10 必修1 专题四 第2讲 光合色素与光合作用的过程-【名师导航】2025年高考生物一轮总复习讲义（浙科版）

第2讲　光合色素与光合作用的过程 一、光合作用在叶绿体中进行 1．光合作用的场所——叶绿体 2．光合色素的种类、功能与吸收光谱 (1)种类：叶绿体中的主要色素是________，它是含________的有机分子，除叶绿素外，叶绿体中还有许多种黄色、橙色和__________的色素，合称为__________，其中最多的是________和________，它们都是由________组成的分子。 (2)功能：________、________、________光能。 (3)吸收光谱：光合色素所能吸收的光是__________________________________ nm的可见光，叶绿素主要吸收________光和________光；类胡萝卜素主要吸收________光；所有色素几乎都不吸收________光，所以叶片呈绿色。以某种物质对不同波长光的吸收率(可用百分率表示)为纵坐标，以________为横坐标作图，所得的曲线就是该物质的________。 1．秋季叶片呈黄色的原因是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2．建造温室大棚应选用什么样的塑料薄膜？若遇到连绵的阴雨天气，要在温室大棚内补充人工光照，应选用什么颜色的光？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [拓展点]　海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻、红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。这种现象是如何造成的？ 藻类 所含色素的种类 含量最多的色素 水层及主要 存在的光 绿藻 叶绿素a、叶绿素b、胡萝卜素、叶黄素 叶绿素，主要吸收红光和蓝紫光，反射绿光 浅水层：存在红光和蓝紫光 褐藻 叶绿素a、叶绿素c、胡萝卜素、6种叶黄素 某种叶黄素，主要吸收绿光和蓝紫光，反射红黄光 中水层：存在绿光和蓝紫光 红藻 叶绿素a、叶绿素d、胡萝卜素、叶黄素、藻红素、藻蓝素 藻红素，主要吸收蓝紫光，反射红光 深水层：存在蓝紫光 水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅水层，吸收蓝紫光和绿光较多的褐藻分布于海水的中水层，吸收蓝紫光较多的红藻分布于海水的深水层。海洋中的藻类垂直分布是海洋群落垂直结构的体现，可有效地避免竞争、充分利用了光能。 请注意，以上藻类都必须含有的光合色素是叶绿素a，因为只有叶绿素a是能转化光能的色素，其他色素主要是吸收和传递光能。 二、活动：光合色素的提取与分离 1．提取叶绿体中的色素原理：绿叶中的光合色素是一类____________物质，可以溶解在脂溶剂(如95%的酒精)中，从而将它们从叶绿体中提取出来。 2．分离叶绿体中色素的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，________的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，这样，色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。 3．分离方法：________。 4．实验流程 步骤 操作要点 说明 提取色素 研磨 ①95%的酒精：作为提取液，可溶解叶绿体中的色素 ②SiO2：使研磨更充分 ③CaCO3：防止研磨时叶绿素受到破坏 过滤 研磨后用单层尼龙布过滤 制备滤纸条　 剪去两角的滤纸条一端1 cm处用铅笔画一条细的横线 剪去两角以保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐，否则会形成弧形色素带 点样 用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔画的横线均匀地画一条滤液细线，待滤液干后再画一次，共画3～4次 滤液细线要细、直 色素分离 将2 mL层析液沿试管壁一侧倒入大试管→插入滤纸条略微斜靠着大试管内壁的另一侧→软木塞塞住试管口 实验结果分析 色素 种类 色素 颜色 色素 含量 溶解 度　 主要 吸收 的光 a．胡萝 卜素 橙色 最少 最高 蓝紫光 b．叶 黄素 黄色 较少 较高 c．叶绿 素a 蓝绿色 最多 较低 红光和蓝紫光 d．叶绿 素b 黄绿色 较多 最低 三、光合作用的过程 1．实质：光合作用与细胞呼吸一样，也是一个氧化还原过程，将________还原成糖，将________中的氧氧化为氧气。 2．光反应和碳反应的过程 项目 光反应 碳反应(卡尔文循环) 场所 光合膜(如类囊体膜、蓝细菌的细胞膜) 叶绿体基质或蓝细菌的细胞溶胶 条件 ________、光、酶、水、ADP、Pi、NADP＋ 多种酶、CO2、ATP、 __________ 物质变化 ①水的光解： H2O2H＋＋2e－＋O2 ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP ③NADPH的合成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋______2个三碳酸分子 ②三碳酸分子的还原： 2个三碳酸分子2个三碳糖 ③五碳糖的再生： 三碳糖五碳糖 能量 变化 光能→ATP、NADPH 中活跃的化学能 ATP、NADPH中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能 联系 ①光反应为碳反应提供__________________ ②碳反应为光反应提供_____________________ 3．写出光合作用的总反应式，并标出元素的转移途径。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 4．