5.4 光合作用与能量转化 第2课时 光合作用的原理（分层作业）生物人教版2019必修1

5.4.2 光合作用的原理 （分层作业） 基础巩固+能力提升+拓展培优 三维训练 （限时：8min） 1．科学家希尔发现，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），在光照下可以释放出氧气，该反应称为希尔反应。下列相关叙述错误的是（    ） A．希尔反应模拟的是植物光合作用的光反应阶段 B．希尔反应不能说明植物光合作用产生的氧气中氧元素都来自水 C．希尔反应过程中加入的铁盐相当于光合作用过程中的NADP+ D．希尔反应不能说明水的光解与糖的合成是两个相对独立的过程 2．光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。下列有关光合作用的叙述错误的是（    ） A．光合色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用 B．从暗反应的过程可以看出，每固定一分子CO2，就能生成一分子葡萄糖 C．鲁宾和卡门用18O分别标记水和二氧化碳，证实了氧气的来源 D．光合作用产生的有机物可被植物体自身利用，也可被许多异养生物利用 3．科学发现离不开科学家们的前赴后继，以下关于科学家的工作和结论表述错误的是（    ） A．恩格尔曼设计了巧妙的水绵实验，显微镜下需氧细菌的分布在叶绿体受光部位 B．希尔发现离体叶绿体的悬浮液中加入氧化剂，光、暗条件下都能释放出氧气 C．丹尼利和戴维森发现细胞表面张力低于油一水界面的表面张力，结合其他发现推测细胞膜中可能附有蛋白质 D．罗伯特森利用电镜观察到细胞膜的三层结构，推测细胞膜由蛋白质一脂质一蛋白质构成 4．鲁宾和卡门向小球藻供给18O含量不同的水和碳酸氢钠，检测各组小球藻光合作用释放的氧气中18O含量，证实了光合作用释放的氧气中氧元素来源于水。下列分析正确的是（　　） 组别 第1组 第2组 第3组 水中18O含量/% 0.85 0.20 0.20 碳酸氢钠中18O含量/% 0.61 0.40 0.57 A．3 个组别释放的氧气中18O含量分别为0.85%、0.40%、0.20% B．本实验通过检测所释放氧气放射性强度来确定自变量与因变量的关系 C．同组及不同组的实验中，水和碳酸氢钠的18O含量需要存在差值 D．本实验证明，光合作用过程中光反应为暗反应提供NADPH和ATP 5．目前学界普遍认为，光合作用是地球上“最重要的化学反应”。下列关于光合作用的叙述错误的是（　　） A．光反应必须在光下进行，暗反应有光无光都能进行 B．暗反应需大量的酶参加，光反应不需要酶 C．光反应和暗反应的反应速度不同，但两者相互依存，缺一不可 D．光反应必需在叶绿体类囊体薄膜上进行，暗反应只能在叶绿体基质里进行 6．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（    ） 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 7．如图为植物细胞光合作用过程的图解，下列相关叙述错误的是（　　） A．图中A物质包含叶绿素和类胡萝卜素，具有吸收光能的作用 B．图中B代表，可供植物呼吸所用；C代表ATP，可供植物主动运输所用 C．图中C的运动方向，是从叶绿体的基粒到叶绿体基质 D．图中F过程将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能 8．现是世界上种桑、养蚕和织丝最早的国家，蚕桑文化是古丝绸之路文化的源泉和根基。图是桑叶光合作用过程的示意图，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用过程的两个阶段，①-④表示物质。据图回答下列问题。    (1)图中①和④代表的物质分别是 和 。 (2)桑的叶肉细胞中进行光合作用的细胞器是 ，捕获光能的色素包括叶绿素和 两大类。 (3)在提取绿叶中的色素时，为了使研磨充分，可向研钵中放入适量的 。 (4)Ⅱ是光合作用的 阶段，此过程发生的场所是叶绿体 。 (5)在适宜的光照条件下，若适当提高蔬菜大棚中CO2的浓度，绿色蔬菜光合作用的速率会 （填“加快”或“减慢”或“不变”），原因是 。 （限时：8min） 9．“同位素标记法”可用于追踪物质的运行和变化规律，下列说法正确的是（　　） A．用14C标记的葡萄糖来研究人体细胞有氧呼吸过程，线粒体中能检测到放射性 B．羧基带有3H标记的亮氨酸可以用来研究分泌蛋白的合成运输过程 C．鲁宾和卡门通过检测18O的放射性情况，确定了光合作用过程中氧气的来源 D．可以用15N标记的脂肪来研究其在细胞中的代谢过程 10．下列科学家的实验证据不支持“叶绿体能吸收光能用于光合作用并释放氧气”这一实验结论的是（    ） A．黑暗中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 B．在光照下用H218O培养植物，发现叶绿体释放的氧气中含18O C．叶绿体合成ATP的过程与水分解产生氧气的过程始终相伴随 D．在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下释放氧气 11．为研究光合作用过程中ATP产生机理，科学家进行以下实验：黑暗条件下，原先在pH= 8的溶液中的离体叶绿体类囊体被置于pH= 4的酸性溶液中平衡，之后被转移到pH=8的溶液中，结果ATP开始合成。据此推测下列说法错误的是（    ） A．植物体叶片中的叶绿体在光照和黑暗的条件下都能产生ATP B．此实验中在黑暗条件下合成ATP的原因是类囊体内外存在H+梯度，为ATP合成提供了能量 C．