第3讲 光合作用与能量转化
明确 目标 1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用,掌握绿叶中色素提取和分离的原理和方法; 2.阐明光合作用的过程,并从物质与能量观视角理解光合作用的原理; 3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法; 4.分析影响光合作用的因素,关注光合作用原理在生产上的应用。
建构 知识 体系
第一课时 光合作用的结构与原理
主题研习(一) 捕获光能的色素和结构
(一)绿叶中色素的提取和分离实验
1.实验原理
提取 (如无水乙醇)能溶解色素
分离 不同的色素在层析液中 不同,在滤纸上扩散的速度不同
2.实验步骤
3.实验结果及分析
4.实验异常现象分析
异常现象 原因分析
收集的滤液颜色过浅 ①未加 ,研磨不充分; ②使用放置数天的绿叶,滤液中色素(叶绿素)太少; ③一次加入大量的无水乙醇,提取液浓度太低; ④未加 或加入过少,色素分子被破坏
色素分离 滤纸条色素带重叠 ①滤纸条没经干燥处理; ②滤液细线没有达到细、齐、直的要求,使色素扩散不一致
滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线; ②滤液细线接触层析液且时间较长,色素全部溶解到层析液中
(二)分析叶绿体色素的吸收光谱图
由图可以看出:
(三)理解叶绿体的结构适于进行光合作用
1.叶绿体的结构模式图
2.叶绿体的功能
自我诊断
1.概念理解(判断正误)
(1)可用月季花瓣大量提取叶绿素。 ( )
(2)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。 ( )
(3)纸层析法分离叶绿体色素时,以多种有机溶剂的混合物作为层析液。 ( )
(4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。 ( )
(5)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。 ( )
2.事理分析
(1)(人教版必修1 P97“问题探讨”探究思考)
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
。
(2)(人教版必修1 P101“拓展应用T1”素材分析)
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:
。
题点(一) 绿叶中色素的提取和分离
1.(2024·广东高考)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
2.(2025·苏州模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点,成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先后置于层析液和蒸馏水中进行层析,过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是 ( )
A.色素4在层析液中的溶解度最大 B.用发黄叶片色素1、2可能缺失
C.缺Mg会影响色素1和2的含量 D.色素5可能存在于植物的液泡中
题点(二) 光合色素的种类与功能
3.(2025·泰州期中)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类:一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素,主要是完成吸收和传递光能的作用;另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a,这种叶绿素a能够捕获光能,并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是 ( )
A.通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素
B.叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光
C.处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变
D.植物生长过程中缺P会导致光合速率下降
4.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.植物叶片呈现绿色主要是由于②③吸收绿光最少
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
[归纳拓展]
植物体内色素的种类、分布及特点归纳
植物体内的色素主要有光合色素和非光合色素两类,光合色素参与植物的光合作用,而非光合色素不参与光合作用。
①植物叶片呈现绿色的主要原因是叶片中的色素对绿光的吸收少,绿光被反射出来。
②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素,而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体,也不含吸收光能的色素。
③植物细胞的液泡中的色素(花青素,为水溶性色素)不参与光合作用。
④植物体内的另一种特殊的“色素”——光敏色素,其分布于植物体的各部位,在分生组织细胞内比较丰富,是一种接收光信号的信息分子。
主题研习(二) 光合作用的原理和应用
(一)探索光合作用的部分经典实验
(二)光合作用的过程
1.写出图中序号代表的物质
① ,② ,③ ,④ ,⑤ 。
2.比较光反应与暗反应
(1)二者的区别
项目 光反应 暗反应
场所
条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP+等 酶、CO2、ATP、 、C5等
物质 变化 ①水的光解:2H2OO2+4H++4e- ②ATP的合成:ADP+PiATP ③还原型辅酶Ⅱ的形成: NADP++H++2e-NADPH ①CO2的固定:CO2+C52C3 ②C3的还原:2C3(CH2O)+C5
能量 变化 光能→ 中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→
(2)二者的联系
分析 光反应为暗反应提供 ;暗反应为光反应提供
没有光反应,暗反应无法进行;没有暗反应,光反应也会受到抑制
3.光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 释放的能量
代表生物 绿色植物
相同点 都能将 等无机物合成有机物
自我诊断
1.概念理解(判断正误)
(1)光合作用中,水的光解发生在类囊体薄膜上。 ( )
(2)高温使作物叶绿素降解,光反应生成的NADH和ATP减少。 ( )
(3)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。 ( )
(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。 ( )
(5)光合作用的产物有淀粉和蔗糖,淀粉和蔗糖可以进入筛管,再通过韧皮部运输到植株各处。 ( )
2.事理分析
(1)(人教版必修1 P102“思考·讨论”分析)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,请说明理由: 。
(2)(人教版必修1 P103“图5 14”拓展)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 ;CO2不足导致暗反应减弱后,光反应也无法正常进行,原因是 。
(3)将叶绿体的内膜和外膜破坏后,加入缓冲液形成悬浮液,发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖,原因是 。
重难点(一) 光反应和暗反应中物质和能量的转化
|情|境|探|究|
1.叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物,包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成,同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H+梯度,进而驱动ATP的合成。
注:类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合酶蛋白复合体四类蛋白复合体,参与光能吸收、传递和转化,以及电子传递、H+输送和ATP合成等过程。
据图回答下列问题:
(1)光反应过程中,ATP的形成与光系统 (填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H+浓度梯度有关。
(2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发,释放势能高的电子,电子的最终供体(供给电子的物质)是 。通过光合电子传递链,光能最终转化为 中的化学能。
(3)图中ATP合酶的作用是 ;据图分析,增加膜两侧的H+浓度差的生理过程有 (答三点)。
(4)除草剂二溴百里香醌(DBMIB)是质体醌(PQ)的类似物,可充当PQ的电子受体。DBMIB能够和细胞色素b6f特异性结合,阻止光合电子传递到细胞色素b6f。若用该除草剂处理无内外膜的叶绿体,会导致ATP含量显著下降,其原因可能是 。
2.卡尔文供给小球藻持续的光照和CO2,使其光合作用稳定,然后,在短时间内加入放射性同位素标记的14CO2。在光照处理30 s后,杀死小球藻,卡尔文发现小球藻细胞内含有14C的产物是C3、C5和葡萄糖;在光照处理5 s后,杀死小球藻,14C出现在C3和C5中;在光照处理0.5 s后,杀死小球藻,小球藻细胞中含有14C的产物只有C3。
根据材料可确定物质转化的顺序是 ,若要探究CO2转化成的第一个产物是什么,请写出可能的实验思路:
。
|认|知|生|成|
1.光系统及电子传递链
(1)光系统Ⅱ进行水的光解,产生氧、H+和自由电子(e-),电子(e-)经过电子传递链传递,最终介导NADPH的产生。
(2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立:①电子传递过程中释放能量,利用这部分能量将质子(H+)逆浓度从类囊体的外侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H+)。③在类囊体的外侧H+和NADP+形成NADPH。
(3)类囊体膜对质子是高度不通透的,因此,类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出,而ATP合酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
2.光合作用中元素的去向分析
H 3H2ONADP3H(C3H2O)
C 14CO214C3(14CH2O)
