第2单元 14 捕获光能的色素和结构、光合作用的原理(Word练习)-【高考快车道】2026年高考生物大一轮专题复习总复习

十四　捕获光能的色素和结构、光合作用的原理 (25分钟　36分) 【基础过关练】 1.(2分)(2025·清远模拟)紫苏叶片是紫苏合成有机物的主要器官。紫苏叶片呈紫色与其细胞内含有的花青素有关。花青素易溶于水、乙醇等极性溶剂中。某同学欲提取紫苏叶片中的色素,下列操作错误的是(　　) A.实验材料应选取新鲜的紫苏叶片 B.研磨叶片时添加二氧化硅有助于研磨充分 C.研磨叶片时需要添加蒸馏水以溶解叶片中的各种色素 D.研磨液需经单层尼龙布过滤后收集滤液 【解析】选C。紫苏叶片呈紫色与其细胞内含有的花青素有关,因此欲提取紫苏叶片中的色素,应选取新鲜的紫苏叶片,A正确;研磨叶片时添加二氧化硅,能破坏细胞结构,有助于研磨充分,B正确;花青素易溶于水、乙醇等极性溶剂中,研磨叶片时需要添加蒸馏水以溶解叶片中的花青素,但不能溶解叶片中分布在叶绿体内的光合色素,因为叶绿体中的光合色素不溶于水,C错误;将研磨得到的液体迅速倒入玻璃漏斗(在漏斗基部放一块单层尼龙布)中进行过滤,将滤液收集到试管中,D正确。 2.(2分)(2025·南阳模拟)环境因素的改变可影响叶绿体中色素的种类和含量,而叶绿体中色素的种类与含量又直接影响光合速率。下列叙述正确的是(　　) A.在无光条件下培育的韭菜叶片中不含任何色素,无法进行光合作用 B.温度降低导致叶绿素含量下降的唯一原因是叶绿素的合成能力降低 C.提取光合色素时需要在水中将植物叶片充分研磨以利于各种色素的释放 D.光合色素对不同波长光的吸收能力不同,且每种色素都不能吸收所有波长的光 【解析】选D。叶绿素的合成需要光照,在无光条件下培育的韭菜叶片中不含叶绿素,但是有其他色素,可以进行光合作用,A错误;温度降低导致叶绿素含量下降的原因除叶绿素的合成能力降低外,低温下叶绿素也容易分解,B错误;光合色素溶解于有机溶剂,故提取光合色素时需要在无水乙醇中将植物叶片充分研磨以利于各种色素的释放,C错误;光合色素对不同波长光的吸收能力不同,且每种色素都不能吸收所有波长的光,会对某些波长的光吸收较为明显,如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,D正确。 3.(2分)如图所示的实验中,试管中色素若是分别来自水稻的叶黄素缺失突变体叶片和缺镁条件下生长的水稻叶片,则在光屏上形成较明显暗带的条数分别是(　　) A.1、1 B.1、2 C.2、2 D.2、1 【解析】选D。叶黄素缺失的突变体水稻不能合成叶黄素,而试管中叶绿素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光,则在光屏上形成2条较明显暗带;缺镁条件下生长的水稻,叶绿素合成受阻,试管中的类胡萝卜素吸收蓝紫光,则在光屏上形成1条较明显暗带,D正确。 4.(2分)下列有关科学史和科学研究方法的说法错误的是(　　) A.卡尔文等用小球藻进行实验,最终探明了CO2→C5→(CH2O) B.希尔制取叶绿体悬液并加入草酸铁,光照后发现存在还原性物质将Fe3+还原成Fe2+ C.鲁宾和卡门用同位素示踪法证明了光合作用释放的氧气来自H2O D.恩格尔曼用水绵进行实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 【解析】选A。卡尔文等用小球藻进行同位素标记实验,最终探明了CO2中的碳到C3再到有机物的过程,A错误;希尔制取叶绿体悬液并加入草酸铁,光照后发现存在还原性物质将Fe3+还原成Fe2+,离体的叶绿体释放了氧气,B正确;鲁宾和卡门用同位素18O示踪法证明了光合作用释放的氧气来自H2O,C正确;恩格尔曼用水绵进行实验,以好氧细菌为指示生物证明了叶绿体能吸收光能(红光和蓝紫光)用于光合作用放出氧气,D正确。 5.