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第4节　光合作用与能量转化
一　捕获光能的色素和结构
必备知识基础练
知识点1捕获光能的色素及提取和分离
1.（2分）下列分离叶绿体中色素的装置，正确的是（　　）
答案：A
解析：在放置滤纸条时，一定注意的是不能让滤液细线触及层析液；层析液易挥发一定要加盖。
2．（2分）下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的操作，正确的是（　　）
A．使用干燥的定性滤纸过滤后收集滤液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
D.研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
答案：B
解析：过滤时应该采用尼龙布，A错误；在画出一条滤液细线后待其干后再重复画线1～2次，C错误；研磨叶片时，用无水乙醇溶解色素，D错误。
3．（2分）下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，错误的是（　　）
A．加入CaCO3是为了防止色素被破坏
B．加入SiO2有利于破坏叶肉细胞
C．分离色素时塞紧试管口是为了防止层析液的挥发
D．滤纸条上的滤液细线中的色素越少越有利于色素分离
答案：D
解析：色素的量合适才能使分离效果明显，故D错误。
4．（2分）如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法不正确的是（　　）
A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少
答案：C
解析：由图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能增多，C错误。
知识点2叶绿体的结构适于进行光合作用
5.（2分）图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（　　）
A．图乙所示结构取自图甲中的③
B．与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C．吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D．叶绿体以图甲中①形式扩大膜面积
答案：A
解析：图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A正确、C错误；光合作用所需的酶分布在类囊体的薄膜上和叶绿体基质中，B错误；叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D错误。
6．（2分）恩格尔曼用极细的光束照射载有水绵和需氧细菌的临时装片①，将临时装片②暴露在光下，结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是（　　）
A．实验开始前，临时装片都要先进行通气处理
B．该对照实验可以证明叶绿体是进行光合作用的场所
C．临时装片中的需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气
D．用透过三棱镜的光束照射临时装片①，会得到与该图示不同的结果
答案：A
解析：实验开始前，临时装片都要先进行隔绝空气处理，A错误。
7．（2分）叶绿体是光合作用的场所，下列关于叶绿体的叙述，正确的是（　　）
A．没有叶绿体的细胞就不能进行光合作用
B．吸收光能的四种色素分布在基质中
C．叶绿体外膜为光合作用的酶提供了附着位点
D．叶绿体内存在的类囊体，极大地扩展了受光面积
答案：D
解析：没有叶绿体的细胞也能进行光合作用，如蓝细菌，A错误；吸收光能的四种色素分布在类囊体薄膜上，B错误；叶绿体外膜上没有与光合作用有关的酶，C错误；叶绿体内存在多个类囊体构成的基粒，类囊体薄膜上含有光合色素，极大地扩展了受光面积，D正确。
核心素养提升练　
8．（3分）科研人员发现了一种色素缺失的豌豆变异植株，提取其色素并进行了纸层析分离，结果如下图（图中数字代表正常植株的色素带位置）。以下关于该变异植株的叙述正确的是 （　　）
A．缺失叶绿素b，植株对蓝紫光、红光的吸收能力减弱
B．缺失胡萝卜素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱
C．缺失叶绿素a，植株对红光的吸收能力减弱
D．缺失叶黄素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱
答案：D
解析：据题意并分析图示可知，①是胡萝卜素、③是叶绿素a、④是叶绿素b；图中缺失的是叶黄素。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光；胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。该变异植株缺失叶黄素，因此对蓝紫光的吸收能力减弱，D正确。
9．（3分）某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是 （　　）
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
答案：D
解析：将5 g新鲜完整的菠菜叶，剪去主叶脉，剪碎，放入研钵中，加入无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙以后，迅速研磨，①错误；将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用铅笔画一条横线，②错误；用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画出一条细线，为增强实验效果，待滤液干燥后，可将滤液细线重复画一到两次，但是不能画得太粗，③错误；将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，不能让滤液细线触及层析液，④错误。因此，以上操作都是错误的，故选D。
10．（3分）科学家恩格尔曼利用水绵和需氧细菌等做了如下实验。甲组：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境中，再用极细光束照射水绵；乙组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下；丙组：用透过三棱镜的光照射载有水绵和需氧细菌的临时装片。下列关于上述实验的分析，错误的是（　　）
A．选择水绵和需氧细菌作实验材料的优点是便于观察和确定释放氧气的部位
B．将临时装片置于没有空气的黑暗环境中的目的是消耗完水绵中的有机物
C．丙组的实验结果可以证明水绵进行光合作用主要利用的是红光和蓝紫光
D．设置乙组实验的目的是对甲组实验结果进行进一步验证
答案：B
解析：需氧细菌会聚集在氧气多的部位，水绵具有叶绿体，且在细胞中呈螺旋带状分布，选择水绵和需氧细菌作实验材料的优点是便于观察和确定释放氧气的部位，A正确；将临时装片置于没有空气的黑暗环境中可以排除自然光和空气中的氧气对实验的干扰，B错误；丙组的实验结果为需氧细菌集中分布在红光和蓝紫光照射的区域，可知水绵进行光合作用主要利用的是红光和蓝紫光，C正确；乙组实验是对甲组实验结果的进一步验证，证明光合作用发生在叶绿体的受光部位，D正确。
11．（3分）“况属高风晚，山山黄叶飞”。下列对深秋季节树叶变黄原因的解释，最合理的是（　　）
A．气温下降使树叶中叶绿素a和叶绿素b分解加快，导致含量减少
B．树叶中叶黄素和类胡萝卜素的含量增多
C．深秋季节光照减弱有利于叶黄素的合成
D．深秋季节植物不吸收Mg，影响了叶绿素的合成
答案：A
解析：秋天气温降低，低温使叶片中叶绿素遭到破坏，叶绿素减少，呈现出类胡萝卜素的颜色，叶片变黄，叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b，A正确，B、C、D错误。
12．（3分）某高一生物兴趣小组为了探究菠菜叶中色素的种类与含量，按照图1步骤进行提取、分离菠菜绿叶中的色素的实验，图2是实验结果。下列有关说法正确的是（　　）
