11 必修1 第二单元 第11讲 光合作用的原理-【名师导航】2026年高考生物一轮总复习教师用书（人教版）

该高中生物学讲义聚焦光合作用原理这一高考核心考点，紧扣课标“捕获光能并转换储存为化学能”的要求，以探究历程（如鲁宾和卡门实验、卡尔文循环）和过程分析（光反应与暗反应物质能量变化）为主线，通过研读教材梳理考点、考向演练突破难点、真题感悟强化应用的教学流程，帮助学生构建系统性知识网络。 资料突出科学思维与探究实践素养培育，如设计“过程法”分析环境骤变对C3、C5含量影响，结合希尔反应实验辨析自变量控制，设置A、B分层作业适配不同学情。通过实验原理深度解读与高考真题精准对接，助力学生高效掌握解题方法，为教师把控复习节奏、提升学生应考能力提供清晰指导。

第11讲　光合作用的原理 　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。 考点1　光合作用原理的探究 一、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，C与H2O结合成甲醛。 2．1928年，科学家发现，甲醛不能通过光合作用转化成糖。 3．1937年，英国希尔发现，离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气。该反应称作希尔反应。 4．1941年，美国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(如图所示)，该实验证明了光合作用产生的氧气全部来自H2O，而不是来自CO2。 该实验中两组试管互为对照，自变量为18O的标记物，因变量为小球藻释放的O2的标记情况，光照、温度、小球藻的数量和生活状况等无关变量均需要保持相同且适宜。 5．1954年，美国阿尔农发现，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。 6．20世纪40年代，美国卡尔文利用放射性同位素标记法，用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，然后追踪放射性14C的去向，最终探明了CO2中的碳转化为有机物的途径。 (必修1 P102“思考·讨论”)尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。 提示：H2OO2＋H＋＋能量 　　　　　 　　　　　 　↓ ADP＋Pi―→ATP 二、光合作用的概念和反应式 1．光合作用的概念 光合作用主要是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 2．光合作用的化学反应式 CO2＋H2O(CH2O)＋O2。 1．离体叶绿体在有铁盐或其他氧化剂的水溶液中，经光照可产生氧气。(　√　) 2．鲁宾和卡门实验和卡尔文实验都采用了放射性同位素标记法。(　×　) 提示：鲁宾和卡门实验中所用的18O是稳定性同位素，不是放射性同位素。 3．叶绿体中合成ATP和水光解是独立进行的。(　×　) 提示：叶绿体中合成ATP和水光解是密切联系的。 4．光合作用一定在叶绿体中进行。(　×　) 提示：蓝细菌的光合作用不在叶绿体中进行。 光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种。缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种，想要探究CO2转化成的第一个产物是什么，实验思路是不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物。 探究光合作用原理的实验 1．植物学家希尔发现，离体的叶绿体中加入“氢接受者”，比如二氯酚吲哚酚(DCPIP)，光照后依然能够释放氧气，蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2。研究者为了验证该过程，在密闭条件下进行如下实验： 溶液种类 A试管 B试管 C试管 D试管 叶绿体悬浮液 1 mL — 1 mL — DCPIP 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mL 0.5 mol/L蔗糖溶液 4 mL 5 mL 4 mL 5 mL 光照条件 光照 光照 黑暗 黑暗 上层液体颜色 无色 蓝色 蓝色 蓝色 下列实验分析不合理的是 (　　) A．实验结束后A组试管中叶绿体有(CH2O)的产生 B．实验过程中A试管还能观察到有气泡产生 C．A与C的比较可以说明光是氢产生的条件 D．B和D试管作为对照实验，说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色 A　[蓝色氧化状态的DCPIP接受氢后变成无色还原状态的DCPIPH2，无NADPH还原C3，实验结束后A组试管中叶绿体无(CH2O)的产生，A不合理；离体叶绿体中加入二氯酚吲哚酚(DCPIP)光照后依然能够释放氧气，所以能观察到A试管中有气泡产生，B合理；A(有光照)与C(无光照)比较(其他条件均相同)可以说明光是氢产生的条件，C合理；设置B和D试管是为了说明DCPIP在光照和黑暗条件下自身不会变色，D合理。 ] 2．卡尔文将14C标记的CO2通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养后不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)将培养液迅速倾入热乙醇中以杀死细胞，最后利用层析法和放射自显影技术进行物质的分离和鉴定，实验结果如下图。下列相关分析不正确的是(　　) A．用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰 B．热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行 C．推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸 D．