【备考2024】生物高考一轮复习学案：第9讲 光合作用与能量转化(Ⅰ)(含答案）

【备考2024】生物高考一轮复习
第9讲　光合作用与能量转化(Ⅰ)
[课标要求] 说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能实验：提取和分离叶绿体色素
[核心素养](教师用书独具) 1.比较光合作用过程中光反应与暗反应之间的关系以及物质和能量的转化，形成结构与功能相适应、物质与能量相互依存的观点。(生命观念)2．构建ATP、NADPH、C3、C5等物质变化与光合作用的相关曲线模型，培养识图、建模及逻辑思维能力。(科学思维)3．结合分析教材经典实验，掌握实验的基本原则，并通过实验结果得出相应实验结论。(科学探究)4．利用光合作用的原理指导农业生产。(社会责任)
考点1　捕获光能的色素和结构
1．叶绿体中色素的种类和颜色
色素的种类 色素的颜色
叶绿素 叶绿素a 蓝绿色
叶绿素b 黄绿色
类胡萝卜素 叶黄素 黄色
胡萝卜素 橙黄色
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：(1)色素的功能：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)色素吸收光的范围：可见光的波长范围大约是400～760 nm，一般叶绿体中的色素只吸收可见光，对红外光和紫外光不吸收。
3．叶绿体的结构与功能
(1)结构
(2)功能：进行光合作用的场所。
4．恩格尔曼实验方法的巧妙之处
(1)巧选实验材料：选择水绵和好氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用好氧细菌可以确定释放氧气的部位。
(2)妙法排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
(3)巧妙设计对照实验：用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对照实验；临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
1．叶绿素a和b主要吸收红光和蓝紫光。 (√)
2．液泡中色素吸收的光能用于光合作用。 (×)
提示：叶绿体中色素吸收的光能用于光合作用。
3．叶片黄化，叶绿体对红光的吸收增多。 (×)
提示：叶片黄化，说明叶绿体中的叶绿素减少，所以吸收红光减少。
4．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 (×)
提示：基质中有酶分布，但没有色素。
5．没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。 (×)
提示：蓝细菌细胞没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用。
生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？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？(必修1　P97“问题探讨”)
提示：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。
1．高等植物的叶片一般呈现绿色，原因是__________________________
_______________________________________________________________。
提示：叶绿体中的色素几乎不吸收绿光，绿光被反射出来
2．入秋后，叶片逐渐变黄，原因是_________________________________
_______________________________________________________________。
提示：入秋后，气温逐渐降低，低温可导致叶绿素被破坏，而类胡萝卜素比较稳定，叶片中叶绿素含量减少，类胡萝卜素相对含量增加
1．影响叶绿素合成的三大因素
2．光合色素的分布与功能
(1)色素的分布位置：色素不只分布于叶绿体中，液泡中也含有色素如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
(2)色素的功能特点：叶绿素和类胡萝卜素均有主要的吸收光波段，对其他波段的可见光并非不吸收，只是吸收量较少。
1．现有载有水绵和好氧型细菌的临时装片、红光源和绿光源，请设计实验验证植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率，简要写出实验方案和预期实验结果与结论。
提示：将临时装片置于没有空气的黑暗环境中，分别用同等强度的红光束和绿光束照射水绵。好氧型细菌更多聚集在红光束照射的部位，证明植物光合作用对红光的利用率大于对绿光的利用率。
2．研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。
实验思路：
预期结果：
提示：将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带。
甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带。
考查光合色素的种类和作用
1．植物光合作用的作用光谱是通过测量光合作用对不同波长光的反应(如O2的释放)来绘制的。下列叙述错误的是 (　　)
A．类胡萝卜素在红光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成
B．叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
C．光合作用的作用光谱也可用CO2的吸收速率随光波长的变化来表示
D．叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的
A　[类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，不吸收红光，所以在蓝紫光区吸收的光能可用于光反应中ATP的合成；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，其吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制；CO2的吸收速率和O2的释放速率随光波长的变化均可表示光合作用的作用光谱；根据叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱可知，叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由叶绿素参与光合作用引起的。]
