必修1 第3单元 第3讲 第一课时 捕获光能的色素和结构及光合作用的原理（课件）-【新高考方案】2025版高考生物Ⅰ一轮总复习

光合作用与能量转化 第3讲 学习目标 1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用，掌握绿叶中色素提取和分离的原理和方法；　 2.阐明光合作用的过程，并从物质与能量观视角理解光合作用的原理； 3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法；　 4.分析影响光合作用的因素，关注光合作用原理在生产上的应用。 建构知识体系 捕获光能的色素和结构及 光合作用的原理 第一课时 目录 主题研习（一） 主题研习（二） 捕获光能的色素和结构 光合作用的原理和应用 课时跟踪检测 主题研习（一）捕获光能的色素和结构 （基础·自学型） (一)绿叶中色素的提取和分离实验 1．实验原理 提取 __________(如无水乙醇)能溶解色素 分离 不同的色素在层析液中______不同，在滤纸上扩散的速度不同 有机溶剂 溶解度 2.实验步骤 防止色素被破坏 研磨充分 色素 扩散均匀 色素溶解在层析液中 3．实验结果及分析 橙黄色 色素种类 色素含量 溶解度 4．实验异常现象分析   异常现象 原因分析 色素提取 收集的滤液颜色过浅 ①未加__________，研磨不充分； ②使用放置数天的绿叶，滤液中色素(叶绿素)太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)； ④未加________或加入过少，色素分子被破坏 二氧化硅 碳酸钙 色素分离 滤纸条色素带重叠 ①滤纸条没经干燥处理； ②滤液细线没有达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致 滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线； ②滤液细线接触层析液且时间较长，色素全部溶解到层析液中 续表 (二)分析叶绿体色素的吸收光谱图 由图可以看出： 可见光 红光和蓝紫光 蓝紫光 (三)理解叶绿体的结构适于进行光合作用 1．叶绿体的结构模式图 光反应 暗反应 2．叶绿体的功能 外膜 叶绿体基质 暗反应 类囊体 色素 光反应 光合作用 (1)在菠菜的叶肉细胞内，含量最多的光合色素是叶绿素a。 ( ) (2)叶绿体中的色素分布在类囊体膜和叶绿体内膜上。 ( ) (3)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。 ( ) (4)绿叶中含量越多的色素，其在滤纸条上扩散得越快。 ( ) [微点判断] √ × × × (5)叶绿素a和叶绿素b只吸收红光和蓝紫光。 ( ) (6)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。 ( ) (7)叶绿体中的色素主要吸收红外光和蓝紫光。 ( ) (8)叶绿体内众多的基粒和类囊体，极大的扩展了受光面积。 ( ) × × × √ 题点(一)　绿叶中色素的提取和分离 1．(2023·江苏高考)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是(　 ) A．用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏 B．若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠 C．该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量 D．用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间 √ 解析：用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误； 画滤液细线时要等上一次干了以后再画下一次，若连续多次重复画滤液细线虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确； 该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较判断各色素的含量，但该实验不能具体测定绿叶中各种色素含量，C错误；花青素存在于液泡中，溶于水不易溶于有机溶剂，故用红色苋菜叶进行实验不能得到5条色素带，D错误。 2．(2024·广州二模)以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是(　 ) A．是正确操作后得到的理想结果 B．可能研磨时未加入CaCO3导致 C．可能研磨时未加入SiO2导致 D．可能提取时加入过量的无水乙醇 √ 解析：图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，新鲜菠菜叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是正确操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被分解，A错误，B正确； 研磨时未加入SiO2导致研磨不充分，各种色素含量均下降，但叶绿素含量应高于类胡萝卜素，C错误； 提取时加入过量的无水乙醇使各种色素浓度下降，但叶绿素浓度应高于类胡萝卜素，D错误。 题点(二)　光合色素与叶绿体的功能 3．(2024·泰州期末)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类：一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，主要是完成吸收和传递光能的作用；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是(　 ) A．通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素 B．叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 C．处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变 D．植物生长过程中缺P会导致光合速率下降 √ 解析：叶绿体中的色素能溶于有机溶剂，但不溶于水，因此实验中常用无水乙醇提取叶绿体中的色素，A正确； 叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误； 少数处于特殊状态的叶绿素a能捕获光能，将光能转换为电能，实现了光能的转变，C正确； 植物生长过程中缺P会影响ATP和NADPH的合成，光合速率下降，所以在生产中应适时追施磷肥，D正确。 4．叶绿体结构模式图如图甲所示，图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是(　 ) A．图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B．图乙来自甲中的③，上面只有色素分子而没有酶分子 C．④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D．恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 √ 解析：图甲表示叶绿体结构模式图，叶绿体中，类囊体堆叠形成基粒，增大了膜面积，A错误； 图乙中含有光合色素，来自图甲中的③(基粒)，上面除了色素分子外，也有与光合作用有关的酶，B错误； 图甲中，④为叶绿体基质，光合作用过程中CO2的固定在叶绿体基质中完成，该过程不需要消耗ATP中的能量，C错误； 恩格尔曼利用需氧细菌和水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，D正确。 