4第四节 光合作用与能量转化-【初高中·衔接直通车】2025年初升高生物衔接直通车

第四节　光合作用与能量转化 新课知识学习 对点练习 1.A　由于四种色素在层析液中溶解度的不同，造成其扩散速度不同。溶解度最大的是胡萝卜素，它扩散的距离最远，其次是叶黄素，然后是叶绿素a，扩散距离最小的是叶绿素b，A正确。 2.B　过程Ⅱ为暗反应，该过程发生于叶绿体基质中；过程Ⅰ为光反应，该过程发生于叶绿体类囊体薄膜上，A正确；图示①～④依次为NADPH、ATP、CO2、(CH2O)，B错误；弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用，只是光合速率小于或等于呼吸速率，C正确；禾谷类作物开花期，光合作用产生的有机物主要运输到花穗，若剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降，D正确。 3.B　CO2浓度主要通过影响暗反应来影响光合速率，A错误；CO2浓度为a时，甲植物叶片的净光合速率为0，甲植物叶片此时可以进行光合作用，B正确；CO2浓度为b时，甲、乙两植物叶片的净光合速率相等，由于两种植物的呼吸速率未知，因此不能比较甲、乙两植物叶片的总光合速率，C错误；分析题图可知，CO2浓度较低时，甲、乙两植物光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强，当CO2浓度增加到一定程度后，光合作用强度不再增强，D错误。 课时达标演练 1.C　叶片新鲜程度属于无关变量，应该保持一致，A错误；光合色素是脂溶性的物质，不溶于水而溶于无水乙醇，常用无水乙醇作为提取液提取光合色素，故B错误；两组滤纸条在同一烧杯中层析可以保持无关变量一致，减少实验误差，C正确；层析液中含有毒性的挥发性物质，不可直接倒入下水道，D错误。 2.B　恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌在水绵表面的分布，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，A正确；希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可释放氧气，说明离体叶绿体在适当条件下能进行水的光解，产生氧气，但是不能证明植物光合作用可以合成ATP，B错误；鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法，用18O分别标记两组实验中的H2O和CO2，证明光合作用产生的O2中的O全部来自H2O，C正确；卡尔文用放射性14C标记CO2，通过追踪放射性去向，证明了光合作用中C的转移途径，即卡尔文循环，D正确。 3.A　水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子，电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH，该过程发生在光反应阶段，发生在叶绿体的类囊体薄膜上，A符合题意。 4.B　抽气的圆叶片下沉，在一定的光照强度下，光合作用强度大于呼吸作用强度，光合作用产生的氧气充满细胞间隙，叶片上浮。可见，该实验是通过叶片沉水后浮起所利用的时间长短来衡量光合作用的强度，以单位时间内浮起叶片的数量为衡量指标更为直观。故选B。 5.A　光反应中，H2O的光解产生O2和NADPH，因此物质a表示NADPH，A正确；在光反应阶段，ADP＋Pi＋能量ATP，因此题图中b表示ATP，B错误；题图中阶段Ⅰ能够吸收、传递、转换光能，属于光合作用的光反应阶段，C错误；题图中阶段Ⅱ能够发生CO2的固定，并且生成糖类，属于光合作用的暗反应阶段，发生场所为叶绿体基质，D错误。 6.D　光是叶绿素合成的必要条件，无光则不能合成叶绿素，A正确；叶绿素的合成需要酶的催化，低温抑制了与叶绿素合成有关的酶的活性，所以也就抑制了叶绿素的合成，B正确；Mg是叶绿素的组成元素，矿质元素Mg会影响叶绿素的合成，C正确；液泡中的色素不能吸收、传递和转化光能，D错误。 7.B　A点时该植物只进行呼吸作用，不进行光合作用，因此此时叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体，A正确；将温度由25 ℃提高到30 ℃时，呼吸作用的最适宜温度是30 ℃，所以细胞的呼吸作用增强，A点下移，光合作用的最适宜温度是25 ℃，30 ℃时光合作用强度降低，D点下移，B错误；C点以后随光照强度增加，光合作用不再增强，C点对应的光照强度是光饱和点，C正确；镁是组成叶绿素的成分，缺镁影响叶绿素的合成，光合作用强度降低，B点右移，D正确。 8.AC　叶肉细胞中通常通过光合作用合成葡萄糖，该过程需要光能，A正确；水在叶绿体中分解所需能量来自叶绿体吸收的光能，而不是来自ATP，B错误；光合作用中水光解产生O2发生在光反应阶段，C正确；光合作用中既有CO2的固定，又有ATP的合成，D错误。 