資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
高中生物一輪復習學案
第9講 捕獲光能的色素和結構、光合作用的原理
考點一　捕獲光能的色素和結構
1．實驗原理與過程
(1)實驗原理
( http: / / www.21cnjy.com / )
(2)實驗步驟和實驗結果
步驟 操作要點 說明
提取色素 研磨 ①無水乙醇：作為提取液，可溶解綠葉中的色素②SiO2：使研磨更充分③CaCO3：防止研磨時色素受到破壞
過濾 研磨后用單層尼龍布過濾
制備濾紙條 剪去兩角的干燥的定性濾紙條，距底部一端1 cm處用鉛筆畫一條細線 剪去兩角以保證色素在濾紙上擴散均勻、整齊，否則會形成弧形色素帶
畫濾液細線 用毛細吸管吸取色素濾液，沿鉛筆線均勻畫一條濾液細線，待濾液干后再重畫一到兩次 ①濾液細線要細、直、齊②干燥后重復畫一到兩次，使濾液細線既有較多的色素，又使各色素擴散的起點相同
色素分離 將適量層析液倒入試管→插入濾紙條→棉塞塞緊試管口
實驗結果分析 色素種類 色素顏色 色素含量 溶解度 擴散速度
a.胡蘿卜素 橙黃色 最少 最高 最快
b.葉黃素 黃色 較少 較高 較快
c.葉綠素a 藍綠色 最多 較低 較慢
d.葉綠素b 黃綠色 較多 最低 最慢
2.葉綠體中色素的吸收光譜
(1)分布：葉綠體類囊體薄膜上。
(2)功能：吸收、傳遞(四種色素)和轉換光能(只有少量葉綠素a)。
由圖可以看出：
①葉綠體中的色素只吸收可見光，而對紅外光和紫外光等不吸收。
②葉綠素對紅光和藍紫光的吸收量大，類胡蘿卜素對藍紫光的吸收量大。
[問題探究]
1．制備濾紙條時，剪去兩角的作用是什么？畫濾液細線有什么要求？
提示：防止色素帶不整齊。畫濾液細線的要求是細、齊、直，還要重復畫幾次。
2．色素分離時，關鍵應注意層析液不要沒及濾液細線，為什么？
提示：否則濾液細線中的色素會溶解于層析液中，不能分離。
3．某實驗小組得到的色素提取液顏色過淺，可能的原因有哪些？
提示：研磨不充分，色素未能充分提取出來；稱取綠葉過少或加入無水乙醇過多，色素溶液濃度小；未加碳酸鈣或加入過少，色素分子部分被破壞。21·cn·jy·com
1．實驗注意事項及原因分析
過程 注意事項 操作目的
提取色素 選材 選新鮮綠色的葉片 使濾液中色素含量高
實驗試劑 研磨時加無水乙醇 溶解色素
加少量SiO2和CaCO3 研磨充分和保護色素
實驗操作 迅速、充分研磨 防止乙醇過度揮發
盛放濾液的試管口加棉塞 防止乙醇揮發和色素氧化
分離色素 制備濾紙條 濾紙預先干燥處理 使層析液在濾紙上快速擴散
畫濾液細線 濾液細線要直、細、齊 使分離出的色素帶平整不重疊
濾液細線干燥后再畫一到兩次 使分離出的色素帶清晰分明
分離濾液中色素 濾液細線不觸及層析液 防止色素直接溶解到層析液中
2.分析綠葉中色素的提取和分離實驗中異常現象
異常現象 原因分析
收集到的濾液綠色過淺 ①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；②使用放置數天的菠菜葉，濾液色素(葉綠素)太少；③一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低(正確做法：分次加入少量無水乙醇)；④未加碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞
濾紙條色素帶重疊 ①濾液細線不直；②濾液細線過粗
濾紙條無色素帶 ①忘記畫濾液細線；②濾液細線接觸到層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中
eq \a\vs4\al(結合實驗原理及過程，考查科學探究能力)
1．(2020·江蘇高考)采用新鮮菠菜葉片開展“葉綠體色素的提取和分離”實驗，下列敘述錯誤的是(　　)21cnjy.com
A．提取葉綠體色素時可用無水乙醇作為溶劑
B．研磨時加入CaO可以防止葉綠素被氧化破壞
C．研磨時添加石英砂有助于色素提取
D．畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散
B　[葉綠體色素能溶解在無水乙醇 ( http: / / www.21cnjy.com )或丙酮等有機溶劑中，所以可用無水乙醇作為溶劑提取葉綠體色素，A正確；研磨時加入CaCO3可以防止葉綠素被破壞，B錯誤；加入石英砂是為了使研磨更充分，從而使葉綠體中的色素釋放出來，C正確；畫濾液細線時應盡量減少樣液擴散，防止色素帶之間部分重疊，D正確。]21教育網
2.(2021·棗莊期末) ( http: / / www.21cnjy.com )某同學用綠色菠菜葉和黃化菠菜葉進行了光合色素的提取和分離實驗，實驗操作過程相同，分別得到濾紙條甲和乙，如圖所示。下列敘述正確的是(　　)www.21-cn-jy.com
A．分離色素利用了光合色素易溶于有機溶劑無水乙醇的原理
B．濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發而消失
C．濾液細線若沒入層析液的液面將得到寬度變窄的色素帶
