【高考突破方案】专题3 第3讲 捕获光能的色素和结构 光合作用的原理 -（课件） 高考生物一轮复习

(共85张PPT)
专题 3
细胞的能量供应和利用
第3讲　捕获光能的色素和
结构、光合作用的原理
课程标准要求 核心素养解读 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 生命观念 运用结构与功能观、物质与能量观分析光反应与暗反应的关系和光合作用元素去向
科学思维 通过分析光合作用光反应和暗反应中物质和能量的变化、影响光合作用的各种因素，培养信息提取能力、图文转换能力和建构数学模型分析生物学问题的能力
课程标准要求 核心素养解读 2.提取和分离叶绿体色素 科学探究 通过绿叶中色素的提取和分离实验，培养学生的实验探究能力
社会责任 通过分析光合色素吸收光谱在农业生产中的应用，养成关心生产生活实际的责任
续表
操作 原理
提取 叶绿体中的色素不溶于______，溶于__________　　
分离 叶绿体色素在层析液中的_________不同，色素随层析液在滤纸条上的_____________不同
基础知识自查
一、捕获光能的色素和结构
1.绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
夯实必备知识
水
有机溶剂
溶解度
扩散速度
(2)实验步骤
二氧化硅
碳酸钙
扩散均匀
(3)实验结果及分析
色素种类 色素颜色 功能
橙黄色 主要吸收　
黄色 蓝绿色 主要吸收　
黄绿色 胡萝卜素
叶黄素
叶绿素a
叶绿素b
蓝紫光
蓝紫光和红光
①四种色素在层析液中溶解度最大的是____________，扩散速度________。
②本实验结果中，四种色素中含量最多的是__________。
2.叶绿体中色素的吸收光谱
(1)叶绿体中的色素只吸收___________，而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)叶绿素对_______________的吸收量大，类胡萝卜素对___________的吸收量大，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
胡萝卜素
最快
叶绿素a
可见光
红光和蓝紫光
蓝紫光
3.叶绿体的结构与功能相适应
外膜
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光反应
光合作用
【易错易混自纠】
(1)提取色素时加碳酸钙的目的是保护所有光合色素不被破坏。( )
提示：碳酸钙中和有机酸，保护叶绿素不被破坏。
(2)层析液没过滤液细线时，色素在滤纸条上的扩散效果更好。( )
提示：层析液没过滤液细线时，色素会直接溶解到层析液中，滤纸条上看不到实验结果。
(3)秋天叶片变黄，是叶黄素含量增多导致的。( )
提示：秋天，树叶的叶绿素的分解速度远大于合成速度，而叶黄素含量较稳定，从而显现出叶黄素的颜色。
×
×
×
(4)叶绿体中的色素主要分布在叶绿体内膜上，酶分布于类囊体薄膜上和叶绿体基质中。( )
提示：叶绿体中的色素主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，酶分布于类囊体薄膜上和叶绿体基质中。
(5)原核生物没有叶绿体等细胞器，无法进行光合作用。( )
提示：蓝细菌无叶绿体，但有光合片层结构、叶绿素和藻蓝素。
(6)叶绿素a和叶绿素b在红光区的吸收峰值不同。( )
(7)叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。( )
提示：叶绿体的内膜没有折叠。
×
×
×
√
二、光合作用的原理
1.光合作用原理的实验探索
光照
叶绿体
氧气
需氧细菌聚集的部位
光合作用
氧气
同位素示踪
ATP
二氧化碳
2.光合作用的过程
(1)概念：绿色植物通过________，利用光能，将________________转化成储存着能量的有机物，并且释放出________的过程。
(2)光合作用的总反应式
____________________________________________
叶绿体
氧气
二氧化碳和水
(3)光反应与暗反应的比较
过程图解 条件 　 　 　都能进行
场所 在　 　上 在　 　中
　有光
有没有光
叶绿体类囊体薄膜
叶绿体基质
物质转化 ____________；ATP和_______的形成 CO2的固定；______________　　
能量转化 光能→______________中活跃的化学能 ATP和NADPH中活跃的化学能→_________________________　　
联系 光反应为暗反应提供______________，暗反应为光反应提供__________________　　 水的光解
NADPH
C3的还原
ATP和NADPH
有机物中稳定的化学能
NADPH和ATP
ADP和Pi、NADP＋
续表
三、光合作用和化能合成作用的比较
名称 光合作用 化能合成作用
不同点 生物类型 绿色植物和光合细菌 ________等
能量来源 ____________ 体外物质氧化时释放的化学能
相同点 代谢类型 自养需氧型 物质变化 将无机物（______和_______等）转化为储存能量的有机物 硝化细菌
光能
CO2
H2O
×
√
√
【易错易混自纠】
(1)光合作用的产物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。( )
提示：光合作用的产物有淀粉和蔗糖，蔗糖可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处。
(2)离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH 和CO2 后，在合适的条件下可完成暗反应过程。( )
(3)若用含有18O的水浇灌番茄，则番茄周围空气中含有18O的物质有H218O、18O2、C18O2。( )
(4)植物在夜晚不能进行光反应，只能进行暗反应。( )
提示：夜晚没有光照，植物无法进行光合作用。
(5)暗反应中14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5→(14CH2O)。( )
