第10讲 光合作用与能量转化
第1课时 捕获光能的色素与光合作用的原理
考点一
● 必备知识
1.有机溶剂无水乙醇 无水乙醇 溶解度 溶解度高 层析液
2.防止研磨中色素被破坏 使研磨充分 色素 扩散均匀 分离出的色素带平整不重叠 清晰
3.橙黄色 色素种类 色素含量 溶解度
● 典型例题
1.D [解析] 提取光合色素时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的溶解度不同,因此在滤纸上的扩散速度不同,从而达到分离的效果,这就是纸层析法,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,叶绿素相对含量多时使叶片呈现绿色,而秋季类胡萝卜素相对含量增多使叶片呈黄色,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。
2.B [解析] 分析题图可知,1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度,推测是光合色素,光合色素易溶于有机溶剂,分布在叶绿体中;根据在蒸馏水中的层析结果可知,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,色素5易溶于水,A错误,B正确。色素1、2、3、4是光合色素,依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,色素1和2即胡萝卜素和叶黄素,主要吸收蓝紫光,色素3和4即叶绿素a和叶绿素b,主要吸收蓝紫光和红光,C错误。根据层析的结果,色素1距离起点最远,说明色素1在层析液中的溶解度最大,而色素4距离起点最近,说明色素4在层析液中的溶解度最小,D错误。
考点二
● 必备知识
1.(1)可见光
(2)蓝紫光 红光和蓝紫光 降低 增强
(3)对应的光被色素吸收
2.(1)光反应 暗反应
(2)外膜 内膜 叶绿体基质 暗反应 类囊体 色素 光反应 光合作用
3.(1)①被光束照射 ②所有受光 ③红光和蓝紫光
(2)叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用
(3)①选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;用需氧细菌可以确定氧气释放多的部位
②巧妙排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰;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
【考点易错】
(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
[解析] (1)吸收红光的主要是叶绿素,叶片黄化后,叶绿素含量减少,所以叶绿体对红光的吸收减少。(2)叶绿体的类囊体薄膜上和叶绿体基质中均分布着光合作用需要的酶,而色素只分布于叶绿体的类囊体薄膜上。(5)植物叶片中的光合色素主要吸收蓝紫光和红光,对绿光吸收最少,绿光被反射出来,所以叶片呈现绿色。
【长句拓展】
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 绿色光源发出绿色的光,这种波长的光几乎不能被光合色素吸收,因此无法用于光合作用制造有机物
2.红藻最深,褐藻居中,绿藻最浅 红藻吸收蓝紫光和绿光较多,绿藻吸收红光和蓝紫光较多
● 典型例题
1.D [解析] 图乙所示结构含有光合色素,光合色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上,位于图甲中的③,A错误;在叶绿体的基质(图甲④)中,也分布有与光合作用有关的酶,B错误;光合色素只吸收太阳光中的可见光,C错误;③是叶绿体的类囊体,叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积,D正确。
2.B [解析] 在提取绿叶中的色素时,加入CaCO3可以保护叶绿素不被破坏,即可保护②③,A正确;紫外光属于不可见光,光合色素不能吸收利用紫外光,B错误;利用纸层析法分离色素时,从上至下色素分布依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,因此②叶绿素b应位于滤纸条的最下端, C正确;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,即②叶绿素b相对含量升高,所以弱光下②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。
考点三
● 必备知识
1.离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气 光合作用释放的氧气全部来自水
2.(3)光 ATP CO2 类囊体薄膜 叶绿体基质 O2 NADPH NADPH ATP和NADPH ATP和NADPH ADP和Pi、NADP+
3.糖类 光能 硝化细菌
【考点易错】
(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
[解析] (1)水在叶绿体中分解产生氧气需要光能。(2)CO2的固定实质上是CO2在特定酶的作用下,与C5结合生成C3,该过程不消耗ATP。(3)光合作用过程中ADP是暗反应的产物,参与光反应,故ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。(4)暗反应需要光反应提供的ATP和NADPH,在叶绿体基质中存在暗反应进行所需要的酶,适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH、CO2后,可完成暗反应过程。(5)氧气是在类囊体腔中产生的,所以水光解产生的O2若被有氧呼吸利用(进入线粒体中),至少要穿过5层膜(类囊体1层膜,叶绿体内、外膜,线粒体内、外膜)。(6)弱光条件下,当植物的光合作用速率小于呼吸作用速率或光合作用速率等于呼吸作用速率时,均表现为没有氧气的释放,但此时植物进行光合作用。
【长句拓展】
1.NADP+与H+结合形成NADPH
2.暗反应速率增大消耗更多的NADPH和ATP,能为光反应提供更多的ADP、Pi、NADP+等
3.黑暗条件下,光反应无法进行,无法为暗反应提供ATP和NADPH
● 典型例题
1.A [解析] 该实验说明了光照条件下释放了氧气,但是不能说明氧气来自于水的光解,A错误;该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性物质(氢离子),B正确;CO2是光合作用暗反应的原料,若给A组提供14CO2等物质,可能会检测到(14CH2O)的生成,C正确;该实验只能证明叶绿体在光照条件下产生了氧气和氢离子,无法证明叶绿体是植物细胞合成糖类的场所,D正确。
2.C [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,其光合作用进行的程度,A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,B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,C错误;据题图可知,在一定时间内光照时间越长,光合作用时间延长,产生放射性物质的种类越多,D正确。
3.D [解析] 光反应阶段发生水的光解,水在光作用下被分解为氧和H+,氧直接以氧分子的形式排出,其通过叶绿体膜的方式是自由扩散,A正确;光合作用中的辅酶为NADPH,呼吸作用中的辅酶为NADH,两者不是同一种物质,B正确;由图可知,戊代表C3,丁代表C5,植物从黑暗中转入适宜光照环境,导致C3含量减少,C5含量增加,C正确;暗反应不直接依赖光,但是夜间没有光反应为暗反应提供NADPH和ATP,暗反应也不能进行,D错误。
4.A [解析] 消耗等量的CO2合成的有机物中,植物的呼吸作用会消耗一部分,而图示过程无呼吸消耗,因此该过程比植物积累的有机物多,A错误;人工合成淀粉的技术成熟后能够利用大量的CO2,可有效缓解温室效应,B正确;由图可知,③~⑥过程类似于暗反应(CO2的固定和C3的还原),能够固定CO2产生糖类等有机物,C正确;由图可知,该技术利用了光合作用原理,实现了光能→电能→有机物中稳定的化学能的能量转化,D正确。
5.D [解析] 本实验中温度、光照强度和CO2浓度是无关变量,无关变量也是影响实验结果的变量,只是人为控制相同而已,A错误;暗反应不需要氧气参与,B错误;A组和B组光照时间相同,但B组光合产物的相对含量高于A组,说明在无光时也进行了暗反应,C错误;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,D正确。
经典真题·明考向
1.C [解析] 选择新鲜程度不同的叶片分开研磨,A错误;提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水,B错误;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。
2.C [解析] 由表中数据分析可知,三组中,第①组首次开花时间最早,说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,但在三组中该组产量最低,A错误;由题干信息可知,植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关,根据表格数据分析,第①组光照处理中的黑暗时长最长,花的叶黄素含量最低,第③组光照处理中的黑暗时长最短,但花的叶黄素含量却不是最高的,说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相关,B错误;由表中信息可知,第②组光照处理下,花的叶黄素含量最高,植物甲的花品质最好,第③组光照处理下,鲜花累计平均产量最高,说明植物甲的花产量最高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理,C正确;由表中数据分析可知,第②组光照处理下,花的叶黄素含量最高,但鲜花累计平均产量却不是最高的,说明植物甲花的产量不是最高的,所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关,D错误。
3.(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)正常光照条件下,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 弱光及其他条件相同且适宜 气孔大小或气孔开度 B组气孔大小小于A组,C、D两组气孔大小基本相同,C、D组气孔大小大于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无水乙醇中,所以常使用无水乙醇提取。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。由题干可知,白色种子(纯合突变体)未完全成熟即可在母体上萌发,而脱落酸可抑制种子萌发, 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。由题图可知,弱光条件下,纯合突变体叶绿素相对含量较高,植株能正常生长。为检验上述假设,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大小。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组气孔大小明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同,C、D组气孔大小大于A、B组。第10讲 光合作用与能量转化