D．濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是未加碳酸鈣
B　[分離色素利用了光合色素隨層析液在濾紙 ( http: / / www.21cnjy.com )條上擴散速度不同的原理，A錯誤；濾紙條甲與乙上的色素帶不會隨著層析液的揮發而消失，B正確；層析液是有機溶劑，濾液細線若沒入層析液的液面將導致色素溶解在層析液中，因此將得到顏色較淺的色素帶或得不到色素帶，C錯誤；濾紙條乙缺少2條色素帶的原因是黃化菠菜葉不含葉綠素，D錯誤。]
eq \a\vs4\al(圍繞光合色素的種類和功能，考查科學思維能力)
3．(2021·遼寧高考)植物工廠 ( http: / / www.21cnjy.com )是通過光調控和通風控溫等措施進行精細管理的高效農業生產系統，常采用無土栽培技術。下列有關敘述錯誤的是(　　)2·1·c·n·j·y
A．可根據植物生長特點調控光的波長和光照強度
B．應保持培養液與植物根部細胞的細胞液濃度相同
C．合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量
D．適時通風可提高生產系統內的CO2濃度
B　[不同植物對光的波長和光照強度的需求不 ( http: / / www.21cnjy.com )同，可根據植物生長特點調控光的波長和光照強度，A正確；為保證植物的根能夠正常吸收水分，該系統應控制培養液的濃度小于植物根部細胞的細胞液濃度，B錯誤；適當提高白天的溫度可以促進光合作用的進行，讓植物合成更多的有機物，而夜晚適當降溫則可以抑制其呼吸作用，使其少分解有機物，合理控制晝夜溫差有利于提高作物產量，C正確；適時通風可提高生產系統內的CO2濃度，進而提高光合作用的速率，D正確。]【來源：21·世紀·教育·網】
4． (2021·濰坊二模)通常情況 ( http: / / www.21cnjy.com )下，光合作用依賴葉綠素a來收集、轉化可見光。研究發現某些藍藻在近紅外光環境下生長時，含有葉綠素a的光合系統會失效，而含有葉綠素f的光合系統會啟動。進一步研究發現，葉綠素f能吸收、轉化紅外光，用于光合作用。下列有關敘述正確的是(　　)21·世紀*教育網
A．培養藍藻研究光合作用時，需提供葡萄糖作為碳源
B．葉綠素f主要分布在藍藻葉綠體類囊體薄膜上
C．葉綠素f能夠吸收、轉化紅外光，體現了藍藻對環境的適應
D．在正常光照條件下，藍藻會同時吸收可見光和紅外光進行光合作用
C　[藍藻是自養生物，不從外界吸收葡萄糖， ( http: / / www.21cnjy.com )培養藍藻研究光合作用時，不需提供葡萄糖作為碳源，A錯誤；藍藻是原核生物，沒有葉綠體，B錯誤；某些藍藻在近紅外光環境下生長時，含有葉綠素f的光合系統會啟動。進一步研究發現，葉綠素f能吸收、轉化紅外光，用于光合作用。葉綠素f能夠吸收、轉化紅外光，體現了藍藻對環境的適應，C正確；在正常光照條件下，藍藻光合作用依賴葉綠素a來收集、轉化可見光，不能吸收紅外光進行光合作用，D錯誤。]2-1-c-n-j-y
考點二　光合作用的基本原理
1．光合作用的探究歷程(連一連)
2．光合作用的過程
3．光合作用和化能合成作用的比較
項目 光合作用 化能合成作用
區別 能量來源 光能 氧化無機物釋放的能量
代表生物 綠色植物 硝化細菌
相同點 都能將CO2和H2O等無機物合成有機物
[基礎診斷]
1．葉綠體中光合色素吸收的光能：一方面用于H2O光解，另一方面用于ATP的合成。(必修1　P103正文)(√)21*cnjy*com
2．H2O在光下分解為[H]和O2的過程發生在葉綠體基質中。(必修1　P103正文)(×)
3．光反應必須在光照下進行，暗反應必須在暗處進行。(必修1　P103、P104正文)(×)
4．把無機物合成有機物的合成作用叫做化能合成作用。(必修1　P105正文)(×)
[深度拓展]
1．(必修1　P102)光 ( http: / / www.21cnjy.com )照下卡爾文給小球藻懸浮液通入14CO2，一定時間后殺死小球藻，同時提取產物并分析。實驗發現，僅僅30 s的時間，放射性代謝產物多達幾十種。縮短時間到7 s，發現放射性代謝產物減少到12種，想要探究CO2轉化成的第一個產物是什么，可能的實驗思路是什么？【來源：21cnj*y.co*m】
提示：不斷縮短光照時間后殺死小球藻，同時提取產物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產物，該物質即為CO2轉化成的第一個產物。【出處：21教育名師】
2. (必修1　P102)如圖1、2、3所示為光合作用探索歷程中的經典實驗的分析及拓展(圖1中葉片黃白色部分不含葉綠體)請思考：21教育名師原創作品
(1)圖1中a～d可構成哪些對照組？其驗證的結論分別是什么？
(2)圖2所示實驗運用了何種技術？可得出何種推論？
(3)圖3所示實驗在實驗材料的選取上有什么巧妙之處？該實驗對環境有何特殊要求？其目的是什么？實驗結果怎樣？可得出何種結論？21*cnjy*com
