資源簡介

生物學高考總復習教案
第9講　光合作用的原理
課標內容　(1)說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能。(2)實驗：提取和分離葉綠體色素。
考點一　捕獲光能的色素和結構
1.色素的提取與分離實驗　可看作兩個實驗哦！
(1)實驗原理
(2)實驗裝置及操作
(3)實驗結果及分析
2.葉綠體中色素的吸收光譜分析
由圖可以看出：
①植物葉片呈現(xiàn)綠色的原因是葉片中的色素對綠光的吸收少，綠光被反射出來。
②植物的液泡中含有的色素(花青素)不參與光合作用。
③植物幼嫩的莖和果實的細胞中也含有吸收光能的色素。　　　
3.葉綠體的結構適于進行光合作用
(1)葉綠體的結構模式圖
(2)葉綠體的功能
【考點速覽·診斷】
(1)紙層析法分離葉綠體色素時，以多種有機溶劑的混合物作為層析液。(2021·河北卷，3C)(√)
(2)探究黑藻葉片中光合色素的種類時，可用無水乙醇作提取液。(2020·山東卷，3D)(√)
(3)提取光合色素的實驗中，研磨時加入CaCO3過量會破壞葉綠素。(2019·江蘇卷，17A)(×)
提示　防止葉綠素被破壞。
(4)紅光照射時，胡蘿卜素吸收的光能可傳遞給葉綠素a。(2019·海南卷，9B)(×)
提示　胡蘿卜素不能吸收紅光。
(5)葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由葉綠素參與光合作用引起的。(2017·全國卷Ⅲ，3D)(√)
【情境推理·探究】
1.下圖是驗證葉綠體功能實驗中恩格爾曼所做的實驗示意圖，請分析：
恩格爾曼的實驗示意圖
恩格爾曼第二個實驗的示意圖
(1)恩格爾曼實驗在實驗材料的選取上的巧妙之處是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示　選擇水綿和需氧細菌，水綿的葉綠體呈螺旋式帶狀，便于觀察；用需氧細菌可以確定釋放氧氣多的部位
(2)恩格爾曼實驗要在沒有空氣的黑暗環(huán)境中進行的原因是__________________________________________________________________。
提示　排除氧氣和極細光束外的其他光的干擾
(3)在第二個實驗中，大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域，為什么？
提示　這是因為水綿葉綠體上的光合色素主要吸收紅光和藍紫光，在此波長光的照射下，葉綠體會釋放氧氣，適于需氧細菌在此區(qū)域分布
2.研究表明，光照會影響韭菜葉綠素的合成，但不會影響類胡蘿卜素的合成。請利用色素的提取和分離技術，以暗處生長的韭菜幼苗作為材料，設計實驗以驗證這一結論。要求簡要寫出實驗思路和預期結果。
實驗思路：____________________________________________________________
____________________________________________________________________。
預期結果：____________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示　將部分韭菜幼苗置于光照條件下培養(yǎng)(甲組)，部分置于黑暗條件下培養(yǎng)(乙組)。一段時間后，提取并用紙層析法分離兩組韭菜中的色素，比較濾紙條上的色素帶
甲組濾紙條上的橙黃色和黃色的色素帶與乙組濾紙條上的橙黃色和黃色的色素帶基本一致；甲組濾紙條上有藍綠色和黃綠色的色素帶，乙組濾紙條上沒有藍綠色和黃綠色的色素帶
【重點難點·透析】
1.塑料大棚中“塑料顏色”與“補光類型”的選擇
為提高光能利用率，塑料大棚栽培時常選擇“無色塑料”以便透過各色光，這是因為太陽的全色光透過時各種顏色的光均可被作物吸收(對黃綠色吸收較少)，而陰天或夜間給溫室大棚“人工補光”時，則宜選擇植物吸收利用效率最高的“紅光或藍紫光”燈泡。因為若利用白熾燈，則其發(fā)出的光中“黃綠光”利用率極低，從節(jié)省能源(節(jié)電、節(jié)省成本)的角度講，用紅燈泡、藍紫燈泡效率最高。
2.綠葉中色素的提取與分離實驗異常現(xiàn)象分析
考向1　結合色素的提取與分離實驗，考查科學探究能力
1.(2023·東北育才中學調研)下列有關色素提取和分離實驗的說法，正確的是(　　)