课标 要求 1.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 2.教学活动:提取和分离叶绿体色素;探究不同环境因素对光合作用的影响
第1课时 捕获光能的色素与光合作用的原理
考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离(实验·探究型)
1.实验原理
2.实验步骤
3.实验结果及分析
4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
异常现象 原因分析
收集到的 滤液 绿色过浅 ①未加二氧化硅,研磨不充分 ②使用放置数天的菠菜叶,滤液含色素(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) ④未加碳酸钙或加入过少,色素分子被破坏
滤纸条色 素带重叠 ①滤液细线不直 ②滤液细线过粗
滤纸条无 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
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
2.[2024·广东六校联考] 为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色素种类,某兴趣小组做了如下的色素分离实验:将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样,先置于层析液中层析分离,再置于蒸馏水中进行层析,过程及结果如下图所示,图中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1、2、3、4、5均难溶于水,易溶于有机溶剂
B.色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中,色素5可能存在于液泡中
C.色素1和2主要吸收蓝紫光和红光,色素3、4、5主要吸收蓝紫光
D.色素1在层析液中的溶解度最小,色素4在层析液中溶解度最大
考点二 捕获光能的色素和叶绿体的结构(固本·识记类)
1.捕获光能的色素的种类及吸收光谱
【分析】
(1)一般情况下,叶绿体中的色素只吸收 ,而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)类胡萝卜素主要吸收 ,几乎不吸收红光。叶绿素a和叶绿素b主要吸收 。研究表明:在遮光条件下,以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测:在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/叶绿素b ,弱光下的吸收能力 ,有利于提高植物的捕光能力,是对弱光环境的一种适应。
(3)图中暗带产生的原因是 。
[提醒]同等强度的补光,红光或蓝紫光比白光的效果好;如果利用的是自然光,大棚无色透明膜比有色透明膜效果好。
2.叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构与功能
3.证明叶绿体是光合作用场所的实验——恩格尔曼实验
(1)实验步骤及现象
①极细光束照射水绵:需氧细菌只集中分布在叶绿体 到的部位。
②完全曝光:需氧细菌分布在叶绿体 的部分。
③用透过三棱镜的光照射水绵临时装片:大量的需氧细菌聚集在 区域。
(2)实验结论
; 。
(3)实验分析
①分析恩格尔曼实验在选材上的巧妙之处:
。
②分析恩格尔曼实验在实验设计上的巧妙之处:
。
考点易错·明辨析
(1)叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。( )
(2)光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。( )
(3)黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是叶绿素合成受阻引起的。 ( )
(4)叶绿体内的基粒和类囊体极大地扩展了受光面积。( )
(5)植物叶片呈现绿色是因为叶绿素能有效地吸收绿光。( )
(6)[2023·全国乙卷] 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。( )
长句拓展·练思维
1.[必修1 P97“问题探讨”] 有的植物工厂使用LED灯等人工光源进行生产,其中红色、蓝色、白色的光源使用率最高,选择这些光源的原因是 。植物工厂不使用发绿光的光源的原因是 。
2.[必修1 P101“拓展应用”] 植物本身的颜色是反射出来的光所形成的,海水越深透过的波长越短,判断红藻、褐藻、绿藻在海水中的深浅分布是 。原因是 。
1.[2024·四川广安模拟] 图甲为叶绿体结构模式图,图乙是从图甲中取出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是( )
A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.图乙所示结构可吸收全部的太阳光
D.叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积
2.[2024·河北衡水模拟] 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。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,错误的是( )
A.在提取绿叶中的色素时,加入CaCO3可以保护②③不被破坏
B.色素①可以吸收少量紫外光进行光合作用
C.利用纸层析法分离色素时,②应位于滤纸条的最下端
D.弱光下②的相对含量升高有利于植物对弱光的利用
影响叶绿素合成的三大因素
考点三 光合作用过程分析(固本·识记类)
1.重要科学史实回顾分析
重要实验 结论
1937年,希尔(英国)在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或者其他氧化剂(悬浮液中有H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气(希尔反应)
1941年,鲁宾、卡门的实验。如下图所示
20世纪40年代,美国科学家卡尔文将小球藻装在一个密闭容器中,用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用,然后追踪14C的去向 C的转移路径是
1954年,美国科学家阿尔农发现,在光照下,叶绿体可以合成ATP。1957年,他发现这一过程总是与水的光解相伴随
[提醒]18O是稳定同位素,14C具有放射性。
2.光合作用过程分析
(1)过程图解
(2)光合作用反应式及元素的转移途径
①H:3H2ONADP3H(C3H2O)。
②C:14CO2 14C3(14CH2O)。
③O:O 18O2;C18O2C3(CO)。
(3)光反应和暗反应过程比较
项目 光反应 暗反应
条件 、色素、酶 、NADPH、 、多种酶
场所
物质 变化 ①2H2O 4H++ +4e- ②NADP++H++2e- ③ADP+Pi+能量ATP ①CO2+C52C3 ②
能量 变化 光能→ 中的化学能→有机物中稳定的化学能
联系 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,有机物无法合成
3.光合作用与化能合成作用的对比
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 等有机物
能量来源 某些无机物氧化时 释放的能量
生物种类 绿色植物、 蓝细菌等 、硫细菌等
考点易错·明辨析
(1)水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量。( )
(2)CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能。( )
(3)光合作用的过程中,ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。( )
(4)适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,不能完成暗反应过程。( )
(5)[2021·重庆卷] 水光解产生的O2若被有氧呼吸利用,最少要穿过4层膜。( )
(6)[2021·湖南卷] 弱光条件下植物没有O2的释放,说明未进行光合作用。( )
长句拓展·练思维
1.[必修1 P103“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 。
2.光照适宜时,当暗反应速率增大时光反应速率也会增大,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 。
命题角度一 探究光合作用过程的部分实验
1.[2024·安徽合肥模拟] 英国植物学家希尔发现:在光下,若给含叶绿体的叶片提取液(淡绿色)提供特定的与氢离子结合的氢受体2,6-D(一种墨绿色染料,接受氢离子并被还原成无色),在无CO2时进行光照,可观察到提取液由墨绿色变为淡绿色,并释放出O2;但放在暗处,则试管中的液体仍为墨绿色,且无O2的释放,如图所示。下列关于该实验的叙述和推论,错误的是( )
A.该实验证明了光照条件下释放的氧气完全来自于H2O的光解
B.该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性物质
C.若给A组提供14CO2等物质,可能会检测到(14CH2O)的生成
D.该实验无法证明叶绿体是植物细胞合成糖类的场所
2.[2024·广东深圳调研] 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,然后在培养不同时间(0.5 s、3 s、10 s等)后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,实验结果如下图。下列相关分析不正确的是( )
A.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
B.推测暗反应的初产物可能是3-磷酸甘油酸
C.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
D.在一定时间内光照时间越长,产生放射性物质的种类越多
命题角度二 光合作用的原理和过程
3.[2024·广东梅州期末] “稻米流脂粟米白,公私仓廪俱丰实。”每年丰收季,水稻等多种农作物开始收获,如图是水稻叶肉细胞的叶绿体内进行光合作用合成有机物的过程。下列相关叙述错误的是( )
A.光反应阶段中水被分解为H+和物质甲,物质甲通过叶绿体膜的方式为自由扩散
B.物质丙中包括NADPH和ATP,其中NADPH是还原型辅酶 Ⅱ ,它与呼吸作用中的还原型辅酶不是同一种酶
C.植物从黑暗中转入适宜光照环境后,叶绿体内丁含量上升,戊含量下降