主题研习（二）光合作用的原理和应用 （深化·提能型） (一)探索光合作用的部分经典实验 叶绿体 O2 ATP CO2 叶绿体 H2O (二)光合作用的过程 1．光合作用的概念及反应式 叶绿体 二氧化碳和水 氧气 2．光合作用的基本过程 图中序号代表的物质：①_________，②____，③________，④O2，⑤_______。 NADPH ADP＋Pi (CH2O) 2C3 3．比较光反应与暗反应 (1)二者的区别 项目 光反应 暗反应 场所 ___________________________________ _________________________________ 条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋等 酶、CO2、ATP、____________、C5等 类囊体薄膜 叶绿体基质 NADPH 能量 变化 光能→________________中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→_____________________ 续表 ATP和NADPH 有机物中稳定的化学能 (2)二者的联系 图示 分析 光反应为暗反应提供_____________；暗反应为光反应提供 _________________ 没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也会受到抑制 NADPH、ATP NADP＋、ADP和Pi 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 ______ _____________释放的能量 代表生物 绿色植物 __________ 相同点 都能将___________等无机物合成有机物 光能 无机物氧化 硝化细菌 CO2和H2O (一)光反应和暗反应中物质和能量的转化 |情|境|探|究| 高等植物和藻类植物含有两个不同的光系统，分别为光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)。PSⅠ和PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合体，它们是以串联方式起作用的。如图表示某种植物光反应过程。回答下列问题： (1)高等植物光反应发生的场所是______________，在光反应过程中，PSⅡ利用光能将水分解成________________，最终传递给NADP＋的电子来源于________。 (2)图中复合体CF0—CF1的功能是_______________________(答出两点)。 (3)研究发现，类囊体膜两侧的pH梯度是ATP合成的驱动力，请设计实验证明(写出实验思路即可，具体pH梯度建立不做要求)__________________ ________________________________________________________________。 答案：(1)类囊体薄膜　氧、H＋、电子(e－)　H2O　(2)转运H＋、催化ATP合成　(3)在黑暗的条件下，在低pH缓冲液(pH＝4)中保育叶绿体一段时间，使类囊体腔pH降低，加入ADP和Pi，并将叶绿体培养液的pH(pH＝8)升高，检测有无ATP生成 1．光系统及电子传递链 |认|知|生|成| (1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导NADPH的产生。 (2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立：①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的基质侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。③在类囊体的基质侧H＋和NADP＋形成NADPH。 (3)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。 2．光合作用中元素的去向分析 (二)环境改变时短时间内光合作用各物质含量变化分析 1．“过程法”分析各物质含量变化 下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原，当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，相关物质含量在短时间内的变化如下： 2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化 注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。 [典例]　(2024·泉州质检)如图表示某植物叶片 暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势，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ATP B．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]　根据相对浓度初始值可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不需要消耗光反应提供的ATP，A错误； Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。 题点(一)　光合作用探究历程的相关分析 1．(2024·华南师大附中模拟)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来自水而不是CO2 B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上 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：由希尔反应式可知，光合作用过程中产生的O2来自参加反应的水，A正确； 由题干信息不能得出NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体膜上，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，因此属于两个过程，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。 题点(二)　光合作用的过程分析 2．(2023·湖北高考)植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PSⅠ和PSⅡ光复合体，PSⅡ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PSⅡ光复合体上的蛋白质LHCⅡ，通过与PSⅡ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获(如图所示)。LHCⅡ与PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是(　 ) A．叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强 B．Mg2＋含量减少会导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱 C．弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，不利于对光能的捕获 D．