植物叶绿体光照下产生ATP，其中光照的作用可能是使类囊体内外产生H+梯度 D．此实验中叶绿体类囊体在黑暗中合成ATP的同时不会释放氧气 12．下表是与光合作用相关的实验探究，下列叙述正确的是（　　） 组别 实验材料 实验试剂或处理方法 实验记录 1 水绵和好氧细菌 在没有空气的黑暗环境中，用极细的光束照射水绵 观察细菌分布的部位 2 叶片经饥饿处理后，一半遮光，一半曝光 碘蒸气处理 颜色反应 3 小球藻、14C标记的14CO2 提供适宜的光照和14CO2 追踪检测放射性14C的去向 4 菠菜叶 无水乙醇、层析液等 色素带的宽度、位置与颜色 A．第1组实验说明了光合作用的场所是叶绿体，CO2的固定需要光照 B．第2组实验可以观察到遮光部位变蓝，曝光部位不变蓝 C．第3组实验在小球藻细胞中的三碳化合物、丙酮酸中也可能检测到14C D．第4组实验中色素带的宽度反映的是色素的溶解度大小 13．下列关于希尔反应和阿尔农的发现，叙述不正确的是（　　） 时间/发现者 内容 1937年希尔 在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气 1954年阿尔农 在光照且无CO2的条件下，向叶绿体悬浮液中供给ADP、Pi和NADP+，可结合ATP和NADPH，这一过程总是与水的光解相伴随 A．光合作用的需光过程为 CO2合成有机物提供 ATP 和 NADPH B．希尔反应与 CO2合成有机物的过程不是同一化学反应过程 C．配制叶绿体悬浮液时，需加入一定量的蔗糖，主要目的是提供能量 D．希尔反应涉及光反应部分变化，后续研究表明，电子受体实质是 NADP+ 14．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，下列叙述正确的是（    ） A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，至少要穿过4层生物膜 B．类囊体腔中的H+仅来自水的光解 C．图中产生的ATP可用于有机物的合成 D．光反应合成ATP的能量直接来源于光能 15．菠菜叶肉细胞光合作用和呼吸作用的部分过程如图所示，下列说法正确的是（    ） A．a、c过程都在生物膜上进行 B．b、c过程中NADPH和ATP中的能量先转移到中，再全部转移到ATP中 C．a过程一定释放O2，d过程不需要的参与 D．只有在光照条件下，a、b、c、d过程才能同时进行 16．研究发现，常春藤可吸收并同化甲醛，其细胞内部分物质代谢如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．常春藤的色素仅分布在叶绿体类囊体薄膜上 B．核酮糖-1,5-二磷酸与CO2生成3-磷酸甘油酸的过程称为光反应 C．若突然停止光照，短时间内3-磷酸甘油酸的含量会上升 D．追踪甲醛在叶肉细胞的同化路径，可采用差速离心法 17．下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H+运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为H+的运输过程。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H+顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。请回答下列问题： (1)分析图中电子传递的整个过程可知，最初提供电子的物质为 ，最终接受电子的物质为 。 (2)光反应产生的氧气被用于有氧呼吸，且在 （场所）被消耗。图中用于暗反应的物质是 。 (3)推测H+从类囊体腔出去的运输方式为   ，合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差，图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有 。 (4)由图可见，光反应是一个比较复杂的过程，完成了光能转变成 能，进而转变成 能的过程。 18．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。 （1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ，模块3中的甲可与CO2结合，甲为 。 （2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将 （填：增加或减少）。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是 。 （3）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 （填：高于、低于或等于）植物，原因是 。 （4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 （限时：8min） 19．早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3．5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390μmol·mol-1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成 ，进而被还原生成糖类，此过程发生在 中。 (2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO3-浓度最高的场所是 （填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”），可为图示过程提供ATP的生理过程有 。 (3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可将HCO3-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力 （填“高于”或“低于”或“等于”）Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 （填“吸能反应”或“放能反应”）。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用 技术。 (4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有 。 A．改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力 B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C．改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力 D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.4.2 光合作用的原理 （分层作业） 基础巩固+能力提升+拓展培优 三维训练 （限时：8min） 1．科学家希尔发现，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），在光照下可以释放出氧气，该反应称为希尔反应。下列相关叙述错误的是（    ） A．希尔反应模拟的是植物光合作用的光反应阶段 B．希尔反应不能说明植物光合作用产生的氧气中氧元素都来自水 C．希尔反应过程中加入的铁盐相当于光合作用过程中的NADP+ D．希尔反应不能说明水的光解与糖的合成是两个相对独立的过程 【答案】D 【分析】由题意可知，希尔反应为离体叶绿体在适当（铁盐或其他氧化剂、光照）条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应，即光反应的部分过程。 【详解】A、希尔反应模拟的是植物光合作用的光反应阶段，A正确； B、希尔反应不能证明光合作用产生的O2中的氧元素全部来自于H2O，实验中其他物质也含有氧，需要进一步研究，B正确； C、希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP+的作用相似，都具有氧化的作用，C正确； D、希尔反应有水的分解，但没有糖的合成，可以说明水的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D错误。 故选D。 2．光合作用是唯一能够捕获和转化光能的生物学途径。下列有关光合作用的叙述错误的是（    ） A．光合色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用 B．从暗反应的过程可以看出，每固定一分子CO2，就能生成一分子葡萄糖 C．鲁宾和卡门用18O分别标记水和二氧化碳，证实了氧气的来源 D．光合作用产生的有机物可被植物体自身利用，也可被许多异养生物利用 【答案】B 【分析】1、一般情况下，叶绿体中的色素吸收的是可见光，叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 2、美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法研究了光合作用。第一组相植物提供H218O和CO2，释放的是18O2；第二组提供H2O和C18O2，释放的是O2。证明：光合作用释放的氧气来自水。 【详解】A、叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光，即光合色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用，A正确； B、根据暗反应的过程可以看出，每循环一次，只能固定一个碳原子，那么要生成一分子葡萄糖（C6H12O6），就要循环6次，B错误； C、美国科学家鲁宾和卡门研究光合作用，第一组相植物提供H218O和CO2，释放的是18O2；第二组提供H2O和C18O2，释放的是O2，证明了光合作用释放的氧气来自水，C正确； D、异养生物只能利用现有有机物，光合作用产生的有机物可被植物体自身利用，也可被许多异养生物利用，D正确。 故选B。 3．科学发现离不开科学家们的前赴后继，以下关于科学家的工作和结论表述错误的是（    ） A．恩格尔曼设计了巧妙的水绵实验，显微镜下需氧细菌的分布在叶绿体受光部位 B．希尔发现离体叶绿体的悬浮液中加入氧化剂，光、暗条件下都能释放出氧气 C．丹尼利和戴维森发现细胞表面张力低于油一水界面的表面张力，结合其他发现推测细胞膜中可能附有蛋白质 D．罗伯特森利用电镜观察到细胞膜的三层结构，推测细胞膜由蛋白质一脂质一蛋白质构成 【答案】B 【分析】人们对细胞膜的化学成分和结构的认识经历了很长的过程：1859年欧文顿对膜通透性进行研究推测膜是由脂质组成的；科学家对哺乳动物红细胞膜成分分析得出组成细胞膜的脂质有磷脂和胆固醇；1925年荷兰科学家戈特和格伦德尔推测细胞膜中磷脂分子必然排列为连续的两层；1935年英国丹尼利和戴维森研究细胞膜的张力推测细胞膜除含脂质分子外，可能还附有蛋白质。 【详解】A、恩格尔曼设计了巧妙的水绵实验，在黑暗中用极细的光束照射水绵，发现需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，A正确； B、希尔发现离体叶绿体的悬浮液中加入氧化剂，光照条件下能释放出氧气，B错误； C、英国学者丹尼利和戴维森研究了细胞膜的张力。