A.根據(jù)綠葉中色素在無水乙醇中溶解度不同，可對色素進行分離
B.分離色素時，藍綠色的色素帶距離濾液細線最遠
C.利用紙層析法可分離4種葉綠體色素
D.葉綠體色素在層析液中的溶解度越高，在濾紙上擴散就越慢
答案　C
解析　根據(jù)綠葉中色素在層析液中溶解度不同，可對色素進行分離，A錯誤；分離色素時，橙黃色的色素帶(胡蘿卜素)距離濾液細線最遠，B錯誤；葉綠體色素在層析液中的溶解度越高，在濾紙上擴散就越快，D錯誤。
2.(2022·湖北卷，12)某植物的2種黃葉突變體表現(xiàn)型相似，測定各類植株葉片的光合色素含量(單位：μg·g－1)，結果如表。下列有關敘述正確的是(　　)
植株類型 葉綠素a 葉綠素b 類胡蘿卜素 葉綠素/類胡蘿卜素
野生型 1 235 519 419 4.19
突變體1 512 75 370 1.59
突變體2 115 20 379 0.35
A.兩種突變體的出現(xiàn)增加了物種多樣性
B.突變體2比突變體1吸收紅光的能力更強
C.兩種突變體的光合色素含量差異，是由不同基因的突變所致
D.葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃色
答案　D
解析　兩種突變體及野生型植株之間并無生殖隔離，仍屬同一物種，只能體現(xiàn)遺傳多樣性，A錯誤；葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，突變體2的葉綠素a和葉綠素b的含量比突變體1少，故突變體2比突變體1吸收紅光的能力弱，B錯誤；兩種突變體的光合色素含量差異，可能是同一個基因突變方向不同導致的，C錯誤；野生型的葉綠素與類胡蘿卜素的比值為4.19，葉綠素含量較高，葉片呈綠色，突變體的葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降，葉綠素含量少，不能掩蓋類胡蘿卜素的顏色，此時葉片呈黃色，D正確。
考向2　葉綠體的結構和功能
3.(2023·安陽市調研)葉綠體是植物進行光合作用的場所，下列關于葉綠體結構與功能的敘述，正確的是(　　)
A.葉綠體中的色素的合成都需要Mg2＋和光照
B.H2O在光下分解為NADPH和O2的過程發(fā)生在基質中
C.CO2的固定過程發(fā)生在類囊體薄膜上
D.光合作用的產物——淀粉是在葉綠體基質中合成的
答案　D
解析　只有葉綠素的合成才需要Mg2＋和光照，A錯誤；水的光解是光反應過程，發(fā)生在葉綠體類囊體薄膜上，B錯誤；CO2的固定發(fā)生在暗反應過程中，場所為葉綠體基質，C錯誤；光合作用的產物——淀粉是在葉綠體基質中合成的，D正確。
4.(2023·山東臨沂聯(lián)考)高等植物的光合作用依賴光合色素。不同環(huán)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(huán)”。研究發(fā)現(xiàn)，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(huán)境。下圖是①②兩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①和②主要分布在葉綠體的內膜上
B.利用紙層析法分離色素時，②應位于濾紙條的最下端
C.植物葉片呈現(xiàn)綠色是由于①②主要吸收綠光
D.弱光下①的相對含量增高有利于植物對弱光的利用
答案　D
解析　圖中①(葉綠素b)、②(葉綠素a)主要分布在葉綠體的類囊體薄膜上，A錯誤；利用紙層析法分離色素時，①(葉綠素b)應位于濾紙條的最下端，B錯誤；植物葉片呈現(xiàn)綠色是由于①②吸收綠光最少，反射綠光，C錯誤；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(huán)境，故弱光下①(葉綠素b)的相對含量增高有利于植物對弱光的利用，D正確。
考點二　光合作用的原理
1.探索光合作用的部分經典實驗
2.光合作用過程
(1)圖解光合作用的過程
(2)比較光反應與暗反應
3.光合作用的概念及反應式
提醒　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?shù)街仓旮魈帯?br/>4.光合作用和化能合成作用的比較
【考點速覽·診斷】
(1)植物細胞產生的O2只能來自光合作用。(2021·山東卷，16C)(×)