2．(2021·潍坊检测)如图表示叶绿素和类胡萝卜素的吸收光谱。下面说法正确的是(　　)
A．土壤中缺乏镁时，植物新叶对420 nm～470 nm波长的光的利用量比老叶更少
B．用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在层析液中溶解度的大小
C．叶绿素和类胡萝卜素吸收的不同波长的光都可以用于光合作用，且在转化光能过程中会引起叶绿体基质pH发生变化
D．用不同波长的光照射植物叶片，得到的光合作用产物完全相同
C　[土壤中缺乏镁时，由于镁是可以重复利用的元素，因此缺镁症状首先表现在老叶上，因此老叶对420 nm～470 nm波长的光(蓝紫光)的利用量比新叶更少，A错误；用纸层析法分离色素后得到的色素带的宽度，反映了色素在绿叶中的含量，B错误；叶绿素和类胡萝卜素吸收的不同波长的光都可以用于光合作用的光反应过程，光反应过程中水光解产生氧气和氢，进而导致叶绿体基质中pH的变化，即在转化光能过程中会引起叶绿体基质pH发生变化，C正确；用不同波长的光照射植物叶片，得到的光合作用产物不完全相同，蓝紫光照射下，植物合成的有机物以蛋白质为主，红光照射下，植物合成的有机物主要以糖类为主，D错误。]
考查叶绿体的结构和功能
3．(不定项)右图是在电子显微镜下观察到的高等植物叶绿体结构模式图，下列有关叙述正确的是(　　)
A．①和②均为选择透过性膜
B．③上分布着与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最多
C．③上所含色素均含Mg2＋，故缺Mg2＋时这些色素都无法合成
D．在③上形成的产物NADPH和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量
AD　[①和②分别为叶绿体的外膜和内膜，膜结构均具有选择透过性；③为类囊体，其上分布着与光反应有关的色素和酶，这些色素对绿光吸收最少，所以叶片一般为绿色；叶绿素中含Mg2＋，胡萝卜素、叶黄素中不含Mg2＋；在类囊体上形成的产物NADPH和ATP进入④中为暗反应提供物质和能量。]
考点2　(探究·实践)绿叶中色素的提取和分离
1．实验原理
2．实验步骤
3．实验结果
绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
(1)收集到的滤液绿色过浅的原因分析
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分。
②使用放置数天的绿叶，滤液色素(叶绿素)太少。
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇提取色素)。
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏。
(2)滤纸条色素带重叠：没经干燥处理，滤液细线不能达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致造成的。
(3)滤纸条看不到色素带：①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中。
(4)滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素色素带：忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏或所用叶片为“黄叶”。
1．(2020·江苏高考)采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验，下列叙述错误的是(　　)
A．提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B．研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C．研磨时添加二氧化硅有助于色素提取
D．画滤液细线时应尽量减少样液扩散
B　[叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素，A正确；研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏，B错误；加入二氧化硅是为了使研磨更充分，从而使叶绿体中的色素释放出来，C正确；画滤液细线时应尽量减少样液扩散，防止色素带之间部分重叠，D正确。]
2．(2021·武汉模拟)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，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列叙述正确的是(　　)
A．强光下的幼苗相比正常光照下的绿色更深
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的大小是Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ
D．如果滤液细线触及石油醚，会缩短分离得到四条色素带的时间
B　[由图可知，强光照时叶绿素含量下降，类胡萝卜素含量上升，因此正常光照下的绿色更深，A错误；强光照的作用可能是抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，B正确；四种色素中溶解度大的，在滤纸上扩散速度快，因此四种色素在层析液中溶解度的大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，C错误；如果滤液细线触及石油醚，四种色素会溶解于层析液中，得不到四条色素带，D错误。]
考点3　光合作用的原理
一、探究光合作用的部分经典实验
科学家 关键设计或现象 实验结论(观点)
恩格尔曼 氧气是叶绿体释放出来的，叶绿体是光合作用的场所，光合作用需要光照
希尔 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 水在叶绿体中光解、产生氧气