他们发现细胞的表面张力明显低于油–水界面的表面张力。由于人们已经发现了油脂滴表面如果吸附有蛋白质成分则表面张力会降低，因此丹尼利和戴维森推测细胞膜中可能还附有蛋白质，C正确； D、罗伯特森利用电镜观察到细胞膜的三层结构，推测细胞膜由蛋白质–脂质–蛋白质构成，并把细胞膜描述为静态的统一结构，D正确。 故选B。 4．鲁宾和卡门向小球藻供给18O含量不同的水和碳酸氢钠，检测各组小球藻光合作用释放的氧气中18O含量，证实了光合作用释放的氧气中氧元素来源于水。下列分析正确的是（　　） 组别 第1组 第2组 第3组 水中18O含量/% 0.85 0.20 0.20 碳酸氢钠中18O含量/% 0.61 0.40 0.57 A．3 个组别释放的氧气中18O含量分别为0.85%、0.40%、0.20% B．本实验通过检测所释放氧气放射性强度来确定自变量与因变量的关系 C．同组及不同组的实验中，水和碳酸氢钠的18O含量需要存在差值 D．本实验证明，光合作用过程中光反应为暗反应提供NADPH和ATP 【答案】C 【详解】A、根据实验结论，光合作用释放的氧气中氧元素来源于水，因此各组释放的氧气中18O含量应与水中18O含量一致。第1组水为0.85%，氧气应为0.85%；第2组和第3组水均为0.20%，氧气应为0.20%。但选项A中第2组氧气18O含量错误（0.40%≠0.20%），A错误； B、鲁宾和卡门实验检测的是氧气中18O的同位素含量，而非放射性强度（18O为稳定性同位素），需通过质谱仪分析质量差异，B错误； C、实验中水和碳酸氢钠的18O含量需存在差值（如第2组水0.20%、碳酸氢钠0.40%），通过对比氧气中18O来源，验证结论，同组及不同组的差值设计是实验关键，C正确； D、该实验仅证明氧气来源于水，未涉及光反应与暗反应的能量传递关系（如NADPH和ATP的提供），D错误。 5．目前学界普遍认为，光合作用是地球上“最重要的化学反应”。下列关于光合作用的叙述错误的是（　　） A．光反应必须在光下进行，暗反应有光无光都能进行 B．暗反应需大量的酶参加，光反应不需要酶 C．光反应和暗反应的反应速度不同，但两者相互依存，缺一不可 D．光反应必需在叶绿体类囊体薄膜上进行，暗反应只能在叶绿体基质里进行 【答案】B 【详解】A、光反应需要光照，但暗反应有光无光都能进行，A正确； B、光反应中水的光解、ATP的合成等过程均需要酶（如ATP合成酶），因此光反应也需要酶参与，B错误； C、光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP和Pi，两者反应速度可能不同，但彼此依存，缺一不可，C正确； D、光反应需要色素的参与，必须在叶绿体类囊体薄膜上进行，暗反应必须在叶绿体基质里进行，D正确。 故选B。 6．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（    ） 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 【答案】B 【分析】绿色植物利用光能，在叶绿体中将无机物二氧化碳和水转化为有机物并释放氧气。首先在叶绿体的类囊体薄膜上将光能转化成ATP中活跃的化学能，再在叶绿体基质中转变为有机物中稳定的化学能。 【详解】A、在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确； B、光能的吸收发生在类囊体膜上，光能的直接转化是在类囊体薄膜上由光能直接转化为ATP中活跃的化学能，B错误； C、绿色植物通过光合作用制造的有机物是地球上有机物的主要来源，C正确； D、好氧生物的生存需要氧气，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。 故选B。 7．如图为植物细胞光合作用过程的图解，下列相关叙述错误的是（　　） A．图中A物质包含叶绿素和类胡萝卜素，具有吸收光能的作用 B．图中B代表，可供植物呼吸所用；C代表ATP，可供植物主动运输所用 C．图中C的运动方向，是从叶绿体的基粒到叶绿体基质 D．图中F过程将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能 【答案】B 【分析】分析题图：A是色素，B是O2，C是ATP，D是C3化合物，E表示光合作用的光反应阶段，F表示暗反应阶段。 【详解】A、绿叶中色素包括叶绿素和类胡萝卜素，分布在叶绿体的类囊体薄膜上，具有吸收光能的作用，A正确； B、图中B代表 O2 ，光反应阶段产生的O2可以释放到叶绿体外，被呼吸作用利用，产生的ATP只供给暗反应利用，不能供植物主动运输所用，B错误； C、ATP是在光反应阶段产生，供给暗反应利用，所以ATP 运动方向是叶绿体的基粒到叶绿体基质，C正确； D、暗反应是通过碳三的还原反应将ATP中活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能储存起来，D正确。 故选B。 8．现是世界上种桑、养蚕和织丝最早的国家，蚕桑文化是古丝绸之路文化的源泉和根基。图是桑叶光合作用过程的示意图，其中Ⅰ、Ⅱ表示光合作用过程的两个阶段，①-④表示物质。据图回答下列问题。    (1)图中①和④代表的物质分别是 和 。 (2)桑的叶肉细胞中进行光合作用的细胞器是 ，捕获光能的色素包括叶绿素和 两大类。 (3)在提取绿叶中的色素时，为了使研磨充分，可向研钵中放入适量的 。 (4)Ⅱ是光合作用的 阶段，此过程发生的场所是叶绿体 。 (5)在适宜的光照条件下，若适当提高蔬菜大棚中CO2的浓度，绿色蔬菜光合作用的速率会 （填“加快”或“减慢”或“不变”），原因是 。 