提示　植物細胞中H2O2分解也能產生O2。
(2)弱光條件下植物沒有O2的釋放，說明未進行光合作用。(2021·湖南卷，7A)(×)
提示　可能此時光合作用等于呼吸作用。
(3)類囊體產生的ATP和O2參與CO2固定與還原。(2020·天津卷，5C)(×)
提示　類囊體產生的ATP參與C3的還原；O2釋放到葉綠體外，既不參與CO2固定，也不參與C3的還原。
(4)藍細菌(藍藻)沒有葉綠體也能進行光合作用。(2019·海南卷，1D)(√)
(5)高等植物光合作用中光反應只發(fā)生在生物膜上。(2018·海南卷，4A)(√)
(6)葉肉細胞中光合作用的暗反應發(fā)生在葉綠體基質中。(2017·全國卷Ⅲ，2B)(√)
(7)水在葉綠體中分解產生氧氣需要ATP提供能量。(2017·海南卷，10D)(×)
提示　水在葉綠體中分解需要光能。
【情境推理·探究】
1.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，若CO2和H2O中的氧均標記，則無法分辨氧氣的來源
2.給小球藻提供18O2，在小球藻合成的有機物中檢測到了18O，其最可能的轉化途徑是_______________________________________________________________
__________________________________________________________________。
提示　有氧呼吸第三階段18O2與[H]結合生成了HO，有氧呼吸第二階段利用HO生成C18O2，C18O2再參與光合作用的暗反應生成含18O的有機物
3.光照停止后暗反應短時間仍然能夠持續(xù)，但無法長時間正常進行，原因是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________；
CO2不足暗反應減弱后光反應也無法正常進行，原因是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
提示　暗反應中C3的還原需要光反應提供ATP和NADPH，停止光照使光反應停止，葉綠體中仍有少量ATP和NADPH能使暗反應持續(xù)進行一段時間，但是這段時間后，暗反應因缺少ATP和NADPH而無法進行　光反應需要暗反應提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反應減弱后，光反應在缺少原料的情況下無法正常進行
【重點難點·透析】
1.連續(xù)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(xù)進行一段時間，有機物還能繼續(xù)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(xù)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(jié)省能源成本。
2.環(huán)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
當外界條件(如光照、CO2)突然發(fā)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
　　　　　起始值C3高于C5(約為其2倍)
考向1　圍繞光合作用的過程，考查科學思維
1.(2021·重慶卷，6)下圖為類囊體膜蛋白排列和光反應產物形成的示意圖。據(jù)圖分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A.水光解產生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿過4層膜
B.NADP＋與電子(e－)和質子(H＋)結合形成NADPH
C.產生的ATP可用于暗反應及其他消耗能量的反應
D.電子(e－)的有序傳遞是完成光能轉換的重要環(huán)節(jié)
答案　A
解析　O2在葉綠體的類囊體薄膜產生，在線粒體內膜被利用，故葉綠體產生的O2被線粒體利用至少需要穿過葉綠體的3層膜(包括類囊體膜1層膜和葉綠體的內外膜)和線粒體的2層膜，共5層生物膜，A錯誤；據(jù)圖分析，NADP＋與e－和H＋結合形成NADPH，B正確；根據(jù)圖中的信息，光反應產生的ATP可用于暗反應、色素合成和核酸代謝等一些消耗能量的反應，C正確；電子傳遞釋放的能量用于H＋的逆濃度梯度運輸，使類囊體腔內維持高濃度的H＋，H＋由類囊體腔順濃度梯度運輸至葉綠體基質，驅動ATP的合成，電子有序傳遞保證了ATP和NADPH的合成，是完成光能轉換的重要環(huán)節(jié)，D正確。