D.暗反应阶段有没有光都能进行,夜间没有光反应但仍能进行暗反应
4.我国科学家在人工合成淀粉方面取得了重大的颠覆性和独创性突破。科研人员实现了以CO2为原料人工合成淀粉的技术,技术路径如图所示,图中①~⑥表示相关过程。下列说法错误的是( )
A.消耗等量的CO2,图示过程比植物积累的有机物少
B.人工合成淀粉的技术成熟后可有效缓解温室效应
C.③~⑥过程类似于暗反应,能够固定CO2产生糖类等有机物
D.该技术实现了光能→电能→有机物中稳定的化学能的能量转化
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质含量在短时间内的变化
注:↑表示增加,↓表示减少。
(2)“模型法”表示C3和C5的含量变化
注:C3的起始值高于C5,约是其2倍。
(3)易错提醒
①以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。若时间延长,光照强度减弱,光反应减弱,暗反应也一定减弱,总光合强度也一定减弱;CO2不足,暗反应减弱,光反应也一定减弱,总光合强度也一定减弱。
②以上各物质变化中,C3和C5含量的变化是相反的,NADPH和ATP含量变化是一致的。
③具体分析时只有理清C3、C5的“来源”与“去路”(C3产生于CO2的固定,消耗于C3的还原;C5产生于C3的还原,消耗于CO2的固定),才能避开试题陷阱。
命题角度三 连续光照和交替光照下的光合作用
5.[2022·河北邯郸模拟] 研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料,在相同的条件下进行了四组实验。其中D组连续光照,A、B、C组依次加大光照—黑暗的交替频率。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135s,光合作用产物的相对含量为100%。下列相关说法正确的是( )
A.本实验中光照强度是无关变量,故各组光合作用产物生成量和光照强度无关
B.光照处理期间,光反应通过水的分解为暗反应提供O2和NADPH
C.本实验中,暗反应一定和光反应同时进行
D.单位光照时间内,C组植物合成有机物的量大于D组
经典真题·明考向
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
2.[2024·湖北卷] 植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如下表所示。下列叙述正确的是( )
组别 光照处理 首次开 花时间 茎粗 /mm 花的叶黄 素含量/ (g/kg) 鲜花累计 平均产量/ (kg/hm2)
① 光照8 h/ 黑暗16 h 7月 4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/ 黑暗12 h 7月 18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/ 黑暗8 h 7月 26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
3.[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: 。 (共147张PPT)
第10讲
光合作用与能量转化
课标要求 1.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
2.教学活动:提取和分离叶绿体色素;探究不同环境因素对光合作用的影响
第1课时
捕获光能的色素与光合作用的
原理
考点一 实验：绿叶中色素的提取和分离（实验·探究型）
考点二 捕获光能的色素和叶绿体的结构（固本·识记类）
考点三 光合作用过程分析（固本·识记类）
经典真题·明考向
作业手册
备用习题
答案速查【听】
答案速查【作】
考点一 实验：绿叶中色素的提取和分离
（实验·探究型）
1.实验原理
有机溶剂无水乙醇
无水乙醇
溶解度
溶解度高
层析液
2.实验步骤
防止研磨中色素被破坏
使研磨充分
色素
扩散均匀
分离出的色素带平整不重叠
清晰
3.实验结果及分析
橙黄色
色素种类
色素含量
溶解度
4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
异常现象 原因分析
收集到的 滤液绿色 过浅 ①未加二氧化硅，研磨不充分
②使用放置数天的菠菜叶，滤液含色素（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）
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色 素带重叠 ①滤液细线不直
②滤液细线过粗
异常现象 原因分析
滤纸条无 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
（续表）
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
√
[解析] 提取光合色素时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的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度
不同，从而达到分离的效果，这就是纸层析法，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
素相对含量多时使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素相对含量增多
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。
2.[2024·广东六校联考] 为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色
素种类，某兴趣小组做了如下的色素分离实验：将其叶片色素提取液
在滤纸上进行点样，先置于层析液中层析分离，再置于蒸馏水中进行
层析，过程及结果如下图所示，图中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1、2、3、4、5均难溶于水，易溶于有机溶剂
B.色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中，色素5可能存在于液泡中
C.色素1和2主要吸收蓝紫光和红光，色素3、4、5主要吸收蓝紫光
D.色素1在层析液中的溶解度最小，色素4在层析液中溶解度最大
√
[解析] 分析题图可知，1、2、3、4在层
析液中具有不同的溶解度，推测是光合色
素，光合色素易溶于有机溶剂，分布在叶
绿体中；根据在蒸馏水中的层析结果可知，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，色素5易溶于水，A错误，B正确。色素1、2、3、4是光合色素，依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素、叶绿素 ,色素1和2即胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，色素3和4即叶绿素 和叶绿素 ,主要吸收蓝紫光和红光，C错误。根据层析的结果，色素1距离起点最远，说明色素1在层析液中的溶解度最大，而色素4距离起点最近，说明色素4在层析液中的溶解度最小，D错误。
考点二 捕获光能的色素和叶绿体的结构
（固本·识记类）
1.捕获光能的色素的种类及吸收光谱
【分析】
（1）一般情况下，叶绿体中的色素
只吸收________,而对红外光和紫外
光等不吸收。
可见光
（2）类胡萝卜素主要吸收________,几
乎不吸收红光。叶绿素 和叶绿素 主要
吸收______________。研究表明:在遮
光条件下,以蓝紫光为主的散光占比增
加。请预测：在适当遮光的条件下叶
片（比如同一植物底层叶片）中叶绿
素叶绿素 ______，弱光下的吸收能
力______,有利于提高植物的捕光能力,是对弱光环境的一种适应。
蓝紫光
红光和蓝紫光
降低
增强
（3）图中暗带产生的原因是____________________。
对应的光被色素吸收
［提醒］同等强度的补光,红光或蓝紫光比白光的效果好;如果利用的是自然光,大棚无色透明膜比有色透明膜效果好。
2.叶绿体的结构与功能
（1）结构模式图
光反应
暗反应
（2）结构与功能
外膜
内膜
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光反应
光合作用
3.证明叶绿体是光合作用场所的实验——恩格尔曼实验
（1）实验步骤及现象
①极细光束照射水绵:需氧细菌只集中分布在叶绿体
____________到的部位。
被光束照射
所有受光
红光和蓝紫光
（2）实验结论__________________________________;_____________
____________________________________。
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用
②完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体__________的部分。
③用透过三棱镜的光照射水绵临时装片：大量的需氧细菌聚集在
______________区域。
（3）实验分析
①分析恩格尔曼实验在选材上的巧妙之处：______________________
____________________________________________________________
______。
②分析恩格尔曼实验在实验设计上的巧妙之处： _________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
_________________________________________________ 。
选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;用需氧细菌可以确定氧气释放多的部位
巧妙排除干扰因素:
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰;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
【考点易错】（明辨析）
（1）叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多。（ ）
×
[解析] 吸收红光的主要是叶绿素,叶片黄化后,叶绿素含量减少,所以
叶绿体对红光的吸收减少。
（2）光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。
（ ）
×
[解析] 叶绿体的类囊体薄膜上和叶绿体基质中均分布着光合作用需
要的酶,而色素只分布于叶绿体的类囊体薄膜上。
（3）黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是叶绿素合成受阻引起的。
（ ）
√
（4）叶绿体内的基粒和类囊体极大地扩展了受光面积。（ ）
√
（5）植物叶片呈现绿色是因为叶绿素能有效地吸收绿光。（ ）
×
[解析] 植物叶片中的光合色素主要吸收蓝紫光和红光,对绿光吸收最
少,绿光被反射出来,所以叶片呈现绿色。