利用同位素示踪法跟踪14C标记的CO2，其转移途径是怎样的？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 5．给黑藻提供C18O2和H2O，释放的氧气中含有18O，原因是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [注意点]　 (1)不要认为碳反应不需要光。光合作用的过程可以分为两个阶段，即光反应阶段和碳反应阶段。前者在光下才能进行，并在一定范围内随着光强度的增加而增强；后者在有光、无光的条件下都可以进行，但需要光反应的产物NADPH和ATP，因此碳反应在无光条件下不可以长期进行。 (2)叶绿体并不是进行光合作用的必要场所。进行光合作用的细胞不一定含有叶绿体，如蓝细菌、光合细菌能进行光合作用，但没有叶绿体。 3．光合作用的碳反应中三碳糖的去向 光合产物在植物细胞中的利用示意图 (1)将光合产物在植物细胞中的利用示意图补充完整：①______；②________；③________；④________；⑤________；⑥________。 (2)在卡尔文循环中的三碳糖主要去向是再生为________。 (3)离开卡尔文循环的三碳糖的去向：少部分在叶绿体中作为合成淀粉、蛋白质和脂质等的原料。但大部分是运至__________，并且转变成________，供植物体所有细胞利用。 一、“光合色素的提取与分离”活动的分析 1．注意事项 过程 注意事项 操作目的 色素提取 1 选新鲜的绿色叶片 使滤液中色素含量高 2 研磨时加95%的酒精 溶解色素 3 加少量二氧化硅和碳酸钙 研磨充分和保护色素 4 充分、迅速研磨 防止酒精挥发，充分溶解色素 5 盛放滤液的试管管口加软木塞 防止酒精挥发和色素氧化 色素分离 1 滤纸预先干燥处理 增强滤纸的吸收能力，使层析液在滤纸上快速扩散 2 滤液细线要直、细、匀 使分离出的色素带平整不重叠 3 滤液细线干燥后再画3～4次 增加色素浓度，使分离出的色素带清晰分明 4 滤液细线不触及层析液 防止色素直接溶解到层析液中 2．异常实验结果(色素带)分析 (1)色素带太淡的原因：叶片颜色不够深绿，导致色素含量不够；提取时加过多酒精，使提取液中的色素浓度太低；提取时研磨不充分、太迅速，导致研磨过程中色素提取量少；画滤液细线时未重复画线使色素分离不足；色素分离时层析液触及了滤液细线，色素溶解于层析液中使色素扩散不足。 (2)色素带不全的原因：叶片不够浓绿或不新鲜，导致色素种类不全；碳酸钙未加或不足，导致叶绿素遭到破坏；滤液暴露在阳光或空气中时间过长，导致叶绿素遭到破坏。 (3)色素带不齐或重叠的原因：制滤纸条时染上了手上的油脂或其他污染物影响色素扩散；滤纸条剪角不对称；画滤液细线太慢或滤液细线未干就重复画，导致滤液细线太粗，使色素带彼此重叠等。 　采用新鲜菠菜叶片开展“光合色素的提取与分离”实验，下列叙述错误的是(　　) A．提取叶绿体中的色素时可用95%的酒精作为溶剂 B．研磨时加入碳酸钙可以使研磨更充分 C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取 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95%的酒精或丙酮等脂溶剂中，所以可用95%的酒精作为溶剂提取叶绿体中的色素，A正确；研磨时加入碳酸钙可以防止叶绿素被破坏，B错误；加入二氧化硅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。 [答案]　B 二、光合作用发现过程中的部分经典实验分析 实验名称 实验过程 结论 瓦尔堡的间歇光实验 用藻类进行实验，在光量相同的前提下，一种用连续光照，另一种用闪光照射，中间隔一定暗期，发现后者光合作用总产量是连续光照下的200%～400% 光合作用存在光反应与碳反应，并且光反应的速率明显高于碳反应的速率，而且光反应与温度无关 希尔反应 从绿色植物的叶肉细胞中分离出叶绿体的类囊体制成悬浮液，然后再加入希尔氧化剂，如2，6­D[一种染料，氧化态(A)时为蓝色，还原态(AH2)为无色]。在无CO2存在下进行照光，发现2，6­D由蓝色变为无色，放出了唯一的气体——O2 叶绿体是光合作用的场所；光合作用释放的O2中的O来自H2O 鲁宾和卡 门的实验 鲁宾和卡门制备了含有少量同位素18O的碳酸氢盐和水，并用以供给光照的小球藻培养物，然后分析产生的O2，3次实验的结果如下： 光合作用所释放的O2中的O来自H2O 类囊体膜 上ATP的 合成机制 实验 科学家研究发现了类囊体膜上ATP的合成机制：当类囊体腔中的H＋浓度高于类囊体膜外时，形成一个电化学梯度，驱使H＋由类囊体腔内向类囊体膜外流动，当H＋通过膜上的ATP合成酶(具有转运H＋的功能)向类囊体膜外移动时，发生磷酸化作用，即催化ADP与Pi形成ATP 类囊体膜上ATP的合成，需要类囊体腔内外的H＋浓度差驱动 卡尔文 的实验 将培养出来的小球藻放置在含有未标记CO2的密闭容器中，然后将14C标记的CO2注入容器，培养相当短的时间之后，将小球藻浸入热的乙醇中杀死细胞，使细胞中的酶变性而失效。接着提取到溶液里的分子，然后将提取物应用双向纸层析法分离各种化合物，再通过放射自显影分析放射性上面的斑点，并与已知化学成分进行比较。在双向纸层析放射自显影图谱中鉴定出20余种带有C标记的化合物，并探明了CO2中C的去向，称为卡尔文循环 探明了光合作用中C的转移途径，发现了卡尔文循环 　小球藻是一种单细胞藻类，常用于光合作用的相关研究。回答下列问题： 实验 18O的比例 H2O KHCO3和K2CO3 O2 1 0.85 0.61 0.86 2 0.20 0.40 0.20 3 0.20 0.57 0.20 (1)为研究光合作用释放的O2来源于什么物质，鲁宾等以小球藻为实验材料，用18O标记的K2CO3、KHCO3、H2O进行了三组实验，结果如表所示。