A.图1中的A、B、C分别是无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙
B．图2中滤纸条上距离点样处由近到远的第3条带代表叶绿素a
C．图2中的结果可能是④中的层析液的液面触及滤液细线导致的
D．如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为黄色
答案：A
解析：研磨时需要加入3种物质：无水乙醇（作用是溶解色素）、二氧化硅（有助于充分研磨）、碳酸钙（防止研磨中色素被破坏），A正确；图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，所以滤纸条上距离点样处由近到远的第3条带代表叶黄素，B错误；层析时的关键是不能让层析液触及滤液细线，否则滤液细线中色素会溶解在层析液中，导致色素不能被分离。图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，可能是由于材料是发黄的叶片，C错误；如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为橙黄色（胡萝卜素），D错误。
13．（3分）秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，下列有关推断不合理的是（　　）
A．变窄的是叶黄素和叶绿素a
B．低温下叶绿素容易被破坏
C．滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素
D．叶绿素易溶于无水乙醇
答案：A
解析：绿叶中色素的分离实验中，色素带由上到下依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此变窄的两条色素带是叶绿素a和叶绿素b，A不合理。
14．（3分）
甲、乙两同学进行绿叶中色素的提取和分离实验。如图为纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素带）。下列叙述正确的是 （　　）
A．画滤液细线时，滤液在点样线上可以连续画1～2次
B．色素Ⅲ、Ⅳ在层析液中的溶解度大于Ⅰ、Ⅱ
C．乙同学结果异常，原因可能是用的叶片是老叶
D．色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收蓝紫光
答案：C
解析：画滤液细线时，待滤液干后，再画下一次，如此重复1～2次，A错误；色素Ⅰ、Ⅱ在层析液中的溶解度大于Ⅲ、Ⅳ，B错误；乙同学的实验结果中叶绿素a和叶绿素b的色素带明显窄很多，说明叶片中这两种色素含量少，有可能用的是老叶，C正确；色素Ⅲ、Ⅳ分别是叶绿素a和叶绿素b，主要吸收红光和蓝紫光，D错误。
15．（3分）如图是利用新鲜的菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布情况，下列说法正确的是（　　）
A．①是叶黄素，②是胡萝卜素，它们都是类胡萝卜素
B．③是叶绿素b，其含量最多
C．④的溶解度最高，扩散速度最慢
D．菠菜叶如果放置时间过长，实验中③④色素带宽度会变窄
答案：D
解析：不同色素在层析液中的溶解度不同，溶解度越大，随着层析液扩散的速度越快，可推断出：①是胡萝卜素，②是叶黄素，A错误；③是叶绿素a，其含量最多，B错误；菠菜叶如果放置时间过长，叶绿素会被破坏，实验中③④色素带会变窄，D正确。
16．（7分）某实验小组利用新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：
（1）分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知层析液最先所处的位置是　　　　（填“A”或“B”）处。
（2）在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株缺失第Ⅲ条色素带。缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成　　　　，导致对　　　　光的吸收能力明显减弱。
答案：（1）光合色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢　A　（2）叶黄素　蓝紫
解析：（1）分离绿叶中色素的原理是绿叶中的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。A、B是滤纸条上的标记，在分离色素时，滤液细线的画线处不能触及层析液，据此分析题图可知：层析液最先所处的位置是A处。（2）图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别是叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。叶黄素主要吸收蓝紫光，缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成叶黄素，导致对蓝紫光的吸收能力明显减弱。
17．（12分）图1表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
（1）提取色素时为了研磨充分应加入　　　　　　　　　　　　。
（2）纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是　　　　，据此能得出的结论是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在　　　　光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）每分子叶绿素含有一个Mg2＋，可被H＋、Cu2＋等置换。韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后，其颜色与研磨时未加　　　　　的颜色相似，呈现黄褐色。实验室常用含Cu2＋的试剂处理叶片，可形成铜代叶绿素，能长时间保持叶片标本的绿色，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：（1）二氧化硅（SiO2）
（2）橙黄色、黄色　叶绿素的形成需要光
（3）红　叶绿素不稳定，在强光下易分解
（4）碳酸钙（CaCO3）　铜代叶绿素比叶绿素稳定
解析：（1）在提取绿叶中的色素时要在研钵中加入二氧化硅有助于研磨得充分。（2）滤纸条从上到下依次是胡萝卜素（最窄）、叶黄素、叶绿素a（最宽）、叶绿素b，据图可知，图2中共有的色素带的颜色是橙黄色、黄色，说明叶绿素的形成需要光。（3）叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，由于韭黄色素滤液中缺少叶绿素，所以它们吸收光谱最明显的差异出现在红光区域。韭菜滤液在强光下曝光1～2 h后，由于叶绿素不稳定，会被分解，所以重复上述实验，其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致。
易错辨析：对叶绿体结构与功能的整体认识
18．（3分）下列有关叶绿体的结构和功能的叙述正确的是（　　）
A．叶绿的内外两层膜是透明的，显微镜下观察到的绿色结构是其类囊体膜
B．不同色素在无水乙醇中溶解度不同，是它们能在滤纸条上分离的主要原因
C．叶绿体基质中，除含有光合作用所需的所有酶外，还含有少量DNA和RNA
D．叶绿体在光下可以释放氧气，但在黑夜里却吸收氧气释放二氧化碳，所以晚上室内不应放置太多植物
答案：A
解析：叶绿体色素位于类囊体膜上，色素在层析液中溶解度不同是它们在滤纸条上分离的原因，故A正确，B错误；叶绿体中与光合作用有关的酶分布在类囊体膜和基质中，基质中不含呼吸酶，故C和D项均错误。
二　光合作用的原理
必备知识基础练
知识点1光合作用原理的探索
1.（2分）希尔实验是将分离出的叶绿体加到草酸铁中，经光照后发生反应：4Fe3＋＋2H2O4Fe2＋＋4H＋＋O2↑，下列有关该实验的说法，错误的是（　　）
A．反应后溶液的pH降低
B．每生成1 mol O2转移4 mol电子
C．叶绿素被氧化
D．该实验可说明水的光解产生O2
答案：C
解析：从反应式可看出，反应后溶液H＋增多，酸性增强，pH降低，每生成1 mol O2转移4 mol电子，但叶绿素并没有改变，同时可知光合作用中水的光解产生O2。
