2027届高三生物一轮复习课件 第11讲　光合作用的色素和原理

该高中生物学高考复习课件聚焦“光合作用的色素和原理”核心考点，依据高考评价体系梳理了色素提取分离实验、吸收光谱、叶绿体结构及光反应暗反应机制等考查要求，通过近五年真题分析明确色素分离方法（占比30%）、光暗反应联系（占比40%）等高频考点，归纳实验探究、物质能量转化等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题精讲+素养渗透+技巧提炼”，如以2025山东卷“绿叶中色素的提取和分离”实验题为例，运用科学思维解析“干燥”操作的易错点，通过构建光反应电子传递链模型培养探究实践能力，帮助学生掌握实验题答题模板，教师可据此精准突破考点，提升复习效率。

第11讲　光合作用的色素和原理 考点1　捕获光能的色素 三个高考关键点 关键点1 色素分离方法及结果 1.(2025山东卷)“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是(　　) A.应使用干燥的定性滤纸 B.绿叶需烘干后再提取色素 C.重复画线前需等待滤液细线干燥 D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代[命题点❶] B 解析:使用干燥定性滤纸,可防止水分干扰色素分离,A项正确。绿叶烘干会破坏色素(叶绿素易分解),应选新鲜绿叶提取,B项错误。重复画线前滤液细线干燥,能让色素量叠加,使细线更清晰,C项正确。95%乙醇加无水碳酸钠除水后,可替代无水乙醇提取色素,D项正确。 2.(高考题组编)下列关于“绿叶中色素的提取和分离”实验的相关叙述正确的是(　　) A.(2024贵州卷)分离提取液中的光合色素可采用纸层析法 B.(2024广东卷)研磨时用水补充损失的提取液 C.(2023全国乙卷)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 D.(2023江苏卷)用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏[命题点❷] A 解析:分离提取液中的光合色素可采用纸层析法,A项正确;光合色素不溶于水,补充提取液应用无水乙醇,B项错误;光合色素在层析液中的溶解度越高,在滤纸上扩散得越快,C项错误;提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,D项错误。 关键点2 色素吸收光谱范围及意义 3.(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 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项正确;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项正确;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项正确;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项错误。 4.(2023海南卷改编)在进行光合作用时,火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是叶绿素a和__________;用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中,以滤液细线为基准,按照自下而上的次序,该光合色素的色素带位于第__________条。  5.(必修1第99页旁栏思考)温室或大棚种植蔬菜时,不选用绿色光源的原因是______________________________;最好选用__________的玻璃或塑料薄膜,因为它可以使各种颜色的光通过;补充光源可选择_______________,因为_________________________________________________________。 [命题点❸] 叶绿素b 一 光合色素几乎不吸收绿光 无色透明 红光或蓝紫光 这种颜色的光植物光合作用吸收利用较多,更有利于植物进行光合作用 关键点3 叶绿体结构适于光合作用 6.(必修1第100页思考·讨论)分析恩格尔曼实验设计存在的巧妙之处。 (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__________的部位。  (2)排除干扰的方法妙:没有空气的黑暗环境,排除了_________________。 (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______________________________,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__________引起的。[命题点❹] 释放氧气多 空气中氧气和光的干扰 获得光照多和光照少的部位 光照 叶绿体中的色素及吸收光谱 (1)分布:叶绿体的类囊体薄膜上。 (2)作用:吸收、传递、转化光能。 (3)吸收光谱:一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。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,对其他波段的光并非不吸收,只是吸收量较少。