鲁宾和卡门 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(HO、CO2—释放18O2,H2O、C18O2—释放O2)) 光合作用释放的氧气全部来自水
阿尔农 在光照下，叶绿体合成ATP总是与水的光解相伴随 叶绿体中水的光解过程伴随ATP合成
卡尔文 用14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用，追踪检测其放射性：14CO2→14C3→(14CH2O)和14C5 光合产物中的碳来自二氧化碳
二、光合作用的概念和反应式
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．光合作用的化学反应式
CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
三、光合作用的过程
1．图解光合作用的过程
2．比较光反应与暗反应阶段
光反应 暗反应
场所 类囊体薄膜 叶绿体基质
条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋ 酶、CO2、ATP、NADPH、C5等
物质变化 ①水的光解：2H2OO2＋4H＋＋4e－②ATP的合成：ADP＋Pi＋能量ATP③还原型辅酶Ⅱ的形成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ①CO2的固定：CO2＋C52C3②C3的还原：2C3(CH2O)＋C5
能量变化 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
四、光合作用的意义
1．光合作用产生的有机物除供自身利用外，还为所有异养生物提供食物。
2．光能通过驱动光合作用而驱动生命世界的运转。
1．没有叶绿体的细胞无法进行光合作用。 (×)
提示：蓝细菌无叶绿体，能进行光合作用。
2．植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。 (×)
提示：没有光反应提供的NADPH和ATP，暗反应不能进行。
3．只提供光照，不提供CO2，植物可独立进行光反应。 (×)
提示：在暗反应不能进行时，因缺少ADP、Pi和NADP＋，光反应也要停止。
4．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。 (×)
提示：ATP在类囊体薄膜上产生，移动方向是从类囊体薄膜到叶绿体基质。
5．光合作用过程中产生的ATP可以为细胞内的各项生命活动提供能量。 (×)
提示：光合作用过程中产生的ATP只用于暗反应。
6．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O) (×)
提示：转移途径为：
1．光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖是如何运输到植物体的各处的？(必修1　P104“相关信息”)
提示：通过韧皮部的筛管。
2．光合作用和化能合成作用的比较(必修1　P106“小字部分”)
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 ________ ____________________
代表生物 绿色植物 ____________________
相同点 都能将________等无机物合成有机物
提示：光能　无机物氧化释放的能量　硝化细菌　CO2和H2O
1．光反应和暗反应在物质变化和能量变化方面的联系是______________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
______________________________________________________________。
提示：物质联系：光反应为暗反应提供ATP和NADPH，而暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋；能量联系：光反应为暗反应提供了活跃的化学能，暗反应将活跃的化学能转化为有机物中稳定的化学能
2．研究小组将生长状况相似的菠菜幼苗均分为A、B两组进行实验探究，A组培养在完全培养液中，B组培养在缺Mg2＋的完全培养液中，其他条件相同且适宜。培养一段时间后，检测并比较两组菠菜幼苗的干物质的量，B组明显少于A组，原因是____________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示：Mg2＋是合成叶绿素的原料，缺少Mg2＋不利于叶绿素的合成，光反应产生的NADPH和ATP不足，C3的还原减少，形成的(CH2O)减少
1．光合作用的过程
(1)光合作用过程中光反应和暗反应的联系
①光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。
②没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
(2)光合作用中C、H、O的转移途径：
①H：3H2ONADP3H(C3H2O)。
②C：14CO214C3(14CH2O)。
③O：HO18O2；
C18O2C3(CHO)。
2．环境改变时光合作用各物质含量的变化
(1)“过程法”
(2)“模型法”
图1　　　　　　　　　　图2
图3　　　　　　　　　图4
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
(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。
1．某同学以菠菜的绿叶为材料，制备了完整叶绿体悬浮液，并均分为两组，进行如下实验：
组别 加入物质 条件 实验现象
A组 DCPIP溶液 适宜温度和光照等条件 产生气泡，DCPIP溶液变为无色
B组 适量磷酸、 NaHCO3 (CH2O)/C3的值增高
(注：DCPIP氧化态为蓝紫色，被还原后为无色。)
(1)A组气泡中成分是什么？DCPIP溶液由蓝紫色变无色的原因是什么？
(2)B组(CH2O)/C3的值增高原因是什么？
提示：(1)O2。光反应阶段产生的H＋使DCPIP还原。
(2)磷酸有利于光反应阶段中ATP的形成，进而促进暗反应中C3的还原形成(CH2O)。