分析表中数据可知光合产物O2中的氧来源于________，判断依据是________________ _____________________________________________________________________。 实验中小球藻光合作用所需CO2来源于________________(填场所)。若在光源和小球藻之间放置红色滤光片而获得单一波长的红光，则小球藻产生O2的速率将________。 (2)为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后________(填“停止光照”“加热杀死小球藻”或“停止光照和加热杀死小球藻”)从而终止反应。通过双向纸层析分离小球藻中的有机物，进行放射自显影处理后形成若干斑点，每个斑点对应一种化合物，结果如上图所示。据甲图分析，含量最多的化合物最可能是________(填图中字母)。 [解析]　(1)根据表格的数据，由于O2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致，所以可以判定光合产物O2中的氧来源于H2O；光合作用需要的CO2来源于细胞外(外部环境)和线粒体(通过呼吸作用产生CO2)；植物光合作用主要吸收红光，但还需要其他的颜色的光，如果只用红光照射，则光合作用速率降低。(2)为研究光合作用中碳的同化和去向，卡尔文等用14CO2处理小球藻不同时间，随后加热杀死小球藻，防止反应继续进行，如果停止光照，小球藻还是会进行短时间的碳反应，固定CO2；用纸层析法分离有机物的原理是不同物质在层析液的溶解度不同从而分离，而各种物质的含量是依据物质在滤纸上的宽度判断的，从图甲中可以看出，A物质宽度最大，所以A物质含量最多。 [答案]　(1)H2O　O2中18O的比例与H2O中18O的比例基本一致　细胞外、线粒体　降低　(2)加热杀死小球藻　A 三、外界条件骤变引起叶绿体几种物质的变化 1．CO2不变光照改变 同理：CO2不变，光强度由弱骤变为强时，五碳糖含量上升，三碳酸含量下降。 2．光照不变CO2供应改变 同理：光照不变，CO2供应骤增，三碳酸含量上升，五碳糖含量下降。 　在光照等适宜条件下，将培养在CO2浓度为1%环境中的某植物迅速转移到CO2浓度为0.003%的环境中，其叶片碳反应中三碳酸和五碳糖微摩尔浓度的变化趋势如图。请回答下列问题： (1)图中物质A是____________(填“三碳酸”或“五碳糖”)。 (2)将CO2浓度从1%迅速降低到0.003%后，物质B浓度升高的原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)若使该植物继续处于CO2浓度为0.003%的环境中，碳反应中三碳酸和五碳糖浓度达到稳定时，物质A的浓度将比B的__________(填“低”或“高”)，此时五碳糖和三碳酸的含量与处于CO2浓度为1%的环境时相比分别____________。 (4)CO2浓度为0.003%时，该植物光合速率最大时所需要的光强度比CO2浓度为1%时的________(填“高”或“低”)，原因是_____________________________ _____________________________________________________________________。 [答案]　(1)三碳酸　(2)CO2浓度降低，CO2的固定减弱，消耗的五碳糖减少，同时三碳糖再生成五碳糖的过程暂时不变，因此相对浓度增加　(3)高　下降、下降　(4)低　在较低CO2浓度下，植物进行光合作用所需的NADPH和ATP较少，因此所需要的光强度较低 　围绕光合色素的提取、分离及其功能，考查结构与功能观及科学思维素养 1．下列有关“光合色素的提取与分离”实验的叙述中，错误的是(　　) A．将2 g新鲜菠菜叶的干粉放入研钵中，加入碳酸钙、二氧化硅和95%的酒精后加以研磨 B．吸取少量滤液，沿铅笔细线均匀画出一道滤液细线，并连续、快速画2～3次 C．把画好滤液细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能浸没在层析液中 D．色素在滤纸条上分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同 2．光合色素直接影响植物对光能的利用。下列关于绿色植物的叶绿体中光合色素的叙述，错误的是(　　) A．叶片衰老过程中，叶绿素较易降解，导致叶片变黄 B．类囊体膜上的光合色素能直接促进细胞对CO2的吸收 C．黄化叶片中光合色素吸收的红光会大幅度减少 D．缺乏类胡萝卜素的水稻突变体仍能捕获蓝紫光 　围绕光合作用的过程、原理，考查物质与能量观及科学思维素养 3．如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述正确的是(　　) A．图示膜结构为叶绿体内膜 B．a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNA C．甲表示色素，在层析液中溶解度最大的是叶绿素a D．图示过程为光反应，该过程不需要酶的催化 4．磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞溶胶的主要形式。下图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是(　　) A．a表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成 B．磷酸丙糖应该是一种五碳化合物 C．磷酸丙糖是碳反应产物，在细胞溶胶中合成淀粉 D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合作用速率下降 　围绕光合作用过程的延伸与拓展，考查生命观念及科学思维素养 阅读下列材料，回答第5、6题。 高粱等植物在演化过程中形成如图所示的生理机制，这类植物被称为C4植物。水稻等植物不存在C4途径，仅通过叶肉细胞中的C3途径固定CO2，这类称为C3植物。