(2分)(2025·皖豫名校联考)叶绿素分子中的Mg2+容易被H+替换,导致其分子结构被破坏,因此在进行光合色素提取和分离的实验中,要使用适量CaCO3对叶绿素进行保护。下列有关叙述错误的是(　　) A.推测叶绿体基质的pH略高于细胞质基质的pH B.以正常生长的红叶李的叶片为材料无法提取和分离到光合色素 C.用缺乏Mg2+的培养液长期培养植物会使其光合作用能力下降 D.实验中每次画滤液细线都要等上一次所画的滤液细线晾干后再进行 【解析】选B。Mg是组成叶绿素的元素,由“叶绿素分子中的Mg2+容易被H+替换,导致其分子结构被破坏”可推测,叶绿体中的H+浓度应较低,pH可能比叶绿体外的pH略高一点,以保证叶绿素结构的稳定性,A正确;正常生长的红叶李可进行光合作用,叶片含有光合色素,能提取和分离到光合色素,B错误;Mg是组成叶绿素的元素,用缺乏M的培养液长期培养植物,会使植物的叶绿素合成量不足,导致植物光合作用能力下降,C正确;实验中为了保证滤液细线直、匀、细,且转移到滤纸条上的样液足够多,一般要多次画滤液细线,每次画滤液细线都要等上一次所画的滤液细线晾干后再进行,D正确。 6.(2分)(2025·湖北名校联考)光合作用光反应可分为原初反应、电子传递和光合磷酸化。原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSⅠ和PSⅡ上发生电荷分离产生高能电子,高能电子推动着类囊体膜上的电子传递。电子传递的结果是一方面引起水的裂解以及NADP+的还原;另一方面建立跨膜的H+浓度梯度,启动光合磷酸化形成ATP。光反应的部分过程如图所示。下列说法正确的是(　　) A.原初反应实现了光能直接到化学能的能量转化过程 B.类囊体膜内外H+浓度梯度的形成与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关 C.图中H+通过主动运输进入叶绿体基质 D.光反应产生的NADH和ATP用于暗反应中三碳化合物的还原 【解析】选B。 A(×) 原初反应中光能经色素的吸收和传递后使PSⅠ和PSⅡ上发生电荷分离产生高能电子→原初反应实现了光能到电能的能量转化过程,但不能直接转化 B(√) 类囊体膜内外H+浓度梯度的形成(即基质中的H+浓度低,类囊体腔中的H+浓度高)与水的裂解、质体醌的转运以及NADP+的还原有关 C(×) 叶绿体基质中的H+浓度低,类囊体腔中的H+浓度高,即H+从类囊体腔进入叶绿体基质属于顺浓度梯度运输,且需要载体蛋白,故图中H+通过协助扩散进入叶绿体基质 D(×) C3(3-磷酸甘油酸)在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成C5和糖类等有机物 7.(2分)如图表示不同生物细胞代谢的过程,下列有关叙述错误的是(　　) A.给甲提供O,一段时间后可在细胞内检测到(CO) B.甲、乙、丙均为生产者,甲可能是蓝细菌,乙可能是根瘤菌,丙发生的反应中不产生氧,是甲、乙、丙中唯一可能为厌氧型的生物 C.过程①可表示渗透吸水,对④⑤⑥⑦⑧过程研究,发现产生的能量中大部分以热能散失 D.就植株叶肉细胞来说,若②O2的释放量大于⑧O2的吸收量,则该植物体内有机物的量不一定增加 【解析】选B。给甲提供O,水可以参与有氧呼吸第二个阶段,产生C18O2,二氧化碳参与光合作用的暗反应,生成带有标记的(CO),A正确;甲有叶绿体,不可能是蓝细菌;根瘤菌直接依靠植物制造的有机物维持生存,属于消费者,而不是生产者,故乙不可能是根瘤菌,乙可能是硝化细菌,硝化细菌能将土壤的氨氧化成为硝酸,利用释放的能量将CO2和H2O合成糖类,即化能合成作用,甲、乙、丙都能将无机物转化为有机物,都为自养型生物,说明这三种生物一定都是生产者,但丙的反应中不产生氧,甲、乙的反应中产生了氧,说明丙是三者中唯一可能为厌氧型的生物,B错误;过程①可表示渗透吸水,对④⑤⑥⑦⑧过程研究可知细胞呼吸中所释放的大部分能量以热能形式散失,C正确;若叶肉细胞②光反应过程O2的释放量大于⑧有氧呼吸过程O2的吸收量,则叶肉细胞的净光合作用量>0,但植物体还有很多不能进行光合作用的细胞,只能进行呼吸作用,所以该植物体内有机物的量不一定增加,D正确。 