提示：(1)圖1中b和c部位都 ( http: / / www.21cnjy.com )是綠色葉片，即都含有葉綠體，二者的區別在于有無光照，通過對比可以說明光合作用需要光照；a和b部位都有光照，二者的區別在于有無葉綠體，通過對照可以說明光合作用需要葉綠體。
(2)圖2所示實驗運用了同位素標記技術，該對比實驗說明光合作用產生的O2來源于H2O，而不是來自CO2。
(3)圖3實驗選擇水綿和好氧細菌 ( http: / / www.21cnjy.com )，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用好氧細菌可以確定釋放氧氣多的部位。該實驗要在沒有空氣的黑暗環境中進行以排除氧氣和極細光束外的其他光的干擾，實驗結果是好氧細菌分布于葉綠體被光束照射的部位，由此證明葉綠體是光合作用的場所，氧氣是由葉綠體釋放出來的。
1．光合作用反應式中元素去向分析
(1)H：3H2O3H＋(C3H2O)。
(2)C：14CO214C3(14CH2O)。
(3)O：HO18O2；
C18O2C3(CHO)。
2．環境改變時光合作用各物質含量的變化分析
(1)“過程法”分析各物質變化
如圖中Ⅰ表示光反應，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的還原，當外界條件(如光照、CO2)突然發生變化時，分析相關物質含量在短時間內的變化：
(2)“模型法”表示C3和C5等的含量變化
(1)C5、NADPH、ATP的變化一致。C3與C5、NADPH、ATP的變化相反。(2)C3量高于C5量，一般C3量為C5量的2倍。(3)對光合作用有利，則(CH2O)合成增加，反之則減少。
3．連續光照和間隔光照下的有機物合成量分析
(1)光反應為暗反應提供的NADPH和ATP在葉綠體基質中有少量的積累，在光反應停止時，暗反應仍可持續進行一段時間，有機物還能繼續合成。
(2)在總光照時間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續光照處理有機物積累量要多。
(3)應用：人工補光時，可適當采用“光暗交替”策略，這樣，在提高光合產量的情況下，可大量節省能源成本。
eq \a\vs4\al(結合光合作用的探究歷程，考查科學思維與科學探究能力)
1．(2021·安徽合肥調研 ( http: / / www.21cnjy.com ))英國植物學家希爾發現：在光下，若給含葉綠體的葉片提取液(淡綠色)提供特定的可與氫離子結合的氫受體2，6 D(一種墨綠色染料，接受氫離子并被還原后呈無色)，在無CO2時進行光照，可觀察到提取液由墨綠色變為淡綠色，并釋放出O2；但放在暗處，則試管中的液體仍為墨綠色，且無O2的釋放，如圖所示。下列有關該實驗的敘述和推論，錯誤的是(　　)
A．該實驗證明了光照條件下釋放的氧氣完全來自H2O的光解
B．該實驗證明了光照條件下葉綠體內產生了還原性物質
C．若給A組提供14CO2等物質，可能會檢測到(14CH2O)的生成
D．該實驗無法證明葉綠體是植物細胞合成糖類的場所
A　[該實驗說明了光照條件下釋放了氧氣 ( http: / / www.21cnjy.com )，但是不能說明氧氣來自于水的光解，A錯誤；該實驗證明了光照條件下葉綠體內產生了還原性物質(氫離子)，B正確；CO2是光合作用暗反應的原料，符合A組提供14CO2等物質，可能會檢測到(14CH2O)的生成，C正確；該實驗只能證明葉綠體光照條件下產生了氧氣和氫離子，無法證明葉綠體是植物細胞合成糖類的場所，D正確。]
2．(2022·襄城區模擬)卡爾 ( http: / / www.21cnjy.com )文給小球藻提供14CO2和適宜的光照，研究光合作用暗反應過程中C的轉移路徑。某同學根據卡爾文的實驗資料，提出了一些推論，下列推論不合理的是(　　)
資料 推論
(1)將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒，發現90%的放射性物質是一種C3 ①
(2)經過5s光照后，檢測到含有放射性的C5和葡萄糖 ②
(3)在適宜光照和CO2充足的條件下，C3和C5的含量很快達到穩定狀態，含有放射性的糖類不斷增加 ③
(4)當停止光照時，C3明顯增加，C5明顯下降 ④
A．推論①：C3是CO2被還原的第一個產物
B．推論②：C3進一步反應生成C5和葡萄糖
C．推論③：C3是暗反應的中間產物，糖類是終產物
D．推論④：C3轉化為C5需要依賴光反應的產物
A　[根據光照時間縮短至幾分之一秒的結果 ( http: / / www.21cnjy.com )可知，C3是CO2被固定的第一個產物，A錯誤；結合(1)(2)可知，推論2應該是C3進一步反應生成C5和葡萄糖，B正確；根據C3的含量維持穩定而含放射性的糖類不斷增加可知，推論③應該是：C3是暗反應的中間產物，糖類是終產物，C正確；根據光照停止時，C3明顯增加，C5明顯下降可知，光照與C3和C5的轉化有關，推論④應該是C3轉化為C5需要依賴光反應的產物，D正確。]
eq \a\vs4\al(圍繞光合作用的過程，考查理解能力)
3．(2022·菏澤模擬)植物葉肉細胞的部分代謝過程如圖所示。下列敘述不正確的是(　　)