PSⅡ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2 √ 解析：据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获，避免强光造成损伤；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获，有利于弱光条件下吸收足够的光能。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上LHCⅡ不能与PSⅡ分离，PSⅡ与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。 Mg是构成叶绿素的元素，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体含有的光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。 弱光下PSⅡ与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。 类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。 3．植物光合作用过程(A)和人工合成淀粉过程(B)如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．植物光合作用和人工合成淀粉过程中所需的酶都是在细胞内合成的 B．植物光合作用与人工合成淀粉新途径中，能量转换方式和还原剂作用对象都不同 C．叶肉细胞内类似于CO2―→有机C1―→C3中间体的过程需光反应提供NADPH和ATP D．与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程积累的淀粉的量大于植物积累的淀粉的量 √ 解析：选C　酶是活细胞产生的，题图所示合成淀粉过程中所需的酶来自生物体内，是在细胞内合成的，A正确。 光合作用中能量转换过程为光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能，还原剂作用对象为C3；人工合成淀粉新途径中能量转换过程为光能―→电能―→有机物中稳定的化学能，还原剂作用对象为CO2，B正确。 人工合成淀粉新途径中由CO2―→有机C1―→C3中间体的过程，与绿色植物叶肉细胞内CO2的固定过程类似，不需要光反应提供NADPH和ATP，C错误。 在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，光合作用、人工合成淀粉两种途径合成糖类的量相等，而人工合成淀粉的过程中没有呼吸作用消耗糖类，因此人工合成淀粉过程中积累的淀粉量更多，D正确。 题点(三)　光合作用中物质含量的变化分析 4．光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化，下列相关说法正确的是(　 ) A．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小 B．突然中断CO2供应会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增加 C．突然将红光改为绿光会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 √ 解析：突然中断CO2供应，使暗反应中CO2固定停止，而C3还原仍在进行，因此导致C3减少、C5增多，会暂时引起叶绿体基质中C5与C3比值增大，A错误； 突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP积累增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，B正确； 由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少、C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3与C5比值增大，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，D错误。 5．科学家以生长状态相同的某种植物在适宜且稳定的条件下开展下列实验。请回答下列问题： 组别 A B 处理 光照时间为135秒 先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫秒，总时间为135秒 光合产物 相对含量 100% 94% (1)上述实验表明，光合作用中包含需要光的阶段和__________的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供______，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。 (2)分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组________，依据是___________________________________________ _________________________________________________________。 (3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生__________。 解析：(1)A组只进行光照，B组光暗交替，两组处理时间相同，B组光合产物相对含量大于A组的50%，说明光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂闭光，并提供14CO2，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。 (2)分析表格可知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94%，所以B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组多。(3)科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中提供NADP＋时，体系中就会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H＋和 e－。 答案：(1)不需要光　14CO2　(2)多　B组总光照时间为A组的一半，其光合产物相对含量却是A组的94%　(3)H＋和 e－ [反思·收获] 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。　　　　 |考|教|衔|接|——教材隐性命题点发掘 (一)教材素材“深加工” 1．(必修1 P102“思考·讨论”素材分析)1937年，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)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是(　 ) A．绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b B．希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜 C．铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂 D．