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中小學教育資源及組卷應用平臺
【備考2023】高中生物新教材一輪復習學案
第9講　光合作用與能量轉換(Ⅰ)
[素養目標]
1．理解光合作用的概念和過程。(科學思維)
2．通過提取和分離葉綠體中色素形成科學探究能力。(科學探究)
　捕獲光能的色素和結構
1．綠葉中色素的提取和分離實驗
(1)實驗原理
(2)實驗步驟
2．葉綠體中色素的吸收光譜分析
3．葉綠體的結構與功能
(1)葉綠體的結構模式圖
(2)葉綠體的功能
1．(必修1 P98“探究·實踐”)綠葉中的色素能夠溶解在有機溶劑無水乙醇中。(√)
2．(必修1 P98“探究·實踐”拓展)濾紙條上擴散速度最快的是葉綠素a。(×)
3．(必修1 P98正文)陽光是由不同波長的光組合成的復合光，在穿過三棱鏡時形成的不同顏色的光帶叫作光譜。(√)
4．(必修1 P99“學科交叉”)葉綠體中的色素一般只利用波長在400～760 nm之間的可見光。(√)
5．(必修1 P101正文)光合作用的酶分布于葉綠體內膜、外膜、類囊體薄膜和葉綠體基質中。(×)
1．必修1 P97“問題探討”拓展：有的植物工廠在種植蔬菜等植物時，完全依靠LED燈等人工光源，其中常見的是紅色、藍色和白色的光源，這是為什么？
提示：紅色光源、藍色光源發出的分別是紅光、藍光，光合色素對紅光、藍光吸收最多。白光是復合光，含有不同波長的光，光合色素能吸收更多的光。
2．必修1 P98“探究·實踐”拓展：分離葉綠體中的色素，也可用如圖所示的方法：即在圓心處滴加適量濾液，待干燥后再滴加適量層析液進行層析，結果會出現4個不同顏色的同心圓，則①～④依次對應哪種色素及顏色？
提示：①胡蘿卜素(橙黃色)，②葉黃素(黃色)，③葉綠素a(藍綠色)，④葉綠素b(黃綠色)。
1．影響葉綠素合成因素的分析[結構與功能觀]
2．光合色素和光合作用場所的三點提醒[結構與功能觀]
(1)色素的功能特點：葉綠素和類胡蘿卜素均有主要的吸收光波段，對其他波段的可見光并非不吸收，只是吸收量較少。
(2)色素的分布位置：色素不只分布于葉綠體中，液泡中也含有色素如花青素，但是液泡中的色素不能用于光合作用。
(3)光合作用的場所：葉綠體不是細胞進行光合作用的唯一場所，如藍細菌細胞中沒有葉綠體，也能進行光合作用。
3．綠葉中色素提取與分離實驗異常現象分析[科學探究]
異常現象 發生的原因
濾紙條上色素 帶顏色過淺 未加二氧化硅或研磨不充分，色素未充分提取出來
使用放置數天的綠葉或綠葉用量少，濾液中的色素(葉綠素)含量太少
一次性加入大量的無水乙醇，導致提取液濃度太低
畫濾液細線次數過少
選用綠葉葉脈過多，葉肉細胞過少
濾紙條色素帶重疊 濾紙條沒經干燥處理
濾液細線不能達到細、齊、直的要求，使色素擴散不一致
濾紙條看不到色素帶 忘記畫濾液細線
濾液細線觸及層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中
濾紙條只呈現胡蘿卜素、葉黃素色素帶 忘記加碳酸鈣導致葉綠素被破壞
所用葉片為“黃葉”
[探究意圖：以溫度影響色素合成為情境信息進行科學探究]
“霜葉紅于二月花”的美麗景色，是成片的黃櫨或楓葉逐漸變紅形成的。假如你是某研究性學習小組的成員，請你對這一自然現象產生的原因進行實驗探究。
實驗假設：葉片變紅現象受溫度影響。
(1)圍繞該實驗假設，有的同學主張在實驗前，需要搜集有關資料，才能對實驗組的溫度進行設置，該“有關資料”應為___________________________________________________。
實驗材料：盆栽的黃櫨或楓樹、透明的恒溫箱等實驗用具。
(2)實驗步驟：_____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)實驗結果預測及結論：___________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：(1)當地深秋的晝夜氣溫變化資料(當地氣象資料)
(2)①取甲、乙兩組盆栽的黃櫨或楓樹，分別放入兩只透明的恒溫箱內，甲為實驗組，乙為對照組；②甲組恒溫箱模擬深秋時晝夜溫度變化，乙組除溫度為夏季溫度外，其余條件都與甲組一致；③若干天后觀察實驗現象
(3)①如果實驗組和對照組中的葉片都變紅(或都不變紅)，則假設不成立。②如果實驗組葉片變紅，對照組葉片不變紅，則假設成立
突破點1　
1．下列關于“綠葉中色素的提取和分離實驗”的敘述，正確的是(　　)
A．不可選擇新鮮的洋蔥鱗片葉作為實驗材料
B．將研磨液進行過濾時，應在漏斗基部放一層濾紙
C．畫濾液細線前，用圓珠筆在剪去兩角的濾紙上畫一條線
D．將層析出四條色素帶的濾紙條在火焰旁烘干后才能保存