A．NADP＋在光反應過程與電子和質子結合，形成還原型的NADPH
B．突然停止供應CO2，葉綠體內NADPH和ATP含量增加
C．類囊體膜上的類胡蘿卜素能吸收藍紫光用于光合作用
D．圖中H＋通過主動運輸從類囊體膜內運到膜外
D　[由圖可知，H＋從類囊體膜內運到膜外是順濃度梯度，故為協助擴散，D錯誤。]
4．(2021·全國乙卷)生活在干 ( http: / / www.21cnjy.com )旱地區的一些植物(如植物甲)具有特殊的CO2固定方式。這類植物晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用。回答下列問題：
(1)白天葉肉細胞產生ATP的場所有 ( http: / / www.21cnjy.com )__________________________。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和 ________釋放的CO2。
(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應 ( http: / / www.21cnjy.com )干旱環境的一種方式，這種方式既能防止 ________________，又能保證 ________________正常進行。
(3)若以pH作為檢測指標，請設計實驗來驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。(簡要寫出實驗思路和預期結果)
解析：　(1)白天葉肉細胞產 ( http: / / www.21cnjy.com )生ATP的途徑有呼吸作用和光合作用，對應的場所有細胞質基質、線粒體、葉綠體(類囊體薄膜)。光合作用所需的CO2來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸釋放的CO2。(2)氣孔白天關閉、晚上打開是這類植物適應干旱環境的一種方式，這種方式既能防止蒸騰作用丟失大量水分，又能保證光合作用暗反應的正常進行。(3)實驗設計時遵循對照原則和單一變量原則，無關變量相同且適宜。若以pH作為檢測指標，驗證植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。具體實驗思路為：取若干生理狀態相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測定其細胞液pH值。將A組置于干旱條件下培養，B組置于水分充足的條件下培養，其他條件保持相同且適宜。一段時間后，分別測定A、B兩組植物夜晚細胞液的pH值并記錄。由于植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式，因此預期結果為：A組pH值小于B組，且B組pH值實驗前后變化不大，說明植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式。
答案：　(1)細胞質基質、 ( http: / / www.21cnjy.com )線粒體、葉綠體(類囊體薄膜)　細胞呼吸　(2)蒸騰作用丟失大量水分　光合作用(暗反應)　(3)實驗思路：取若干生理狀態相同的植物甲，平均分為A、B兩組并于夜晚測定其細胞液pH值。將A組置于干旱條件下培養，B組置于水分充足的條件下培養，其他條件保持相同且適宜。一段時間后，分別測定A、B兩組植物夜晚細胞液的pH值并記錄。預期結果：A組pH值小于B組，且B組pH值實驗前后變化不大，說明植物甲在干旱環境中存在這種特殊的CO2固定方式
　有關光合作用的幾點提醒(1)光合作用產生的[H]不 ( http: / / www.21cnjy.com )同于細胞呼吸產生的[H]，且[H]既不是H＋，也不是H，其中前者是還原型輔酶Ⅱ(NADPH)，后者為還原型輔酶Ⅰ(NADH)。(2)光合作用水分解為氧和H＋的同時，被葉綠體奪去兩個電子。電子經傳遞，可用于NADP＋與H＋結合形成NADPH。(3)在暗反應中NADPH既作為還原劑，也能為C3的還原提供能量。(4)光反應產生的ATP用于C3的還原，不用于其他生命活動。
圍繞光合作用過程中物質含量的變化分析，考查科學思維能力
5．(2022·福州模擬)光合作用通過密切關聯的兩大階段——光反應和暗反應實現。對于改變反應條件而引起的變化，下列說法正確的是(　　)www-2-1-cnjy-com
A．突然中斷CO2供應，會暫時引起葉綠體基質中C5/C3的值減小
B．突然中斷CO2供應，會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP的值增大
C．突然將紅光改變為綠光，會暫時引起葉綠體基質中C3/C5的值減小
D．突然將綠光改變為紅光，會暫時引起葉綠體基質中ATP/ADP的值減小