提示：14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→(14CH2O)＋14C5。
(6)光合作用中ATP的移动方向是从类囊体薄膜到叶绿体基质。( )
(7)希尔的实验说明水的光解产生氧气，且氧气中的氧元素完全来自水。( )
提示：希尔的实验说明水的光解产生氧气，不能说明氧气中的氧元素完全来自水。
×
×
×
√
基础知识自查
跟教材学长句
1.（必修1 P101拓展应用和1题）绿藻、褐藻、红藻在海洋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进行解释，原因是____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
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。水对红光、橙光的吸收比蓝光、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深的地方
2.（必修1 P104正文拓展）光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30 s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7 s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，实验思路是_____________________________________________________________________________________________________________________________。
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
基础知识自查
教材拾遗
1.（必修1 P99学科交叉）一般情况下，光合作用所利用的光都是_________（不能利用红外光）。
2.（必修1 P104相关信息）光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是________，后者可以进入筛管，再通过________运输到植物各处。
可见光
蔗糖
韧皮部
考点1 绿叶中色素的提取和分离实验
1
2
考点2 光合作用过程的分析
考点1　绿叶中色素的提取和
分离实验
素养全面提升
实验异常原因分析
异常现象 原因分析
色素颜色过浅 ①未加二氧化硅，研磨不充分；②使用放置数天的菠菜叶，滤液中色素（叶绿素）太少；③加入无水乙醇过多，提取浓度太低；④未重复画滤液细线1～2次
滤纸条下面两条带较浅 ①忘记加碳酸钙或加入过少，导致叶绿素被破坏；②所用叶片为“黄叶”
续表
异常现象 原因分析
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用清水代替无水乙醇来提取色素；③滤液细线触及层析液，色素全部溶解到层析液中
1.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
热点考向点拨
考向1
结合实验的基本原理和过程，考查科学探究
D
【解析】D　叶绿素的元素组成是C、H、O、N、Mg，氮元素和镁元素是构成叶绿素分子的重要元素，A正确；光反应的场所是类囊体薄膜，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的类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液，其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰，C正确；叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越快，D错误。
2.（2024·吉林三模）为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素， 层析后滤纸条的结果如图（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。下列叙述正确的是(　　)
A.强光照导致了该植物叶绿素含量降低， 类胡萝卜素含量增加
B.层析液一般可以用石油醚，原理是溶解度高的色素扩散速度慢
C.色素Ⅰ比色素Ⅳ吸收的可见光的波长长
D.画滤液线时， 滤液在点样线上只能画一次
答案：A
【解析】A　图示表明强光照下叶绿素条带宽度变窄，类胡萝卜素条带变宽，说明此时叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，A正确；层析液一般可以用石油醚，原理是溶解度高的色素扩散速度快，B错误；色素Ⅰ（胡萝卜素，吸收蓝紫光）比色素Ⅳ（叶绿素b，吸收蓝紫光和红光）吸收的可见光的波长短，C错误；在分离色素实验中，画滤液细线时，需要重复画线，增加色素量，但操作是应在前一次画线晾干后再画第二次，D错误。
3.（2024·山西适应性考试）用含有不同浓度的Cu2+培养液培养某植物幼苗，测得该植物叶绿素含量的变化如下表所示。下列相关分析错误的是 (　　)
考向2
围绕捕获光能的色素，考查科学思维
Cu2+浓度/(μmol·L-1) 0 1 10 100 1 000
叶绿素含量/(mg·g-1 FW) 叶绿素a 2.0 2.3 2.2 2.0 1.4
叶绿素b 0.4 0.5 0.5 0.5 0.4
A.随着Cu2+浓度的增大，叶绿素含量呈现出先增加后减少的趋势
B.Cu2+浓度为100 μmol·L-1时，Cu2+促进叶绿素a和叶绿素b的合成
C.当Cu2+浓度为1 000 μmol·L-1时，可推测该植物幼苗光合作用减弱
D.测定叶绿素a和叶绿素b的含量，要提取分离色素后再做定量分析
答案：B
小结
影响叶绿素合成的因素
(1)光照：光是影响叶绿素合成的主要条件，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：温度可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。低温时，叶绿素分子易被破坏，而使叶子变黄。
