【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 -专题训练（含答案）高考生物一轮复习

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
一、单项选择题
1．下列关于光合作用探究历程的叙述，错误的是（　　）
A．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
B．在恩格尔曼的实验中，受到均匀光照，好氧细菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．鲁宾和卡门的实验中，改变水中HO的所占比例，植物释放的18O2的所占比例也随之改变
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内的三碳化合物首先出现14C
【解析】A　希尔的实验说明水的光解产生氧气，但没有探究CO2的相关实验，故不能说明植物光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，A错误。
2．下图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述错误的是（　　）
A．过程①需要消耗光反应提供的ATP和NADPH
B．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质中
C．在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程
D．过程④受阻时，过程②③的进行能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制
【解析】A　过程①（CO2的固定）不需要消耗光反应提供的ATP和NADPH，C3的还原消耗光反应提供的ATP和NADPH，A错误；在叶肉细胞中会发生由单糖合成二糖或多糖的过程，由题图可知，叶绿体基质中会进行葡萄糖合成淀粉的过程，在细胞质基质中进行合成蔗糖的过程，C正确；图中过程④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即过程②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。
3．为研究高光照强度对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用无水乙醇提取绿叶中的色素，并进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。下列有关叙述错误的是（　　）
A．强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成
B．没有无水乙醇，可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替
C．Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小
D．操作中如果滤液细线触及层析液，会缩短得到4条色素带的时间
【解析】D　和正常光照下的滤纸层析结果相比，强光照下的叶绿素含量明显降低，类胡萝卜素含量增加，可见强光照可能抑制叶绿素的合成，促进类胡萝卜素的合成，A正确；没有无水乙醇，可用95%的乙醇加入适量无水碳酸钠代替，B正确；4种色素在层析液中溶解度大小是Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ，其中Ⅲ、Ⅳ色素条带间距小，说明两种色素的溶解度差异小，C正确；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，色素会溶解在层析液中，D错误。
4．景天酸代谢（CAM）途径属于某些植物特有的CO2固定方式：夜晚气孔开放，通过一系列反应将CO2固定于苹果酸，并储存在液泡中（甲）；白天气孔关闭，苹果酸运出液泡后放出CO2，供叶绿体的暗反应（乙）利用。下列关于这类植物的叙述，错误的是（　　）
A．在夜晚，叶肉细胞能产生ATP的细胞器有线粒体和叶绿体
B．景天酸代谢途径的出现，可能与植物适应干旱条件有关
C．给植物提供14C标记的14CO2，14C可以出现在OAA、苹果酸、C3和有机物中
D．在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，叶肉细胞中C3的含量短时间内不变
【解析】A　在夜晚，叶肉细胞只能通过细胞呼吸产生ATP，即产生ATP的细胞器是线粒体，A错误。具有景天酸代谢途径的植物，气孔白天关闭，可以减少蒸腾作用，夜晚气孔开放吸收CO2，因此可以适应干旱的环境条件，B正确。晚上气孔开放，14CO2进入细胞后在细胞质基质中与PEP结合生成OAA，然后再转化为苹果酸而被固定。白天苹果酸运出液泡后放出14CO2，14CO2首先与C5结合生成C3，随后C3被还原生成有机物，即14CO2→14C3→（14CH2O），C正确。由于该植物白天气孔关闭，所以在上午某一时刻，突然降低外界的CO2浓度，对于该植物叶肉细胞来说，其暗反应不受影响，即C3的含量不受影响，D正确。
5.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，下列有关分析正确的是(　　)
A．黑暗的目的是为了与光照作对照
B．pH＝4的缓冲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
【解析】D　实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；从实验结果看出，pH平衡前，加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi后不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的原动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
二、不定项选择题
6．用叶绿素完全缺失的水稻叶片进行相关实验，下列叙述正确的是（　　）
A．叶绿素完全缺失的水稻叶片不能吸收红光
B．叶绿体内部巨大的膜面积为暗反应的酶提供了附着位点
C．用该水稻叶片进行光合色素的分离实验，圆形滤纸片上会出现两个直径较小的圆
D．遮光培养可使植物叶肉细胞的叶绿素含量下降
【解析】AD　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，所以叶绿素完全缺失的水稻叶片不能吸收红光，A正确；叶绿体内部巨大的膜面积（类囊体膜）为光反应的色素和酶提供了附着位点，B错误；用该水稻叶片（叶绿素完全缺失）进行光合色素分离实验，滤纸上会出现两个直径较大的圆，即胡萝卜素和叶黄素的色素带，C错误；光照促进叶绿素合成，D正确。
