資源簡介

高考生物一輪專題知識梳理
第9講　光合作用與能量轉化
第1課時　光合作用的色素與基本過程
課標解讀 核心素養
1.說明光合作用以及對它的認識過程 2.活動:葉綠體色素的提取與分離 生命觀念 ①通過分析葉綠體的結構與功能,形成結構與功能適應的觀點 ②通過闡述光合作用過程中的物質變化與能量變化,形成物質與能量觀
科學思維 通過比較光反應與暗反應,形成歸納與概括的科學思維方法
科學探究 結合葉綠體中色素的提取,提高分析實驗問題的能力
考點一　捕獲光能的色素與結構
1.綠葉中色素的提取和分離。
(1)實驗原理。
(2)實驗步驟。
①提取色素。
a.研磨。
操作圖解 添加物質 作用
無水乙醇 溶解色素
二氧化硅 研磨充分
碳酸鈣 保護色素
b.過濾:用單層尼龍布過濾。
c.收集濾液:試管口加棉塞,防止乙醇揮發和色素氧化。
②分離色素。
(3)實驗結果。
提醒　①胡蘿卜素含量最少,所以其色素帶最窄;在層析液中溶解度最大所以擴散最快。
②胡蘿卜素和葉黃素之間的距離最遠。
③葉綠素a的含量最多,所以該色素帶最寬。
2.葉綠體的結構及其中的色素。
(1)光合作用的結構——葉綠體。
提醒　藍細菌無此結構,但存在光合色素和酶,也能進行光合作用。
(2)葉綠體中色素的吸收光譜分析。
由圖可以看出:①色素的功能: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。②色素吸收光的范圍:可見光的波長范圍大約是400~760 nm,一般葉綠體中的色素只吸收可見光,對紅外光和紫外光不吸收。
提醒　①植物葉片呈現綠色的原因是葉片中的色素(葉綠素)對綠光吸收最少,綠光被反射出來。
②植物的液泡中含有的色素不參與光合作用。
正誤判斷
(1)在菠菜的葉肉細胞內,含量最多的光合色素是葉綠素a。 (√)
(2)葉綠體中的色素分布在類囊體薄膜和葉綠體內膜。 (×)
(3)提取色素時加碳酸鈣的目的是使研磨更充分。 (×)
(4)綠葉中含量越多的色素,其在濾紙條上擴散得越快。 (×)
(5)葉綠素a和葉綠素b只吸收紅光和藍紫光。 (×)
(6)秋天葉片變黃,是葉黃素含量增多導致的。 (×)
教材微點
1.(必修1 P97“問題探討”)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”)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.分析綠葉中色素的提取和分離實驗中的異常現象。
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
2.影響葉綠素合成的三大因素。
角度 結合實驗原理及過程,考查科學探究能力
1.(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　葉綠體色素能溶解在無水乙醇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項正確;研磨時加入CaCO3可以防止葉綠素被破壞,B項錯誤;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項正確;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項正確。
答案　B
2.(不定項)(2023·遼寧模擬)如圖為正常綠葉的葉綠素 a的吸收光譜、色素總吸收光譜以及光合作用的作用光譜(作用光譜代表不同波長下植物的光合作用效率)。由圖中信息分析,下列敘述錯誤的是 (　　)
A.色素的吸收光譜可以通過測量對不同波長光的吸收值來繪制,作用光譜可以通過測量不同波長相應的O2吸收量來繪制
B.總吸收光譜與葉綠素 a吸收光譜曲線不吻合,說明綠葉中還含有其他吸收光能的色素
C.總吸收光譜與作用光譜表現出高度一致性,說明綠葉中色素吸收的光能幾乎都能用于光合作用
D.總吸收光譜與作用光譜在 450~500 nm波長處出現較大差異,說明其他色素對能量的轉換效率比葉綠素對能量的轉換效率高
解析　色素的吸收光譜可以通過測量對不同波長光的吸收值來繪制,作用光譜代表各種波長下植物的光合作用效率,可以通過測量不同波長相應的O2釋放量來繪制,A項錯誤;總吸收光譜與葉綠素a吸收光譜曲線不吻合,說明綠葉中除了葉綠素a,還含有其他色素,也能吸收光能,B項正確;總吸收光譜與作用光譜表現出高度一致性,說明綠葉中色素吸收的光能幾乎都能用于光合作用,C項正確;綠葉中的類胡蘿卜素主要吸收450~500 nm(藍紫光)波長的光,在可見光的其他波段,總吸收光譜與作用光譜幾乎完全重疊,說明葉綠素吸收的光能幾乎全部用于光合作用,450~500 nm波長處出現較大差異,說明類胡蘿卜素吸收的光能有一部分不能轉化成光合作用的能量,進而說明葉綠素比其他色素對能量的轉換效率高,D項錯誤。
答案　AD
考點二　光合作用的基本過程
1.光合作用的探究歷程。
提醒　同位素標記法中使用的同位素不都具有放射性,如18O就沒有放射性,不能檢測其放射性;而14C有放射性,可被追蹤檢測。