C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2，维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍。R酶既可催化碳反应中CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合。C5糖与O2结合后形成一个C3酸和一个C2，这个C2随后进入线粒体被氧化为CO2，这个过程称为光呼吸。 5．(2023·宁波十校联考)下列关于C4途径叙述正确的是(　　) A．不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是不同的 B．C4植物细胞可以在夜间吸收CO2用于卡尔文循环 C．由这种CO2浓缩机制可以推测，P酶与无机碳的亲和力高于R酶 D．叶绿体中的C3糖大多数离开叶绿体后转化为蔗糖 6．(2023·宁波十校联考)下列关于光呼吸过程叙述，正确的是(　　) A．光呼吸过程中消耗O2的场所和细胞呼吸相同 B．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 C．R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，说明R酶不具有专一性 D．光呼吸会消耗有机物导致减产，我们可以敲除控制R酶合成的基因从而提高产量 7．(2024·浙江A9协作体暑假返校联考)C3植物指碳(暗)反应时形成的第一个化合物是三碳有机物的植物，如小麦、水稻等，体内只有一条固定CO2的途径，即卡尔文循环，其光合作用发生在叶肉细胞中。C4植物指碳反应时形成的第一个化合物是四碳有机物的植物，如玉米、高粱、甘蔗、苋菜等产自热带的植物。玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列，叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中的叶绿体几乎无基粒，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如下图)。PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，能利用较低浓度的CO2进行光合作用，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。回答下列问题： (1)C3植物和C4植物光合作用光反应阶段的产物都是________________。玉米维管束鞘细胞叶绿体中只能进行________反应，其原因是缺少____________(结构)。 (2)C4植物固定CO2的物质是____________和____________。 (3)正常条件下，植物叶片的光合产物一般以________(填物质)运输，但不会全部运输到其他部位，原因是______________________________________________ _____________________________________________________________________(答出1点即可)。 (4)干旱条件下，很多植物的光合作用速率降低，主要原因是_________________ _____________________________________________________________________。 一般来说，C4植物与C3植物相比，________植物的CO2补偿点较低，原因是_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (5)科学家以14CO2为原料，通过____________法探明了玉米光合作用过程中CO2中的碳最终转移到有机物中的具体转移途径为_____________________________ _____________________________________________________________________(用物质名称和箭头表示)。 【精读课本】 自主诊断 一、1．碳(暗)　类囊体　光合膜　色素　蛋白质　H2O的裂解 　2．(1)叶绿素　镁　红色　类胡萝卜素　胡萝卜素　叶黄素　碳氢链　(2)吸收　传递　转化　(3)400～760　红　蓝紫　蓝紫　绿　波长　吸收光谱 二、1．脂溶性　2．溶解度高　3．纸层析法　4．细、直　蓝紫光　红光和蓝紫光 三、1．二氧化碳　水　2．光合色素　NADPH　五碳糖　NADPH和ATP　ADP、Pi和NADP＋　3．(1)淀粉　三碳糖　氨基酸　三碳糖　细胞呼吸　蔗糖　(2)五碳糖　(3)叶绿体外　蔗糖 第2讲　光合色素与光合作用的过程 精读课本·盘点基础知识 问题与思考 1．提示：(1)秋季，叶片的叶绿素分子在低温下易被破坏，而类胡萝卜素较稳定；(2)秋天气候变冷，叶绿素的合成速度变慢或停止，所以显出类胡萝卜素的颜色。 2．提示：应选用无色透明的塑料薄膜，为了让各种波长的太阳光都穿过塑料薄膜，即让植物吸收更多的光能；在功率相同的情况下，大棚内补充人工光照最好选红光和蓝紫光，红光和蓝紫光容易被吸收。 3．提示： 4．提示：14CO2→三碳酸→三碳糖→蔗糖、五碳糖等有机物。 5．提示：C18O2经光合作用产生O，然后光合作用利用 产生含18O的氧气。 延伸迁移·实现融会贯通 1．B　[将2 g新鲜菠菜叶的干粉放入研钵中，加入碳酸钙(防止研磨过程中色素被破坏)、二氧化硅(使研磨更充分)和95%的酒精(提取色素)后加以研磨，A正确；画滤液细线时，不应连续、迅速画线，而应等滤液干后再画线，B错误；把画好滤液细线的滤纸条插入层析液中，滤液细线不能触及层析液，否则滤液会溶解在层析液中，导致实验失败，C正确；叶绿体中色素分离的原理是不同色素在层析液中的溶解度不同，因而各色素随层析液在滤纸条上的扩散速度不同，D正确。] 2．