[❸] 都对绿光吸收极少 命题角度一　提取和分离叶绿体色素实验的科学探究 1.(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 C 解析:选择新鲜程度不同的叶片分开研磨,A项错误;提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水,故不能用水补充损失的提取液,B项错误;两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析,C项正确;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项错误。 2.(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 D 解析:因为类胡萝卜素和叶绿素都可吸收蓝紫光,而叶绿素又可吸收红光,因此测定叶绿素的含量时可使用红光波段,D项错误。 命题角度二　叶绿体的结构与光合作用相适应 3.(2025河南开封期末)叶绿体结构模式图如图甲所示,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列叙述正确的是(　　) A.图甲中生物膜面积的增大主要依靠内膜向内腔折叠成嵴 B.图乙来自甲中的③,上面只有色素分子而没有酶分子 C.④中CO2固定过程要消耗③上产生的ATP中的化学能 D.恩格尔曼实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 甲 乙 D 解析:图甲表示叶绿体结构模式图,叶绿体中类囊体堆叠形成基粒,增大了膜面积,A项错误;图乙中含有光合色素,来自图甲中的③(基粒),上面除了色素分子外,也有与光合作用有关的酶,B项错误;图甲中,④为叶绿体基质,光合作用过程中CO2的固定在叶绿体基质中完成,该过程不需要消耗ATP中的能量,C项错误;恩格尔曼利用需氧细菌和水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧,D项正确。 答题要语 叶绿体的精细结构与高效的光合作用过程高度适配 1.类囊体堆叠形成基粒——极大地增加了膜面积,从而增加了光合色素的分布位点与光反应的效率。 2.电子传递链——类囊体膜上存在光系统Ⅱ、细胞色素复合物、光系统Ⅰ 等蛋白复合体,能完成电子传递、水的光解、NADPH的生成和H+的跨膜运输,从而建立质子梯度用于ATP合成。 3.叶绿体基质——含有催化暗反应的多种酶,如Rubisco(催化CO2的固定),以及自身的DNA、RNA和核糖体,体现了一定的自主性。 考点2　光合作用的原理 四个高考关键点 关键点1 经典实验及科学方法 1.(2025福建福州模拟)植物学家希尔发现,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。根据光合作用原理推测,加入的铁盐类似于叶绿体中的(　　)[命题点❶] A.NADP+ B.ATP C.H+ D.CO2 A 解析: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、产生氧气的反应,铁盐或其他氧化剂相当于光合作用反应阶段中的NADP+,A项正确;ATP是光合作用光反应阶段的产物,B项错误;H+是光合作用光反应阶段,水分子光解的产物,C项错误;CO2是光合作用暗反应阶段的反应物,D项错误。 2.(必修1第100页正文)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_____________。 [命题点❷] 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 关键点2 光反应过程核心机制(类囊体膜上光能→e-→ATP/NADPH) 3.(高考题组编)下列关于光合作用原理的相关叙述错误的是(　　) A.(2025河北卷)水的光解不消耗ATP B.(2024江西卷)光合作用中,水的光解发生在类囊体薄膜上[命题点❸] C.(2024贵州卷)幼苗中的水可参与形成NADPH,也可参与形成NADH D.植物细胞产生的O2只能来自光合作用 D 解析:光合作用通过H2O的光解可以产生O2,另外,植物细胞中具有过氧化氢酶,可以催化H2O2水解为H2O和O2,D项错误。 4.(2025山东卷节选)生成NADPH所需的电子源自__________。[命题点❹] 5.不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反应阶段的产物是相同的,光反应阶段的产物是______________________(答出3点即可)。[命题点❺] 水的光解 O2、NADPH和ATP 6.(2026安徽合肥模拟改编)光是光合作用的必要条件,在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(如图所示)。请分析回答下列问题。 注:→线性电子传递, →环式电子传递。 (1)由图可知,光反应中产生ATP的直接能量来源是________________。  (2)ATP合酶的作用是______________________________,增加膜两侧的H+浓度差的生理过程有_____________________________________________ _____________________________________________(答出2点即可)。  (3)物质X通过与质体醌(PQ)竞争PSⅡ上的结合位点而阻碍电子传递,导致____________________(填物质名称)生成量减少,进而影响暗反应中__________。  (4)除草剂二溴百里香醌是PQ的类似物,可接受来自PSⅡ反应中心的电子,且能够与细胞色素b6f特异性结合,阻止电子传递到细胞色素b6f;从而会影响__________的形成,导致光反应中__________的合成受阻。  H+的电化学梯度 催化ATP的合成、协助H+跨膜运输 水的光解产生H+、PQ将H+从叶绿体基质侧运输到类囊体腔侧、合成NADPH消耗叶绿体基质侧的H+ ATP和NADPH C3的还原 质子梯度 ATP 解析:(1)结合题意及题图可知,在光反应过程中,水在光下分解产生O2、e-和H+,e-在电子传递链中传递,同时伴随着H+从叶绿体基质向类囊体薄膜内转运,从而形成了类囊体薄膜内外的H+电化学梯度,H+顺浓度梯度通过ATP合酶时,促使ADP和Pi合成ATP,因此,H+电化学梯度是产生ATP的直接能量来源。 (2)由题图可知,ATP合酶的作用是催化ATP的合成,并协助H+跨膜运输,即兼有运输和催化功能;水的光解产生的H+使类囊体腔侧的H+浓度增加,另外,PQ可将H+从叶绿体基质侧运输到类囊体腔侧,合成NADPH也需要消耗叶绿体基质侧的H+,它们都可增加膜两侧的H+浓度差。 (3)已知物质X通过与PQ竞争PS Ⅱ上的结合位点而阻碍电子传递,电子传递受阻会使光反应中ATP和NADPH生成量减少,而暗反应中C3的还原需要ATP和NADPH,因此会影响C3的还原。 (4)由题图可知,电子传递到细胞色素b6f有助于质子梯度的形成,质子梯度驱动ATP的合成;除草剂二溴百里香醌阻止电子传递到细胞色素b6f,影响质子梯度的形成,进而使ATP的合成受阻。 关键点3 暗反应碳同化路径[CO2+C5→2C3→(CH2O)+C5再生] 7.(2024安徽卷节选)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_________________________________。[命题点❻] ATP和NADPH 核酮糖-1,5-二磷酸(C5)和糖类 8.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。[命题点❼] 三碳化合物 叶绿体基质 关键点4 光反应与暗反应的联系及物质与能量转换(ATP/NADPH驱动C3还原) 9.(必修1第103页相关信息)水分解为氧和H+的同时,被叶绿体夺去两个电子。电子经传递,可用于NADP+与H+结合形成NADPH。NADPH的作用:①作为____________________;②储存部分能量供__________阶段利用。 [命题点❽] 暗反应的还原剂 暗反应 10.(必修1第103页图5-14)(1)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__________________。[命题点❾] (2)CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行,原因是__________。  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,但叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间;过了这段时间后,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 回归教材·考教衔接 一、探索光合作用的部分实验 科学家 发现 — 发现甲醛对植物有毒害作用,甲醛不能通过光合作用转化成糖 希尔 发现希尔反应,即离体叶绿体在适当条件下发生水的光解、产生氧气的化学反应[❶] 鲁宾和 卡门 用同位素示踪的方法,研究了光合作用中氧气来源于H2O: O+CO2→植物→18O2 H2O+C18O2→植物→O2 阿尔农 发现在光照下,叶绿体可合成ATP。1957年,他发现该过程总是与水的光解相伴随 卡尔文 用同位素示踪[❷]的方法,探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径 加入铁盐等氧化剂,作用类似于NADP+ 对比实验 可以追踪特定原子或分子在生物体内的去向、分布、转化和代谢过程。能够研究生命活动的动态过程,如物质合成、分解、运输、转化等 二、光合作用的原理 1.光合作用的概念: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.光合作用的反应式:CO2+H2O (CH2O)+O2　 提醒: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。 比较光反应与暗反应 项目 光反应[❺] 暗反应 条件 光合色素、光、酶、水、ADP、NADP+、Pi,必须有光 多种酶、ATP、NADPH、CO2、C5,不直接依赖光 场所 在叶绿体内的类囊体薄膜[❸]上进行 在叶绿体基质中进行 C3植物和C4植物光反应相同 属于生物膜系统的一部分 CO2不能直接被还原 项目 光反应[❺] 暗反应 能量 转化 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 关系 光反应为暗反应提供ATP和NADPH,暗反应为光反应提供NADP+、Pi和ADP[❾] 4.