专题2 争分点突破1 光合作用的原理-【步步高·大二轮专题复习】2025年高考生物复习讲义课件(黑吉辽) (课件PPT+word教案)

　光合作用的原理 1．探索光合作用原理的部分实验 2．光合作用的原理 Ⅰ.光反应 (1)光合色素(PSⅡ和PSⅠ)的主要功能是吸收、传递、转化光能，其吸收的光能有两个方面的用途：一是将水分解产生氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；二是在有关酶的作用下，提供能量促使ATP的合成。 (2)物质变化 ①2H2O―→O2＋4H＋＋4e－ ②NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ADP＋Pi＋能量ATP 小结　电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 (3)能量变化 在PSⅡ中，日光激发叶绿素中的电子由低能状态转化为高能状态，随后能量转移到ATP中。高能电子再转化为低能电子，进入PSⅠ，PSⅠ中的能量变化为光能→电能→NADPH中的化学能。 拓展　(1)质子浓度(电化学)梯度的建立 ①PSⅡ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生H＋； ②质子泵将一些H＋逆浓度梯度从基质泵入类囊体腔；③另一些H＋在基质中和NADP＋形成NADPH。 (2)合成ATP 类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，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梯度流出释放的能量来合成ATP。 Ⅱ.暗反应 (1)物质变化 ①CO2固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5 (2)光合产物的主要形式 光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是非还原糖性质较稳定。 3．光反应和暗反应的联系 (1)NADPH的作用：作为活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。 (2)ATP和还原型辅酶在叶绿体、细胞质基质、线粒体间的转移方向 ①ATP和还原型辅酶Ⅱ在叶绿体、细胞质基质间的转移方向：叶绿体产生的ATP基本不转移至细胞质基质，NADPH能转移至细胞质基质中，细胞质基质中的ATP和NADPH都能转移至叶绿体中。 ②ATP和还原型辅酶Ⅰ在细胞质基质、线粒体间的转移方向：线粒体产生的ATP和NADH都可以转移至细胞质基质中，细胞质基质中的ATP不转移至线粒体中，NADH能转移至线粒体中。 易错辨析 判断下列有关光合作用的叙述 (1)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢(　×　) 提示：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。 (2)用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰(　√　) (3)植物工厂常采用无土栽培技术，应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同(　×　) 提示：为保证植物的根能够正常吸收水分，应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度。 (4)类囊体产生的ATP和O2，参与CO2的固定与还原(　×　) 提示：类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于细胞呼吸或释放到周围环境中。 (5)在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降(　√　) 1．(2024·河北，19节选)高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图所示。 (1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中____________光可被位于叶绿体____________上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为____________和____________。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的____________较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。 (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比，选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时，可利用____________作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光，原因是_________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)蓝　类囊体薄膜　C5　糖类　紫外光　(2)无水乙醇　叶绿素主要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰 2．(2020·山东，21节选)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。回答下列问题： (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____________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)模块1和模块2　五碳化合物(或C5) (2)减少　模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系统没有细胞呼吸消耗糖类(或植物细胞呼吸消耗糖类) 3．(2022·重庆，23节选)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。回答下列问题： (1)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体薄膜内外的H＋浓度差，原因是________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 (2)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是______________ _______________________________________________________________________________。 答案　(1)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自光能还是来自膜内外H＋浓度差　(2)类囊体薄膜外H＋被转移到类囊体薄膜内，造成溶液pH升高 4．(2024·湖南，17)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题： (1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生________________；光能转化为电能，再转化为________________中储存的化学能，用于暗反应的过程。 (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量______________________________________________， 从叶绿素的合成角度分析，原因是_________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________(答出两点即可)。 (3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：①_____________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________； ②______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________； ③_____________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________； ④基因测序；⑤________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 答案　(1)O2和H＋　ATP和NADPH　(2)减少　缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少　 (3)①分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA　②根据编码Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物　③利用提取的DNA和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳　⑤和已知基因序列进行比较 解析　(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，而Mg元素和N元素是合成叶绿素的原料，因此最终会影响叶绿素合成。