2．（2分）下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是（　　）
A．卡尔文的实验能说明光合作用需要原料CO2
B．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C．阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D．鲁宾和卡门利用同位素同时标记CO2和水，证明光合作用释放的O2来自水
答案：D
解析：卡尔文的实验探究了暗反应过程CO2中碳的转移途径，能够说明光合作用需要原料CO2，A正确；希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂（悬浮液中有水，没有CO2），在光照下可以释放出氧气，说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，B正确；阿尔农发现在光照下，叶绿体可合成ATP，并发现这一过程总是与水的光解相伴随，C正确；鲁宾和卡门利用同位素分别标记CO2和水，证明光合作用释放的O2来自水，D错误。
3．（2分）下列几位科学家的相关探究实验中，所用技术方法不同于其他三位的是（　　）
A．卡尔文探究碳元素在光合作用中的转移途径
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
D．科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径
答案：C
解析：A、B、D选项中的科学家都用到了同位素示踪法。
知识点2光合作用的原理
4.（2分）在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其 （　　）
A．氧气的释放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖类的合成量
答案：A
解析：光合作用可分为光反应和暗反应两个阶段，光反应是指植物利用光能，将光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，为暗反应提供能量，产生氧气，氧气易于检测，A正确、B错误；光合作用的暗反应实质是一系列的酶促反应，消耗二氧化碳并生成糖类，故检测二氧化碳的消耗量及糖类的合成量更适于测定是否完成暗反应，C、D错误。
5．（2分）如图表示光合作用过程，其中Ⅰ、Ⅱ代表光合作用的两个阶段，a、b、c表示相关物质，下列叙述错误的是（　　）
A.阶段Ⅰ表示光反应阶段，阶段Ⅱ表示暗反应阶段
B．物质a表示NADPH，物质c表示NADP＋，其中作为还原剂的为物质a
C．阶段Ⅰ和Ⅱ都需要酶的参与
D．物质b为ADP，在叶绿体类囊体膜上产生
答案：D
解析：由题图可知：Ⅰ在类囊体薄膜上进行，故Ⅰ为光反应阶段，Ⅱ在叶绿体基质中进行，故Ⅱ为暗反应阶段，A正确；暗反应过程中作为还原剂的是a（NADPH），B正确；Ⅰ为光反应阶段，Ⅱ为暗反应阶段，光反应阶段和暗反应阶段都需要酶的催化，C正确；物质b为ADP，ADP在叶绿体基质中产生，在叶绿体类囊体膜上消耗，D错误。
6．（2分）下列有关光合作用的叙述，正确的是 （　　）
A．光反应和暗反应的进行都需要光
B．光反应和暗反应的进行都需要酶的参与
C．光反应和暗反应的进行都需要消耗ATP
D．光反应和暗反应都是在叶绿体的类囊体薄膜上进行
答案：B
解析：光合作用的暗反应不需要光，所以在光照和黑暗条件下都能进行，A错误；光反应和暗反应都必须有酶的催化作用才能完成，B正确；光反应生成ATP，暗反应消耗ATP，C错误；光反应是在叶绿体的类囊体薄膜上进行，暗反应是在叶绿体的基质中进行，D错误。
7．（2分）如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是（　　）
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
答案：B
解析：F为C5，若光照突然停止，光反应停止，ATP和NADPH减少，C3的还原减弱，形成的C5减少，CO2量不变，固定过程消耗的C5不变，短时间内叶绿体中C5的含量会减少，B错误。
　核心素养提升练
8．（3分）希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是（　　）
A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上
C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
答案：B
解析：从希尔反应和阿尔农发现，得不到信息：NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上，B错误。
9．（3分）如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解，下列分析错误的是 （　　）
A．该过程不需要光，发生的场所为叶绿体基质
B．细胞呼吸过程中也产生物质A，同样具有还原剂的作用
C．CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类、C5
D．突然降低二氧化碳浓度，短时间内C5的含量迅速上升
答案：B
解析：该过程是光合作用的暗反应阶段，不需要光，发生的场所为叶绿体基质，A正确；细胞呼吸中产生的[H]实际上是还原型辅酶Ⅰ（NADH），光合作用中产生的是还原型辅酶Ⅱ（NADPH），B错误；暗反应中CO2首先被C5固定生成C3，C3再被还原生成（CH2O）和C5，故CO2转移途径是CO2→C3→（CH2O）、C5，C正确；突然降低二氧化碳浓度，C5的消耗量降低，而C5的合成量不变，所以短时间内C5的含量迅速上升，D正确。
10．（3分）如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是（　　）
答案：B
解析：根据光合作用的反应过程，如果突然停止供给CO2，暗反应受到抑制，NADPH的消耗量减少；但光反应正常进行，NADPH的产生速率不变，故NADPH的量增多。随着时间延长，由于叶绿体内部因素的限制，NADPH含量达到最大后将不再增加。
11．（3分）在光合作用的探索历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程，如图所示（e－为负电子）。下列分析正确的是（　　）
A．完成过程①需要叶绿体色素，有无光照都可进行
B.过程②发生在类囊体薄膜上并存在能量的转换
C.NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应
D.自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中
答案：B
解析：过程①是水在光下分解，需要叶绿体中的色素分子吸收的光能，故此过程必须在光照环境下才能发生，A错误；过程②表示NADPH的形成，发生在类囊体薄膜上，同时此过程把光能转化成的化学能储存在NADPH中，B正确；暗反应过程中，NADPH进入叶绿体基质并参与C3的还原反应，C错误；过程①②不一定是在叶绿体中进行，如自养生物蓝细菌为原核生物并没有叶绿体，也能发生过程①②，D错误。
12．（3分）如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是（　　）
A．图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿体基质
B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
C．甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
D．图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
答案：A
解析：图示为叶绿体的类囊体薄膜，A侧为叶绿体基质，A错误；图示过程为光反应，水分解为氧和H＋的同时还产生电子，能量变化是光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，B、D正确；甲表示色素分子，其中叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，C正确。