(3)必需元素：叶绿素中含Mg等必需元素，缺乏Mg将导致叶绿素无法合成，叶子变黄。另外，Fe等是叶绿素合成过程中某些酶的辅助成分，缺Fe也将导致叶绿素合成受阻，叶子变黄。
(4)水分：叶绿素的形成和水有着密切的关系。叶片缺水不但影响叶绿素的合成，且已合成的叶绿素会加速分解，造成叶片发黄。
考点2 光合作用过程的分析
素养全面提升
1.光合作用反应式及元素去向分析
(1)O：H218O光反应 18O2；
C18O2 C3 （CH218O）。
(2)C：14CO2→14C3→(14CH2O)。
(3)H：H2O→NADPH→(CH2O)，NADPH为还原型辅酶Ⅱ。
2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)分析方法：需从物质的生成和消耗两个方面综合分析。
(2)示例
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，可以采用以下方法：
①建立模型
需在绘制光合作用模式简图的基础上借助图形进行分析。
②含量变化分析过程与结果
(3)“模型法”表示C3和C5含量的变化趋势（起始值C3高于C5，约为其2倍）
CO2含量不变时：
光照强度不变时：
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。
例如：若同一植物处于两种不同情况下进行光合作用，甲一直光照10 min，黑暗处理10 min；乙光照5 s，黑暗处理5 s，持续20 min，则光合作用制造的有机物甲<乙。
热点考向点拨
考向1
结合光合作用的过程，考查科学思维
1.（2024·天津高三月考）研究人员利用菠菜叶绿体的类囊体和类似于“卡尔文循环”的“CETCH循环体系”构建了一种人造叶绿体（如下图），高效地将CO2转化为羟基乙酸，羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。下列分析错误的是(　　)
A.为了使人造叶绿体能持续地运作，需要源源不断地输入光能
B.图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料
C.因为没有呼吸作用的消耗，人造叶绿体比天然叶绿体制造有机物的效率
更高
D.若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响
答案：B
【解析】B　人造叶绿体能利用光能通过CETCH循环将CO2转化为羟基乙酸，为了使人造叶绿体能持续地运作，需要源源不断地输入光能，A正确；通过叶绿体的类囊体膜，能将NADP＋、ADP和Pi转化为NADPH、ATP，CETCH循环需要NADPH、ATP、CO2等作为直接原料，相当于光合作用暗反应阶段，B错误；因为没有呼吸作用的消耗，人造叶绿体比天然叶绿体制造有机物的效率更高，若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响，C、D正确。
2.（2024·江西高三月考）下图是某绿色植物光合作用的示意图，其中a、b表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示反应阶段。下列叙述错误的是(　　)
考向2
围绕条件骤变时叶绿体中各物质含量变化，考查科学思维
A.缺Mg会影响该植物Ⅰ阶段对光能的吸收、传递和转化
B.在类囊体薄膜上产生的a和b可参与叶绿体基质中的Ⅱ阶段
C.若光照强度减弱，则短时间内该植物细胞中 C3/C5的值变小
D.该植物经光合作用可将光能转变成糖类中稳定的化学能
答案：C
【解析】C　Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应阶段，a、b表示物质NADPH和ATP。缺Mg会影响叶绿素的合成，进而影响光反应阶段对光能的吸收、传递和转化，A正确；在类囊体薄膜上产生的NADPH和ATP可参与叶绿体基质中的暗反应，B正确；若光照强度减弱，则短时间内 NADPH和ATP的生成量减少，C3的还原减弱，导致C3/C5的值变大，C错误；该植物经光合作用可将光能转变成糖类中稳定的化学能，D正确。
3.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需要　　　　。
(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】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，暗反应仍可继续进行一段时间，有机物还能继续合成。A、B、C三组处理相比，随着光照时间间隔的减少，光照频率的增加，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。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。
考向3
结合光合作用的探究历程，考查科学思维与科学探究
4.（2024·宁夏月考）下列有关探索光合作用原理的部分实验的叙述，错误的是(　　)
A.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，在光照下
可以释放出氧气
B.鲁宾和卡门发现光照下叶绿体可合成ATP
C.恩格尔曼证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放出氧气
D.卡尔文运用同位素标记法探究碳元素的转移途径
B
【解析】B　希尔发现在离体的叶绿体悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，该实验被后人称为希尔反应，该实验证明了叶绿体在光下可以产生氧气，A正确；鲁宾和卡门用同位素示踪法（用18O标记水或二氧化碳）研究了光合作用中氧气全部来自水，B错误；恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体，且能产生氧气，C正确；卡尔文采用同位素标记法（用14C标记的CO2供小球藻进行光合作用），探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径，D正确。