(3)Rubisco由两个基因编码，这两个基因及两端的DNA序列已知，因此检测其是否突变的基本思路是利用PCR技术扩增突变体的相应基因，测序后和已知序列进行比较。 5．(2021·江苏，20节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题： (1)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生________；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了______个CO2分子。 (2)光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为________中的化学能。 答案　(1)C5　12　(2)NADPH　ATP 6．(2023·河北，19节选)拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。回答下列问题： (1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在______________合成，经细胞质基质进入叶绿体。 (2)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞，转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显________。据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被______(填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗，细胞有氧呼吸强度________。 (3)综合上述分析，叶肉细胞通过下调________________阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体____________________，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。 答案　(1)线粒体(或线粒体内膜)　(2)降低　叶绿体　升高　(3)H基因表达(或H蛋白数量)　过多消耗光合产物(或有氧呼吸增强) 1．(2024·南通高三三模)光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是完成光反应必需的，光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递(如图)。请分析回答下列问题： (1)类囊体膜上光合色素与________形成的复合体可吸收、传递、转化光能。在光照条件下，PSⅡ吸收光能产生高能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为________(填“强还原剂”或“强氧化剂”)再从______中夺取电子引起O2释放。 (2)在______________(填“线性电子传递”或“环式电子传递”)中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终与____________结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与__________过程。 答案　(1)蛋白质　强氧化剂　H2O　(2)线性电子传递　H＋、NADP＋　C3的还原 2．根据植物光合作用中卡尔文循环示意图回答下列问题： (1)卡尔文用14CO2供小球藻进行光合作用，5秒后在五碳化合物和六碳化合物中检测到放射性，当缩短时间至几分之一秒时，三碳化合物中检测到放射性，由此可知14C的转移路径是______________________________________________，30秒后许多有机化合物中均检测到放射性。可见，在该实验中卡尔文是通过控制_________________________________来探究CO2中碳原子转移路径的，卡尔文循环包括________________________________两个过程。 (2)当叶绿体中核酮糖-1,5-二磷酸含量低时，可通过______________________________方式增加其含量。 答案　(1)CO2→C3→(CH2O)或CO2→C3→(CH2O)＋C5　反应时间　CO2的固定和C3的还原　(2)丙糖磷酸不输出循环，从而增强图中③过程 3．番茄受低温伤害后叶肉细胞叶绿体受损严重，淀粉大量积累。Y基因过表达株系比野生型明显耐低温。如图为番茄叶肉细胞内光合作用过程中有机物合成及转运示意图。回答下列问题： (1)据图分析，低温影响R酶的活性进一步降低了光反应对光能的利用，其原因是______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 低温下，叶绿体中丙糖磷酸增加，生成淀粉过多抑制光合作用，推测低温对磷酸转运体的抑制作用______(填“大于”或“小于”)对R酶的抑制。 (2)Y蛋白可进入细胞核作用于基因S、I、L的启动子。低温下Y基因过表达株系叶绿体内淀粉积累减少，细胞质基质中葡萄糖、蔗糖等可溶性糖的含量增加，因而具有更强的低温抗性。据此推测，Y基因过表达株系抗低温的机理是 _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________。 答案　(1)R酶活性降低，暗反应速率降低，为光反应提供的ADP、NADP＋、Pi减少　大于　(2)促进S基因转录，使R酶增多，从而促进丙糖磷酸的合成；抑制I基因转录，减少淀粉合酶，从而减少淀粉合成对丙糖磷酸的消耗；促进L基因转录，增加α-淀粉酶的量，促进葡萄糖的生成 4．(2024·辽源高三二模)小麦是重要的粮食作物，体内制造并输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的组织器官被称为“库”。小麦在不同条件下的净光合速率如图所示。回答下列问题： (1)__________(器官)是小麦最重要的“源”，“源”光合作用所制造的有机物一部分用于自身的__________，另一部分输送至“库”。 (2)由图可知，当CO2浓度为1 000 μL·L－1时，限制中光强下小麦光合速率的环境因素有________________(填“光照强度”“CO2浓度”或“光照强度和CO2浓度”)。 (3)籽粒是小麦开花后最重要的“库”。小麦开花后的10天左右，小麦籽粒开始沉积淀粉粒，进入灌浆期。据此分析，灌浆后期小麦叶片净光合速率明显下降的原因可能是_________ _____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________。 答案　(1)叶　细胞呼吸　(2)光照强度和CO2浓度　(3)从叶片运输至小麦籽粒的有机物降低，在叶肉细胞中积累后抑制光合作用，使其净光合速率降低 5．(2024·河北名校联盟高三联考)研究表明：相对于动物，植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径，该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境，具体过程如图所示，其中iATP为细胞内ATP，eATP为细胞外ATP。 (1)强光下，光反应产生的NADPH量大于暗反应消耗的NADPH量，使叶绿体内NADP＋含量______________。植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸穿梭”途径，将过多的NADPH中还原能转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以______的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时，eATP可通过DORN1缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为__________(填“正反馈”或“负反馈”)。 (2)目前尚未发现在植物细胞的表面或细胞膜上存在ATP合成酶，eATP可来源于_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ (填场所)产生的iATP，据图判断，eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用，理由是___________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 答案　(1)减少(下降)　热能　负反馈　(2)细胞质基质、线粒体(或细胞质基质、线粒体内膜、线粒体基质)　eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号传导(或eATP与细胞膜上的受体结合后能激发与光合作用相关的信号传导) 专题强化练 1～2题每题4分，3～10题每题5分，共48分 1．(2024·广东，3)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．用过的层析液直接倒入下水道 答案　C 解析　该实验目的为探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，自变量为叶片的颜色，所以应选择新鲜程度不同的叶片分成两组进行研磨，A错误；叶片中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取叶片中的色素，光合色素不溶于水，若提取液中含有水分，会降低色素的提取量，B错误；利用纸层析法分离色素，两组滤纸条可置于同一个烧杯中层析，C正确；层析液含有石油醚、丙酮和苯，具有毒性，所以不能直接倒入下水道，以免造成污染，D错误。 