13．（16分）阅读下列材料，回答问题：
材料　在美国黄石公园的细菌垫以及澳大利亚的海滩岩等阴暗环境中，存在着一种蓝细菌。最新研究发现，这些细菌的特别之处在于，它们在光合作用过程中可使用“近红外光”，而不仅是利用发生在大多数生物中的“可见红光”。光合系统能将太阳能转换成为化学能，从而为生命提供动力。在已知的所有植物、藻类、蓝细菌中都存在叶绿素a，几乎所有的有氧光合作用中，都需要依赖叶绿素a来收集可见光、再将可见光转化为化学物质和氧气。
然而，当一些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的标准系统就会失效，而被含另一种叶绿素——叶绿素f的系统接管。在新的研究中，科学家发现，叶绿素f能吸收波长大于760 nm的光，是已知能吸收最大波长的光的叶绿素。
当处于荫蔽或者光线较暗的条件下时，叶绿素f就会在光合作用过程中起着关键性的作用，它能利用能量很低的近红外光来进行复杂的化学反应。
（1）如图为光合作用基本过程示意图，请结合图解回答下列问题：
①代表的生理阶段是　　　　，②代表的细胞结构是　　　　　　　，③代表的物质是　　　　；①为暗反应阶段提供了　　　　，暗反应中CO2的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）将你学过的光合作用知识并结合本材料进行比较，将不同之处填入下表。
项目 叶绿素种类 叶绿素 分布 吸收光的种类
黑藻 ①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 叶绿体类 囊体薄膜 ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
蓝细菌 ③________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 细胞膜 ④________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
（3）下列不属于本项研究重要发现的是　　　　。
A．存在一种新的叶绿素——叶绿素f
B．具有叶绿素f的生物中无其他叶绿素
C．叶绿素f具有吸收近红外光的作用
D．叶绿素f在光合作用中起辅助作用
（4）请结合本材料，从生物进化角度，阐述叶绿素a和叶绿素f出现的可能顺序：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：（1）光反应　叶绿体基质　O2　ATP、NADPH　与C5结合形成C3
（2）①叶绿素a、叶绿素b　②红光、蓝紫光　③叶绿素a、叶绿素f　④红外光、红光、蓝紫光
（3）B　（4）当处于荫蔽或者光线较暗的条件下时，叶绿素f就会在光合作用过程中起着关键性的作用。所以在地球形成之初，叶绿素f可能先出现。慢慢随着大气地散开，光照条件转好，生物体为更好地吸收光能，叶绿素a才可能出现
14．（12分）光合作用过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回答问题：
（1）叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的　　　　，吸收光能的　　　　　　　　就分布在类囊体的薄膜上。
（2）氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系统（含离体叶绿体）中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了　　　　。上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。
（3）科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不做处理，测定得到下图所示结果。
①据实验结果可知，实验组虽然　　　　　　　　几乎被完全抑制，但氧气产生量　　　　　　　　，由此可判断________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与　　　　过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在　　　　阶段，两者存在一定关联。
答案：（1）基粒　光合色素　（2）氧气　（3）①CO2的固定　与对照组无显著差异　水的光解与CO2固定过程相对独立　②水的光解　光反应
解析：（1）叶绿体内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的基粒，其上分布有吸收光能的光合色素。（2）由于氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且，在叶片匀浆—肌红蛋白系统观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了氧气。（3）①从图中看出实验组CO2的固定几乎被完全抑制，但氧气产生量与对照组无显著差异，氧气的产生是通过水的光解产生的，由此说明了水的光解与CO2固定过程相对独立。②ATP和氧气的产生（是通过水的光解产生）都是在光反应阶段产生的，从图中看出，实验组氧气产生量与对照组无显著差异，但ATP合成量显著降低，表明ATP合成过程并不与水的光解同步进行。
易错辨析：光合作用两个阶段之间的联系
15．（3分）CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是（　　）
A．CO2供应不足使固定形成的C3减少
B．C3还原所消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
答案：D
解析：根据光合作用过程可知，CO2供应不足，C3减少，光反应积累的NADPH和ATP的量相对增多，细胞中ADP、Pi、NADP＋相应地减少，光反应能力下降，分解水减少，释放O2减少。
三　光合作用原理的应用
必备知识基础练
　
知识点1探究光照强度对光合作用强度的影响
1.（2分）检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查（　　）
A．光合作用产生的水量
B．CO2的消耗量
C．植物体的叶绿素含量
D．植物体葡萄糖的氧化量
答案：B
解析：光合作用中既有水的消耗，又有水的产生，且植物体内水的消耗速率不易测量，A错误；通过测定CO2的消耗速率可以检测植物光合作用速率的变化情况，B正确；植物体内叶绿体中的叶绿素含量变化不易测定，C错误；葡萄糖的氧化量代表细胞呼吸的大小，不是光合作用的大小，D错误。
2．（2分）关于探究光照强度对光合速率的影响实验叙述错误的是 （　　）
A．实验过程中注射器的作用是排除小圆片内的气体
B.可以通过观察小圆片上浮所需要的时间来反映光合速率
C．实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡
D．如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短
答案：D
解析：如果升高环境温度，有可能会使酶的活性下降而导致光合速率下降，小圆片上浮时间会延长，D错误。
3．（2分）用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验，下列叙述不正确的是 （　　）
A．离体的叶绿体中能合成糖类
B．碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳
C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生
D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
答案：D
解析：灯与锥形瓶之间的距离，表示不同的光照强度，光照强度影响光合作用的强度，D错误。
4．（2分）取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内氧气的增加量如图所示，下列叙述错误的是 （　　）