B　[叶片衰老过程中，叶绿素较易降解，类胡萝卜素主要呈黄色，导致叶片变黄，A正确；光合色素在光合作用中的作用是吸收、传递和转化光能，与CO2的吸收无直接关系，B错误；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，叶片黄化后，叶绿素含量大量减少，因此叶片中的光合色素吸收的红光会大幅度减少，C正确；叶绿体中的叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此缺乏类胡萝卜素的水稻突变体仍能捕获蓝紫光，D正确。] 3．B　[因题图所示过程需要光照，故该过程为光反应，场所为叶绿体的类囊体膜，A错误；光反应生成的ATP进入叶绿体基质参与碳反应，故a侧为叶绿体基质，其中含有少量DNA，B正确；在层析液中溶解度最大的色素是胡萝卜素，C错误；光反应过程需要酶的参与，D错误。] 4．D　[图中a表示光反应为碳反应提供的物质NADPH和ATP，其在叶绿体的类囊体膜上合成，A错误；磷酸丙糖是三碳化合物，B错误；由题图可知，磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，C错误；若磷酸转运器活性受抑制，则不能将磷酸丙糖运出叶绿体且不能将Pi运入叶绿体，造成叶绿体中光合作用产物积累和缺少Pi，导致光合作用速率降低，D正确。] 5．C　[不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的，均有O2、ATP和NADPH，A错误；由图可知，C4植物细胞可以在夜间吸收CO2在P酶的作用下与PEP结合形成C4酸，B错误；由“C4植物能利用叶肉细胞间隙中浓度极低的CO2，维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞高10倍”和图可知，P酶位于叶肉细胞中，R酶位于高浓度CO2的维管束鞘细胞中，所以由这种CO2浓缩机制可以推测，P酶与无机碳的亲和力高于R酶，C正确；由图和题干信息并不能推测叶绿体中的C3糖大多数离开叶绿体后转化为蔗糖，D错误。] 6．B　[光呼吸过程中消耗O2的场所在叶绿体，细胞呼吸消耗O2的场所是线粒体，A错误；正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，光反应产生的ATP和NADPH的量减少，碳反应消耗的C3减少，消耗的C5减少，C5与O2的结合增加，通过光呼吸产生的CO2增多，随着时间的延长，光呼吸停止，最终叶片中释放的CO2均来自细胞呼吸释放的CO2，B正确；R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，这是在不同条件下R酶催化不同的反应，R酶具有专一性，C错误；R酶既可催化CO2与C5糖结合，也可催化C5糖与O2结合，若敲除控制R酶合成的基因，光合作用的碳反应不能进行，无法合成有机物，D错误。] 7．(1)O2、ATP和NADPH　碳　叶绿体基粒(或类囊体)　(2)PEP羧化酶　C5　(3)蔗糖　自身呼吸消耗或建造植物体结构　(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少　C4　C4植物的CO2先被PEP羧化酶催化固定成C4，C4释放出CO2用于卡尔文循环，因此C4植物在较低浓度的CO2条件下，也可以吸收并利用CO2进行光合作用，而C3植物不能(合理即可)　(5)(放射性)同位素标记　CO2→C4→CO2→C3→有机物(CH2O) 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课时分层作业(十)　光合色素与光合作用的过程 1．如图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是(　　) A．提取色素时加入碳酸钙是为了防止滤液挥发 B．若选用同种但失绿变黄的叶片，色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁) C．四种色素都能溶解在层析液中，乙色素的溶解度最大 D．四种色素中，丙和丁主要吸收红光 2．为了探究pH对叶绿素稳定性的影响，某研究性学习小组的同学利用菠菜绿叶提取出光合色素粗品，然后在25 ℃的室温条件下进行了如下实验，下列叙述正确的是(　　) 实验组号 色素溶液(mL) pH 处理时间(min) 溶液颜色 ① 3.0 8.0 10 绿色 ② 3.0 7.0 10 绿色 ③ 3.0 6.0 10 黄绿色 ④ 3.0 5.0 10 黄褐色 A．提取色素时加入二氧化硅可维持研磨液pH的稳定 B．该实验结果表明叶绿素在碱性环境中不会被破坏 C．弱酸环境中类胡萝卜素的稳定性可能低于叶绿素 D．可用纸层析法分析②④两组溶液颜色差异的原因 3．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法错误的是(　　) A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光 B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度 C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少 D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少 4．ATP合成酶是自然界中最小的生物分子马达，在生物能的产生和转化方面起着关键作用。生命活动所必需的ATP可由ATP合成酶在跨膜质子梯度势的推动下合成(如图所示)。下列相关叙述正确的是(　　) A．ATP合成酶存在于叶绿体、线粒体等结构中 B．ATP合成酶与ATP具有相同的元素组成 C．ATP合成酶可为ATP的合成提供活化能 D．ATP合成酶转运H＋的动力来自ATP的水解 5．(2023·宁波慈溪适应性考试)下图所示生理过程中，P680和P700表示两种特殊状态的叶绿素a，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时还能将H＋转运至类囊体腔中，M表示某种生物膜。