在无色上清液中加入CO2不能合成C3 √ 解析：绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素a，A错误； 水在光下裂解可以产生氧气，该实验被称为希尔反应，场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确； 铁盐等氧化剂是氢受体，接受H＋，参与反应，不是催化剂，C错误； 叶绿体破碎离心获得无色上清液，其中含有C5及相关的酶，因此在无色上清液中加入CO2能合成C3，D错误。 (二)科学思维“融会通” 2．(必修1 P97“问题探讨”原理应用)有的植物工厂在种植蔬菜等植物时，完全依靠LED 灯等人工光源，其中常见的是红色、蓝色和白色的光源，请说明选择这些光源的原因：____________________ ____________________________________________________________ __________________________________________________________。 红色光源、蓝色光源 发出的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝光吸收量多；白光是复合光，含有不同波长的光。选择上述光源有利于植物进行光合作用 3．(必修1 P103“图5-­14”拓展分析)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不足使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；但是过一段时间 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 |应|用|创|新|——新情境问题的建模训练 1．研究人员从菠菜中分离出叶绿体的类囊体，并将其和CETCH循环(一种人工固定CO2的方法体系)一起包裹在类似膜泡的小液滴中，成功研制出了半天然半合成的人造叶绿体，其技术途径如图所示。下列说法错误的是(　 ) A．光照越强，CETCH循环的速率就越快 B．可使用差速离心法从菠菜叶肉细胞中分离出叶绿体 C．人造叶绿体的研制体现了结构与功能相适应的原理 D．若上述技术得到广泛应用，则在一定程度上有助于抵消碳排放的影响 解析：由题图可知，CETCH循环需要消耗来自光反应的NADPH和ATP，因此在一定光照强度范围内，光照越强，CETCH循环的速率越快；若光照强度超过了光饱和点，CETCH循环的速率可能不再随光照的增强而加快，A错误。 √ 分离细胞器的方法是差速离心法，故可使用差速离心法从菠菜叶肉细胞中分离出叶绿体，B正确。 根据叶绿体结构特点，人造叶绿体可进行光合作用，体现了结构与功能相适应的原理，C正确。CETCH循环能将CO2转化为有机物，在一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。 2．(2024·重庆模拟)当植物吸收了超出其自身 所需的光能时，会出现光抑制现象，导致光合结构 受到破坏，进而影响光合作用。PsbS蛋白是一种在 光系统Ⅱ(PSⅡ)中与叶绿素结合的蛋白质，也是PSⅡ的一种结构成分，在高等植物光保护方面有着重要的作用。科研人员将棉花光系统Ⅱ的PsbS基因导入烟草细胞内，培育了转基因PsbS烟草植株，并在强光照处理下测定了野生型烟草植株(WT)与转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率(如图)。下列有关叙述错误的是(　 ) A．电子(e－)的最终受体物质是NADP＋ B．类囊体膜内外的H＋浓度差只是通过H＋转运形成的 C．在强光照条件下转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株 D．棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用 √ 解析：NADP＋和电子(e－)、H＋生成了NADPH，故电子(e－)的最终受体物质是NADP＋，A正确； 除H＋转运外，类囊体膜内外的H＋浓度差还与水的光解有关，B错误； 在强光照处理下，转基因PsbS烟草植株(T)的净光合速率高于野生型烟草植株(WT)，因此棉花PsbS基因可能参与调控烟草植株的光合作用，C、D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 一、选择题 1．(2024·襄阳高三期末)叶绿素a(C55H72MgN4O5)是由谷氨酸经一系列酶的催化作用合成的，其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列说法正确的是(　 ) A．镁元素在细胞中主要以化合物的形式存在 B．叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中 C．可用无水乙醇作层析液分离出绿叶中的叶绿素a D．叶绿素a呈黄绿色，主要吸收蓝紫光和红光 √ 6 7 8 9 10 11 解析：镁元素在细胞中主要以离子的形式存在，A错误； 叶绿素a的尾部具有亲脂性特点，而生物膜的基本支架由磷脂双分子层构成，故叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中，B正确； 叶绿素a易溶于有机溶剂，所以可用无水乙醇提取，而不是用无水乙醇作为层析液将其分离，C错误； 叶绿素a呈蓝绿色，D错误。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 8 9 10 11 2．羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 A．色素1在层析液中的溶解度最大 B．色素1、2、3、4难溶于蒸馏水 C．色素5可能存在于植物的液泡中 D．缺Mg会影响色素1和2的含量 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：根据层析的结果，色素1距离起点(色素点样)最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A正确； 根据在蒸馏水中的层析结果说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水，因此在滤纸上不进行扩散，B正确； 根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的水溶性色素，C正确； 镁参与构成叶绿素，故缺Mg会影响色素3(叶绿素a)和4(叶绿素b)的含量，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 3．(2024·东莞期末)某研究组获得了水稻的叶黄素缺失突变体，将其叶片进行了红光照射，光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下)，与正常叶片相比，实验结果是(　 ) A．光吸收差异显著，色素带缺第2条 B．光吸收差异不显著，色素带缺第2条 C．光吸收差异显著，色素带缺第1条 D．光吸收差异不显著，色素带缺第1条 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：叶绿体色素有四种，经纸层析法得到的色素带从上至下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，而叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，所以将叶黄素缺失突变体叶片进行红光照射，测定光吸收差异不显著，而色素带缺叶黄素这个条带，位于第2条。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 4．