【答案】(1) 氧气 糖类 (2) 叶绿体 类胡萝卜素 (3)二氧化硅 (4) 暗反应 基质 (5) 加快 CO2作为原料参与暗反应，提高CO2浓度会加快暗反应速率，所以光合作用的速率会提高 【分析】分析题图：图示为光合作用过程，其中反应Ⅰ为光反应阶段，其中①为氧气，②为NADPH；反应Ⅱ为暗反应阶段，③为二氧化碳，④为（CH2O）。 【详解】（1）图示为光合作用过程，其中反应Ⅰ为光反应阶段，其中①为氧气，②为NADPH；反应Ⅱ为暗反应阶段，③为二氧化碳，④为糖类等有机物。 （2）叶绿体是光合作用的场所，叶绿体能将光能转变成化学能储存在有机物中；捕获光能的色素包括叶绿素和类胡萝卜素两大类，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）在提取绿叶中的色素时，可向研钵中放入适量的二氧化硅，可使研磨更充分，有利于光合色素的释放。 （4）反应Ⅰ为光反应阶段，场所是类囊体薄膜上；反应Ⅱ为暗反应阶段，暗反应发生的场所是叶绿体基质。 （5）CO2作为原料参与暗反应，适当提高蔬菜大棚中CO2浓度会加快暗反应速率，所以绿色蔬菜光合作用的速率会加快。 （限时：8min） 9．“同位素标记法”可用于追踪物质的运行和变化规律，下列说法正确的是（　　） A．用14C标记的葡萄糖来研究人体细胞有氧呼吸过程，线粒体中能检测到放射性 B．羧基带有3H标记的亮氨酸可以用来研究分泌蛋白的合成运输过程 C．鲁宾和卡门通过检测18O的放射性情况，确定了光合作用过程中氧气的来源 D．可以用15N标记的脂肪来研究其在细胞中的代谢过程 【答案】A 【详解】A、葡萄糖在细胞质基质中分解为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体继续被氧化，所以用14C标记的葡萄糖来研究人体细胞有氧呼吸过程，线粒体中能检测到放射性，A正确； B、科学家在豚鼠的胰腺细胞中注射3H标记的亮氨酸，追踪分泌蛋白的合成和运输过程，不能标记羧基，因为脱水缩合以后，羧基脱掉-OH，不能追踪分泌蛋白的合成和运输过程，B错误； C、鲁宾和卡门利用18O分别标记H2O和CO2，证明光合作用释放的氧气来自于水，但是18O没有放射性，C错误； D、脂肪不含N，所以不能用15N标记的脂肪来研究其在细胞中的代谢过程，D错误。 故选A。 10．下列科学家的实验证据不支持“叶绿体能吸收光能用于光合作用并释放氧气”这一实验结论的是（    ） A．黑暗中，需氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中 B．在光照下用H218O培养植物，发现叶绿体释放的氧气中含18O C．叶绿体合成ATP的过程与水分解产生氧气的过程始终相伴随 D．在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下释放氧气 【答案】C 【详解】A、黑暗中需氧细菌聚集在叶绿体被光束照射的部位，说明光能被叶绿体吸收并用于产氧，能支持“叶绿体能吸收光能用于光合作用并释放氧气”，A不符合题意； B、用H218O培养植物，叶绿体释放含18O的氧气，证明氧气来源于水，能支持“叶绿体能吸收光能用于光合作用并释放氧气”，B不符合题意； C、叶绿体合成ATP的过程与水分解产生氧气的过程始终相伴随，但是此过程不能说明该过程吸收光能，故叶绿体合成ATP的过程与水分解产生氧气的过程始终相伴随不支持上述结论，C符合题意； D、离体叶绿体在光照下释放氧气，能支持“叶绿体能吸收光能用于光合作用并释放氧气”，D不符合题意。 故选C。 11．为研究光合作用过程中ATP产生机理，科学家进行以下实验：黑暗条件下，原先在pH= 8的溶液中的离体叶绿体类囊体被置于pH= 4的酸性溶液中平衡，之后被转移到pH=8的溶液中，结果ATP开始合成。据此推测下列说法错误的是（    ） A．植物体叶片中的叶绿体在光照和黑暗的条件下都能产生ATP B．此实验中在黑暗条件下合成ATP的原因是类囊体内外存在H+梯度，为ATP合成提供了能量 C．植物叶绿体光照下产生ATP，其中光照的作用可能是使类囊体内外产生H+梯度 D．此实验中叶绿体类囊体在黑暗中合成ATP的同时不会释放氧气 【答案】A 【详解】A、植物叶片中的叶绿体在光照条件下通过光反应产生ATP，而黑暗条件下光反应无法进行，无法生成ATP，A错误。 B、实验中类囊体在pH=4的溶液中平衡后，内部H+浓度高，转移到pH=8的溶液中形成H+梯度。H+顺浓度梯度流出时通过ATP合成酶驱动ATP合成，该过程能量来源于H+梯度，B正确。 C、光照下叶绿体通过光反应分解水产生H+，并主动运输H+至类囊体内，形成H+梯度，这是ATP合成的能量来源，C正确。 D、氧气释放是光反应中水分解的结果，而实验中黑暗条件下无光反应发生，因此不会释放氧气，D正确。 故选A。 12．下表是与光合作用相关的实验探究，下列叙述正确的是（　　） 组别 实验材料 实验试剂或处理方法 实验记录 1 水绵和好氧细菌 在没有空气的黑暗环境中，用极细的光束照射水绵 观察细菌分布的部位 2 叶片经饥饿处理后，一半遮光，一半曝光 碘蒸气处理 颜色反应 3 小球藻、14C标记的14CO2 提供适宜的光照和14CO2 追踪检测放射性14C的去向 4 菠菜叶 无水乙醇、层析液等 色素带的宽度、位置与颜色 A．第1组实验说明了光合作用的场所是叶绿体，CO2的固定需要光照 B．第2组实验可以观察到遮光部位变蓝，曝光部位不变蓝 C．第3组实验在小球藻细胞中的三碳化合物、丙酮酸中也可能检测到14C D．