可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程 D　[细胞中原有的CO2不含14C，用14C标记CO2可排除细胞中原有物质的干扰，A正确；热乙醇可以杀死细胞，用热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行，以检测杀死细胞时，其光合作用进行的程度，B正确；放射性最先在3-磷酸甘油酸中出现，推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸，C正确；该实验可通过放射性出现的先后顺序来推测暗反应的过程，D错误。] 考点2　光合作用的原理 一、光合作用的过程 1．图解光合作用的过程 2．比较光反应与暗反应阶段 项目 光反应 暗反应也称为碳反应 场所 类囊体的薄膜 叶绿体基质 条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、C5、ATP、NADPH等 物质 变化 ①水的光解： 2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②ATP的合成： ADP＋Pi＋能量ATP 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 能量 变化 光能―→ATP和NADPH中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学能 联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi 二、光合作用的意义 1．光合作用产生的有机物除供植物体自身利用外，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。 1．(必修1 P103“相关信息”)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去2个电子，电子经传递后，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。 2．(必修1 P104“相关信息”)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)。 3．(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．(必修1 P106“小字部分”)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 条件 光、色素、酶 酶 原料 CO2和H2O等无机物 产物 糖类等有机物 能量来源 光能 某些无机物氧化时所释放的能量 生物种类 绿色植物、蓝细菌等 硝化细菌、硫细菌等 连续光照和间隔光照下的有机物合成量 (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、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物的积累量要多。 1．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。(　×　) 提示：没有光反应提供的NADPH和ATP，暗反应不能进行。 2．只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。(　×　) 提示：在暗反应不能进行时，因缺少ADP、Pi和NADP＋，光反应也会停止。 3．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体的薄膜。(　×　) 提示：ATP在类囊体的薄膜上产生，移动方向是从类囊体的薄膜到叶绿体基质。 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。(　×　) 提示：光合作用过程中产生的ATP只用于暗反应。 5．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。(　×　) 提示：转移途径为：14CO2→14C314C5(14CH2O) 6．NADPH只作为还原剂，用于C3还原。(　×　) 提示：NADPH既作为还原剂，又可提供能量。 1．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的完全培养液中，其他条件相同且适宜。培养一段时间后，检测并比较两组菠菜幼苗的干物质的量，B组明显少于A组，原因是Mg2＋是合成叶绿素的原料，缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少。 2．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。每组处理的总时间均为135 s，光照与黑暗处理情况如图所示(A、B、C三组光照与黑暗处理时间相同)。结果是A组光合作用产物的相对含量为50%；B组光合作用产物的相对含量为70%；C组光合作用产物的相对含量为94%；D组光合作用产物的相对含量为100%。 (1)各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件适宜且相同，这样处理的目的是排除无关变量对实验结果的干扰(或保证自变量的唯一性)。 (2)可以判断，单位光照时间内，B组和C组植物合成有机物的量都高于D组植物合成有机物的量，判断依据是B组和C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的70%和94%，对这一实验结果的解释是因为随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。 光合作用的过程 1．下图是某植物细胞进行光合作用的过程，下列有关叙述正确的是(　　) A．光合作用产物Ⅱ中的O部分来自水 B．物质Ⅰ在暗反应中可充当还原剂，但不能供能 C．若外界中物质Ⅲ浓度适当升高，物质Ⅰ的含量会暂时降低 D．给植物提供HO，一段时间后放射性会出现在O2中 C　[光合作用产物Ⅱ为光反应阶段水光解产生的O2，其中的O全部来自水，A错误；物质Ⅰ为NADPH，可以在暗反应中充当还原剂，也能为暗反应供能，B错误；若外界中物质Ⅲ(CO2)浓度升高，C3合成增多，C3转化成有机物时会消耗更多的物质Ⅰ(NADPH)，而光反应强度暂时不变，因此物质Ⅰ的含量会暂时下降，C正确；18O 属于稳定同位素，18O2不具有放射性，D错误。] 2．下图为绿色植物光合作用过程示意图(图中a～g为物质，①～⑥为反应过程，物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示)。