研究表明：绿色植物在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，植物的光合作用下降。其原因是(　 ) A．光反应强度升高，暗反应强度降低 B．光反应强度降低，暗反应强度不变 C．光反应强度不变，暗反应强度降低 D．光反应强度降低，暗反应强度降低 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：镁是合成叶绿素的必需元素，绿色植物在缺镁的培养液中培养一段时间后，与对照组相比，叶肉细胞内叶绿素含量较低，光反应强度降低，光反应产生的ATP和NADPH减少，暗反应强度也随之降低，导致叶片光合作用强度下降。故选D。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 5．(2024·成都模拟)如图为叶绿体结构与功能示意图，下列说法错误的是(　 ) A．供给14CO2，放射性出现的顺序可为CO2→C3→甲 B．结构A释放的O2可进入线粒体中 C．在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并被NADPH还原 D．如果突然停止CO2的供应，短时间内C3的含量将会增加 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：在光合作用暗反应中，供给14CO2，CO2中的碳通过CO2的固定进入C3，再通过C3的还原可进入甲(有机物)中，A正确； 图中的结构A为基粒，其包含的类囊体膜是光合作用光反应的场所，光反应释放的O2可进入线粒体被有氧呼吸利用，B正确； 暗反应过程中，在有关酶的催化作用下，C3接受ATP和NADPH释放的能量，并被NADPH还原成C5和有机物，C正确； 如果突然停止CO2的供应，CO2的固定停止，会导致C3的来源减少，而去路正常，所以短时间内C3的含量将会降低，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 6．(2024·宣城月考)人工光合系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列叙述错误的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 A．该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2 B．模块3中的甲为五碳化合物，乙为三碳化合物 C．在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量与植物的相等 D．若气泵停转较长时间，模块2中的能量转换效率也会发生改变 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：由图可知，模块1吸收光能，模块2进行水的电解，故该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2，A正确； 模块3中的反应过程与暗反应过程相同，故模块3中的甲是C5，乙是C3，B正确； 在与植物的光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量应大于植物，因为植物进行呼吸作用消耗糖类，C错误； 若气泵停转较长时间，则不能进行CO2的固定，暗反应进行受阻，进而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 7．(2024·厦门期末)如图是番茄植株的叶肉细胞中进行光合作用的示意图，PSⅡ和PSⅠ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，是吸收、传递、转化光能的光系统，下列叙述错误的是(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 A．光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能全部储存在ATP中 B．在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP C．自然界中能发生光合作用的生物，一定都具备吸收、传递和转化光能的能力 D．有些生物可以进行光合作用但不具备PSⅡ和PSⅠ系统结构 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：光反应过程将吸收的光能转换为活跃的化学能储存在ATP和NADPH中，A错误； 由图可知，在ATP合成酶的作用下，H＋顺浓度梯度转运提供分子势能，促进ADP和Pi合成ATP，B正确； 自然界中能发生光合作用的生物，一定具有吸收、传递和转化光能的能力，否则无法利用光能，C正确； PSⅡ和PSⅠ分布在类囊体膜上，自然界中能发生光合作用的生物，不一定具有叶绿体，如蓝细菌，故可进行光合作用的生物不一定具备PSⅡ和PSⅠ系统，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 8．(2024·重庆高三统考)纸层析法分离叶绿体色素时，迁移率(Rf)可用于各色素的鉴定，迁移率＝色素移动距离/溶剂移动距离。下表是叶绿体中色素层析结果(部分数据)。相关叙述正确的是(　 ) 2 3 4   溶剂 色素1 色素2 色素3 色素4 实验组1 7.8 ？ ？ 1.9 ？ 实验组2 8.2 ？ ？ 1.5 ？ 实验组3 8.0 ？ ？ 1.4 ？ 平均移动距离/cm 8.0 7.6 ？ ？ 0.8 迁移率(Rf) 无 0.95 0.53 ？ 0.10 1 5 6 7 8 9 10 11 A.色素3的迁移率(Rf)为0.2，若植物体缺镁，该色素含量会增加 B．在层析液中的溶解度最小的是色素1，在滤纸条上扩散速度最快的是色素4 C．能够吸收蓝紫光的只有色素1和色素2，能够吸收红光的只有色素3和色素4 D．该实验所用的层析液中包含苯、丙酮、石油醚等成分 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：根据实验1、2、3三组数据可求出，色素3平均移动距离为(1.9＋1.5＋1.4)÷3＝1.6 cm，所以色素3的Rf值为1.6÷8.0＝0.2；根据Rf的大小可知，色素3是叶绿素a，其化学元素组成含有镁，若植物体缺镁，该色素含量会减少，A错误。 根据Rf的大小可知，色素1移动距离最远，扩散最快，在层析液中溶解度最大，B错误。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 根据Rf的大小可知，色素1是胡萝卜素，色素2是叶黄素，色素3是叶绿素a，色素4是叶绿素b。叶绿素(色素3和4)主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素(色素1和2)主要吸收蓝紫光，C错误。 该实验所用的层析液由20份在60～90 ℃下分馏出来的石油醚、2份丙酮和1份苯混合而成，D正确。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 9．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质基质的主要形式。如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(　 ) 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 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．磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉 D．