2.光合作用過程。
(1)光合作用過程圖解。
項目 光反應 暗反應
場所 葉綠體類囊體的薄膜 葉綠體基質
條件 光、色素、酶 酶、NADPH、ATP等
物質 變化 (1)H2OO2+H+ (2)NADP++H+NADPH (3)ADP+PiATP (1)CO2+C52C3 (2)2C3(CH2O)+C5
能量 變化 ATP和NADPH 中活躍的化學能(CH2O) 中穩定的化學能
聯系 光反應為暗反應提供NADPH和ATP,暗反應為光反應提供NADP+、ADP和Pi。
提醒　①暗反應有光、無光都能進行,若光反應停止,暗反應可持續進行一段時間,但時間不長。
②C3和C5并不是只含有3個或5個碳原子,還有H、O等原子,如丙酮酸(C3H4O3)就是一種三碳化合物。
(2)反應式。
①產物為(CH2O):CO2+H2O(CH2O)+O2。
②產物為C6H12O6:6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O。
③元素的轉移途徑。
a.H:3H2ONADPH(C3H2O)。
b.C:14CO214C3(14CH2O)。
c.O:O18O2;
C18O2C3(CO)。
3.光合作用和化能合成作用的比較。
提醒　綠色植物和化能合成菌為自養生物,人、動物、真菌以及大多數細菌屬于異養生物。
正誤判斷
(1)植物在夜晚不能進行光反應,只能進行暗反應。 (×)
(2)光合作用中ATP的移動方向是從葉綠體基質到類囊體薄膜。 (×)
(3)光合作用只能發生在葉綠體中。 (√)
(4)土壤中的硝化細菌可利用CO2和H2O合成糖類。 (×)
(5)葉綠體中可進行CO2的固定但不能合成ATP。 (×)
教材微點
1.(必修1 P104“相關信息”)光合作用的產物有一部分是淀粉,還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管,再通過韌皮部運輸到植株各處。
2.(必修1 P106“正文信息”)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 無機物氧化釋放的能量
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
長句突破
1.葉綠體中C3的分子數量為什么多于C5的分子數量
提示　暗反應CO2固定時,每消耗1分子C5,產生2分子C3;C3還原時,每還原2分子C3產生1分子C5,因此當暗反應速率達到穩定時,C3化合物的分子數是C5化合物的2倍。
2.光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,可能的實驗思路是什么
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。
1.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的含量變化。
2.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、總黑暗時間均相同的條件下,光照和黑暗間隔處理比一直連續光照處理有機物的積累量要多。
(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。
角度一 結合光合作用的過程,考查科學思維與科學探究能力
1.如圖是某葉肉細胞進行光合作用的示意圖,其中PSⅡ和PSⅠ由蛋白質和光合色素組成,Rubisco是催化C5固定CO2的酶。下列敘述錯誤的是 (　　)
A.圖示生物膜為葉綠體的類囊體薄膜
B.反應①產生的O2擴散進入線粒體要經過4層生物膜
C.合成ATP所需的能量直接來自于膜兩側H+的濃度差
D.PSⅡ和PSⅠ能夠捕獲光能并轉化光能
解析　圖示生物膜是光反應進行的場所,故為類囊體薄膜,A項正確;分析圖示可知,反應①產生的O2釋放到了類囊體腔中,所以擴散進入線粒體至少要依次經過類囊體膜、葉綠體內外膜、線粒體內外膜,共5層生物膜,B項錯誤;由圖示可知,在ATP合成酶的作用下,H+順濃度梯度轉運出類囊體并將分子勢能轉化為化學能,儲存在ATP中,C項正確;PSⅡ和PSⅠ中含有光合色素,可吸收光能,由圖示可知,PSⅡ中的色素吸收光能后,將H2O分解為O2、H+和電子(e-),產生的電子傳遞給PSⅠ用于將NADP+和H+結合形成NADPH,因此其還能將光能轉化為電能,D項正確。
答案　B
2.(2022·全國甲卷)根據光合作用中CO2的固定方式不同,可將植物分為C3植物和C4植物等類型。C4植物的CO2補償點比C3植物的低。CO2補償點通常是指環境CO2濃度降低導致光合速率與呼吸速率相等時的環境CO2濃度。回答下列問題:
(1)不同植物(如C3植物和C4植物)光合作用光反應階段的產物是相同的,光反應階段的產物是　　　　　　　　　　　　　(答出3點即可)。
(2)正常條件下,植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位,原因是　　　　　　　　　　　　(答出1點即可)。
(3)干旱會導致氣孔開度減小,研究發現在同等程度干旱條件下,C4植物比C3植物生長得好。從兩種植物CO2補償點的角度分析,可能的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
解析　(1)光合作用光反應階段的場所是葉綠體的類囊體膜,光反應發生的物質變化包括水的光解以及ATP的形成,因此光合作用光反應階段生成的產物有O2、NADPH和ATP。(2)葉片光合作用產物一部分用來建造植物體結構和自身呼吸消耗,其余部分被輸送到植物體的儲藏器官儲存起來。故正常條件下,植物葉片的光合產物不會全部運輸到其他部位。(3)C4植物的CO2固定途徑有C4和C3途徑,其主要的CO2固定酶是PEPC,Rubisco;而C3植物只有C3途徑,其主要的CO2固定酶是Rubisco。干旱會導致氣孔開度減小,CO2吸收減少;由于C4植物的CO2補償點低于C3植物,則C4植物能夠利用較低濃度的CO2,因此受光合作用影響較小的植物是C4植物,所以干旱條件下C4植物比C3植物生長得好。
答案　(1)O2、NADPH和ATP
(2)自身呼吸消耗(或建造植物體結構)
(3)C4植物的CO2補償點低于C3植物,C4植物能夠利用較低濃度的CO2
角度二 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
3.(2023·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,同時C3的還原消耗ATP減少,使葉綠體基質中ATP/ADP的值增大,B項正確,A項錯誤;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項錯誤;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項錯誤。
答案　B
4.(不定項)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項正確;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項正確;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項錯誤;葉肉細胞中CO2的利用是在葉綠體基質中進行的,D項正確。
答案　ABD
5.(2021·遼寧卷)早期地球大氣中的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Rubisco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HC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HC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 。
圖1
(3)某些植物還有另一種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HC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。
PEP:磷酸烯醇式丙酮酸;OAA:草酰乙酸;Mal:蘋果酸;Pyr:丙酮
圖2
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”“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　　　　。
A.改造植物的HC轉運蛋白基因,增強HC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　光合作用的暗反應中,CO2被固定形成三碳化合物,此過程發生在葉綠體基質中。(2)由題圖1可知,HC運輸需要消耗ATP,說明HC是通過主動運輸進入葉綠體的,主動運輸一般是逆濃度運輸,由此推斷圖中HC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HC+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。(4)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項不符合題意;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項不符合題意。
答案　(1)三碳化合物　葉綠體基質　(2)葉綠體　呼吸作用和光合作用
(3)①高于　②NADPH和ATP　吸能反應　③同位素示蹤　(4)AC
1.經典重組　判斷正誤
(1)藍細菌沒有葉綠體也能進行光合作用。(2019·海南卷,1D) (√)
(2)高等植物光合作用中光反應只發生在生物膜上。(2018·海南卷,4A) (√)
(3)葉肉細胞中光合作用的暗反應發生在葉綠體基質中。(全國卷Ⅲ,2B) (√)
(4)照光培養一段時間的綠藻,用黑布迅速將培養瓶罩上,綠藻細胞的葉綠體內CO2的固定加快。(全國卷Ⅰ) (×)
(5)植物呈現綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。(全國卷Ⅱ) (×)
(6)用乙醇提取的葉綠體色素中無胡蘿卜素。(海南卷) (×)
2.(2020·天津卷)研究人員從菠菜中分離類囊體,將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴,從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原,并不斷產生有機物乙醇酸。下列分析正確的是 (　　)
A.產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質
B.該反應體系不斷消耗的物質僅是CO2
C.類囊體產生的ATP和O2參與CO2固定與還原
D.與葉綠體相比,該反應體系不含光合作用色素
解析　題干信息“該反應體系在光照條件下可實現連續的CO2固定與還原,并不斷產生有機物乙醇酸”說明,乙醇酸是在暗反應中合成的,合成場所相當于葉綠體基質,A項正確;該反應體系既能在類囊體上進行光反應,又能利用16種酶等物質進行暗反應,因此該反應體系不斷消耗的物質有CO2、H2O等,B項錯誤;類囊體上進行的光反應為暗反應中C3的還原提供了NADPH和ATP,光反應產生的O2不參與暗反應,C項錯誤;該反應體系中有類囊體,在光照條件下還可實現連續的CO2固定與還原,說明該反應體系中有吸收、傳遞和轉化光能的光合作用色素,D項錯誤。
答案　A
3.(2019·江蘇卷) 如圖為某次光合作用色素紙層析的實驗結果,樣品分別為新鮮菠菜葉和一種藍細菌經液氮冷凍研磨后的乙醇提取液。下列敘述正確的是 (　　)
A.研磨時加入CaCO3過量會破壞葉綠素
B.層析液可采用生理鹽水或磷酸鹽緩沖液
C.在敞開的燒杯中進行層析時,需通風操作
D.實驗驗證了該種藍細菌沒有葉綠素b
解析　研磨時加入CaCO3的目的是防止葉綠素被破壞,故研磨時加入CaCO3過量不會破壞葉綠素,但會影響色素提取液的純度,A項錯誤;光合作用色素易溶于有機溶劑不溶于水,故層析液由有機溶劑配制而成,B項錯誤;層析液易揮發,故層析分離時燒杯上要加蓋,C項錯誤;對照圖示結果分析可知,該種藍細菌中沒有葉黃素和葉綠素b,D項正確。
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。
圖a 圖b
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.(2021·全國乙卷)生活在干旱地區的一些植物(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　　　　　　　　　　　,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)白天有光照,葉肉細胞能利用液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2進行光合作用,也能利用光合作用產生的氧氣和有機物進行有氧呼吸,光合作用光反應階段能將光能轉化為化學能儲存在ATP和NADPH中,有氧呼吸三階段都能產生能量合成ATP,因此葉肉細胞能產生ATP的場所有細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體的薄膜。光合作用為有氧呼吸提供有機物和氧氣,反之,細胞呼吸產生的二氧化碳也能用于光合作用暗反應,故光合作用所需的CO2可來源于蘋果酸脫羧和細胞呼吸釋放的CO2。(2)由于環境干旱,植物吸收的水分較少,為了維持機體的平衡適應這一環境,氣孔白天關閉能防止白天因溫度較高、蒸騰作用較強導致植物體水分散失過多,晚上氣孔打開吸收二氧化碳儲存固定以保證光合作用等生命活動的正常進行。(3)該實驗自變量是植物甲所處的生存環境是否干旱,由于夜間氣孔打開吸收二氧化碳,生成蘋果酸儲存在液泡中,導致液泡pH降低,故可通過檢測液泡的pH驗證植物甲存在該特殊方式,即因變量檢測指標是液泡中的pH。實驗思路及預期結果見答案。
答案　(1)細胞質基質、線粒體(線粒體基質和線粒體內膜)、葉綠體類囊體的薄膜　細胞呼吸
(2)蒸騰作用過強導致水分散失過多　光合作用
(3)實驗思路:取生長狀態相同的植物甲若干株隨機均分為A、B兩組;A組在(濕度適宜的)正常環境中培養,B組在干旱環境中培養,其他條件相同且適宜,一段時間后,分別檢測兩組植株夜晚同一時間液泡中的pH,并求平均值。預期結果:A組pH平均值高于B組。

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