有关叙述错误的是 (　　) A．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解 B．c为ATP，f为NADPH C．将b物质用18O标记，最终在(CH2O)中能检测到18O D．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能 B　[题图中a～g分别代表光合色素、O2、ATP、ADP、NADPH、NADP＋、CO2，①～⑥分别代表水分的吸收、ATP的合成、水的光解、CO2的固定、C3的还原、有机物的合成，A正确，B错误；18O2HOC18O2(CHO)，C正确；光合色素具有吸收、传递和转化光能的作用，D正确。] 环境骤变对光合作用物质含量的影响 3．下图是水生植物黑藻在光照强度等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是(　　) A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，叶绿体基质中水光解加快、O2释放增多 B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高 C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是光反应速率不变、暗反应增强的结果 D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低 D　[水的光解、O2的释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A错误； t2→t3，光照充足，限制光合速率的因素为CO2浓度，若t2时刻增加光照，光合速率不会提高，B错误； t3→t4，CO2浓度增加，暗反应增强，一定程度上促进了光反应的进行，C错误；突然停止光照，光反应不再继续进行，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低，D正确。] 　“过程法”分析各物质变化 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，分析相关物质含量在短时间内的变化： 光系统及电子传递链 4．叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。 注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP酶复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，电子传递，H＋输送及ATP合成等过程。 据图回答下列问题： (1)光反应过程中，ATP的形成与光系统________ (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。 (2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体(供给电子的物质)是　　　　。 通过光合电子传递链，光能最终转化为　　　　　　　中的化学能。 (3)图中ATP合成酶的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　；线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是　　　　　　　　。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有________________________________________________ _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________(共3点)。 (4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降，其原因可能是___________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 解析：光合作用的光反应是一个非常复杂的物质与能量转变过程，它需要类囊体上多种蛋白复合体和电子传递体的参与才能将光能转变成电能，进而转变电势能和化学能。PSⅠ和PSⅡ指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，叶绿素a(P680和P700)与蛋白质结合构成PSⅠ和PSⅡ。转化时处于特殊状态的叶绿素a在光的照射下，可以得失电子，从而将光能转换成电能。叶绿素a被激发而失去电子(e－)，最终传递给NADP＋。失去电子的叶绿素a变成一种强氧化剂，能够从水分子中夺取电子，使水分子氧化生成氧分子和氢离子(H＋)，叶绿素a由于获得电子而恢复稳态。(1)光反应过程中，PSⅡ发生H2O的光解，使B侧H＋浓度增加，产生的e－通过电子传递体，再通过PSⅠ传到A侧，最终将电能变为NADPH中的活跃化学能。(2)叶绿素a接受光的照射后被激发，在PSⅡ发生H2O的光解，释放势能高的e－，e－的最终供体是H2O，最终受体是ATP和NADPH，因此，通过光合电子传递链，光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能。(3)图中ATP合成酶的作用是催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输。线粒体中存在类似于ATP合成酶的膜是线粒体内膜。据图分析，增加膜两侧的H＋浓度差的生理过程有：水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋。(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物，可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合，阻止光合电子传递到细胞色素b6f。则DBMIB会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失，故若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体，会导致ATP含量显著下降。 