O O18O2 C18O2C3(CO)
重难点(二) 环境改变时短时间内光合作用各物质含量变化分析
1.“过程法”分析各物质含量变化
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,相关物质含量在短时间内的变化如下:
2.“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化
注:C3的起始值高于C5,约是其2倍。
3.连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
分组 A组:全光照 B组:光暗交替
现象 光合效率:100% 原理:其全时段均进行光反应与暗反应 光暗处理频度较高,单位光照时间有机物合成量较全光照时高(其所用光照时间仅为A组一半,但有机物合成量却远高于一半),此表明在其全时段,暗反应几乎未停止
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积累量要多
[典例] 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,处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下:
A组:先光照后黑暗,时间各为67.5 s;光合作用产物的相对含量为50%。
B组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为7.5 s;光合作用产物的相对含量为70%。
C组:先光照后黑暗,光照和黑暗交替处理,每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒);光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组):光照时间为135 s;光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题:
(1)单位光照时间内,C组植物合成有机物的量 (填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量,依据是 ;C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖 。
(2)比较A、B、C三组处理可以推知,随着光照和黑暗交替频率的增加,使光下产生的 能够及时利用与及时再生,从而提高了光合作用中 。
听课随笔:
题点(一) 光合作用探究历程的相关分析
1.(必修1 P102“思考·讨论”素材分析)1937年,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),在光下可以释放出O2,该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心,分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分,绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是 ( )
A.绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b
B.希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜
C.铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂
D.在无色上清液中加入CO2不能合成C3
2.(2025·抚州模拟)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后,分别给予小球藻不同时间的光照,结果如表。根据上述实验结果分析,下列叙述不正确的是 ( )
实验组别 光照时间/s 放射性物质分布
1 2 大量3 磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 12种磷酸化糖类
3 60 除了上述12种磷酸化糖类,还有氨基酸、有机酸等
A.本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B.每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活,才能测定放射性物质分布
C.CO2进入叶绿体后,最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
D.实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
[归纳拓展]
光合作用探究历程中的经典结论和方法
①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应,原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的,没有碳参与反应,而糖的合成需要碳的参与。
②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。
③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,不能通过检测放射性的方式进行检测;而14C有放射性,可追踪放射性对其进行检测。
题点(二) 光合作用的原理和过程
3.磷酸丙糖不仅是光合作用中较早出现的糖,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。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是 ( )
A.a可表示的物质是ATP,它也可以在叶绿体基质中合成
B.叶绿体基质中的CO2能直接被NADPH还原
C.磷酸丙糖是暗反应产物,在细胞质基质中合成淀粉
D.若图中所示的磷酸转运器活性受抑制,会导致光合速率下降
4.(2025·哈尔滨一模)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,e-表示电子)。下列叙述错误的是 ( )
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.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,e-的最终供体是H2O,最终受体是NADP+
D.希尔反应中的氧化剂可以是NADP+、铁盐等
5.(2025·天门模拟)我国科学家模拟植物光合作用,设计了一条利用CO2合成淀粉的人工路线,流程如图所示。下列相关分析正确的是 ( )
A.①②过程与光反应的过程完全相同,③④过程与暗反应过程完全相同
B.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中
C.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应
D.步骤①需要催化剂,②③④既不需要催化剂也不需要消耗能量
题点(三) 外界条件改变时光合作用中物质含量的变化分析
6.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,下列相关说法正确的是 ( )
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.突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
7.如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势,该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下,Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是 ( )
A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
第一课时 光合作用的结构与原理
主题研习(一)
基础全面落实
(一)1.有机溶剂 溶解度 2.防止色素被破坏 研磨充分 色素 扩散均匀 色素溶解在层析液中 3.橙黄色 色素种类 色素含量 溶解度 4.二氧化硅 碳酸钙
(二)可见光 红光和蓝紫光 蓝紫光
(三)1.光反应 暗反应 2.外膜 叶绿体基质 暗反应 类囊体 色素 光反应 光合作用
[自我诊断]
1．(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
2．(1)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，光合色素能吸收其中的光
(2)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
考向精细研究
1．选C 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，应选择新鲜程度相同的绿叶和黄叶分开研磨，A错误；光合色素不溶于水而溶于有机溶剂，提取液可为无水乙醇，不能用水补充损失的提取液，B错误；由于滤纸条不会相互影响，且层析液的成分及浓度等需相同，故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等，不能直接倒入下水道，D错误。
2．选D 根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A错误；根据在层析液中的层析结果说明色素1、2、3、4依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，发黄叶片或缺Mg叶片均会缺乏叶绿素，色素3、4可能缺失，B、C错误；根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，D正确。
3．选B 叶绿体中的色素能溶于有机溶剂，但不溶于水，因此实验中常用无水乙醇提取叶绿体中的色素，A正确；叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误；少数处于特殊状态的叶绿素a能捕获光能，将光能转换为电能，实现了光能的转变，C正确；植物生长过程中缺P会影响ATP和NADPH的合成，光合速率下降，所以在生产中应适时追施磷肥，D正确。
4．选C 植物叶片呈现绿色主要是由于②(叶绿素b)③(叶绿素a)吸收绿光最少，因此在光下呈绿色，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。
主题研习(二)
基础全面落实
(一)叶绿体 叶绿体 O2 H2O ATP CO2
(二)1.①NADPH ②2C3 ③ADP＋Pi ④O2 ⑤(CH2O)
2．(1)类囊体薄膜 叶绿体基质 NADPH ATP和NADPH 有机物中稳定的化学能 (2)NADPH、ATP NADP＋、ADP和Pi