【知识总结】光合作用和化能合成作用的比较 【思维进阶练】 8.(10分)(2025·九江模拟)蔗糖和淀粉是绿色植物光合作用的重要产物,二者都是由在卡尔文循环中产生的丙糖磷酸转化而成,其合成过程如下图所示。其中磷酸转运体(TPT)在将丙糖磷酸运到细胞质基质的同时可将无机磷酸(Pi)运入叶绿体,且这种转运严格遵循1∶1的反向交换原则。请分析回答下列问题: (1)(5分)C3转变成为丙糖磷酸需要光反应阶段提供____________________,白天淀粉的合成与蔗糖的合成都需要丙糖磷酸。由图可知,当细胞质基质中Pi浓度降低时,会_____________丙糖磷酸从叶绿体中运出,从而_________淀粉在叶绿体内的合成,说明叶肉细胞内淀粉合成和蔗糖合成呈_____________(填“正相关”“负相关”或“不相关”)。因此在生产中要提高甘蔗的品质,可以采取____________________　的措施。  【解析】(1)C3转变成为丙糖磷酸需要光反应阶段提供NADPH和ATP。因为丙糖磷酸和Pi严格遵循1∶1的反向交换原则,细胞质基质中的Pi水平降低会导致丙糖磷酸运出量减少,促进丙糖磷酸通过ADPG途径形成淀粉增多,因此淀粉合成和蔗糖合成呈负相关。甘蔗中富含蔗糖,因此在生产中要提高甘蔗的品质,即提高蔗糖的产量,可适量增施无机磷肥,以促进丙糖磷酸的外运。 (2)(5分)研究人员将酵母菌蔗糖酶基因转入马铃薯植株,该基因表达的蔗糖酶定位在叶肉细胞的细胞壁上,可将胞外蔗糖水解。蔗糖酶会导致叶肉细胞外____________________含量升高,进而被叶肉细胞吸收,可_________(填“促进”或“抑制”)光合作用的进行。结果发现,转基因植物会出现严重的短根、短茎现象。上述现象说明光合作用产物是以蔗糖形式运输到非光合部位,与淀粉相比,这种运输形式的优点是_______________________________________。  【解析】(2)蔗糖酶可将蔗糖水解为葡萄糖和果糖,因此蔗糖酶会导致叶肉细胞外葡萄糖和果糖含量升高,被叶肉细胞吸收后,通过转运蛋白运至叶绿体内,导致淀粉的含量增加,从而抑制光合作用进行。与淀粉相比,蔗糖是非还原糖,较稳定,是小分子且溶于水,因而常以蔗糖作为运输物质。 答案:(1)NADPH和ATP　限制(抑制)　促进　负相关　适量增施无机磷肥　 (2)葡萄糖和果糖　抑制　相对分子质量小且溶于水,有利于运输 【加固训练】 中国科学院天津工业生物技术研究所首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的合成。下图为植物的光合作用过程和人工合成淀粉过程。 (1)人工合成淀粉的过程中,能量形式的转变为___________________________。 【解析】(1)分析图可知,人工合成淀粉的过程中将光能先转化为电能,随后再转化为有机物中的化学能。  (2)图示的①过程相当于植物光合作用的_________阶段,②过程相当于植物光合作用的___________________过程。  【解析】(2)图示的①过程进行水的光解,相当于植物光合作用的光反应阶段,②过程固定二氧化碳,形成有机物,即②过程相当于植物光合作用的暗反应过程中的CO2的固定。 (3)中间体C6能在细胞质基质中首先被分解,其释放的能量去处有____________________________________。  【解析】(3)分析图可知,中间体C6在细胞质基质中首先被分解,其释放的能量一部分合成ATP,一部分以热能形式散失。 (4)固定等量的CO2,人工合成途径与绿色植物相比积累的淀粉含量_________,原因是　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　。  