9.ACD　对甲植物而言，a点时CO2净吸收速率为0，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度，在a点之前，甲植物已经开始进行光合作用，A错误；适当增加光照强度，光合速率增大，a点将左移，B正确；CO2浓度为b时，甲、乙的净光合作用强度相等，而总光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，故甲、乙的总光合作用强度不一定相等，C错误；在一定范围内，随CO2浓度增大，甲、乙的光合作用强度增强，超过这一范围，随CO2浓度增大，光合作用强度不再变化，D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四节　光合作用与能量转化 1.绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 ①色素提取的原理：色素不溶于水，但易溶于有机溶剂无水乙醇中，因此可以利用无水乙醇把色素提取出来。 ②色素分离的原理：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。 (2)实验步骤 ①提取色素 a.研磨 操作图解 添加物质 作用 无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 研磨充分 碳酸钙 保护色素 b.过滤：用单层尼龙布过滤。 c.收集滤液。 ②分离色素 主要操作 操作要点 操作目的 制备滤 纸条 一端剪去两角 保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐 用毛细吸管吸取色素滤液，沿铅笔线均匀画一条滤液细线 滤液细线要细、直，使各色素扩散的起点相同 画滤液 细线 待滤液干后，再画一两次 使滤液细线上有较多的色素 层析 加盖，防止层析液挥发。滤液细线不能触及层析液，防止色素溶解在层析液中 ③实验结果分析 实验结果 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 2.色素的吸收光谱 (1)叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 (2)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。 3.叶绿体的结构适于进行光合作用 (1)叶绿体的结构 ①外膜和内膜使其内部结构与细胞质基质分开，保证了叶绿体相对独立地进行代谢活动。 ②由类囊体堆叠而成的基粒，增大了膜面积。 ③类囊体的薄膜上分布着能够吸收、传递和转化光能的色素。 ④叶绿体基质中还含有少量的DNA和RNA。 ⑤与光合作用有关的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中。 (2)叶绿体的功能 ①功能：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。 ②叶绿体功能的实验验证 a.实验者：德国科学家恩格尔曼。 b.实验过程及现象 c.实验结论：叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。 【典题例析】 【例1】　 关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是(　　) A.用层析液提取叶绿体中的色素 B.滤纸条上扩散速度最快的色素是叶黄素 C.如果研磨中未加入二氧化硅，在滤纸条上4条色素带颜色可能会变浅 D.为了提高色素的含量，需要在滤纸条上连续画线 【解析】　叶绿体中的色素的提取用无水乙醇，分离用层析液，A错误；胡萝卜素在层析液中的溶解度最大，在滤纸条上扩散速度最快，B错误；二氧化硅破坏细胞结构，使研磨充分，如果研磨中未加入二氧化硅，则得到四种色素的含量均很少，在滤纸条上4条色素带颜色可能会变浅，C正确；画滤液细线时做到细、齐、直，因此画滤液细线要等滤液干后再画一两次，如果不等干燥后就画会导致细线过粗或者是色素带重叠，D错误。 【答案】　C 【对点练习】 1.用菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布顺序是(　　) 1.探索光合作用原理的部分实验 (1)希尔实验 在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出O2。 (2)鲁宾和卡门的实验 用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2。使它们分别变成HO和C18O2。然后，进行两组实验： ①H2O＋C18O2―→植物―→O2。 ②HO＋CO2―→植物―→18O2。 得出光合作用释放的氧气全部来自水。 (3)阿尔农实验 1954年，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。 