3．光能 无机物氧化 硝化细菌 CO2和H2O
[自我诊断]
1．(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
2．(1)水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与
(2)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)黑暗条件下，光反应无法进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH
重难深化拓展
[情境探究]
1．(1)Ⅱ (2)水 ATP和NADPH (3)催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输 水的光解产生H＋、PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋ (4)二溴百里香醌(DBMIB)阻断电子传递，会抑制水光解产生H＋和H＋从A侧运输到B侧，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失
2．C3、C5、葡萄糖 继续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
[典例] 解析：(1)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94%，所以单位光照时间内，C组植物合成有机物的量高于D组植物合成有机物的量，C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖光照。
(2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
答案：(1)高于 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94% 光照 (2)ATP和NADPH CO2的同化量
考向精细研究
1．选B 绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素a，A错误；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被称为希尔反应，场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确；铁盐等氧化剂是氢受体，接受H＋，参与反应，不是催化剂，C错误；叶绿体破碎离心获得无色上清液，其中含有C5及相关的酶，因此在无色上清液中加入CO2能合成C3，D错误。
2．选C 由题干信息“往小球藻培养液中通入14CO2”可知，本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；每组照光相应时间后，为防止细胞内化学反应继续进行而使碳元素转移干扰实验结果，所以要先使酶失活，才能测定放射性物质分布，B正确；由题表可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3 磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误；由题表可知，光照60 s，放射性物质分布除了12种磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等，说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。
3．选D 题图中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，A错误；叶绿体基质中的CO2先与C5结合形成C3，再被NADPH还原，B错误；磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，C错误；磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体，也不能将磷酸运入叶绿体，导致光合速率降低，D正确。
4．选B 据题图可知，ATP的合成是利用H＋顺浓度梯度运输的势能，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＋浓度差最终又是光能驱动形成的，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＋由叶绿体基质进入类囊体腔中，使得H＋的浓度差变大，B错误；根据题图所示，H2O光解后产生O2、H＋和e－，故最终提供e－的物质为H2O，H2O光解后NADP＋被还原为NADPH，故最终接受e－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，作为氧化剂与H2O光解产生的H＋反应，D正确。
5．选B 分析题图可知，①②过程模拟暗反应中CO2的固定，③④过程模拟暗反应中C3的还原，A错误；植物光合作用的本质是利用光能将无机物(CO2和H2O)转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，图示过程也将CO2和H2O转化为淀粉，同时储存能量，二者的本质是相同的，B正确；由题图可知，①过程是利用催化剂在一定条件下进行的化学反应，反应过程不一定温和，②③④是在酶的催化下完成的，反应较温和，C错误；分析图示可知，图中②③④需要在酶的催化下进行，是由小分子聚合成大分子的反应，为吸能反应，需要消耗能量，D错误。
6．选B 突然中断CO2供应，使暗反应中CO2固定停止，而C3还原仍在进行，因此导致C3减少、C5增多，会暂时引起叶绿体基质中C5与C3比值增大，A错误；突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，B正确；由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少、C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3与C5比值增大，C错误；突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，D错误。
7．选D 根据相对浓度初始值可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不需要消耗光反应提供的ATP，A错误；Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。(共94张PPT)
光合作用与能量转化
第3讲
明确目标
1.了解植物捕获光能的色素的种类和作用，掌握绿叶中色素提取和
分离的原理和方法；
2.阐明光合作用的过程，并从物质与能量观视角理解光合作用的原理；
3.掌握探究环境因素对光合作用强度的影响实验的基本方法；
4.分析影响光合作用的因素，关注光合作用原理在生产上的应用。
建构知识体系
光合作用的结构与原理
第一课时
目录
主题研习（一）
主题研习（二）
捕获光能的色素和结构
课时跟踪检测
光合作用的原理和应用
主题研习（一）捕获光能的色素和结构
(一)绿叶中色素的提取和分离实验
1．实验原理
基础全面落实
提取 _________ (如无水乙醇)能溶解色素
分离 不同的色素在层析液中________不同，在滤纸上扩散的速度不同
有机溶剂
溶解度
2.实验步骤
3．实验结果及分析
4．实验异常现象分析
异常现象 原因分析
色素提取 收集的滤液颜色过浅 ①未加___________，研磨不充分；
②使用放置数天的绿叶，滤液中色素(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________或加入过少，色素分子被破坏
二氧化硅
碳酸钙
色素分离 滤纸条色素带重叠 ①滤纸条没经干燥处理；
②滤液细线没有达到细、齐、直的要求，使色素扩散不一致
滤纸条看不见色素带 ①忘记画滤液细线；
②滤液细线接触层析液且时间较长，
色素全部溶解到层析液中
续表
(二)分析叶绿体色素的吸收光谱图
由图可以看出：
(三)理解叶绿体的结构适于进行光合作用
1．叶绿体的结构模式图
2．叶绿体的功能
1．概念理解(判断正误)
(1)可用月季花瓣大量提取叶绿素。 ( )
(2)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。 ( )
(3)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。 ( )
(4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。 ( )
(5)叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,对其他波段的可见光并非不吸收,只是吸收量较少。 ( )
×
×
√
×
√
自我诊断
2．事理分析
(1)(人教版必修1 P97“问题探讨”探究思考)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____________________
_________________________________________________________________________________________________________________。
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，光合色素能吸收其中的光
红色光源、蓝色光源
(2)(人教版必修1 P101“拓展应用T1”素材分析)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：__________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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
藻类本身的
考向精细研究
题点(一) 绿叶中色素的提取和分离
1．(2024·广东高考)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
√
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，应选择新鲜程度相同的绿叶和黄叶分开研磨，A错误；
光合色素不溶于水而溶于有机溶剂，提取液可为无水乙醇，不能用水补充损失的提取液，B错误；
由于滤纸条不会相互影响，且层析液的成分及浓度等需相同，故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等，不能直接倒入下水道，D错误。
2．(2025·苏州模拟)羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是( )