答案：(1)Ⅱ　(2)水　ATP和NADPH(答完整才可)　(3)催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输　线粒体内膜　水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋　(4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失 1．(2023·湖北卷)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 C　[叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，LHCⅡ与PSⅡ分离减少，PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确；Mg2＋是叶绿素的组成成分，其含量减少会导致PSⅡ光复合体上的叶绿素含量减少，导致对光能的捕获减弱，B正确；弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误；PSⅡ光复合体能吸收光能，并分解水，水的光解产生H＋、电子和O2，D正确。] 2．(2021·重庆卷)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 (　　) 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NADPH C．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 A　[O2在叶绿体类囊体的薄膜产生，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。] 3．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题： 品种 净光合速率/(μmol·m－2·s－1) 叶绿素含量/(mg·g－1) WT 24.0 4.0 KO 20.3 3.2 OE 27.7 4.6 (1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖-1,5-二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3-磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3-磷酸甘油酸接受　　　　　　　释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为_________________________ ____________________。 (2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的___________________________________________________________________、 ________________________________________________________(填科学方法)。 (3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率　　　　　　　　。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图： 结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________； ②___________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 解析：(1)在光合作用的暗反应阶段，CO2被固定后形成的两个3-磷酸甘油酸(C3)分子，在有关酶的催化作用下，接受ATP和NADPH释放的能量，并且被NADPH还原。随后在叶绿体基质中转化为核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和淀粉等。(2)与某品种水稻的野生型(WT)相比，实验组KO为OsNAC敲除突变体，其设置采用了自变量控制中的“减法原理”；实验组OE为OsNAC过量表达株，其设置采用了自变量控制中的“加法原理”。(3)题图和题表中信息显示：OE组的净光合速率、叶绿素含量、旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、单株产量都明显高于WT组和KO组，OE组蔗糖含量却低于WT组和KO组，说明OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率增大，究其原因有：①与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用；②与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用。 答案：(1)ATP和NADPH　核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和淀粉等　(2)减法原理　加法原理　(3)增大　与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用　与WT组相比，OE组旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的表达量较高，可以及时将更多的光合产物(蔗糖)向外运出，从而促进旗叶的光合作用 4．(2023·重庆卷)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。 (1)通常情况下，叶绿素含量与植物的光合速率成正相关。但有研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者在相同光照强度的强光条件下，测定了两种水稻的相关生理指标(单位省略)，结果如下表。 品种 光反应 暗反应 光能转 化效率 类囊体薄膜电子传递速率 RuBP羧化 酶含量 Vmax 野生型 0.49 180.1 4.6 129.5 突变体 0.66 199.5 7.5 164.5 注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶；Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率。 ①类囊体薄膜电子传递的最终产物是　　　　　　　　　　。RuBP羧化酶催化的底物是CO2和　　　　　　　。 ②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是_____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量(单位省略)，结果如下表。 品种 田间光照产量 田间遮阴产量 野生型 6.93 6.20 突变体 7.35 3.68 ①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，外因是_____________________________________________________________________。 ②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和　　　　　，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。 ③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型　　　　(填“高”“低”或“相等”)。 解析：(1)①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上进行。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段(CO2的固定)，在这个反应中 CO2在CO2固定酶的作用下与C5(一种五碳化合物)结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快，因此突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变型水稻的光合速率高于野生型。(2)①根据光合作用的分析可知，只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况，光照强度等；叶绿体是光合作用的场所，叶绿体的结构、叶绿体中光合色素的含量也会影响光合作用。根据题干可知在遮阴情况下突变体水稻产量明显低于野生型，因此推测这种结果的内因是突变体自身叶绿素含量太低，外因则是光照强度太低。②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。③根据以上结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。 答案：(1)①NADPH　C5(或核酮糖-1,5-二磷酸或RuBP)　②突变体的光反应与暗反应速率都比野生型快　(2)①突变体叶绿素含量太低　光照强度太低　②蔗糖　③高 课时分层作业(十一) (建议用时：45分钟；本试卷共65分。单项选择题每小题3分，不定项选择题每小题5分) 1．绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示。下列有关叙述错误的是(　　) CO2＋H2O(CH2O)＋O2 A．在此过程中，CO2中的C被还原，H2O中的O被氧化 B．光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化发生在叶绿体基质中 C．产物(CH2O)是地球上有机物的主要来源 D．释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高 B　[绿色植物利用光能，在叶绿体中将无机物CO2和H2O转化为有机物并释放O2，在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的吸收发生在类囊体薄膜上，光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP、NADPH中活跃的化学能，B错误；绿色植物通过光合作用制造的(CH2O)是地球上有机物的主要来源，C正确；好氧生物的生存需要O2，光合作用释放出的O2有利于地球上好氧生物多样性的提高，D正确。] 2．对正在进行光合作用的植物，若突然降低植物周围环境中的CO2浓度，则短时间内，下列有关生理变化的叙述，正确的是(　　) A．叶绿体中C5/C3的值上升 B．叶绿体中ATP/ADP的值下降 C．NADPH/NADP＋的值下降 D．光反应速率加快 A　[在植物光合作用时突然降低 CO2 浓度，这将抑制暗反应中CO2的固定，导致C3减少，短时间内C5增多，故叶绿体中C5/C3的值上升，A正确；C3减少，则C3的还原变慢，消耗的ATP和NADPH变少，故叶绿体中ATP/ADP、NADPH/NADP＋的值上升，B、C错误；暗反应过程受抑制，进而影响光反应过程，光反应速率变慢，D错误。] 3．下图表示绿色植物光合作用的部分过程，图中a～c表示相关物质，甲、乙为结构。下列有关说法正确的是(　　) A．甲为叶绿体，乙为细胞质基质 B．a、b、c依次为O2、NADPH、ADP C．该过程合成的ATP大部分运出叶绿体外，用于绿色植物的各种生命活动 D．适宜条件下，当外界CO2含量升高时，a的产生速率会增加 D　[据图分析，甲处进行了水的光解，为类囊体薄膜，乙为叶绿体基质，A错误；a为水光解的产物O2 ，b为类囊体薄膜上合成的NADPH，c为ATP合成所需的ADP和Pi，B错误；光合作用过程中合成的ATP，会被叶绿体自身消耗，用于光合作用的暗反应，还原三碳化合物，C错误；当外界CO2 含量升高时，暗反应速率加快，光反应速率也会加快， a(O2)的释放速率加快，D正确。] 4．研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续CO2的固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　) A．该反应体系中“CO2→乙醇酸”过程相当于叶绿体中的暗反应 B．该反应体系可将光能直接转化为乙醇酸中稳定的化学能 C．类囊体产生的NADPH参与CO2的固定 D．