（6）[2023·全国乙卷] 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。（ ）
√
【长句拓展】（练思维）
1.［必修“问题探讨”］ 有的植物工厂使用 灯等人工光源进行
生产,其中红色、蓝色、白色的光源使用率最高，选择这些光源的原因
是 _________________________________________________________
____________________________________________________________
________ 。植物工厂不使用发绿光的光源的原因是_______________
____________________________________________________________
_______________。
绿色光源发出绿色的光,这种波长的光几乎不能被光合色素吸收,因此无法用于光合作用制造有机物
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.［必修 “拓展应用”］ 植物本身的颜色是反射出来的光所形成
的,海水越深透过的波长越短,判断红藻、褐藻、绿藻在海水中的深浅
分布是___________________________。原因是___________________
________________________________。
红藻最深,褐藻居中,绿藻最浅
红藻吸收蓝紫光和绿光较多,绿藻吸收红光和蓝紫光较多
1.[2024·四川广安模拟] 图甲为叶绿体结构模式图，图乙是从图甲中取
出的部分结构放大图。下列相关叙述正确的是（ ）
A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.图乙所示结构可吸收全部的太阳光
D.叶绿体以图甲③的形式扩大膜的面积
√
[解析] 图乙所示结构含有光合色素，光合色素只分布在叶绿体的类
囊体薄膜上，位于图甲中的③，A错误；在叶绿体的基质（图甲 ）
中，也分布有与光合作用有关的酶，B错误；光合色素只吸收太阳光
中的可见光，C错误；③是叶绿体的类囊体，叶绿体以图甲③的形式
扩大膜的面积，D正确。
2.[2024·河北衡水模拟] 高等植物的光合作用依
赖光合色素。不同环境条件下，叶绿素和叶
绿素 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，
叶绿素叶绿素 的值会降低，以适应环境。图中②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，错误的是（ ）
A.在提取绿叶中的色素时，加入 可以保护②③不被破坏
B.色素①可以吸收少量紫外光进行光合作用
C.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端
D.弱光下②的相对含量升高有利于植物对弱光的利用
√
[解析] 在提取绿叶中的色素时，加入
可以保护叶绿素不被破坏，即可
保护②③，A正确；紫外光属于不可见
光，光合色素不能吸收利用紫外光，B
错误；利用纸层析法分离色素时，从上至下色素分布依次是胡萝卜
素、叶黄素、叶绿素、叶绿素，因此②叶绿素 应位于滤纸条的最
下端，正确；在适当遮光条件下，叶绿素叶绿素 的值会降低，
以适应环境，即②叶绿素相对含量升高，所以弱光下②叶绿素 的
相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
影响叶绿素合成的三大因素
[题后归纳]
考点三 光合作用过程分析（固本·识记类）
1.重要科学史实回顾分析
重要实验 结论
_________________
_________________
____________
1941年，鲁宾、卡门的实验。如下图所示 _______________________________________________________________ _________________
_____________
离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解, 产生氧气
光合作用释放的氧气全部来自水
重要实验 结论
C的转移路径是
_ ________________
（续表）
［提醒］是稳定同位素， 具有放射性。
2.光合作用过程分析
（1）过程图解
（2）光合作用反应式及元素的转移途径
① 。
② 。
③; 。
（3）光反应和暗反应过程比较
项目 光反应 暗反应
条件 ____、色素、酶
场所 ____________ ____________
光
类囊体薄膜
叶绿体基质
项目 光反应 暗反应
物质变 化
（续表）
项目 光反应 暗反应
能量变 化 联系 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,有机物无法合成 和
和
和、
（续表）
3.光合作用与化能合成作用的对比
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 产物 ______等有机物 能量来源 ______ 某些无机物氧化时释放的能量
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 __________、硫细菌等
糖类
光能
硝化细菌
【考点易错】（明辨析）
（1）水在叶绿体中分解产生氧气需要 提供能量。（ ）
×
[解析] 水在叶绿体中分解产生氧气需要光能。
（2）的固定实质上是将中的化学能转变为 中的化学能。
（ ）
×
[解析] 的固定实质上是在特定酶的作用下,与结合生成 ,
该过程不消耗 。
（3）光合作用的过程中, 从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。（ ）
×
[解析] 光合作用过程中是暗反应的产物,参与光反应,故 的移
动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。
（4）适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加、和
后,不能完成暗反应过程。（ ）
×
[解析] 暗反应需要光反应提供的和 ,在叶绿体基质中存在
暗反应进行所需要的酶,适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加
、、 后,可完成暗反应过程。
（5）[2021·重庆卷] 水光解产生的 若被有氧呼吸利用,最少要穿过4
层膜。（ ）
×
[解析] 氧气是在类囊体腔中产生的,所以水光解产生的 若被有氧呼
吸利用（进入线粒体中）,至少要穿过5层膜（类囊体1层膜,叶绿体内、
外膜,线粒体内、外膜）。
（6）[2021·湖南卷] 弱光条件下植物没有 的释放,说明未进行光合作
用。（ ）
×
[解析] 弱光条件下,当植物的光合作用速率小于呼吸作用速率或光合
作用速率等于呼吸作用速率时,均表现为没有氧气的释放,但此时植物
进行光合作用。
【长句拓展】（练思维）
1.［必修“相关信息”］ 水分解为氧和 的同时,被叶绿体夺去
两个电子。电子经传递,可用于___________________________。
与结合形成
2.光照适宜时,当暗反应速率增大时光反应速率也会增大,原因是______
____________________________________________________________
___________。
暗反应速率增大消耗更多的和,能为光反应提供更多的、、等
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__________________________________
______________________。
黑暗条件下,光反应无法进行,无法为暗反应提供和
命题角度一 探究光合作用过程的部分实验
1.[2024·安徽合肥模拟] 英国植物学家希尔发现：在光下，若给含叶绿
体的叶片提取液（淡绿色）提供特定的与氢离子结合的氢受体2，
（一种墨绿色染料，接受氢离子并被还原成无色），在无 时
进行光照，可观察到提取液由墨绿色变为淡绿色，并释放出 ；但放
在暗处，则试管中的液体仍为墨绿色，且无 的释放，如图所示。下
列关于该实验的叙述和推论，错误的是（ ）
A.该实验证明了光照条件下释放的氧气完全来自于 的光解
B.该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性物质
C.若给A组提供等物质，可能会检测到 的生成
D.该实验无法证明叶绿体是植物细胞合成糖类的场所
√
[解析] 该实验说明了光照条件下释放了氧气，但是不能说明氧气来
自于水的光解，A错误；该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还
原性物质（氢离子），B正确； 是光合作用暗反应的原料，若给
A组提供等物质，可能会检测到 的生成，C正确；该
实验只能证明叶绿体在光照条件下产生了氧气和氢离子，无法证明
叶绿体是植物细胞合成糖类的场所，D正确。
2.[2024·广东深圳调研] 卡尔文将标记的 通入正在进行光合作用的小球藻培养液中，然后在培养不同时间（、、 等）后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，实验结果如下图。下列相关分析不正确的是（ ）
A.热乙醇处理的目的是停止光合作用的进行
B.推测暗反应的初产物可能是 磷酸甘油酸
C.可依据放射性的强弱推测出暗反应的过程
D.在一定时间内光照时间越长，产生放射性物质的种类越多
√
[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，其光合作用进行
的程度，A正确；放射性最先在 磷酸甘油酸出现，推测暗反应的初
产物可能是 磷酸甘油酸，B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，C错误；据题图可知，在一定时间内光照
时间越长，光合作用时间延长，产生放射性物质的种类越多，D正确。
命题角度二 光合作用的原理和过程
3.[2024·广东梅州期末] “稻米流脂粟米白，公私仓廪俱丰实。”每年丰
收季，水稻等多种农作物开始收获，如图是水稻叶肉细胞的叶绿体内
进行光合作用合成有机物的过程。下列相关叙述错误的是（ ）
A.光反应阶段中水被分解为 和物质甲，
物质甲通过叶绿体膜的方式为自由扩散
B.物质丙中包括和，其中
是还原型辅酶 Ⅱ，它与呼吸作用中的还原型
辅酶不是同一种酶
C.植物从黑暗中转入适宜光照环境后，叶绿
体内丁含量上升，戊含量下降
D.暗反应阶段有没有光都能进行，夜间没有
光反应但仍能进行暗反应
√
[解析] 光反应阶段发生水的光解，水在光
作用下被分解为氧和 ，氧直接以氧分子
的形式排出，其通过叶绿体膜的方式是自
由扩散，A正确；光合作用中的辅酶为
，呼吸作用中的辅酶为 ，两者不是同一种物质，B正确；
由图可知，戊代表，丁代表 ，植物从黑暗中转入适宜光照环境，
导致含量减少， 含量增加，C正确；暗反应不直接依赖光，但是
夜间没有光反应为暗反应提供和 ，暗反应也不能进行，
D错误。
4.我国科学家在人工合成淀粉
方面取得了重大的颠覆性和独
A.消耗等量的 ，图示过程比植物积累的有机物少
B.人工合成淀粉的技术成熟后可有效缓解温室效应
C.③～⑥过程类似于暗反应，能够固定 产生糖类等有机物
D.该技术实现了光能 电能 有机物中稳定的化学能的能量转化