A．色素4在层析液中的溶解度最大
B．用发黄叶片色素1、2可能缺失
C．缺Mg会影响色素1和2的含量
D．色素5可能存在于植物的液泡中
√
解析：根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明其在层析液中的溶解度最大，A错误；
根据在层析液中的层析结果说明色素1、2、3、4依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，发黄叶片或缺Mg叶片均会缺乏叶绿素，色素3、4可能缺失，B、C错误；
根据在蒸馏水中的层析结果说明，色素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，D正确。
题点(二) 光合色素的种类与功能
3．(2025·泰州期中)叶绿体内的类囊体薄膜上色素可以分为两类：一类是绝大多数的叶绿素a以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素，主要是完成吸收和传递光能的作用；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，这种叶绿素a能够捕获光能，并将受光能激发的电子传送给相邻的电子受体。下列相关叙述错误的是( )
A．通常用无水乙醇提取叶绿体内的色素
B．叶黄素和胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光
C．处于特殊状态的叶绿素a实现了光能的转变
D．植物生长过程中缺P会导致光合速率下降
√
解析：叶绿体中的色素能溶于有机溶剂，但不溶于水，因此实验中常用无水乙醇提取叶绿体中的色素，A正确；
叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光，B错误；
少数处于特殊状态的叶绿素a能捕获光能，将光能转换为电能，实现了光能的转变，C正确；
植物生长过程中缺P会影响ATP和NADPH的合成，光合速率下降，所以在生产中应适时追施磷肥，D正确。
4．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．植物叶片呈现绿色主要是由于②③吸收绿光最少
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
√
解析：植物叶片呈现绿色主要是由于②(叶绿素b)③(叶绿素a)吸收绿光最少，因此在光下呈绿色，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。
[归纳拓展]
植物体内色素的种类、分布及特点归纳
植物体内的色素主要有光合色素和非光合色素两类，光合色素参与植物的光合作用，而非光合色素不参与光合作用。
①植物叶片呈现绿色的主要原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。
②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。
③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。
④植物体内的另一种特殊的“色素”——光敏色素，其分布于植物体的各部位，在分生组织细胞内比较丰富，是一种接收光信号的信息分子。
主题研习（二）光合作用的原理和应用
基础全面落实
(一)探索光合作用的部分经典实验
续表
(二)光合作用的过程
1．写出图中序号代表的物质
①__________，②_____，③__________，④_____，⑤________。
NADPH
2C3
ADP＋Pi
(CH2O)
O2
2．比较光反应与暗反应
(1)二者的区别
项目 光反应 暗反应
场所 ____________ ____________
条件 光、色素、酶、H2O、ADP、Pi、NADP＋等 酶、CO2、ATP、________、C5等
类囊体薄膜
叶绿体基质
NADPH
ATP和NADPH
有机物中稳定的化学能
续表
图示
分析 光反应为暗反应提供______________；暗反应为光反应提供____________________
没有光反应，暗反应无法进行；没有暗反应，光反应也会受到抑制
(2)二者的联系
NADPH、ATP
NADP＋、ADP和Pi
3．光合作用和化能合成作用的比较
项目 光合作用 化能合成作用
区别 能量来源 ______ _____________释放的能量
代表生物 绿色植物 __________
相同点 都能将____________等无机物合成有机物
光能
无机物氧化
硝化细菌
CO2和H2O
1．概念理解(判断正误)
(1)光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。 ( )
(2)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。 ( )
(3)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。 ( )
(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。 ( )
(5)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，
再通过韧皮部运输到植株各处。 ( )
√
×
×
×
×
自我诊断
2．事理分析
(1)(人教版必修1 P102“思考·讨论”分析)希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，请说明理由：________________
_____________________________________________________________________。
在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与
水的光解实验是
(2)(人教版必修1 P103“图5 -14”拓展)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_________________
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；CO2不足导致暗反应减弱后，光反应也无法正常进行，原因是_________________
______________________________________________________________________________________。
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
暗反应中C3的还原
提供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
光反应需要暗反应
(3)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下悬浮液中不能产生糖，原因是____________________________
___________________________________。
无法为暗反应提供原料ATP和NADPH
黑暗条件下，光反应无法进行，
重难深化拓展
重难点(一)光反应和暗反应中物质和能量的转化
|情|境|探|究|
1．叶绿体进行能量转换依靠光系统(指光合色素与各种蛋白质结合形成的大型复合物，包括PSⅠ和PSⅡ)将光能转换为电能。光系统产生的高能电子沿光合电子传递链依次传递促使NADPH的形成，同时驱动膜内的质子泵在膜两侧建立H＋梯度，进而驱动ATP的合成。
注：类囊体膜上主要有光系统Ⅰ(PSⅠ)、光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素b6f蛋白复合体和ATP合酶蛋白复合体四类蛋白复合体，参与光能吸收、传递和转化，以及电子传递、H＋输送和ATP合成等过程。
据图回答下列问题：
(1)光反应过程中，ATP的形成与光系统_____(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅰ和Ⅱ”)发挥作用产生的H＋浓度梯度有关。
(2)叶绿素a(P680和P700)接受光的照射后被激发，释放势能高的电子，电子的最终供体(供给电子的物质)是_____。通过光合电子传递链，光能最终转化为________________中的化学能。
Ⅱ
水
ATP和NADPH
催化ATP的合成，协助H＋跨膜运输
水的光解产生H＋、
二溴百里香醌(DBMIB)阻断
电子传递，会抑制水光解产生H＋和H＋从A侧运输到B侧，使膜内外H＋的浓度差减小甚至消失
PQ蛋白将H＋从A侧运输到B侧、合成NADPH消耗H＋
2．卡尔文供给小球藻持续的光照和CO2，使其光合作用稳定，然后，在短时间内加入放射性同位素标记的14CO2。在光照处理30 s后，杀死小球藻，卡尔文发现小球藻细胞内含有14C的产物是C3、C5和葡萄糖；在光照处理5 s后，杀死小球藻，14C出现在C3和C5中；在光照处理0.5 s后，杀死小球藻，小球藻细胞中含有14C的产物只有C3。
根据材料可确定物质转化的顺序是 ，若要探究CO2转化成的第一个产物是什么，请写出可能的实验思路。
________________________________________________________________________________________________________________________。
C3、C5、葡萄糖
继续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
1．光系统及电子传递链
|认|知|生|成|
(1)光系统Ⅱ进行水的光解，产生氧、H＋和自由电子(e－)，电子(e－)经过电子传递链传递，最终介导NADPH的产生。
(2)类囊体膜两侧的质子浓度(电化学)梯度主要靠以下途径建立：①电子传递过程中释放能量，利用这部分能量将质子(H＋)逆浓度从类囊体的外侧泵入囊腔侧。②光系统Ⅱ在类囊体的囊腔侧进行的水的光解产生质子(H＋)。③在类囊体的外侧H＋和NADP＋形成NADPH。
(3)类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合酶顺浓度梯度流出，而ATP合酶利用质子顺浓度流出的能量来合成ATP。
2．光合作用中元素的去向分析
1．“过程法”分析各物质含量变化
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，相关物质含量在短时间内的变化如下：
重难点(二) 环境改变时短时间内光合作用各物质含量变化分析
2．“模型法”表示C3、C5等物质的含量变化
注：C3的起始值高于C5，约是其2倍。
3．连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析
分组 A组：全光照 B组：光暗交替