该反应体系的光反应与叶肉细胞中光反应的场所不同 A　[乙醇酸是在光合作用暗反应中产生的，暗反应场所在叶绿体基质中，所以该反应体系中“CO2→乙醇酸”过程相当于叶绿体中的暗反应，A正确；该反应体系中能进行光合作用整个过程，可将光能转化为活跃的化学能，再转变为乙醇酸中稳定的化学能，B错误；类囊体产生的NADPH不参与CO2的固定，C错误；该体系含有类囊体，该反应体系的光反应是在类囊体中进行的，叶肉细胞中光反应的场所也是在类囊体上，场所相同，D错误。] 5．阳光穿过森林空隙形成的“光斑”会随太阳移动和枝叶的摆动而移动。下图表示一株生长旺盛的植物在光斑照射前后光合作用过程中与CO2吸收和O2释放有关的变化曲线，此曲线说明(　　) A．光斑照射前，光合作用无法进行 B．光斑照射开始后，光反应和暗反应迅速同步增加 C．光斑照射后O2释放曲线的变化说明暗反应对光反应有限制作用 D．CO2曲线AB段变化说明进行暗反应与光照无关 C　[由于O2释放速率代表光反应速率，光斑照射前，有O2释放，说明能进行光合作用，A不符合题意；光斑照射开始后，O2释放速率急剧增大，CO2吸收速率相对较慢，说明光反应和暗反应不是同步增加的，B不符合题意；光斑照射后，CO2吸收速率增加的同时，O2释放速率下降，说明暗反应对光反应有抑制作用，C符合题意；AB段光斑移开，光照减弱，光反应减弱，O2释放量下降的同时，CO2吸收速率也下降，说明暗反应的进行与光照有关，D不符合题意。] 6．将黑暗中制备的离体叶绿体加到含有DCIP(氧化性)、蔗糖和pH＝7.3磷酸缓冲液的溶液中并照光。溶液中的水在光照下被分解，除产生氧气外，产生的另一种物质使溶液中的DCIP被还原，由蓝色变成无色。下列说法错误的是(　　) A．DCIP颜色由蓝色变成无色的快慢可以反映光反应的速率 B．加蔗糖的目的是使外界溶液具有一定的浓度，避免叶绿体涨破 C．在叶绿体中，接收还原剂的物质是一种三碳化合物 D．氧气是叶绿体在光反应由水分解产生的，DCIP被还原在叶绿体基质中发生 D　[氧化剂DCIP可以被NADPH还原，使溶液由蓝色变成无色，NADPH是光反应的产物，因此DCIP颜色由蓝色变成无色的快慢可以反映光反应的速率，A正确；加蔗糖的目的是使外界溶液具有一定的浓度，维持叶绿体一定的渗透压，避免叶绿体涨破，B正确；在叶绿体中，接收还原剂的物质是一种三碳化合物，可以被还原形成五碳化合物和有机物，C正确；氧气是叶绿体在光反应由水分解产生的，DCIP被还原是由NADPH引起的，NADPH是光反应的产物，因此DCIP被还原是在类囊体薄膜上发生的，D错误。] 7．(不定项)卡尔文因发现光合作用合成己糖(葡萄糖)反应中CO2的固定途径获得诺贝尔奖。卡尔文将14CO2注入小球藻悬浮液，给予实验装置不同时间(0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5)的光照，分析14CO2的去向，结果见下表，据表分析正确的是(　　) 光照时间 0 t1 t2 t3 t4 t5 分离出的 放射性 化合物 无 ① ①② ①②③ ①②③④⑤ ①②③ ④⑤⑥ 注：表中①～⑥依次代表3-磷酸甘油酸(C3H7O7P)、1,3-二磷酸甘油酸(C3H8O10P2)、3-磷酸甘油醛(C3H7O6P)、己糖、C5、淀粉。 A．不同时间的产物为本实验的因变量 B．t1时，①中的3个碳原子都具有放射性 C．14C的转移途径为14CO2→①→②→③→④⑤→⑥ D．只做光照时间为t5的实验，也能确定出放射性化合物出现的先后顺序 AC　[本实验的自变量为光照时间，不同时间的产物为因变量，A正确；在t1时，最先出现的3个碳原子的化合物是由1个CO2分子与细胞内的1个C5反应生成的，因此两个①中只有1个碳原子具有放射性，B错误；随着时间的推移，放射性物质出现的先后顺序就是14C的转移途径，由表可知，14C的转移途径为14CO2→①→②→③→④⑤→⑥，C正确；如果只做光照时间为t5的实验，则同时检验到①②③④⑤⑥这6种具有放射性的物质，不能判断其出现的先后顺序，D错误。] 8．(不定项)下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述正确的是(　　) A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质 C．叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程 D．④受阻时，②③的进行能缓解丙糖磷酸积累对卡尔文循环的抑制 BCD　[过程①表示CO2的固定，CO2的固定不消耗光反应提供的ATP和NADPH，消耗ATP和NADPH的是C3的还原过程。] 9．(12分)为研究光合作用过程，科学家设计了以下实验：将叶绿体的类囊体放入烧杯中，人为调整类囊体膜两侧的pH，并适时加入适量的ADP和Pi，一段时间后检测ATP是否产生，实验过程如图1；科学家还测定了添加ADP和Pi的前后类囊体膜两侧H＋浓度变化，结果如图2所示。据此回答下列问题： (1)叶绿体的类囊体是光合作用中________阶段的场所，主要吸收__________________(填可见光的颜色)的叶绿素和在层析液中溶解度________(填“最大”或“最小”)的类胡萝卜素分布在类囊体的薄膜上。 (2)若想证明“类囊体膜两侧H＋没有浓度差就不能合成ATP”。还需人为调整类囊体膜两侧的pH，使____________________，并适时加入适量的ADP和Pi，一段时间后检测ATP的产生情况。 (3)研究者发现“只有类囊体内的H＋浓度高于膜外时，才能促使ADP和Pi合成ATP”，在上述实验的基础上，还需设计怎样的实验。请写出实验思路，并在图3中画出预期实验结果。 实验思路：______________________________________________________ ___________________________________________________________________。 答案：(1)光反应　蓝紫光和红光　最大　(2)类囊体膜两侧的pH相等　(3)人为调整类囊体膜两侧的pH，使类囊体膜内的pH低于膜外，并适时加入适量的ADP和Pi，一段时间后检测ATP的产生情况 10．植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失。该机制的启动和关闭特点如图所示。下列叙述错误的是(　　) A．NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段 B．状态②时通过NPQ避免叶绿体受创 C．