2．(2024·大庆高三期末)光反应过程的发现经过了很多科学家的共同努力。爱默生发现：当红光和远红光一起照射时的光合速率远远大于它们分别照射时光合速率的总和，即双光增益效应。据上述实验结果，希尔等人提出了双光系统的概念，把吸收长波长光的系统称为光系统Ⅰ，吸收短波长光的系统称为光系统Ⅱ，随后与两个光系统相关的两种色素蛋白复合体颗粒也被发现。下列说法错误的是(　　) A．上述材料表明：植物进行光合作用只能利用红光和远红光 B．两个光系统在光反应过程中的位置应该是一前一后 C．与双光系统相关的色素蛋白复合体颗粒应该分布在叶绿体基粒中 D．爱默生实验中的自变量是光的波长(颜色)，光的强度为无关变量 答案　A 解析　该材料并未表明用红光和远红光以外的光照射时植物不能进行光合作用，A错误；叶绿体基粒上含光合色素，可以吸收、传递和转化光能，C正确。 3．(2024·吉林高三联考)研究发现外源性甲醛(HCHO)可作为碳源参加常春藤的光合作用，具体过程如图所示(Ru5P和Hu6P为中间产物)，下列说法错误的是(　　) A．甲醛通过气孔以自由扩散方式进入细胞 B．①过程称为暗反应，与基粒的功能无关 C．可用同位素标记法验证②过程 D．细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质 答案　B 解析　甲醛是一种气体，可以通过气孔以自由扩散方式进入细胞，A正确；图中①过程是暗反应，需要光反应提供NADPH和ATP，而光反应发生在叶绿体基粒上，因此暗反应与基粒的功能有关，B错误；据图分析可知，细胞同化甲醛的过程是图中的②，场所是叶绿体基质，D正确。 4．(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体薄膜上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 答案　C 解析　弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误。 5．淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图所示。下列叙述正确的是(　　) A．磷是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷 B．CO2形成磷酸丙糖的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂 C．若光照骤减，短时间内核酮糖-1,5-二磷酸的含量减少 D．若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止 答案　C 解析　磷脂构成生物膜的基本支架，中心体由蛋白质组成，不含磷元素，核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误；CO2形成磷酸丙糖的过程中，需要NADPH作还原剂和提供光反应吸收的太阳能，B错误；若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi下降，进而影响卡尔文循环，但卡尔文循环不会马上停止，D错误。 6．科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行周期性的光暗交替实验，结果如图。下列叙述错误的是(　　) A．光照开始后短时间内，叶绿体内C3的含量会下降 B．阴影部分的面积可用来表示一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量 C．光照开始后两曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率 D．光照总时间及实验时间相同的条件下，光暗交替和连续光照制造的有机物相等 答案　D 解析　光反应产生ATP与NADPH，可使C3的还原快速进行，光照开始后短时间内，CO2吸收速率很低，C3的合成较慢，因此叶绿体内C3的含量会下降，A正确；由于O2的释放速率代表光反应，能产生NADPH和ATP，暗反应固定CO2，消耗NADPH和ATP，所以阴影部分应该表示光反应产生量与暗反应消耗量的差值，即一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量，B正确；由于该实验中只存在离体的叶绿体，所以测出O2的释放速率为真正光合作用的速率，由于O2的释放速率代表光反应，能产生ATP与NADPH，暗反应固定CO2产生C3，C3的还原消耗ATP与NADPH，光照开始后两曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率，C正确；光暗交替时暗反应能更充分地利用光反应产生的NADPH和ATP，故光照总时间及实验时间相同的条件下，光暗交替制造的有机物大于连续光照制造的有机物，D错误。 7．(2024·丹东高三检测)PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体，可以使水裂解产生H＋和氧释放到类囊体腔中，D1极易受到活性氧(简称ROS，属于自由基)的破坏。光反应过程中可以产生ROS，适宜光照条件下，ROS的产生和消除之间存在动态平衡，不会破坏D1。据此推测，下列说法错误的是(　　) A．PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上，能够利用光能参与水的光解 B．D1蛋白和色素分子都是由核糖体合成后转移到内质网中加工的 C．光照强度过强，可能引起ROS产生过多，导致D1结构被破坏 D．可以用无水乙醇提取并通过纸层析法分离PSⅡ中的色素分子 答案　B 解析　由题意可知，PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体，可以使水裂解产生H＋和氧释放到类囊体腔中，说明PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上，A正确；核糖体上只能合成蛋白质，而色素分子的本质不是蛋白质，不是由核糖体合成后转移到内质网中加工的，B错误；适宜光照条件下，ROS的产生和消除之间存在动态平衡，不会破坏D1，但光照强度过强，可能产生ROS过多，不能及时被消除，导致D1结构被破坏，C正确；PSⅡ分布于类囊体薄膜，所以PSⅡ中的色素分子为光合色素，可用无水乙醇提取，因为色素能够溶解在无水乙醇中，再通过纸层析法分离色素，因为它们都能溶解在层析液中，不同色素溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，D正确。 8．(不定项)以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量的比值表示)对果实的影响，甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，供应14CO2给各组保留的叶片进行光合作用，同时还进行了绿叶中色素的提取和分离实验。下列叙述错误的是(　　) A．提取和分离绿叶中色素的原理相同 B．提取绿叶中色素时，加入二氧化硅可防止研磨中色素被破坏 C．实验中用14CO2追踪，发现碳原子的转移途径为CO2→C5→糖类 D．与甲组相比，丙组的库源比降低、单果质量可能会增加 答案　ABC 9．(不定项)叶绿体膜上的转运蛋白对于维持叶绿体的离子平衡和pH稳定发挥了重要作用。如图表示叶绿体中几种物质跨膜运输的方式，下列相关判断正确的是(　　) A．K＋通过TPK3运出类囊体腔的方式属于被动运输 B．H＋通过KEA1和KEA2运输的动力来自K＋的浓度差 C．据图推测细胞质基质中的K＋浓度高于叶绿体基质 D．类囊体薄膜上的电子传递链对于维持类囊体腔中的pH起关键作用 答案　ACD 解析　据图可知，类囊体腔内的pH为6，叶绿体基质中的pH为8，H＋通过KEA3从类囊体腔进入叶绿体基质是顺浓度梯度，产生的化学势能将K＋逆浓度运进类囊体腔，因此类囊体腔内K＋浓度较高，K＋通过TPK3运出类囊体腔是顺浓度梯度运输，是被动运输，A正确；叶绿体外的pH为7，叶绿体基质中的pH为8，H＋通过KEA1和KEA2运进叶绿体是顺浓度梯度运输，不需要能量，它们顺浓度梯度运输时产生的化学势能将K＋逆浓度运出叶绿体，推测细胞质基质中的K＋浓度高于叶绿体基质，B错误，C正确；类囊体薄膜上的电子传递链在发挥作用的同时能将H＋运输到类囊体腔中，从而维持类囊体腔中的低pH环境，D正确。 10．(不定项)某植物叶片有全绿和绿色带白斑两种，研究人员利用不同的叶片开展了甲、乙、丙三组实验。三组均给予适宜的光照，其中丙组用14CO2培养叶片(过程中不断充入14CO2，使瓶中14CO2浓度保持不变且与外界CO2浓度相等)，培养过程测定叶肉细胞中放射性三碳化合物浓度的变化情况，结果如图。下列说法错误的是(　　) A．培养一段时间后，用碘液处理甲、乙两组叶片，蓝色最深的部位为② B．不考虑温度的变化，培养过程中，乙瓶的气体总体积可能一直保持不变 C．丙实验的OA段，叶肉细胞中五碳化合物的浓度在不断地下降 D．丙实验的AB段，叶肉细胞中放射性三碳化合物的生成和消耗达到平衡 答案　AC 解析　甲瓶中无CO2，叶片白色部分无叶绿体，所以培养一段时间淀粉产生最多的部分应为④，A错误；不考虑温度的变化，若乙瓶中叶片的光合速率等于呼吸速率，则叶片整体上表现为与外界环境无气体交换，培养过程中，乙瓶的气体总体积可保持不变，B正确；将叶片从12CO2的环境中移入含有相同浓度14CO2的丙瓶中，CO2浓度不变，暗反应速率不变，所以五碳化合物的浓度不变，C错误；暗反应过程中，C3的消耗和生成在不断进行，AB段14C3不变，即消耗量等于生成量，D正确。 