现象 光合效率：100% 原理：其全时段均进行光反应与暗反应 光暗处理频度较高，单位光照时间有机物合成量较全光照时高(其所用光照时间仅为A组一半，但有机物合成量却远高于一半)，此表明在其全时段，暗反应几乎未停止
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积累量要多
[典例] 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，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：
A组：先光照后黑暗，时间各为67.5 s；光合作用产物的相对含量为50%。
B组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5 s；光合作用产物的相对含量为70%。
C组：先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75 ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。
D组(对照组)：光照时间为135 s；光合作用产物的相对含量为100%。
回答下列问题：
(1)单位光照时间内，C组植物合成有机物的量_______(填“高于”
“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_____________
_____________________________________________________________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖________。
(2)比较A、B、C三组处理可以推知，随着光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的____________________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中________________。
高于
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94%
光照
ATP和NADPH
CO2的同化量
解析：(1)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94%，所以单位光照时间内，C组植物合成有机物的量高于D组植物合成有机物的量，C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不直接依赖光照。
(2)光合作用过程有两个阶段：光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段必须在光下进行，产生ATP和NADPH用于暗反应。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照和黑暗交替频率的增加，使光下产生的ATP和NADPH能够及时被利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
考向精细研究
题点(一) 光合作用探究历程的相关分析
1．(必修1 P102“思考·讨论”素材分析)1937年，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)，在光下可以释放出O2，该实验被称为希尔反应。后来科学家将叶绿体破碎离心，分别收集绿色沉淀部分和无色上清液部分，绿色沉淀部分悬浮后照光可以产生O2。下列说法正确的是( )
A．绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素b
B．希尔反应场所是叶绿体类囊体薄膜
C．铁盐等氧化剂是希尔反应的催化剂
D．在无色上清液中加入CO2不能合成C3
√
解析：绿色沉淀部分含量最多的色素是叶绿素a，A错误；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被称为希尔反应，场所是叶绿体类囊体薄膜，B正确；铁盐等氧化剂是氢受体，接受H＋，参与反应，不是催化剂，C错误；叶绿体破碎离心获得无色上清液，其中含有C5及相关的酶，因此在无色上清液中加入CO2能合成C3，D错误。
2．(2025·抚州模拟)科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照，结果如表。根据上述实验结果分析，下列叙述不正确的是( )
实验组别 光照时间/s 放射性物质分布
1 2 大量3- 磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 12种磷酸化糖类
3 60 除了上述12种磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组照光后需将小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是12种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
解析：由题干信息“往小球藻培养液中通入14CO2”可知，本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；每组照光相应时间后，为防止细胞内化学反应继续进行而使碳元素转移干扰实验结果，所以要先使酶失活，才能测定放射性物质分布，B正确；由题表可知，CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是3 -磷酸甘油酸(三碳化合物)，C错误；由题表可知，光照60 s，放射性物质分布除了12种磷酸化糖类，还有氨基酸、有机酸等，说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等，D正确。
√
[归纳拓展]
光合作用探究历程中的经典结论和方法
①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。
②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。
③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，不能通过检测放射性的方式进行检测；而14C有放射性，可追踪放射性对其进行检测。
题点(二) 光合作用的原理和过程
3．磷酸丙糖不仅是光合作用中较早出现的糖，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。如图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列相关说法正确的是( )
A．a可表示的物质是ATP，它也可以在叶绿体基质中合成
B．叶绿体基质中的CO2能直接被NADPH还原
C．磷酸丙糖是暗反应产物，在细胞质基质中合成淀粉
D．若图中所示的磷酸转运器活性受抑制，会导致光合速率下降
解析：题图中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，A错误；
叶绿体基质中的CO2先与C5结合形成C3，再被NADPH还原，B错误；
磷酸丙糖合成淀粉的过程是在叶绿体基质中进行的，C错误；
磷酸转运器活性受抑制，不能将磷酸丙糖运出叶绿体，也不能将磷酸运入叶绿体，导致光合速率降低，D正确。
√
4．(2025·哈尔滨一模)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，e－表示电子)。下列叙述错误的是( )
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．可移动载体①②和复合物Ⅱ使脂双层两侧的H＋浓度差变小
解析：据题图可知，ATP的合成是利用H＋顺浓度梯度运输的势能，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＋浓度差最终又是光能驱动形成的，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＋由叶绿体基质进入类囊体腔中，使得H＋的浓度差变大，B错误；
√
C．图示反应中，e－的最终供体是H2O，最终受体是NADP＋
D．希尔反应中的氧化剂可以是NADP＋、铁盐等
解析：根据题图所示，H2O光解后产生O2、H＋和e－，故最终提供e－的物质为H2O，H2O光解后NADP＋被还原为NADPH，故最终接受e－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，作为氧化剂与H2O光解产生的H＋反应，D正确。
5．(2025·天门模拟)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用CO2合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列相关分析正确的是( )
A．①②过程与光反应的过程完全相同，③④过程与暗反应过程完全相同
B．该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中
C．该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应
D．步骤①需要催化剂，②③④既不需要催化剂
也不需要消耗能量
√
解析：分析题图可知，①②过程模拟暗反应中CO2的固定，③④过程模拟暗反应中C3的还原，A错误；
植物光合作用的本质是利用光能将无机物(CO2和H2O)转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，图示过程也将CO2和H2O转化为淀粉，同时储存能量，二者的本质是相同的，B正确；
由题图可知，①过程是利用催化剂在一定条件下进行的化学反应，反应过程不一定温和，②③④是在酶的催化下完成的，反应较温和，C错误；
分析图示可知，图中②③④需要在酶的催化下进行，是由小分子聚合成大分子的反应，为吸能反应，需要消耗能量，D错误。
题点(三) 外界条件改变时光合作用中物质含量的变化分析
6．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，下列相关说法正确的是( )
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．突然将绿光改为红光会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小
√
解析：突然中断CO2供应，使暗反应中CO2固定停止，而C3还原仍在进行，因此导致C3减少、C5增多，会暂时引起叶绿体基质中C5与C3比值增大，A错误；
突然中断CO2供应使C3减少，因此C3还原利用的ATP减少，导致ATP增多，而ADP含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，B正确；