5.1946年到1953年，得益于纸层析法的发明和放射性同位素的研究，卡尔文及其同事用14CO2饲养单细胞小球藻，进行了如图1所示的研究，请回答：
(1)小球藻利用14CO2的场所是　　 　　　，为保证实验效果，最好选择___（填“绿”或“白”）光灯照射。
(2)图示过程中将小球藻浸入沸腾的乙醇中，其作用是____________________________________________（至少答出2点），进行层析的目的是__________________________________。
(3)卡尔文实验的研究目的是__________________________________________________________。
叶绿体基质
白
杀死细胞（使酶失活）、提取细胞中的有机物
分离提取液中不同的细胞代谢产物
探究在光合作用中CO2中的碳转化成有机物中的碳的转移途径
(4)图2是小球藻同化14CO2后，不同时间、不同物质的放射自显影图。不同黑斑的大小反映的是　　　　　　　　　　，实验结果表明小球藻首先将14CO2转化为　　　　，最终　　　　（填“能”或“不能”）转化为非糖类物质。
被标记的提取物的量
PGA
能
【解析】(1)光合作用的暗反应阶段中CO2被C5固定形成C3，场所是叶绿体基质，该实验自变量是不同的时间，因变量是放射性碳元素的分布情况，光照强度是无关变量，无关变量要相同且适宜，故最好选择白光灯照射。(2)该实验探究不同时间放射性碳元素的分布情况，每隔几秒取出部分样品，用沸腾的乙醇杀死细胞并提取细胞中的有机物，然后蒸发浓缩后层析，进行层析的目的是分离提取液中不同的细胞代谢产物，然后检测放射性位置和放射量。
(3)卡尔文实验的研究目的是探究在暗反应阶段，CO2中的碳转化成有机物中的碳的转移途径。(4)不同黑斑的大小反映的是被标记的提取物的量，分析图2中小球藻使用14CO2同化0.5 s的结果可知，小球藻首先将14CO2转化为PGA，分析图2中小球藻使用14CO2同化30 s的结果可知，最终能转化为非糖类物质。
1.（2020·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
真题引领知新
高考真题体验
答案：C
【解析】C　本实验的目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶于水，B错误；由于滤纸条不会相互影响，层析液成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。
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-1) 鲜花累计平均产量/(kg·hm-2)
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
答案：C
【解析】C　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，但在三组中产量最低，A错误；由题干信息可知，植物甲花的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，而第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，花的叶黄素含量最高，植物甲花的品质最好，第③组光照处理，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，花的叶黄素含量最高，但鲜花累计平均产量却不是最高，说明植物甲花的产量不是最高，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.（2021·重庆卷）如图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是(　　)
A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜
B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH
C.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应
D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节
答案：A
【解析】A　水光解产生O2的场所是叶绿体的类囊体膜上，若被有氧呼吸利用，其场所在线粒体内膜，O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜和线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及核酸代谢、色素合成等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。
4.（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__________________________________________________________________。
无水乙醇
防止研磨中色素被破坏
叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
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
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)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。
细胞分裂素
含水量等适宜
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：______________________________________________________________________________________。
叶绿体的大小及数量，取其平均值