11．(22分)科学家对光合作用的研究经历了漫长的探索过程： (1)1937年，英国植物学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度的蔗糖溶液中，制备成叶绿体悬浮液。若向其中加入适当的“电子受体”如铁盐或其他氧化剂，给予叶绿体一定强度的光照，在没有CO2时就能放出O2，同时电子受体被还原。请回答相关问题： ①希尔反应模拟了叶绿体光合作用中________阶段的部分变化，还原后的电子受体相当于光合作用中的________。 ②希尔反应说明水的光解与糖的合成不是同一个过程，可一般情况下，减少CO2供应，绿色植物的光反应速率也会降低，原因是_______________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (2)海洋中的真核藻类，习惯上依颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深。自然状态下，它们都能通过光合作用制造有机物。回答下列问题： ①绿藻叶绿体中的光合色素可对光能进行捕获，吸收的光能主要有两方面用途：一是__________________，二是__________________。 ②CO2是光合作用的原料之一，红藻正常生长过程中，其光合作用固定的CO2来自__________________________________________________________________(回答2点即可)。 (3)在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在M__________光区域(填光的类型)。某同学对好氧细菌聚集在M光区域有如下两种解释：①好氧细菌趋氧引起的；②好氧细菌趋M光区域引起的。请你补充实验排除解释②，要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：_______________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________。 预期结果：_____________________________________________________________________。 答案　(1)①光反应　NADPH　②减少CO2供应，暗反应减缓，为光反应提供ADP、Pi和NADP＋的量降低　(2)①将水分解为O2和NADPH　促成ADP和Pi合成ATP　②海水环境中的CO2、细胞呼吸释放的CO2　(3)红光和蓝紫　把载有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用透过三棱镜的光照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌的分布情况　好氧细菌均匀地分布在死水绵周围 12．(18分)(2024·鸡西高三模拟)植物与太阳光的关系可谓“爱恨交加”，一方面光对于植物进行光合作用是必需的，另一方面过量的光又会导致植物氧化性损伤。研究发现，在强光条件下，植物类囊体中的pH会由正常条件下的6.5降低至5.5～5.8，H＋浓度的升高激活了类囊体薄膜上的光保护蛋白PSBS，激活的PSBS抑制类囊体薄膜上电子的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光对植物造成损伤。图示为具体过程，图中A～G分别表示不同物质，F代表糖类，回答下列问题： (1)图中C表示________，图中ATP合成酶的作用是__________________。 (2)图中E表示________，图中反应Ⅱ发生在______________中。 (3)研究发现，抑制ATP合成酶的活性________(填“有利于”或“不利于”)PSBS发挥功能，原因是________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________。 (4)据图可知物质A为O2，它来自水的分解，而不是来自物质G。现以大豆为实验材料，验证这一结论，请补充实验过程。 实验思路：将__________的多株大豆随机均分为A、B两组。向A组提供____________，向B组提供与A组等量的____________，其他条件相同且适宜。一段时间后，检测A、B两组释放的氧气。 结果：A组释放的都是18O2，B组释放的都是O2。 答案　(1)ATP　催化ATP合成，运输H＋ (2)NADPH　叶绿体基质　(3)有利于　抑制ATP合成酶的活性导致ATP的合成受阻，会引起类囊体腔内的H＋浓度升高，进而激活PSBS　(4)长势相同　H218O和CO2　H2O和C18O2 13．(12分)(2024·四平高三调研)图示为绿色植物叶肉细胞中部分代谢过程，水光解时释放出的电子(e－)依次通过蛋白A、蛋白D和蛋白C进行传递，最终传递给NADP＋。电子传递过程释放的能量用于H＋通过蛋白D逆浓度跨膜运输，回答下列问题： (1)光不仅作为能量的一种形式，还可以作为__________来调节植物体的生命活动。蛋白B是一种色素—蛋白复合体，能调控基因的__________。 (2)叶绿素通常与蛋白质结合成复合体，图中含有叶绿素的蛋白质有________________。据图分析ATP合成酶的功能有__________________________________(答出2点即可)。 (3)某种除草剂能够与蛋白D结合，据图分析该除草剂的作用原理可能是__________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________，最终使植物体不合成有机物而死亡。 答案　(1)信号　表达　(2)蛋白A、蛋白C　催化ATP合成、运输H＋　(3)除草剂与蛋白D结合后阻断了电子传递，导致NADPH合成受阻，同时使类囊体膜内外的H＋浓度差下降，导致ATP合成受阻 解析　(1)光不仅能作为能量的一种形式驱动光合作用的进行，还能作为植物生长和发育的一种信号，调节植物的生命活动。蛋白B是一种色素—蛋白复合体，如光敏色素，其在光照条件下被激活，经信号转导使细胞核内特定基因的转录变化，转录出的mRNA在细胞质中进行翻译，表现出生物学效应，即蛋白B能调控基因的表达。(2)叶绿素通常与蛋白质结合成复合体，而叶绿素能吸收、传递和转化光能，结合图中箭头分析，推测含有叶绿素的蛋白质有蛋白A和蛋白C。ATP合成酶既能催化ADP和Pi合成ATP，又能运输H＋出叶绿体类囊体薄膜。(3)依据“水光解时释放出的电子(e－)依次通过蛋白A、蛋白D和蛋白C进行传递，最终传递给NADP＋”和“某种除草剂能够与蛋白D结合”分析，该除草剂与蛋白D结合后，阻断了电子传递，导致NADPH合成受阻，且蛋白D能将H＋逆浓度梯度运向类囊体内，除草剂与蛋白D结合后，会使类囊体膜内外的H＋浓度差下降，导致ATP合成受阻，最终使植物体不合成有机物而死亡。 学科网（北京）股份有限公司 $光合作用的原理 争分点突破 1　 一 核心提炼 1.探索光合作用原理的部分实验 3 4 2.光合作用的原理 Ⅰ.光反应 (1)光合色素(PSⅡ和PSⅠ)的主要 功能是吸收、传递、转化光能， 其吸收的光能有两个方面的用途： 一是将水分解产生氧和H＋，氧直 接以氧分子的形式释放出去，H＋ 与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)；二是在有关酶的作用下，提供能量促使ATP的合成。 (2)物质变化 ①2H2O―→O2＋4H＋＋4e－ 小结　电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋，电子传递的最终产物是NADPH。 (3)能量变化 在PSⅡ中，日光激发叶绿素中的 电子由低能状态转化为高能状态， 随后能量转移到ATP中。高能电 子再转化为低能电子，进入PSⅠ， PSⅠ中的能量变化为光能→电能 →NADPH中的化学能。 拓展　(1)质子浓度(电化学)梯度的建立 ①PSⅡ在类囊体的囊腔侧进行水的光解产生H＋； ②质子泵将一些H＋逆浓度梯度从基质泵入类囊体腔；③另一些H＋在基质中和NADP＋形成NADPH。 (2)合成ATP 类囊体膜的磷脂双分子层对质子高度不通透，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梯度流出释放的能量来合成ATP。 Ⅱ.暗反应 (1)物质变化 (2)光合产物的主要形式 光合作用旺盛时，很多植物合成的糖类通常会以淀粉的形式临时储存在叶绿体中，假如以大量可溶性糖的形式存在，则可能导致叶绿体吸水涨破。蔗糖是大多数植物长距离运输的主要有机物，与葡萄糖相比，以蔗糖作为运输物质的优点是非还原糖性质较稳定。 3.光反应和暗反应的联系 (1)NADPH的作用：作为活泼的还原剂，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用。 (2)ATP和还原型辅酶在叶绿体、细胞质基质、线粒体间的转移方向 ①ATP和还原型辅酶Ⅱ在叶绿体、 细胞质基质间的转移方向：叶绿 体产生的ATP基本不转移至细胞 质基质，NADPH能转移至细胞质 基质中，细胞质基质中的ATP和NADPH都能转移至叶绿体中。 ②ATP和还原型辅酶Ⅰ在细胞质基质、线粒体间的转移方向：线粒体产生的ATP和NADH都可以转移至细胞质基质中，细胞质基质中的ATP不转移至线粒体中，NADH能转移至线粒体中。 判断下列有关光合作用的叙述 (1)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢(　　) 提示：叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快。 × (2)用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰(　　) √ 易错辨析 (3)植物工厂常采用无土栽培技术，应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同(　　) 提示：为保证植物的根能够正常吸收水分，应控制培养液的浓度小于植物根部细胞的细胞液浓度。 × (4)类囊体产生的ATP和O2，参与CO2的固定与还原(　　) 提示：类囊体产生的ATP参与C3的还原，产生的O2用于细胞呼吸或释放到周围环境中。 × (5)在禾谷类作物开花期剪掉部分花穗，叶片的光合速率会暂时下降 (　　) √ 易错辨析 二 真题演练 1.(2024·河北，19节选)高原地区蓝光和紫外光较强，常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响，研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率，以及覆膜后幼苗光合色素的含量，结果如图所示。 (1)如图所示，三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异，其中____光可被位于叶绿体___________上的光合色素高效吸收后用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为_____和_____。与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的_______较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。 蓝 类囊体薄膜 C5 糖类 紫外光 (2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正 比，选择适当波长的光可对色素含量进行 测定。提取光合色素时，可利用________ 作为溶剂。测定叶绿素含量时，应选择红 光而不能选择蓝紫光，原因是__________ ____________________________________ ____________________________________________。 无水乙醇 叶绿素主 要吸收蓝紫光和红光，类胡萝卜素主要 吸收蓝紫光，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰 2.(2020·山东，21节选)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。回答下列问题： (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________________。 模块1和模块2 五碳化合物(或C5) (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________________________________________。 减少 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 (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_______________ ________________________________________________。 高于 系统没有细胞呼吸消耗糖类(或植物细胞呼吸消耗糖类) 人工光合作用 3.(2022·重庆，23节选)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。回答下列问题： (1)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体薄膜内外的H＋浓度差，原因是_________________________________________________________ ________________________________。 实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是 来自光能还是来自膜内外H＋浓度差 (2)为探究自然条件下类囊体薄膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是_________________________ _____________________________。 类囊体薄膜外H＋被转移到 类囊体薄膜内，造成溶液pH升高 4.(2024·湖南，17)钾是植物生长发育的必需元素，主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明，缺钾导致某种植物的气孔导度下降，使CO2通过气孔的阻力增大；Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降，最终导致净光合速率下降。回答下列问题： (1)从物质和能量转化角度分析，叶绿体的光合作用即在光能驱动下，水分解产生_________；光能转化为电能，再转化为______________中储存的化学能，用于暗反应的过程。 O2和H＋ ATP和NADPH (2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量______，从叶绿素的合成角度分析，原因是_________________________________________________________ __________________________________________________________(答出两点即可)。 减少 缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低；缺钾会影响细胞的渗透调节，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，使叶绿素合成减少 长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低，其原因是钾参与酶活性的调节，缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性；钾参与渗透调节，缺钾会影响细胞渗透压，进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收，而Mg元素和N元素是合成叶绿素的原料，因此最终会影响叶绿素合成。 (3)现发现该植物群体中有一植株，在正常供钾条件下，总叶绿素含量正常，但气孔导度等其他光合作用相关指标均与缺钾时相近，推测是Rubisco的编码基因发生突变所致。Rubisco由两个基因(包括1个核基因和1个叶绿体基因)编码，这两个基因及两端的DNA序列已知。拟以该突变体的叶片组织为实验材料，以测序的方式确定突变位点。写出关键实验步骤：①___________________________________________；②________ ____________________________________________；③_______________ ___________________________________；④基因测序；⑤____________ _____________。 分别提取该组织细胞的细胞核DNA和叶绿体DNA Rubisco的两个基因的两端DNA序列设计相应引物 和设计的引物分别进行PCR扩增并电泳 和已知基因 根据编码 利用提取的DNA 序列进行比较 Rubisco由两个基因编码，这两个基因及两端的DNA序列已知，因此检测其是否突变的基本思路是利用PCR技术扩增突变体的相应基因，测序后和已知序列进行比较。 5.(2021·江苏，20节选)线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要。如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题： (1)光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖(C3)，为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生_____；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了____个CO2分子。 C5 12 (2)光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的__________中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为_____中的化学能。 NADPH ATP 6.(2023·河北，19节选)拟南芥发育早期的叶肉细胞中，未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段，叶肉细胞H基因表达量下降，细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。回答下列问题： (1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在_____________________合成，经细胞质基质进入叶绿体。 线粒体(或线粒体内膜) (2)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的 叶肉细胞中实现H基因过量表达，对转H基 因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理，之 后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP 相对浓度，结果如图。相对于非转基因细胞， 转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显_____。 据此推测，H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被_______(填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗，细胞有氧呼吸强度_____。 降低 叶绿体 升高 (3)综合上述分析，叶肉细胞通过下调_______________________阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体，从而防止线粒体_______________________________，以保证光合产物可转运到其他细胞供能。 H基因表达(或H蛋白数量) 过多消耗光合产物(或有氧呼吸增强) 三 模拟预测 1.(2024·南通高三三模)光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是完成光反应必需的，光反应过程中光合电子传递包括线性电子传递和环式电子传递(如图)。请分析回答下列问题： (1)类囊体膜上光合色素与________形成的复合体可吸收、传递、转化光能。在光照条件下，PSⅡ吸收光能产生高能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为_________(填“强还原剂”或“强氧化剂”)再从______中夺取电子引起O2释放。 蛋白质 强氧化剂 H2O (2)在_____________(填“线性电子传递”或“环式电子传递”)中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终与____________结合生成NADPH，同时产生ATP共同参与__________过程。 线性电子传递 H＋、NADP＋ C3的还原 2.根据植物光合作用中卡尔文循环示意图回答下列问题： (1)卡尔文用14CO2供小球藻进行光合作用，5秒 后在五碳化合物和六碳化合物中检测到放射性， 当缩短时间至几分之一秒时，三碳化合物中检 测到放射性，由此可知14C的转移路径是_____ __________________________________，30秒 后许多有机化合物中均检测到放射性。可见， 在该实验中卡尔文是通过控制_________来探 究CO2中碳原子转移路径的，卡尔文循环包括 ____________________两个过程。 CO2 →C3→(CH2O)或CO2→C3→(CH2O)＋C5 反应时间 CO2的固定和C3的还原 (2)当叶绿体中核酮糖-1,5-二磷酸含量低时，可通过______________________________ _________方式增加其含量。 丙糖磷酸不输出循环，从而增强图 中③过程 3.番茄受低温伤害后叶肉细胞叶绿体受损严重，淀粉大量积累。Y基因过表达株系比野生型明显耐低温。如图为番茄叶肉细胞内光合作用过程中有机物合成及转运示意图。回答下列问题： (1)据图分析，低温影响R酶的活性进一步降低了光反应对光能的利用，其原因是_______________________________________________________ _______________。低温下，叶绿体中丙糖磷酸增加，生成淀粉过多抑制光合作用，推测低温对磷酸转运体的抑制作用______(填“大于”或“小于”)对R酶的抑制。 R酶活性降低，暗反应速率降低，为光反应提供的ADP、 NADP＋、Pi减少 大于 (2)Y蛋白可进入细胞核作用于基因 S、I、L的启动子。低温下Y基因过 表达株系叶绿体内淀粉积累减少， 细胞质基质中葡萄糖、蔗糖等可溶 性糖的含量增加，因而具有更强的 低温抗性。据此推测，Y基因过表 达株系抗低温的机理是__________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 促进S基因 转录，使R酶增多，从而促进丙糖磷酸的合成；抑制I基因转录，减少淀粉合酶，从而减少淀粉合成对丙糖磷酸的消耗；促进L基因转录，增加α-淀粉酶的量，促进葡萄糖的生成 4.(2024·辽源高三二模)小麦是重要的粮食作物，体内制造并输出有机物的组织器官被称为“源”，接纳有机物用于生长或贮藏的组织器官被称为“库”。小麦在不同条件下的净光合速率如图所示。回答下列问题： (1)_____(器官)是小麦最重要的“源”，“源”光合作用所制造的有机物一部分用于自身的__________，另一部分输送至“库”。 叶 细胞呼吸 (2)由图可知，当CO2浓度为1 000 μL·L－1时，限制中光强下小麦光合速率的环境因素有_______________ ______(填“光照强度” “CO2浓度”或“光照强度和CO2浓度”)。 光照强度和CO2 浓度 下降的原因可能是_________ ______________________________________________________________________________。 (3)籽粒是小麦开花后最重要的“库”。小麦开花后的10天左右，小麦籽粒开始沉积淀粉粒，进入灌浆期。据此分析，灌浆后期小麦叶片净光合速率明显 从叶片运 输至小麦籽粒的有机物降低，在叶肉细胞中积累后抑制光合作用，使其净光合速率降低 5.(2024·河北名校联盟高三联考)研究表明：相对于动物，植物的细胞呼吸还包括另一条由交替氧化酶(AOX)主导的途径，该呼吸途径可帮助其抵抗强光等逆境，具体过程如图所示，其中iATP为细胞内ATP，eATP为细胞外ATP。 (1)强光下，光反应产生的NADPH 量大于暗反应消耗的NADPH量，使 叶绿体内NADP＋含量___________。 植物细胞通过“苹果酸—草酰乙酸 穿梭”途径，将过多的NADPH中还 原能转移出叶绿体，并最终通过AOX呼吸途径将其中大部分能量以_____的形式散失，从而有效缓解强光对植物细胞内光系统的损伤。同时，eATP可通过DORN1缓解因交替呼吸抑制引起的光系统反应效率下降，进一步避免光抑制现象产生，因此强光照射下植物可避免光抑制，该调节过程为_______(填“正反馈”或“负反馈”)。 减少(下降) 热能 负反馈 (2)目前尚未发现在植物细胞的表面 或细胞膜上存在ATP合成酶，eATP 可来源于______________________ ______________________________ ______(填场所)产生的iATP，据图 判断，eATP最可能是作为一种信号分子调节植物的光合作用，理由是______________________________________________________________________________________________________________________________。 细胞质基质、线粒体(或 细胞质基质、线粒体内膜、线粒体 基质) eATP与细胞膜上的DORN1结合后能激发细胞内与光合作用相关的信号传导(或eATP与细胞膜上的受体结合后能激发与光合作用相关的信号传导) 四 专题强化练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 对一对 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C A B C C D B ABC ACD AC 题号 11 答案 (1)①光反应　NADPH　②减少CO2供应，暗反应减缓，为光反应提供ADP、Pi和NADP＋的量降低　(2)①将水分解为O2和NADPH　促成ADP和Pi合成ATP　②海水环境中的CO2、细胞呼吸释放的CO2　(3)红光和蓝紫　把载有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用透过三棱镜的光照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌的分布情况　好氧细菌均匀地分布在死水绵周围 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 对一对 题号 12 答案 (1)ATP　催化ATP合成，运输H＋　(2)NADPH　叶绿体基质　(3)有利于　抑制ATP合成酶的活性导致ATP的合成受阻，会引起类囊体腔内的H＋浓度升高，进而激活PSBS　(4)长势相同　H218O和CO2　H2O和C18O2 题号 13 答案 (1)信号　表达　(2)蛋白A、蛋白C　催化ATP合成、运输H＋　(3)除草剂与蛋白D结合后阻断了电子传递，导致NADPH合成受阻，同时使类囊体膜内外的H＋浓度差下降，导致ATP合成受阻 答案 1.(2024·广东，3)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.用过的层析液直接倒入下水道 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 该实验目的为探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，自变量为叶片的颜色，所以应选择新鲜程度不同的叶片分成两组进行研磨，A错误； 叶片中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，所以可用无水乙醇提取叶片中的色素，光合色素不溶于水，若提取液中含有水分，会降低色素的提取量，B错误； 利用纸层析法分离色素，两组滤纸条可置于同一个烧杯中层析，C正确； 层析液含有石油醚、丙酮和苯，具有毒性，所以不能直接倒入下水道，以免造成污染，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 2.(2024·大庆高三期末)光反应过程的发现经过了很多科学家的共同努力。爱默生发现：当红光和远红光一起照射时的光合速率远远大于它们分别照射时光合速率的总和，即双光增益效应。据上述实验结果，希尔等人提出了双光系统的概念，把吸收长波长光的系统称为光系统Ⅰ，吸收短波长光的系统称为光系统Ⅱ，随后与两个光系统相关的两种色素蛋白复合体颗粒也被发现。下列说法错误的是 A.上述材料表明：植物进行光合作用只能利用红光和远红光 B.两个光系统在光反应过程中的位置应该是一前一后 C.与双光系统相关的色素蛋白复合体颗粒应该分布在叶绿体基粒中 D.爱默生实验中的自变量是光的波长(颜色)，光的强度为无关变量 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 该材料并未表明用红光和远红光以外的光照射时植物不能进行光合作用，A错误； 叶绿体基粒上含光合色素，可以吸收、传递和转化光能，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 3.(2024·吉林高三联考)研究发现外源性甲醛(HCHO)可作为碳源参加常春藤的光合作用，具体过程如图所示(Ru5P和Hu6P为中间产物)，下列说法错误的是 A.甲醛通过气孔以自由扩散方式进入细胞 B.①过程称为暗反应，与基粒的功能无关 C.可用同位素标记法验证②过程 D.细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 甲醛是一种气体，可以通过气孔以自 由扩散方式进入细胞，A正确； 图中①过程是暗反应，需要光反应提 供NADPH和ATP，而光反应发生在叶 绿体基粒上，因此暗反应与基粒的功 能有关，B错误； 据图分析可知，细胞同化甲醛的过程是图中的②，场所是叶绿体基质，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 4.(2023·湖北，8)植物光合作用的光反应依赖类囊体薄膜上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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 弱光下LHCⅡ与PSⅡ结合，增强对光能的捕获，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 5.淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用的两种主要终产物，Pi在二者分配过程中起到了重要调节作用，其过程如图所示。下列叙述正确的是 A.磷是生物膜的重要组分，中心体和核 糖体不含磷 B.CO2形成磷酸丙糖的过程中，NADPH 不供能，只作为还原剂 C.若光照骤减，短时间内核酮糖-1,5-二 磷酸的含量减少 D.若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会马上停止 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 磷脂构成生物膜的基本支架，中心 体由蛋白质组成，不含磷元素，核 糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元 素，A错误； CO2形成磷酸丙糖的过程中，需要 NADPH作还原剂和提供光反应吸 收的太阳能，B错误； 若抑制磷酸转运器的功能，会导致叶绿体内Pi下降，进而影响卡尔文循环，但卡尔文循环不会马上停止，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 6.科研人员向离体叶绿体悬浮液中加入适量NaHCO3溶液和必要物质，在适宜条件下进行周期性的光暗交替实验，结果如图。下列叙述错误的是 A.光照开始后短时间内，叶绿体内 C3的含量会下降 B.阴影部分的面积可用来表示一个 光周期的光照时间内NADPH和 ATP的积累量 C.光照开始后两曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率 D.光照总时间及实验时间相同的条件下，光暗交替和连续光照制造的有 机物相等 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 光反应产生ATP与NADPH，可使 C3的还原快速进行，光照开始后 短时间内，CO2吸收速率很低， C3的合成较慢，因此叶绿体内C3 的含量会下降，A正确； 由于O2的释放速率代表光反应，能产生NADPH和ATP，暗反应固定CO2，消耗NADPH和ATP，所以阴影部分应该表示光反应产生量与暗反应消耗量的差值，即一个光周期的光照时间内NADPH和ATP的积累量，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 由于该实验中只存在离体的叶绿体， 所以测出O2的释放速率为真正光合 作用的速率，由于O2的释放速率代 表光反应，能产生ATP与NADPH， 暗反应固定CO2产生C3，C3的还原 消耗ATP与NADPH，光照开始后两 曲线逐渐重合时，光反应速率等于暗反应速率，C正确； 光暗交替时暗反应能更充分地利用光反应产生的NADPH和ATP，故光照总时间及实验时间相同的条件下，光暗交替制造的有机物大于连续光照制造的有机物，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 7.(2024·丹东高三检测)PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体，可以使水裂解产生H＋和氧释放到类囊体腔中，D1极易受到活性氧(简称ROS，属于自由基)的破坏。光反应过程中可以产生ROS，适宜光照条件下，ROS的产生和消除之间存在动态平衡，不会破坏D1。据此推测，下列说法错误的是 A.PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上，能够利用光能参与水的光解 B.D1蛋白和色素分子都是由核糖体合成后转移到内质网中加工的 C.光照强度过强，可能引起ROS产生过多，导致D1结构被破坏 D.可以用无水乙醇提取并通过纸层析法分离PSⅡ中的色素分子 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 由题意可知，PSⅡ是由D1蛋白、色素分子等组成的复合体，可以使水裂解产生H＋和氧释放到类囊体腔中，说明PSⅡ分布在叶绿体类囊体薄膜上，A正确； 核糖体上只能合成蛋白质，而色素分子的本质不是蛋白质，不是由核糖体合成后转移到内质网中加工的，B错误； 适宜光照条件下，ROS的产生和消除之间存在动态平衡，不会破坏D1，但光照强度过强，可能产生ROS过多，不能及时被消除，导致D1结构被破坏，C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 PSⅡ分布于类囊体薄膜，所以PSⅡ中的色素分子为光合色素，可用无水乙醇提取，因为色素能够溶解在无水乙醇中，再通过纸层析法分离色素，因为它们都能溶解在层析液中，不同色素溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 8.(不定项)以某植物为材料研究不同库源比(以果实数量与叶片数量的比值表示)对果实的影响，甲、乙、丙组均保留枝条顶部1个果实并分别保留大小基本一致的2、4、6片成熟叶，供应14CO2给各组保留的叶片进行光合作用，同时还进行了绿叶中色素的提取和分离实验。下列叙述错误的是 A.提取和分离绿叶中色素的原理相同 B.提取绿叶中色素时，加入二氧化硅可防止研磨中色素被破坏 C.实验中用14CO2追踪，发现碳原子的转移途径为CO2→C5→糖类 D.与甲组相比，丙组的库源比降低、单果质量可能会增加 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 √ √ 9.(不定项)叶绿体膜上的转运蛋白对于维持叶绿体的离子平衡和pH稳定发挥了重要作用。如图表示叶绿体中几种物质跨膜运输的方式，下列相关判断正确的是 A.K＋通过TPK3运出类囊体腔 的方式属于被动运输 B.H＋通过KEA1和KEA2运输 的动力来自K＋的浓度差 C.据图推测细胞质基质中的K＋浓度高于叶绿体基质 D.类囊体薄膜上的电子传递链对于维持类囊体腔中的pH起关键作用 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 √ √ 据图可知，类囊体腔内的pH 为6，叶绿体基质中的pH为8， H＋通过KEA3从类囊体腔进 入叶绿体基质是顺浓度梯度， 产生的化学势能将K＋逆浓度运进类囊体腔，因此类囊体腔内K＋浓度较高，K＋通过TPK3运出类囊体腔是顺浓度梯度运输，是被动运输，A正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 叶绿体外的pH为7，叶绿体基 质中的pH为8，H＋通过KEA1 和KEA2运进叶绿体是顺浓度 梯度运输，不需要能量，它们 顺浓度梯度运输时产生的化学势能将K＋逆浓度运出叶绿体，推测细胞质基质中的K＋浓度高于叶绿体基质，B错误，C正确； 类囊体薄膜上的电子传递链在发挥作用的同时能将H＋运输到类囊体腔中，从而维持类囊体腔中的低pH环境，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 10.(不定项)某植物叶片有全绿和绿色带白斑两种，研究人员利用不同的叶片开展了甲、乙、丙三组实验。三组均给予适宜的光照，其中丙组用14CO2培养叶片(过程中不断充入14CO2，使瓶中14CO2浓度保持不变且与外界CO2浓度相等)，培养过程测定叶肉细胞中放射性三碳化合物浓度的变化情况，结果如图。下列说法错误的是 A.培养一段时间后，用碘液处理甲、乙 两组叶片，蓝色最深的部位为② B.不考虑温度的变化，培养过程中，乙 瓶的气体总体积可能一直保持不变 C.丙实验的OA段，叶肉细胞中五碳化合物的浓度在不断地下降 D.丙实验的AB段，叶肉细胞中放射性三碳化合物的生成和消耗达到平衡 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 √ 甲瓶中无CO2，叶片白色部分无 叶绿体，所以培养一段时间淀粉 产生最多的部分应为④，A错误； 不考虑温度的变化，若乙瓶中叶 片的光合速率等于呼吸速率，则 叶片整体上表现为与外界环境无气体交换，培养过程中，乙瓶的气体总体积可保持不变，B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 将叶片从12CO2的环境中移入含有 相同浓度14CO2的丙瓶中，CO2浓 度不变，暗反应速率不变，所以 五碳化合物的浓度不变，C错误； 暗反应过程中，C3的消耗和生成 在不断进行，AB段14C3不变，即消耗量等于生成量，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 11.科学家对光合作用的研究经历了漫长的探索过程： (1)1937年，英国植物学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度的蔗糖溶液中，制备成叶绿体悬浮液。若向其中加入适当的“电子受体”如铁盐或其他氧化剂，给予叶绿体一定强度的光照，在没有CO2时就能放出O2，同时电子受体被还原。请回答相关问题： ①希尔反应模拟了叶绿体光合作用中________阶段的部分变化，还原后的电子受体相当于光合作用中的________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 光反应 NADPH ②希尔反应说明水的光解与糖的合成不是同一个过程，可一般情况下，减少CO2供应，绿色植物的光反应速率也会降低，原因是_____________ _________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 减少CO2供应， 暗反应减缓，为光反应提供ADP、Pi和NADP＋的量降低 (2)海洋中的真核藻类，习惯上依颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布依次是浅、中、深。自然状态下，它们都能通过光合作用制造有机物。回答下列问题： ①绿藻叶绿体中的光合色素可对光能进行捕获，吸收的光能主要有两方面用途：一是______________________，二是____________________。 ②CO2是光合作用的原料之一，红藻正常生长过程中，其光合作用固定的CO2来自____________________________________(回答2点即可)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 将水分解为O2和NADPH 促成ADP和Pi合成ATP 海水环境中的CO2、细胞呼吸释放的CO2 (3)在研究不同光质与光合作用的关系时，恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，发现大量的好氧细菌聚集在M___________光区域(填光的类型)。某同学对好氧细菌聚集在M光区域有如下两种解释：①好氧细菌趋氧引起的；②好氧细菌趋M光区域引起的。请你补充实验排除解释②，要求简要写出实验思路和预期结果。 实验思路：_____________________________________________________ _______________________________________________________________ _________________。 预期结果：_______________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 红光和蓝紫 把载有死水绵和好氧细菌的临时装片放在没有氧气的黑暗环境中，之后用透过三棱镜的光照射临时装片，一段时间后观察装片中好氧细菌的分布情况 好氧细菌均匀地分布在死水绵周围 12.(2024·鸡西高三模拟)植物与太阳光的关系可谓“爱恨交加”，一方面光对于植物进行光合作用是必需的，另一方面过量的光又会导致植物氧化性损伤。研究发现，在强光条件下，植物类囊体中的pH会由正常条件下的6.5降低至5.5～5.8，H＋浓度的升高激活了类囊体薄膜上的光保护蛋白PSBS，激活的PSBS抑制类囊体薄膜上电子的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，从而防止强光对植物造成损伤。图示为 具体过程，图中A～G分别表示不同物 质，F代表糖类，回答下列问题： (1)图中C表示______，图中ATP合成酶 的作用是_____________________。 ATP 催化ATP合成，运输H＋ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 (2)图中E表示________，图中反应Ⅱ 发生在___________中。 (3)研究发现，抑制ATP合成酶的活性 _______(填“有利于”或“不利于”) PSBS发挥功能，原因是___________ ___________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 NADPH 叶绿体基质 有利于 成酶的活性导致ATP的合成受阻，会引起类囊体腔内的H＋浓度升高，进而激活PSBS 抑制ATP合 (4)据图可知物质A为O2，它来自水的 分解，而不是来自物质G。现以大豆 为实验材料，验证这一结论，请补充 实验过程。 实验思路：将__________的多株大豆 随机均分为A、B两组。向A组提供____________，向B组提供与A组等量的____________，其他条件相同且适宜。一段时间后，检测A、B两组释放的氧气。 结果：A组释放的都是18O2，B组释放的都是O2。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 长势相同 H218O和CO2 H2O和C18O2 13.(2024·四平高三调研)图示为绿色植物叶肉细胞中部分代谢过程，水光解时释放出的电子(e－)依次通过蛋白A、蛋白D和蛋白C进行传递，最终传递给NADP＋。电子传递过程释放的能量用于H＋通过蛋白D逆浓度跨膜运输，回答下列问题： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 (1)光不仅作为能量的一种形式，还可以作为______来调节植物体的生命活动。蛋白B是一种色素—蛋白复合体，能调控基因的______。 信号 表达 光不仅能作为能量的一种形式驱动光合作用的进行，还能作为植物生长和发育的一种信号，调节植物的生命活动。蛋白B是一种色素—蛋白复合体，如光敏色素，其在光照条件下被激活，经信号 转导使细胞核内特定基因的转录变化，转录出的mRNA在细胞质中进行翻译，表现出生物学效应，即蛋白B能调控基因的表达。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 (2)叶绿素通常与蛋白质结合成复合体，图中含有叶绿素的蛋白质有_____________。据图分析ATP合成酶的功能有_______________ _______(答出2点即可)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 蛋白A、蛋白C 催化ATP合成、 运输H＋ 叶绿素通常与蛋白质结合成复合体，而叶绿素能吸收、传递和转化光能，结合图中箭头分析，推测含有叶绿素的蛋白质有蛋白A和蛋白C。ATP合成酶既能催化ADP和Pi合成ATP，又能运输H＋出叶绿体类囊体薄膜。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 (3)某种除草剂能够与蛋白D结合，据图分析该除草剂的作用原理可能是_________________________ _______________________________________________________________________________________ _____，最终使植物体不合成有机物而死亡。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 除草剂与蛋白D结合后阻断 了电子传递，导致NADPH合成受阻，同时使类囊体膜内外的H＋浓度差下降，导致ATP合成受阻 依据“水光解时释放出的电子(e－)依次通过蛋白A、蛋白D和蛋白C进行传递，最终传递给NADP＋”和“某种除草剂能够与蛋白D结合”分析，该除草剂与蛋白D结合后，阻断了电子传递，导致 NADPH合成受阻，且蛋白D能将H＋逆浓度梯度运向类囊体内，除草剂与蛋白D结合后，会使类囊体膜内外的H＋浓度差下降，导致ATP合成受阻，最终使植物体不合成有机物而死亡。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 更多精彩内容请登录：www.xinjiaoyu.com 本课结束 THANKS ②NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2固定：CO2＋C52C3 ②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5 $