B　[突然中斷CO2供應， ( http: / / www.21cnjy.com )導致CO2的固定速率降低，葉綠體中C5含量增加、C3含量減少，因此會暫時引起葉綠體基質中C5/C3的值增加，A錯誤；突然將紅光改變為綠光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量減少，進而使C3含量增加、C5含量減少，因此會暫時引起葉綠體基質中C3/C5的值增大，C錯誤；突然將綠光改變為紅光后，光能利用率提高，ATP和NADPH含量增加，ATP/ADP的值增加，D錯誤。]
6．科學家以生長狀態相同的某種植物在適宜且穩定的條件下開展下列實驗。請回答下列問題：
組別 A B
處理 光照時間為135秒 先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗時間各為3.75毫秒，總時間為135秒
光合產物相對含量 100% 94%
(1)上述實驗表明，光合作用中包含需要光的 ( http: / / www.21cnjy.com )階段和________的階段，為驗證這一觀點，可以對進行光合作用的植物短暫閉光，并提供________，經放射性檢測后發現植物在短暫黑暗中會利用該物質。21世紀教育網版權所有
(2)分析表格可知，B組在單位光照時間內生產 ( http: / / www.21cnjy.com )有機物的量較A組________，依據是________________________________。若將B組的每次光照和黑暗時間設定為7.5毫秒，其他條件不變，則光合產物的相對含量________(填“大于”“等于”或“小于”)94%。
(3)科學家在給葉綠體照光時發現，當向體系中提供NADP＋時，體系中就會有NADPH產生，說明葉綠體在光下會產生________。
解析：　(1)光合作用中包含需要光的階段和不 ( http: / / www.21cnjy.com )需要光的階段，為驗證這一觀點，可以對進行光合作用的植物短暫閉光，并提供14CO2，經放射性檢測后發現植物在短暫黑暗中會利用該物質。(2)分析表格可知，B組只用了A組一半的光照時間，其光合產物相對含量卻是A組的94%，所以B組在單位光照時間內生產有機物的量較A組高。隨著光照與黑暗的交替頻率的增加，光下產生的ATP與[H]能夠及時參與暗反應并及時再生，提高了光合作用中CO2的同化量，因此若將B組的每次光照和黑暗時間設定為7.5毫秒，其他條件不變，則光合產物的相對含量小于94%。(3)科學家在給葉綠體照光時發現，當向體系中提供NADP＋時，體系中就會有NADPH產生，說明葉綠體在光下會產生H＋和 e－。
答案：　(1)不需要光　14CO2　(2)高　B組只用了A組一半的光照時間，其光合產物相對含量卻是A組的94%　小于　(3)H＋和 e－
　連續光照和間隔光照下的有機物合成量分析在光照時間、黑暗時間的總處理時間相同的條件下，光照和黑暗間隔處理比一直連續光照處理有機物積累量要多。
1．(2021·天津高考)Rubisco ( http: / / www.21cnjy.com )是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結合，形成C3和C2，導致光合效率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisco的同一活性位點，因此提高CO2濃度可以提高光合效率。
(1)藍藻具有CO2濃縮機制，如圖所示。
注：羧化體具有蛋白質外殼，可限制氣體擴散。
據圖分析，CO2依次以 ___ ( http: / / www.21cnjy.com )_____和 ________方式通過細胞膜和光合片層膜。藍藻的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度，從而通過促進 ________和抑制 ________提高光合效率。
(2)向煙草內轉入藍藻Rubi ( http: / / www.21cnjy.com )sco的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍藻羧化體可在煙草中發揮作用并參與暗反應，應能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的 ________中觀察到羧化體。
(3)研究發現，轉基因煙草的光合速率并未提 ( http: / / www.21cnjy.com )高。若再轉入HCO和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發揮作用，理論上該轉基因植株暗反應水平應 ________，光反應水平應 ________，從而提高光合速率。
解析：　(1)據圖分析， ( http: / / www.21cnjy.com )CO2進入細胞膜的方式為自由擴散，進入光合片層膜時需要膜上的CO2轉運蛋白協助并消耗能量，為主動運輸過程。藍藻通過CO2濃縮機制使羧化體中Rubisco周圍的CO2濃度升高，從而通過促進CO2固定進行光合作用，同時抑制O2與C5結合，進而抑制光呼吸，最終提高光合效率。(2)若藍藻羧化體可在煙草中發揮作用并參與暗反應，暗反應的場所為葉綠體基質，故能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的葉綠體中觀察到羧化體。(3)若轉入HCO和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發揮作用，理論上可以增大羧化體中CO2的濃度，使轉基因植株暗反應水平提高，進而消耗更多的[H]和ATP，使光反應水平也隨之提高，從而提高光合速率。