由于光合色素主要吸收红光和蓝紫光，对绿光吸收最少，突然将红光改变为绿光，会导致光反应产生的ATP和NADPH减少，这将使暗反应中C3的还原减弱，导致C5减少、C3增多，因此会暂时引起叶绿体基质中C3与C5比值增大，C错误；
突然将绿光改变为红光会导致光反应吸收的光能增加，光反应产生的ATP和NADPH增加，而ADP相对含量减少，因此暂时引起叶绿体基质中ATP与ADP比值增大，D错误。
7．如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5相对浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是( )
A．图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATP
B．图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度
C．Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累
D．Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低
√
解析：根据相对浓度初始值可知，物质甲是C5，物质乙是C3，CO2的固定不需要消耗光反应提供的ATP，A错误；
Ⅱ阶段改变的条件是降低了CO2浓度，导致C3含量下降，C5含量增多，条件改变影响暗反应的进行，所以Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低，B、C错误，D正确。
课时跟踪检测
（本课时配有重难点加练题，以电子文档形式推送，供学优生选用）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
一、选择题
1．某兴趣小组合作完成“绿叶中色素的提取和分离”实验，主要步骤：提取色素→制备滤纸条→画滤液细线→分离色素。
下列叙述正确的是( )
A．提取色素：用无水乙醇和层析液进行色素的提取
B．制备滤纸条：滤纸条一端剪去两角并在另一端底部画细线
C．画滤液细线：防止滤液细线过粗一般只画一次
D．分离色素：离滤液细线最远的是橙黄色的条带
√
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5
解析：光合色素易溶于有机溶剂中，常用无水乙醇提取光合色素，A错误；
制备滤纸条时，将干燥的定性滤纸一端剪去两角，并在距此端底部1 cm处用铅笔画一条细横线，B错误；
为保证更多的光合色素沉积在滤液细线处，画滤液细线时，应用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画一条滤液细线，待滤液干后，再重复画一到两次，C错误；
色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，距离滤液细线最远的为溶解度最高的色素，是橙黄色的胡萝卜素，D正确。
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2．(2025·吉林模拟)花青素是一类广泛存在于植物液泡中的水溶性天然色素，在植物细胞液不同的pH条件下，花青素可使花瓣呈现不同的颜色。实验室常用乙醇、丙酮、水或混合溶剂提取花青素。光合色素存在于叶绿体中。下列关于光合色素和花青素提取与分离的叙述，错误的是( )
A．在研磨绿叶、花瓣时均可加入少许SiO2，以提高色素的提取率
B．液泡与叶绿体中的色素均可用无水乙醇或水作为溶剂进行提取
C．纸层析法能分离光合色素是因为不同色素在层析液中的溶解度不同
D．为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素时应在通风好的条件下进行
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解析：在研磨绿叶、花瓣时均可加入少许SiO2，可以使研磨更加充分，以提高色素的提取率，A正确；
叶绿体中的色素不溶于水，不能用水提取，B错误；
分离光合色素时采用纸层析法，原理是光合色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，结果可观察到四条色素带，C正确；
为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素时应在通风好的条件下进行，D正确。
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3．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．可用纸层析法来分离叶片中的光合色素
B．嫩叶与老叶的光合色素总含量无明显差别
C．相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等
D．不同时期的叶绿素相对含量变化比类胡萝卜素的大
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解析：各光合色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离光合色素，所以可用纸层析法来分离叶片中的光合色素，A正确；
嫩叶中光合色素相对含量为6＋2＝8，老叶中光合色素相对含量为5＋3＝8，所以嫩叶与老叶的光合色素总含量无明显差别，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相对含量的变化为6→12→5，类胡萝卜素的相对含量变化为2→4→3，所以不同时期的叶绿素相对含量变化比类胡萝卜素的大，D正确。
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4．英国植物学家希尔发现，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O2。离体叶绿体在适当条件下发生H2O的光解，产生O2的化学反应称为“希尔反应”。下列说法错误的是( )
A．希尔反应不能说明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O
B．可用放射性同位素标记法追踪H2O中氧原子的去路
C．希尔反应模拟了叶绿体光反应阶段的部分变化
D．希尔反应说明H2O的光解和糖的合成不是同一个化学反应
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解析：希尔反应证明了光合作用产生O2，但不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，也可能来自其他有机物，A正确；
氧原子的同位素18O是稳定性同位素，无放射性，B错误；
希尔反应模拟的是光合作用光反应阶段的部分变化，发生在叶绿体中，C正确；
希尔反应的悬浮液中只有H2O，没有CO2，不能合成糖类，说明H2O的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。
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5．下图为光合作用过程示意图，其中P表示结构，①②③④表示有关物质。下列说法错误的是( )
A．②③的产生发生在叶绿体基质中
B．CO2的固定是CO2与④在酶催化下结合的过程
C．(CH2O)中稳定的化学能来自ATP和NADPH
D．P结构中光合色素吸收的光能全部转换成ATP中的化学能
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解析：图中P为类囊体薄膜，进行的反应过程为水光解产生NADPH和氧气，同时合成ATP，NADPH和ATP在叶绿体基质中参与暗反应，生成②(NADP＋)和③(ADP＋Pi)，A正确；
CO2的固定是CO2与④(C5)在酶催化下结合成两分子C3的过程，B正确；
光合作用的光反应产生的ATP、NADPH均可以为C3的还原提供能量，转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能，C正确；
图中P为类囊体薄膜，进行光反应过程，在光反应中，叶绿素所吸收的光能会转化为不稳定的化学能储存到ATP和NADPH中，D错误。
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6．卡尔文等研究发现，当植物所处环境由光照转为黑暗时，RuBP(C5)含量急剧下降，PGA(C3)含量迅速上升；当骤然降低CO2浓度时，PGA含量迅速下降，而RuBP含量上升。下列叙述错误的是( )
A．CO2的固定过程在叶绿体的基质中进行
B．RuBP可以与CO2反应并消耗ATP
C．PGA的还原阶段消耗NADPH和ATP并合成蔗糖或淀粉等有机物
D．叶绿体中RuBP含量不多，因为RuBP消耗后会再生
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解析：CO2的固定过程是暗反应的组成部分，在叶绿体的基质中进行，A正确；
根据题干可知，RuBP是C5，而PGA是C3，RuBP可以与CO2反应但是不消耗ATP，B错误；
PGA的还原阶段消耗光反应产生的NADPH和ATP并合成蔗糖或淀粉等有机物，C正确；
在光合作用的卡尔文循环中，CO2与RuBP结合后，经过一系列反应，RuBP被消耗并生成PGA，PGA在光反应阶段的产物作用下，可被还原生成RuBP，D正确。
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7．淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用两种主要终产物，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．磷脂是生物膜的重要组分，中心体和核糖体不含磷元素
B．CO2形成三碳糖磷酸的过程中，NADPH不供能，只作为还原剂
C．若光照骤减，C5含量短时间内减少
D．若抑制磷酸转运器的功能，卡尔文循环会立刻停止
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解析：磷脂构成生物膜的基本支架；中心体主要由蛋白质组成，不含磷元素；核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误。
CO2形成三碳糖磷酸的过程中，需要NADPH作还原剂和提供能量，B错误。
若光照骤减，短时间内光反应产生的ATP和NADPH减少，C3还原过程减慢，即C5的形成减少，且C5的消耗不变，导致C5的含量短时间内减少，C正确；
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，但卡尔文循环不会立刻停止，D错误。