创性突破。科研人员实现了以 为原料人工合成淀粉的技术，技术
路径如图所示，图中①～⑥表示相关过程。下列说法错误的是（ ）
√
[解析] 消耗等量的 合成的有机物中，植物的呼吸作用会消耗一
部分，而图示过程无呼吸消耗，因此该过程比植物积累的有机物多，
A错误；人工合成淀粉的技术成熟后能够利用大量的 ，可有效缓
解温室效应，B正确；由图可知，③～⑥过程类似于暗反应
（的固定和的还原），能够固定 产生糖类等有机物，C正
确；由图可知，该技术利用了光合作用原理，实现了光能 电能
有机物中稳定的化学能的能量转化，D正确。
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
（1）“过程法”分析各物质含量在短时间内的变化
[题后归纳]
注： 表示增加， 表示减少。
（2）“模型法”表示和 的含量变化
注：的起始值高于 ，约是其2倍。
（3）易错提醒
①以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。若时
间延长,光照强度减弱，光反应减弱，暗反应也一定减弱,总光合强度
也一定减弱； 不足,暗反应减弱，光反应也一定减弱，总光合强度
也一定减弱。
②以上各物质变化中,和含量的变化是相反的,和 含量
变化是一致的。
③具体分析时只有理清、的“来源”与“去路”（产生于 的固
定,消耗于的还原;产生于的还原,消耗于 的固定）,才能避开
试题陷阱。
命题角度三 连续光照和交替光照下的光合作用
5.[2022·河北邯郸模拟] 研究人员以生长状态相同的绿色植物为材料，
在相同的条件下进行了四组实验。其中D组连续光照，A、B、C组依
次加大光照—黑暗的交替频率。A组：先光照后黑暗，时间各为 ；
光合作用产物的相对含量为 ；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 ，光合作用产物的相对含量
为 ；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（毫秒），光合作用产物的相对含量为 。D组
（对照组）光照时间为，光合作用产物的相对含量为 。
下列相关说法正确的是（ ）
A.本实验中光照强度是无关变量，故各组光合作用产物生成量和光照
强度无关
B.光照处理期间，光反应通过水的分解为暗反应提供和
C.本实验中，暗反应一定和光反应同时进行
D.单位光照时间内，C组植物合成有机物的量大于D组
√
[解析] 本实验中温度、光照强度和 浓度是无关变量，无关变量
也是影响实验结果的变量，只是人为控制相同而已，A错误；暗反应
不需要氧气参与，B错误；A组和B组光照时间相同，但B组光合产物
的相对含量高于A组，说明在无光时也进行了暗反应，C错误；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
，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，D正确。
经典真题·明考向
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
√
[解析] 选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；提取液为无水
乙醇，光合色素不溶于水，B错误；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。
2.[2024·湖北卷] 植物甲的花产量、品质（与叶黄素含量呈正相关）与
光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗，实验结果
如下表所示。下列叙述正确的是（ ）
组 别 光照处理 首次开 花时间
① 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 7月26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
√
组 别 光照处理 首次开 花时间
① 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 7月26日 11.5 2.4 22 500
[解析] 由表中数据分析可知，三组中，第①组首次开花时间最早，
说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，但在三组中该组产量
最低，A错误；由题干信息可知，植物甲的花品质与叶黄素含量呈正
相关，根据表格数据分析，第①组光照处理中的黑暗时长最长，花
的叶黄素含量最低，第③组光照处理中的黑暗时长最短，但花的叶
黄素含量却不是最高的，说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗
时长不是呈负相关，B错误；
由表中信息可知，第②组光照处理下，花的叶黄素含量最高，植物甲的花品质最好，第③组光照处理下，鲜花累计平均产量最高，说明植物甲的花产量最高，综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理，C正确；由表中数据分析可知，第②组光照处理下，花的叶黄素含量最高，但鲜花累计平均产量却不是最高的，说明植物甲花的产量不是最高的，所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关，D错误。
3.[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
，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 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______________________。
无水乙醇
防止研磨中色素被破坏
[解析] 叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂无水乙醇
中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色
素被破坏。
（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
____________________________________________________。
叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
[解析] 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）正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为_______
____________________________________________________________
__________________________________________________。
正常光照条件下，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
[解析] 在正常光照下 ，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 ，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）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____________________________
___________________________________。
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）
[解析] 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的合成缺陷， 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 的
含量，但不影响纯合突变体中 的含量。为检验上述假设，请完成下
面的实验设计：
脱落酸
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 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：________________________________________________
___________________________。
弱光及其他条件相同且适宜
气孔大小或气孔开度
B组气孔大小小于A组，C、D两组气孔大小基本相同，C、D组气孔大小大于A、B组
[解析] 纯合突变体中可能存在某种植物激素 的合成缺陷。由题干
可知，白色种子（纯合突变体）未完全成熟即可在母体上萌发，而
脱落酸可抑制种子萌发，据此可推知： 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 的含量，但不影响纯合
突变体中 的含量。由题图可知，弱光条件下，纯合突变体叶绿素相
对含量较高，植株能正常生长。为检验上述假设，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 株植物的叶片，在显微镜下观察、测
量并记录各组的气孔大小。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 的含量，但不影
响纯合突变体中 的含量，所以预期的结果是B组气孔大小明显小于
A组，C、D两组气孔大小基本相同，C、D组气孔大小大于A、B组。
备用习题
1. 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,过程及结果如下图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是( )
√
A.色素1在层析液中的溶解度最大
B.色素1、2、3、4难溶于蒸馏水
C.色素5可能存在于植物的液泡中
D.缺Mg会影响色素1和2的含量
[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正确;根据在蒸馏水中的层析结果说明色素1、2、3、4难溶于蒸馏水,因此在滤纸上不进行扩散,B正确;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,C正确;色素1、2、3、4在层析液中具有不同的溶解度,推测其是光合色素,因此它们依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,Mg只参与构成叶绿素,故缺Mg会影响色素3和4的含量,D错误。
2. 叶绿体是进行光合作用的主要细胞器。叶绿体约含75%的水分,而在叶绿体的干物质中,以蛋白质、脂质、色素和无机盐为主。下列叙述错误的是 ( )
A.叶绿体基质中进行暗反应需要大量的酶参与
B.植物细胞呼吸产生的ATP可以用于C3的还原
C.叶绿体中的部分脂质是组成叶绿体类囊体膜的主要成分
D.叶绿体有自己的DNA,可以参与控制植物的性状遗传
√
[解析]暗反应在叶绿体基质中进行,需要一系列酶的催化,A正确;植物细胞呼吸产生的ATP不会用于C3的还原,光反应产生的ATP和NADPH用于C3的还原,B错误;生物膜的主要成分是磷脂和蛋白质,磷脂属于脂质,叶绿体中的部分脂质是组成叶绿体类囊体膜的主要成分,C正确;叶绿体是半自主性细胞器,有自己的DNA,可以参与控制植物的性状遗传,D正确。