比较光合作用与化能合成作用 项目 光合作用 化能合成作用 原料 CO2和H2O等无机物 产物 糖类等有机物 能量来源 光能 某些无机物氧化时释放的能量 代表生物 光能自养生物,如绿色植物、蓝细菌等 化能自养生物,如硝化细菌、硫细菌等 命题角度一　能量转化链与物质追踪路径 1.(2025黑吉辽蒙卷)黑暗条件下,叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如下。其他条件均适宜,下列叙述正确的是(　　) A.ATP、ADP和Pi通过NTT时,无需与NTT结合 B.NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输 C.图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生 D.光照充足,NTT运出ADP的数量会减少甚至停止 D 解析:载体蛋白运输物质时,需与被运输物质结合,A项错误。NTT顺浓度梯度运输物质,运输方式属于协助扩散,B项错误。黑暗条件下,叶绿体不能进行光反应产生ATP,进入叶绿体基质的ATP主要由线粒体产生,细胞质基质是有氧呼吸第一阶段的场所,也可提供少量ATP,C项错误。光照充足时,叶绿体光反应产生ATP,叶绿体基质内ATP增多、ADP减少,NTT顺浓度梯度运出ADP的数量会减少甚至停止,D项正确。 2.(2025广东广州模拟)光反应中,叶绿素吸收的光能会被转化成电子进行传递。电子从光系统Ⅱ(PSⅡ)转移到光系统Ⅰ(PSⅠ),最终生成NADPH。除此之外,PSⅡ还负责光合生物中水的光依赖性氧化,同时释放氧气和质子(H+),质子可以推动ATP合成,过程如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.PSⅡ具有吸收利用光能,并进行电子传递的作用 B.破坏PSⅡ会影响光反应中氧气的释放和ATP的合成 C.若降低B侧的H+浓度,则有利于光反应过程中产生ATP D.通过光合电子传递链,光能可转化到NADPH和ATP中 C 解析:类囊体薄膜上的PS Ⅱ具有吸收利用光能,并进行电子传递的作用,A项正确;PS Ⅱ负责光合作用过程中水的光解,同时释放氧气和质子(H+),质子可以推动ATP合成,因此破坏PS Ⅱ会影响该过程中氧气的释放和ATP的合成,B项正确;降低B侧的H+浓度会减小类囊体膜两侧H+浓度差,不利于H+顺浓度运输到膜外,不利于ATP的合成,C项错误;叶绿素接受光的照射后被激发,在PS Ⅱ发生H2O的光解,释放势能高的e-,e-的最终供体是H2O,通过光合电子传递链,光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能,D项正确。 命题角度二　光合作用原理的综合应用与模型分析 3.(不定项)(2025河北石家庄调研)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。对于改变反应条件而引起的变化,下列说法正确的是(　　) A.突然中断CO2供应,会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大 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 AB 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项正确;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项错误;突然将绿光改变为红光后,光能利用率提高,ATP和NADPH含量增加,叶绿体基质中ATP/ADP的值暂时增大,D项错误。 4.(2025广西北海模拟)研究人员取生长状态相同的绿色植物为材料,在相同的条件下分别给予A、B、C组t秒的光照—黑暗交替频率处理,且A、B、C组交替频率依次加大,给予D组连续光照t秒,检测到单位光照时间内D组光合作用产物总量略小于A组的两倍,具体处理过程如图所示。 下列叙述正确的是(　　) A.A~C组单位光照时间内光合作用产物的相对含量由大到小依次为C、B、A B.植物无法在黑暗条件下利用ATP和NADPH继续进行碳反应过程合成有机物 C.若将条件“光照—黑暗”交替改为“红光—红外光”交替处理,则可以得到相同的结果 D.该实验说明,在白天给予植物一定频率的遮光处理,更有利于农作物的增产 A 解析:D组光合作用产物总量略小于A组的两倍,说明增大光照—黑暗的交替频率,光合速率可以提高,故A~C组单位光照时间内光合作用产物的相对含量由大到小依次为C、B、A,A项正确。单位光照时间内光合作用产物的相对含量的大小,可能与在短暂黑暗期间,植物还能利用光照时期光反应残留的少量ATP和NADPH继续进行碳反应过程合成有机物有关,B项错误。若将条件“光照—黑暗”交替改为“红光—红外光”交替处理,因普通白光中红光和蓝紫光能被光合色素吸收,红外光不能被吸收进行光合作用,所以条件改变后,光合色素捕获的光能情况不同,有机物的积累不同,C项错误。实验说明增大光照—黑暗的交替频率,光合速率可以提高,但白天遮光会缩短农作物的光照时间,同样不利于增产,D项错误。 能力要语 光反应电子传递链 1.光能捕获与电子激发——光系统Ⅱ的反应中心色素吸收光能,激发并释放出一个高能电子。 2.水的光解与电子补充——光系统Ⅱ的反应中心色素具有强氧化性,从水分子中夺取电子,促使水发生光解。 3.电子传递与H+跨膜运输——被激发的电子沿着电子传递链向下传递。此过程释放的能量用于将基质中的H+泵入类囊体腔,建立跨膜的H+浓度梯度。 4.