解析：洋蔥鱗片葉不含葉綠素，所以不能選擇新鮮的洋蔥鱗片葉作為實驗材料，A正確；對研磨液過濾時需要在玻璃漏斗的基部放一層尼龍布進行過濾，B錯誤；畫濾液細線前，用鉛筆在剪去兩角的濾紙上畫一條線，C錯誤；由于有機溶劑容易燃燒，所以不能將濾紙條烘干，應該在自然條件下干燥，D錯誤。
答案：A
2．如圖是新鮮綠葉的四種光合色素在濾紙上分離的情況，以下說法正確的是(　　)
A．提取色素時加入碳酸鈣是為了防止濾液揮發
B．水稻在收獲時節，葉片中色素的含量是(甲＋乙)<(丙＋丁)
C．四種色素都能溶解在層析液中，乙色素的溶解度最大
D．四種色素中，丙和丁主要吸收紅光
解析：提取色素時加入碳酸鈣可防止研磨中色素被破壞，A錯誤。由實驗結果可知，甲為葉綠素b，乙為葉綠素a，丙為葉黃素，丁為胡蘿卜素。水稻在收獲時節，葉綠素含量降低，低于類胡蘿卜素含量，從而使葉片黃化，所以色素的含量是(甲＋乙)<(丙＋丁)，B正確。四種色素都能溶解在層析液中，丁的溶解度最大，C錯誤。四種色素中，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，D錯誤。
答案：B
突破點2　
3．在做提取和分離葉綠體中的光合色素實驗時，甲、乙、丙、丁四位同學對相關試劑的使用情況如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他們所得的實驗結果依次應為(　　)
試劑 甲 乙 丙 丁
無水乙醇 － ＋ ＋ ＋
CaCO3 ＋ ＋ － ＋
SiO2 ＋ ＋ ＋ －
A．①②③④　　　　　　 B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
解析：甲同學沒有加入提取劑無水乙醇，所以提取液中不會出現色素，色素分離的結果是②；乙同學操作正確，色素分離后得到的色素帶有四條，與④情況相符；丙同學未加CaCO3，所以葉綠素含量減少，所得到的色素帶中兩條葉綠素帶比正常的葉綠素帶要窄，對應①；丁同學未加SiO2，葉片研磨不充分，最終導致各種色素的含量均減少，對應③，B正確。
答案：B
4．在油菜的營養生長過程中，發現部分油菜植株葉片變黃，其原因可能有兩種：一是鎂缺乏導致________缺乏；二是類胡蘿卜素含量增加。請設計實驗確定葉片變黃的原因：
(1)實驗設計思路：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)預測實驗結果：
①與乙組相比，如果甲組___________________________________________________
________________________________________________________________________，
則說明葉片變黃是缺乏鎂所致。
②與乙組相比，如果甲組________________________________________，則說明葉片變黃是類胡蘿卜素含量增加所致。
解析：探究葉片顏色變黃的原因，可通過紙層析法觀察色素帶的條數、寬窄和顏色深淺確定。選取質量相等的變黃葉片和正常綠色葉片，分別編號為甲組、乙組；然后采用相同的方法提取和分離甲組、乙組的色素，比較兩種葉片色素的種類和含量。若缺鎂造成的葉綠素減少，則在濾紙條上可能只剩下黃色和橙黃色2條色素帶，或有4條色素帶，離濾液細線較近的藍綠色和黃綠色的2條色素帶顏色較淺；若是由于類胡蘿卜素含量增加造成的，則可以得到4條色素帶，但距離濾液細線較遠的黃色、橙黃色的2條色素帶顏色深并且較寬。
答案：葉綠素　(1)選取質量相等的變黃葉片和正常綠色葉片，分別編號為甲組、乙組；然后采用相同的方法提取和分離甲組、乙組的色素，比較兩種葉片色素的種類和含量
(2)①濾紙條上只有離濾液細線較遠的2條色素帶，或有4條色素帶，但離濾液細線較近的2條顏色較淺
②濾紙條上有4條色素帶，但離濾液細線較遠的2條色素帶較寬
突破點3　圍繞捕獲光能的色素與葉綠體的結構，考查生命觀念
5．(2022·遼寧沈陽測試)高等植物的光合作用依賴光合色素。不同環境條件下，葉綠素a和葉綠素b之間可以相互轉化，這種轉化稱為“葉綠素循環”。研究發現，在適當遮光條件下，葉綠素a/葉綠素b的值會降低，以適應環境。圖中②③是兩種葉綠素的吸收光譜。下列關于葉綠素的敘述，正確的是(　　)
A．圖中②和③主要分布在葉綠體的內膜上
B．利用紙層析法分離色素時，③應位于濾紙條的最下端
C．植物葉片呈現綠色是由于②③主要吸收綠光
D．弱光下②的相對含量增高有利于植物對弱光的利用
解析：圖中②葉綠素b、③葉綠素a主要分布在葉綠體的類囊體膜上，A錯誤；利用紙層析法分離色素時，②葉綠素b應位于濾紙條的最下端，B錯誤；植物葉片呈現綠色是由于光合色素吸收綠光最少，C錯誤。
答案：D
6．光合色素直接影響植物對光能的利用。下列關于綠色植物的葉綠體中光合色素的敘述，錯誤的是(　　)
A．葉片衰老過程中，葉綠素較易降解，導致葉片變黃
B．類囊體薄膜上的光合色素能直接促進細胞對CO2的吸收