2.(2023·江西九江檢測)科學家向小球藻培養(yǎng)液中通入14CO2，給予實驗裝置不同時間光照，結果如表所示。根據(jù)上述實驗結果分析，下列敘述正確的是(　　)
實驗組別 光照時間/s 放射性物質分布
1 2 大量3 磷酸甘油酸(三碳化合物)
2 20 12種磷酸化糖類
3 60 除上述12種磷酸化糖類外，還有氨基酸、有機酸等
A.暗反應最初形成的很可能是3 磷酸甘油酸(三碳化合物)
B.本實驗利用小球藻研究的是光合作用的光反應階段
C.3 磷酸甘油酸可直接轉化成氨基酸、有機酸等
D.實驗結果說明光合作用產物是各種糖類
答案　A
解析　由表格可知，CO2進入葉綠體后，最初形成的物質是3 磷酸甘油酸(三碳化合物)，A正確；由題意可知，用同位素標記法探究二氧化碳中的碳元素的去向，故本實驗利用小球藻研究的是光合作用的暗反應階段，B錯誤；根據(jù)時間分析，3 磷酸甘油酸要先轉化成12種磷酸化糖類，然后才轉化成氨基酸、有機酸等，C錯誤；表格中的數(shù)據(jù)說明光合作用除了產生糖類外，還有氨基酸、有機酸等其他有機物，D錯誤。
考向2　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
3.(2023·中原名校聯(lián)盟)如圖是某學校生物興趣小組研究菠菜光合速率相對值與葉齡關系的結果圖示。下列說法錯誤的是(　　)
A.A點光合速率較低是由于幼葉光合色素含量少
B.隨著葉片不斷地展開，AB段光合速率上升
C.由于葉片的衰老，CD段光合速率下降
D.若光照突然增強，則短時間內葉綠體中C3的含量增加
答案　D
解析　A點葉齡小，光合色素含量少，吸收光能也少，導致光合速率較低，A正確；AB段隨著葉齡增加，光合色素含量增多，葉片面積增大，酶數(shù)量增多，光合速率增大，B正確；CD段隨葉齡增大，葉片細胞逐漸衰老，葉片中的光合色素減少，酶數(shù)量減少，光合速率下降，C正確；光照突然增強，光反應產生的ATP和NADPH增加，C3的還原加快，短時間內葉綠體中C3的含量減少，D錯誤。
4.(2023·廣東茂名調研)在一定條件下，下列關于某葉肉細胞內葉綠體和線粒體生理活動的敘述，正確的是(　　)
A.若突然增加CO2濃度，則短時間內葉綠體中C3比ADP先增加
B.光照下兩者發(fā)生氧化反應時都釋放能量供各項生命活動利用
C.若突然增加光照強度，則短時間內葉綠體中C5比ADP先減少
D.光照下葉綠體直接為線粒體提供O2和葡萄糖
答案　A
解析　若突然增加CO2濃度，首先是CO2固定生成C3增多，C3增多，還原C3的速率加快，此時消耗ATP產生ADP才增多，所以短時間內葉綠體中C3比ADP先增加，A正確；光合作用光反應產生的ATP只能用于暗反應，呼吸作用產生的ATP可供各項生命活動利用，B錯誤；若突然增加光照強度，短時間內，先是光反應加強，消耗ADP和Pi合成ATP增加，同時NADPH也增加，促進C3還原加快，短時間內CO2的固定速率不變，因此短時間內葉綠體中C5增加，C錯誤；線粒體是有氧呼吸的主要場所，但不能直接利用葡萄糖，葡萄糖需要在細胞質基質中被分解成丙酮酸后才能進入線粒體被氧化分解，D錯誤。
5.(2022·湖北孝感中學質檢)如圖為某植物葉肉細胞光合作用示意圖，圖中①②③④表示相關物質。現(xiàn)有甲、乙兩植株，甲葉色正常，乙為葉色黃化的突變植株，葉綠素含量明顯少于甲。將甲、乙植株置于正常光照、溫度、CO2濃度等條件相同的環(huán)境中，下列相關分析正確的是(　　)
A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATP
B.只有接受ATP釋放的能量，C3才可被NADPH還原
C.如果突然增加光照強度，則短時間內②含量減少，③的含量增加
D.如果突然增加光照強度，甲的葉肉細胞C3減少，乙的葉肉細胞④含量減少
答案　B
解析　光合作用過程中色素吸收的光能有兩方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面參與ATP合成，A錯誤；在光合作用暗反應階段，C3的還原只有接受ATP釋放的能量才可完成，B正確；圖中②表示NADP＋，若突然增加光照強度，光反應增強，則短時間內②含量減少，③為ADP和磷酸，增加光能后短時間內③的含量也會減少，C錯誤；若突然增加光照強度，則甲乙兩植株光合作用光反應均增強，所以C3均減少，圖中④(C5)均增加，D錯誤。
重溫真題　經典再現(xiàn)
1.(2021·廣東卷，12)在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)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
答案　D
解析　由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisco”可知，Rubisco是與暗反應有關的酶，暗反應階段的化學反應是在葉綠體基質中進行的，故Rubisco存在于葉綠體基質中，A錯誤，D正確；暗反應在有光、無光條件下都可以進行，故激活Rubisco不一定需要黑暗條件，B錯誤；在暗反應階段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C錯誤。
2.(2020·江蘇卷，6)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
答案　B
解析　葉綠體色素能溶解在有機溶劑無水乙醇中，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。
3.(2021·全國乙卷，29)生活在干旱地區(qū)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(huán)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(huán)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)
答案　(1)葉綠體、細胞質基質、線粒體　細胞呼吸　(2)蒸騰作用過強導致植物失水　光合作用 (3)實驗思路：取若干長勢相同的植物甲，平均分為A、B兩組；將A組置于干旱條件下培養(yǎng)，B組置于水分充足的條件下培養(yǎng)，其他條件相同且適宜；一段時間后，分別測定兩組植物甲白天和夜晚液泡中的pH。預期結果：B組液泡中的pH白天和夜晚無明顯變化，A組液泡中的pH夜晚明顯低于白天
解析　(1)白天植物的葉肉細胞同時進行光合作用和呼吸作用，光合作用過程中產生ATP的場所是葉綠體，呼吸作用過程中產生ATP的場所是細胞質基質和線粒體。據(jù)題干信息可知，白天儲存在液泡中的蘋果酸脫羧釋放出CO2可用于光合作用，同時葉肉細胞也進行呼吸作用，呼吸作用釋放出來的CO2也可用于光合作用。(2)干旱的環(huán)境中，白天氣孔關閉可以降低蒸騰作用，避免植物細胞過度失水；夜間氣孔打開吸收CO2，通過生成蘋果酸儲存在液泡中，白天蘋果酸脫羧釋放的CO2為光合作用的進行提供原料，保證了光合作用的正常進行。(3)該實驗的目的是驗證植物甲在干旱環(huán)境中存在特殊的CO2固定方式，根據(jù)題干信息晚上氣孔打開吸收CO2，吸收的CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中，推測蘋果酸的存在會導致液泡中呈酸性，由白天氣孔關閉，液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用，可判斷蘋果酸分解釋放出CO2后液泡中酸性下降或趨于中性，因此實驗中需要檢測白天和夜晚葉肉細胞中液泡的pH。
4.(2022·湖南卷，17)將純凈水洗凈的河沙倒入潔凈的玻璃缸中制成沙床，作為種子萌發(fā)和植株生長的基質。某水稻品種在光照強度為8～10 μmol/(s·m2)時，固定的CO2量等于呼吸作用釋放的CO2量；日照時長短于12小時才能開花。將新采收并解除休眠的該水稻種子表面消毒，浸種1天后，播種于沙床上。將沙床置于人工氣候室中，保濕透氣，晝/夜溫為35 ℃/25 ℃，光照強度為2 μmol/(s·m2)，每天光照時長為14小時。回答下列問題：
(1)在此條件下，該水稻種子__________(填“能”或“不能”)萌發(fā)并成苗(以株高≥2厘米，至少1片綠葉視為成苗)，理由是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)若將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上，光照強度為10 μmol/(s·m2)，其他條件與上述實驗相同，該水稻______(填“能”或“不能”)繁育出新的種子，理由是_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________(答出兩點即可)。
(3)若該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農田)，為防鳥害、鼠害減少雜草生長，須灌水覆蓋，該種子應具有________特性。
答案　(1)能　種子萌發(fā)形成幼苗的過程中，消耗的能量主要來自種子胚乳中儲存的有機物，且光照有利于葉片葉綠素的形成　(2)不能　光照強度為
10 μmol/(s·m2)，等于光補償點，每天光照時長為14小時，此時光照時沒有有機物的積累，黑暗中細胞呼吸仍需消耗有機物，故全天沒有有機物積累；且每天光照時長大于12小時，植株不能開花　(3)耐受酒精毒害
解析　(1)種子萌發(fā)形成幼苗的過程中，消耗的能量主要來自種子胚乳中儲存的有機物，因此在光照強度為2 μmol/(s·m2)，每天光照時長為14小時，雖然光照強度低于光補償點，但光照有利于葉片葉綠素的形成，種子仍能萌發(fā)并成苗。
(2)將該水稻適齡秧苗栽植于上述沙床上，光照強度為10 μmol/(s·m2)，等于光補償點，每天光照時長為14小時，此時光照時沒有有機物的積累，黑暗中細胞呼吸仍需消耗有機物，且每天光照時長大于12小時，植株不能開花，因此該水稻不能繁育出新的種子。(3)該水稻種子用于稻田直播(即將種子直接撒播于農田)，為防鳥害、鼠害減少雜草生長，須灌水覆蓋，此時種子獲得氧氣較少，可通過無氧呼吸分解有機物供能，無氧呼吸產生的酒精對種子有一定的毒害作用，推測該種子應具有耐受酒精毒害的特性。
限時強化練　
(時間：30分鐘)
【對點強化】
考點一　捕獲光能的色素和結構
1.(2023·重慶南開中學)下列關于葉綠體的敘述，正確的是(　　)
A.葉綠體的外膜、內膜極大地擴展了受光面積
B.葉綠體基質中NADP＋能形成NADPH
C.類囊體薄膜上的光合色素都可以吸收藍紫光
D.類囊體薄膜中的酶可催化CO2的固定和還原
答案　C
解析　葉綠體擴大受光面積的不是外膜和內膜，而是類囊體薄膜，A錯誤；
NADP＋形成NADPH的場所是類囊體薄膜，B錯誤；類囊體薄膜上的葉綠素和類胡蘿卜素都能吸收藍紫光，C正確；催化CO2的固定和還原的酶存在于葉綠體的基質中，D錯誤。
2.(2023·河北保定調研)科學家將色素溶液與陽光之間放置一塊三棱鏡，分別讓不同顏色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光譜如下圖所示，①②③代表不同色素。下列說法正確的是(　　)
A.①在紅光區(qū)吸收的光能可轉化為ATP中的化學能
B.②為藍綠色，③為黃綠色，二者均含有Mg2＋
C.紙層析法分離色素時，②處于濾紙條最下端
D.種植蔬菜大棚時可使用藍紫色或紅色的塑料薄膜
答案　C
解析　由圖可知，①是類胡蘿卜素，②是葉綠素b，③是葉綠素a。類胡蘿卜素在紅光區(qū)的吸收值為0，即不吸收紅光，A錯誤；葉綠素b為黃綠色，葉綠素a為藍綠色，二者均含有Mg＋，B錯誤；葉綠素b在層析液中的溶解度最低，隨層析液在濾紙條上擴散的速率最慢，故紙層析法分離色素時，處于濾紙條最下端的是葉綠素b，C正確；蔬菜大棚使用的塑料薄膜應該是無色透明的，以提高太陽光中的可見光的利用率，D錯誤。
3.(2023·洛陽市尖子生調研)韭菜具有補腎、健胃、提神之功效，而韭黃是韭菜在避光條件下培養(yǎng)出來的，具有更佳的口感。某學習小組成員分別利用韭菜和韭黃進行葉綠體色素提取和分離實驗，獲得的結果如圖所示。下列相關敘述錯誤的是(　　)
A.研磨葉片時，需加入少許SiO2，有助于葉片研磨得更充分
B.將濾紙條一端剪去兩角有利于層析時形成平整的色素帶
C.實驗結果表明：色素④葉綠素a在層析液中的溶解度最低
D.實驗結果表明：避光條件對類胡蘿卜素的合成基本無影響
答案　C
解析　研磨葉片時加入少許SiO2，有助于葉片研磨得更充分，A正確；將濾紙條一端剪去兩角有利于層析時形成平整的色素帶，B正確；光合色素能在濾紙條上出現(xiàn)色素帶的原因是不同色素在層析液中的溶解度不同，韭菜葉綠體色素分離的結果：①為胡蘿卜素，②為葉黃素，③為葉綠素a，④為葉綠素b，葉綠素b在層析液中的溶解度最低，擴散距離最近，位于濾紙條的最下端，C錯誤；根據(jù)兩種葉片色素的分離結果可看出，類胡蘿卜素色素帶的寬度基本相似，說明避光條件對類胡蘿卜素的合成基本上不會造成影響，D正確。
考點二　光合作用的原理
4.(2023·湖南懷化期末)為探究葉綠體在光下利用ADP和Pi合成ATP的動力，科學家在黑暗條件下進行了如下實驗，有關分析正確的是(　　)
A.黑暗的目的是與光照作對照
B.pH＝4的緩沖溶液模擬的是葉綠體基質的環(huán)境
C.ADP和Pi形成ATP后進入類囊體腔內
D.類囊體膜兩側的pH差是葉綠體形成ATP的動力
答案　D
解析　黑暗處理的目的是避免光照對ATP的合成產生干擾，A錯誤；pH＝4的緩沖溶液模擬的是葉綠體類囊體內部的環(huán)境，B錯誤；ADP與Pi在類囊體薄膜上形成ATP，ATP形成后進入葉綠體基質，C錯誤；分析實驗結果可知，轉移類囊體至pH＝8緩沖溶液中立即加入ADP和Pi有ATP產生，而平衡之后加入ADP和Pi無ATP產生，說明葉綠體中ATP形成的動力來自類囊體膜兩側的pH差，D正確。
5.(2023·江西南昌質檢)下圖表示某植物葉片暗反應中C3和C5微摩爾濃度的變化趨勢，該植物在Ⅰ階段處于適宜環(huán)境條件下，Ⅱ階段改變的環(huán)境條件是降低光照強度或者降低CO2濃度中的某一項。下列分析正確的是(　　)
A.圖中物質甲轉變成乙需要消耗光反應提供的ATP
B.圖中Ⅱ階段所改變的環(huán)境條件是降低了光照強度
C.Ⅱ階段甲上升是因為葉綠體中NADPH和ATP的積累
D.Ⅱ階段光合速率最大時所需光照強度比Ⅰ階段低
答案　D
解析　因為暗反應中1 mol C5和1 mol CO2可生成2 mol C3，所以在適宜條件下，葉肉細胞內C3是C5的2倍，因此圖中甲是C5，乙是C3。圖中物質甲與CO2結合形成乙，該過程只需要酶的催化，不需要消耗ATP，A錯誤；植物在Ⅰ階段處于適宜環(huán)境條件下，如果Ⅱ階段改變的環(huán)境條件是降低光照強度，那么C3含量增加，C5含量減少，與題圖不符合，而如果改變的條件是降低CO2濃度，那么C3含量減少，C5含量增加，與題圖符合，所以本題改變的條件是降低CO2濃度，B錯誤；CO2濃度降低，由于CO2供應量減少，C5消耗減少，而C3還原正常，所以C5(甲)含量會上升，C錯誤；低CO2濃度下的光飽和點也低，D正確。
6.(2023·廈門外國語學校)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(fā)現(xiàn)甲醛是光合作用的原料
C.希爾發(fā)現(xiàn)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
答案　C
解析　恩格爾曼的實驗證明了水綿光合作用生成氧氣，但沒有定量分析生成O2的量，A錯誤；科學家發(fā)現(xiàn)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，B錯誤；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O2來自H2O而不是CO2。
【綜合提升】
7.(2023·河南名校聯(lián)盟)愛默生用遠紅光(紅外光)和紅光兩種波長的光進行單獨和混合照射綠藻，測定的凈光合速率如圖所示。結合圖形分析，下列敘述錯誤的是(　　)
A.綠藻細胞中的光合色素既能吸收遠紅光，也能吸收紅光
B.綠藻凈光合速率可用單位時間O2放出量表示，也可用CO2吸收量表示
C.與紅光照射綠藻相比，黑暗和光照交替處理可使其凈光合速率顯著增加
D.從兩種光單獨和混合光照處理結果分析，兩種光具有協(xié)同增效作用
答案　C
解析　據(jù)圖分析，對綠藻單獨照射遠紅光和紅光，綠藻均有一定的凈光合速率，說明綠藻細胞中的光合色素既能吸收遠紅光，也能吸收紅光，A正確；根據(jù)凈光合速率的定義可知，綠藻凈光合速率可用單位時間內O2放出量表示，也可用單位時間內CO2吸收量表示，B正確；愛默生用遠紅光和紅光兩種波長的光進行單獨和混合照射綠藻，可以比較兩種光單獨照射和混合照射的凈光合速率大小，不能得出黑暗和光照交替處理綠藻可使其凈光合速率顯著高于紅光照射處理的結論，C錯誤；圖中顯示，兩種光混合光照處理綠藻的凈光合速率明顯大于單獨光照的凈光合速率，說明兩種光對綠藻光合速率具有協(xié)同增效作用，D正確。
8.(2023·廣東東莞調研)蓮藕是廣泛用于觀賞和食用的植物，研究人員通過人工誘變篩選出一株蓮藕突變體，其葉綠素含量僅為普通蓮藕的56%。圖1表示在25 ℃時不同光照強度下該突變體和普通蓮藕的凈光合速率，圖2中A、B分別表示某光照強度下該突變體與普通蓮藕的氣孔導度(單位時間進入葉片單位面積的CO2量)和胞間CO2濃度。回答下列問題：
(1)提取和分離蓮藕葉片中葉綠體內的色素，常用的試劑分別是____________。突變體與普通蓮藕相比，經過紙層析分離色素，在濾紙條上________兩種顏色的色素帶將會變窄。突變體葉綠素含量顯著下降，將直接影響光合作用的________階段。
(2)蓮藕切開后極易褐變，這是由細胞內的多酚氧化酶催化相關反應引起的。將切好的蓮藕在開水中焯過后可減輕褐變程度，原因是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)在2 000(μmol·m－2·s－1)的光強下，普通蓮藕的總光合速率為___(μmol·m－2·s－1)。
(4)CO2被利用的場所是葉綠體基質，因為此處可以為CO2的固定提供________。據(jù)圖2判斷，突變體蓮藕在單位時間內固定的CO2多，請寫出判斷的依據(jù)：_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案　(1)無水乙醇和層析液(合理即可)　藍綠色和黃綠色　光反應　(2)高溫下多酚氧化酶失去活性，抑制了褐變的過程　(3)17　(4)C5和多種酶　突變體的氣孔導度大，進入葉片的CO2多，而其胞間CO2濃度與普通蓮藕胞間CO2濃度相近，說明突變體的光合速率較高，能較快地消耗CO2
9.(2023·山東濰坊測評)淀粉是糧食最主要的組分，也是重要的工業(yè)原料。中國科學院實現(xiàn)了人工合成淀粉，其途徑如圖1所示，該成果不依賴植物光合作用，在實驗室人為提供能量的基礎上，實現(xiàn)了從CO2和H2到淀粉分子的人工全合成。圖2表示光合作用合成葡萄糖的過程。
圖1
圖2
(1)光合作用中NADPH和ATP參與的過程相當于圖1中的________(用“C1模塊”“C3模塊”“C6模塊”或“Cn模塊”及箭頭表示)。圖1中Cn是由C6組成的淀粉，以C6為單位組成的生物大分子還有____________________________________________________________________。
(2)據(jù)圖2所示過程18O的轉移路徑和實驗結果，推測用18O標記二氧化碳的實驗目的是____________________________________________________________。
光合作用過程既能分解水也能產生水，結合圖2分析光合作用的________(填“光反應”或“暗反應”)過程產生水，判斷的依據(jù)是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)從能量的角度看，光合作用的本質是將太陽能轉化為____________________________________________________________________。
人工合成淀粉的成功能否表明對光合作用的完全替代，請從能量的角度闡述你的理由：______________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案　(1)C3模塊→C6模塊　糖原、纖維素　(2)探究二氧化碳中氧轉化為水中氧的途徑　光反應　產生水的場所為葉綠體類囊體，與ATP同時生成　(3)有機物中儲存的化學能　不能，人工合成淀粉所需能量是人為提供的能量，而光合作用合成淀粉所需能量是生產者直接固定的太陽能
解析　(1)NADPH和ATP參與光合作用暗反應過程中C3的還原，光合作用中NADPH和ATP參與的過程相當于圖1中的C3模塊→C6模塊。以C6為單位組成的生物大分子除淀粉外，還有糖原、纖維素。(2)根據(jù)圖2分析可知，用18O標記二氧化碳的實驗目的是探究二氧化碳中氧轉化為水中氧的途徑。由圖2可知，合成ATP時，也產生了水，場所為葉綠體類囊體。(3)光合作用的本質是將太陽能轉化為有機物中儲存的化學能。

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