答案：　(1)自由擴散　主動運輸　CO2固定　 O2與C5結合　(2)葉綠體　(3)提高　提高
2．(2021·山東高考)光照條件下 ( http: / / www.21cnjy.com )，葉肉細胞中O2與CO2競爭性結合C5，O2與C5結合后經一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸。向水稻葉面噴施不同濃度的光呼吸抑制劑SoBS溶液，相應的光合作用強度和光呼吸強度見表。光合作用強度用固定的CO2量表示，SoBS溶液處理對葉片呼吸作用的影響忽略不計。
SoBS濃度(mg/L) 0 100 200 300 400 500 600
光合作用強度(CO2μmol·m2·s－1) 18.9 20.9 20.7 18.7 17.6 16.5 15.7
光呼吸強度(CO2μmol·m2·s－1) 6.4 6.2 5.8 5.5 5.2 4.8 4.3
(1)光呼吸中C5與O2結合的反應發生在 ( http: / / www.21cnjy.com )葉綠體的 ________中。正常進行光合作用的水稻，突然停止光照，葉片CO2釋放量先增加后降低，CO2釋放量增加的原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)與未噴施SoBS溶液 ( http: / / www.21cnjy.com )相比，噴施100 mg/LSoBS溶液的水稻葉片吸收和釋放出CO2量相等時所需的光照強度 ________(填“高”或“低”)，據表分析，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)光呼吸會消耗光合作用過程中的有機物 ( http: / / www.21cnjy.com )，農業生產中可通過適當抑制光呼吸以增加作物產量。為探究SoBS溶液利于增產的最適噴施濃度，據表分析，應在 ________mg/L之間再設置多個濃度梯度進一步進行實驗。
解析：　(1)C5位于葉綠體基質中，則O ( http: / / www.21cnjy.com )2與C5結合發生的場所在葉綠體基質中。突然停止光照，則光反應產生的ATP、[H]減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生的CO2增多。(2)葉片吸收和放出CO2量相等時所需的光照強度即為光飽和點，與對照相比，噴施100 mg/LSoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加，釋放量減少，此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等。(3)光呼吸會消耗有機物，但光呼吸會釋放CO2，補充光合作用的原料，適當抑制光呼吸可以增加作物產量，由表可知，在SoBS溶液濃度為200 mg/LSoBS時光合作用強度與光呼吸強度差值最大，即光合產量最大，為了進一步探究最適噴施濃度，應在100～300 mg/L之間再設置多個濃度梯度進一步進行實驗。
答案：　(1)基質　光照停止， ( http: / / www.21cnjy.com )產生的ATP、[H]減少，暗反應消耗的C5減少，C5與O2結合增加，產生的CO2增多　(2)低　噴施SoBS溶液后，光合作用固定的CO2增加，光呼吸釋放的CO2減少，即葉片的CO2吸收量增加，釋放量減少，此時，在更低的光照強度下，兩者即可相等　(3)100～300
析個性 第1題以信息和圖示分析題形式結合光呼吸 ( http: / / www.21cnjy.com )的知識背景綜合考查了物質運輸和光合作用過程等知識；第2題以光呼吸為素材，綜合考查了光合作用過程和實驗設計與分析
找共性 兩個題目都以植物的光呼吸為情境， ( http: / / www.21cnjy.com )結合光合作用過程，考查信息獲取能力和實驗探究與分析能力。解答此類問題既要明確教材中光合作用過程，又要適度了解光呼吸和C4植物、景天科植物光合作用等等有關知識
1．光呼吸：光呼吸現象產生 ( http: / / www.21cnjy.com )的分子機制是O2和CO2競爭Rubisco酶。在暗反應中，Rubisco酶能夠以CO2為底物實現CO2的固定；在光下，當O2濃度高、CO2濃度低時，O2會競爭Rubisco酶，光的驅動下將碳水化合物氧化生成CO2和水。光呼吸是一個高耗能的反應，正常生長條件下光呼吸就可損耗掉光合產物的25%～30%。過程如圖1所示。