光系统Ⅰ接力与NADPH生成——电子传递至光系统Ⅰ。PSⅠ的反应中心色素再次吸收光能,将电子激发至更高能级,用于还原NADP+生成NADPH。 能力思维链 1.能量转化链: 光能捕获→光系统Ⅱ(水光解→O2+H++e-)→传递e-驱动H+跨膜梯度→ATP合成 2.物质转化链: 光能捕获→光系统Ⅰ(NADP++H++2e-→NADPH)→暗反应(CO2+C5→2C3→ATP/NADPH供能还原→有机物+C5再生) 破题路径 1.环境突然改变时光合作用各物质含量的变化 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: (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。 一、能量转化本质 1.(不定项)(跨模块融通)(2025山东卷)在低氧条件下,某单细胞藻的叶绿体基质中的蛋白F可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2。为研究藻释放H2的培养条件,将大肠杆菌和藻按一定比例混合均匀后分成两等份,一份形成松散菌—藻体,另一份形成致密菌—藻体,在CO2充足的封闭体系中分别培养并测定体系中的气体含量,两种菌—藻体培养体系中的O2含量变化相同,结果如图所示。培养过程中,任意时刻两体系之间的光反应速率无差异。 下列说法错误的是(　　) A.菌—藻体不能同时产生O2和H2 B.菌—藻体的致密程度可影响H2生成量 C.H2的产生场所是该藻叶绿体的类囊体薄膜 D.培养至72 h,致密菌—藻体暗反应产生的有机物多于松散菌—藻体 ACD 解析:单细胞藻在叶绿体类囊体膜上进行光反应可以产生NADPH、O2和ATP,在叶绿体基质中的蛋白F可利用H+和光合作用产生的NADPH生成H2,两个过程既有联系又相对独立,因此菌—藻体能同时产生O2和H2,A、C两项错误。由题图可知,松散菌—藻体和致密菌—藻体在相同时间产生的H2含量相对值不同,说明菌—藻体的致密程度可影响H2生成量,B项正确。任意时刻两体系之间的光反应速率无差异,说明光反应产生的NADPH相同,致密菌—藻体产生的H2多,说明消耗的NADPH多,则用于暗反应的NADPH减少,因此培养至72 h,致密菌—藻体暗反应产生的有机物少于松散菌—藻体,D项错误。 二、前沿技术融合——仿生能源 2.(跨学科融通)(2025江苏卷)科研人员从植物叶绿体中分离类囊体,构建含类囊体的人工细胞,并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题。 (1)细胞破碎后,在适宜温度下用低渗溶液处理,涨破__________膜,获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体,为保持其活性,需加入__________溶液重新悬浮,并保存备用。  (2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的__________溶液中,混匀后,测定出叶绿素浓度为3 μg/mL,则类囊体的浓度为__________μg/mL。  叶绿体 缓冲 无水乙醇 600 (3)为检测类囊体活性,实验前需对类囊体进行多次洗涤,目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响,这些产物主要有______________________________。  (4)已知荧光素PY的强弱与pH大小呈正相关。图示具有光反应活性的人工细胞,在适宜光照下,荧光强度_________ (填“变强”“不变”或“变弱”),说明类囊体膜具有的功能有_____________。  H+、NADPH、ATP 变强 转运H+ (5)在光反应研究的基础上,利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究,理论上还需要的物质有____________________________。  C5、CO2、暗反应相关酶 解析:(1)叶绿体具有双层膜、叶绿体基质以及类囊体(基粒)等结构,因此欲获得类囊体悬液,需在低渗溶液中涨破叶绿体膜。为保持其活性,需加入缓冲溶液重新悬浮。 (2)测定叶绿素含量时,应将叶绿素进行溶解提取,进一步测定。因叶绿素不溶于水,能溶于无水乙醇等有机溶剂,故应将类囊体悬液溶于无水乙醇中。由于1 mL=1 000 μL,所以5 μL的类囊体悬液中含有叶绿素3 μg/mL×1 mL=3(μg),类囊体悬液中叶绿素浓度为3 μg÷5 μL=0.6(μg/μL)=600(μg/mL)。 (3)光反应发生在类囊体膜上,可发生水的光解、ATP合成等生理过程,产生H+、释放氧气、合成NADPH和ATP。 (4)在适宜光照下,类囊体膜上的光合色素吸收光能以后,产生高能电子,驱动类囊体膜上的质子泵将人工细胞细胞质中的H+运进类囊体腔,同时利用人工细胞细胞质中的H+合成NADPH,使人工细胞细胞质的pH增大,荧光强度变强,可说明类囊体膜具有转运H+的功能。 (5)暗反应过程发生CO2的固定和C3的还原等生化反应,光反应可提供ATP、NADPH,还需要CO2、C5以及暗反应相关酶等物质。 项目 光反应[❺] 暗反应 物质 转化 ①水的光解:2H2O4H++O2+4e- ②ATP的合成: ADP+Pi+能量ATP ③NADPH的合成: NADP++H++2e-NADPH ①CO2的固定:CO2+C52C3 ②C3的还原: 2C3C5+(CH2O)　 注:NADPH为C3还原提供还原剂和能量。[❽] $