其中乙侧的H＋浓度远高于甲侧，在该浓度差中储存着一种势能，该势能是此处形成ATP的前提。据图分析，下列说法错误的是(　　) A．使膜两侧H＋浓度差增加的过程有水分子的裂解和PQ主动转运H＋ B．通过研磨、过滤获得的光合色素提取液，即使给予充足光照仍无法释放氧气 C．CF0和CF1与催化ATP的合成、转运H＋有关，很可能是蛋白质 D．图示反应最初提供电子的是特殊状态的叶绿素a，最终接受电子的是NADPH 6．下图表示真核细胞中两种生物膜结构及其所发生的部分生理过程，a、b、c、d代表膜中的成分。下列叙述错误的是(　　) 图1　 　　　图2 A．两种生物膜均具有能量转换功能，与此功能有关的膜蛋白只有b、d B．图1所示的生物膜是线粒体内膜，a是具有催化功能的膜蛋白 C．图2所示的生物膜是类囊体膜，c是分布着光合色素的膜蛋白 D．两种生物膜都能增大相关细胞器的膜面积 7．铁氰化钾试剂不能透过叶绿体膜，研究者将涨破的叶绿体置于不含CO2的铁氰化钾溶液中，在光下释放氧气，同时黄色的铁氰化钾因被还原而褪色。下列叙述正确的是(　　) A．该实验模拟了碳反应的物质变化过程 B．释放氧气的过程发生在叶绿体基质中 C．实验说明水的裂解和糖的合成相关联 D．推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用 8．厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用，是最古老的光合细菌之一。如图表示绿硫细菌的光复合系统参与代谢过程的简图。下列叙述错误的是(　　) A．绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质 B．绿硫细菌能为生态系统中其他生物提供氧气和有机物 C．培养绿硫细菌时不需要通入氧气也无需提供有机碳源 D．图示过程实现了光能到有机物中化学能的转化 9．(2023·杭州高三课时练习)如图表示光合作用和需氧呼吸过程中C、H、O三种元素的转移途径以及能量转换过程。图中序号表示相关的生理过程。下列叙述错误的是(　　) A．在元素转移途径中，④与⑧、⑦与⑨表示的生理过程相同 B．在元素转移途径中，能在小麦根尖成熟区细胞中发生的生理过程有②③⑥⑦⑨ C．在需氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是⑦或⑨ D．⑩⑫产生的ATP中的化学能都可以转变为光能和机械能 10．下图所示为菠菜叶肉细胞内的部分能量转换过程，下列说法正确的是(　　) A．①②都发生在叶绿体，③④分别发生在细胞溶胶和线粒体 B．类囊体膜上的四种色素吸收的光波长有差异，但都可用于① C．光合速率等于呼吸速率时②储存的能量等于④释放的能量 D．②一般与放能反应相联系，③一般与吸能反应相联系 11．(2023·精诚联盟适应性联考)以小球藻为实验材料进行以下实验：给小球藻悬浮液通，光照一定时间(从1秒到数分钟)后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物。实验发现，在光照下三碳酸和五碳糖的浓度很快达到饱和并保持稳定。下列相关叙述错误的是(　　) A．该实验是通过改变光照时间来探究碳转移途径的 B．各种含14C物质出现的顺序可以说明碳反应产物出现的顺序 C．要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能延长光照时间 D．实验条件下若突然中断CO2的供应，三碳酸的浓度会下降 12．CAM植物是具景天酸代谢途径的植物，多为多浆液植物。其气孔在夜间开放吸收CO2，然后借助PEP羧化酶与PEP结合，形成OAA(草酰乙酸)，再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸，并进入液泡。第二天光照后，气孔关闭，但前一晚形成的苹果酸从液泡中转运回细胞质并经脱酸后形成CO2参与卡尔文循环。其具体过程如图所示。据图分析，下列相关说法错误的是(　　) A．夜间，CAM植物细胞液泡的pH会下降 B．图中C是丙酮酸，RuBP存在于叶绿体的类囊体膜上 C．CAM植物细胞白天产生CO2的具体部位是细胞质基质和线粒体 D．CAM植物的这一特性，使它们更能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长 13．(2024·杭州学军中学高三生物试卷)金银花不仅是一味重要的中药材，而且具有很高的观赏价值。为提高金银花产量，某实验小组对3个品种的金银花净光合速率的日变化进行了研究，结果如图1所示；图2表示其叶肉细胞中光合作用部分过程示意图，光系统Ⅰ(P680)和光系统Ⅱ(P700)是由蛋白质和光合色素组成的复合体。回答下列问题。 (1)图1所示时间19时红花金银花叶肉细胞产生ATP的场所有______________ _____________________________________________________________________。 三个品种金银花在12时左右均出现“光合午休”现象，为缓解“光合午休”现象，宜采取的措施是___________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (2)P680和P700镶嵌在叶绿体的__________上，其上的色素可利用95%的酒精提取、用________法分离。若研磨时未加碳酸钙，则滤纸条上色素带的变化是_____________________________________________________________________。 (3)叶肉细胞内将三碳糖转化为淀粉的过程发生在图2的________侧。 (4)研究表明：金银花“光合午休”现象还与叶片中的D1蛋白含量密切相关(D1蛋白是调节光系统Ⅱ活性的关键蛋白质)。强光照会导致D1蛋白含量下降，而水杨酸(SA)能减小D1蛋白含量下降的幅度。