤纸条一端剪去两角有利于层析时形成平整的色素带，B正确；光合色素能在滤纸条上出现色素带的原因是不同色素在层析液中的溶解度不同，韭菜叶绿体色素分离的结果：①为胡萝卜素，②为叶黄素，③为叶绿素a，④为叶绿素b，叶绿素b在层析液中的溶解度最低，扩散距离最近，位于滤纸条的最下端，C错误；根据两种叶片色素的分离结果可看出，类胡萝卜素色素带的宽度基本相似，说明避光条件对类胡萝卜素的合成基本上不会造成影响，D正确。
考点二 光合作用的原理4.(2023·湖南怀化期末)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，有关分析正确的是( )
A.黑暗的目的是与光照作对照B.pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内D.类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
解析 黑暗处理的目的是避免光照对ATP的合成产生干扰，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境，B错误；ADP与Pi在类囊体薄膜上形成ATP，ATP形成后进入叶绿体基质，C错误；分析实验结果可知，转移类囊体至pH＝8缓冲溶液中立即加入ADP和Pi有ATP产生，而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差，D正确。
5.(2023·江西南昌质检)下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
解析 因为暗反应中1 ml C5和1 ml CO2可生成2 ml C3，所以在适宜条件下，叶肉细胞内C3是C5的2倍，因此图中甲是C5，乙是C3。图中物质甲与CO2结合形成乙，该过程只需要酶的催化，不需要消耗ATP，A错误；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度，那么C3含量增加，C5含量减少，与题图不符合，而如果改变的条件是降低CO2浓度，那么C3含量减少，C5含量增加，与题图符合，所以本题改变的条件是降低CO2浓度，B错误；CO2浓度降低，由于CO2供应量减少，C5消耗减少，而C3还原正常，所以C5(甲)含量会上升，C错误；低CO2浓度下的光饱和点也低，D正确。
6.(2023·厦门外国语学校)科学是在实验和争论中前进的，光合作用的探究历程就是如此。在下面几个关于光合作用的实验中，相关叙述正确的是( )A.恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量B.科学家发现甲醛是光合作用的原料C.希尔发现离体叶绿体在适宜条件下可释放O2D.鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自CO2而不是H2O
解析 恩格尔曼的实验证明了水绵光合作用生成氧气，但没有定量分析生成O2的量，A错误；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，B错误；鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的O2来自H2O而不是CO2。
7.(2023·河南名校联盟)爱默生用远红光(红外光)和红光两种波长的光进行单独和混合照射绿藻，测定的净光合速率如图所示。结合图形分析，下列叙述错误的是( )
A.绿藻细胞中的光合色素既能吸收远红光，也能吸收红光B.绿藻净光合速率可用单位时间O2放出量表示，也可用CO2吸收量表示C.与红光照射绿藻相比，黑暗和光照交替处理可使其净光合速率显著增加D.从两种光单独和混合光照处理结果分析，两种光具有协同增效作用
解析 据图分析，对绿藻单独照射远红光和红光，绿藻均有一定的净光合速率，说明绿藻细胞中的光合色素既能吸收远红光，也能吸收红光，A正确；根据净光合速率的定义可知，绿藻净光合速率可用单位时间内O2放出量表示，也可用单位时间内CO2吸收量表示，B正确；爱默生用远红光和红光两种波长的光进行单独和混合照射绿藻，可以比较两种光单独照射和混合照射的净光合速率大小，不能得出黑暗和光照交替处理绿藻可使其净光合速率显著高于红光照射处理的结论，C错误；图中显示，两种光混合光照处理绿藻的净光合速率明显大于单独光照的净光合速率，说明两种光对绿藻光合速率具有协同增效作用，D正确。
8.(2023·广东东莞调研)莲藕是广泛用于观赏和食用的植物，研究人员通过人工诱变筛选出一株莲藕突变体，其叶绿素含量仅为普通莲藕的56%。图1表示在25 ℃时不同光照强度下该突变体和普通莲藕的净光合速率，图2中A、B分别表示某光照强度下该突变体与普通莲藕的气孔导度(单位时间进入叶片单位面积的CO2量)和胞间CO2浓度。回答下列问题：
(1)提取和分离莲藕叶片中叶绿体内的色素，常用的试剂分别是______________________________。突变体与普通莲藕相比，经过纸层析分离色素，在滤纸条上__________________两种颜色的色素带将会变窄。突变体叶绿素含量显著下降，将直接影响光合作用的________阶段。(2)莲藕切开后极易褐变，这是由细胞内的多酚氧化酶催化相关反应引起的。将切好的莲藕在开水中焯过后可减轻褐变程度，原因是____________________________________________________。
失去活性，抑制了褐变的过程
(3)在2 000(μml·m－2·s－1)的光强下，普通莲藕的总光合速率为___________ (μml·m－2·s－1)。(4)CO2被利用的场所是叶绿体基质，因为此处可以为CO2的固定提供__________。据图2判断，突变体莲藕在单位时间内固定的CO2多，请写出判断的依据：________________________________________________________________________________________________________________________________________。
突变体的气孔导度大，进入叶片的CO2多，而其胞间CO2浓度与普通莲藕胞间CO2浓度相近，说明突变体的光合速率较高，能较快地消耗CO2
9.(2023·山东潍坊测评)淀粉是粮食最主要的组分，也是重要的工业原料。中国科学院实现了人工合成淀粉，其途径如图1所示，该成果不依赖植物光合作用，在实验室人为提供能量的基础上，实现了从CO2和H2到淀粉分子的人工全合成。图2表示光合作用合成葡萄糖的过程。
(1)光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的__________________(用“C1模块”“C3模块”“C6模块”或“Cn模块”及箭头表示)。图1中Cn是由C6组成的淀粉，以C6为单位组成的生物大分子还有_______________。
(2)据图2所示过程18O的转移路径和实验结果，推测用18O标记二氧化碳的实验目的是_____________________________________。光合作用过程既能分解水也能产生水，结合图2分析光合作用的________(填“光反应”或“暗反应”)过程产生水，判断的依据是___________________________________________________。(3)从能量的角度看，光合作用的本质是将太阳能转化为_____________________。
探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径
体类囊体，与ATP同时生成
有机物中储存的化学能
人工合成淀粉的成功能否表明对光合作用的完全替代，请从能量的角度阐述你的理由：_____________________________________________________________________________________________________。
不能，人工合成淀粉所需能量是人为提供的能量，而光合作用合
成淀粉所需能量是生产者直接固定的太阳能
解析 (1)NADPH和ATP参与光合作用暗反应过程中C3的还原，光合作用中NADPH和ATP参与的过程相当于图1中的C3模块→C6模块。以C6为单位组成的生物大分子除淀粉外，还有糖原、纤维素。(2)根据图2分析可知，用18O标记二氧化碳的实验目的是探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径。由图2可知，合成ATP时，也产生了水，场所为叶绿体类囊体。(3)光合作用的本质是将太阳能转化为有机物中储存的化学能。
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