叶绿体中ATP的合成量下降可能导致NPQ机制关闭 D．状态③NPQ机制缓慢关闭过程中ATP含量升高 D　[由题中信息“在NPQ的作用下多余的光能会以热能的形式散失”，可以得出NPQ直接作用于光合作用中的光反应阶段，A正确；植物接受过多光照会对叶绿体造成损害，因此植物需要“非光化学淬灭”(NPQ)的机制来保护自身，状态②时通过NPQ避免叶绿体受创，B正确；叶绿体中ATP的合成量下降，光反应减弱，色素需要吸收的光能减少，可能导致NPQ机制关闭，C正确；由于NPQ机制关闭过程缓慢，导致色素吸收的光能减少，光反应减弱，导致类囊体内NADPH浓度下降，ATP的合成量也下降，D错误。] 11．我国科学家设计了一种可以基因编码的光敏蛋白(PSP)，成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法不正确的是(　　) A．自然光合系统只能还原C3，而光敏蛋白可直接还原CO2 B．黑暗条件下自然光合系统中的暗反应可持续进行，而光敏蛋白发挥作用离不开光照 C．光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似 D．该研究为减轻温室效应提供了新思路 B　[自然光合系统只能还原C3，由题意可知PSP能够将CO2直接还原，A正确；黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应提供的ATP和NADPH，无法持续进行，B错误；在光照条件下，PSP能够将CO2直接还原，说明光敏蛋白与自然光合系统中光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似，C正确；温室效应是由CO2过量排放导致的，该研究为减轻温室效应提供了新思路，D正确。] 12．(不定项)人工光合作用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。下列有关说法正确的是(　　) A．模块1和2模拟的是发生在叶绿体类囊体薄膜上进行的过程 B．模块3为模块2提供的物质有ADP、Pi和NADP＋等 C．甲、乙两种物质分别是三碳化合物和五碳化合物 D．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更多 ABD　[从题图中分析，模块1和2模拟的是H2O的分解和能量转换，属于光反应阶段，在叶绿体类囊体薄膜上进行，A正确；从图中分析，模块3模拟的是暗反应阶段，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋ 等，B正确；甲与CO2结合形成三碳化合物，因此甲是五碳化合物，乙是三碳化合物，C错误；该系统只合成糖类，不消耗糖类，所以该系统积累的糖类多，D正确。] 13．(14分)(2025·淄博模拟)高等植物依赖光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)完成光反应。图甲中的PQ、Cytb6f、PC是电子传递载体，实线为电子传递过程，虚线为H＋运输过程。科研人员用低温光胁迫(0 ℃，100 μmol·m－2·s－1)处理黄瓜新叶6 h(－6～0 h)后，在室温(25 ℃)、不同光照条件下测得PSⅠ和PSⅡ活性的变化如图乙。 (1)PSⅠ和PSⅡ位于________________，其主要功能是________________。 (2)图甲中的电子供体和最终电子受体分别为____________________，通过光反应，光能最终转移到______________中。合成ATP依赖于类囊体膜两侧的H＋浓度差，图中使膜两侧H＋浓度差变大的过程有_________________________ _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________。 (3)低温光胁迫对黄瓜新叶__________(填“PSⅠ”或“PSⅡ”)的活性影响较大。在PSⅡ早期恢复(0～48 h)过程中，较强光照__________(填“利于”或“不利于”)其活性恢复。 (4)光反应的运作是以PSⅡ和PSⅠ为中心的线性模式。光照初期(0～3 h)，光反应速率并没有上升，从电子传递的角度分析，出现上述现象的原因是____________________________________________________________________ __________________________________________________________(答出2点)。 解析：(1)依据题干信息，依赖光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)完成光反应，光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜，所以，PSⅠ和PSⅡ位于叶绿体的类囊体薄膜上，其功能是吸收和转化光能。(2)依据题图甲信息可知，电子的供体来自水，最终电子的受体为氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)，通过光反应过程，光能转移至ATP和NADPH，其中，合成ATP依赖于类囊体膜两侧的H＋浓度差，即题图甲中下侧的H＋的浓度高于上侧，所以下侧产生H＋的过程和上侧H＋被运走的过程，都会使浓度差加大，根据图示信息可知，使膜两侧H＋浓度差变大的过程有：水光解产生H＋；PQ在传递电子的同时将H＋运输到类囊体中；H＋在膜外与NADP＋形成NADPH。(3)根据题图乙信息可知，当黄瓜新叶受到低温光胁迫时，PSⅠ的下降幅度更大，说明低温光胁迫对黄瓜新叶PSⅠ的活性影响较大。在PSⅡ早期恢复(0～48 h)过程中，光照越强，活性恢复得越慢，说明较强光照不利于PSⅡ活性恢复。(4)光反应的运作是以PSⅡ和PSⅠ为中心的线性模式。光照初期(0～3 h)，光反应速率并没有上升，从电子传递的角度来看，可能是PSⅡ的活性继续下降，电子的生成不足；光照初期PSⅠ的活性较低，电子的传递受阻所导致的。 答案：(1)叶绿体的类囊体薄膜上　吸收、转化光能　(2)H2O、NADP＋(不可颠倒)　NADPH、ATP　 水光解产生H＋；PQ在传递电子的同时将H＋运输到类囊体中；H＋在膜外与NADP＋形成NADPH　(3)PSⅠ　不利于　(4)PSⅡ的活性继续下降，电子的生成不足；光照初期PSⅠ的活性较低，电子的传递受阻 学科网（北京）股份有限公司 $$