2．为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、B、C、D四组实验。每组处理的总时间均为135 s，光照与黑暗处理情况见如图所示(A、B、C三组光照与黑暗处理时间相同)。结果是A组光合作用产物的相对含量为50%；B组光合作用产物的相对含量为70%；C组光合作用产物的相对含量为94%；D组光合作用产物的相对含量为100%。
(1)各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件适宜且相同，这样处理的目的是什么？
(2)可以判断，单位光照时间内，B组和C组植物合成有机物的量都高于D组植物合成有机物的量，判断依据是什么？如何解释这一实验结果？
提示：(1)排除无关变量对实验结果的干扰(或保证自变量的唯一性)。
(2)B组和C组只用了D组一半的光照时间，其光合作用产物的相对含量却是D组的70%和94%。因为随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
考查光合作用探究历程的相关实验
1．(2021·怀化期末)为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，有关分析正确的是(　　)
A．黑暗的目的是与光照作对照
B．pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境
C．ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D．类囊体膜两侧的pH差是叶绿体形成ATP的动力
D　[本题考查叶绿体中合成ATP的机制。黑暗处理的目的是避免光照对 ATP 的合成产生干扰，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体类囊体内部的环境，B错误；ADP与 Pi在类囊体薄膜上形成ATP，ATP形成后进入叶绿体基质，C错误；分析实验结果可知，转移类囊体至pH＝8缓冲溶液中立即加入ADP和Pi有ATP产生，而平衡之后加入ADP和Pi无ATP产生，说明叶绿体中 ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的pH差，D正确。]
2．(2021·潍坊质检)在光合作用研究过程中，陆续发现以下事实：
事实1：在人们对光合作用的认识达到一定程度时，以反应式6CO2＋6H2O→C6H12O6＋6O2表示光合作用。
事实2：1937年，植物生理学家希尔发现，将叶绿体分离后置于含有一定浓度蔗糖溶液的试管中，制备成叶绿体悬浮液，若在试管中加入适当的“电子受体”，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。希尔反应式是H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2
事实3：在希尔反应的基础上，Amon又发现，处于光下的叶绿体在不供给CO2时，既能积累还原态电子受体也能积累ATP；若撤去光照，供给CO2，则还原态电子受体和ATP被消耗，并有有机物(CH2O)产生。根据以上事实，回答下列相关问题。
(1)基于以上三个事实推测，光合作用反应式中的C6H12O6中的O可能来自________。
(2)希尔反应模拟了叶绿体光合作用中________阶段的部分变化，该阶段中电子受体由氧化态变成还原态的____________(填物质名称)，希尔实验中配制叶绿体悬浮液时加入一定浓度的蔗糖溶液的目的是__________________________
____________________________________________________________________。
(3)Amon的实验说明(CH2O)的生成可以不需要光，但需要__________________(不考虑水)。
(4)若向叶绿体悬浮液中加入C3且提供光照、不提供CO2则短时间内ATP和NADPH________(填“会”或“不会”)出现积累。
[解析]　(1)根据事实2和事实3可知，植物在没有二氧化碳的条件下就能放出氧气，参考化学式可知，水中的O全部转化成了氧气中的O，则光合作用产物C6H12O6中的O来自CO2。(2)希尔反应模拟了叶绿体光合作用中光反应阶段的部分变化，电子受体由氧化态变为还原态的NADPH；为维持叶绿体的正常形态和功能，需保持细胞液内外的渗透压平衡，即需要形成等渗溶液，故配制叶绿体悬浮液时应加入一定浓度的蔗糖溶液。(3)由事实3可以推测暗反应的进行可以不需要光，但需要有光反应阶段的产物NADPH和ATP以及外界提供的CO2。(4)因光反应产物NADPH和ATP可用于暗反应中C3的还原，故在提供了C3的前提下，NADPH和ATP不断被利用，短时间内不会出现积累。
[答案]　(1)CO2　(2)光反应　NADPH　形成等渗溶液，维持叶绿体的正常形态和功能　(3)CO2、ATP、还原性氢　(4)不会
考查光合作用的过程
3．(2021·潍坊五校联考)磷酸丙糖不仅是光合作用中最先产生的糖，也是光合作用产物从叶绿体运输到细胞质基质的主要形式。如图表示叶绿体膜结构上磷酸转运器的运转机制(Pi和磷酸丙糖通过磷酸转运器的运输严格按照1∶1的反向交换方式进行)。下列相关说法错误的是(　　)
A．a表示ATP和NADPH，可为暗反应提供能量
B．磷酸丙糖是暗反应的产物，可在叶绿体基质中合成蔗糖
C．若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率，则更容易形成淀粉
D．若磷酸转运器的活性受到抑制，则转运进叶绿体的Pi会减少，光合速率下降
B　[图中a是光反应为暗反应提供的物质，是NADPH和ATP，在叶绿体类囊体薄膜上合成，二者可为暗反应提供能量，A正确；由图示可知，磷酸丙糖是暗反应的产物，不可以在叶绿体基质中合成蔗糖，合成蔗糖的场所在细胞质基质，B错误；若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率，则会导致磷酸丙糖在叶绿体中的含量上升，因而更容易形成淀粉，C正确；磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体和将磷酸运入叶绿体。造成叶绿体中光合作用产物积累和缺少磷酸，导致光合作用速率降低，D正确。]