处理 光照强度/ (μmol·m-2·s-1) 叶绿素 相对含量 净光合速率/
(μmol·m-2·s-1)
无遮光处理(A组) 1292.7 40.9 25.4
红色透光膜(B组) 410.3 40.0 10.7
蓝色透光膜(C组) 409.9 39.6 13.2
黄色透光膜(D组) 930.7 42.1 21.2
3. 为探究何种色膜有利于棉花叶的光合作用,研究人员首先测定了不同遮光环境下的光照强度,然后将长势一致的棉花植株随机均分为A、B、C、D四组,通过不同遮光处理一周后,测得结果如下表所示。下列分析错误的是 ( )
处理 光照强度/ (μmol·m-2·s-1) 叶绿素 相对含量 净光合速率/
(μmol·m-2·s-1)
无遮光处理(A组) 1292.7 40.9 25.4
红色透光膜(B组) 410.3 40.0 10.7
蓝色透光膜(C组) 409.9 39.6 13.2
黄色透光膜(D组) 930.7 42.1 21.2
A.通过实验可知,为了保证大棚内棉花产量最好使用黄色透光膜
B.导致四组棉花叶片净光合速率不同的环境因素主要是光照强度和光的波长
C.将处理后的四组棉花同时置于自然光下,叶绿体中生成NADPH最多的是D组
D.对长势相同的棉花进行上述遮光处理,短时间内,D组细胞叶绿体中C3含量比C组低
√
[解析] 通过实验可知,无遮光处理时棉花叶净光合速率最大,故为了保证大棚内棉花产量最好需进行无遮光处理,A错误;不同的透光膜透过的光的波长不同,光照强度不同,进而导致了净光合速率不同,B正确;不同处理条件下,D组处理下的叶绿素相对含量最高,将处理后的四组棉花同时置于自然光下,D组吸收的光能最多,生成的NADPH最多,C正确;与C组相比,D组黄色透光膜下,光照强度、叶绿素相对含量较大,光反应速率更大,消耗的C3较多,故推测对长势相同的棉花进行题述遮光处理,短时间内,D组细胞叶绿体中C3含量比C组低,D正确。
4. 叶绿体的类囊体膜上镶嵌着两种不同类型的光系统:PSⅠ和PSⅡ。它们分别含有结合众多色素分子的LHCⅠ和LHCⅡ、细胞色素、ATP合成酶以及转运蛋白等。下图是PSⅡ、PSⅠ和ATP合成酶复合体中的电子和H+传递途径。下列叙述错误的是 ( )
A.PSⅠ能参与NADP+的还原过程
B.类囊体腔中的H+仅来源于水的光解
C.ATP的合成量取决于类囊体膜两侧H+浓度差
D.PSⅠ和PSⅡ能完成对光能的吸收、传递和转换
√
[解析] 在PSⅠ处,NADP+和H+结合生成NADPH,故PSⅠ能参与NADP+的还原过程,A正确;由图可知叶绿体基质中的H+可通过PQ蛋白转运到类囊体腔中,故类囊体腔中的H+不仅来源于水的光解,还来自于叶绿体基质,B错误;图中是利用H+顺浓度梯度运输的势能,在ATP合成酶的催化作用下,将ADP和Pi合成ATP的,故ATP的合成量取决于类囊体膜两侧H+浓度差,C正确;PSⅠ、PSⅡ接受光照后被激发,在PSⅡ发生水的光解,释放e-,e-的最终供体是水,最终受体是NADPH,通过光合电子传递链,光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能,因此PSⅠ和PSⅡ能完成对光能的吸收、传递和转换,D正确。
5. 卡尔文等以小球藻(一种单细胞绿藻)为实验材料,将经过14C标记的14CO2通入盛有小球藻的玻璃器皿中,给予充足的光照。每隔一段时间取出部分小球藻,将其立即加入煮沸的乙醇中。提取小球藻中带14C标记的化合物,再通过纸层析法进行分离,阐明了光合作用暗反应阶段的反应过程。实验过程及结果如下图所示。回答下列问题:
反应时间 带14C标记的
化合物
30 s 多种
5 s 14C5、14C6
<1 s 90%14C3
(1)每隔一段时间取出部分小球藻,将其立即加入煮沸的乙醇中的目的是 。
杀死小球藻细胞,使酶失活而稳定带14C标记的化合物
[解析]酶作用的发挥需要适宜的温度等条件,每隔一段时间取出部分小球藻,将其立即加入煮沸的乙醇中的目的是杀死小球藻细胞,使酶失活而稳定带14C标记的化合物。
(2)从检测结果看,14CO2最早转化形成的化合物是 ,若在其他条件不变的情况下突然减少14CO2的供应,重复上述实验,则短时间内该化合物的含量变化是 ;此时检测发现小球藻体内的另外一种化合物(简称RuBP)含量升高,由此推测RuBP在光合作用暗反应中的作用是 。
C3(或14C3)
减少
与CO2结合(或固定CO2)生成C3
反应时间 带14C标记的
化合物
30 s 多种
5 s 14C5、14C6
<1 s 90%14C3
[解析]从检测结果看,反应时间<1 s时有90%的C3带有14C标记,此后14C才陆续出现在C5、C6等化合物中,故14CO2最早转化形成的化合物是C3;假如突然减少CO2的供应,则C5被固定形成C3的量减少,短时间内C3还原不受影响,所以C3的含量短时间内将下降(减少);此时检测发现小球藻体内的另外一种化合物(简称RuBP)含量升高,则推测该物质应与C3的生成有关,作用是与CO2结合(或固定CO2)生成C3。
6. 德国科学家瓦尔堡设法把光合作用的光反应、暗反应分开研究,他的办法是在人工光源“间歇光”下测定光合作用。科研人员重新设计瓦尔堡的实验:分离出某植物的叶绿体,让叶绿体交替接受5秒光照、5秒黑暗处理,持续进行20分钟,并用灵敏传感器记录环境中O2和CO2的变化,部分实验结果如下图所示。
下列分析正确的是 ( )
A.a~c段为光反应阶段,c~e段为
暗反应阶段
B.S1、S3可分别表示光反应释放
的O2总量与暗反应吸收的CO2总量,且S1=S3
C.由O2的释放速率和CO2的吸收速率推测,光反应速率与暗反应速率始终相等
D.与“间歇光”20分钟相比,持续光照20分钟处理的叶绿体有机物合成总量更多
√
[解析] 光反应阶段需要光照,暗反应阶段有光无光都可以进行,a~c段既有光反应也有暗反应,c~e段在黑暗开始之前既有光反应又有暗反应,黑暗开始之后,只有暗反应,没有光反应,A错误;虚线表示O2释放速率的变化,实线表示CO2吸收速率的变化,在一个光周期内,二者从开始的0经过一段时间的反应以后又变为0,结合光合作用的总反应式来看,在一个光周期内光反应释放的O2总量与暗反应吸收的CO2总量是相等的,S1+S2=S2+S3,所以S1=S3,但是S1不能代表光反应释放的O2总量,S3也不能代表暗反应吸收的CO2总量,B错误;
O2释放速率代表光反应速率,CO2吸收速率代表暗反应速率,从图中看出,两曲线不是完全重合,故光反应速率与暗反应速率不是始终相等,C错误;有机物合成总量可用实线与横轴围成的面积表示,如果是持续光照,那么光反应与暗反应达到平衡时反应速率保持相等,也就是图中的cd段,把cd段延长以后能看出,持续光照20分钟叶绿体有机物合成总量更多,D正确。
7.玉米是我国重要的粮食作物,其维管束内层细胞是维管束鞘细胞,外层细胞是叶肉细胞,这两种细胞有不同的叶绿体。玉米能利用较低浓度的CO2,并将其固定储存在苹果酸中,玉米细胞进行光合作用的相关反应如图所示。下列叙述不正确的是( )
A.玉米叶肉细胞进行细胞呼吸在
线粒体中产生的丙酮酸能在光合
作用中被消耗
B.玉米叶肉细胞的叶绿体能利用
较低浓度的CO2,可能是因为PEP羧化酶的活性较高
C.维管束鞘细胞能合成淀粉等光合产物,抑制苹果酸的生成会导致光合产物减少
D.在适宜条件下,较低浓度的CO2就能使玉米的光合速率与呼吸速率相等
√
[解析] 玉米叶肉细胞进行细胞呼吸产生丙酮酸的过程发生在细胞质基质中,A错误;玉米叶肉细胞的叶绿体之所以能利用较低浓度的CO2可能是因为PEP羧化酶的活性较高,固定CO2能力更强,B正确;结合图示可知,玉米的维管束鞘细胞中能合成淀粉等光合产物,若抑制苹果酸的生成,则会导致维管束鞘细胞中参与卡尔文循环的CO2减少,进而会导致光合产物减少,C正确;由于玉米能利用较低浓度的CO2,因而在较低的CO2浓度下就能使玉米的光合速率与呼吸速率相等,D正确。
作业手册
（限时：20分钟）
题组一 捕获光能的色素与叶绿体
1.[2024·重庆渝中区三模] 植物体内有多种功能不同的物质均可以称为
色素，下列有关描述正确的是（ ）
A.光敏色素主要接受环境中红光和蓝紫光的刺激
B.玫瑰花瓣中的红色色素主要储存在细胞质基质中
C.叶绿体中的类胡萝卜素不能吸收环境中紫外光
D.可用无水乙醇对绿叶中的光合色素进行分离
√
[解析] 光敏色素主要接受环境中红光和远红光的刺激；A错误；玫
瑰花瓣中的红色色素主要储存在液泡中，B错误；一般情况下，光合
作用所利用的光都是可见光，叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫
光，C正确；对绿叶中的光合色素进行提取时需要使用无水乙醇，分
离时需要使用层析液，D错误。
2.[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
√
[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，研磨叶片时需要添加蒸馏水以溶解
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。
3.下图为根据叶绿体的电镜照片绘制的模式图。下列关于叶绿体的叙
述，正确的是（ ）
A.蓝细菌依赖叶绿体进行光合作用
B.与光合作用有关的酶只分布在③中
C.吸收光能的色素分布在②上
D.可以用光学显微镜观察到叶绿体的①和④
√
[解析] 由图可知，①是叶绿体外膜，②
是类囊体薄膜，③是叶绿体基质，④是
叶绿体内膜，蓝细菌是原核生物，没有
叶绿体，A错误；与光合作用有关的酶
分布在②类囊体薄膜上和③叶绿体基质中，B错误；吸收光能的色素
分布在类囊体的薄膜上，C正确；叶绿体具有内、外两层膜，需要用
电子显微镜才能观察到叶绿体的内膜和外膜，D错误。
4.[2024·江苏泰州月考] 如图表
示某生物兴趣小组利用韭菜宿
根进行相关实验流程，正确的
是（ ）
A.“结果①”中共有的色素带的颜色是橙黄色和黄色，说明叶绿素在强
光下易分解
B.在做提取色素实验时，碳酸钙的作用是防止色素被破坏
C.提取色素的原理是色素在有机溶剂中溶解度不同
D.“结果②”中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
√
[解析] 韭菜色素滤液分离
出胡萝卜素（橙黄色）、
叶黄素（黄色）、叶绿素
（蓝绿色）和叶绿素
（黄绿色）四种色素，而韭黄色素滤液只能分离出胡萝卜素
（橙黄色）和叶黄素（黄色），因此两组实验的“结果①”中共有色
素带的颜色是黄色和橙黄色，说明叶绿素的形成需要光，A错误；研
磨时加碳酸钙主要是为了防止色素分子被破坏，B正确；
纸层析法分离色素的原理
是不同色素在层析液中溶
解度不同，溶解度大的随
层析液在滤纸上的扩散速
度快，而提取色素的原理是色素能够溶解在有机溶剂中，C错误；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，故两组实验的“结果②”中吸收光谱最明显的差异在红光区域，D错误。
题组二 光合作用的过程
5.[2024·山东烟台一模] 科学家从菠菜中分离出类
囊体，将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起
包裹在油包水滴中，构建出如图所示能实现
的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的（ ）
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为 转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的 转化
D.与菠菜叶肉细胞相比，人工光合细胞更有利于有机物积累
√
[解析] 人工光合细胞膜外面是油，里面是水，
磷脂分子的头部亲水，尾部疏水，故人工光合
细胞膜中磷脂分子呈单层排列，且表现为头部
朝里，尾部朝外，A正确；和 能为
转化提供能量和还原剂，由光反应提供，而多种辅因子可循环利
用，不需持续加入多种辅因子，B错误；通过改变还原酶的种类能实
现可定制的 转化，从而得到不同的有机物，C正确；叶肉细胞需
要进行消耗有机物的细胞呼吸，而人工光合细胞能够进行光合作用，
不进行呼吸作用，能够更有效地积累有机物，D正确。
6.[2024·广东中山统考] 下图表示某植物叶片暗反应
中和 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
A.图中物质甲转变成物质乙需要消耗光反应提供的
B.图中 Ⅱ 阶段所改变的环境条件是降低光照强度
C.Ⅱ 阶段物质甲浓度上升是因为叶绿体中和 的积累
D.Ⅱ 阶段光合速率最大时所需最小光照强度比 Ⅰ 阶段低
强度或者降低 浓度中的某一项。下列分析正确的是（ ）
√
[解析] 植物在 Ⅰ 阶段处于适宜环境条件下,如果
Ⅱ 阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么 浓
度增加, 浓度减少,与图形的走势不符合,而如果
改变的条件是降低浓度,那么浓度减少, 浓度增加,与图形走势
符合,所以 Ⅱ 阶段改变的条件是降低浓度,图中物质甲是 ,物质
乙是，物质甲与 结合形成物质乙,该过程只需要酶的催化,不需
要消耗,A、B错误;浓度降低,消耗减少,而短时间内 还原
正常,所以（物质甲）浓度会上升,C错误； 浓度降低，光饱和
点（光合速率达到最大时所需最小光照强度）也降低，D正确。
7.[2024·湖北武汉模拟] 研究发现外源性甲
醛 可作为碳源参加常春藤的光合作
用，具体过程如下图所示（和 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.可用同位素示踪法验证②过程
D.细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质
√
[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；①过
程是暗反应，需要光反应提供 和
，吸收光能的色素分布在叶绿体基粒
上，因此暗反应与基粒的功能有关，B错误；可采用同位素示踪法研
究碳元素转移路径，比如用 标记甲醛中的碳元素则可验证②过程，
C正确；细胞同化甲醛的过程是图中的②过程，场所是叶绿体基质，
D正确。
8.[2025·江苏镇江月考] 下图为蓝细菌光合作用部分过程示意图，其中
甲表示细胞结构。下列相关叙述正确的是（ ）
A.甲为叶绿体，磷脂双分子层构成其基本骨架
B.过程①可为叶绿素转化光能提供电子
C.除 外，光反应其他产物均直接参与过程②
D.提高水体中浓度，可降低蓝细菌中 的值
√
[解析] 蓝细菌为原核生物，原核生物没有叶绿
体，A错误；叶绿素转化光能时失去电子，需
要从水中获取电子使水发生分解，B正确；过
程②为 的固定，该过程不需要光反应产生
的和参与，C错误；提高水体中浓度，则 的含量增
加，含量减少，蓝细菌中 的值增大，D错误。
9.叶绿体在光下把和合成 的过
程称为光合磷酸化。为探究形成 的
直接能量来源，科学家在黑暗中进行了
A.黑暗中培养瓶内只发生呼吸作用
B.该实验不需要提供充足的
C.形成的直接能量来源是和
D.在叶绿体中合成 需要酸性环境
如下实验。图中“平衡”的目的是让类囊体内部的和外界缓冲溶液
相同。下列相关叙述正确的是（ ）
√
[解析] 本实验只有叶绿体的
类囊体，故在黑暗中培养瓶
内不发生呼吸作用
（无线粒体，也无细胞质基质），A错误；该实验探究形成 的直
接能量来源（模拟光反应过程合成ATP过程），而 参与的是暗反
应，该实验不需要提供充足的 ，B正确；依题意和图示分析可知，
将类囊体置于为4的缓冲溶液中，当类囊体内部的 和外界溶液
相同时（即），再将类囊体转移至 为8的缓冲溶液中并立
即加入和，则有
生成，但当类囊体内部的
和外界溶液相同时，再加入
和，则没有 生成，
可见，叶绿体中合成 需要营造类囊体两侧 不同的环境，不一定需要酸性环境，形成 的直接能量来源是类囊体两侧 浓度差形成的势能，C、D错误。
综合应用练
10.[2024·江西南昌联考] 小麦是我国最主要的粮食作物之一，其产量
直接关系到国家的粮食安全。小麦的光反应过程包括多个反应，其中
最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体（称为Ⅰ 和 Ⅱ）中的
电子被光激发的反应，如图所示。回答下列问题：
（1）在提取小麦叶片中光合色素的过程中，研磨叶片常需要加无水
乙醇、二氧化硅和________，其中二氧化硅的作用是____________。
用纸层析法分离色素时，叶绿素和叶绿素 在层析液中溶解度较大的
是________。
碳酸钙
使研磨充分
叶绿素
（2）Ⅰ 和 Ⅱ 位于叶绿体_______
______（填结构）上，光照时， Ⅰ
和 Ⅱ 以串联的方式协同完成电子由
水释放、传递给________（物质）最
终生成 的过程。
类囊体薄膜
[解析] 由图可知，图中膜能接收光能，为类囊体膜，所以Ⅰ 和
Ⅱ 位于叶绿体类囊体薄膜上，光照时，Ⅰ 和 Ⅱ 以串联的方式协
同完成电子由水释放、传递给 （氧化型辅酶 Ⅱ ）最终生成
的过程。
（3）据图推测经 合酶跨膜运
输是____（填“顺”或“逆”）浓度梯度
进行的，该过程中发生的能量转化形
式是____________________________
_____。
顺
的势能转化为中活跃化学能
[解析] 合酶顺浓度梯度转运，同时催化 合成，该过程将
的势能转化为 中活跃化学能。
11.[2024·河北邯郸模拟] 玉米等作物可通过光合作用合成淀粉，我国
科研工作者根据该过程设计了人工合成淀粉的反应系统，在该反应系
统中多种酶及相关物质有序发挥作用，实现了不依赖植物光合作用生
产淀粉的目的，其作用途径如图所示，请据图回答：
（1）该途径模块一模拟了光
合作用中的________阶段，
光合作用中在该阶段实现能
量转化的关键物质是分布于
____________上的_________，
模块一中________起到
了类似作用。
光反应
类囊体薄膜
光合色素
敏光体
[解析] 模块一显示吸收光能，且存在水的分解，模拟了光合作用的
光反应阶段，其中的敏光体可吸收光能，相当于光合作用中的分布
于类囊体薄膜上的光合色素。
（2）模块二中的①②步骤模
拟的是光合作用中的_______
___过程。光合作用暗反应需
光反应为其提供还原剂
________，图中的____与该
物质作用相似。
固定
[解析] 模块二①②步骤固定生成，模拟的固定。 具有还
原性，其发挥的作用与光合作用过程中的 相似。
（3）固定的 量相等的情况下，该途径积累的淀粉量高于玉米等作物，可能的原因有_______________________________________________________________________________________________。
玉米的呼吸作用会消耗一部分有机物；人工合成淀粉通过控制环境条件使酶的活性更高或酶的数量更多
（4）相较于通过传统农业种
植模式生产淀粉，利用上述
反应系统生产淀粉的优势有_
_________________________
_________________________
_____________________
（答出2点）。
生产效率更高（或降低能量消耗）；减少环境因素的干扰；节约耕地、水等资源
[解析] 相较于传统农业种
植来说，人工合成淀粉的过
程没有呼吸作用影响，从而
降低了能量消耗，使生产效
率更高；生产过程中更易于
对环境条件进行人工控制，以减少环境因素对生产过程的干扰；无
须种植作物，可节约耕地、水等资源，这些均可体现该反应系统的
生产优势。
快速核答案
考点一 实验：绿叶中色素的提取和分离（实验·探究型）
必备知识 精梳理
1.有机溶剂无水乙醇 无水乙醇 溶解度 溶解度高 层析液 2.防止研磨中色素被破坏 使研磨充分 色素 扩散均匀 分离出的色素带平整不重叠 清晰 3.橙黄色 色素种类 色素含量 溶解度
典型例题 提能力
1.D 2.B
考点二 捕获光能的色素和叶绿体的结构（固本·识记类）
必备知识 精梳理
1.（1）可见光 （2）蓝紫光 红光和蓝紫光 降低 增强 （3）对应的光被色素吸收 2.（1）光反应 暗反应 （2）外膜 内膜 叶绿体基质 暗反应 类囊体 色素 光反应 光合作用 3.（1）被光束照射 所有受光 红光和蓝紫光 （2）叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧,叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用
（3）选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;用需氧细菌可以确定氧气释放多的部位 巧妙排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰;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
考点易错·明辨析
（1）× （2）× （3）√ （4）√ （5）× （6）√
长句拓展·练思维
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 绿色光源发出绿色的光,这种波长的光几乎不能被光合色素吸收,因此无法用于光合作用制造有机物 2.红藻最深,褐藻居中,绿藻最浅 红藻吸收蓝紫光和绿光较多,绿藻吸收红光和蓝紫光较多
典型例题 提能力
1.D 2.B
考点三 光合作用过程分析（固本·识记类）
必备知识 精梳理
1.离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气 光合作用释放的氧气全部来自水,
2.光 m> 类囊体薄膜 叶绿体基质 m>
m>和> m>和 m>和、
3.糖类 光能 硝化细菌
考点易错·明辨析
（1）× （2）× （3）× （4）× （5）× （6）×
长句拓展·练思维
1.与结合形成
2.暗反应速率增大消耗更多的和,能为光反应提供更多的
、、等
3.黑暗条件下,光反应无法进行,无法为暗反应提供和
典型例题 提能力
命题角度一 探究光合作用过程的部分实验
1.A 2.C
命题角度二 光合作用的原理和过程
3.D 4.A
命题角度三 连续光照和交替光照下的光合作用
5.D
经典真题·明考向
1.C 2.C
3.（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）正常光照条件下，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 弱光及其他条件相同且适宜 气孔大小或气孔开度 B组气孔大小小于A组，C、D两组气孔大小基本相同，C、D组气孔大小大于A、B组
题组一 捕获光能的色素与叶绿体
1.C 2.C 3.C 4.B
题组二 光合作用的过程
5.B 6.D 7.B 8.B 9.B
综合应用练
10.（1）碳酸钙 使研磨充分 叶绿素 （2）类囊体薄膜,
（3）顺 的势能转化为中活跃化学能