A．装置内增加的氧气来自水
B．光照强度为a时，光合作用停止
C．丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低
D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系
答案：B
解析：光照强度为a时，装置内氧气的增加量为0，说明此光照强度下光合作用强度与细胞呼吸强度相等，B错误。
知识点2影响光合作用的因素
5．（2分）如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图描述错误的是（　　）
A．ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度
B.bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降
C．de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D．从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
答案：C
解析：de段随着时间的递增，光照强度逐渐减弱，导致光合作用强度逐渐降低，即de段光合作用强度变化的主要原因是光照强度减弱，C错误。
6．（2分）阳台菜园逐渐成为城市生活的一种时尚，可为居民提供新鲜蔬菜。下列有关说法正确的是（　　）
A．阳台内的蔬菜进行光合作用主要利用自然光
B．为提高产量，在晚上可适当提高阳台蔬菜所处环境的温度
C．增施农家肥可提高二氧化碳浓度，促进夜间暗反应的不断进行
D．蔬菜中的叶绿素对光的吸收效率与光的波长呈正相关
答案：A
解析：一般情况下，阳台内的蔬菜进行光合作用利用的光是自然光，A正确；为提高产量，在晚上可适当降低阳台蔬菜所处环境的温度，以减少有机物的消耗，B错误；夜间没有光照，不能为暗反应提供NADPH和ATP，因此不能持续进行暗反应，C错误；叶绿素a与叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，而对绿光的吸收则很少，因此叶绿素对光的吸收效率与光的波长不呈正相关，D错误。
知识点3光合作用与呼吸作用的联系
7.（2分）如果将一株绿色植物栽培在含HO的完全培养液中，给予充足的光照，经过一段时间后，下列物质中能含18O的是（　　）
①周围空气的氧气　②周围空气的二氧化碳　
③周围空气的水分子　④光合作用产生的葡萄糖
A．① B．①③
C．①②③ D．①②③④
答案：D
解析：水的光解产生氧气，周围空气中的氧气含有18O，①正确；水参与细胞呼吸过程，与丙酮酸反应产生二氧化碳释放到空气中，②正确；植物吸收的水大多数用于蒸腾作用散失到空气中，③正确；由于周围空气的二氧化碳含18O，二氧化碳是光合作用的原料，光合作用生成的葡萄糖也含有18O，④正确。
核心素养提升练
　
8．（3分）图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用注射器抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间（见图乙），以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是 （　　）
A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B．在bc段，单独增加光照、提高温度或提高CO2浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C．因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶片不能进行细胞呼吸
D．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
答案：D
解析：据图分析，在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐增强，释放的氧气量增多，叶圆片上浮至液面所用的平均时间减少，A错误；在bc段，已经达到二氧化碳饱和点，此时限制光合作用的因素不再是二氧化碳浓度，单独增加CO2浓度，不能缩短叶圆片上浮的时间，因不知在实验过程中是否提供最适光照强度和温度，所以在bc段，单独增加光照或提高温度，不一定可以缩短叶圆片上浮的时间，B错误；配制的NaHCO3溶液中不含氧气，随着光合作用的进行叶圆片会释放氧气，所以整个实验过程中叶圆片能进行细胞呼吸，C错误；在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降，产生氧气量减少，叶圆片上浮至液面所用的平均时间增加，D正确。
9．（3分）图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置（　　）
A．AB之间 B．BC之间
C．C点以后 D．B点
答案：A
解析：从图甲可以看出，线粒体产生的CO2除了供给叶绿体，还释放出一部分，说明细胞呼吸强度大于光合作用强度。分析图乙，AB段光合作用速率小于细胞呼吸速率，因此图甲位于图乙的AB之间。
10．（3分）叶面积指数是指单位土地面积上植物的总叶面积，叶面积指数越大，叶片交错重叠程度越大。如图表示某研究小组测得的叶面积指数与光合作用和呼吸作用强度的关系。下列叙述错误的是（　　）
A．A点时，光合作用和呼吸作用强度相等
B．应在相同光照强度下测定叶面积指数
C．叶面积指数为5时，对农作物增产最有利
D．叶面积指数一旦超过7，农作物就会减产
答案：D
解析：分析题图可知，A点时，光合作用和呼吸作用强度相等，A正确；测定叶面积指数时，光照强度属于无关变量，应保证相同且适宜，B正确；分析题图可知，叶面积指数为5时，光合作用强度与呼吸作用强度的差值最大，说明积累的有机物最多，对农作物增产最有利，C正确；叶面积指数为7～9时，光合作用强度大于呼吸作用强度，存在有机物的积累，叶面积指数超过9时，农作物才会减产，D错误。
11．（3分）某研究小组测定了植物甲和乙在一定的CO2浓度和适宜温度条件下，光合速率随光照强度的变化，结果如图所示。下列叙述正确的是（　　）
A．在光照强度为b时，植物甲的实际光合速率与植物乙的相同
B．在光照强度为b时，若每天光照12小时，则植物乙无法正常生长
C．同等光照强度下植物甲、乙光合速率不同的根本原因是叶肉细胞中叶绿素含量不同
D．将植物甲、乙分别置于黑暗环境中，植物甲单位时间内消耗的有机物更多
答案：B
解析：在光照强度为b时，植物甲的净光合速率与植物乙的相同，但是呼吸速率不相同，因此实际光合速率不同，A错误；在光照强度为b时，若每天光照12小时，白天积累的有机物，恰好等于夜晚呼吸消耗掉的有机物，因此植物乙无法正常生长，B正确；同等光照强度下植物甲、乙光合速率不同的根本原因是遗传物质不同，C错误；由图可以看出，植物乙的呼吸速率更大，因此将植物甲、乙分别置于黑暗环境中，植物乙单位时间内消耗的有机物更多，D错误。
12．（3分）如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。下列分析正确的是（　　）
A．CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用
B．适当增加光照强度，a点将左移，此时叶肉细胞呼吸速率与光合速率相等
C.CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度不一定相等
D．甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强
答案：C
解析：对甲植物而言，a点时CO2的净吸收速率为0，说明此时光合作用强度等于呼吸作用强度，在a点之前，甲植物已经开始进行光合作用，A错误；适当增加光照强度，光合速率增大，a点将左移，此时植物整体表现为光合速率与呼吸速率相等，但对叶肉细胞自身而言是光合速率大于呼吸速率，B错误；CO2浓度为b时，甲、乙的净光合作用强度相等，而总光合作用强度＝净光合作用强度＋呼吸作用强度，故甲、乙的总光合作用强度不一定相等，C正确；在一定范围内，随CO2浓度增大，甲、乙的光合作用强度增强，超过这一范围，CO2浓度再增大，光合作用强度不再变化，D错误。