4．(2021·怀化模拟)图1和图2为植物光合作用过程(部分)示意图，其中PSⅠ和PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光能系统。请回答下列问题：
图1
图2
(1)图1中的“？”与图2的__________表示同一种物质，该物质从产生部位扩散至细胞外需要经过__________层磷脂分子。
(2)图1中PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将水分解，产生的电子经一系列传递体的传递，参与__________的结合，形成__________；另一方面，在ATP合成酶的作用下，__________浓度梯度提供电化学势能，促使ADP与Pi反应形成ATP。
(3)图2中①表示的场所是__________。若图2膜两侧的H＋浓度梯度突然消失，其他条件不变，短时间内暗反应中C3含量会______。
[解析]　(1)图1中的“？”与图2中的甲都是O2，由图示产生部位扩散至细胞外需经过类囊体膜(1层)、叶绿体膜(2层)、细胞膜(1层)，共计4层膜，8层磷脂分子。
(2)图1中PSⅡ中的光合色素吸收光能后，一方面将水分解，产生的电子经一系列传递体的传递，参与NADP＋和H＋的结合，形成NADPH；另一方面，在ATP合成酶的作用下，H＋浓度梯度提供电化学势能，促使ADP与Pi反应形成ATP。(3)分析图2可知，①侧为叶绿体基质，若膜两侧的H＋浓度梯度突然消失(其他条件不变)，ATP合成受影响导致C3的还原受阻，短时间内暗反应中C3含量会上升。
[答案]　(1)甲　8　(2)NADP＋和H＋　NADPH　H＋　(3)叶绿体基质　上升
考查环境条件变化对光合作用速率及各物质变化的分析
5．(2021·福建重点中学期中)如图是水生植物黑藻在光照强度等环境因素影响下光合速率变化的示意图。下列有关叙述正确的是(　　)
A．t1→t2，叶绿体类囊体薄膜上的色素吸收光能增加，基质中水光解加快、O2释放增多
B．t2→t3，暗反应限制光合作用，若在t2时刻增加光照，光合速率将再提高
C．t3→t4，光照强度不变，光合速率的提高是光反应速率不变、暗反应增强的结果
D．t4后短暂时间内，叶绿体中ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低
D　[水的光解、O2的释放发生在叶绿体类囊体薄膜上，而不是叶绿体基质中，A错误；t2→t3，光照充足，限制光合速率的因素为CO2浓度，若t2时刻增加光照，光合速率不会提高，B错误；t3→t4，CO2浓度增加，暗反应增强，一定程度上促进了光反应的进行，C错误；突然停止光照，光反应不再继续进行，类囊体薄膜上ATP合成受阻，ATP含量减少，ADP和Pi含量升高，C3还原速率降低，D正确。]
6．(2021·江西三校联考)某植物的光合作用在条件1中达到稳定后，突然改变影响光合作用的某种环境因素使其处于条件2中，测得其叶绿体内C3和C5相对含量的变化趋势如图所示。下列有关分析正确的是(　　)
A．条件1→条件2可能是突然降低了光照强度
B．在光合作用过程中，物质a转变成物质b需要消耗NADPH和 ATP
C．当暗反应速率在条件2中达到稳定后，b的分子数依然大于a的分子数
D．突然将红光改变为绿光会暂时引起叶绿体中b的量/a的量的值减小
C　[根据暗反应的特点，可判断a为C5，b为C3，根据两种物质的含量变化可推知改变的条件不可能是突然降低了光照强度，A错误；在光合作用过程中，物质a转变成物质b的过程为CO2的固定，不需要消耗NADPH和ATP，B错误；分析可知，当暗反应速率在条件2中达到稳定后，b的分子数依然大于a的，C正确；突然将红光改变为绿光，叶绿体吸收的光能减少，生成的 ATP和NADPH减少，C3的还原速率降低，会暂时引起叶绿体中b的量/a的量的值增大，D错误。]
1．核心概念
(1)(必修1 P102)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。
(2)(必修1 P103)光反应阶段：光合作用第一个阶段的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫作光反应阶段。
(3)(必修1 P104)暗反应阶段：光合作用第二个阶段中的化学反应，有没有光都能进行，这个阶段叫作暗反应阶段。
(4)(必修1 P105)光合作用强度：指植物在单位时间内通过光合作用制造糖类的数量。
2.结论语句
(1)(必修1 P98)绿叶中的色素有4种，它们可以归为两大类：叶绿素(含量约占3/4)和类胡萝卜素(含量约占1/4)，其中叶绿素包含叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)，类胡萝卜素包含胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色)。
(2)(必修1 P99)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。
(3)(必修1 P101)叶绿体是进行光合作用的场所。在它内部巨大的膜表面上，不仅分布着许多吸收光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。
1．(2021·广东选择性考试)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco。下列叙述正确的是(　　)
A．Rubisco存在于细胞质基质中
B．激活Rubisco需要黑暗条件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
D　[由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体的基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体的基质中，A叙述错误、D叙述正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B叙述错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C叙述错误。]
2．(2021·重庆选择性考试适应性测试)绿色植物的光合作用过程，可用如下化学反应式来表示：
CO2＋H2O(CH2O)＋O2
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薄膜上，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