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8．(2024·烟台期末)绿色植物叶肉细胞内的PSBS 是一种光保护蛋白，也是一种类囊体膜蛋白，能感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，激活的PSBS 可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，以防止强光对叶肉细胞造成损伤。ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H＋浓度差。下列说法错误的是( )
A．光照过强会导致叶肉细胞类囊体腔内pH下降
B．激活PSBS后，光合作用产生的有机物会减少
C．PSBS的活性受H＋浓度、光照强度等因素的影响
D．PSBS功能的发挥可增加类囊体膜上ATP的合成
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解析：光照过强时，类囊体膜蛋白PSBS感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，说明光照过强时叶肉细胞类囊体腔内pH下降，A正确；
激活PSBS后，使水的光解受到抑制，光反应阶段生成的NADPH减少，引起暗反应阶段C3的还原减弱，导致光合作用产生的有机物减少，B正确；
光照强度会影响光反应阶段水的光解等过程，H＋是水光解的产物，PSBS能感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，因此PSBS 的活性受H＋浓度、光照强度等因素的影响，C正确；
ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H＋浓度差，PSBS功能的发挥可最终将过量的光能转换成热能释放,抑制了H＋浓度差的进一步加大，因此PSBS功能的发挥不能增加类囊体膜上ATP的合成，D错误。
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9．(2025·滨州模拟)在番茄幼苗叶片上喷施不同浓度的海藻糖(一种非还原性二糖)溶液，探究其在高温环境下(40 ℃处理9天)对植物光合作用的影响，观测并统计叶绿素含量，如表所示。下列叙述正确的是( )
注：*表示数据在统计学水平上存在显著差异。
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A．可用斐林试剂检测海藻糖，产生砖红色沉淀
B．叶绿素a与叶绿素b是重要的光合色素，分布于叶绿体双层膜上
C．T1.0和T1.5处理组显著提高了番茄幼苗各光合色素的含量
D．番茄幼苗在高温逆境下通过利用海藻糖提高了光合作用的能力
解析：海藻糖是一种非还原性二糖，不可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀，A错误；叶绿体中的光合色素分布于类囊体薄膜上，B错误；光合色素包括叶绿素a、b和类胡萝卜素，由表格数据可知，T1.0和T1.5处理组的叶绿素a含量有显著提高，但叶绿素b含量无显著差异，类胡萝卜素含量未测定，C错误；高温环境下，喷施1.0%和1.5%的海藻糖，叶绿素a的含量显著增多，光合作用能力得到提高，D正确。
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二、非选择题(除特别注明外，每空1分)
10．（12分）(2025·苏州一模)光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”。光反应过程中光合电子传递链主要由几大复合体组成，包括光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素复合体(Cb6/f)、光系统Ⅰ(PSⅠ)等。有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累,细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。研究人员利用拟南芥对光合电子传递进行了有关研究。
(1)光合作用的光反应发生在__________________上，光系统是由其上的蛋白质与光合色素结合形成的，具有_____________________的功能。
叶绿体类囊体薄膜
吸收、传递、转化光能
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(2)光反应中的电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。线性电子传递中，电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP；环式电子传递中，电子在PSⅠ和Cb6/f间循环，仅产生ATP不产生NADPH。Cb6/f复合体位于PSⅡ和PSⅠ之间，同时参与线性电子传递和环式电子传递(图1)。
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①在光照条件下，光系统Ⅱ(PSⅡ)吸收光能产生高势能电子，PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从________中夺取电子释放O2。
②光系统Ⅰ(PSⅠ)吸收光能产生强还原剂，使_____还原，该还原剂在暗反应中的作用是___________________________________________（2分）；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势,用于______的合成，同时维持电子传递相对平衡。
③环式电子传递与线性电子传递相比，能够______(填“提高”或“降低”)
ATP/NADPH的值，提高暗反应的效率。
H2O
C3
作为还原剂使C3还原为(CH2O)和C5，提供能量
ATP
提高
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(3)野生型拟南芥能适应一定的强光胁迫，但C37缺失突变体不能。与图1相比，图2表明在强光胁迫下，C37缺失导致_________受阻，传递效率显著下降，从而产生大量活性氧(ROS)。ROS积累到一定阶段会促进____________并引发细胞凋亡，导致萎黄病。
(4)上述研究揭示出植物可以通过______________________________________（2分）以适应强光胁迫。
电子传递
叶绿素分解
调节光合电子传递链上的电子流动速率
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解析：(1)真核细胞中，光反应需要的光合色素、酶等分布于叶绿体类囊体膜上，因此光合作用光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上；由图1可知，由相关蛋白质与光合色素结合形成的光系统具有吸收、传递和转化光能的作用。
(2)①由图1可知，光系统Ⅱ在强光下导致部分叶绿素a失去电子后，使水光解产生O2、H＋以及电子，即PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从H2O中夺取电子释放O2。②光系统Ⅰ吸收光能后产生的强还原剂是NADPH，它能使C3还原为(CH2O)和C5，同时也提供能量；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势，这部分势能为光反应过程中ATP的合成提供能量。③由图1可知，环式电子传递与线性电子传递相比，环式电子传递导致NADPH合成量减少，能够提高ATP/NADPH的值。
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(3)由图1和图2可知，C37缺失突变体中电子积累在Cb6/f复合体前后，说明C37缺失导致的电子传递受阻，电子传递效率显著下降，从而产生大量活性氧(ROS)导致活性氧积累，活性氧积累到一定阶段可能会促进叶绿素分解，减少电子传递链中电子的来源，同时引发细胞凋亡，导致叶片枯萎发黄。
(4)上述研究表明，光合电子传递链中电子传递受阻会导致ROS积累引发细胞凋亡，对植物体造成损伤，因此，植物可通过调节光合电子传递链上的电子流动速率以适应强光胁迫。课时跟踪检测(十一) 光合作用的结构与原理
(本课时配有重难点加练题,以电子文档形式推送,供学优生选用)
一、选择题
1.某兴趣小组合作完成“绿叶中色素的提取和分离”实验,主要步骤:提取色素→制备滤纸条→画滤液细线→分离色素。下列叙述正确的是 ( )
A.提取色素:用无水乙醇和层析液进行色素的提取
B.制备滤纸条:滤纸条一端剪去两角并在另一端底部画细线
C.画滤液细线:防止滤液细线过粗一般只画一次
D.分离色素:离滤液细线最远的是橙黄色的条带
2.(2025·吉林模拟)花青素是一类广泛存在于植物液泡中的水溶性天然色素,在植物细胞液不同的pH条件下,花青素可使花瓣呈现不同的颜色。实验室常用乙醇、丙酮、水或混合溶剂提取花青素。光合色素存在于叶绿体中。下列关于光合色素和花青素提取与分离的叙述,错误的是 ( )
A.在研磨绿叶、花瓣时均可加入少许SiO2,以提高色素的提取率
B.液泡与叶绿体中的色素均可用无水乙醇或水作为溶剂进行提取
C.纸层析法能分离光合色素是因为不同色素在层析液中的溶解度不同
D.为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质,分离色素时应在通风好的条件下进行
3.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.可用纸层析法来分离叶片中的光合色素
B.嫩叶与老叶的光合色素总含量无明显差别
C.相同光照强度下嫩叶与老叶光合速率相等
D.不同时期的叶绿素相对含量变化比类胡萝卜素的大
4.英国植物学家希尔发现,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O2。离体叶绿体在适当条件下发生H2O的光解,产生O2的化学反应称为“希尔反应”。下列说法错误的是 ( )
A.希尔反应不能说明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O
B.可用放射性同位素标记法追踪H2O中氧原子的去路
C.希尔反应模拟了叶绿体光反应阶段的部分变化
D.希尔反应说明H2O的光解和糖的合成不是同一个化学反应
5.下图为光合作用过程示意图,其中P表示结构,①②③④表示有关物质。下列说法错误的是 ( )
A.②③的产生发生在叶绿体基质中
B.CO2的固定是CO2与④在酶催化下结合的过程
C.(CH2O)中稳定的化学能来自ATP和NADPH
D.P结构中光合色素吸收的光能全部转换成ATP中的化学能
6.卡尔文等研究发现,当植物所处环境由光照转为黑暗时,RuBP(C5)含量急剧下降,PGA(C3)含量迅速上升;当骤然降低CO2浓度时,PGA含量迅速下降,而RuBP含量上升。下列叙述错误的是 ( )