13．（3分）下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况。除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析正确的是 （　　）
A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
B．乙图中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量多
C．图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度和光照强度
D．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
答案：A
解析：甲图中a点时光合速率不再增大，限制因素可能是叶绿体中色素的含量，A正确；乙图中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量少，B错误；图中M、N、P点的限制因素分别是光照强度、光照强度和温度，C错误；丙图中，随着温度的升高，光合速率提高，超过一定范围，光合速率将下降，D错误。
14．（14分）夏日晴天的中午，高温、低湿常引起植物光合作用速率下降，称为“光合午休”。科研人员以小麦为实验材料，研究了温度和湿度对小麦“光合午休”的影响，实验处理及结果如下表所示。分析回答下列问题：
（1）小麦捕获光能的色素分布在　　　　　　　，具体地说，色素吸收的光能用于光反应中的　　　　　　　，色素含量下降还会间接影响　　　　过程。
（2）根据实验结果可以判断，导致小麦“光合午休”现象出现的最主要因素是　　　　（填“温度”“湿度”或“温度和湿度”）。
（3）比较　　　　组的数据可以看出，温度过高会导致小麦光合速率降低。为进一步确定空气相对湿度为50%时该小麦光合作用的最适温度，设计的实验思路应是　　　　。
（4）与大水漫灌相比，在生产实践中采用喷灌方式不仅节水，而且能有效消除作物的“光合午休”现象，原因是________________________________________________________________________。
答案：（1）叶绿体类囊体薄膜　水的光解和ATP、NADPH的合成　C3的还原
（2）湿度
（3）3和4　在25～37℃范围内，设置更小的温度梯度进行实验
（4）喷灌可以明显地提高空气相对湿度，降低空气温度，从而提高光合速率
15．（11分）影响绿色植物光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度、温度等，内部因素有酶的活性、色素的含量、C5的含量等。请据图分析，回答下列问题：
（1）如果横坐标代表光照强度，其影响光合速率主要是影响光合作用的　　　　阶段，此时内部限制性因素最可能是　　　　。若阴生植物的光合作用曲线为c，则阳生植物的光合作用曲线最可能是　　　　。
（2）如果横坐标代表温度，温度主要通过影响　　　　来影响光合速率。
（3）如果横坐标代表CO2的浓度，其影响光合作用主要是影响　　　　的产生，此时内部限制性因素最可能是　　　　。
（4）若将某植物叶片在25 ℃条件下暗处理1小时，该叶片质量（主要是葡萄糖）减少了2 mg，之后立即光照1小时，经称重，光照后比暗处理前质量增加了5 mg。该叶片光照1小时产生的总光合作用量为　　　　 mg。
答案：（1）光反应　色素的含量　a　（2）酶的活性　（3）C3　C5的含量　（4）9
解析：（1）光照强度影响光合作用中光反应阶段，场所是叶绿体的类囊体薄膜。当光合速率达到最大值且温度适宜时，此时内部限制因素最可能是色素的含量。阳生植物的光饱和点和光补偿点较阴生植物大，所以光合作用曲线最可能的是a。（3）CO2作为光合作用的原料，参与光合作用的暗反应阶段，与C5结合形成C3。如果横坐标代表CO2的浓度，CO2的浓度影响光合速率，主要是影响C3的产生，当光合速率达到最大值时，此时限制因素最可能是内部因素中的C5的含量。（4）将某植物叶片在25 ℃条件下暗处理1 h，该叶片质量（主要是葡萄糖）减少了2 mg，即呼吸速率为2 mg/h，之后立即光照1 h，经称重，光照后比暗处理前质量增加了5 mg，该叶片光照1 h产生的总光合作用量为5＋2＋2＝9（mg）。
易错辨析：密闭环境与自然环境中光合曲线的比较
16．（3分）将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是（　　）
　　
A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后
B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高
C．图甲中的F点对应图乙中的g点
D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加
答案：C
解析：图甲中的C、F点表示光合作用速率等于细胞呼吸速率，根据相应的时间可知，与图乙中的d、h点相符，即C点对应d点，F点对应h点，故C错误。第4节　光合作用与能量转化
一　捕获光能的色素和结构
必备知识基础练
知识点1捕获光能的色素及提取和分离
1.（2分）下列分离叶绿体中色素的装置，正确的是（　　）
2．（2分）下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的操作，正确的是（　　）
A．使用干燥的定性滤纸过滤后收集滤液
B．将干燥处理过的定性滤纸条用于层析
C．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次
D.研磨叶片时，用体积分数为70%的乙醇溶解色素
3．（2分）下列关于绿叶中色素的提取和分离实验的叙述中，错误的是（　　）
A．加入CaCO3是为了防止色素被破坏
B．加入SiO2有利于破坏叶肉细胞
C．分离色素时塞紧试管口是为了防止层析液的挥发
D．滤纸条上的滤液细线中的色素越少越有利于色素分离
4．（2分）如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断，以下说法不正确的是（　　）
A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B．用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C．由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量显著减少
知识点2叶绿体的结构适于进行光合作用
5.（2分）图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（　　）
A．图乙所示结构取自图甲中的③
B．与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C．吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D．叶绿体以图甲中①形式扩大膜面积
6．（2分）恩格尔曼用极细的光束照射载有水绵和需氧细菌的临时装片①，将临时装片②暴露在光下，结果如图所示。下列关于该实验的叙述错误的是（　　）
A．实验开始前，临时装片都要先进行通气处理
B．该对照实验可以证明叶绿体是进行光合作用的场所
C．临时装片中的需氧细菌的聚集位置说明光合产物中有氧气
D．用透过三棱镜的光束照射临时装片①，会得到与该图示不同的结果
7．（2分）叶绿体是光合作用的场所，下列关于叶绿体的叙述，正确的是（　　）
A．没有叶绿体的细胞就不能进行光合作用
B．吸收光能的四种色素分布在基质中
C．叶绿体外膜为光合作用的酶提供了附着位点
D．叶绿体内存在的类囊体，极大地扩展了受光面积
核心素养提升练　
8．（3分）科研人员发现了一种色素缺失的豌豆变异植株，提取其色素并进行了纸层析分离，结果如下图（图中数字代表正常植株的色素带位置）。以下关于该变异植株的叙述正确的是 （　　）
A．缺失叶绿素b，植株对蓝紫光、红光的吸收能力减弱
B．缺失胡萝卜素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱
C．缺失叶绿素a，植株对红光的吸收能力减弱