2.光合作用的反应式 3.光合作用过程 (1)光反应阶段 ①场所：在叶绿体类囊体薄膜上进行。 ②条件：必须有光、叶绿体中的光合色素和酶。 ③过程： a.水的光解：2H2O4[H]＋O2。 b.ATP的合成：ADP＋PiATP。 ④能量变化：光能→NADPH和ATP中活跃的化学能。 (2)暗反应阶段 ①场所：在叶绿体基质上进行。 ②条件：需要多种酶的参与。 ③过程： a.CO2的固定：CO2＋C52C3。 b.C3的还原：2C3＋[H](CH2O)＋C5。 ④能量变化：NADPH和ATP中活跃的化学能→有机物中稳定的化学能。 (3)光反应与暗反应的联系 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，暗反应无法进行；没有暗反应，有机物无法合成，总之，光反应是暗反应所需物质和能量转化的准备阶段，暗反应是光反应的继续，是物质和能量转化的完成阶段。 【典题例析】 【例2】　如图为高等绿色植物光合作用图解，以下说法正确的是(　　) A.①是光合色素，分布在叶绿体和细胞质基质中 B.②是氧气，可参与有氧呼吸的第三阶段 C.③是三碳化合物，能被氧化为(CH2O) D.④是ATP，在叶绿体基质中生成 【解析】　图中①是叶绿体中的色素，分布在叶绿体的类囊体膜上，A错误；分析题图可知，光反应阶段，水分解形成了②和还原氢，因此②是氧气，参与有氧呼吸第三阶段，B正确；图中③是三碳化合物，被还原氢还原为有机物，不是被氧化形成有机物，C错误；④是ATP，ATP形成于光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体膜上，D错误。 【答案】　B 【对点练习】 2.(2024·汕头期中)如图为高等植物光合作用过程图解，其中①②③④表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示过程。下列说法错误的是(　　) A.过程Ⅱ发生于叶绿体基质中；过程Ⅰ发生于叶绿体类囊体薄膜上 B.图示①～④依次为NADH、ATP、CO2、(CH2O) C.弱光条件下植物没有释放O2，但植物可进行光合作用 D.在水稻开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降 1.探究环境因素对光合作用强度的影响 (1)实验原理 ①在光照下，绿色植物通过光合作用产生O2。 ②台灯距烧杯的距离不同，则照射到不同烧杯叶圆片上的光照强度不同。 ③光照强度不同，则光反应产生O2的速率不同，叶片上浮的时间也不同。 (2)实验步骤及主要操作 实验步骤 主要操作 制备圆形 小叶片 将绿色菠菜叶片用直径为0.6 cm的打孔器打出圆形小叶片30片 排出细胞 间隙中的 气体 将圆形小叶片和适量清水置于注射器中，排出注射器内残留的空气，用手指堵住注射器前端的小孔并缓缓地拉动活塞，使圆形小叶片内的气体溢出，重复2～3次 分装圆形 小叶片 将圆形小叶片各10片，分别放入暗处盛有20 mL，富含CO2的清水的3个小烧杯中，这时的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底 控制自变 量(光照强度) 把3个烧杯分别放在距离台灯位置10 cm、20 cm、30 cm(对应编号为1、2、3)的三个位置上，打开台灯 观察并记录 一定时间内圆形小叶片浮起的数量 2.光照强度、CO2浓度和温度对光合速率的影响 (1)光照强度 ①A点：光照强度为0，只进行细胞呼吸，CO2释放量即为细胞呼吸强度。 ②AB段光合作用强度逐渐增强，但小于细胞呼吸强度。 ③B点：光补偿点，在该光照强度下，有机物的产生速率和消耗速率相等。植物正常生长所需的最低光照强度必须高于光补偿点。 ④BD段：光合作用强度大于细胞呼吸强度。 ⑤C点：光饱和点，在该光照强度下，光合作用强度不再随光照强度的增强而增强。不同植物的光饱和点不同，这是因为它们的叶片厚度，光合色素含量等有所差异。对于单子叶植物而言，阴生植物的光饱和点比阳生植物低。实线表示阳生植物，虚线表示阴生植物。 (2)CO2浓度 图甲　　　　　　图乙 ①图甲为净光合速率曲线，A 点表示CO2补偿点，即当光合作用吸收CO2的速率与呼吸作用释放CO2的速率相等时，外界的CO2浓度；图乙为实际光合速率曲线，A′点表示进行光合作用所需CO2的最低浓度。 ②两图中的B和B′点都表示CO2饱和点。使光合速率达到最大值的最小浓度则称为CO2饱和点。 (3)温度 ①最适温度条件下，酶的活性最高，光合作用最强；温度过高，光合速率几乎为零。 ②光合速率和呼吸速率的最适温度不同，与光合速率有关的酶对高温较敏感。 3.矿质元素对光合速率的影响 光合作用还直接或间接地受到矿质元素的影响。N、Mg、Fe等是合成叶绿素所必需的矿质元素；P、K等参与糖类代谢，当植物缺乏P、K时会影响糖类的转化和运输，P还参与ATP与ADP的相互转化过程和能量传递过程。 