B组叶绿体的大小及数量高于A组，C、D两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B两组
【解析】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。纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷。由图可知：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，而细胞分裂素能促进叶绿素的合成， 据此可推知：X最可能是细胞分裂素。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，并结合题意“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”可知：该实验的自变量是植株的种类和培养条件，因变量是叶绿体的大小及数量，而在实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则和题干中给出的不完善的实验设计可推知，补充完善的实验设计如下：①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在含水量等适宜条件下培养一周，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、测量并记录各组的叶绿体的大小及数量，取其平均值。
③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，即干旱处理能够提高野生型中激素X的含量，但不影响纯合突变体中X的含量，所以预期结果是B组叶绿体的大小及数量高于A组，C、D两组叶绿体的大小及数量无差异且均明显低于A、B两组。
5.（2023·全国甲卷）某同学将从菠菜叶中分离得到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题：
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是　　　　　　。叶绿体中光合色素分布在　　　　　　　上，其中类胡萝卜素主要吸收___________（填“蓝紫光”“红光”或“绿光”）。
(2)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____________________________________________________________________。
差速离心法
类囊体薄膜
蓝紫光
黑暗条件下不能进行光反应，不能产生暗反应所需要的ATP和NADPH
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
实验思路：取一定量光照后的菠菜叶片进行脱色处理，利用差速离心法分离出叶绿体，将叶绿体破坏后加入缓冲液制成混合液作为实验组，再设置等体积缓冲液作为对照组，其他条件相同且适宜，加入碘液后观察两组是否变蓝。预期结果：实验组出现蓝色；对照组无蓝色出现
【解析】(1)植物细胞器的分离可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上，光合色素叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。(2)光合作用光反应和暗反应同时进行，黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，产物不能生成。(3)要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中的淀粉。因此将生长状况良好且相同的植物叶片分为甲、乙两组，先进行饥饿处理，排除原有淀粉的干扰。之后将甲组放置在有光条件下，乙组放置在其他环境相同的黑暗状态下，一段时间后，用差速离心法提取出甲、乙两组的叶绿体，需要脱绿处理，制作成匀浆，分别加入碘液后观察。预期结果：甲组匀浆出现蓝色，有淀粉产生；乙组无蓝色出现，无淀粉产生。
真题引领知新
新情境新命题
“CO2人工合成淀粉”入选2021年度中国生命科学十大进展，中国科学院研究人员受到了自然光合作用的启发，在太阳能分解水的技术上，开发出了高效的化学催化剂，再利用“光能→电能→化学能”的能量转变方式，将CO2固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物(C1)。在这个步骤中，光能的能量转化效率超过10%，远超自然光合作用的能量利用效率(2%)。完整的人造淀粉合成代谢路线(ASAP)如图所示：
(1)图示模拟的是光合作用的什么过程？　　　 。人工合成淀粉过程和自然光合作用下关于CO2的固定是否相同，为什么？______________________________________________________________________________________________________________________。
(2)图中显示CO2还原需要人工提供的能量来自　　　　　　。植物叶肉细胞中碳的还原所需要能量由　　 　　　　提供。
暗反应
不相同，人工合成淀粉过程中，CO2固定还原成了更容易溶于水的甲醇等一碳化合物，而自然光合作用下CO2固定合成的是三碳化合物　
H2、ATP
NADPH、ATP
(3)在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，人工合成淀粉过程中糖类的积累量等于植物吗？为什么？______________________________________________________。
(4)从生态环境的角度阐述人工合成淀粉的意义：___________________________________________________________________________________________________________。
不等于；因为人工合成淀粉过程中没有呼吸作用消耗糖类
有助于避免使用农药和化肥对环境产生负面影响；从实现碳中和角度来说可以直接减少空气中的CO2等（合理即可）