若图中表示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：图中a是光反应为暗反应提供的物质，a表示NADPH和ATP，在叶绿体类囊体薄膜上合成，A错误； 磷酸丙糖是三碳化合物，B错误； 磷酸丙糖合成淀粉的过程在叶绿体基质中进行，C错误； 磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体，也不能将磷酸运入叶绿体，造成叶绿体中光合产物积累和缺少磷酸，导致光合速率降低，D正确。   2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 二、非选择题 10．(2024·潍坊模拟)淀粉是粮食主要的组分，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。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 (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________________________(答出两种)。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 (2)图2所示过程为18O的转移路径和实验结果，据此推测用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______________________________________________________________________________________________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 (3)从能量的角度看，光合作用的本质是将太阳能转化为___________________________。 人工合成淀粉的成功能否表明是对光合作用的完全替代，请从能量的角度阐述你的理由：_________________________________________ _____________________________________________________________。 解析：(1)NADPH和ATP参与光合作用暗反应过程中C3的还原，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、纤维素等。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 (2)图2所示过程是18O的转移路径和实验结果，则用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膜，因此光合作用的光反应过程产生水。 (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。人工合成淀粉的成功不能表明是对光合作用的完全替代，理由见答案。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 答案：(1)C3模块→C6模块　糖原、纤维素 (2)探究二氧化碳中氧转化为水中氧的途径　光反应　产生水的场所为类囊体膜，与ATP同时生成　(3)有机物中储存的化学能　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 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 11．科研人员对绿色植物光暗转换中的适应机制开展下列研究。 (1)科研人员测定绿色植物由暗到亮过程中，CO2吸收速率的变化，结果如图1。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 ①结果显示，未开始光照时，CO2吸收速率低于0，这是由于植物细胞进行____________释放CO2的结果。0.5 min后，CO2吸收速率才迅速升高，说明此时光合作用______反应才被激活。 ②光照后，绿色植物光合作用中的能量变化：光能→_____________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 (2)科研人员进一步检测了上述时间段中光反应相对速率和热能散失比例(是指叶绿体中，以热能形式散失的能量占光反应捕获光能的比例)，结果如图2。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 ①图2中两条曲线变化趋势的差异为______________________；0.5～2 min，与之前的变化相反。 ②结合图1及光合作用过程推测，0～0.5 min，光反应速率变化的原因是_____________。 (3)请从物质与能量、结构与功能的角度分析，0～2 min，图2中热能散失比例变化的生物学意义：_________________________________ ______________________________________________________________。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 解析：(1)①植物进行光合作用需要消耗CO2，据图1可知，未开始光照时，CO2吸收速率低于0，这是由于植物细胞进行细胞呼吸释放CO2的结果；CO2在暗反应过程中参与CO2的固定过程，图1中曲线变化说明0.5 min后暗反应过程才被激活，CO2吸收速率迅速升高。②光照后，绿色植物光合作用中的能量变化：光能→NADPH和ATP中活跃的化学能(光反应过程)→糖类等有机物中稳定的化学能(暗反应过程)。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 (2)①据图2可知，图2中两条曲线变化趋势的差异为0～0.5 min，光反应相对速率下降，热能散失比例上升；0.5～2 min，与之前的变化相反。②光反应可为暗反应提供ATP和NADPH，由(1)分析可知，0.5 min后暗反应被激活，CO2吸收速率迅速升高，图2中0～0.5 min，光反应速率降低，原因是暗反应未被激活，光反应产生的NADPH和ATP积累导致光反应被抑制。 (3)生物学意义见答案。 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 答案：(1)①细胞呼吸　暗　②NADPH和ATP中(活跃)的化学能→糖类等有机物中(稳定)的化学能　 (2)①0～0.5 min，光反应相对速率下降，热能散失比例上升　②暗反应未被激活，光反应产生的NADPH和ATP积累导致光反应被抑制 　(3)0～0.5 min(暗反应未启动时)，吸收的光能未被利用，热能散失比例上升，可保护光合色素、相关蛋白和叶绿体结构等免受(光)损伤；0.5～2 min(暗反应启动后)，热能散失比例减少，吸收的光能可有效转化为化学能 2 3 4 概念 光合作用是指绿色植物通过_______，利用光能，将______________转化成储存着能量的有机物， 并且释放出_______的过程 反应式 ________________________________ CO2＋H2O(CH2O)＋O2 物 质 变 化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋PiATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成： NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定： CO2＋C52C3 ②C3的还原： 2C3(CH2O)＋C5 $$