下面是某同学以红花金银花为实验材料，设计实验验证此结论的思路，请将该方案进行完善。 ①将生长状况一致的红花金银花均分成3组，编号A、B、C； ②分别在强光照、________、________三种条件下培养，其他条件保持相同且适宜； ③一段时间后，检测各组________的含量，并比较得出结论。 ④预期结果：三组D1蛋白的含量从大到小依次是________(用各组编号表示)。 14．(2024·嘉兴模拟)在果树种植中经常会出现产量一年大一年小的现象。这种大小年现象的产生与气候变化和栽培技术有关。研究人员进行了负载量对某品种葡萄生长发育状况的影响实验。结果如下表： 负载量(S·m-2) 果实糖酸比 采实产量(g·S-1) 叶片光合速率(μmol CO2· m-2·s-1) 成熟新枝节数 根系呼吸速率(μmol O2·g-1·h-1) 9 12.35 716 12.89 10.33 8.6 12 11.87 688 15.12 6.85 6.0 15 10.71 489 16.88 2.41 4.3 注：S表示葡萄计数单位“串”；负载量是指单位面积土地上的葡萄串数。 回答下列问题： (1)增加负载量可以提高叶片的______________________。但是随着负载量的增加，分配到每串葡萄的营养成分__________，导致葡萄果实变小；同时果实的__________变小，果实品质变差。 (2)根系呼吸速率反映根系代谢的强弱。根系呼吸速率大，ATP供应充足，有利于根毛区细胞通过________的方式吸收无机盐，也有利于分生区细胞进行________，促进新根生长。葡萄新枝的不成熟部分经休眠期后通常枯萎，成熟新枝上的芽是下一年茎生长的主要起点(如图)。葡萄负载量过高会导致成熟新枝的节数过少，原因是用于新枝生长的光合产物和______不足。 (3)综上所述，葡萄负载量过高易导致来年成为小年的原因是什么？_____________________________________________________________________。 若遇到葡萄产量的大年，需要采用的栽培技术有哪些？_____________________________________________________________________(答出两点)。 15．(2023·浙江6月选考)植物工厂是一种新兴的农业生产模式，可人工控制光照、温度、CO2浓度等因素。不同光质配比对生菜幼苗体内的叶绿素含量和氮含量的影响如图甲所示，不同光质配比对生菜幼苗干重的影响如图乙所示。分组如下：CK组(白光)、A组(红光∶蓝光＝1∶2)、B组(红光∶蓝光＝3∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)，每组输出的功率相同。 图甲 图乙 回答下列问题： (1)光为生菜的光合作用提供____________，又能调控生菜的形态建成。生菜吸收营养液中含氮的离子满足其对氮元素需求，若营养液中的离子浓度过高，根细胞会因____________作用失水造成生菜萎蔫。 (2)由图乙可知，A、B、C组的干重都比CK组高，原因是_________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 由图甲、图乙可知，选用红、蓝光配比为_________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________， 最有利于生菜产量的提高，原因是______________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 (3)进一步探究在不同温度条件下，增施CO2对生菜光合速率的影响，结果如图丙所示。由图可知，在25 ℃时，提高CO2浓度对提高生菜光合速率的效果最佳，判断依据是___________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 图丙 植物工厂利用秸秆发酵生产沼气，冬天可燃烧沼气以提高CO2浓度，还可以________________________，使光合速率进一步提高，从农业生态工程角度分析，优点还有_____________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 课时分层作业(十)　 1．B　[提取色素时加入碳酸钙是为了防止色素被破坏，A错误；由题图可知，甲为叶绿素b，乙为叶绿素a，丙为叶黄素，丁为胡萝卜素，失绿变黄的叶片中叶绿素含量较低，所以色素含量可能是(甲＋乙)<(丙＋丁)，B正确；四种色素都能溶解在层析液中，丁扩散距离最远，丁色素的溶解度最大，C错误；丙(叶黄素)和丁(胡萝卜素)主要吸收蓝紫光，D错误。] 2．D　[提取色素时加入二氧化硅是为了研磨得更充分，二氧化硅不能维持研磨液pH的稳定，A错误；由于实验中设置的pH大于7的只有一组且碱性不强，所以该实验结果并不能证明叶绿素在碱性条件下不会被破坏，B错误；从③④组实验结果可以看出，弱酸环境中绿色变淡，说明弱酸环境下更易被破坏的是叶绿素而不是类胡萝卜素，C错误；根据不同色素在层析液中的溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度不同，可以分析②④两组溶液颜色差异的原因，D正确。] 3．C　[由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光，A正确；由图可知，叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多，因此用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；由图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能增多，C错误；叶绿素吸收420～470 nm波长的光较多，当土壤中缺乏镁时，叶绿素的合成受到影响，叶绿素吸收420～470 nm波长的光变少，则植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少，D正确。] 