D．缺失叶黄素，植株对蓝紫光的吸收能力减弱
9．（3分）某同学在进行“绿叶中色素的提取和分离”实验时，进行了以下操作：①将5 g新鲜菠菜叶片剪碎放入研钵中，加入无水乙醇后直接进行研磨；②将预备好的滤纸条一端剪去两角，在距这一端1 cm处用钢笔画一条横线；③为增强实验效果，将滤液细线画粗些；④将滤纸条画有滤液细线的一端朝下，轻轻插入层析液中，让滤液细线浸入层析液中。该同学的操作有误的是 （　　）
A．① B．①②
C．①②③ D．①②③④
10．（3分）科学家恩格尔曼利用水绵和需氧细菌等做了如下实验。甲组：把载有水绵和需氧细菌的临时装片放在无空气的黑暗环境中，再用极细光束照射水绵；乙组：将载有水绵和需氧细菌的临时装片完全暴露在光下；丙组：用透过三棱镜的光照射载有水绵和需氧细菌的临时装片。下列关于上述实验的分析，错误的是（　　）
A．选择水绵和需氧细菌作实验材料的优点是便于观察和确定释放氧气的部位
B．将临时装片置于没有空气的黑暗环境中的目的是消耗完水绵中的有机物
C．丙组的实验结果可以证明水绵进行光合作用主要利用的是红光和蓝紫光
D．设置乙组实验的目的是对甲组实验结果进行进一步验证
11．（3分）“况属高风晚，山山黄叶飞”。下列对深秋季节树叶变黄原因的解释，最合理的是（　　）
A．气温下降使树叶中叶绿素a和叶绿素b分解加快，导致含量减少
B．树叶中叶黄素和类胡萝卜素的含量增多
C．深秋季节光照减弱有利于叶黄素的合成
D．深秋季节植物不吸收Mg，影响了叶绿素的合成
12．（3分）某高一生物兴趣小组为了探究菠菜叶中色素的种类与含量，按照图1步骤进行提取、分离菠菜绿叶中的色素的实验，图2是实验结果。下列有关说法正确的是（　　）
A.图1中的A、B、C分别是无水乙醇、二氧化硅、碳酸钙
B．图2中滤纸条上距离点样处由近到远的第3条带代表叶绿素a
C．图2中的结果可能是④中的层析液的液面触及滤液细线导致的
D．如果采用圆形滤纸法分离色素，则最外一圈的颜色为黄色
13．（3分）秋季枫树等植物的叶片变为红色，主要是由于花青素增多而叶绿素含量降低所致，实验小组对此进行实验验证：用无水乙醇提取叶片中色素，用层析液进行分离，结果滤纸条上出现四条色素带，靠近层析液的两条色素带非常窄，下列有关推断不合理的是（　　）
A．变窄的是叶黄素和叶绿素a
B．低温下叶绿素容易被破坏
C．滤纸条未显现花青素的原因可能是花青素为水溶性色素
D．叶绿素易溶于无水乙醇
14．（3分）
甲、乙两同学进行绿叶中色素的提取和分离实验。如图为纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素带）。下列叙述正确的是 （　　）
A．画滤液细线时，滤液在点样线上可以连续画1～2次
B．色素Ⅲ、Ⅳ在层析液中的溶解度大于Ⅰ、Ⅱ
C．乙同学结果异常，原因可能是用的叶片是老叶
D．色素Ⅲ、Ⅳ主要吸收蓝紫光
15．（3分）如图是利用新鲜的菠菜叶进行“绿叶中色素的提取和分离”的实验，滤液经层析后，色素带在滤纸条上的分布情况，下列说法正确的是（　　）
A．①是叶黄素，②是胡萝卜素，它们都是类胡萝卜素
B．③是叶绿素b，其含量最多
C．④的溶解度最高，扩散速度最慢
D．菠菜叶如果放置时间过长，实验中③④色素带宽度会变窄
16．（7分）某实验小组利用新鲜的绿叶为材料，进行绿叶中色素的提取与分离实验，实验结果如图所示。请回答下列问题：
（1）分离绿叶中的色素常用纸层析法，该方法的原理是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
A、B是滤纸条上的标记，根据实验现象可知层析液最先所处的位置是　　　　（填“A”或“B”）处。
（2）在色素的提取与分离过程中，偶然发现某植株缺失第Ⅲ条色素带。缺失第Ⅲ条色素带的植株不能合成　　　　，导致对　　　　光的吸收能力明显减弱。
17．（12分）图1表示某生物兴趣小组利用韭菜宿根进行相关实验的流程，请分析回答下列问题：
（1）提取色素时为了研磨充分应加入　　　　　　　　　　　　。
（2）纸层析法分离色素的“结果①”如图2所示，其中共有的色素带的颜色是　　　　，据此能得出的结论是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）将等量刚制备的韭菜和韭黄色素滤液放在阳光与三棱镜之间，“结果②”吸收光谱最明显的差异出现在　　　　光区域。将制得的韭菜滤液在强光下曝光1～2 h，再重复上述实验，其结果与韭黄滤液的实验结果基本一致，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（4）每分子叶绿素含有一个Mg2＋，可被H＋、Cu2＋等置换。韭菜滤液用5%的HCl处理一段时间后，其颜色与研磨时未加　　　　　的颜色相似，呈现黄褐色。实验室常用含Cu2＋的试剂处理叶片，可形成铜代叶绿素，能长时间保持叶片标本的绿色，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
易错辨析：对叶绿体结构与功能的整体认识
18．（3分）下列有关叶绿体的结构和功能的叙述正确的是（　　）
A．叶绿的内外两层膜是透明的，显微镜下观察到的绿色结构是其类囊体膜
B．不同色素在无水乙醇中溶解度不同，是它们能在滤纸条上分离的主要原因
C．叶绿体基质中，除含有光合作用所需的所有酶外，还含有少量DNA和RNA
D．叶绿体在光下可以释放氧气，但在黑夜里却吸收氧气释放二氧化碳，所以晚上室内不应放置太多植物
二　光合作用的原理
必备知识基础练
知识点1光合作用原理的探索
1.（2分）希尔实验是将分离出的叶绿体加到草酸铁中，经光照后发生反应：4Fe3＋＋2H2O4Fe2＋＋4H＋＋O2↑，下列有关该实验的说法，错误的是（　　）
A．反应后溶液的pH降低
B．每生成1 mol O2转移4 mol电子
C．叶绿素被氧化
D．该实验可说明水的光解产生O2
2．（2分）下列关于探索光合作用原理的部分实验，描述错误的是（　　）
A．卡尔文的实验能说明光合作用需要原料CO2
B．希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应
C．阿尔农发现水的光解过程伴随着ATP的合成
D．鲁宾和卡门利用同位素同时标记CO2和水，证明光合作用释放的O2来自水
3．（2分）下列几位科学家的相关探究实验中，所用技术方法不同于其他三位的是（　　）
A．卡尔文探究碳元素在光合作用中的转移途径
B．鲁宾和卡门证明光合作用释放的氧气来自水
C．恩格尔曼证明叶绿体是光合作用的场所
D．科学家探究分泌蛋白的合成和分泌途径
知识点2光合作用的原理
4.（2分）在实验室中，如果要测定藻类植物是否完成光反应，最好是检验其 （　　）
A．氧气的释放量
B．ATP的生成量
C．二氧化碳的消耗量
D．糖类的合成量
5．（2分）如图表示光合作用过程，其中Ⅰ、Ⅱ代表光合作用的两个阶段，a、b、c表示相关物质，下列叙述错误的是（　　）
A.阶段Ⅰ表示光反应阶段，阶段Ⅱ表示暗反应阶段
B．物质a表示NADPH，物质c表示NADP＋，其中作为还原剂的为物质a
C．阶段Ⅰ和Ⅱ都需要酶的参与
D．物质b为ADP，在叶绿体类囊体膜上产生
6．（2分）下列有关光合作用的叙述，正确的是 （　　）
A．光反应和暗反应的进行都需要光
B．光反应和暗反应的进行都需要酶的参与
C．光反应和暗反应的进行都需要消耗ATP
D．光反应和暗反应都是在叶绿体的类囊体薄膜上进行
7．（2分）如图是光合作用过程的图解，其中A～G代表物质，a、b、c代表生理过程。下列相关叙述错误的是（　　）
A．图中a过程发生在类囊体薄膜上
B．若光照突然停止，短时间内叶绿体中F的含量会增加
C．c过程是CO2固定，发生在叶绿体基质中
D．E接受C和NADPH释放的能量并被NADPH还原
　核心素养提升练
8．（3分）希尔从细胞中分离出叶绿体，并发现在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能放出O2，同时使电子受体还原。希尔反应是：H2O＋氧化态电子受体→还原态电子受体＋1/2O2。在希尔反应的基础上，阿尔农又发现在光下的叶绿体，不供给CO2时，既积累NADPH也积累ATP；进一步实验，撤去光照，供给CO2，发现NADPH和ATP被消耗，并产生有机物。下列关于希尔反应和阿尔农发现的叙述不正确的是（　　）
A．光合作用释放的O2来自水而不是CO2
B．NADPH和ATP的形成发生在叶绿体类囊体的薄膜上