11.（1）光反应 类囊体薄膜 光合色素 敏光体 （2）固定
（3）玉米的呼吸作用会消耗一部分有机物；人工合成淀粉通过控制环境条件使酶的活性更高或酶的数量更多 （4）生产效率更高（或降低能量消耗）；减少环境因素的干扰；节约耕地、水等资源课时作业(十三) 捕获光能的色素与光合作用的原理
1.C [解析] 光敏色素主要接受环境中红光和远红光的刺激;A错误;玫瑰花瓣中的红色色素主要储存在液泡中,B错误;一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光,叶绿体中的类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,C正确;对绿叶中的光合色素进行提取时需要使用无水乙醇,分离时需要使用层析液,D错误。
2.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,研磨叶片时需要添加蒸馏水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。
3.C [解析] 由图可知,①是叶绿体外膜,②是类囊体薄膜,③是叶绿体基质,④是叶绿体内膜,蓝细菌是原核生物,没有叶绿体,A错误;与光合作用有关的酶分布在②类囊体薄膜上和③叶绿体基质中,B错误;吸收光能的色素分布在类囊体的薄膜上,C正确;叶绿体具有内、外两层膜,需要用电子显微镜才能观察到叶绿体的内膜和外膜,D错误。
4.B [解析] 韭菜色素滤液分离出胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)和叶绿素b(黄绿色)四种色素,而韭黄色素滤液只能分离出胡萝卜素(橙黄色)和叶黄素(黄色),因此两组实验的“结果①”中共有色素带的颜色是黄色和橙黄色,说明叶绿素的形成需要光,A错误;研磨时加碳酸钙主要是为了防止色素分子被破坏,B正确;纸层析法分离色素的原理是不同色素在层析液中溶解度不同,溶解度大的随层析液在滤纸上的扩散速度快,而提取色素的原理是色素能够溶解在有机溶剂中,C错误;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,故两组实验的“结果②”中吸收光谱最明显的差异在红光区域,D错误。
5.B [解析] 人工光合细胞膜外面是油,里面是水,磷脂分子的头部亲水,尾部疏水,故人工光合细胞膜中磷脂分子呈单层排列,且表现为头部朝里,尾部朝外,A正确;ATP和NADPH能为CO2转化提供能量和还原剂,由光反应提供,而多种辅因子可循环利用,不需持续加入多种辅因子,B错误;通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化,从而得到不同的有机物,C正确;叶肉细胞需要进行消耗有机物的细胞呼吸,而人工光合细胞能够进行光合作用,不进行呼吸作用,能够更有效地积累有机物,D正确。
6.D [解析] 植物在 Ⅰ 阶段处于适宜环境条件下,如果 Ⅱ 阶段改变的环境条件是降低光照强度,那么C3浓度增加,C5浓度减少,与图形的走势不符合,而如果改变的条件是降低CO2浓度,那么C3浓度减少,C5浓度增加,与图形走势符合,所以 Ⅱ 阶段改变的条件是降低CO2浓度,图中物质甲是C5,物质乙是C3,物质甲与CO2结合形成物质乙,该过程只需要酶的催化,不需要消耗ATP,A、B错误;CO2浓度降低,C5消耗减少,而短时间内C3还原正常,所以C5(物质甲)浓度会上升,C错误;CO2浓度降低,光饱和点(光合速率达到最大时所需最小光照强度)也降低,D正确。
7.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;①过程是暗反应,需要光反应提供NADPH和ATP,吸收光能的色素分布在叶绿体基粒上,因此暗反应与基粒的功能有关,B错误;可采用同位素示踪法研究碳元素转移路径,比如用14C标记甲醛中的碳元素则可验证②过程,C正确;细胞同化甲醛的过程是图中的②过程,场所是叶绿体基质,D正确。
8.B [解析] 蓝细菌为原核生物,原核生物没有叶绿体,A错误;叶绿素转化光能时失去电子,需要从水中获取电子使水发生分解,B正确;过程②为CO2的固定,该过程不需要光反应产生的ATP和NADPH参与,C错误;提高水体中CO2浓度,则C3的含量增加,C5含量减少,蓝细菌中C3/C5的值增大,D错误。
9.B [解析] 本实验只有叶绿体的类囊体,故在黑暗中培养瓶内不发生呼吸作用(无线粒体,也无细胞质基质),A错误;该实验探究形成ATP的直接能量来源(模拟光反应过程合成ATP过程),而CO2参与的是暗反应,该实验不需要提供充足的CO2,B正确;依题意和图示分析可知,将类囊体置于pH为4的缓冲溶液中,当类囊体内部的pH和外界溶液相同时(即pH=4),再将类囊体转移至pH为8的缓冲溶液中并立即加入ADP和Pi,则有ATP生成,但当类囊体内部的pH和外界溶液相同时,再加入ADP和Pi,则没有ATP生成,可见,叶绿体中合成ATP需要营造类囊体两侧pH不同的环境,不一定需要酸性环境,形成ATP的直接能量来源是类囊体两侧H+浓度差形成的势能,C、D错误。
10.(1)碳酸钙 使研磨充分 叶绿素a
(2)类囊体薄膜 NADP+
(3)顺 H+的势能转化为ATP中活跃化学能
[解析] (2)由图可知,图中膜能接收光能,为类囊体膜,所以PS Ⅰ 和PS Ⅱ 位于叶绿体类囊体薄膜上,光照时,PS Ⅰ 和PS Ⅱ 以串联的方式协同完成电子由水释放、传递给NADP+(氧化型辅酶 Ⅱ )最终生成NADPH的过程。(3)ATP合酶顺浓度梯度转运H+,同时催化ATP合成,该过程将H+的势能转化为ATP中活跃化学能。
11.(1)光反应 类囊体薄膜 光合色素 敏光体
(2)CO2固定 NADPH H2
(3)玉米的呼吸作用会消耗一部分有机物;人工合成淀粉通过控制环境条件使酶的活性更高或酶的数量更多
(4)生产效率更高(或降低能量消耗);减少环境因素的干扰;节约耕地、水等资源
[解析] (1)模块一显示吸收光能,且存在水的分解,模拟了光合作用的光反应阶段,其中的敏光体可吸收光能,相当于光合作用中的分布于类囊体薄膜上的光合色素。(2)模块二①②步骤固定CO2生成C3,模拟CO2的固定。H2具有还原性,其发挥的作用与光合作用过程中的NADPH相似。(4)相较于传统农业种植来说,人工合成淀粉的过程没有呼吸作用影响,从而降低了能量消耗,使生产效率更高;生产过程中更易于对环境条件进行人工控制,以减少环境因素对生产过程的干扰;无须种植作物,可节约耕地、水等资源,这些均可体现该反应系统的生产优势。课时作业(十三) 捕获光能的色素与光合作用的原理
题组一 捕获光能的色素与叶绿体
1.[2024·重庆渝中区三模] 植物体内有多种功能不同的物质均可以称为色素,下列有关描述正确的是 ( )
A.光敏色素主要接受环境中红光和蓝紫光的刺激
B.玫瑰花瓣中的红色色素主要储存在细胞质基质中
C.叶绿体中的类胡萝卜素不能吸收环境中紫外光
D.可用无水乙醇对绿叶中的光合色素进行分离
2.[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
3.下图为根据叶绿体的电镜照片绘制的模式图。下列关于叶绿体的叙述,正确的是 ( )
A.蓝细菌依赖叶绿体进行光合作用
B.与光合作用有关的酶只分布在③中
C.吸收光能的色素分布在②上
D.可以用光学显微镜观察到叶绿体的①和④
4.[2024·江苏泰州月考] 如图表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验流程,正确的是 ( )
A.“结果①”中共有的色素带的颜色是橙黄色和黄色,说明叶绿素在强光下易分解
B.在做提取色素实验时,碳酸钙的作用是防止色素被破坏
C.提取色素的原理是色素在有机溶剂中溶解度不同
D.“结果②”中吸收光谱最明显的差异出现在蓝紫光区域
题组二 光合作用的过程
5.[2024·山东烟台一模] 科学家从菠菜中分离出类囊体,将其与多种辅因子和多样化的还原酶一起包裹在油包水滴中,构建出如图所示能实现CO2的连续转化且可编辑的人工光合细胞。下列说法错误的是( )
A.人工光合细胞膜应该由单层磷脂分子组成
B.需持续加入多种辅因子为CO2转化提供能量和还原剂
C.通过改变还原酶的种类能实现可定制的CO2转化
D.与菠菜叶肉细胞相比,人工光合细胞更有利于有机物积累
6.[2024·广东中山统考] 下图表示某植物叶片暗反应中C3和C5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.图中物质甲转变成物质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光照强度
C.Ⅱ 阶段物质甲浓度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最小光照强度比 Ⅰ 阶段低
7.[2024·湖北武汉模拟] 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,具体过程如下图所示(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.可用同位素示踪法验证②过程
D.细胞同化甲醛的场所是叶绿体基质
8.[2025·江苏镇江月考] 下图为蓝细菌光合作用部分过程示意图,其中甲表示细胞结构。下列相关叙述正确的是 ( )
A.甲为叶绿体,磷脂双分子层构成其基本骨架
B.过程①可为叶绿素转化光能提供电子
C.除O2外,光反应其他产物均直接参与过程②
D.提高水体中CO2浓度,可降低蓝细菌中C3/C5的值
9.叶绿体在光下把ADP和Pi合成ATP的过程称为光合磷酸化。为探究形成ATP的直接能量来源,科学家在黑暗中进行了如下实验。图中“平衡”的目的是让类囊体内部的pH和外界缓冲溶液pH相同。下列相关叙述正确的是 ( )
A.黑暗中培养瓶内只发生呼吸作用
B.该实验不需要提供充足的CO2
C.形成ATP的直接能量来源是ADP和Pi
D.在叶绿体中合成ATP需要酸性环境
综合应用练
10.[2024·江西南昌联考] 小麦是我国最主要的粮食作物之一,其产量直接关系到国家的粮食安全。小麦的光反应过程包括多个反应,其中最重要的是发生在两种叶绿素蛋白质复合体(称为PS Ⅰ 和PS Ⅱ)中的电子被光激发的反应,如图所示。回答下列问题:
(1)在提取小麦叶片中光合色素的过程中,研磨叶片常需要加无水乙醇、二氧化硅和 ,其中二氧化硅的作用是 。用纸层析法分离色素时,叶绿素a和叶绿素b在层析液中溶解度较大的是 。
(2)PS Ⅰ 和PS Ⅱ 位于叶绿体 (填结构)上,光照时,PS Ⅰ 和PS Ⅱ 以串联的方式协同完成电子由水释放、传递给 (物质)最终生成NADPH的过程。
(3)据图推测H+经ATP合酶跨膜运输是 (填“顺”或“逆”)浓度梯度进行的,该过程中发生的能量转化形式是 。
11.[2024·河北邯郸模拟] 玉米等作物可通过光合作用合成淀粉,我国科研工作者根据该过程设计了人工合成淀粉的反应系统,在该反应系统中多种酶及相关物质有序发挥作用,实现了不依赖植物光合作用生产淀粉的目的,其作用途径如图所示,请据图回答:
(1)该途径模块一模拟了光合作用中的 阶段,光合作用中在该阶段实现能量转化的关键物质是分布于 上的 ,模块一中 起到了类似作用。
(2)模块二中的①②步骤模拟的是光合作用中的 过程。光合作用暗反应需光反应为其提供还原剂 ,图中的 与该物质作用相似。
(3)固定的CO2量相等的情况下,该途径积累的淀粉量高于玉米等作物,可能的原因有 。
(4)相较于通过传统农业种植模式生产淀粉,利用上述反应系统生产淀粉的优势有 (答出2点)。