【解析】(4)固定等量的CO2,人工合成途径与绿色植物相比积累的淀粉含量高,因为人工合成途径无细胞呼吸消耗有机物,而植物呼吸作用消耗有机物。 (5)若该技术未来能够大面积推广应用,你认为可解决当前人类面临的哪些生态环境问题? 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 (至少写出两点)。  【解析】(5)若该技术未来能够大面积推广应用,那么可以不需要生产者就能固定太阳能合成淀粉等有机物,这样能节约大量的耕地和淡水资源,同时也能减少因农药、化肥的使用带来的环境污染,还能缓解温室效应等。 答案:(1)光能→电能→化学能　(2)光反应　CO2的固定　(3)合成ATP,以热能形式散失　(4)更多　植物呼吸作用消耗有机物,人工合成中没有呼吸作用　(5)能节约大量的耕地和淡水资源;减少因农药、化肥的使用带来的环境污染;缓解温室效应等 9.(12分)(2025·内蒙古适应性测试)为提高温室反季种植番茄的产量,探究相同光照强度下不同红光与蓝光的比例及光周期(24 h中光/暗时长比例)对光合作用等生理过程的影响,结果如下图。回答下列问题: (1)(3分)光合色素吸收、传递光能,在类囊体薄膜上经过一系列转化和电子传递,将能量储存在_______、_____________中。这两种物质在________________(填场所)中发挥作用。  【解析】(1)光合色素吸收、传递光能,在类囊体薄膜上经过一系列转化和电子传递,即光反应过程,将能量储存在ATP和NADPH中,这两种物质在暗反应过程中还原C3,该反应发生在叶绿体基质。 (2)(4分)实验发现1∶0.8组的光合速率最高,结合图1结果和色素对光的吸收光谱,分析可能的原因是________________________________________和______________________________________________________________________________。  【解析】(2)由图1可知,各光质比例下,叶绿素相差较大,但类胡萝卜素相差不大,且在红光与蓝光比例为1∶0.8条件下,叶绿素含量最高,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,所以该条件下光合速率最高。 (3)(3分)在类囊体薄膜上,光合色素需要与相关蛋白质组成捕光色素蛋白复合体来行使功能。结合图2分析,在适宜的光周期下,细胞中感受光周期的光敏色素吸收_______光后,将信号传入_____________增加____________________的基因的表达,提高叶绿体对光的捕获能力。  【解析】(3)光敏色素主要吸收红光和远红光,在该光质条件下,光敏色素吸收红光,由图2可知,在适宜的光周期下,叶绿素含量显著提升,说明光敏色素吸收红光后,将信号传入细胞核,增加调控叶绿素合成的基因的表达,提高叶绿素含量,从而提高叶绿体对光的捕获能力。 (4)(2分)在北方某地,冬季日照时长约为10 h。利用上述实验结果,给出对温室种植番茄进行补光增产的关键措施:  　  　  　  　  　  　  　  　  　  　  　。  【解析】(4)由图2可知,光照在8~12 h时,叶绿素含量相对较低,可适当人工补充光照,延长光照时间至16 h,另外可通过调整光质红光与蓝光比例为1∶0.8,以提升叶绿素含量,从而提高光合速率,达到增产的目的。 答案:(1)ATP　NADPH　叶绿体基质 (2)1∶0.8条件下,叶绿素含量最高　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)红　细胞核　调控叶绿素合成 (4)延长光照时间至16 h,调整光质红光与蓝光比例为1∶0.8 - 10 - 学科网（北京）股份有限公司 $