第4组实验中色素带的宽度反映的是色素的溶解度大小 【答案】C 【详解】A、观察第1组实验现象发现好氧细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中，说明了氧气的释放需要光照，产生氧气的场所是叶绿体，A错误； B、第2组实验中，只有曝光部位可以进行光合作用，生成淀粉，遇碘变蓝；遮光部位不能进行光合作用，也无淀粉生成，遇碘不变蓝，B错误； C、第3组实验中，小球藻细胞吸收的14CO₂与C5生成三碳化合物（C3），故C3有可能检测到放射性，C3还原为（CH₂O）后，（CH₂O）可以作为呼吸作用第一阶段的底物，生成丙酮酸，故此阶段生成的产物丙酮酸中也可能检测到14C，C正确； D、第4组实验中色素带的宽度反映的是色素含量的多少，D错误。 故选C。 13．下列关于希尔反应和阿尔农的发现，叙述不正确的是（　　） 时间/发现者 内容 1937年希尔 在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有H2O，没有CO2），在光照下可以释放出氧气 1954年阿尔农 在光照且无CO2的条件下，向叶绿体悬浮液中供给ADP、Pi和NADP+，可结合ATP和NADPH，这一过程总是与水的光解相伴随 A．光合作用的需光过程为 CO2合成有机物提供 ATP 和 NADPH B．希尔反应与 CO2合成有机物的过程不是同一化学反应过程 C．配制叶绿体悬浮液时，需加入一定量的蔗糖，主要目的是提供能量 D．希尔反应涉及光反应部分变化，后续研究表明，电子受体实质是 NADP+ 【答案】C 【详解】A、光反应阶段产生的ATP和NADPH用于暗反应中CO₂的固定和还原，为有机物合成提供能量和还原剂，A正确； B、希尔反应仅涉及水的光解（光反应阶段），而CO₂合成有机物的过程属于暗反应，两者并非同一化学反应，B正确； C、配制叶绿体悬浮液时，加入蔗糖的目的是维持渗透压以保持叶绿体结构完整，而非提供能量，C错误； D、希尔实验中用铁盐作为电子受体，后续研究证实自然条件下光反应的电子受体是NADP⁺，D正确。 故选C。 14．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，下列叙述正确的是（    ） A．水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，至少要穿过4层生物膜 B．类囊体腔中的H+仅来自水的光解 C．图中产生的ATP可用于有机物的合成 D．光反应合成ATP的能量直接来源于光能 【答案】C 【详解】A、水光解产生的 O2在类囊体腔内生成，若被有氧呼吸利用，需穿过类囊体膜（1层）、叶绿体膜（2层）、线粒体膜（2层），共 5层生物膜，而非4层，A错误； B、类囊体腔中的 H+不仅来自水的光解，还来自基质中的 H+通过主动运输进入类囊体腔，B错误； C、光反应产生的 ATP 可用于暗反应中有机物的合成（如 C3的还原），C正确； D、光反应合成的ATP的能量直接来自H+浓度差产生的势能（而非光能直接驱动），光能是先转化为 H+的势能，再推动 ATP 合成，D错误。 故选C。 15．菠菜叶肉细胞光合作用和呼吸作用的部分过程如图所示，下列说法正确的是（    ） A．a、c过程都在生物膜上进行 B．b、c过程中NADPH和ATP中的能量先转移到中，再全部转移到ATP中 C．a过程一定释放O2，d过程不需要的参与 D．只有在光照条件下，a、b、c、d过程才能同时进行 【答案】D 【详解】A、a过程是光反应，发生在类囊体薄膜，c过程是细胞呼吸第一、二阶段，发生在细胞质基质和线粒体基质，A错误； B、a过程产生的ATP和NADPH可用于b过程中C3的还原，能量全部转移到C6H12O6中，c 过程葡萄糖中的化学能只有少部分转移到ATP中，大部分以热能形式散失，B错误； C、a过程产物有氧气、ATP和NADPH等，d是有氧呼吸的第三阶段，需要O2的直接参与，C错误； D、只有在光照下菠菜叶肉细胞光合作用和呼吸作用才能同时进行，D正确。 故选D。 16．研究发现，常春藤可吸收并同化甲醛，其细胞内部分物质代谢如图所示。下列叙述正确的是（　　） A．常春藤的色素仅分布在叶绿体类囊体薄膜上 B．核酮糖-1,5-二磷酸与CO2生成3-磷酸甘油酸的过程称为光反应 C．若突然停止光照，短时间内3-磷酸甘油酸的含量会上升 D．追踪甲醛在叶肉细胞的同化路径，可采用差速离心法 【答案】C 【详解】A、常春藤的色素不仅分布在叶绿体类囊体薄膜上（光合色素），其液泡中也可能含有水溶性色素（如花青素），A错误； B、核酮糖-1,5-二磷酸与CO2生成3-磷酸甘油酸的过程属于暗反应中的CO2固定阶段，光反应是水的光解和ATP、NADPH的合成过程，B错误； C、若突然停止光照，光反应产生的ATP和NADPH减少，导致3-磷酸甘油酸的还原过程减慢；但此时CO2固定仍在进行（核酮糖-1,5-二磷酸继续与CO2生成3-磷酸甘油酸），因此3-磷酸甘油酸的含量会上升，C正确； D、追踪物质的同化路径通常采用同位素标记法，差速离心法是用于分离细胞不同结构的技术，无法追踪物质代谢路径，D错误。 故选C。 17．下图为类囊体薄膜上发生的光反应示意图，PSⅠ和PSⅡ分别是光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，是叶绿素和蛋白质构成的复合体，能吸收利用光能进行电子的传递。PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，其中PQ在传递电子的同时能将H+运输到类囊体腔中。图中实线为电子的传递过程，虚线为H+的运输过程。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，在进行H+顺浓度梯度运输的同时催化ATP的合成。请回答下列问题： (1)分析图中电子传递的整个过程可知，最初提供电子的物质为 ，最终接受电子的物质为 。 (2)光反应产生的氧气被用于有氧呼吸，且在 （场所）被消耗。图中用于暗反应的物质是 。 (3)推测H+从类囊体腔出去的运输方式为   ，合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差，图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有 。 (4)由图可见，光反应是一个比较复杂的过程，完成了光能转变成 能，进而转变成 能的过程。 【答案】(1) 水 NADP+ (2) 线粒体内膜 ATP和NADPH (3) 协助扩散 水的分解产生H+ (4) 电 化学（ATP中活跃的化学能） 【分析】据图和题意可知，光系统涉及两个反应中心：光系统II（PS II）和光系统I（PS I）。PS II光解水，PSI还原NADP+。光系统II的色素吸收光能以后，能产生高能电子，并将高能电子传送到电子传递体PQ，再依次传递给Cytbf、PC。光系统I吸收光能后，通过PC传递的电子与H+、NADP+在类囊体薄膜上结合形成NADPH。水光解产生H+，使类囊体腔内H+浓度升高，H+顺浓度梯度运输到类囊体腔外，而H+在类囊体薄膜上与NADP+结合形成NADPH使类囊体腔外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薄膜两侧的H+浓度差。ATP合成酶由CF0和CF1两部分组成，利用类囊体薄膜两侧的H+浓度差，类囊体膜上的ATP合成酶合成了ATP。 【详解】（1） 根据图中所示，水光解后产生氧气、H+和电子，故最初提供电子的物质为水；水光解后电子将NADP+还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP+。 （2）光反应产生的氧气参与有氧呼吸的第三阶段，即在线粒体内膜被消耗；光反应产生的NADPH和ATP可用于暗反应C3的还原，故图中用于暗反应的物质是ATP和NADPH。 （3） 图中水光解产生H+，使类囊体腔内H+浓度高于类囊体薄膜外，推测H+从类囊体腔出去的方式为协助扩散，合成ATP依赖于类囊体薄膜两侧的H+浓度差，图中使膜两侧H+浓度差增加的过程有水的分解产生H+。 （4） 由图可见，光反应是一个比较复杂的过程，首先完成光能转变成电能（电子传递链），进而电能转变成ATP中活跃的化学能的过程。 18．人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如下图所示，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。 （1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 ，模块3中的甲可与CO2结合，甲为 。 （2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将 （填：增加或减少）。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是 。 （3）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 （填：高于、低于或等于）植物，原因是 。 （4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。 【答案】 模块1和模块2 五碳化合物（或：C5） 减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP+不足 高于 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类(或：植物呼吸作用消耗糖类) 叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少 【分析】1、光合作用中光反应和暗反应的比较： 比较项目 光反应 暗反应 场所 类囊体薄膜 叶绿体基质 条件 色素、光、酶、水、ADP、Pi 多种酶、CO2、ATP、[H] 反应产物 [H]、O2、ATP 有机物、ADP、Pi、NADP+、水 物质变化 水的光解：2H2O4[H]+O2 ATP的生成：ADP+Pi+光能ATP CO2的固定：CO2+C52C3 C3的还原：2C3（CH2O）+C5 能量变化 光能→电能→ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能→糖类等有机物中稳定的化学能 实质 光能转变为化学能，水光解产生O2和[H] 同化CO2形成（CH2O） 联系 ①光反应为暗反应提供[H]和ATP； ②暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP+； ③ 光反应与暗反应相互偶联，离开了彼此均会受阻，即无光反应，暗反应无法进行。若无暗反应，有机物无法合成，同样光反应也会停止。 2、分析题图，模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，模块3将活跃的化学能转化为糖类（稳定的化学能），结合光合作用的过程可知，模块1和模块2相当于光反应阶段，模块3相当于暗反应阶段。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为C5，乙为C3。 【详解】（1）叶绿体中光反应阶段是将光能转化成电能，再转化成ATP中活跃的化学能，题图中模块1将光能转化为电能，模块2将电能转化为活跃的化学能，两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能。在模块3中，CO2和甲反应生成乙的过程相当于暗反应中CO2的固定，因此甲为五碳化合物（或C5）。 （2）据分析可知乙为C3，气泵突然停转，大气中CO2无法进入模块3，相当于暗反应中CO2浓度降低，短时间内CO2浓度降低，C3的合成减少，而C3仍在正常还原，因此C3的量会减少。若气泵停转时间较长，模块3中CO2的量严重不足，导致暗反应的产物ADP、Pi和NADP+不足，无法正常供给光反应的需要，因此模块2中的能量转换效率也会发生改变。 （3）糖类的积累量=产生量-消耗量，在植物中光合作用产生糖类，呼吸作用消耗糖类，而在人工光合作用系统中没有呼吸作用进行消耗，因此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要高于植物。 （4）在干旱条件下，植物为了保住水分会将叶片气孔开放程度降低，导致二氧化碳的吸收量减少，因此光合作用速率降低。 【点睛】本题主要考查了光合作用过程中光反应和暗反应之间的区别与联系，以及影响光合作用速率的因素，需要考生识记相关内容，联系图中三个模块中能量和物质的变化，结合题干进行分析。 （限时：8min） 19．早期地球大气中的O2浓度很低，到了大约3．5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。现在大气中的CO2浓度约390μmol·mol-1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisco所在局部空间位置的CO2浓度，促进了CO2的固定。回答下列问题： (1)真核细胞叶绿体中，在Rubisco的催化下，CO2被固定形成 ，进而被还原生成糖类，此过程发生在 中。 (2)海水中的无机碳主要以CO2和HCO3-两种形式存在，水体中CO2浓度低、扩散速度慢，有些藻类具有图1所示的无机碳浓缩过程，图中HCO3-浓度最高的场所是 （填“细胞外”或“细胞质基质”或“叶绿体”），可为图示过程提供ATP的生理过程有 。 (3)某些植物还有另一种CO2浓缩机制，部分过程见图2。在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可将HCO3-转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisco附近的CO2浓度。 ①由这种CO2浓缩机制可以推测，PEPC与无机碳的亲和力 （填“高于”或“低于”或“等于”）Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 （填“吸能反应”或“放能反应”）。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用 技术。 (4)通过转基因技术或蛋白质工程技术，可能进一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有 。 A．改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力 B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成 C．改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力 D．将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物 【答案】(1) 三碳化合物 叶绿体基质 (2) 叶绿体 呼吸作用和光合作用 (3) 高于 NADPH和ATP 吸能反应 同位素示踪 (4)ACD 【分析】光合作用过程包括光反应和暗反应：（1）光反应：场所在叶绿体类囊体薄膜，完成水的光解产生[H]和氧气，以及ATP的合成； （2）暗反应：场所在叶绿体基质中，包括二氧化碳的固定和C3的还原两个阶段。光反应为暗反应C3的还原阶段提供[H]和ATP。 【详解】（1）光合作用的暗反应中，CO2被固定形成三碳化合物，进而被还原生成糖类，此过程发生在叶绿体基质中。 （2）图示可知，HCO3-运输需要消耗ATP，说明HCO3-离子是通过主动运输的，主动运输一般是逆浓度运输，由此推断图中HCO3-浓度最高的场所是叶绿体。该过程中细胞质中需要的ATP由呼吸作用提供，叶绿体中的ATP由光合作用提供。 （3）①PEPC参与催化HCO3-+PEP过程，说明PEPC与无机碳的亲和力高于Rubisco。 ②图2所示的物质中，可由光合作用光反应提供的是ATP和NADPH，图中由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，说明图中由Pyr转变为PEP的过程属于吸能反应。 ③若要通过实验验证某植物在上述CO2浓缩机制中碳的转变过程及相应场所，可以使用同位素示踪技术。 （4）A、改造植物的HCO3-转运蛋白基因，增强HCO3-的运输能力，可以提高植物光合作用的效率，A符合题意； B、改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最终二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B不符合题意； C、改造植物的Rubisco基因，增强CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C符合题意； D、将CO2浓缩机制相关基因转入不具备此机制的植物，可能进一步提高植物光合作用的效率，D符合题意。 故选ACD。 【点睛】本题的知识点是光合作用的过程，旨在考查学生理解所学知识的要点，把握知识的内在联系戎知识网络，并学会根据题干和题图获取信息，利用相关信息结合所学知识进行推理、解答问题。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $