2027届高三人教版高中生物一轮复习讲义第12讲　捕获光能的色素和结构、光合作用的原理

第12讲　捕获光能的色素和结构、光合作用的原理 考点一　捕获光能的色素和结构 知|识|巩|固 1．绿叶中色素的提取和分离 (1)实验原理 (2)实验步骤 ①提取色素 a．研磨 操作图解 添加物质 作用 无水乙醇 溶解色素 二氧化硅 研磨充分 碳酸钙 保护色素 b．过滤：用单层尼龙布过滤。 c．收集滤液：试管口加棉塞，防止乙醇挥发和色素氧化。 ②分离色素 主要操作 操作要点 操作目的 制备滤 纸条 预先干燥处理 使层析液在滤纸上快速扩散 一端剪去两角 保证色素在滤纸上扩散均匀、整齐 画滤液 细线 滤液细线要细、直、匀 使各色素扩散的起点相同 待滤液干燥后，再画一两次 增加色素附着量，使分离出的色素带分明 层析 加盖 防止层析液挥发 层析液不能触及滤液细线 防止色素溶解在层析液中 (3)实验结果 色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度 胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快 叶黄素 黄色 较少 较高 较快 叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢 叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢 2．叶绿体中色素的吸收光谱 (1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。 (2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。 ①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。 ②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。 3．叶绿体的结构和功能 【总结】恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处 (1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。 (2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。 (3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。 (4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。 教材隐含知识 1．(必修1 P97问题探讨)生产上，用何种颜色的玻璃或塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？并说明其原因。阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯。 2．(必修1 P99旁栏思考)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？因为这种波长的光光合色素几乎不吸收，不能用于光合作用中合成有机物。 思|维|辨|析 易错整合，判断正误。 (1)叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。(　　) (2)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。(　　) (3)叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。(　　) (4)光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。(　　) (5)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。(　　) 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)× 延|伸|探|究 1．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、蓝紫色和白色的光源，选择这些光源的原因是什么？ 提示：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、蓝紫光吸收最多；白光是复合光，含有不同波长的光，光合色素能吸收更多的光。 2．海洋中绿藻、褐藻、红藻在海水中的垂直分布大致依次是浅层、中层、深层，从水层透光与植物光能捕获两个层面解释其中的原因。 提示：藻类本身的颜色是反射出来的光所形成的，即红藻反射出红光，绿藻反射出绿光，褐藻反射出黄光。水对红、橙光的吸收比对蓝、绿光的吸收要多，即到达深水层的光线是相对富含短波长的光，因此，吸收红光和蓝紫光较多的绿藻分布于海水的浅层，吸收蓝紫光和绿光较多的红藻分布于海水的深层。 剖析难点·考点突破 重|难|精|讲 1．实验异常现象分析 异常现象 原因分析 色素带颜色较浅 (1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；(2)一次加入过量的无水乙醇，提取液浓度太低(应分次加入少量无水乙醇，如10 mL)；(3)画滤液细线时次数太少 滤纸条下面两条色素带较浅 (1)未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏；(2)实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片) 色素带重叠 (1)滤液细线不直；(2)滤液细线过粗 无色素带 (1)忘记画滤液细线；(2)滤液细线接触或浸没于层析液，色素全部溶解到层析液中 2.影响叶绿素合成因素的分析 精|准|命|题 考向一　考查实验原理、过程及结果分析 》例1　(2025·南通模拟)为了测定叶片叶绿体中色素含量，某中学兴趣小组利用两种方法分别提取菠菜叶片的叶绿体色素，并测定含量，实验过程如图。下列相关叙述错误的是(　　) A．方法①中的“？”代表的是SiO2，加入该成分以便研磨更充分 B．方法①②中加入CaCO3的作用是保护色素，提高色素的提取量 C．方法②中沸水浴可破坏膜结构，使色素充分释放 D．方法②延长沸水浴时间，色素提取更充分 答案：D 解析：方法①中的“？”代表的是SiO2，它能破坏细胞结构，加入该成分以便研磨更充分，A正确；方法①②中加入CaCO3的作用是保护色素在研磨时不被破坏，提高色素的提取量，B正确；方法②中沸水浴可破坏膜结构，使色素充分释放，C正确；方法②延长沸水浴时间，叶绿体中的色素会被分解，色素提取量变少，D错误。 〔变式训练1〕　(2024·辽宁鞍山校联考一模)某兴趣小组为了探究光照对绿叶中色素合成的影响，将韭菜根分别置于光照和黑暗条件下培养，分别发育成韭菜和韭黄，然后提取和分离二者叶片中的色素，结果如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A．类胡萝卜素和叶绿素都主要吸收红光 B．实验结果说明无光照或弱光照不会影响类胡萝卜素的合成 C．若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄 D．海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关 答案：A 解析：类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，A错误；两个实验条件下类胡萝卜素含量相同，说明无光照或弱光照不会影响类胡萝卜素的合成，B正确；SiO2可使研磨更充分，若研磨时未加SiO2，则滤纸条的色素带中叶绿素的宽度可能会变窄，C正确；海带通常呈现褐色与其光合色素对光能的捕获有关，D正确。故选A。 考向二　围绕叶绿体的结构及捕获光能的色素，考查结构与功能观 》例2　(2025·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是(　　) A．叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照 B．H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中 C．CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上 D．光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的 答案：D 解析：只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。 〔变式训练2〕　(2024·山东临沂联考)高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。下图①②是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，正确的是(　　) A．图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上 B．利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端 C．植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光 D．弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用 答案：D 解析：图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，C错误；在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境，故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。 考点二　光合作用的原理 必备知识·夯实基础 知|识|巩|固 1．探究光合作用原理的部分实验 提醒：同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。 2．光合作用的概念 光合作用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。 3．光合作用的过程图解 4．反应式 (1)若有机物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。 (2)若有机物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。 助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四” 5．光合作用和化能合成作用的比较 提醒：绿色植物和化能合成菌及光合细菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。 思|维|辨|析 易错整合，判断正误。 (1)光合作用的过程中，ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。(　　) (2)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后，可完成暗反应过程。(　　) (3)土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。(　　) (4)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)× 延|伸|探|究 1．给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是什么？ 提示：有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了HO，有氧呼吸第二阶段利用HO生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物。 2．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，原因是什么？CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？ 提示：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，但是这段时间后，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。 3．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。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是什么？ 提示：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。 剖析难点·考点突破 重|难|精|讲 1．光合作用过程中元素的去向分析 2．环境改变时光合作用各物质含量的变化分析 (1)“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： (2)模型法表示C3和C5等物质含量变化 精|准|命|题 考向一　光合作用的探究历程和光合作用的过程 》例1　(2024·江苏海安高级中学高三月考)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 答案：D 解析：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，其光合作用的进行程度，B正确；放射性最先在3－磷酸甘油酸出现，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。 〔变式训练1〕　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 答案：A 解析：O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，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。 考向二　围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维 》例2　(2025·湖南长郡中学调研)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是(　　) A．被色素吸收的光能全部用于③合成ATP B．只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原 C．如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加 D．如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少 答案：B 解析：光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面参与ATP和NADPH的合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP＋，若突然增加光照强度，光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和磷酸，增加光照强度后短时间内③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲、乙两植株光合作用光反应均增强，所以C3均减少，图中④(C5)均增加，D错误。 判断C3、C5等物质含量变化的分析思路 叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析： (1)来路去路，则物质含量相对稳定。 (2)来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。 (3)来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。 〔变式训练2〕　(2025·山东济宁高三检测)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，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的值增大 C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小 D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小 答案：B 解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体中C5含量增加、C3含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，A错误；突然将红光改变为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，光能利用率提高，ATP的含量增加，ATP/ADP的值增大，D错误。 素养提升·强化思维 构|建|网|络 真|题|再|现 1．(2024·贵州卷)为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是(　　) A．叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素 B．分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 C．光合色素相对含量不同可使叶色出现差异 D．测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段 答案：D 解析：提取光合色素加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；由于不同色素在层析液中溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，B正确；不同光合色素颜色不同，因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异，叶绿素多使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素增多使叶片呈黄色，C正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。故选D。 2．(2024·广东卷)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：本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。故选C。 3．(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 答案：C 解析：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。故选C。 4．(2023·全国乙卷)植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素的叙述，错误的是( 　 ) A．氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素 B．叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上 C．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 D．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 答案：D 解析：叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体的薄膜，需要光合色素吸收光能，叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；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，D错误。故选D。 5．(2024·新课标理综)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。 (1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是________________，原因是_____________________________________。 (2)光照t时间时，a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。 (3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是________组，判断依据是___________________________________　_____________________________________。 (4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________(填“升高”“降低”或“不变”)。 答案：(1)红光和蓝紫光　光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，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　(2)大于　(3)b　再延长光照时长，c和d组的氧气浓度不再增加，说明此时受CO2浓度的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，a、c两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率相等且都等于呼吸速率，而b组的由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率　(4)升高 解析：(1)光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜两大类，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。 (2)植物会进行光合作用和呼吸作用，光合作用消耗CO2产生O2，呼吸作用消耗O2产生CO2。分析图可知，光照t时间时，a组中的O2浓度少于b组，说明b组产生的O2更多，光合速率更大，消耗的CO2更多，即a组CO2浓度大于b组。 (3)再延长光照时长，c和d组的氧气浓度不再增加，说明此时受CO2浓度的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，a、c两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率相等且都等于呼吸速率，而b组的由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率。 (4)光照t时间后，c、d组O2浓度相同，即c、d组光合速率不再变化，c组的光照强度为光饱和点。将d组密闭装置打开，会增加CO2浓度，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会升高。 6．(2024·甘肃卷)类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m－2·s－1)下培养一周，提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。 (1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是________，加入少许碳酸钙可以______________________________。 (2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是___________________________________________________________________。 (3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为__________________________________________________________________。 (4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证据有：①纯合体种子为白色；②________________________________________________　__________________________________________________________________。 (5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，X最可能是________。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，请完成下面的实验设计： ①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在______________条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。 ②测量指标：每组取3～5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的____________。 ③预期结果：__________________________________________________　___________________________________________________________________。 答案：(1)无水乙醇　防止研磨中色素被破坏 (2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成　(3)纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求　(4)与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)　(5)脱落酸　弱光及其他条件适宜且相同　气孔开度或气孔大小　B组气孔开度小于A组，C、D组气孔开度基本相同，且大于A、B组 解析：(1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂中，所以常使用无水乙醇提取色素。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。 (2)叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。 (3)在正常光照下(400 μmol·m－2·s－1)，纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，分别为0.3和0.1，说明纯合突变体的光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求，使得植株难以生长，因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。 (4)由图可知：与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)，说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。 (5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发，脱落酸具有抑制种子萌发的作用，据此可推知：X最可能是脱落酸。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设，该实验的自变量是植株的种类和是否干旱处理，又因为脱落酸能促进气孔关闭，因此因变量是气孔开度或气孔大小。实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则和题干中给出的不完善的实验设计可推知，补充完善的实验设计如下： ①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在弱光及其他条件适宜且相同的条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。 ②测量指标：每组取3～5株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各组的气孔开度或气孔大小，取其平均值。 ③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，即干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量，所以预期的结果是：B组气孔开度小于A组，C、D组气孔开度基本相同，且大于A、B组。 7．(2024·河北卷)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、表所示。 覆膜处理 叶绿素含量(mg/g) 类胡萝卜素含量(mg/g) 白膜 1.67 0.71 蓝膜 2.20 0.90 绿膜 1.74 0.65 回答下列问题： (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___________________________________　___________________________________________________________________。 (3)研究表明，覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果，其原因为_______________________________________________________　_________________________________________________(答出两点即可)。 答案：(1)蓝　类囊体薄膜　C5　糖类　紫外光　(2)无水乙醇　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，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰　(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用 解析：(1)吸收光能的4种色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上。其中叶绿素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。光合色素吸收的光能用于暗反应阶段，在这一阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成C5。据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，可更好地减弱幼苗受到的辐射。 (2)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此，可用无水乙醇提取绿叶中的色素。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，为了排除类胡萝卜素的干扰，测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光。 (3)据图可知，与覆盖其他色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利幼苗进行光合作用。 8．(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。 净光合速率(umol·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__________________________________________________________________。 答案：(1)ATP和NADPH　核酮糖－1,5－二磷酸和糖类等　(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 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)和糖类等。 (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。 提能训练　练案[12] A组 一、选择题 1．(2025·宁夏石嘴山高三阶段练习)下列有关叶绿体的叙述，正确的是(　　) A．叶绿体是植物细胞的“动力车间” B．叶绿体中只有叶绿素可吸收光能用于光合作用 C．叶绿体内的基粒，极大地扩展了受光面积 D．植物叶片多呈现绿色是由于叶片中的叶绿体吸收了较多绿光 答案：C 解析：叶绿体是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换站”，植物细胞的“动力车间”是线粒体，A错误；叶绿体中的叶绿素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，4种色素吸收的光波长有差别，但都可用于光合作用，B错误；叶绿体内众多的基粒是由类囊体薄膜层层叠加形成的，极大地扩展了受光面积，C正确；叶片中的叶绿体吸收绿光最少，绿光被反射出来，使得植物叶片呈现绿色，D错误。 2．(2024·东北师大附中试题)为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取叶绿体色素，用层析液进行层析。如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述错误的是(　　) A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色较浅 B．强光照可能抑制叶绿素的合成促进类胡萝卜素的合成 C．四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ D．如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为黄色 答案：D 解析：由图可知，强光照下叶绿素含量少于正常光照，而叶绿素是绿色的，所以强光下的幼苗相比正常光照下的绿色较浅，A正确；与正常光照相比，强光照下叶绿素含量减少，但类胡萝卜素含量增多，说明强光照可能抑制叶绿素的合成促进类胡萝卜素的合成，B正确；溶解度高的色素随层析液在滤纸上扩散得快，四种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C正确；如果采用圆形滤纸法分离色素，最外一圈应该是胡萝卜素，颜色为橙黄色，D错误。 3．(2025·重庆乌江新高考协作体模拟)下列有关叶绿体和光合作用的几个简单的小实验，你认为哪一个结果有科学性错误(　　) A．叶绿素的无水乙醇提取液放在自然光源和三棱镜之间，从三棱镜的一侧观察连续光谱中变暗(或出现暗带)的区域是红光和蓝紫光区 B．在温暖晴朗的一天下午，在某植物向阳处采得一片叶，用酒精隔水加热脱色，用碘液处理后做成切片，在显微镜下观察被染成蓝色的结构是叶绿体 C．高倍镜下观察叶绿体在细胞质基质中能向光集中移动，强光下以较小的侧面对向光 D．在天气晴朗的一天的上午10时左右，用钻有直径为1 cm左右小孔的锡铂纸将田间一株植物的叶片夹住，下午2时左右取下这片叶，用酒精隔水加热脱色，用碘液处理，小孔处照光的部位成蓝色，而被锡铂纸遮住的部分则呈白色或灰色 答案：D 解析：叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，因此叶绿素的无水乙醇提取液置于自然光和三棱镜之间，从三棱镜的一侧观察连续光谱中变暗(暗带)的区域是红光和蓝紫光区域，A正确；叶绿体能进行光合作用制造淀粉，而淀粉遇碘变蓝，因此在温暖晴朗的一天下午，在某植物向阳处采得一片叶，用酒精隔水加热脱色，并加碘液处理叶片，显微镜下观察到叶绿体变成蓝色，B正确；在显微镜的高倍镜下观察叶绿体时，可看到叶绿体在细胞质基质中向光集中移动，当光照过强时叶绿体会以较小的侧面朝向光源，防止温度过高，破坏酶的活性，C正确；因为事先没有进行“黑暗”处理，叶片内部的淀粉没有耗尽，故染色处理后，各个区域都会呈现蓝色，D错误。 4．(2025·哈尔滨市1、6、9中期末)下图表示甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，相关叙述正确的是(　　) A．过程①中类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光 B．过程②产生(CH2O)的同时，还会产生C5 C．过程③释放的能量大部分储存在ATP中 D．过程④一般与放能反应相联系 答案：B 解析：过程①中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，A错误；②表示ATP为三碳化合物的还原过程供能合成有机物的过程，产生(CH2O)的同时，还会产生C5，B正确；过程③表示有机物氧化分解释放能量的过程，该过程释放的能量少部分贮存于ATP中，大部分以热能形式散失，C错误；④表示ATP水解释放能量的过程，一般与吸能反应相联系，D错误。 5．(2024·广东清远一模)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 答案：C 解析：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，研磨叶片时添加蒸馏水可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。故选C。 6．(2025·T8联盟)如图是叶绿体中进行的光反应示意图，类囊体膜上的光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是色素和蛋白质复合体，可吸收光能进行电子传递，电子最终传递给NADP＋后与其反应生成NADPH。膜上的ATP合成酶在顺浓度梯度运输H＋的同时催化ATP的合成。下列叙述正确的是(　　) A．图中体现出的膜蛋白功能仅有催化及物质运输 B．若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中NADP＋减少，则图中电子传递速率会减慢 C．H＋由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于协助扩散 D．据图分析，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过3层生物膜 答案：B 解析：图中体现了膜蛋白的催化、物质运输、能量转换功能，A错误；若CO2浓度降低，生成的C3减少，暗反应消耗的NADPH减少，生成的NADP＋减少，则图中电子传递速率会减慢，B正确；ATP合成酶顺浓度梯度运输H＋，则类囊体腔内H＋的浓度高于叶绿体基质，故H＋由叶绿体基质进入类囊体腔的过程属于主动运输，C错误；据图可知，O2产生后扩散到细胞外共需要穿过类囊体膜、叶绿体双层膜、细胞膜共4层生物膜，D错误。 二、非选择题 7．(2024·东北三省三校第一次联考)PSⅡ是类囊体膜上的光合色素蛋白复合体，能吸收光能并将水分解，是光反应中光能吸收和转化的关键因素。为研究PSⅡ在光能吸收和转化中的作用，研究人员取某植物幼苗若干，均分成5组，分别用相同强度的红光(R)、黄光(Y)、蓝光(B)、紫外光(UV)等单光质和白光(W)五种LED光源照射30天后，检测不同处理条件下的光合色素的含量，以及Fv/Fm值和Fv′/Fm′值，结果如下： LED 不同光质对光合色素含量的影响 处理 叶绿素( mg/g干重) 类胡萝卜素(mg/g干重) R 369.19 100.44 Y 274.50 100.76 B 681.91 129.76 UV 988.35 206.14 W 381.75 92.34 图1 注：Fv/Fm值表示PSⅡ吸收光能后转化光能的最大效率； Fv′/Fm′值表示PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率。 据所学知识和实验结果回答问题： (1)检测光合色素含量时，用__________提取绿叶中的色素。PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，将水分解为O2和__________，并释放两个电子，用于__________的合成。 (2)采用LED光源处理植物幼苗而不用普通光源，原因是________________________。据图1可知，与白光对照组(W组)相比，________光能够显著提高幼苗中叶绿素的含量。 (3)据图2可知，与W组相比，经过四种单光质处理后，________光更有利于该植物合成有机物，判断依据是：__________________________________　____________________________________________________________。 (4)植物吸收的光能只有3条去路：光合作用、叶绿素荧光和热。与W组相比，在黄光(Y)条件下，Fv/Fm值较大，但Fv′/Fm′值却较小，植物将以________形式耗散掉多余的光能，否则强光将对植物产生伤害。 答案：(1)无水乙醇　H＋　NADPH　(2)为了排除温度对实验结果的影响　紫外(UV)　(3)紫外(UV)　UV组的Fv′/Fm′值最大，即PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率最大，更有利于该植物合成有机物　(4)叶绿素荧光和热 解析：(1)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，可以用无水乙醇提取绿叶中的色素；光反应阶段是光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，完成水的光解，以及ATP、NADPH的合成，PSⅡ利用自身的光合色素吸收光能，将水分解为O2和H＋并释放两个电子，用于NADPH的合成。 (2)LED光源是冷光源不会产生热，采用LED光源处理植物幼苗而不用普通光源，原因是为了排除温度对实验结果的影响；据图1可知，与白光对照组(W组)相比，紫外光(UV)能够显著提高幼苗中叶绿素的含量。 (3)UV组的Fv′/Fm′值最大，即PSⅡ吸收光能后转化为化学能的效率最大，更有利于该植物合成有机物，因此紫外光更有利于该植物合成有机物。 (4)与W组相比，在黄光(Y)条件下，Fv/Fm值较大，但Fv′/Fm′值却较小，说明黄光条件下，光能转化为化学能的效率较低，结合题干可知植物将以叶绿素荧光和热的形式耗散掉吸收的多余的光能，否则强光将对植物产生伤害。 B组 一、选择题 1．(2025·名校教研联盟)不同环境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素循环”。如图为叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。在遮光条件下，以蓝紫光为主的散光占利用光能百分比增加，叶绿素a/叶绿素b的值会降低。下列叙述错误的是(　　) A．可以使用无水乙醇提取绿叶中的色素 B．①表示类胡萝卜素，主要吸收蓝紫光 C．②表示叶绿素a，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b D．③表示叶绿素a，强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a 答案：C 解析：色素属于有机物，易溶于有机溶剂无水乙醇，可以使用无水乙醇提取绿叶中的色素，A正确；根据吸收光谱，①只吸收蓝紫光，属于类胡萝卜素，B正确；根据吸收光谱，曲线③表示叶绿素a，②表示叶绿素b，遮光条件下部分叶绿素a转化成叶绿素b，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，强光条件下部分叶绿素b转化成叶绿素a，C错误，D正确。 2．(2024·广东茂名二模)某小组做了“探究叶龄对叶片中光合色素含量的影响”的实验，结果如图，下列叙述错误的是(　　) A．用纸层析法来分离叶片中的光合色素 B．嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等 C．相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等 D．不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大 答案：C 解析：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素，所以用纸层析法来分离叶片中的光合色素，A正确；嫩叶中色素含量为6＋2＝8，老叶中色素含量为5＋3＝8，所以嫩叶与老叶的叶绿体色素总含量相等，B正确；嫩叶与老叶的叶绿素和类胡萝卜素含量都不同，所以相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率不一定相等，C错误；不同发育阶段叶绿素含量的变化为6→12→5，类胡萝卜素的含量变化为2→4→3，所以不同时期的叶绿素含量变化比类胡萝卜素的大，D正确。故选C。 3．(2024·育明高级中学一模)下列图1表示利用大豆幼苗的绿叶进行色素提取和分离实验的结果，图2表示温室中该幼苗的光合速率、呼吸速率随温度变化的曲线。据图分析正确的是(　　) A．由图2可知，为获得最大的经济效益，温室应控制温度为30 ℃ B．由图1可知，在收获时节，大豆叶片中色素量变化为(甲＋乙)<(丙＋丁) C．图2中，只有在B点时，光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍 D．由图2可知，在温度为5 ℃时，绿叶的光合速率小于呼吸速率 答案：B 解析：当净光合速率较高，经济效益在呼吸速率较低时最大，即20 ℃，A错误；收获时节为秋天，大豆叶片发黄，叶片中叶绿素被降解，所以叶片中色素含量(甲叶绿素b＋乙叶绿素a)＜(丙叶黄素＋丁胡萝卜素)，B正确；图2中，B点和D点净光合速率等于呼吸速率，则这两点的光合作用制造的有机物是呼吸作用消耗有机物的两倍，C错误；图2中，温度为5 ℃时，幼苗净光合速率为零，说明该幼苗在该温度条件下呼吸速率等于光合速率，因此，绿叶的光合速率大于其呼吸速率，D错误。 4．(2024·哈师大附中三模)如图是叶绿体中光合作用部分过程的简化示意图(①和②是可移动载体)。下列叙述不正确的是(　　) A．ATP生成所需的能量直接来源于脂双层两侧H＋浓度差，最终来源于光能 B．图中e－表示电子，可移动载体①②和复合物Ⅱ使脂双层两侧的H＋浓度差变小 C．图示反应中，电子的最初供体是水，最终受体是NADP＋ D．希尔反应中的氧化剂可以是NADP＋、铁盐等 答案：B 解析：据图可知，ATP的合成是利用H＋顺浓度差运输的势能，在ATP合酶的催化作用下，将ADP和Pi合成ATP，故ATP生成所需的能量直接来源于脂双层两侧H＋浓度差。而脂双层两侧H＋浓度差又是光能驱动的水的光解形成的，因此，ATP生成所需的能量最终来源于光能，A正确；据图可知，在可移动载体①②及复合物Ⅱ的作用下，H＋由叶绿体基质进入到类囊体腔中，使得H＋的浓度差变大，B错误；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NADP＋被还原为NADPH，故最终接受电子的物质为NADP＋，C正确；希尔反应悬浮液中铁盐的作用与NADP＋的作用相似，作氧化剂与水光解产生的H＋反应，D正确。 5．(2024·河北省各市联合三模)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，细胞质基质中的ATP向成熟叶绿体转运受阻。成熟叶绿体方可正常行使其功能。下列叙述错误的是(　　) A．成熟叶绿体行使其功能所需ATP在类囊体膜上合成 B．H基因表达量的变化，表明叶肉细胞正在发生细胞分化 C．细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要参与暗反应 D．ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带 答案：C 解析：成熟叶绿体行使其功能(光合作用)所需ATP在类囊体膜上合成，用于暗反应阶段C3的还原，A正确；H基因表达量的变化，属于基因的选择性表达，表明叶肉细胞正在发生细胞分化，B正确；细胞质基质中的ATP进入未成熟叶绿体主要用于生长发育，C错误；ATP与ADP快速转化保证了生命活动的正常进行，ATP是细胞中吸能反应和放能反应的纽带，D正确。 6．(2025·华中师大附中测试)CO2是制约水生植物光合作用的重要因素。蓝细菌中有特殊的CO2浓缩机制，如图所示。其中光合片层膜上含有与光合作用有关的色素，羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。下列叙述错误的是(　　) A．蓝细菌光合片层膜上含有的色素和绿色植物绿叶中的色素不完全相同 B．蓝细菌的细胞膜和光合片层膜上发生光反应，暗反应则发生在羧化体中 C．CO2不仅可以自由扩散通过光合片层膜，还可以主动运输通过膜 D．蓝细菌的CO2浓缩机制应该与HCO转运蛋白和CO2转运蛋白有关 答案：B 解析：蓝细菌中存在与光合作用有关的叶绿素和藻蓝素，依题干可知，这些色素应该位于光合片层膜上，而绿色植物的绿叶中的色素主要是叶绿素和类胡萝卜素，与蓝细菌不完全相同，A正确；蓝细菌中的色素位于光合片层膜上，并没有任何信息提到可能位于细胞膜上，故光反应发生在光合片层膜上，由图可知暗反应CO2的固定和还原发生在羧化体中，B错误；据图看出，CO2进入光合片层膜的方式有两种，一种需要CO2转运蛋白和能量，即主动运输，一种是直接进入，是自由扩散，C正确；由图可知，光合片层膜可以主动运输HCO和CO2，是CO2浓缩的关键所在，D正确。 二、非选择题 7．(2024·浙南名校联盟第一次联考)为研究低温对番茄的光合作用的影响，科研人员在其他条件适宜的环境中用6 ℃低温对生长期的番茄进行处理。同时以最适温度(25 ℃)作为对照，测定叶片的相关指标(光能转换效率与Rubisco酶活性，后者能催化CO2和五碳糖反应)，结果如图所示。 回答下列问题： (1)番茄果实发育及成熟过程中，果皮的颜色由绿色渐变为红色，该过程果实所需的有机物来自________________(填部位)的光合作用。果皮中的红色光合色素主要吸收________光。欲将红色的果皮脱色，常使用的试剂是____________。 (2)光反应中的光能转换效率可通过检测叶绿体中________________的含量来判定，这些物质将参与暗反应的________________过程。 (3)本研究中的Rubisco酶活性是以________________________________为检测指标。该酶发挥作用的场所是__________。该酶活性的下降导致光能的转化效率下降，可能的原因是__________________________________________________　___________________________________________________________________。 (4)把实验组温度从6 ℃升高到25 ℃，发现光合作用强度远低于对照组的数据，推测可能的原因是______________________。 答案：(1)叶片和果皮(幼茎)　蓝紫　95%的酒精 (2)ATP、NADPH　C3的还原　(3)单位酶量(酶蛋白)在单位时间内消耗的CO2量(或每分钟每毫克酶消耗CO2量)　叶绿体基质　Rubisco活性的下降导致暗反应速率下降，从而导致光反应产物ATP、NADPH增加，进而导致光反应速率下降，光能的转换效率也下降 (4)低温使光合色素(叶绿素)含量下降(或低温使叶绿体结构发生不可逆破坏) 解析：(1)绿色果皮细胞含有叶绿体，能进行光合作用，叶肉细胞进行光合作用产生的有机物也会运往果实，番茄果实发育过程中，果皮的颜色由绿色渐变为红色，该过程果实所需的有机物来自果皮和叶片的光合作用。光合色素主要吸收红光和蓝紫光，红色的色素不吸收红光，主要吸收蓝紫光。光合色素是脂溶性的，可用有机溶剂如95%乙醇脱色。 (2)光反应中的光能转化效率是指光合产物中贮存在ATP和NADPH中的化学能占光合作用吸收的有效能量的百分率，故光反应中反映的光能转换效率可通过检测光反应的产物，即叶绿体中的ATP、NADPH含量来定量判定，而ATP、NADPH参与暗反应中C3的还原。 (3)根据图示的纵坐标，本研究中的Rubisco酶活性是以酶蛋白在单位时间内消耗的CO2量来衡量的。该酶在暗反应中发挥作用，光合作用暗反应的场所是叶绿体基质。该酶活性下降导致光能转化效率下降可能的原因是此酶活性的下降导致暗反应速率下降，从而导致光反应产物ATP、NADPH增加，进而导致光反应速率下降，光能的转换效率也下降。 (4)把实验组温度从6 ℃升高到25 ℃，发现光合作用强度与对照组的数据差距明显，可能的原因是低温使光合色素含量下降，导致光反应速率降低，进而导致光合作用速率降低。 C组 一、选择题 1．(2024·东北育才学校六模)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对植物细胞造成损伤。下列说法不正确的是(　　) A．H＋经过Z蛋白外流的同时，利用B物质来合成C物质 B．叶绿素分子中被光激发的e－，经传递到达D结合H＋后生成E C．物质F浓度降低至原浓度一半时，短时间内C5化合物的含量将降低 D．降低Z蛋白的活性和阻断卡尔文循环中F的供应都将有利于PSBS发挥功能 答案：C 解析：由图可知，C、E可用于C3的还原，故E是NADPH，B是ADP和Pi，C是ATP。当H＋顺浓度梯度经过Z蛋白运输时，利用化学势能将ADP和Pi转化为ATP，即B物质被用来合成了C物质，A正确；叶绿素分子中被光激发的电子，经传递到达D(NADP＋)同时结合H＋合成E，即NADPH，B正确；物质F是CO2，浓度降低至原浓度一半时，短时间内CO2的固定速率降低，但C3的还原速率不变，故C5化合物的含量将升高，C错误；由题意可知，PSBS是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内H＋的浓度而被激活，激活的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转换成热能释放，防止强光对植物细胞造成损伤。降低Z蛋白的活性会减少H＋向外运输，阻断卡尔文循环中F的供应会导致暗反应减弱，进而抑制光反应ATP和NADPH的合成，由于Z蛋白质活性与ATP合成有关，因此ATP合成减少也会导致H＋外运减少，因此都将有利于PSBS发挥功能，防止强光对植物细胞造成损伤，D正确。 2．(2025·德州一中期末)下图所示生理过程中，PQ、Cytbf、PC是传递电子的蛋白质，CF0、CF1构成ATP合酶。下列说法错误的是(　　) A．PSⅡ、PSⅠ内含易溶于有机溶剂的色素 B．小麦光合作用产生的O2被呼吸作用利用至少需要经过5层生物膜 C．PQ转运H＋的过程需要消耗电子中的能量 D．图中ATP合酶合成的ATP只能为暗反应提供能量 答案：D 解析：PSⅡ、PSⅠ上含有吸收光能的色素，光合色素易溶于有机溶剂，A正确；光反应中水的光解产生的氧气是发生在叶绿体类囊体薄膜内，O2扩散到邻近的线粒体中被利用至少要经过类囊体膜、叶绿体和线粒体各两层膜，共5层膜，B正确；H＋能通过PQ运输回到类囊体腔内，此过程为逆浓度梯度运输，需要消耗电子中的能量，C正确；图中ATP合酶合成的ATP并不只为暗反应提供能量，例如：当处于高光照和高氧低二氧化碳情况下，绿色植物可吸收氧气，消耗ATP、NADPH，分解部分C5并释放CO2，这个过程叫作光呼吸，此时的光呼吸可以消耗光反应阶段生成的多余的ATP和NADPH又可以为暗反应阶段提供原料，D错误。 3．(2024·东北育才学校高三三模)玉米等C4植物对空气中二氧化碳的浓度要求比较低，这主要与玉米的光合作用方式有关。其光合作用特点如图所示，其过程是：在PEP羧化酶的催化下，一个CO2被磷酸烯醇式丙酮酸C3所固定，生成草酰乙酸被NADPH还原成苹果酸，苹果酸通过胞间连丝，从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，在酶的催化作用下，生成丙酮酸和CO2，CO2在Rubisco酶作用下被C5所固定。下列与C4植物有关叙述错误的是(　　) A．与Rubisco酶相比，PEP羧化酶与CO2亲和力更强 B．叶肉细胞中苹果酸浓度受维管束鞘细胞生命活动影响 C．丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸后，空间结构发生了变化 D．高等植物细胞之间的胞间连丝，只参与两细胞间的物质运输 答案：D 解析：分析题意可知，C4植物能利用空气中低浓度的CO2，由此可知，PEP羧化酶与CO2亲和力高于Rubisco酶，A正确；苹果酸通过胞间连丝，从叶肉细胞转移到维管束鞘细胞，在酶的催化作用下，生成丙酮酸和CO2，CO2参与暗反应，因此叶肉细胞中苹果酸浓度变化与维管束鞘细胞中的暗反应过程有关，B正确；丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸后，空间结构发生了变化，结构决定功能，活性也会被改变，C正确；高等植物细胞之间通过胞间连丝连接，除了进行物质运输，还能进行信息交流，D错误。 4．(2024·东北三省三校第二次联考)植物从土壤中吸收的NO必须还原为NH才能被利用，还原过程产生的中间产物亚硝酸盐活性强，对植物有较强的毒害作用。如图是绿叶中的硝酸盐还原过程示意图。据图分析，下列叙述不合理的是(　　) 注：NR：硝酸还原酶　　NiR：亚硝酸还原酶 A．NADPH可用于还原暗反应产生的3－磷酸甘油酸 B．NiR数量和活性小于NR有利于缓解亚硝酸盐毒害作用 C．植物对NO的利用发生在细胞质基质及叶绿体 D．适当提高光照强度可提高NO还原速率 答案：B 解析：光反应产生的NADPH可用于还原暗反应产生的3－磷酸甘油酸，将其转变为磷酸甘油醛，A正确；NiR数量和活性大于NR时，利于将NO氧化为NH缓解亚硝酸盐的毒害作用，B错误；由图可知，NO在细胞质基质中经过NR转化为NO，NO进入叶绿体中，经过NiR转化为NH，即植物对NO的利用发生在细胞质基质及叶绿体，C正确；由图可知，提高光照强度能加快NO转化为NO、NO转化为NH，植物从土壤中吸收的NO必须还原为NH才能被利用，因此适当提高光照强度可提高NO还原速率，D正确。 二、非选择题 5．(2024·东北师大附中五模)水稻为我国重要的粮食作物，为研究外源Ca2＋对盐胁迫下水稻光合作用的影响。研究人员以2个水稻品种(WYJ和IR36)为材料做了相关实验，每个品种设置4个处理组：CK(0 mmol/L NaCl＋0 mmol/L CaCl2)、T1、T2(100 mmol/L NaCl＋5 mmol/L CaCl2)、T3(100 mmol/L NaCl＋10 mmol/L CaCl2)。处理7天后采样测定各项指标，结果如图所示。请回答下列问题： (1)绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在酶的作用下，与________结合，形成的产物可以接受________释放的能量并且被还原。根据上图可知，Ca2＋可以________(填“增大”或“减小”)气孔导度。 (2)根据题干信息可知，T1组的处理为______________________________。分析实验结果，可知Ca2＋对WYJ水稻净光合速率的影响是________________　________________________________________________________。 (3)有同学推测，盐胁迫能够降低IR36水稻叶肉细胞中叶绿素的含量，而Ca2＋能够提高盐胁迫条件下叶片中的叶绿素含量，请你利用题中材料，设计实验确认此同学的推测是否正确，请写出你的实验思路__________________________　______________________________________________。 答案：(1)C5　NADPH、ATP　增大 (2)100 mmol/L NaCl＋0 mmol/L CaCl2　Ca2＋能减缓盐胁迫引起水稻净光合速率的下降(或10 mmol/L CaCl2处理比5 mmol/L CaCl2处理对减缓水稻净光合速率下降的效果更为明显) (3)分别取等量、相同部位的CK、T1、T2(和T3)组IR36水稻叶片，用无水乙醇提取色素，并用纸层析法分离色素，比较各组滤纸条最下方两条色素带的宽度 解析：(1)暗反应过程中，CO2与C5结合形成C3，C3被还原需要光反应的产物ATP和NADPH参与；可见绿叶通过气孔从外界吸收的CO2，在特定酶的作用下，与C5结合，形成的产物可以接受NADPH和ATP释放的能量并且被还原。根据图甲可知，与T1组比较，T2和T3的气孔导度均有所增加，因此Ca2＋可以增大气孔导度。 (2)由题干信息：“CK(0 mmol/L NaCl＋0 mmol/L CaCl2)、T1、T2(100 mmol/L NaCl＋5 mmol/L CaCl2)、T3(100 mmol/L NaCl＋10 mmol/L CaCl2)”可知，其中CK为不做处理的空白对照，T1应该为盐胁迫处理的水稻，根据T2和T3的处理，可知T1的处理为不加CaCl2，仅用100 mmol/L NaCl处理。从图乙可知，与盐胁迫处理的T1相比，T2和T3组WYJ的净光合速率均有所增加，即Ca2＋能减缓盐胁迫引起的水稻净光合速率的下降；且10 mmol/L CaCl2处理比5 mmol/L CaCl2处理对减缓水稻净光合速率下降的效果更为明显。 (3)根据题干“盐胁迫能够降低IR36水稻叶肉细胞中叶绿素的含量，而Ca2＋能够提高盐胁迫条件下叶片中的叶绿素含量”可知，需要设置至少3组实验，即空白对照组、盐胁迫处理组、盐胁迫和Ca2＋处理组，所以可选择CK、T1、T2(和T3)作为实验材料，分别取等量、相同部位的CK、T1、T2(和T3)组IR36水稻叶片，用无水乙醇提取色素，并用纸层析法分离色素，比较各组滤纸条最下方两条色素带的宽度。 6．(2025·山东名校联盟)阳生植物在高密度种植时为了获得足够的光源，会增加营养生长而减少生殖生长，引起一系列的表型变化，被称为避荫反应。红光(R)与远红光(FR)比例变化是引起植物发生避荫反应的重要信号。光合作用效率最大的光是蓝紫光和红光，而远红光几乎不能被植物吸收用于光合作用。给予植物一定比例的红光和远红光(R/FR)处理，可以模拟植物荫影环境(SH)下引发的避荫反应。正常白光处理组为对照组(WL)。科研人员探究了番茄在荫影环境(SH)下的避荫反应特征及可能的内在分子机制。结果及相关数据如图一所示： (1)模拟植物荫影环境应该________(填“升高”或“降低”)R/FR比值，原因是_______________________________________________________________。 (2)荫影环境下番茄所结果实重量下降，根据图一信息推测可能的原因：①________合成量减少，光反应受阻，________生成速率降低，进而影响了暗反应的进行，降低了光合产物的制造量；②__________________________。据此提示：如果农业生产实践中番茄种植密度偏高，提高番茄产量应该采取的措施有：________________________。(答出一条即可) (3)植物感知光信号据此调整生长发育，说明植物具有接受光信号的受体分子，如光敏色素(friop、friself、tri/phyB1、phyB2)、蓝光受体(cry1)等。实验中对番茄不同光受体的突变体进行了表型检测，如图二所示。由实验结果推知：主要吸收红光和远红光并感受其变化，在调控荫影下番茄的节间伸长方面发挥主要作用的受体分子是____________，原因是____________________________________　____________________________________。光敏色素在促进节间长度增加的原因是_______________________________________________________________。 答案：(1)降低　光合作用的有效光是蓝紫光和红光，而远红光几乎不能被植物吸收利用，避荫反应表现为植物为了获得更多的光源而增加营养生长的现象，据此推测，在遮荫环境中远红光的比例会增加　(2)叶绿素　ATP和NADPH　遮阴环境下，幼苗节间长度增加，营养生长旺盛，因而更多的有机物用于营养生长，因而生殖生长减弱，表现为番茄果实重量下降　适当补充红光或喷施适当的生长调节剂，减弱营养生长，促进生殖生长　(3)tri/phyB1　因为tri/phyB1突变体与对照比变短了，其他突变体都比对照长　光敏色素作为信号分子，其接受红光和远红光的信息后，其空间结构发生改变，进而将信息传递到细胞核内调控细胞核内相关基因的表达 解析：(1)题意显示，光合作用效率最大的光是蓝紫光和红光，而远红光几乎不能被植物吸收利用，避荫反应表现为植物为了获得更多的光源而增加营养生长的现象，据此推测，在遮荫环境中远红光的比例会增加，因此，光合作用模拟植物荫影环境应该降低R/FR的比值。 (2)图一信息显示①遮荫环境下叶绿素合成量减少，即叶绿素含量下降，光反应受阻，ATP和NADPH的生成速率降低，进而影响了暗反应的进行，降低了光合速率，光合产物的制造量下降；②遮荫环境下，幼苗节间长度增加，营养生长旺盛，因而更多的有机物用于营养生长，因而生殖生长减弱，表现为番茄果实重量下降。据此可推测，如果农业生产实践中番茄种植密度偏高，提高番茄产量应该采取的措施有适当补充红光，同时可以喷施适当的生长调节剂，减弱营养生长，促进生殖生长。 (3)植物感知光信号据此调整生长发育，说明植物具有接受光信号的受体分子，如光敏色素(friop、friself、tri/phyB1、phyB2)、蓝光受体(cry1)等。实验中对番茄不同光受体的突变体进行了表型检测，如图二所示，由实验结果推知：主要吸收红光和远红光并感受其变化，在调控荫影下番茄的节间伸长方面发挥主要作用的受体分子是tri/phyB1，因为tri/phyB1突变体与对照比变短了，其他突变体都比对照长。光敏色素作为信号分子，其接受红光和远红光的信息后，其空间结构发生改变，进而将信息传递到细胞核内调控细胞核内相关基因的表达，进而促进节间长度增加。 学科网（北京）股份有限公司 $