C．黃化葉片中光合色素吸收的紅光會大幅度減少
D．缺乏類胡蘿卜素的水稻突變體仍能捕獲藍紫光
解析：葉片衰老過程中，葉綠素較易降解，類胡蘿卜素主要呈黃色，導致葉片變黃，A正確；光合色素在光合作用中的作用是吸收、傳遞和轉化光能，與CO2的固定無直接關系，B錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，葉片黃化后，葉綠素含量大量減少，因此葉片中的光合色素吸收的紅光會大幅度減少，C正確；葉綠體中的葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，因此缺乏類胡蘿卜素的水稻突變體仍能捕獲藍紫光，D正確。
答案：B
突破點4　圍繞葉綠體的功能的實驗探究，考查科學探究能力
7．(多選) (2022·山東泰安模擬)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成無色)，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．該實驗證明了葉綠體是植物細胞合成糖類的場所
解析：該實驗說明了光照條件下釋放了氧氣，但是不能說明氧氣來自水的光解，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，若給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在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錯誤。
答案：AD
8．德國科學家恩格爾曼利用一種綠藻(這種綠藻具有螺旋狀的葉綠體)研究光對光合作用的效應。他將該種綠藻放在一張載有需氧細菌懸浮液的玻片上，這些細菌會移向氧濃度高的區域。他觀察細菌在不同光照下的分布情況，結果如圖所示：
(1)B情況下細菌的分布情況為________________________________________，如此分布是因為光合作用釋放________。
(2)該實驗證實了光合作用的場所是________，吸收光能的色素和催化反應的酶分別分布在________________、________________。
(3)恩格爾曼進行裝置C的實驗，其目的是________________________________，在________區域的細菌特別多。
解析：(1)B情況下光合作用釋放氧氣在葉綠體周圍，這時細菌集中分布在葉綠體周圍。(2)該實驗證明了光合作用的場所是葉綠體，吸收光能的色素及催化反應的酶分布在類囊體薄膜和葉綠體基質中。(3)裝置C實驗的目的是找出不同顏色的光對光合作用的影響，在紅光和藍光區域細菌特別多。
答案：(1)細菌集中分布在葉綠體周圍　O2　(2)葉綠體　類囊體薄膜上　類囊體薄膜上和葉綠體基質中
(3)找出不同顏色的光對光合作用的影響　紅光和藍光
恩格爾曼實驗的巧妙之處
(1)實驗材料選擇巧妙：實驗材料選擇水綿，水綿不但具有細而長的帶狀葉綠體，而且葉綠體在細胞中呈螺旋式分布，便于觀察實驗結果和設置對照。
(2)排除干擾的方法巧妙：沒有空氣的黑暗環境排除了環境中氧氣和光的干擾。
(3)觀測指標設計巧妙：通過觀測需氧細菌的分布，準確判斷出釋放氧氣的部位。
(4)實驗對照設計巧妙：用極細的光束點狀投射，使葉綠體上分為獲得光照和無光照的部位，相當于一組對照實驗；進行黑暗(局部光照)和完全暴露在光下的對照實驗，明確實驗結果完全是由光照引起的。
玉米田里的白化苗長出幾片葉片時會死亡，原因是什么？
提示：玉米白化苗中不含葉綠素，不能進行光合作用，待種子中儲存的營養物質被消耗盡后，無法產生新的有機物，因此玉米白化苗長出幾片葉片時會死亡。
　光合作用的原理
1．探索光合作用原理的部分實驗
時間 科學家 發現
19世紀末 — 普遍認為在光合作用中，CO2分子的C和O被分開，O2被釋放，C和H2O結合成甲醛，然后甲醛分子縮合成糖
1928年 — 發現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化成糖
1937年 英國植物學家希爾 發現離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑，在光照下可以釋放出氧氣。像這樣，離體葉綠體在適當條件下發生水的光解、產生氧氣的化學反應稱作希爾反應
1941年 美國科學家魯 賓和卡門 用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源 HO＋CO218O2 H2O＋C18O2O2
1954年 美國科學家阿爾農 發現在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發現該過程總是與水的光解相伴隨
2.光合作用的概念與反應式