B　[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。在此过程中，CO2中的C被NADPH还原，H2O中的O被氧化，A正确；光能的吸收发生在类囊体薄膜上，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；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；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。]
3．(2020·天津等级考)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是(　　)
A．产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质
B．该反应体系不断消耗的物质仅是CO2
C．类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原
D．与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素
A　[题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸”说明，乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等，B错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP，光反应产生的O2不参与暗反应，C错误；该反应体系中有类囊体，在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原，说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D错误。]
4．(2020·山东等级考)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。
(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。
[解析]　(1)根据题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解水生成H＋和O2，并发生能量转换的过程。该系统中的模块1和模块2相当于叶绿体中光反应功能。模块3将大气中的CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应。暗反应中的CO2的固定为CO2和C5结合生成C3，C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物(C5)，乙为三碳化合物(C3)。(2)若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物(C3)含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。(3)由于植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸作用消耗糖类的量。与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以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高于植物。(4)干旱条件下，土壤含水量低，导致植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。
[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呼吸作用消耗糖类(或植物呼吸作用消耗糖类)　(4)叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少
5．(2021·湖南选择性考试)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：
图a
图b
注：e－表示电子。
(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用。得出该结论的推理过程是______________________________________________________________
____________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于________________________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释_______________________________________________________________。
[解析]　(1)题图b显示的是光反应的过程，光反应的场所是类囊体的薄膜，由此可推测题图b是题图a中的类囊体膜。由题图可知，电能最终转化为NADPH和ATP中活跃的化学能。CO2浓度降低，暗反应速率减慢，进而使光反应速率减慢，所以推测题图b电子传递速率会减慢。(2)①叶绿体的双层膜受损后，以Fecy为电子受体时的放氧量增加的比例比以DCIP为电子受体时的放氧量增加的比值大，所以叶绿体双层膜对Fecy为电子受体的光反应的阻碍作用更明显。②双层膜瓦解、类囊体松散但未断裂的条件下，更有利于类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能，提高水的光解速率，从而提高光反应速率。③叶绿体双层膜结构被破坏得越严重，H＋在膜两侧的浓度差越小，ATP的产生效率就越低。
[答案]　(1)类囊体膜　NADPH　减慢　(2)①Fecy　叶绿体的双层膜受损后，以Fecy为电子受体时的放氧量增加的比例比以DCIP为电子受体时的放氧量增加的比值大　②类囊体膜上的色素吸收、传递和转化光能　③膜结构破坏得越严重，H＋在膜两侧的浓度差越小，ATP的产生效率就越低
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