【典题例析】 【例3】　夏季晴朗的一天，某植物一昼夜CO2吸收速率的变化如图所示，下列说法正确的是(　　) A.该植株在a点开始进行光合作用 B.该植株在e点有机物积累量最多 C.曲线b～c段和d～e段下降的原因相同 D.曲线b～c段，植物的蒸腾作用下降 【解析】　分析图示可知，这一天的6：00(a点)，植物光合作用吸收CO2的速率和呼吸作用释放CO2的速率相等，说明在6：00之前，甲、乙两植物的光合作用已经开始，但光合作用比细胞呼吸弱，A错误；植株超过18时，呼吸速率大于光合速率，有机物积累减少，因此18时有机物积累最多，B错误；图示曲线的b～c段下降的主要原因是气孔部分关闭导致叶内CO2浓度降低，d～e段下降的原因是光照强度减弱，光反应产生[H]和ATP的速率减慢，这两段下降的原因不相同，C错误；b～c段，乙曲线的变化为植物的“午休现象”，为了减少水分的蒸腾作用而关闭气孔从而导致叶内CO2浓度降低，D正确。 【答案】　D 【对点练习】 3.(2024·武汉二中质检)如图表示在一定的光照强度、温度和水分等条件下，某实验小组所测得的甲、乙两种不同的植物叶片CO2吸收速率与CO2浓度的关系。下列说法正确的是(　　) A.CO2浓度主要是通过影响光反应来影响光合速率 B.CO2浓度为a时，甲植物叶片仍可以进行光合作用 C.CO2浓度为b时，甲、乙两植物叶片的总光合速率相等 D.甲、乙两植物光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强 1.(2024· 广东卷)银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是(　　) A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨 B.研磨时用水补充损失的提取液 C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析 D.用过的层析液可直接倒入下水道 2.下列关于光合作用探究历程中几位科学家研究方法及结论的叙述，错误的是(　　) A.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 B.希尔利用离体叶绿体和氧化剂证明植物光合作用可以合成ATP C.鲁宾和卡门利用同位素示踪的方法证明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水 D.卡尔文利用追踪放射性14C去向的方法证明了光合作用中C的转移途径 3.小球藻在光照条件下，其细胞中NADP＋＋2e－＋H＋―→NADPH的反应发生在(　　) A.叶绿体类囊体薄膜上 B.叶绿体基质中 C.线粒体内膜上 D.线粒体基质中 4.用打孔器获取大小、部位相同的若干圆叶片，探究光照强度对光合作用强度的影响。实验中最合理的单位时间内观察指标是(　　) A.吸收二氧化碳的量　 B.浮起叶片的数量 C.产生淀粉的量 D.放出氧气的量 5.如图表示光合作用的过程，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用的两个阶段，a、b表示相关物质。下列相关叙述正确的是(　　) A.物质a表示NADPH B.物质b表示C3 C.阶段Ⅰ表示暗反应 D.阶段Ⅱ在叶绿体中的类囊体薄膜上发生 6.下列关于叶绿素的合成与功能的叙述，错误的是(　　) A.光是叶绿素合成的必要条件 B.低温会抑制叶绿素合成 C.矿质元素会影响叶绿素合成 D.细胞中的色素都具有吸收、传递和转化光能的功能 7.(2024·广东佛山质检)某植物光合作用最适温度为25 ℃，呼吸作用最适温度为30 ℃。下图为植物处于25 ℃环境中光合作用强度随光照强度变化的坐标图，下列叙述错误的是(　　) A.A点叶肉细胞产生ATP的细胞器只有线粒体 B.将温度由25 ℃提高到30 ℃时，A点下移，D点上移 C.C点表示光照强度对光合作用的影响已经达到饱和 D.当植物缺镁时，B点将向右移 8.(多选)下列有关说法正确的是(　　) A.叶肉细胞中合成葡萄糖的过程是需要能量的过程 B.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量 C.光合作用中O2的产生发生在光反应阶段 D.在叶绿体中可进行CO2的固定但不能合成ATP 9.(多选)如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。下列分析错误的是(　　) A.CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用 B.适当增加光照强度，a点将左移 C.CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度相等 D.甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强 学科网（北京）股份有限公司 $$