(1)概念：指綠色植物通過葉綠體，利用光能，把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物，并且釋放出氧氣的過程。
(2)反應式：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。
3．光合作用的原理
(1)圖解
填寫圖中序號所代表的物質或結構
a．O2；b.NADP＋；c.ADP＋Pi；d.C5。Ⅰ是光反應；Ⅱ是暗反應。
(2)光反應與暗反應的比較
項目 光反應階段 暗反應階段
區 別 條件 光、色素、酶、水、ADP、Pi等 多種酶、ATP、NADPH、CO2等
場所 類囊體薄膜 葉綠體基質
物質 變化 ①水的光解 2H2OH＋＋O2， H＋＋NADP＋NADPH ②ATP的形成 ADP＋Pi＋能量ATP ①CO2的固定 CO2＋C52C3 ②C3的還原 2C3(CH2O)＋C5
能量變化 光能轉變成ATP和NADPH中活躍的化學能 ATP和NADPH中活躍的化學能轉變成儲存在(CH2O)中的穩定的化學能
聯系 ①光反應為暗反應提供ATP和NADPH，暗反應為光反應提供ADP、Pi、NADP＋。②沒有光反應，則暗反應無法進行，沒有暗反應，則有機物無法合成
[巧記]　光合作用過程的“一、二、三、四”
1．(必修1 P103～104黑體)光反應必須在光照下進行，暗反應必須在暗處進行。(×)
2．(必修1 P103“相關信息”)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．(必修1 P103正文)NADPH既可作還原劑，又可為暗反應提供能量。(√)
4．(必修1 P103正文)葉綠體中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解產生氧和NADPH；一方面用于ATP的合成。(√)
5．(必修1 P104“相關信息”)C3是指三碳化合物——3 磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖 1,5 二磷酸(RuBP)。(√)
6．(必修1 P104“相關信息”)光合作用的產物有淀粉和蔗糖，淀粉和蔗糖可以進入篩管，通過韌皮部運輸到植株各處。(×)
1．必修1 P102“思考·討論”拓展：希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學反應，理由是____________________。
提示：水的光解實驗是在沒有CO2的情況下進行的，沒有碳參與反應，而糖的合成需要碳的參與
2．必修1 P102“思考·討論”拓展：模擬魯賓、卡門的實驗時，能對同一實驗中的CO2和H2O同時進行標記嗎，為什么？
提示：不能，因為若CO2和H2O中的氧均標記，則無法分辨氧氣的來源。
3．必修1 P103圖5 14拓展：假如白天突然中斷了CO2的供應，葉綠體內首先積累起來的物質是________。突然停止光照，葉綠體內含量減少的物質是________。
提示：C5　ATP、NADPH、C5
1．光合作用過程中元素的去向分析[科學思維]
2．環境改變時光合作用各物質含量的變化分析[科學思維]
(1)“過程法”分析各物質變化
下圖中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含量的變化(條件改變后短時間內各物質相對含量的變化)
[提醒]　(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[科學思維]
(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。
[探究意圖：以光合作用過程為情境信息考查科學思維]
如圖表示綠色植物光合作用的部分過程，圖中a～c表示相關物質，甲、乙為結構。
(1)圖中所示的過程屬于光合作用的________階段，甲為________。
(2)圖中a為________，b為________。當外界CO2濃度升高時，b的含量會暫時________。
(3)該過程將光能轉化為化學能儲存在________中。
(4)乙為葉綠體基質，是______________的場所。
提示：(1)光反應　類囊體薄膜　(2)氧氣　NADPH　下降　(3)b和ATP　(4)光合作用暗反應
突破點1　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．光合作用的發現是眾多科學家不斷努力的結果。1937年，英國科學家希爾首次獲得了離體葉綠體懸浮液，將此懸浮液(含水，不含CO2)與黃色的高鐵(Fe3＋)鹽混合，照光后發現葉綠體有氣泡放出、溶液由黃色變為淺綠色(Fe2＋)。在遮光下，則沒有氣泡產生，也沒有顏色變化。下列敘述錯誤的是(　　)
A．實驗過程中可以檢測到糖的生成
B．實驗表明氧氣是葉綠體在光照的條件下產生的
C．溶液顏色變化的原因是葉綠體在光照條件下生成的還原劑將Fe3＋還原為Fe2＋
D．與恩格爾曼的水綿實驗相比，希爾的實驗排除了細胞內其他結構的影響
解析：懸浮液中不含CO2，暗反應無法正常進行，糖類無法生成，A錯誤；實驗現象是在照光后發現葉綠體有氣泡放出、在遮光下沒有氣泡產生，說明氧氣的產生一定要有光照，B正確；實驗在光照條件下，溶液由黃色變為淺綠色(Fe2＋)，說明光反應階段的產物NADPH可以將Fe3＋還原為Fe2＋，C正確；希爾的實驗將葉綠體離體，與細胞內其他結構分開，排除了其他結構在光合作用中可能造成的影響，D正確。
答案：A
2．科學是在實驗和爭論中前進的，光合作用的探究歷程就是如此。在下面幾個關于光合作用的實驗中，相關敘述正確的是(　　)
A．恩格爾曼的實驗定量分析了水綿光合作用生成的氧氣量
B．科學家發現甲醛是光合作用的原料
C．希爾發現離體葉綠體在適宜條件下可釋放O2
D．魯賓和卡門的實驗中，用18O分別標記H2O和CO2，證明了光合作用產生的氧氣來自CO2而不是H2O
解析：恩格爾曼的實驗證明了水綿光合作用生成氧氣，沒有定量分析生成氧氣的量，A錯誤；甲醛對植物有害，不能作為原料參與光合作用，B錯誤；魯賓、卡門實驗證明O2來自H2O，D錯誤。
答案：C
突破點2　結合光合作用的過程，考查科學思維能力
3．如圖為大豆葉片光合作用暗反應階段示意圖。下列敘述正確的是(　　)
A．CO2的固定實質上是將ATP中的化學能轉變為C3中的化學能
B．CO2可直接被NADPH還原，再經過一系列的變化形成糖類
C．被還原的C3在相關酶的催化作用下，可再形成C5
D．光照強度由強變弱時，短時間內C5含量會升高
解析：CO2的固定是指CO2與C5反應生成C3，C3的還原實質上是將ATP中的化學能轉變為(CH2O)中的化學能，A錯誤；C3可接受ATP釋放的能量并且被NADPH還原，再經過一系列的變化形成糖類，CO2不能直接被NADPH還原，B錯誤；據圖分析，被還原的C3在有關酶的催化作用下，可再形成C5，C正確；光照強度減弱時，ATP和NADPH合成減少，C5生成速率減慢，而短時間內C5的利用速率不變，故短時間內C5含量降低，D錯誤。
答案：C
4．據下面光合作用圖示判斷，下列敘述不正確的是(　　)
A．⑤過程發生于葉綠體類囊體薄膜上
B．⑥過程發生于細胞質基質中
C．如用14C標記CO2來追蹤光合作用過程中的碳原子，則14C的轉移途徑為14CO2→14C3→糖類
D．NADPH既可作還原劑，也可為暗反應提供能量
解析：根據光合作用的過程判斷①②③④⑤⑥⑦分別表示NADPH、ATP、CO2、(CH2O)、光反應、暗反應和NADP＋。光反應發生在葉綠體的類囊體薄膜上，暗反應發生在葉綠體基質中，A正確，B錯誤；光合作用過程中，CO2首先與C5相結合形成C3，然后C3被還原形成糖類等，C正確；NADPH既可作還原劑，也可為暗反應提供能量，D正確。
答案：B
5．水稻是我國南方一種重要的糧食作物，如圖表示水稻細胞中的光合作用過程，圖中字母代表相應物質，數字代表生理過程。請據圖回答相關問題：
(1)分離類囊體中光合色素的方法是________。
(2)光照等條件適宜時，A物質的去路是________________。
(3)夏季的早晨，在忽然增強光照的情況下檢測到圖中的A物質產生量忽然增多，但不久又恢復到正常水平，使A物質無法維持在一個較高水平的最可能外因是__________________________________。在同一過程中C3的變化情況是__________________________________。
(4)資料顯示，抗霉素A能夠影響該植物的光合作用，導致NADP＋含量減少，請簡要寫出驗證該結論的實驗思路。
解析：(1)分離類囊體中光合色素的方法是紙層析法。(2)分析圖形可知，A為O2，B為NADPH。光照等外部條件適宜時，植物體葉肉細胞的光合作用大于呼吸作用，此時光合作用產生的O2一部分進入線粒體中被利用，一部分釋放到外界環境中。(3)夏季的早晨，若忽然增強光照，則光反應增強，O2產生量忽然增多，由于受到暗反應的制約，O2的產生量無法維持在一個較高的水平，此時制約暗反應的外因最可能是環境中的CO2濃度，故A物質無法維持在一個較高水平的最可能外因是環境中CO2的供應量未能同步增加。該過程中C3的變化情況是先忽然減少，不久又恢復到正常水平。(4)要驗證抗霉素A能夠影響該植物的光合作用，導致NADP＋含量減少，應取生理狀況一致、大小相同的水稻葉片，并均分為兩組，一組用抗霉素A處理，一組不做處理(或用清水處理)，置于相同且適宜的條件下，一段時間后，分別檢測兩組葉片中NADP＋的含量。
答案：(1)紙層析法　(2)被線粒體利用、釋放到細胞外　(3)環境中CO2的供應量未能同步增加(合理即可)　先忽然減少，不久又恢復到正常水平　(4)取生理狀況一致、大小相同的水稻葉片均分為兩組，一組用抗霉素A處理，一組不做處理(或用清水處理)，一段時間后分別檢測兩組葉片中NADP＋的含量。
突破點3　圍繞不同條件下光合作用過程中物質含量的變化分析，考查科學思維能力
6．(2022·福建廈門檢測)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(　　)
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
解析：突然中斷CO2供應，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。
答案：B
7．(多選)用14CO2“飼喂”光照條件下的葉肉細胞，讓葉肉細胞繼續在相同光照下進行光合作用，一段時間后，關閉光源，將葉肉細胞置于黑暗環境中，含放射性的三碳化合物的濃度變化情況如圖所示，下列相關敘述正確的是(　　)
A．AB段含放射性的三碳化合物的濃度不變的原因是其生成和被還原的速率相等
B．B時后短時間內曲線略有上升，是因為黑暗條件下葉肉細胞光反應停止，葉綠體內NADPH和ATP的供應減少
C．OA段葉肉細胞中五碳化合物濃度有所上升
D．葉肉細胞利用14CO2的場所是葉綠體基質
解析：AB段CO2的固定速率與三碳化合物的還原速率相同，即三碳化合物的生成速率和消耗速率相等，三碳化合物的濃度不變，A正確；關閉光源后短時間內，黑暗條件下，植物葉肉細胞的光反應停止，不能生成NADPH和ATP，三碳化合物的還原受阻，但其生成速率基本不變，故其濃度略有上升，B正確；OA段含放射性的三碳化合物的濃度升高，此過程中光照不變，則光合速率基本不變，不會出現葉肉細胞中五碳化合物濃度上升的情況，C錯誤；葉肉細胞中CO2的利用是在葉綠體基質中進行的，D正確。
答案：ABD
1．若突然停止對某正常植物的CO2供應，則該植物的葉綠體中C3的含量如何變化？嘗試分析其變化原因。
提示：略微減少。當CO2供應停止時，CO2的固定速率降低，而光照強度不變的情況下，NADPH、ATP的供應速率不變，C3的還原速率幾乎不變，這樣，短時間內，C3的生成量減少，消耗量不變，故葉綠體中C3的含量會略有減少。
2．利用小球藻培養液進行光合作用實驗時，發現在其中加入抑制暗反應的藥物后，在同樣的光照條件下釋放氧氣的速率下降。原因主要是什么？
提示：暗反應被抑制，會減少對NADPH和ATP的消耗，從而使NADPH和ATP積累，水的光解減慢。
3．如圖為光合作用的過程圖解，據圖分析并回答下列問題：
(1)乙表示________階段，又稱作________循環。
(2)圖中的物質a是________，物質c是________。
(3)甲階段的兩項重要變化是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)乙階段的兩項重要過程是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)土壤中缺乏N，植物的光合作用就會受影響，請分析原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
提示：(1)暗反應　卡爾文
(2)NADPH　CO2
(3)葉綠體中的色素吸收光能，將H2O分解成H＋和O2；同時形成ATP
(4)CO2的固定和C3的還原過程
(5)N是組成ATP、NADPH、酶以及類囊體薄膜等與光合作用有關的物質或結構的重要元素
[構建知識網絡]
[強化生命觀念]
1．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。
2．葉綠體是進行光合作用的場所，其中光反應在類囊體薄膜上進行，暗反應在基質中進行。
3．不同顏色的溫室大棚光合效率不同，無色透明大棚效率最高，綠色大棚效率最低；對大棚進行補光時，單色光以藍紫光最好，紅光次之，綠光最差。
4．綠色植物中參與光合作用的色素只存在于葉綠體類囊體薄膜上。
5．綠色植物中參與光合作用的酶存在于葉綠體類囊體薄膜上和葉綠體基質中。
6．光合作用的過程可以分為兩個階段，即光反應和暗反應。前者在光下才能進行，并在一定范圍內隨著光照強度的增加而增強；后者在有光、無光的條件下都可以進行，但需要光反應的產物NADPH和ATP，因此在無光條件下不可以長期進行。
7．進行光合作用的細胞不一定含葉綠體，如藍細菌、光合細菌能進行光合作用，但沒有葉綠體。
8．生物體中的能量轉化：光能→電能→ATP中的活躍化學能→有機物中穩定的化學能→ATP中活躍的化學能(被組織細胞利用)。
真題再現　感悟考情
1．(2021·湖南卷)綠色植物的光合作用是在葉綠體內進行的一系列能量和物質轉化過程。下列敘述錯誤的是(　　)
A．弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用
B．在暗反應階段，CO2不能直接被還原
C．在禾谷類作物開花期剪掉部分花穗，葉片的光合速率會暫時下降
D．合理密植和增施有機肥能提高農作物的光合作用強度
解析：弱光條件下植物仍然可以進行光合作用，只不過光反應產生的氧氣較少，被植物體全部用來進行有氧呼吸，最終表現為沒有氧氣釋放，A錯誤；在暗反應階段，CO2先與C5結合形成C3，C3再被還原成糖類和C5，故CO2不能直接被還原，B正確；禾谷類作物開花期光合作用的產物有一部分用來維持花穗的生長發育，剪掉部分花穗后，有機物的輸出減少，會造成光合產物的短期積累，從而抑制光合作用，C正確；合理密植有利于充分利用光能，從而提高光合作用強度，有機肥富含有機物，能在微生物的分解作用下產生CO2和其他養分，利于植物進行光合作用，D正確。
答案：A
2．(2020·江蘇卷)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(　　)
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
解析：無水乙醇常作為提取葉綠體色素的溶劑，A項正確；研磨時要加入碳酸鈣(CaCO3)，可防止葉綠素被破壞，B項錯誤；研磨時添加石英砂，能夠使研磨充分，有助于色素的提取，C項正確；畫濾液細線時要做到細、直、齊，減少樣液擴散，以保證濾紙條上形成的色素帶清晰、整齊，D項正確。
答案：B
3．(2021·廣東卷)在高等植物光合作用的卡爾文循環中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco，下列敘述正確的是(　　)
A．Rubisco存在于細胞質基質中
B．激活Rubisco需要黑暗條件
C．Rubisco催化CO2固定需要ATP
D．Rubisco催化C5和CO2結合
解析：暗反應階段的CO2的固定為Rubisco催化C5與CO2反應的過程，該過程發生在葉綠體基質中，暗反應有光無光均可進行，故Rubisco的活性與是否有光無關，A、B錯誤，D正確；CO2固定過程不消耗ATP，C錯誤。
答案：D
4．(2021·湖南卷)圖a為葉綠體的結構示意圖，圖b為葉綠體中某種生物膜的部分結構及光反應過程的簡化示意圖。
回答下列問題：
(1)圖b表示圖a中的________結構，膜上發生的光反應過程將水分解成O2、H＋和e－，光能轉化成電能，最終轉化為________和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低，暗反應速率減慢，葉綠體中電子受體NADP＋減少，則圖b中電子傳遞速率會________(填“加快”或“減慢”)。
(2)為研究葉綠體的完整性與光反應的關系，研究人員用物理、化學方法制備了4種結構完整性不同的葉綠體，在離體條件下進行實驗，用Fecy或DCIP替代NADP＋為電子受體，以相對放氧量表示光反應速率，實驗結果如表所示。
葉綠體類型 相對值 實驗項目　　　　　 葉綠體A：雙層膜結構完整 葉綠體B：雙層膜局部受損，類囊體略有損傷 葉綠體C：雙層膜瓦解，類囊體松散但未斷裂 葉綠體D：所有膜結構解體破裂成顆粒或片段
實驗一：以Fecy為電子受體時的放氧量 100 167.0 425.1 281.3
實驗二：以DCIP為電子受體時的放氧量 100 106.7 471.1 109.6
注：Fecy具有親水性，DCIP具有親脂性。
據此分析：
①葉綠體A和葉綠體B的實驗結果表明，葉綠體雙層膜對以____________(填“Fecy”或“DCIP”)為電子受體的光反應有明顯阻礙作用。得出該結論的推理過程是
________________________________________________________________________。
②該實驗中，光反應速率最高的是葉綠體C，表明在無雙層膜阻礙、類囊體又松散的條件下，更有利于______________，從而提高光反應速率。
③以DCIP為電子受體進行實驗，發現葉綠體A、B、C和D的ATP產生效率的相對值分別為1、0.66、0.58和0.41。
結合圖b對實驗結果進行解釋______________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)圖b所示生物膜吸收了光能，發生了水分解成e－、H＋和O2的過程，因此該生物膜為圖a中葉綠體的類囊體膜，是光合作用光反應的場所。光反應中，水分解為O2和H＋，同時產生2個電子(e－)，電子經電子傳遞鏈傳遞，可用于NADP＋和H＋結合形成NADPH；同時利用光能促使ADP與Pi反應形成ATP。這樣，光能轉化成電能，最終轉化為NADPH和ATP中活躍的化學能。若CO2濃度降低，暗反應速率減慢，ATP和NADPH消耗減慢，則光反應速率會減慢，水的分解減少，該過程產生的電子經過電子傳遞鏈的作用與NADP＋、H＋結合形成的NADPH也減少，電子傳遞速率會減慢。(2)①從表格中可知，葉綠體A雙層膜結構完整時，以Fecy或DCIP為電子受體時放氧量相等，而葉綠體B雙層膜局部受損，類囊體略有損傷時，以Fecy為電子受體時，葉綠體B的放氧量明顯高于葉綠體A雙層膜結構完整時的放氧量，而以DCIP為電子受體時葉綠體B的放氧量略高于葉綠體A雙層膜結構完整時的放氧量，所以葉綠體雙層膜對以Fecy為電子受體的光反應阻礙作用更明顯。②該實驗中，光反應速率最高的是葉綠體C，這是因為在無雙層膜阻礙、類囊體又松散(但未斷裂)的條件下，以Fecy或DCIP為電子受體，更容易與H＋結合，消耗H＋速率較快，更有利于水的分解，從而提高光反應速率。③圖b中水光解產生的H＋可通過類囊體膜結構中的載體蛋白運輸至ATP合成的部位，參與ATP合成的反應，當類囊體膜結構受損時，無法完成H＋的運輸，ATP的合成因缺少H＋而受阻，ATP產生效率降低。
答案：(1)類囊體膜　NADPH　減慢　(2)①Fecy　葉綠體B雙層膜局部受損，類囊體略有損傷時，以Fecy為電子受體時的放氧量明顯高于葉綠體A雙層膜結構完整時，而以DCIP為電子受體時的放氧量略高于葉綠體A雙層膜結構完整時，差別不大　②水的分解　③類囊體膜結構的完整性可保證其能夠運輸H＋參加ATP的合成反應，膜結構破裂無法提供ATP合成時所需的H＋導致ATP產生效率降低
5．(2020·山東卷)人工光合作用系統可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。
(1)該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是________，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為________。
(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將________(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發生改變，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統糖類的積累量________(填“高于”“低于”或“等于”)植物，原因是__________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是__________________________。人工光合作用系統由于對環境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區有廣闊的應用前景。
解析：分析題圖可知，模塊1將光能轉換為電能，模塊2電解水，同時轉換能量供模塊3還原CO2產生糖類，比較這一過程與光合作用的全過程可知，模塊1和模塊2相當于光合作用的光反應階段，模塊3相當于光合作用的暗反應階段。(1)根據上面的分析可知，該系統中執行相當于葉綠體中光反應功能的模塊，即吸收和轉化光能的模塊是模塊1和模塊2。光合作用的暗反應包括兩步反應，一是CO2的固定：CO2在特定酶的作用下，與C5結合，形成C3。二是C3的還原：C3接受ATP和NADPH釋放的能量，在酶的作用下最終轉化為糖類和C5。比較該過程與模塊3的反應過程可知，甲與CO2反應生成乙，這一階段為CO2的固定，那么甲為C5，即五碳化合物，乙為C3，即三碳化合物。(2)若正常運轉過程中氣泵突然停轉，相當于光合作用過程中突然停止供應CO2，CO2的固定受阻，短時間內C3的還原正常進行，進而導致乙(C3)的合成量減少，消耗量不變，C3含量減少。光合作用的暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP＋，若氣泵停轉時間較長，相當于暗反應無法進行，就無法為模塊2提供ADP、Pi和NADP＋，從而影響了模塊2中的能量轉換效率。(3)植物有機物的積累量稱為凈光合作用量，即有機物的制造量(真正光合作用量)減去呼吸作用消耗的有機物量。這個人工系統中只有有機物的制造，沒有呼吸作用的消耗，所以在固定的CO2量(即真正光合作用量)相等的情況下，有機物(糖類)的積累量將高于植物。(4)干旱條件下，植物為降低蒸騰作用對水分的過度散失，氣孔的開放程度降低，進而影響CO2的吸收，會間接影響光合作用速率。
答案：(1)模塊1和模塊2　五碳化合物(或：C5)　(2)減少　模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足　(3)高于　人工光合作用系統沒有呼吸作用消耗糖類(或：植物呼吸作用消耗糖類)
(4)葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少

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