2．C4植物：水稻、小麥等C3植物的光呼 ( http: / / www.21cnjy.com )吸顯著，而高粱、玉米等C4植物的光呼吸消耗有機物很少，C4途經如圖2所示。與C3植物相比，C4植物葉肉細胞的細胞質基質具有一種特殊的PEP羧化酶，它催化如下反應：C3＋CO2C4(蘋果酸)。C4進入維管束鞘細胞，生成CO2用于暗反應，再生出的C3(丙酮酸)回到葉肉細胞中，進行循環利用。葉肉細胞包圍在維管束鞘細胞四周，形成花環狀結構。PEP羧化酶與CO2的親和力是Rubisco酶的60倍，能固定低濃度的CO2。
3．景天科植物的光合作用
景天科植物的CAM途徑是一種特殊代謝方 ( http: / / www.21cnjy.com )式：氣孔打開時，PEP與外界進入的CO2反應生成草酰乙酸(OAA)，并進一步被還原成蘋果酸；氣孔關閉時，蘋果酸又可分解釋放CO2，釋放出的CO2可進入葉綠體參與卡爾文循環。圖示為CAM代謝途徑示意圖。
1．(2021·遼寧期末)Rubis ( http: / / www.21cnjy.com )co是一種雙功能酶，它既能催化RuBP的羧化反應(即C5與CO2生成2C3)同時又能催化RuBP的加氧反應(即C5與O2生成1個C3和1個C2)。在O2濃度過高時，植物會出現光呼吸現象。如圖為不同O2和CO2濃度下，植物體內發生的光合作用和光呼吸示意圖。下列相關敘述不正確的是(　　)【版權所有：21教育】
A．光呼吸在葉綠體和線粒體等細胞器中進行
B．光呼吸的存在會使暗反應C3的生成量減少
C．當O2與CO2比值高時，有利于光呼吸而不利于光合作用
D．在高O2環境中植物無法進行光合作用
D　[由圖可知：在O2濃度過高時，植物會 ( http: / / www.21cnjy.com )出現光呼吸，即先在葉綠體基質中將C5與O2生成1個C3和1個C2，后C2進入線粒體進行分解釋放出二氧化碳，故光呼吸發生在葉綠體和線粒體中，A正確；在O2濃度過高時，C5與O2結合，減少了與CO2結合生成C3，故會使暗反應C3的生成量減少，B正確；在O2濃度過高時，在葉綠體基質中將C5與O2生成1個C3和1個C2，減少了C5與CO2結合生成C3，因此可以推測當O2與CO2比值較高時，利于光呼吸而不利于光合作用，C正確；在高O2環境中植物仍然能進行光合作用，D錯誤。]
2．(2021·撫順一模)以景 ( http: / / www.21cnjy.com )天科植物為代表的多種植物，其體內具有特殊的CO2固定方式，即CAM途徑又稱為景天酸代謝途徑。其過程為：夜晚氣孔開放，在PEP羧化酶等酶催化作用下，通過一系列反應將CO2固定于蘋果酸內，儲存在液泡中；白天氣孔關閉，蘋果酸從液泡中運出并釋放CO2，為葉綠體提供光合作用的原料。具體過程如圖所示，請據圖回答下列問題：
(1)此類植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有機物，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)白天進行光合作用所需CO2的來源是__________________________________，
CO2在卡爾文循環中首先被固定為________。
(3)白天葉肉細胞產生ATP的部位是_____________________________________。
(4)具有景天酸代謝過程的植物通過 ( http: / / www.21cnjy.com )改變其代謝途徑以適應特殊環境，這種特殊環境最可能是________。此途徑可以使植物在白天____________________________________________，
從而保證其生命活動能夠正常進行。
解析：　(1)光反應需要光照，夜晚沒有 ( http: / / www.21cnjy.com )光照，不能進行光反應，不能為暗反應提供[H](NADPH)和ATP，不能進行暗反應生成有機物，故此類植物夜晚吸收CO2，但并不能合成有機物。(2)白天植物既能進行光合作用，也能進行呼吸作用，光合作用需要的二氧化碳可以由呼吸作用產生和蘋果酸分解提供；植物在暗反應過程中，CO2首先被固定為三碳化合物，即C3。(3)白天葉肉細胞能進行光合作用和呼吸作用，故產生ATP的部位是葉綠體、線粒體和細胞質基質。(4)具有景天酸代謝過程的植物夜間氣孔開放，吸收的二氧化碳固定于蘋果酸內，儲存在液泡中，白天氣孔關閉，由此推測其適于生活在干旱的環境；此途徑可以使植物在白天因氣孔關閉，降低蒸騰作用，減少水分的散失，從而保證其生命活動能夠正常進行。
答案：　(1)夜晚沒有光照，不能進 ( http: / / www.21cnjy.com )行光反應，不能為暗反應提供ATP和[H]，不能進行暗反應生成有機物　(2)蘋果酸分解和呼吸作用　C3　(3)葉綠體、線粒體和細胞質基質　(4)干旱環境　關閉氣孔，降低蒸騰作用，減少水分的散失
3．(2021·遼寧高考)早 ( http: / / www.21cnjy.com )期地球大氣中的O2濃度很低，到了大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降。現在大氣中的CO2濃度約為390 μmol·mol－1，是限制植物光合作用速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進化過程中形成了CO2濃縮機制，極大地提高了Rubisco所在局部空間位置的CO2濃度，促進了CO2的固定。回答下列問題：
(1)真核細胞葉綠體中，在Rubi ( http: / / www.21cnjy.com )sco的催化下，CO2被固定形成 ________，進而被還原生成糖類，此過程發生在__________中。
(2)海水中的無機碳主要以CO2和HCO兩種形式存在，水體中CO2濃度低、擴散速度慢，有些藻類具有圖1所示的無機碳濃縮過程。圖中HCO濃度最高的場所是__________(填“細胞外”或“細胞質基質”或“葉綠體”)，可為圖示過程提供ATP的生理過程有________。
(3)某些植物還有另一種 ( http: / / www.21cnjy.com )CO2濃縮機制，部分過程見圖2。在葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)可將HCO轉化為有機物，該有機物經過一系列的變化，最終進入相鄰的維管束鞘細胞釋放CO2，提高了Rubisco附近的CO2濃度。
①由這種CO2濃縮機制可以推測，PEPC與無機碳的親和力 ________(填“高于”或“低于”或“等于”)Rubisco。
②圖2所示的物質中，可由光合作用光反應提 ( http: / / www.21cnjy.com )供的是 ________。圖中由Pyr轉變為PEP的過程屬于 ________(填“吸能反應”或“放能反應”)。
③若要通過實驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉變過程及相應場所，可以使用 ________技術。
(4)通過轉基因技術或蛋白質工程技術，可能進一步提高植物光合作用的效率，以下研究思路合理的有 ________(多選)。
A．改造植物的HCO轉運蛋白基因，增強HCO的運輸能力
B．改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成
C．改造植物的Rubisco基因，增強CO2固定能力
D．將CO2濃縮機制相關基因轉入不具備此機制的植物
解析：　(1)光合作用的暗反應中， ( http: / / www.21cnjy.com )CO2被固定形成三碳化合物(C3)，進而被還原生成糖類，此過程發生在葉綠體基質中。(2)圖示可知，HCO運輸需要消耗ATP，說明HCO離子是通過主動運輸的，主動運輸一般是逆濃度運輸，由此推斷圖中HCO濃度最高的場所是葉綠體。該過程中細胞質中需要的ATP由呼吸作用提供，葉綠體中的ATP由光合作用提供。(3)①PEPC參與催化HCO＋PEP過程，說明PEPC與無機碳的親和力高于Rubisco。②圖2所示的物質中，可由光合作用光反應提供的是ATP和NADPH，圖中由Pyr轉變為PEP的過程需要消耗ATP，說明圖中由Pyr轉變為PEP的過程屬于吸能反應。③若要通過實驗驗證某植物在上述CO2濃縮機制中碳的轉變過程及相應場所，可以使用同位素示蹤技術。(4)改造植物的HCO轉運蛋白基因，增強HCO的運輸能力，可以提高植物光合作用的效率，A正確；改造植物的PEPC基因，抑制OAA的合成，不利于最終二氧化碳的生成，不能提高植物光合作用的效率，B錯誤；改造植物的Rubisco基因，增強CO2固定能力，可以提高植物光合作用的效率，C正確；將CO2濃縮機制相關基因轉入不具備此機制的植物，不一定提高植物光合作用的效率，D錯誤。
答案：　(1)三碳化合物(C3)　 ( http: / / www.21cnjy.com )葉綠體基質　(2)葉綠體　呼吸作用和光合作用　(3)①高于　②[H]和ATP　吸能反應　③同位素示蹤　(4)AC
一、網絡構建
二、要語必記
1.葉綠體中的色素有4種，即葉綠素a、葉綠素b、葉黃素和胡蘿卜素。
2．葉綠素a和葉綠素b主要吸收藍紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍紫光。
3．吸收光能的四種色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上。
4．葉綠體是進行光合作用的場所。它內部的巨大膜表面上，不僅分布著許多吸收光能的色素分子，還有許多進行光合作用所必需的酶。
5．光合作用釋放的O2來自H2O。
6．光反應階段就是葉綠體中的色素吸收光能，將H2O分解成[H]和O2，同時形成ATP的過程。
7．暗反應過程是在葉綠體基質內，在多種酶催化下完成的，包括CO2的固定和C3的還原等過程。
8．停止供水后，光合速率下降，原 ( http: / / www.21cnjy.com )因是：一方面水是光合作用的原料；另一方面缺水會導致氣孔開度降低，CO2供應不足，影響了光合作用的暗反應，導致光合作用速率下降。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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