4．A　[叶绿体、线粒体均有ATP合成，ATP合成酶存在于叶绿体、线粒体等结构中，A正确；ATP合成酶为蛋白质，主要元素有C、H、O、N，ATP的主要元素为C、H、O、N、P，B错误；ATP合成酶可为ATP的合成降低活化能，C错误；ATP合成酶转运H＋的动力来自膜两侧H＋的浓度差，D错误。] 5．D　[图中水分子裂解产生H＋，使类囊体腔内H＋浓度升高，H＋顺浓度梯度运输到叶绿体基质中，而H＋在叶绿体基质中与NADP＋结合形成NADPH使叶绿体基质中H＋浓度降低，同时还可以通过PQ运回到类囊体腔内，这样就保持了类囊体膜两侧的H＋浓度差，A正确；植物体进行光合作用不仅需要光合色素吸收、转换光能，而且需要酶、适宜的温度和CO2，需要各种物质有序的反应，研磨后叶绿体的结构被破坏，化学反应不能有序进行，所以即使给予光合色素提取液充足光照也不能进行光合作用产生O2，B正确；CF0和CF1是复杂的蛋白质，其在图中所示生理过程中的作用是催化ATP的合成、转运H＋，C正确；根据图示可知，水裂解后产生O2、H＋和电子，故最初提供电子的物质为水，水裂解后电子将NADP＋还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP＋，D错误。] 6．A　[两种生物膜均具有能量转换功能，与此功能有关的膜蛋白是a、b、c、d，A错误；根据图示和分析可知，图1所示的生物膜是线粒体内膜，a是具有催化功能的膜蛋白，B正确；根据图示和分析可知，图2所示的生物膜是类囊体膜，c是分布着光合色素的膜蛋白，C正确；两种生物膜即线粒体内膜和类囊体膜都能增大相关细胞器的膜面积，D正确。] 7．D　[该实验模拟了光反应的物质变化过程，即光反应产生NADPH还原黄色的铁氰化钾，A错误；释放氧气的过程属于光反应，场所在类囊体膜上，B错误；该实验只说明了水的裂解，没有体现糖的合成，无法判断它们之间的联系，C错误；黄色的铁氰化钾因被还原而褪色，NADPH具有还原作用，推测黄色铁氰化钾褪色是NADPH的作用，D正确。] 8．B　[绿硫细菌的光复合系统也能吸收光能，并发生化学反应(需要相关酶)，说明绿硫细菌的光复合系统含有色素和蛋白质，A正确；由图可知，绿硫细菌的光反应过程不产生氧气，因此不能为其他生物提供氧气，B错误；厌氧型绿硫细菌以硫化物为氢供体进行光合作用，因此培养绿硫细菌时不需要通入氧气，也无需提供有机碳源，C正确；图中绿硫细菌能将光能转化为化学能，储存在ATP和NADPH(有机物)中，即实现了光能到有机物中化学能的转化，D正确。] 9．D　[在元素转移途径中，④与⑧都是水的裂解过程，⑦与⑨都是需氧呼吸的第三阶段，A正确；小麦根尖成熟区细胞只能发生呼吸作用，即②③⑥⑦⑨，B正确；在需氧呼吸过程中，产生能量最多的过程是需氧呼吸的第三阶段，即⑦或⑨，C正确；⑩产生的ATP只能用于碳反应，转化为有机物中的化学能，D错误。] 10．B　[①表示光反应，②表示碳反应，都发生在叶绿体中，过程③是细胞呼吸过程，需氧呼吸发生在细胞溶胶和线粒体中，④表示ATP水解释放能量的过程，发生在细胞中，A错误；四种色素中的叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，而胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，它们吸收的光波长有差异，但都可用于①(光反应)，B正确；光合速率等于呼吸速率时，②储存的能量在有机物中，而有机物氧化分解释放的能量主要是以热能的形式散失，部分储存在ATP中，故②储存的能量大于④ATP释放的能量，C错误；②是ATP的水解过程，一般与吸能反应相联系，③是ATP的合成过程，一般与放能反应相联系，D错误。] 11．C　[该实验在光照一定时间后杀死小球藻，统计碳转移途径，A正确；碳是有机物最基本的元素，14C可以标记碳反应产物出现的顺序，B正确；仅30秒的时间，CO2已经转化为许多种化合物，因此，要确定CO2转化成的第一个产物应尽可能缩短光照时间，C错误；实验条件下若突然中断CO2的供应，CO2与五碳糖(C5)生成的三碳酸减少，使得三碳酸的浓度下降，D正确。] 12．B　[CAM植物气孔夜间开放，CO2借助PEP羧化酶与PEP结合形成OAA，再在苹果酸脱氢酶的作用下还原成苹果酸，并进入液泡，故液泡的pH会下降，A正确；RuBP存在于叶绿体基质中，B错误；白天，苹果酸从液泡中转运回细胞质脱酸后形成CO2，线粒体中细胞呼吸也产生CO2，C正确；具有景天酸代谢途径的植物更能在干旱、炎热的生态条件下生存和生长，D正确。] 13．答案：(1)细胞溶胶(细胞质基质)、叶绿体(基粒)、线粒体　适当遮阴或适当降温　(2)类囊体膜　纸层析　距离点样处最近的两条色素带变浅变窄或缺失(或叶绿素a和叶绿素b缺失或减少)　(3)A　(4)②强光照＋水杨酸　适宜光照(若互换位置④调整为B>C>A)　③D1蛋白　④C>B>A 14．答案：(1)光合速率　减少　糖酸比　(2)主动转运　有丝分裂　无机盐　(3)成熟新枝的芽偏少，根系不够发达　疏花疏果，增加施肥 15．答案：(1)能量　渗透　(2)与CK组相比，A、B、C组使用的是红光和蓝紫光，光合色素主要吸收红光和蓝紫光，A、B、C组吸收的光更充分，光合作用速率更高，植物干重更高　红光∶蓝光＝3∶2　当光质配比为B组(红光∶蓝光＝3∶2)时，植物叶绿素和氮含量都比A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)高，有利于植物的光合作用，即B组植物的光合作用速率大于A组(红光∶蓝光＝1∶2)、C组(红光∶蓝光＝2∶1)两组，净光合速率更大，积累的有机物更多　(3)在25 ℃时提高CO2浓度光合速率增加幅度最高　升高温度　减少环境污染，实现能量多级利用和物质循环再生 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $$