資源簡介

第9講　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理
[課標內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中,轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。2.實驗:綠葉中色素的提取和分離。
微考點大突破
考點一　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
　
綠葉中色素的提取和分離實驗
(1)實驗原理。
(2)實驗裝置及操作步驟。
(3)實驗結(jié)果及分析。
2.葉綠體中色素的吸收光譜分析
由圖可以看出:
提醒　①植物的液泡中含有的色素(花青素)不參與光合作用。②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(jié)構(gòu)適于進行光合作用
提醒　恩格爾曼實驗設(shè)計的4點巧妙之處
①實驗材料選得妙:實驗材料選擇水綿和需氧細菌。水綿的葉綠體呈螺旋帶狀,便于觀察;利用需氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
②排除干擾的方法妙:沒有空氣的黑暗環(huán)境,排除了空氣中氧氣和光的干擾。
③觀測指標設(shè)計得妙:用極細的光束點狀投射,葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位,相當于一組對照實驗。
④實驗對照設(shè)計得妙:進行黑暗(局部光照)和曝光對照實驗,明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的。
(1)植物葉片呈現(xiàn)綠色是因為含有綠色的色素,黃化葉片和白化葉片不含葉綠素。(源自必修1 P97)()
(2)色素可以用無水乙醇進行分離。(必修1 P98~99“探究·實踐”)()
(3)葉綠素主要吸收藍紫光和紅光,對其他波段的可見光并非不吸收,只是吸收量較少。(必修1 P99“圖5-12”)()
(4)生物光合作用的場所不一定是葉綠體,沒有葉綠體的生物也可以是自養(yǎng)生物。(源自必修1 P100)()
(5)葉綠體中的色素主要分布在葉綠體內(nèi)膜上,酶分布于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。(源自必修1 P100)()
(6)夏天葉片呈綠色是葉片吸收綠光導(dǎo)致的,秋天葉片變黃,是葉黃素含量增多導(dǎo)致的。(必修1 P101“概念檢測”1)()
　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(jié)果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓,請寫出①~④依次對應(yīng)的色素及顏色。
①__________,②__________,
③__________,④__________。
能力　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(考查科學(xué)探究)
1.(2023·全國乙卷,T2)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素的敘述,錯誤的是(　　)
A.氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素
B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上
C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液,其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰
D.葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高,隨層析液在濾紙上擴散得越慢
2.(2023·江蘇卷,T12)下列關(guān)于“提取和分離葉綠體色素”實驗敘述合理的是(　　)
A.用有機溶劑提取色素時,加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞
B.若連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細線可累積更多的色素,但易出現(xiàn)色素帶重疊
C.該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量
D.用紅色莧菜葉進行實驗可得到5條色素帶,花青素位于葉綠素a、b之間
綠葉中色素的提取和分離實驗異常現(xiàn)象分析
考點二　光合作用的原理
　
1.探索光合作用原理的部分經(jīng)典實驗
提醒　①希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng),原因是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(yīng),而糖的合成需要碳的參與。
②魯賓和卡門的實驗以及卡爾文的實驗都用到了同位素標記法。
③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.光合作用的過程
(1)反應(yīng)式:CO2+H2O(CH2O)+O2。
(2)基本過程。
圖中:①__________,②__________,③__________,
④__________,⑤__________。
(3)比較光反應(yīng)與暗反應(yīng)。
提醒　①葉綠體中光合色素吸收的光能,一方面用于H2O分解產(chǎn)生氧和H+;一方面用于ATP的合成。
②NADPH既可作還原劑,又可為暗反應(yīng)提供能量。
3.光合作用和化能合成作用的比較
(1)離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后,在合適的條件下可完成暗反應(yīng)過程。(必修1 P103“圖5-14”)()
(2)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)。(必修1 P104“相關(guān)信息”)()
(3)光合作用的產(chǎn)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?shù)街仓旮魈帯?必修1 P104“相關(guān)信息”)()
(4)土壤中的硝化細菌可利用CO2和H2O合成糖類。(源自必修1 P106)()
　(必修1 P104“正文”拓展)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(chǎn)物并分析。實驗發(fā)現(xiàn),僅僅30 s的時間,放射性代謝產(chǎn)物多達幾十種。縮短時間到7 s,發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種,想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物,可能的實驗思路是__________________________________________________________________。
1.環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化分析
(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化。
如圖中Ⅰ表示光反應(yīng),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(fā)生變化時,分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化:
(2)“模型法”表示C3和C5的含量變化。
2.連續(xù)光照和間隔光照下的有機物合成量分析
(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量的積累,在光反應(yīng)停止時,暗反應(yīng)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、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(xù)光照處理有機物積累量要多。
能力一　光合作用的過程(考查科學(xué)思維、科學(xué)探究)
1.(2021·重慶卷,T6)如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH
C.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)及其他消耗能量的反應(yīng)
D.電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)
(1)暗反應(yīng)的場所:__________。
(2)暗反應(yīng)的過程:①CO2的固定:____________________________________________;
②三碳化合物的還原:______________________。
(3)暗反應(yīng)中的能量變化:________________________________________。
2.(2022·重慶卷,T23)科學(xué)家發(fā)現(xiàn),光能會被類囊體轉(zhuǎn)化為“某種能量形式”,并用于驅(qū)動產(chǎn)生ATP(如圖Ⅰ)。為探尋這種能量形式,他們開展了后續(xù)實驗。
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
(1)制備類囊體時,提取液中應(yīng)含有適宜濃度的蔗糖,以保證其結(jié)構(gòu)完整,原因是____________________________________________;
為避免膜蛋白被降解,提取液應(yīng)保持__________(填“低溫”或“常溫”)。
(2)在圖Ⅰ實驗基礎(chǔ)上進行圖Ⅱ?qū)嶒?發(fā)現(xiàn)該實驗條件下,也能產(chǎn)生ATP。但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差,原因是____________________________________________。
(3)為探究自然條件下類囊體膜內(nèi)外產(chǎn)生H+濃度差的原因,對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理,結(jié)果如圖Ⅲ所示,懸液的pH在光照處理時升高,原因是________________________________________。類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差是通過光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運形成的,電子的最終來源物質(zhì)是__________。
(4)用菠菜類囊體和人工酶系統(tǒng)組裝的人工葉綠體,能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物。若要實現(xiàn)黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn),需穩(wěn)定提供的物質(zhì)有__________。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度,產(chǎn)量也不再增加,若要增產(chǎn),可采取的有效措施有________________________________________(答出兩點)。
能力二　光合作用過程中物質(zhì)含量的變化分析(考查科學(xué)思維)
3.在適宜反應(yīng)條件下,用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后,突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì),組合正確的是(　　)
A.紅光,ATP下降
B.紅光,未被還原的C3上升
C.綠光,NADPH下降
D.綠光,C5上升
4.(2023·河北卷,T19)擬南芥發(fā)育早期的葉肉細胞中,未成熟葉綠體發(fā)育所需ATP須借助其膜上的轉(zhuǎn)運蛋白H由細胞質(zhì)基質(zhì)進入。發(fā)育到一定階段,葉肉細胞H基因表達量下降,細胞質(zhì)基質(zhì)ATP向成熟葉綠體轉(zhuǎn)運受阻。回答下列問題:
(1)未成熟葉綠體發(fā)育所需ATP主要在__________合成,經(jīng)細胞質(zhì)基質(zhì)進入葉綠體。
(2)光照時,葉綠體類囊體膜上的色素捕獲光能,將其轉(zhuǎn)化為ATP和__________中的化學(xué)能,這些化學(xué)能經(jīng)__________階段釋放并轉(zhuǎn)化為糖類中的化學(xué)能。
(3)
研究者通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)在葉綠體成熟的葉肉細胞中實現(xiàn)H基因過量表達,對轉(zhuǎn)H基因和非轉(zhuǎn)基因葉肉細胞進行黑暗處理,之后檢測二者細胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體基質(zhì)中ATP相對濃度,結(jié)果如圖。相對于非轉(zhuǎn)基因細胞,轉(zhuǎn)基因細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)ATP濃度明顯__________。據(jù)此推測,H基因的過量表達造成細胞質(zhì)基質(zhì)ATP被__________(填“葉綠體”或“線粒體”)大量消耗,細胞有氧呼吸強度__________。
(4)綜合上述分析,葉肉細胞通過下調(diào)______________阻止細胞質(zhì)基質(zhì)ATP進入成熟的葉綠體,從而防止線粒體__________,以保證光合產(chǎn)物可轉(zhuǎn)運到其他細胞供能。
微真題重體悟
　
1.(2022·湖南卷,T13改編)在夏季晴朗無云的白天,10時左右某植物光合作用強度達到峰值,12時左右光合作用強度明顯減弱。光合作用強度減弱的原因可能是(　　)
A.葉片蒸騰作用強,失水過多使氣孔部分關(guān)閉,進入體內(nèi)的CO2量增加
B.光合酶活性降低,呼吸酶不受影響,呼吸釋放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.葉綠體內(nèi)膜上的部分光合色素被光破壞,吸收和傳遞光能的效率降低
D.光反應(yīng)產(chǎn)物積累,產(chǎn)生反饋抑制,葉片轉(zhuǎn)化光能的能力下降
2.(2020·天津卷,T5)研究人員從菠菜中分離類囊體,將其與16種酶等物質(zhì)一起用單層脂質(zhì)分子包裹成油包水液滴,從而構(gòu)建半人工光合作用反應(yīng)體系。該反應(yīng)體系在光照條件下可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原,并不斷產(chǎn)生有機物乙醇酸。下列分析正確的是(　　)
A.產(chǎn)生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質(zhì)
B.該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)僅是CO2
C.類囊體產(chǎn)生的ATP和O2參與CO2固定與還原
D.與葉綠體相比,該反應(yīng)體系不含光合作用色素
3.(2022·湖北卷,T12)某植物的2種黃葉突變體表型相似,測定各類植株葉片的光合色素含量(單位:μg·g-1),結(jié)果如表。下列有關(guān)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 0.36
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(dǎo)致突變體的葉片呈黃色
4.(2021·全國乙卷,T29)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(guān)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(chǎn)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(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)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(shè)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(yù)期結(jié)果)
5.(2024·甘肅卷,T17)類胡蘿卜素不僅參與光合作用,還是一些植物激素的合成前體。研究者發(fā)現(xiàn)了某作物的一種胎萌突變體,其種子大部分為黃色,少部分呈白色,白色種子未完全成熟即可在母體上萌發(fā)。經(jīng)鑒定,白色種子為某基因的純合突變體。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異常、類囊體消失。將野生型和純合突變體種子在黑暗中萌發(fā)后轉(zhuǎn)移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培養(yǎng)一周,提取并測定葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量,結(jié)果如圖所示。回答下列問題:
(1)提取葉片中葉綠素和類胡蘿卜素常使用的溶劑是__________,加入少許碳酸鈣可以__________。
(2)野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高,其原因是________________________________________。
(3)正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子,因為________________________________________。
(4)現(xiàn)已知此突變體與類胡蘿卜素合成有關(guān),本研究中支持此結(jié)論的證據(jù)有:①純合體種子為白色;②________________________________________。
(5)純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷,X最可能是______________。若以上推斷合理,則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量,但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設(shè),請完成下面的實驗設(shè)計:
①植物培養(yǎng)和處理:取野生型和純合突變體種子,萌發(fā)后在__________條件下培養(yǎng)一周,然后將野生型植株均分為A、B兩組,將突變體植株均分為C、D兩組,A、C組為對照,B、D組干旱處理4小時。
②測量指標:每組取3~5株植物的葉片,在顯微鏡下觀察、測量并記錄各組的______________________________。
③預(yù)期結(jié)果:____________________________________________。
第9講　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理
微考點·大突破
考點一
教材解讀
1.(1)溶解度　(2)防止色素被破壞　(3)橙黃色　①色素種類　②色素含量　③溶解度
2.400~760 nm　可見光　紅光和藍紫光　藍紫光
3.基粒　暗反應(yīng)　光束照射　所有受光　紅光和藍紫光
教材基礎(chǔ)辨析
　(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)×
教材素材拓展
　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
能力提升
1.D　解析　葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg,氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素,A項正確;葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體的類囊體薄膜上,B項正確;類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液,其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰,C項正確;葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高,隨層析液在濾紙上擴散得越快,D項錯誤。
2.B　解析　提取葉綠體中的色素時,加入碳酸鈣是為了防止葉綠素被破壞,A項錯誤;連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細線可累積更多的色素,但也會使濾液細線過粗,從而在分離中出現(xiàn)色素帶重疊的現(xiàn)象,B項正確;該實驗只能定性分析色素的種類及溶解度等,無法準確測定綠葉中各種色素的含量,C項錯誤;花青素是水溶性色素,不可通過該實驗中的有機溶劑提取,D項錯誤。
考點二
教材解讀
1.O2　水　ATP　二氧化碳
2.(2)①NADPH　②2C3　③ADP+Pi　④O2　⑤(CH2O)
(3)類囊體薄膜　葉綠體基質(zhì)　光　色素　ATP　NADPH　ATP和NADPH　有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能
3.氧化無機物放出的能量(或NH3氧化釋放的化學(xué)能)　CO2和H2O
教材基礎(chǔ)辨析
　(1)√　(2)√　(3)×　(4)√
教材素材拓展
提示　不斷縮短光照時間后殺死小球藻,同時提取產(chǎn)物并分析,直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物,該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物
能力提升
1.A　解析　分析題圖可知,水光解產(chǎn)生的O2在類囊體腔內(nèi),葉綠體和線粒體均有雙層膜,水光解產(chǎn)生的O2若被有氧呼吸利用,至少要穿過5層膜,A項錯誤;光反應(yīng)中NADP+與電子(e-)和質(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH,提供給暗反應(yīng),B項正確;由題圖可知,產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)以及核酸代謝、色素合成等其他消耗能量的反應(yīng),C項正確;電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié),D項正確。
回源教材　提示　(1)葉綠體基質(zhì)　(2)①CO2+C52C3　②2C3(CH2O)+C5　(3)ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成儲存在(CH2O)中的穩(wěn)定的化學(xué)能
2.答案　(1)保持類囊體內(nèi)外的滲透壓,避免類囊體破裂　低溫
(2)實驗Ⅱ是在光照以及低pH條件下對類囊體進行培養(yǎng),無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外H+濃度差　(3)類囊體膜外H+被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi),造成溶液pH升高　水　(4)NADPH、ATP和CO2　增加CO2濃度和適當提高環(huán)境溫度
解析　(1)制備類囊體時,其提取液中需要添加適宜濃度的蔗糖,保持類囊體內(nèi)外的滲透壓,避免類囊體破裂,以保證其結(jié)構(gòu)完整。提取液應(yīng)該保持低溫,降低蛋白酶的活性,避免膜蛋白被降解。(2)從題圖Ⅱ?qū)嶒炛锌芍?在光照條件下,將pH=4條件下的類囊體轉(zhuǎn)移到pH=8條件下,再在遮光的條件下加入ADP和Pi,也產(chǎn)生了ATP,但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差,因為實驗Ⅱ是在光照以及低pH條件下對類囊體進行培養(yǎng),無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外氫離子濃度差。(3)對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理,懸液的pH在光照處理時升高,推測可能是類囊體膜外H+被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi),造成溶液pH升高。類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差是通過光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運形成的,光反應(yīng)過程中,水的光解伴隨著電子的傳遞,故電子的最終來源是水。(4)人工葉綠體,能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物,若要在黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn),則需要提供光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)NADPH和ATP,以及暗反應(yīng)的原料CO2。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度,產(chǎn)量也不再增加,若要增產(chǎn),可采取的有效措施有增加二氧化碳的濃度和適當提高環(huán)境溫度等。
3.C　解析　葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光等可見光,吸收的綠光很少。將白光改為光照強度相同的紅光,光反應(yīng)增強,葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH增多,C3的還原加快,短時間內(nèi)CO2的固定仍以原來的速率進行,導(dǎo)致未被還原的C3減少,A、B兩項錯誤;將白光改為光照強度相同的綠光,光反應(yīng)減弱,短時間內(nèi)葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少,C項正確;NADPH和ATP的減少必然會導(dǎo)致C3還原生成C5減慢,此時CO2的固定仍以原來的速率消耗C5,則短時間內(nèi)C5的含量會下降,D項錯誤。
4.答案　(1)線粒體(或線粒體內(nèi)膜)　(2)NADPH(或還原型輔酶Ⅱ)　暗反應(yīng)　(3)降低　葉綠體　升高　(4)H基因表達(或H蛋白數(shù)量)　過多消耗光合產(chǎn)物(或有氧呼吸增強)
解析　(1)由題干可知,擬南芥幼苗葉肉細胞的葉綠體仍在發(fā)育時,消耗的ATP主要來自自身線粒體。線粒體中能夠大量合成ATP的化學(xué)反應(yīng)在線粒體內(nèi)膜上進行。(2)在植物光合作用的光反應(yīng)階段,光能被光合色素捕獲后,轉(zhuǎn)化為儲存在ATP和NADPH中的化學(xué)能。在暗反應(yīng)階段,ATP和NADPH中的化學(xué)能再進一步轉(zhuǎn)化固定到糖類等有機物中。(3)由題圖可知,葉綠體成熟的非轉(zhuǎn)基因葉肉細胞中細胞質(zhì)基質(zhì)ATP濃度遠高于葉綠體基質(zhì)。H基因過量表達后,細胞質(zhì)基質(zhì)中ATP濃度下降,且葉綠體基質(zhì)中ATP濃度未顯著升高,表明葉綠體消耗了從細胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)入的ATP。推測,H基因過量表達后,大量的ATP轉(zhuǎn)運至葉綠體中被消耗,細胞需提高線粒體呼吸強度,以補充細胞質(zhì)基質(zhì)中的ATP。(4)由題分析可知,ATP由細胞質(zhì)基質(zhì)向葉綠體轉(zhuǎn)運過程中,H轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量是限制運輸速率的一個主要因素。葉綠體成熟的葉肉細胞中H基因的表達下調(diào),H轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量減少,ATP由細胞質(zhì)基質(zhì)進入葉綠體被有效阻止,細胞質(zhì)基質(zhì)ATP可保持正常生理水平,從而避免了線粒體過多消耗光合產(chǎn)物,保證光合產(chǎn)物可轉(zhuǎn)運到其他細胞供能。
微真題·重體悟
1.D　解析　夏季中午葉片蒸騰作用強,失水過多使氣孔部分關(guān)閉,進入體內(nèi)的CO2量減少,暗反應(yīng)減慢,光合作用強度明顯減弱,A項錯誤;夏季中午氣溫過高,導(dǎo)致光合酶活性降低,呼吸酶不受影響(呼吸酶最適溫度高于光合酶),光合作用強度減弱,但此時光合作用強度仍然大于呼吸作用強度,即呼吸釋放的CO2量小于光合固定的CO2量,B項錯誤;光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上,而非葉綠體內(nèi)膜上,C項錯誤;夏季中午葉片蒸騰作用強,失水過多使氣孔部分關(guān)閉,進入體內(nèi)的CO2量減少,暗反應(yīng)減慢,導(dǎo)致光反應(yīng)產(chǎn)物積累,產(chǎn)生反饋抑制,使葉片轉(zhuǎn)化光能的能力下降,光合作用強度明顯減弱,D項正確。
2.A　解析　題干信息“該反應(yīng)體系在光照條件下可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原,并不斷產(chǎn)生有機物乙醇酸”,說明乙醇酸是在暗反應(yīng)中合成的,合成場所相當于葉綠體基質(zhì),A項正確;該反應(yīng)體系既能在類囊體上進行光反應(yīng),又能利用16種酶等物質(zhì)進行暗反應(yīng),因此該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)有CO2、H2O等,B項錯誤;類囊體上進行的光反應(yīng)為暗反應(yīng)中C3的還原提供了NADPH和ATP,光反應(yīng)產(chǎn)生的O2不參與暗反應(yīng),C項錯誤;該反應(yīng)體系中有類囊體,在光照條件下還可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原,說明該反應(yīng)體系中有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的光合作用色素,D項錯誤。
3.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項錯誤;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項錯誤;兩種突變體的光合色素含量差異,可能是不同基因的突變所致,也可能是同一個基因突變方向不同導(dǎo)致的,C項錯誤;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項正確。
4.答案　(1)細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體　細胞呼吸　(2)水分大量散失　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(yù)期結(jié)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)葉肉細胞的細胞呼吸場所為細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體,光合作用場所為葉綠體,細胞呼吸和光合作用均能產(chǎn)生ATP,所以白天葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體。據(jù)題意可知,雖然白天氣孔關(guān)閉,但液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用,此外細胞呼吸釋放的CO2也可供給葉綠體,用于光合作用。(2)該類植物生活在干旱環(huán)境中,白天氣孔關(guān)閉,可以防止蒸騰作用太強而導(dǎo)致水分大量散失;夜晚氣孔打開,可以從外界吸收CO2,CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中,白天時蘋果酸脫羧釋放出CO2,保證了該類植物光合作用的正常進行。(3)由題干信息可知,夜間植物甲的葉肉細胞吸收CO2生成的蘋果酸儲存在液泡中,白天液泡中的蘋果酸脫羧釋放CO2用于光合作用,故可推知夜間植物甲葉肉細胞液的pH小于白天葉肉細胞液的pH,具體實驗思路和預(yù)期結(jié)果見答案。
5.答案　(1)無水乙醇　防止研磨中色素被破壞　(2)葉綠素的形成需要光照,正常光下更有利于葉綠素的形成　(3)純合突變體葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低,光合作用極弱,無法滿足植株生長對有機物的需求　(4)②與野生型相比,純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低(幾乎為零)　(5)細胞分裂素　①含水量等適宜
②葉綠體的大小及數(shù)量,取其平均值　③B組葉綠體的大小及數(shù)量高于A組,C、D兩組葉綠體的大小及數(shù)量無差異且均明顯低于A、B兩組
解析　(1)葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素都能溶解在有機溶劑中,所以常使用無水乙醇提取。加入少許碳酸鈣可以防止研磨中色素被破壞。(2)葉綠素的形成需要光照,正常光下更有利于葉綠素的形成,所以野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高。(3)在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異常、類囊體消失,葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低,分別為0.3和0.1,說明純合突變體的光合作用極弱,無法滿足植株生長對有機物的需求,使得植株難以生長,因此正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子。(4)由題圖可知,與野生型相比,純合體種子為白色且純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低(幾乎為零),說明此突變體與類胡蘿卜素合成有關(guān)。(5)純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷。由題圖可知,純合突變體葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低,而細胞分裂素能促進葉綠素的合成,據(jù)此可推知,X最可能是細胞分裂素。若以上推斷合理,則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量,但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設(shè),并結(jié)合題意“在正常光照下,純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異常、類囊體消失”可知,該實驗的自變量是植株的種類和培養(yǎng)條件,因變量是葉綠體的大小及數(shù)量,而在實驗過程中對植株的生長有影響的無關(guān)變量應(yīng)控制相同且適宜。實驗設(shè)計應(yīng)遵循對照原則和單一變量原則,補充完善的實驗設(shè)計內(nèi)容見答案。(共77張PPT)
第9講
第二單元　細胞的能量供應(yīng)和利用
捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理
課
標
內(nèi)
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(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能。2.實驗：綠葉中色素的提取和分離。
微考點 大突破
內(nèi)容
索引
微真題 重體悟
考點一　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
考點二　光合作用的原理
考點一　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)
微考點/大突破
第一部分
1.綠葉中色素的提取和分離實驗
(1)實驗原理。
溶解度
(2)實驗裝置及操作步驟。
防止色素被破壞
(3)實驗結(jié)果及分析。
橙黃色
色素種類
色素含量
溶解度
2.葉綠體中色素的吸收光譜分析
由圖可以看出：
提醒　①植物的液泡中含有的色素(花青素)不參與光合作用。②植物幼嫩的莖和果實的細胞中也含有吸收光能的色素。
400~760 nm
可見光
紅光和藍紫光
藍紫光
3.葉綠體的結(jié)構(gòu)適于進行光合作用
基粒
暗反應(yīng)
光束照射
所有受光
紅光和藍紫光
提醒　恩格爾曼實驗設(shè)計的4點巧妙之處
①實驗材料選得妙：實驗材料選擇水綿和需氧細菌。水綿的葉綠體呈螺旋帶狀，便于觀察；利用需氧細菌可確定釋放氧氣的部位。
②排除干擾的方法妙：沒有空氣的黑暗環(huán)境，排除了空氣中氧氣和光的干擾。
③觀測指標設(shè)計得妙：用極細的光束點狀投射，葉綠體上可分為獲得光照多和光照少的部位，相當于一組對照實驗。
④實驗對照設(shè)計得妙：進行黑暗(局部光照)和曝光對照實驗，明確實驗結(jié)果完全是由光照引起的。
教材基礎(chǔ)辨析
(1)植物葉片呈現(xiàn)綠色是因為含有綠色的色素，黃化葉片和白化葉片不含葉綠素。(源自必修1 P97)( )
(2)色素可以用無水乙醇進行分離。(必修1 P98~99“探究·實踐”)( )
(3)葉綠素主要吸收藍紫光和紅光，對其他波段的可見光并非不吸收,只是吸收量較少。(必修1 P99“圖5-12”)( )
√
×
√
(4)生物光合作用的場所不一定是葉綠體，沒有葉綠體的生物也可以是自養(yǎng)生物。(源自必修1 P100)( )
(5)葉綠體中的色素主要分布在葉綠體內(nèi)膜上，酶分布于類囊體薄膜和葉綠體基質(zhì)中。(源自必修1 P100)( )
(6)夏天葉片呈綠色是葉片吸收綠光導(dǎo)致的，秋天葉片變黃，是葉黃素含量增多導(dǎo)致的。(必修1 P101“概念檢測”1)( )
√
×
×
教材素材拓展
　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(jié)果會出現(xiàn)不同顏色的4個同心圓，請寫出①~④依次對應(yīng)的色素及顏色。
①__________________，②__________________，
③__________________，④__________________。
胡蘿卜素、橙黃色
葉黃素、黃色
葉綠素a、藍綠色
葉綠素b、黃綠色
能力　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)(考查科學(xué)探究)
1.(2023·全國乙卷，T2)植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關(guān)葉綠體中色素的敘述，錯誤的是(　　)
A.氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素
B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上
C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰
D.葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越慢
葉綠素的元素組成是C、H、O、N、Mg，氮元素和鎂元素是構(gòu)成葉綠素分子的重要元素，A項正確；葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體的類囊體薄膜上，B項正確；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光,用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰，C項正確；葉綠體中的色素在層析液中的溶解度越高，隨層析液在濾紙上擴散得越快，D項錯誤。
解析
2.(2023·江蘇卷，T12)下列關(guān)于“提取和分離葉綠體色素”實驗敘述合理的是(　　)
A.用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞
B.若連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細線可累積更多的色素，但易出現(xiàn)色素帶重疊
C.該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量
D.用紅色莧菜葉進行實驗可得到5條色素帶，花青素位于葉綠素a、b之間
提取葉綠體中的色素時，加入碳酸鈣是為了防止葉綠素被破壞，A項錯誤；連續(xù)多次重復(fù)畫濾液細線可累積更多的色素，但也會使濾液細線過粗，從而在分離中出現(xiàn)色素帶重疊的現(xiàn)象，B項正確；該實驗只能定性分析色素的種類及溶解度等，無法準確測定綠葉中各種色素的含量，C項錯誤；花青素是水溶性色素，不可通過該實驗中的有機溶劑提取，D項錯誤。
解析
綠葉中色素的提取和分離實驗異常現(xiàn)象分析
考點二　光合作用的原理
微考點/大突破
第一部分
1.探索光合作用原理的部分經(jīng)典實驗
O2
水
ATP
二氧化碳
提醒　①希爾的實驗說明水的光解與糖的合成不是同一個化學(xué)反應(yīng),原因是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(yīng)，而糖的合成需要碳的參與。
②魯賓和卡門的實驗以及卡爾文的實驗都用到了同位素標記法。
③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.光合作用的過程
(1)反應(yīng)式：CO2+H2O (CH2O)+O2。
(2)基本過程。
圖中：①____________，②____________，③____________，
④____________，⑤____________。
NADPH
2C3
ADP+Pi
O2
(CH2O)
(3)比較光反應(yīng)與暗反應(yīng)。
類囊體薄膜
葉綠體基質(zhì)
光
色素
ATP
NADPH
ATP和NADPH
有機物中穩(wěn)定的
化學(xué)能
提醒　①葉綠體中光合色素吸收的光能，一方面用于H2O分解產(chǎn)生氧和H+；一方面用于ATP的合成。
②NADPH既可作還原劑，又可為暗反應(yīng)提供能量。
3.光合作用和化能合成作用的比較
氧化無機物放出的能量(或NH3氧化釋放的化學(xué)能)
CO2和H2O
教材基礎(chǔ)辨析
(1)離體的葉綠體基質(zhì)中添加ATP、NADPH和CO2后，在合適的條件下可完成暗反應(yīng)過程。(必修1 P103“圖5-14”)( )
(2)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)。(必修1 P104“相關(guān)信息”)( )
(3)光合作用的產(chǎn)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?shù)街仓旮魈帯?必修1 P104“相關(guān)信息”)( )
(4)土壤中的硝化細菌可利用CO2和H2O合成糖類。(源自必修1 P106)
( )
√
√
×
√
教材素材拓展
　(必修1 P104“正文”拓展)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(chǎn)物并分析。實驗發(fā)現(xiàn)，僅僅30 s的時間，放射性代謝產(chǎn)物多達幾十種。縮短時間到7 s，發(fā)現(xiàn)放射性代謝產(chǎn)物減少到12種，想要探究CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物，可能的實驗思路是___________________________________________________
__________________________________________________________________________。
不斷縮短光照時間后殺死小球藻，同時提取產(chǎn)物并分析，直到最終提取物中只有一種放射性代謝產(chǎn)物，該物質(zhì)即為CO2轉(zhuǎn)化成的第一個產(chǎn)物
1.環(huán)境改變時光合作用各物質(zhì)含量的變化分析
(1)“過程法”分析各物質(zhì)變化。
如圖中Ⅰ表示光反應(yīng)，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(fā)生變化時，分析相關(guān)物質(zhì)含量在短時間內(nèi)的變化：
(2)“模型法”表示C3和C5的含量變化。
2.連續(xù)光照和間隔光照下的有機物合成量分析
(1)光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供的NADPH和ATP在葉綠體基質(zhì)中有少量的積累，在光反應(yīng)停止時，暗反應(yīng)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、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(xù)光照處理有機物積累量要多。
能力一　光合作用的過程(考查科學(xué)思維、科學(xué)探究)
1.(2021·重慶卷，T6)如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH
C.產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)及其他消耗能量的反應(yīng)
D.電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)
分析題圖可知，水光解產(chǎn)生的O2在類囊體腔內(nèi)，葉綠體和線粒體均有雙層膜，水光解產(chǎn)生的O2若被有氧呼吸利用，至少要穿過5層膜，A項錯誤；光反應(yīng)中NADP+與電子(e-)和質(zhì)子(H+)結(jié)合形成NADPH，提供給暗反應(yīng)，B項正確；由題圖可知，產(chǎn)生的ATP可用于暗反應(yīng)以及核酸代謝、色素合成等其他消耗能量的反應(yīng)，C項正確；電子(e-)的有序傳遞是完成光能轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，D項正確。
解析
(1)暗反應(yīng)的場所：______________。
(2)暗反應(yīng)的過程：①CO2的固定：____________________；
②三碳化合物的還原：_____________________________。
(3)暗反應(yīng)中的能量變化：___________________________________
_______________________________。
葉綠體基質(zhì)
CO2+C5 2C3
酶
2C3 (CH2O)+C5
NADPH、ATP
酶
ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成儲存在(CH2O)中的穩(wěn)定的化學(xué)能
2.(2022·重慶卷，T23)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，光能會被類囊體轉(zhuǎn)化為“某種能量形式”，并用于驅(qū)動產(chǎn)生ATP(如圖Ⅰ)。為探尋這種能量形式，他們開展了后續(xù)實驗。
(1)制備類囊體時，提取液中應(yīng)含有適宜濃度的蔗糖，以保證其結(jié)構(gòu)完整，原因是_________________________________________；為避免膜蛋白被降解，提取液應(yīng)保持_______(填“低溫”或“常溫”)。
(2)在圖Ⅰ實驗基礎(chǔ)上進行圖Ⅱ?qū)嶒灒l(fā)現(xiàn)該實驗條件下，也能產(chǎn)生ATP。但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差，原因是____________________________________________
________________________________________________________。
保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂
低溫
實驗Ⅱ是在光照以及低pH條件下對類囊體進行培養(yǎng)，無法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外H+濃度差
(3)為探究自然條件下類囊體膜內(nèi)外產(chǎn)生H+濃度差的原因，對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，結(jié)果如圖Ⅲ所示，懸液的pH在光照處理時升高，原因是____________________________________
_____________。類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差是通過光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運形成的，電子的最終來源物質(zhì)是_____。
類囊體膜外H+被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高
水
(4)用菠菜類囊體和人工酶系統(tǒng)組裝的人工葉綠體，能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物。若要實現(xiàn)黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，需穩(wěn)定提供的物質(zhì)有______________________。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，若要增產(chǎn)，可采取的有效措施有________________________
__________ (答出兩點)。
NADPH、ATP和CO2
增加CO2濃度和適當提高環(huán)境溫度
(1)制備類囊體時，其提取液中需要添加適宜濃度的蔗糖，保持類囊體內(nèi)外的滲透壓，避免類囊體破裂，以保證其結(jié)構(gòu)完整。提取液應(yīng)該保持低溫，降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)從題圖Ⅱ?qū)嶒炛锌芍诠庹諚l件下，將pH=4條件下的類囊體轉(zhuǎn)移到pH=8條件下，再在遮光的條件下加入ADP和Pi，也產(chǎn)生了ATP,但該實驗不能充分證明“某種能量形式”是類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差，因為實驗Ⅱ是在光照以及低pH條件下對類囊體進行培養(yǎng)，無
解析
法證明某種能量是來自光能還是來自膜內(nèi)外氫離子濃度差。(3)對無緩沖液的類囊體懸液進行光、暗交替處理，懸液的pH在光照處理時升高，推測可能是類囊體膜外H+被轉(zhuǎn)移到類囊體膜內(nèi)，造成溶液pH升高。類囊體膜內(nèi)外的H+濃度差是通過光合電子傳遞和H+轉(zhuǎn)運形成的，光反應(yīng)過程中，水的光解伴隨著電子的傳遞，故電子的最終來源是水。(4)人工葉綠體，能在光下生產(chǎn)目標多碳化合物，若要在黑暗條件下持續(xù)生產(chǎn)，則需要提供光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)
解析
NADPH和ATP，以及暗反應(yīng)的原料CO2。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)即使增加光照強度，產(chǎn)量也不再增加，若要增產(chǎn)，可采取的有效措施有增加二氧化碳的濃度和適當提高環(huán)境溫度等。
解析
能力二　光合作用過程中物質(zhì)含量的變化分析(考查科學(xué)思維)
3.在適宜反應(yīng)條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質(zhì)，組合正確的是(　　)
A.紅光，ATP下降
B.紅光，未被還原的C3上升
C.綠光，NADPH下降
D.綠光，C5上升
葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光等可見光，吸收的綠光很少。將白光改為光照強度相同的紅光，光反應(yīng)增強，葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH增多，C3的還原加快，短時間內(nèi)CO2的固定仍以原來的速率進行，導(dǎo)致未被還原的C3減少，A、B兩項錯誤；將白光改為光照強度相同的綠光，光反應(yīng)減弱，短時間內(nèi)葉綠體內(nèi)產(chǎn)生的ATP和NADPH減少，C項正確；NADPH和ATP的減少必然會導(dǎo)致C3還原生成C5減慢，此時CO2的固定仍以原來的速率消耗C5，則短時間內(nèi)C5的含量會下降，D項錯誤。
解析
4.(2023·河北卷，T19)擬南芥發(fā)育早期的葉肉細胞中，未成熟葉綠體發(fā)育所需ATP須借助其膜上的轉(zhuǎn)運蛋白H由細胞質(zhì)基質(zhì)進入。發(fā)育到一定階段，葉肉細胞H基因表達量下降，細胞質(zhì)基質(zhì)ATP向成熟葉綠體轉(zhuǎn)運受阻。回答下列問題：
(1)未成熟葉綠體發(fā)育所需ATP主要在_____________________合成，經(jīng)細胞質(zhì)基質(zhì)進入葉綠體。
(2)光照時，葉綠體類囊體膜上的色素捕獲光能，將其轉(zhuǎn)化為ATP和_________________________中的化學(xué)能，這些化學(xué)能經(jīng)________階段釋放并轉(zhuǎn)化為糖類中的化學(xué)能。
線粒體(或線粒體內(nèi)膜)
NADPH(或還原型輔酶Ⅱ)
暗反應(yīng)
(3)研究者通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)在葉綠體成熟
的葉肉細胞中實現(xiàn)H基因過量表達，對轉(zhuǎn)
H基因和非轉(zhuǎn)基因葉肉細胞進行黑暗處理，
之后檢測二者細胞質(zhì)基質(zhì)和葉綠體基質(zhì)中
ATP相對濃度，結(jié)果如圖。相對于非轉(zhuǎn)基
因細胞，轉(zhuǎn)基因細胞的細胞質(zhì)基質(zhì)ATP濃度明顯________。據(jù)此推測,
H基因的過量表達造成細胞質(zhì)基質(zhì)ATP被________(填“葉綠體”或“線粒體”)大量消耗，細胞有氧呼吸強度________。
降低
葉綠體
升高
(4)綜合上述分析，葉肉細胞通過下調(diào)__________________________阻止細胞質(zhì)基質(zhì)ATP進入成熟的葉綠體，從而防止線粒體_________
__________________________，以保證光合產(chǎn)物可轉(zhuǎn)運到其他細胞供能。
H基因表達(或H蛋白數(shù)量)
過多消耗光合產(chǎn)物(或有氧呼吸增強)
(1)由題干可知，擬南芥幼苗葉肉細胞的葉綠體仍在發(fā)育時，消耗的ATP主要來自自身線粒體。線粒體中能夠大量合成ATP的化學(xué)反應(yīng)在線粒體內(nèi)膜上進行。(2)在植物光合作用的光反應(yīng)階段，光能被光合色素捕獲后，轉(zhuǎn)化為儲存在ATP和NADPH中的化學(xué)能。在暗反應(yīng)階段，ATP和NADPH中的化學(xué)能再進一步轉(zhuǎn)化固定到糖類等有機物中。(3)由題圖可知，葉綠體成熟的非轉(zhuǎn)基因葉肉細胞中細胞質(zhì)基質(zhì)ATP濃度遠高于葉綠體基質(zhì)。H基因過量表達后，細胞質(zhì)基質(zhì)中ATP濃度下降，且葉綠體基質(zhì)中ATP濃度未顯著升高，表
解析
明葉綠體消耗了從細胞質(zhì)基質(zhì)中轉(zhuǎn)入的ATP。推測，H基因過量表達后，大量的ATP轉(zhuǎn)運至葉綠體中被消耗，細胞需提高線粒體呼吸強度，以補充細胞質(zhì)基質(zhì)中的ATP。(4)由題分析可知，ATP由細胞質(zhì)基質(zhì)向葉綠體轉(zhuǎn)運過程中，H轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量是限制運輸速率的一個主要因素。葉綠體成熟的葉肉細胞中H基因的表達下調(diào)，H轉(zhuǎn)運蛋白的數(shù)量減少，ATP由細胞質(zhì)基質(zhì)進入葉綠體被有效阻止，細胞質(zhì)基質(zhì)ATP可保持正常生理水平，從而避免了線粒體過多消耗光合產(chǎn)物，保證光合產(chǎn)物可轉(zhuǎn)運到其他細胞供能。
解析
微真題/重體悟
第二部分
1.(2022·湖南卷，T13改編)在夏季晴朗無云的白天，10時左右某植物光合作用強度達到峰值，12時左右光合作用強度明顯減弱。光合作用強度減弱的原因可能是( )
A.葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關(guān)閉，進入體內(nèi)的CO2量增加
B.光合酶活性降低，呼吸酶不受影響，呼吸釋放的CO2量大于光合固定的CO2量
C.葉綠體內(nèi)膜上的部分光合色素被光破壞，吸收和傳遞光能的效率降低
D.光反應(yīng)產(chǎn)物積累，產(chǎn)生反饋抑制，葉片轉(zhuǎn)化光能的能力下降
夏季中午葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關(guān)閉，進入體內(nèi)的CO2量減少，暗反應(yīng)減慢，光合作用強度明顯減弱，A項錯誤；夏季中午氣溫過高，導(dǎo)致光合酶活性降低，呼吸酶不受影響(呼吸酶最適溫度高于光合酶)，光合作用強度減弱，但此時光合作用強度仍然大于呼吸作用強度，即呼吸釋放的CO2量小于光合固定的CO2量，B項錯誤；光合色素分布在葉綠體的類囊體薄膜上，而非
解析
葉綠體內(nèi)膜上，C項錯誤；夏季中午葉片蒸騰作用強，失水過多使氣孔部分關(guān)閉，進入體內(nèi)的CO2量減少，暗反應(yīng)減慢，導(dǎo)致光反應(yīng)產(chǎn)物積累，產(chǎn)生反饋抑制，使葉片轉(zhuǎn)化光能的能力下降，光合作用強度明顯減弱，D項正確。
解析
2.(2020·天津卷，T5)研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質(zhì)一起用單層脂質(zhì)分子包裹成油包水液滴，從而構(gòu)建半人工光合作用反應(yīng)體系。該反應(yīng)體系在光照條件下可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產(chǎn)生有機物乙醇酸。下列分析正確的是(　　)
A.產(chǎn)生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質(zhì)
B.該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)僅是CO2
C.類囊體產(chǎn)生的ATP和O2參與CO2固定與還原
D.與葉綠體相比，該反應(yīng)體系不含光合作用色素
題干信息“該反應(yīng)體系在光照條件下可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原,并不斷產(chǎn)生有機物乙醇酸”，說明乙醇酸是在暗反應(yīng)中合成的，合成場所相當于葉綠體基質(zhì)，A項正確；該反應(yīng)體系既能在類囊體上進行光反應(yīng)，又能利用16種酶等物質(zhì)進行暗反應(yīng)，因此該反應(yīng)體系不斷消耗的物質(zhì)有CO2、H2O等，B項錯誤；類囊體上進行的光反應(yīng)為暗反應(yīng)中C3的還原提供了NADPH和ATP，光反應(yīng)產(chǎn)生的
解析
O2不參與暗反應(yīng)，C項錯誤；該反應(yīng)體系中有類囊體，在光照條件下還可實現(xiàn)連續(xù)的CO2固定與還原，說明該反應(yīng)體系中有吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的光合作用色素，D項錯誤。
解析
3.(2022·湖北卷，T12)某植物的2種黃葉突變體表型相似，測定各類植株葉片的光合色素含量(單位：μg·g-1)，結(jié)果如表。下列有關(guān)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 0.36
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(dǎo)致突變體的葉片呈黃色
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項錯誤；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
解析
變體1吸收紅光的能力弱，B項錯誤；兩種突變體的光合色素含量差異，可能是不同基因的突變所致，也可能是同一個基因突變方向不同導(dǎo)致的，C項錯誤；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項正確。
解析
4.(2021·全國乙卷，T29)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(guān)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(chǎn)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(guān)閉、晚上打開是這類植物適應(yīng)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。
細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體、葉綠體
細胞呼吸
水分大量散失
光合作用
(3)若以pH作為檢測指標，請設(shè)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(yù)期結(jié)果)
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(yù)期結(jié)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。
(1)葉肉細胞的細胞呼吸場所為細胞質(zhì)基質(zhì)和線粒體，光合作用場所為葉綠體，細胞呼吸和光合作用均能產(chǎn)生ATP，所以白天葉肉細胞產(chǎn)生ATP的場所有細胞質(zhì)基質(zhì)、線粒體和葉綠體。據(jù)題意可知，雖然白天氣孔關(guān)閉，但液泡中儲存的蘋果酸脫羧釋放的CO2可用于光合作用，此外細胞呼吸釋放的CO2也可供給葉綠體，用于光合作用。(2)該類植物生活在干旱環(huán)境中，白天氣孔關(guān)閉，可以防止蒸騰作用太強而導(dǎo)致水分大量散失；夜晚氣孔打開，可以
解析
從外界吸收CO2，CO2通過生成蘋果酸儲存在液泡中，白天時蘋果酸脫羧釋放出CO2，保證了該類植物光合作用的正常進行。(3)由題干信息可知，夜間植物甲的葉肉細胞吸收CO2生成的蘋果酸儲存在液泡中，白天液泡中的蘋果酸脫羧釋放CO2用于光合作用，故可推知夜間植物甲葉肉細胞液的pH小于白天葉肉細胞液的pH，具體實驗思路和預(yù)期結(jié)果見答案。
解析
5.(2024·甘肅卷，T17)類胡蘿卜素不僅參與光合作用，還是一些植物激素的合成前體。研究者發(fā)現(xiàn)了某作物的一種胎萌突變體，其種子大部分為黃色，少部分呈白色，白色種子未完全成熟即可在母體上萌發(fā)。經(jīng)鑒定，白色種子為某基因的純合突變體。在正常光照下
(400 μmol·m-2·s-1)，純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異常、類囊體消失。將野生型和純合突變體種子在黑暗中萌發(fā)后轉(zhuǎn)移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培養(yǎng)一周，提取并測定葉片葉綠素和類胡蘿卜素含量，結(jié)果如圖所示。回答下列問題：
(1)提取葉片中葉綠素和類胡蘿卜素常使用的溶劑是_____________，加入少許碳酸鈣可以________________________。
無水乙醇
防止研磨中色素被破壞
(2)野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高，其原因是____________________________________________________。
(3)正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子，因為_________
_________________________________________________________________________________________________。
(4)現(xiàn)已知此突變體與類胡蘿卜素合成有關(guān)，本研究中支持此結(jié)論的證據(jù)有：①純合體種子為白色；②_____________________________
_________________________________。
葉綠素的形成需要光照，正常光下更有利于葉綠素的形成
純合突變體葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，光合作用極弱，無法滿足植株生長對有機物的需求
與野生型相比，純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低(幾乎為零)
(5)純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷，X最可能是____________。若以上推斷合理，則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設(shè)，請完成下面的實驗設(shè)計：
①植物培養(yǎng)和處理：取野生型和純合突變體種子，萌發(fā)后在________________條件下培養(yǎng)一周，然后將野生型植株均分為A、B兩組，將突變體植株均分為C、D兩組，A、C組為對照，B、D組干旱處理4小時。
細胞分裂素
含水量等適宜
②測量指標：每組取3~5株植物的葉片，在顯微鏡下觀察、測量并記錄各組的______________________________________。
③預(yù)期結(jié)果：______________________________________________
___________________________________________。
葉綠體的大小及數(shù)量，取其平均值
B組葉綠體的大小及數(shù)量高于A組，C、D兩組葉綠體的大小及數(shù)量無差異且均明顯低于A、B兩組
(1)葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素都能溶解在有機溶劑中，所以常使用無水乙醇提取。加入少許碳酸鈣可以防止研磨中色素被破壞。(2)葉綠素的形成需要光照，正常光下更有利于葉綠素的形成，所以野生型植株葉片葉綠素含量在正常光下比弱光下高。(3)在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1)，純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異常、類囊體消失，葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，分別為0.3和0.1，說明純合突變體的光合作用極弱，無法滿足植株生長對有
解析
機物的需求，使得植株難以生長，因此正常光照條件下種植純合突變體將無法獲得種子。(4)由題圖可知，與野生型相比，純合體種子為白色且純合突變體葉片中類胡蘿卜素含量極低(幾乎為零),說明此突變體與類胡蘿卜素合成有關(guān)。(5)純合突變體中可能存在某種植物激素X的合成缺陷。由題圖可知，純合突變體葉片中的葉綠素和類胡蘿卜素的相對含量都極低，而細胞分裂素能促進葉綠素的合成，據(jù)此可推知，X最可能是細胞分裂素。若以上推斷
解析
合理，則干旱處理能夠提高野生型中激素X的含量，但不影響純合突變體中X的含量。為檢驗上述假設(shè)，并結(jié)合題意“在正常光照下，純合突變體葉片中葉綠體發(fā)育異常、類囊體消失”可知，該實驗的自變量是植株的種類和培養(yǎng)條件，因變量是葉綠體的大小及數(shù)量，而在實驗過程中對植株的生長有影響的無關(guān)變量應(yīng)控制相同且適宜。實驗設(shè)計應(yīng)遵循對照原則和單一變量原則，補充完善的實驗設(shè)計內(nèi)容見答案。
解析課時微練(九)　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理
　
一、選擇題:本題共10小題,在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的
1.(2025·南陽模擬)在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑(懸浮液中有H2O,沒有CO2),光照條件下可以釋放出O2,該反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。下列說法正確的是(　　)
A.希爾反應(yīng)說明植物產(chǎn)生的O2中的氧元素全部來自水
B.希爾反應(yīng)懸浮液中鐵鹽的作用與NADP+的作用相似
C.只提供水、光合色素和酶,在適宜光照等條件下可產(chǎn)生O2
D.希爾反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的內(nèi)膜,反應(yīng)中O2的釋放速率代表凈光合作用速率
2.下列有關(guān)實驗變量的敘述,錯誤的是(　　)
A.用小球藻和CO2驗證卡爾文循環(huán)的實驗中,自變量是CO2中C是否被標記
B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實驗,因變量是是否產(chǎn)生還原糖
C.恩格爾曼利用水綿和需氧細菌研究光合作用的實驗中,因變量觀測指標是需氧細菌的分布情況
D.魯賓和卡門研究光合作用中O2來源的實驗中,自變量是被18O標記的原料
3.(2025·德州模擬)卡爾文與同事利用14C探明了光合作用中的碳固定途徑,為了進一步探究14CO2和哪種物質(zhì)結(jié)合生成C3,卡爾文在反應(yīng)中將14CO2的濃度由1%突然降至0.003%,檢測部分物質(zhì)的含量變化,結(jié)果如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)
A.圖中的物質(zhì)B表示C5化合物,物質(zhì)C表示C3化合物
B.1分子14CO2固定生成的2個C3中,只有1個C3中含有14C
C.根據(jù)0 s后物質(zhì)B含量上升即可判定物質(zhì)B最先與CO2結(jié)合
D.若300 s后停止光照,短時間內(nèi)C3含量上升而C5含量下降
4.(2023·湖北卷,T8)植物光合作用的光反應(yīng)依賴類囊體膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光復(fù)合體,PS Ⅱ光復(fù)合體含有光合色素,能吸收光能,并分解水。研究發(fā)現(xiàn),PS Ⅱ光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHC Ⅱ,通過與PS Ⅱ結(jié)合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHC Ⅱ與PS Ⅱ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是(　　)
A.葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降,PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲增強
B.Mg2+含量減少會導(dǎo)致PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲減弱
C.弱光下LHC Ⅱ與PS Ⅱ結(jié)合,不利于對光能的捕獲
D.PS Ⅱ光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H+、電子和O2
5.卡爾文為了探明暗反應(yīng)中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑,給植物提供14CO2,當反應(yīng)進行至第5 s時,14C出現(xiàn)在一種C5和一種C6中,當時間縮短到0.5 s時,14C出現(xiàn)在一種C3中,下列相關(guān)敘述錯誤的是(　　)
A.用14C標記CO2的目的是追蹤暗反應(yīng)中的碳原子
B.卡爾文通過控制反應(yīng)時間來探究碳原子的轉(zhuǎn)移途徑
C.若適當延長反應(yīng)時間,則可能會檢測到更多種含14C的化合物
D.該實驗研究暗反應(yīng),因此應(yīng)該在黑暗環(huán)境中進行
6.氣孔保衛(wèi)細胞的細胞膜中存在一種特殊的K+轉(zhuǎn)運蛋白BLINK1,在光信號的誘導(dǎo)下,BLINK1可以促進K+進入保衛(wèi)細胞,從而使氣孔打開,實現(xiàn)對氣孔的調(diào)控,過程如圖所示。下列分析正確的是(　　)
A.BLINK1既有運輸作用又有催化作用
B.光照越強,K+進入保衛(wèi)細胞越多,氣孔開度越大
C.氣孔打開,短時間內(nèi)會引起C3還原減少,C3含量增加
D.該調(diào)節(jié)過程會使氣孔關(guān)閉,CO2吸收困難,不利于植物生命活動正常進行
7.植物光合作用過程(A)和人工合成淀粉過程(B)如圖所示。下列敘述錯誤的是(　　)
A.植物光合作用和人工合成淀粉過程中所需的酶都是在細胞內(nèi)合成的
B.植物光合作用與人工合成淀粉新途徑中,能量轉(zhuǎn)換方式和還原劑作用對象不相同
C.葉肉細胞內(nèi)類似于CO2有機C1C3中間體的過程需光反應(yīng)提供NADPH和ATP
D.與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,人工合成淀粉過程積累的淀粉的量大于植物積累的淀粉的量
8.如圖是某綠藻適應(yīng)水生環(huán)境,提高光合效率的機制圖。光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)X可進入線粒體促進ATP合成。下列敘述錯誤的是(　　)
A.物質(zhì)X通過提高有氧呼吸水平促進HC進入細胞質(zhì)基質(zhì)
B.HC利用通道蛋白從細胞質(zhì)基質(zhì)進入葉綠體基質(zhì)
C.水光解產(chǎn)生的H+提高類囊體腔CO2水平,促進CO2進入葉綠體基質(zhì)
D.光反應(yīng)通過確保暗反應(yīng)的CO2的供應(yīng),幫助該綠藻適應(yīng)水生環(huán)境
9.(2025·武漢模擬)光呼吸是植物利用光能,吸收O2并釋放CO2的過程。研究者將四種酶基因(GLO、CAT、GCL、TSR)導(dǎo)入水稻葉綠體,創(chuàng)造了一條新的光呼吸代謝支路(GCGT支路),如圖虛線所示。據(jù)圖分析,下列推測不正確的是(　　)
A.光呼吸時C5與O2的結(jié)合發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中
B.光呼吸利用的C,一部分可重新進入卡爾文循環(huán)
C.有GCGT支路的轉(zhuǎn)基因植物發(fā)生了基因突變
D.GCGT支路可以降低碳損失,從而提高光合速率
10.某生物技術(shù)研究所科研團隊歷時六年科研攻關(guān),實現(xiàn)了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成,這是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重大突破。技術(shù)路徑如圖所示,圖中①~⑥表示相關(guān)過程,以下分析錯誤的是(　　)
A.與葉肉細胞相比,該系統(tǒng)不進行細胞呼吸消耗糖類,能積累更多的有機物
B.過程④⑤⑥類似于固定二氧化碳產(chǎn)生糖類的過程
C.該過程實現(xiàn)了“光能→活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能”的能量轉(zhuǎn)化
D.若該技術(shù)能推廣應(yīng)用,將能夠緩解糧食短缺,同時能節(jié)約耕地
二、非選擇題
11.(2020·山東卷,T21)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類,相關(guān)裝置及過程如圖所示,其中甲、乙表示物質(zhì),模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。
(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是______________,模塊3中的甲可與CO2結(jié)合,甲為______________。
(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則短時間內(nèi)乙的含量將_______(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時間較長,模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會發(fā)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(tǒng)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(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低,在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。
12.(科學(xué)探究)(2021·江蘇卷,T20)線粒體對維持旺盛的光合作用至關(guān)重要,如圖表示葉肉細胞中部分代謝途徑,虛線框內(nèi)表示“草酰乙酸/蘋果酸穿梭”。請據(jù)圖回答下列問題:
(1)葉綠體在____________上將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能,參與這一過程的兩類色素是_____________________。
(2)光合作用時,CO2與C5結(jié)合產(chǎn)生三碳酸,繼而還原成三碳糖(C3)。為維持光合作用持續(xù)進行,部分新合成的C3必須用于再生_______;運到細胞質(zhì)基質(zhì)中的C3可合成蔗糖,運出細胞。每運出一分子蔗糖相當于固定了_______個CO2分子。
(3)在光照過強時,細胞必須耗散掉葉綠體吸收的過多光能,避免細胞損傷。草酰乙酸/蘋果酸穿梭可有效地將光照產(chǎn)生的_______中的還原能輸出葉綠體,并經(jīng)線粒體轉(zhuǎn)化為_______中的化學(xué)能。
(4)為研究線粒體對光合作用的影響,用寡霉素(電子傳遞鏈抑制劑)處理大麥,實驗方法是取培養(yǎng)10~14 d大麥苗,將其莖浸入添加了不同濃度寡霉素的水中,通過蒸騰作用使藥物進入葉片。光照培養(yǎng)后,測定、計算光合放氧速率(單位為μ mol O2·mg-1chl·h-1,chl為葉綠素)。請完成下表。
實驗步驟和目的 簡要操作過程
配制不同濃度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素難溶于水,需先溶于丙酮,配制高濃度母液,再用丙酮稀釋成不同藥物濃度,用于加入水中
設(shè)置寡霉素為單一變量的對照組 ①____________________________________________________________________
②____________________________________________________________________ 對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片
光合放氧測定 用氧電極測定葉片放氧
③______________ 稱重葉片,加乙醇研磨,定容,離心,取上清液測定
課時微練(九)　捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理
1.B　解析　希爾反應(yīng)的結(jié)果僅說明了離體的葉綠體在適當?shù)臈l件下可以發(fā)生水的光解,產(chǎn)生氧氣,該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾,也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移,因此不能證明植物產(chǎn)生的O2中的氧元素全部來自水,A項錯誤;希爾反應(yīng)懸浮液中鐵鹽或其他氧化劑相當于光合作用中的NADP+,B項正確;只提供水、光合色素和酶,沒有加入NADP+等氧化劑及葉綠體相應(yīng)完整結(jié)構(gòu),適宜光照條件下不可產(chǎn)生O2,C項錯誤;希爾反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上,希爾反應(yīng)的實驗材料是離體的葉綠體,不進行呼吸作用,故反應(yīng)中O2的釋放速率不代表凈光合作用速率,D項錯誤。
2.A　解析　用小球藻和CO2驗證卡爾文循環(huán)的實驗中,自變量是時間,A項錯誤;利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實驗中,需借助斐林試劑檢測是否產(chǎn)生了還原糖,即因變量是是否產(chǎn)生還原糖,B項正確;恩格爾曼利用水綿和需氧細菌進行實驗,通過觀察需氧細菌的分布來判斷O2產(chǎn)生的部位,最終證明葉綠體是進行光合作用的場所,C項正確;魯賓和卡門用同位素示蹤法證明光合作用釋放的O2來自水,自變量是被18O標記的原料,D項正確。
3.C　解析　在CO2濃度突然降低時,CO2+C52C3這個反應(yīng)會因為CO2減少、C5供應(yīng)不變而使C3減少、C5增加,從題圖中可以看出物質(zhì)B在CO2濃度降低后含量上升,物質(zhì)C在CO2濃度降低后含量下降,所以物質(zhì)B表示C5化合物,物質(zhì)C表示C3化合物,A項正確;CO2固定時,14CO2+C52C3,生成的2個C3分子中只有1個C3含有14C,B項正確;雖然0 s后物質(zhì)B含量上升,但不能僅根據(jù)這一點就判定物質(zhì)B最先與CO2結(jié)合,C項錯誤;若300 s后停止光照,NADPH和ATP的合成停止,C3的還原受阻,而CO2的固定仍在進行,所以短時間內(nèi)C3含量上升而C5含量下降,D項正確。
4.C　解析　據(jù)題圖可知,在強光下,PS Ⅱ與LHC Ⅱ分離,減弱PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲;在弱光下,PS Ⅱ與LHC Ⅱ結(jié)合,增強PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲。LHC Ⅱ和PS Ⅱ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化,葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降,會導(dǎo)致類囊體膜上PS Ⅱ光復(fù)合體與LHC Ⅱ結(jié)合增多,從而使PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲增強,A項正確。鎂是合成葉綠素的原料,葉綠素能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能,若Mg2+含量減少,PS Ⅱ光復(fù)合體中光合色素含量降低,導(dǎo)致PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲減弱,B項正確。弱光下PS Ⅱ光復(fù)合體與LHC Ⅱ結(jié)合,有利于對光能的捕獲,C項錯誤。類囊體膜上的PS Ⅱ光復(fù)合體含有光合色素,在光反應(yīng)中,其能吸收光能并分解水產(chǎn)生H+、電子和O2,D項正確。
5.D　解析　該實驗中用14C標記CO2的目的是追蹤暗反應(yīng)中的碳原子,便于根據(jù)放射性檢測碳原子的轉(zhuǎn)移途徑,A項正確;卡爾文通過控制反應(yīng)時間來探究碳原子的轉(zhuǎn)移途徑,在不同的時間點檢測放射性,能探明碳原子的轉(zhuǎn)移途徑,B項正確;若適當延長反應(yīng)時間,則14C可能會轉(zhuǎn)移到更多的中間產(chǎn)物中,C項正確;該實驗雖研究的是暗反應(yīng),但暗反應(yīng)的進行需要光反應(yīng)提供NADPH、ATP,因此該實驗要在光照條件下進行,D項錯誤。
6.A　解析　由題圖可知,BLINK1可以催化ATP形成ADP,同時還可以在光的驅(qū)動下將K+運入細胞內(nèi),故BLINK1既有運輸作用又有催化作用,A項正確;在一定范圍內(nèi),光照越強,進入保衛(wèi)細胞的K+越多,氣孔開度越大,超出該范圍,光照越強,進入保衛(wèi)細胞的K+可能減少,氣孔開度可能減小,B項錯誤;氣孔打開,短時間內(nèi)會引起固定的CO2增多,而C3的還原不受影響,故C3含量增加,C項錯誤;該調(diào)節(jié)過程可以調(diào)控氣孔的開啟與關(guān)閉,有利于植物適應(yīng)不同環(huán)境,有利于植物的生命活動正常進行,D項錯誤。
7.C　解析　酶是活細胞產(chǎn)生的,題圖所示植物光合作用和人工合成淀粉過程中所需的酶都來自生物體內(nèi),都是在細胞內(nèi)合成的,A項正確。光合作用中能量轉(zhuǎn)換過程為光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能,還原劑作用對象為C3;人工合成淀粉新途徑中能量轉(zhuǎn)換過程為光能→電能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能,還原劑作用對象為CO2,B項正確。人工合成淀粉新途徑中由CO2→有機C1→C3中間體的過程,與綠色植物葉肉細胞內(nèi)CO2的固定過程類似,不需要光反應(yīng)提供NADPH和ATP,C項錯誤。在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,光合作用、人工合成淀粉兩種途徑合成糖類相等,而人工合成淀粉的過程中沒有呼吸作用消耗糖類(植物呼吸作用消耗糖類),因此人工合成淀粉過程中積累的淀粉量更多,D項正確。
方法技巧　光合作用過程中的“二二三四”法則
8.B　解析　光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)X可進入線粒體促進ATP合成,因此物質(zhì)X可通過提高有氧呼吸水平促進HC進入細胞質(zhì)基質(zhì),A項正確;HC進入葉綠體基質(zhì)也需要線粒體產(chǎn)生的ATP供能,屬于主動運輸,通道蛋白只能參與協(xié)助擴散,B項錯誤;據(jù)題圖可知,光反應(yīng)中水光解產(chǎn)生的H+促進HC進入類囊體,并與HC在類囊體腔內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生CO2,因此能增大類囊體腔內(nèi)外CO2濃度差,促進CO2自由擴散進入葉綠體基質(zhì),C項正確;據(jù)題圖可知,光反應(yīng)生成的物質(zhì)X(O2)促進線粒體的有氧呼吸,產(chǎn)生更多的ATP,有利于HC進入葉綠體基質(zhì),產(chǎn)生CO2,保證了暗反應(yīng)的CO2供應(yīng),D項正確。
9.C　解析　卡爾文循環(huán)的場所為葉綠體基質(zhì),題圖中光呼吸代謝支路利用卡爾文循環(huán)中的C5,故C5和O2的結(jié)合發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中,A項正確;GCGT支路中,甘油酸可轉(zhuǎn)化為PGA,進而將碳重新回收進入卡爾文循環(huán),B項正確;轉(zhuǎn)基因?qū)儆诨蛑亟M,C項錯誤;光呼吸代謝支路(GCGT支路)可以將部分碳重新回收進入卡爾文循環(huán),有利于降低光呼吸消耗,從而提高光合速率,D項正確。
10.C　解析　與葉肉細胞相比,該系統(tǒng)不進行細胞呼吸消耗糖類,能積累更多的有機物,A項正確;④⑤⑥過程形成淀粉,類似于固定二氧化碳產(chǎn)生糖類的過程,B項正確;該過程實現(xiàn)了“光能→電能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能”的能量轉(zhuǎn)化,C項錯誤;該研究成果的意義是有助于實現(xiàn)碳中和、緩解人類糧食短缺問題和節(jié)約耕地資源,D項正確。
11.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(tǒng)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
解析　(1)根據(jù)題圖可知,模塊1利用太陽能發(fā)電裝置將吸收的光能轉(zhuǎn)換為電能,模塊2利用電能電解H2O生成H+和O2,并發(fā)生能量轉(zhuǎn)換過程。該系統(tǒng)中的模塊1和模塊2執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能。模塊3將大氣中的CO2轉(zhuǎn)換為糖類,相當于光合作用的暗反應(yīng)。暗反應(yīng)中CO2和C5結(jié)合生成C3,C3在光反應(yīng)提供的NADPH和ATP的作用下被還原,隨后經(jīng)過一系列反應(yīng)形成糖類和C5,故該系統(tǒng)中模塊3中的甲為五碳化合物(C5),乙為三碳化合物(C3)。(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn),則CO2濃度突然降低,CO2的固定受阻,而三碳化合物(C3)的還原短時間內(nèi)仍正常進行,因此短時間內(nèi)會導(dǎo)致三碳化合物(C3)含量減少。暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+,若該系統(tǒng)氣泵停轉(zhuǎn)時間較長,則模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足,從而導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率發(fā)生改變。(3)植物中糖類的積累量=光合作用合成糖類的量-細胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比,人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類,所以在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下,該系統(tǒng)糖類的積累量高于植物。(4)干旱條件下,土壤含水量低,導(dǎo)致植物葉片氣孔開放程度降低,CO2的吸收量減少,因而光合作用速率降低。
12.答案　(1)類囊體薄膜　葉綠素、類胡蘿卜素　(2)C5　12　(3)NADPH　ATP　(4)①在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮
②減少葉片差異造成的誤差　③葉綠素定量測定(或測定葉綠素含量)
解析　(2)C3在葉綠體基質(zhì)中合成,一些C3必須用于再生C5以維持光合作用持續(xù)進行,另一部分被運到細胞質(zhì)基質(zhì)中,運到細胞質(zhì)基質(zhì)中的C3可合成蔗糖,運出細胞。蔗糖是二糖,一分子蔗糖是由兩分子六碳糖結(jié)合形成的,每運出一分子蔗糖需要固定12個CO2分子。(3)光反應(yīng)的產(chǎn)物有ATP和NADPH,其中NADPH起還原劑的作用,含有還原能,草酰乙酸/蘋果酸穿梭可將還原能輸出葉綠體,經(jīng)線粒體進行呼吸作用轉(zhuǎn)化為ATP中的化學(xué)能。(4)設(shè)計實驗應(yīng)遵循單一變量原則和對照原則,①在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮,即設(shè)置寡霉素為單一變量的對照組;②對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片,可減少葉片差異產(chǎn)生的誤差;③葉綠素定量測定、計算光合放氧速率以研究線粒體對光合作用的影響,故稱重葉片,加乙醇研磨,定容,離心,取上清液進行葉綠素定量測定。(共41張PPT)
課時微練（九）
捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)及光合作用的原理
一、選擇題：本題共10小題，在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的
1.(2025·南陽模擬)在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑
(懸浮液中有H2O，沒有CO2)，光照條件下可以釋放出O2，該反應(yīng)稱為希爾反應(yīng)。下列說法正確的是( )
A.希爾反應(yīng)說明植物產(chǎn)生的O2中的氧元素全部來自水
B.希爾反應(yīng)懸浮液中鐵鹽的作用與NADP+的作用相似
C.只提供水、光合色素和酶，在適宜光照等條件下可產(chǎn)生O2
D.希爾反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的內(nèi)膜，反應(yīng)中O2的釋放速率代表凈光合作用速率
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希爾反應(yīng)的結(jié)果僅說明了離體的葉綠體在適當?shù)臈l件下可以發(fā)生水的光解，產(chǎn)生氧氣，該實驗沒有排除葉綠體中其他物質(zhì)的干擾，也并沒有直接觀察到氧元素的轉(zhuǎn)移，因此不能證明植物產(chǎn)生的O2中的氧元素全部來自水，A項錯誤；希爾反應(yīng)懸浮液中鐵鹽或其他氧化劑相當于光合作用中的NADP+，B項正確；只提供水、光合色素和酶，沒有加入NADP+等氧化劑及葉綠體相應(yīng)完整結(jié)構(gòu)，適宜光照條件下不可產(chǎn)生O2，C項錯誤；希爾反應(yīng)發(fā)生在葉綠體的類囊體薄膜上，希爾反應(yīng)的實驗材料是離體的葉綠體，不進行呼吸作用，故反應(yīng)中O2的釋放速率不代表凈光合作用速率，D項錯誤。
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2.下列有關(guān)實驗變量的敘述，錯誤的是( )
A.用小球藻和CO2驗證卡爾文循環(huán)的實驗中，自變量是CO2中C是否被標記
B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實驗，因變量是是否產(chǎn)生還原糖
C.恩格爾曼利用水綿和需氧細菌研究光合作用的實驗中，因變量觀測指標是需氧細菌的分布情況
D.魯賓和卡門研究光合作用中O2來源的實驗中，自變量是被18O標記的原料
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用小球藻和CO2驗證卡爾文循環(huán)的實驗中，自變量是時間，A項錯誤；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實驗中，需借助斐林試劑檢測是否產(chǎn)生了還原糖，即因變量是是否產(chǎn)生還原糖，B項正確；恩格爾曼利用水綿和需氧細菌進行實驗，通過觀察需氧細菌的分布來判斷O2產(chǎn)生的部位，最終證明葉綠體是進行光合作用的場所，C項正確；魯賓和卡門用同位素示蹤法證明光合作用釋放的O2來自水，自變量是被18O標記的原料，D項正確。
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3.(2025·德州模擬)卡爾文與同事利用14C探明了光合作用中的碳固定途徑，為了進一步探究14CO2和哪種物質(zhì)結(jié)合生成C3，卡爾文在反應(yīng)中將14CO2的濃度由1%突然降至0.003%，檢測部分物質(zhì)的含量變化，結(jié)果如圖所示。下列說法錯誤的是( )
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A.圖中的物質(zhì)B表示C5化合物，物質(zhì)C表示C3化合物
B.1分子14CO2固定生成的2個C3中，只有1個C3中含有14C
C.根據(jù)0 s后物質(zhì)B含量上升即可判定物質(zhì)B最先與CO2結(jié)合
D.若300 s后停止光照，短時間內(nèi)C3含量上升而C5含量下降
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在CO2濃度突然降低時，CO2+C5 2C3這個反應(yīng)會因為CO2減少、C5供應(yīng)不變而使C3減少、C5增加，從題圖中可以看出物質(zhì)B在CO2濃度降低后含量上升，物質(zhì)C在CO2濃度降低后含量下降，所以物質(zhì)B表示C5化合物，物質(zhì)C表示C3化合物，A項正確；CO2固定時，14CO2+C5 2C3,生成的2個C3分子中只有1個C3含有14C，B項正確;雖然0 s后物質(zhì)B含量上升，但不能僅根據(jù)這一點就判定物質(zhì)B最先與CO2結(jié)合，C項錯誤；若300 s后停止光照，NADPH和ATP的合成停止，C3的還原受阻，而CO2的固定仍在進行，所以短時間內(nèi)C3含量上升而C5含量下降，D項正確。
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4.(2023·湖北卷，T8)植物光合作用的光反應(yīng)依賴類囊體膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光復(fù)合體，PS Ⅱ光復(fù)合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現(xiàn)，PS Ⅱ光復(fù)合體上的蛋白質(zhì)LHC Ⅱ，通過與PS Ⅱ結(jié)合或分離來增強或減弱對光能的捕獲(如圖所示)。LHC Ⅱ與PS Ⅱ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是( )
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A.葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲增強
B.Mg2+含量減少會導(dǎo)致PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲減弱
C.弱光下LHC Ⅱ與PS Ⅱ結(jié)合，不利于對光能的捕獲
D.PS Ⅱ光復(fù)合體分解水可以產(chǎn)生H+、電子和O2
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據(jù)題圖可知，在強光下，PS Ⅱ與LHC Ⅱ分離，減弱PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲；在弱光下，PS Ⅱ與LHC Ⅱ結(jié)合，增強PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲。LHC Ⅱ和PS Ⅱ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化，葉肉細胞內(nèi)LHC蛋白激酶活性下降，會導(dǎo)致類囊體膜上PS Ⅱ光復(fù)合體與LHC Ⅱ結(jié)合增多，從而使PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲增強，A項正確。鎂是合成葉綠素的原料，葉綠素能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能，若Mg2+含量減少，PS Ⅱ光復(fù)合體中光合色素含量
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降低，導(dǎo)致PS Ⅱ光復(fù)合體對光能的捕獲減弱，B項正確。弱光下PS Ⅱ光復(fù)合體與LHC Ⅱ結(jié)合，有利于對光能的捕獲，C項錯誤。類囊體膜上的PS Ⅱ光復(fù)合體含有光合色素，在光反應(yīng)中，其能吸收光能并分解水產(chǎn)生H+、電子和O2，D項正確。
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5.卡爾文為了探明暗反應(yīng)中碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，給植物提供14CO2，當反應(yīng)進行至第5 s時，14C出現(xiàn)在一種C5和一種C6中，當時間縮短到0.5 s時，14C出現(xiàn)在一種C3中，下列相關(guān)敘述錯誤的是( )
A.用14C標記CO2的目的是追蹤暗反應(yīng)中的碳原子
B.卡爾文通過控制反應(yīng)時間來探究碳原子的轉(zhuǎn)移途徑
C.若適當延長反應(yīng)時間，則可能會檢測到更多種含14C的化合物
D.該實驗研究暗反應(yīng)，因此應(yīng)該在黑暗環(huán)境中進行
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該實驗中用14C標記CO2的目的是追蹤暗反應(yīng)中的碳原子，便于根據(jù)放射性檢測碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，A項正確；卡爾文通過控制反應(yīng)時間來探究碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，在不同的時間點檢測放射性，能探明碳原子的轉(zhuǎn)移途徑，B項正確；若適當延長反應(yīng)時間，則14C可能會轉(zhuǎn)移到更多的中間產(chǎn)物中，C項正確；該實驗雖研究的是暗反應(yīng)，但暗反應(yīng)的進行需要光反應(yīng)提供NADPH、ATP，因此該實驗要在光照條件下進行，D項錯誤。
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6.氣孔保衛(wèi)細胞的細胞膜中存在一種特殊的K+轉(zhuǎn)運蛋白BLINK1，在光信號的誘導(dǎo)下，BLINK1可以促進K+進入保衛(wèi)細胞，從而使氣孔打開，實現(xiàn)對氣孔的調(diào)控，過程如圖所示。
下列分析正確的是( )
A.BLINK1既有運輸作用又有催化作用
B.光照越強，K+進入保衛(wèi)細胞越多，氣孔
開度越大
C.氣孔打開，短時間內(nèi)會引起C3還原減少，C3含量增加
D.該調(diào)節(jié)過程會使氣孔關(guān)閉，CO2吸收困難，不利于植物生命活動正常進行
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由題圖可知，BLINK1可以催化ATP形成ADP，同時還可以在光的驅(qū)動下將K+運入細胞內(nèi)，故BLINK1既有運輸作用又有催化作用，A項正確；在一定范圍內(nèi)，光照越強，進入保衛(wèi)細胞的K+越多，氣孔開度越大，超出該范圍，光照越強，進入保衛(wèi)細胞的K+可能減少，氣孔開度可能減小，B項錯誤；氣孔打開,短時間內(nèi)會引起固定的CO2增多，而C3的還原不受影響，故C3含量增加，C項錯誤；該調(diào)節(jié)過程可以調(diào)控氣孔的開啟與關(guān)閉，有利于植物適應(yīng)不同環(huán)境，有利于植物的生命活動正常進行，D項錯誤。
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7.植物光合作用過程(A)和人工合成淀粉過程(B)如圖所示。下列敘述錯誤的是( )
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A.植物光合作用和人工合成淀粉過程中所需的酶都是在細胞內(nèi)合成的
B.植物光合作用與人工合成淀粉新途徑中，能量轉(zhuǎn)換方式和還原劑作用對象不相同
C.葉肉細胞內(nèi)類似于CO2→有機C1→C3中間體的過程需光反應(yīng)提供NADPH和ATP
D.與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，人工合成淀粉過程積累的淀粉的量大于植物積累的淀粉的量
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酶是活細胞產(chǎn)生的，題圖所示植物光合作用和人工合成淀粉過程中所需的酶都來自生物體內(nèi)，都是在細胞內(nèi)合成的，A項正確。光合作用中能量轉(zhuǎn)換過程為光能→ATP和NADPH中活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能，還原劑作用對象為C3；人工合成淀粉新途徑中能量轉(zhuǎn)換過程為光能→電能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能，還原劑作用對象為CO2，B項正確。人工合成淀粉新途徑中由CO2
→有機C1→C3中間體的過程，與綠色植物葉肉細胞內(nèi)CO2的固定
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過程類似，不需要光反應(yīng)提供NADPH和ATP，C項錯誤。在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，光合作用、人工合成淀粉兩種途徑合成糖類相等，而人工合成淀粉的過程中沒有呼吸作用消耗糖類(植物呼吸作用消耗糖類)，因此人工合成淀粉過程中積累的淀粉量更多，D項正確。
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光合作用過程中的“二二三四”法則
方法技巧
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8.如圖是某綠藻適應(yīng)水生環(huán)境，提高光合效率的機制圖。光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)X可進入線粒體促進ATP合成。下列敘述錯誤的是( )
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A.物質(zhì)X通過提高有氧呼吸水平促進HC進入細胞質(zhì)基質(zhì)
B.HC利用通道蛋白從細胞質(zhì)基質(zhì)進入葉綠體基質(zhì)
C.水光解產(chǎn)生的H+提高類囊體腔CO2水平，促進CO2進入葉綠體基質(zhì)
D.光反應(yīng)通過確保暗反應(yīng)的CO2的供應(yīng)，幫助該綠藻適應(yīng)水生環(huán)境
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光反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)X可進入線粒體促進ATP合成，因此物質(zhì)X可通過提高有氧呼吸水平促進HC進入細胞質(zhì)基質(zhì)，A項正確；HC進入葉綠體基質(zhì)也需要線粒體產(chǎn)生的ATP供能，屬于主動運輸，通道蛋白只能參與協(xié)助擴散，B項錯誤；據(jù)題圖可知，光反應(yīng)中水光解產(chǎn)生的H+促進HC進入類囊體，并與HC在類囊體腔內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生CO2，因此能增大類囊體腔內(nèi)外CO2濃度差,促進CO2自由擴散進入葉綠體基質(zhì)，C項正確；據(jù)題圖可知，光反應(yīng)生成的物質(zhì)X(O2)促進線粒體的有氧呼吸，產(chǎn)生更多的ATP，有利于HC進入葉綠體基質(zhì)，產(chǎn)生CO2，保證了暗反應(yīng)的CO2供應(yīng)，D項正確。
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9.(2025·武漢模擬)光呼吸是植物利用光能，吸收O2并釋放CO2的過程。研究者將四種酶基因(GLO、CAT、GCL、TSR)導(dǎo)入水稻葉綠體,創(chuàng)造了一條新的光呼吸代謝支路(GCGT支路)，如圖虛線所示。據(jù)圖分析，下列推測不正確的是( )
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A.光呼吸時C5與O2的結(jié)合發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中
B.光呼吸利用的C，一部分可重新進入卡爾文循環(huán)
C.有GCGT支路的轉(zhuǎn)基因植物發(fā)生了基因突變
D.GCGT支路可以降低碳損失，從而提高光合速率
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卡爾文循環(huán)的場所為葉綠體基質(zhì)，題圖中光呼吸代謝支路利用卡爾文循環(huán)中的C5，故C5和O2的結(jié)合發(fā)生在葉綠體基質(zhì)中，A項正確；GCGT支路中，甘油酸可轉(zhuǎn)化為PGA，進而將碳重新回收進入卡爾文循環(huán)，B項正確；轉(zhuǎn)基因?qū)儆诨蛑亟M，C項錯誤；光呼吸代謝支路(GCGT支路)可以將部分碳重新回收進入卡爾文循環(huán)，有利于降低光呼吸消耗，從而提高光合速率，D項正確。
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10.某生物技術(shù)研究所科研團隊歷時六年科研攻關(guān)，實現(xiàn)了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，這是基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重大突破。技術(shù)路徑如圖所示，圖中①~⑥表示相關(guān)過程，以下分析錯誤的是( )
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A.與葉肉細胞相比，該系統(tǒng)不進行細胞呼吸消耗糖類，能積累更多的有機物
B.過程④⑤⑥類似于固定二氧化碳產(chǎn)生糖類的過程
C.該過程實現(xiàn)了“光能→活躍的化學(xué)能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能”的能量轉(zhuǎn)化
D.若該技術(shù)能推廣應(yīng)用，將能夠緩解糧食短缺，同時能節(jié)約耕地
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與葉肉細胞相比，該系統(tǒng)不進行細胞呼吸消耗糖類，能積累更多的有機物，A項正確；④⑤⑥過程形成淀粉，類似于固定二氧化碳產(chǎn)生糖類的過程，B項正確；該過程實現(xiàn)了“光能→電能→有機物中穩(wěn)定的化學(xué)能”的能量轉(zhuǎn)化，C項錯誤；該研究成果的意義是有助于實現(xiàn)碳中和、緩解人類糧食短缺問題和節(jié)約耕地資源，D項正確。
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二、非選擇題
11.(2020·山東卷，T21)人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類，相關(guān)裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質(zhì)，模塊3中的反應(yīng)過程與葉綠體基質(zhì)內(nèi)糖類的合成過程相同。
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(1)該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能的模塊是_____________，模塊3中的甲可與CO2結(jié)合，甲為___________________。
(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則短時間內(nèi)乙的含量將________
(填“增加”或“減少”)。若氣泵停轉(zhuǎn)時間較長，模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率也會發(fā)生改變，原因是_______________________________________。
模塊1和模塊2
五碳化合物(或C5)
減少
模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足
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(3)在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)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(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應(yīng)用前景。
高于
人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類(或植物呼吸作用消耗糖類)
葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少
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(1)根據(jù)題圖可知，模塊1利用太陽能發(fā)電裝置將吸收的光能轉(zhuǎn)換為電能，模塊2利用電能電解H2O生成H+和O2，并發(fā)生能量轉(zhuǎn)換過程。該系統(tǒng)中的模塊1和模塊2執(zhí)行相當于葉綠體中光反應(yīng)功能。模塊3將大氣中的CO2轉(zhuǎn)換為糖類，相當于光合作用的暗反應(yīng)。暗反應(yīng)中CO2和C5結(jié)合生成C3，C3在光反應(yīng)提供的NADPH和ATP的作用下被還原，隨后經(jīng)過一系列反應(yīng)形成糖類和C5，故該系統(tǒng)中模塊3中的甲為五碳化合物(C5)，乙為三碳化合物(C3)。(2)若正常運轉(zhuǎn)過程中氣泵突然停轉(zhuǎn)，則CO2濃度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物(C3)的還原短時間內(nèi)仍正常進行，因此短時間內(nèi)會導(dǎo)致三碳化合物(C3)含量減
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少。暗反應(yīng)為光反應(yīng)提供ADP、Pi和NADP+，若該系統(tǒng)氣泵停轉(zhuǎn)時間較長，則模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP+不足，從而導(dǎo)致模塊2中的能量轉(zhuǎn)換效率發(fā)生改變。(3)植物中糖類的積累量=光合作用合成糖類的量-細胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比，人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類，所以在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于植物。(4)干旱條件下，土壤含水量低，導(dǎo)致植物葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少，因而光合作用速率降低。
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12.(科學(xué)探究)(2021·江蘇卷，T20)線粒體對維持旺盛的光合作用至關(guān)重要，如圖表示葉肉細胞中部分代謝途徑，虛線框內(nèi)表示“草酰乙酸/蘋果酸穿梭”。請據(jù)圖回答下列問題:
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(1)葉綠體在_____________上將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，參與這一過程的兩類色素是__________________________。
(2)光合作用時，CO2與C5結(jié)合產(chǎn)生三碳酸，繼而還原成三碳糖(C3)。為維持光合作用持續(xù)進行，部分新合成的C3必須用于再生_______；運到細胞質(zhì)基質(zhì)中的C3可合成蔗糖，運出細胞。每運出一分子蔗糖相當于固定了________個CO2分子。
類囊體薄膜
葉綠素、類胡蘿卜素
C5
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(3)在光照過強時，細胞必須耗散掉葉綠體吸收的過多光能，避免細胞損傷。草酰乙酸/蘋果酸穿梭可有效地將光照產(chǎn)生的___________中的還原能輸出葉綠體，并經(jīng)線粒體轉(zhuǎn)化為_________中的化學(xué)能。
(4)為研究線粒體對光合作用的影響，用寡霉素(電子傳遞鏈抑制劑)處理大麥，實驗方法是取培養(yǎng)10~14 d大麥苗，將其莖浸入添加了不同濃度寡霉素的水中，通過蒸騰作用使藥物進入葉片。光照培養(yǎng)后，測定、計算光合放氧速率(單位為μ mol O2·mg-1chl·h-1，chl為葉綠素)。請完成下表。
NADPH
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實驗步驟和目的 簡要操作過程
配制不同濃度的寡霉素丙酮溶液 寡霉素難溶于水，需先溶于丙酮，配制高濃度母液，再用丙酮稀釋成不同藥物濃度，用于加入水中
設(shè)置寡霉素為單一變量的對照組 ①__________________________________
②_______________________ 對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片
光合放氧測定 用氧電極測定葉片放氧
③__________________________ ___________________________ 稱重葉片，加乙醇研磨，定容，離心，取上清液測定
在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮
減少葉片差異造成的誤差
葉綠素定量測定(或測定
葉綠素含量)
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(2)C3在葉綠體基質(zhì)中合成，一些C3必須用于再生C5以維持光合作用持續(xù)進行，另一部分被運到細胞質(zhì)基質(zhì)中，運到細胞質(zhì)基質(zhì)中的C3可合成蔗糖，運出細胞。蔗糖是二糖，一分子蔗糖是由兩分子六碳糖結(jié)合形成的，每運出一分子蔗糖需要固定12個CO2分子。(3)光反應(yīng)的產(chǎn)物有ATP和NADPH，其中NADPH起還原劑的作用，含有還原能，草酰乙酸/蘋果酸穿梭可將還原能輸出葉綠體，經(jīng)線粒體進行呼吸作用轉(zhuǎn)化為ATP中的化學(xué)能。(4)設(shè)計實驗應(yīng)遵循單一變量原則和對照原則，①在水中加入相同體積不含寡霉素的丙
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酮，即設(shè)置寡霉素為單一變量的對照組；②對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片，可減少葉片差異產(chǎn)生的誤差；③葉綠素定量測定、計算光合放氧速率以研究線粒體對光合作用的影響，故稱重葉片，加乙醇研磨，定容，離心，取上清液進行葉綠素定量測定。
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