7．将叶绿体破坏后离心，得到类囊体悬浮液、叶绿体基质，分别加入试管中。然后将①②置于光下，③④置于黑暗中，下列判断正确的是（　　）
A．实验中能产生气泡的是①试管
B．如果给予4支试管ATP、NADPH、CO2，有糖产生的试管是②④
C．如果给予4支试管磷酸、ADP，会产生ATP的是①③
D．上述操作说明光反应需要光，发生在类囊体，暗反应不需要光，发生在叶绿体基质
【解析】ABD　叶绿体的类囊体在光照条件下能进行水的光解，释放出氧气，所以能产生气泡的是①试管，A正确；叶绿体基质有光无光都能进行暗反应，给予ATP、NADPH、CO2，②④试管都有糖产生，B正确；在此条件下，给予磷酸、ADP，会产生ATP的是①，C错误；上述操作说明光反应需要光，发生在类囊体，暗反应有光无光都能发生，场所是叶绿体基质，D正确。
8.通常情况下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，用于光合作用。研究发现某些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的光合系统会失效，而含有叶绿素f的光合系统会启动。进一步研究发现，叶绿素f能吸收、转化红外光，用于光合作用。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．培养蓝细菌研究光合作用时，需提供葡萄糖作为碳源
B．叶绿素f主要分布在蓝细菌叶绿体类囊体薄膜上
C．叶绿素f能够吸收、转化红外光，体现了蓝细菌对环境的适应
D．在正常光照条件下，蓝细菌会同时吸收可见光和红外光进行光合作用
【解析】ABD　蓝细菌属于自养生物，能够自己合成有机物，故培养蓝细菌研究光合作用时，不需要提供葡萄糖作为碳源，A错误；蓝细菌为原核生物，无叶绿体，B错误；在正常光照条件下，光合作用依赖叶绿素a来收集、转化可见光，而不利用红外光，D错误。
非选择题
9.光合作用是地球上较重要的化学反应。科学家利用合成生物学的方法模拟光合作用，进行了如下研究。
（1）科学家从菠菜叶肉细胞中分离出　　　　　　　　　　，用磷脂分子包裹形成图1所示的“油包水液滴”结构，并在其中加入足量NADP＋、ADP等物质。比较图1结构的外膜与细胞膜，两者在物质组成和结构上的区别是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________（至少各写出一点）。
（2）科学家对“油包水液滴”采取明暗交替处理，在一段时间内检测此结构内产生NADPH的量，结果如图2所示。由图可知，NADPH含量在明期上升，在暗期　　　　　　。NADPH含量出现上述变化的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。这说明“油包水液滴”内的人工光反应系统构建成功。
（3）进一步将多种酶等物质加入“油包水液滴”内，并只在暗处理时通入充足的　　　　　作为原料，形成一种化学反应循环。继续明暗交替处理，在该化学反应循环中可检测到乙醇酸（一种有机酸）的生成，这一化学反应循环模拟了光合作用的　　　　阶段。检测此结构中NADPH的含量，推测其随明暗时段的大体变化趋势是________________________________________________________________________。
（4）从资源利用、生态环境保护等方面提出一条本研究可能的应用前景：________________________________________________________________________
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【答案】（1）类囊体（或基粒）　“油包水液滴”外膜的物质组成只有磷脂分子，无蛋白质、糖蛋白、糖脂等物质，而细胞膜主要由磷脂分子和蛋白质组成，还有糖蛋白、糖脂等物质；“油包水液滴”外膜由单层磷脂分子构成，而细胞膜由磷脂双分子层构成基本支架，蛋白质分子镶嵌或贯穿在磷脂双分子层中
（2）保持不变　在明期，类囊体上发生光反应产生并积累NADPH；在暗期，NADPH没有生成也没有消耗，其含量保持不变
（3）CO2　暗反应　明期上升，暗期下降
（4）可摆脱土地种植的限制，人工光反应系统利用光能固定CO2，合成有机物，将光能转化为有机物中的化学能，解决能源短缺问题；充分利用CO2以降低温室效应，保证大气碳—氧平衡（合理即可）
10．甲醛是家装的主要污染物，对动植物细胞均有毒害作用。科研人员为提高室内观赏植物天竺葵吸收甲醛的能力，将酵母菌的DAS蛋白基因和DAK蛋白基因导入天竺葵的叶绿体中，转基因后甲醛同化途径如下图所示。请回答下列问题：
(1)图中物质①是__________________。
(2)转基因天竺葵同化甲醛的两条途径：①甲醛→________→淀粉；②甲醛→_______→淀粉。
(3)据图分析，DAS基因和DAK基因转化成功会对光合作用____________过程产生直接影响。
(4)为了进一步测定转基因天竺葵同化甲醛的能力，研究人员取生长良好、株龄和长势一致的天竺葵，置于含相同浓度甲醛的玻璃容器中胁迫处理24 h，同时以未放入天竺葵的空容器和容器外的天竺葵为对照，测定容器内的甲醛浓度和叶片的气孔导度，结果如下图。
①实验结果表明转基因天竺葵吸收甲醛的能力比非转基因天竺葵__________，其主要原因是________________基因成功表达，增加了甲醛的同化途径。
②转基因天竺葵在18：00至次日8：00时段内吸收甲醛的能力明显降低，结合甲醛转化途径，分析其原因可能是_____________________________________________。
③实验结果表明天竺葵在有甲醛环境中气孔导度会发生明显变化，其意义是___________。
【答案】 (1)ADP、Pi、NADP＋　(2)3－磷酸甘油醛　二羟丙酮→磷酸二羟丙酮　(3)暗反应　(4)①强　DAS基因和DAK　②此时段天竺葵光合作用弱，产生的5－磷酸木酮糖少　③减少甲醛的吸收，降低甲醛对植物细胞的毒害
【解析】　(1)图中物质①是参与暗反应三碳化合物(C3)还原过程的产物，则①是ADP、Pi、NADP＋，可被光反应重新利用。(4)①由容器内剩余甲醛浓度曲线图可知，随着时间的延长，放置天竺葵的容器内甲醛浓度均下降，放置转基因天竺葵的容器内甲醛浓度下降得更明显，表明转基因天竺葵吸收甲醛的能力比非转基因天竺葵的更强。结合题干信息分析可知，转基因天竺葵的叶绿体中导入了酵母菌的DAS基因和DAK基因，两种基因成功表达可使转基因天竺葵的叶绿体中存在DAS酶和DAK酶，增加了甲醛的同化途径。②在当日18：00至次日8：00时段内，天竺葵光合作用弱，产生的5－磷酸木酮糖少，转基因天竺葵吸收甲醛的能力明显降低。③结合两曲线图分析可知，甲醛浓度较高时，天竺葵气孔导度较低，这样可以减少空气中甲醛进入植物体内，避免甲醛对植物细胞的伤害。