A.CO2的固定过程在叶绿体的基质中进行
B.RuBP可以与CO2反应并消耗ATP
C.PGA的还原阶段消耗NADPH和ATP并合成蔗糖或淀粉等有机物
D.叶绿体中RuBP含量不多,因为RuBP消耗后会再生
7.淀粉和蔗糖是叶肉细胞光合作用两种主要终产物,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.磷脂是生物膜的重要组分,中心体和核糖体不含磷元素
B.CO2形成三碳糖磷酸的过程中,NADPH不供能,只作为还原剂
C.若光照骤减,C5含量短时间内减少
D.若抑制磷酸转运器的功能,卡尔文循环会立刻停止
8.(2024·烟台期末)绿色植物叶肉细胞内的PSBS 是一种光保护蛋白,也是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内高H+浓度而被激活,激活的PSBS 可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,以防止强光对叶肉细胞造成损伤。ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H+浓度差。下列说法错误的是 ( )
A.光照过强会导致叶肉细胞类囊体腔内pH下降
B.激活PSBS后,光合作用产生的有机物会减少
C.PSBS的活性受H+浓度、光照强度等因素的影响
D.PSBS功能的发挥可增加类囊体膜上ATP的合成
9.(2025·滨州模拟)在番茄幼苗叶片上喷施不同浓度的海藻糖(一种非还原性二糖)溶液,探究其在高温环境下(40 ℃处理9天)对植物光合作用的影响,观测并统计叶绿素含量,如表所示。下列叙述正确的是 ( )
含量 海藻糖浓度
0(CK) 0.5% (T0.5) 1.0% (T1.0) 1.5% (T1.5)
叶绿素a 0.78 0.82 1.02* 1.01*
叶绿素b 0.35 0.38 0.36 0.35
注:*表示数据在统计学水平上存在显著差异。
A.可用斐林试剂检测海藻糖,产生砖红色沉淀
B.叶绿素a与叶绿素b是重要的光合色素,分布于叶绿体双层膜上
C.T1.0和T1.5处理组显著提高了番茄幼苗各光合色素的含量
D.番茄幼苗在高温逆境下通过利用海藻糖提高了光合作用的能力
二、非选择题(除特别注明外,每空1分)
10.(12分)(2025·苏州一模)光合作用被称为“地球上最重要的化学反应”。光反应过程中光合电子传递链主要由几大复合体组成,包括光系统Ⅱ(PSⅡ)、细胞色素复合体(Cb6/f)、光系统Ⅰ(PSⅠ)等。有些植物在强光下产生电子过多导致活性氧积累,细胞内活性氧积累会加快细胞凋亡引发萎黄病。研究人员利用拟南芥对光合电子传递进行了有关研究。
(1)光合作用的光反应发生在 上,光系统是由其上的蛋白质与光合色素结合形成的,具有 的功能。
(2)光反应中的电子传递包括线性电子传递和环式电子传递。线性电子传递中,电子经PSⅡ、Cb6/f和PSⅠ最终产生NADPH和ATP;环式电子传递中,电子在PSⅠ和Cb6/f间循环,仅产生ATP不产生NADPH。Cb6/f复合体位于PSⅡ和PSⅠ之间,同时参与线性电子传递和环式电子传递(图1)。
①在光照条件下,光系统Ⅱ(PSⅡ)吸收光能产生高势能电子,PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从 中夺取电子释放O2。
②光系统Ⅰ(PSⅠ)吸收光能产生强还原剂,使 还原,该还原剂在暗反应中的作用是 (2分);PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ,在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势,用于 的合成,同时维持电子传递相对平衡。
③环式电子传递与线性电子传递相比,能够 (填“提高”或“降低”)ATP/NADPH的值,提高暗反应的效率。
(3)野生型拟南芥能适应一定的强光胁迫,但C37缺失突变体不能。与图1相比,图2表明在强光胁迫下,C37缺失导致 受阻,传递效率显著下降,从而产生大量活性氧(ROS)。ROS积累到一定阶段会促进 并引发细胞凋亡,导致萎黄病。
(4)上述研究揭示出植物可以通过 (2分)以适应强光胁迫。
课时跟踪检测(十一)
1．选D 光合色素易溶于有机溶剂中，常用无水乙醇提取光合色素，A错误；制备滤纸条时，将干燥的定性滤纸一端剪去两角，并在距此端底部1 cm处用铅笔画一条细横线，B错误；为保证更多的光合色素沉积在滤液细线处，画滤液细线时，应用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画一条滤液细线，待滤液干后，再重复画一到两次，C错误；色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，距离滤液细线最远的为溶解度最高的色素，是橙黄色的胡萝卜素，D正确。
2．选B 在研磨绿叶、花瓣时均可加入少许SiO2，可以使研磨更加充分，以提高色素的提取率，A正确；叶绿体中的色素不溶于水，不能用水提取，B错误；分离光合色素时采用纸层析法，原理是光合色素在层析液中的溶解度不同，随着层析液扩散的速度不同，结果可观察到四条色素带，C正确；为减少吸入层析液中有毒性的挥发性物质，分离色素时应在通风好的条件下进行，D正确。
3．选C 各光合色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离光合色素，所以可用纸层析法来分离叶片中的光合色素，A正确；嫩叶中光合色素相对含量为6＋2＝8，老叶中光合色素相对含量为5＋3＝8，所以嫩叶与老叶的光合色素总含量无明显差别，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相对含量的变化为6→12→5，类胡萝卜素的相对含量变化为2→4→3，所以不同时期的叶绿素相对含量变化比类胡萝卜素的大，D正确。
4．选B 希尔反应证明了光合作用产生O2，但不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O，也可能来自其他有机物，A正确；氧原子的同位素18O是稳定性同位素，无放射性，B错误；希尔反应模拟的是光合作用光反应阶段的部分变化，发生在叶绿体中，C正确；希尔反应的悬浮液中只有H2O，没有CO2，不能合成糖类，说明H2O的光解和糖的合成不是同一个化学反应，D正确。
5．选D 图中P为类囊体薄膜，进行的反应过程为水光解产生NADPH和氧气，同时合成ATP，NADPH和ATP在叶绿体基质中参与暗反应，生成②(NADP＋)和③(ADP＋Pi)，A正确；CO2的固定是CO2与④(C5)在酶催化下结合成两分子C3的过程，B正确；光合作用的光反应产生的ATP、NADPH均可以为C3的还原提供能量，转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能，C正确；图中P为类囊体薄膜，进行光反应过程，在光反应中，叶绿素所吸收的光能会转化为不稳定的化学能储存到ATP和NADPH中，D错误。
6．选B CO2的固定过程是暗反应的组成部分，在叶绿体的基质中进行，A正确；根据题干可知，RuBP是C5，而PGA是C3，RuBP可以与CO2反应但是不消耗ATP，B错误；PGA的还原阶段消耗光反应产生的NADPH和ATP并合成蔗糖或淀粉等有机物，C正确；在光合作用的卡尔文循环中，CO2与RuBP结合后，经过一系列反应，RuBP被消耗并生成PGA，PGA在光反应阶段的产物作用下，可被还原生成RuBP，D正确。
7．选C 磷脂构成生物膜的基本支架；中心体主要由蛋白质组成，不含磷元素；核糖体由蛋白质和RNA组成，含磷元素，A错误。CO2形成三碳糖磷酸的过程中，需要NADPH作还原剂和提供能量，B错误。若光照骤减，短时间内光反应产生的ATP和NADPH减少，C3还原过程减慢，即C5的形成减少，且C5的消耗不变，导致C5的含量短时间内减少，C正确；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，但卡尔文循环不会立刻停止，D错误。
8．选D 光照过强时，类囊体膜蛋白PSBS感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，说明光照过强时叶肉细胞类囊体腔内pH下降，A正确；激活PSBS后，使水的光解受到抑制，光反应阶段生成的NADPH减少，引起暗反应阶段C3的还原减弱，导致光合作用产生的有机物减少，B正确；光照强度会影响光反应阶段水的光解等过程，H＋是水光解的产物，PSBS能感应类囊体腔内高H＋浓度而被激活，因此PSBS 的活性受H＋浓度、光照强度等因素的影响，C正确；ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H＋浓度差，PSBS功能的发挥可最终将过量的光能转换成热能释放，抑制了H＋浓度差的进一步加大，因此PSBS功能的发挥不能增加类囊体膜上ATP的合成，D错误。
9．选D 海藻糖是一种非还原性二糖，不可与斐林试剂反应产生砖红色沉淀，A错误；叶绿体中的光合色素分布于类囊体薄膜上，B错误；光合色素包括叶绿素a、b和类胡萝卜素，由表格数据可知，T1.0和T1.5处理组的叶绿素a含量有显著提高，但叶绿素b含量无显著差异，类胡萝卜素含量未测定，C错误；高温环境下，喷施1.0%和1.5%的海藻糖，叶绿素a的含量显著增多，光合作用能力得到提高，D正确。
10．解析：(1)真核细胞中，光反应需要的光合色素、酶等分布于叶绿体类囊体膜上，因此光合作用光反应发生在叶绿体类囊体薄膜上；由图1可知，由相关蛋白质与光合色素结合形成的光系统具有吸收、传递和转化光能的作用。
(2)①由图1可知，光系统Ⅱ在强光下导致部分叶绿素a失去电子后，使水光解产生O2、H＋以及电子，即PSⅡ中部分叶绿素a失去电子转化为强氧化剂从H2O中夺取电子释放O2。②光系统Ⅰ吸收光能后产生的强还原剂是NADPH，它能使C3还原为(CH2O)和C5，同时也提供能量；PSⅡ产生的电子和PSⅠ产生的部分电子经过Cb6/f复合体传递进入PSⅠ，在电子传递过程的同时形成跨膜的质子动力势，这部分势能为光反应过程中ATP的合成提供能量。③由图1可知，环式电子传递与线性电子传递相比，环式电子传递导致NADPH合成量减少，能够提高ATP/NADPH的值。
(3)由图1和图2可知，C37缺失突变体中电子积累在Cb6/f复合体前后，说明C37缺失导致的电子传递受阻，电子传递效率显著下降，从而产生大量活性氧(ROS)导致活性氧积累，活性氧积累到一定阶段可能会促进叶绿素分解，减少电子传递链中电子的来源，同时引发细胞凋亡，导致叶片枯萎发黄。
(4)上述研究表明，光合电子传递链中电子传递受阻会导致ROS积累引发细胞凋亡，对植物体造成损伤，因此，植物可通过调节光合电子传递链上的电子流动速率以适应强光胁迫。
答案：(1)叶绿体类囊体薄膜 吸收、传递、转化光能 (2)①H2O ②C3 作为还原剂使C3还原为(CH2O)和C5，提供能量 ATP ③提高 (3)电子传递 叶绿素分解 (4)调节光合电子传递链上的电子流动速率