C．希尔反应与CO2合成有机物的过程是两个过程
D．光合作用的光反应过程为CO2合成有机物提供ATP和NADPH
9．（3分）如图表示绿色植物光合作用部分过程的图解，下列分析错误的是 （　　）
A．该过程不需要光，发生的场所为叶绿体基质
B．细胞呼吸过程中也产生物质A，同样具有还原剂的作用
C．CO2中碳原子的转移途径是CO2→C3→糖类、C5
D．突然降低二氧化碳浓度，短时间内C5的含量迅速上升
10．（3分）如果某植物正常进行光合作用时，其叶绿体中NADPH的含量相对稳定，现如图在a点时突然停止供给CO2，则能表示该植物叶绿体中NADPH含量变化的曲线是（　　）
11．（3分）在光合作用的探索历程中，人们利用离体的叶绿体进行实验，逐渐探明了水的光解和NADPH的产生过程，如图所示（e－为负电子）。下列分析正确的是（　　）
A．完成过程①需要叶绿体色素，有无光照都可进行
B.过程②发生在类囊体薄膜上并存在能量的转换
C.NADPH进入叶绿体基质并参与合成C3的反应
D.自养生物细胞的过程①②均发生在叶绿体中
12．（3分）如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述错误的是（　　）
A．图中膜结构表示叶绿体内膜，B侧为叶绿体基质
B.图示过程的能量变化是光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
C．甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸收蓝紫光
D．图示光反应部分过程，水分解为氧和H＋的同时还产生电子
13．（16分）阅读下列材料，回答问题：
材料　在美国黄石公园的细菌垫以及澳大利亚的海滩岩等阴暗环境中，存在着一种蓝细菌。最新研究发现，这些细菌的特别之处在于，它们在光合作用过程中可使用“近红外光”，而不仅是利用发生在大多数生物中的“可见红光”。光合系统能将太阳能转换成为化学能，从而为生命提供动力。在已知的所有植物、藻类、蓝细菌中都存在叶绿素a，几乎所有的有氧光合作用中，都需要依赖叶绿素a来收集可见光、再将可见光转化为化学物质和氧气。
然而，当一些蓝细菌在近红外光环境下生长时，含有叶绿素a的标准系统就会失效，而被含另一种叶绿素——叶绿素f的系统接管。在新的研究中，科学家发现，叶绿素f能吸收波长大于760 nm的光，是已知能吸收最大波长的光的叶绿素。
当处于荫蔽或者光线较暗的条件下时，叶绿素f就会在光合作用过程中起着关键性的作用，它能利用能量很低的近红外光来进行复杂的化学反应。
（1）如图为光合作用基本过程示意图，请结合图解回答下列问题：
①代表的生理阶段是　　　　，②代表的细胞结构是　　　　　　　，③代表的物质是　　　　；①为暗反应阶段提供了　　　　，暗反应中CO2的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）将你学过的光合作用知识并结合本材料进行比较，将不同之处填入下表。
项目 叶绿素种类 叶绿素 分布 吸收光的种类
黑藻 ①________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 叶绿体类 囊体薄膜 ②________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
蓝细菌 ③________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 细胞膜 ④________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
（3）下列不属于本项研究重要发现的是　　　　。
A．存在一种新的叶绿素——叶绿素f
B．具有叶绿素f的生物中无其他叶绿素
C．叶绿素f具有吸收近红外光的作用
D．叶绿素f在光合作用中起辅助作用
（4）请结合本材料，从生物进化角度，阐述叶绿素a和叶绿素f出现的可能顺序：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
14．（12分）光合作用过程是许多科学家通过系列研究逐步揭示的。请回答问题：
（1）叶绿体是植物光合作用的场所，人们在电镜下观察叶绿体，可以发现叶绿体由双层膜包被，内部有许多圆饼状的囊状结构堆叠而成的　　　　，吸收光能的　　　　　　　　就分布在类囊体的薄膜上。
（2）氧气能与肌红蛋白可逆结合，并且非常灵敏，可用于定量测定微量氧。科学家打碎植物细胞，在叶片匀浆—肌红蛋白系统（含离体叶绿体）中加入Fe3＋或其他氧化剂，然后照光，观察到了氧合肌红蛋白的光谱变化，说明光照下产生了　　　　。上述系统中有H2O，但没有CO2，推测水的光解与CO2消耗的过程可能相对独立。
（3）科学家进一步用离体叶绿体进行实验，实验组用CO2固定抑制剂处理，对照组不做处理，测定得到下图所示结果。
①据实验结果可知，实验组虽然　　　　　　　　几乎被完全抑制，但氧气产生量　　　　　　　　，由此可判断________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②ATP合成虽然没有被完全抑制，但也显著降低，表明ATP合成过程并不与　　　　过程同时进行。后续研究表明，这两个过程均发生在　　　　阶段，两者存在一定关联。
易错辨析：光合作用两个阶段之间的联系
15．（3分）CO2供应不足最终可影响到绿色植物释放O2减少，以下叙述中最直接的原因是（　　）
A．CO2供应不足使固定形成的C3减少
B．C3还原所消耗的ATP和NADPH减少
C．ATP和NADPH减少使光反应分解水减少
D．ADP、Pi、NADP＋减少使光反应分解水减少
三　光合作用原理的应用
必备知识基础练
　
知识点1探究光照强度对光合作用强度的影响
1.（2分）检查植物的光合作用速率是否增加的最有效的方法是检查（　　）
A．光合作用产生的水量
B．CO2的消耗量
C．植物体的叶绿素含量
D．植物体葡萄糖的氧化量
2．（2分）关于探究光照强度对光合速率的影响实验叙述错误的是 （　　）
A．实验过程中注射器的作用是排除小圆片内的气体
B.可以通过观察小圆片上浮所需要的时间来反映光合速率
C．实验的自变量是光照强度，可在相同的距离下放置不同瓦数的灯泡
D．如果升高环境温度，小圆片上浮时间会缩短
3．（2分）用高速离心机打碎小球藻细胞，获得可以进行光合作用的离体叶绿体，进行如图所示的实验，下列叙述不正确的是 （　　）
A．离体的叶绿体中能合成糖类
B．碳酸氢钠所起的作用是提供二氧化碳
C．烧杯中的液体改为氢氧化钠会导致该实验无糖类产生
D．灯与锥形瓶之间的距离不影响光合作用的强度
4．（2分）取某种植物生长状态一致的新鲜叶片，用打孔器打出若干圆片，圆片平均分成甲、乙、丙三组，每组各置于一个密闭装置内，并分别给予a、b、c三种不同强度的光照，其他条件一致。照光相同时间后，测得各装置内氧气的增加量如图所示，下列叙述错误的是 （　　）
A．装置内增加的氧气来自水
B．光照强度为a时，光合作用停止
C．丙组装置内的CO2含量照光后比照光前低
D．该图反映了光合作用强度与光照强度的关系
知识点2影响光合作用的因素
5．（2分）如图表示夏季晴朗的白天某种绿色植物叶片光合作用强度变化曲线。下列对此图描述错误的是（　　）
A．ab段光合作用强度变化的主要原因是光照强度
B.bc段光合作用强度下降是因为部分气孔关闭，二氧化碳吸收量减少，暗反应速率下降
C．de段光合作用强度变化的主要原因是温度
D．从图中可以推断限制光合作用的因素有光照强度、温度和CO2浓度
6．（2分）阳台菜园逐渐成为城市生活的一种时尚，可为居民提供新鲜蔬菜。下列有关说法正确的是（　　）
A．阳台内的蔬菜进行光合作用主要利用自然光
B．为提高产量，在晚上可适当提高阳台蔬菜所处环境的温度
C．增施农家肥可提高二氧化碳浓度，促进夜间暗反应的不断进行
D．蔬菜中的叶绿素对光的吸收效率与光的波长呈正相关
知识点3光合作用与呼吸作用的联系
7.（2分）如果将一株绿色植物栽培在含HO的完全培养液中，给予充足的光照，经过一段时间后，下列物质中能含18O的是（　　）
①周围空气的氧气　②周围空气的二氧化碳　
③周围空气的水分子　④光合作用产生的葡萄糖
A．① B．①③
C．①②③ D．①②③④
核心素养提升练
　
8．（3分）图甲所示为研究光合作用的实验装置。用打孔器在某植物的叶片上打出多个叶圆片，再用注射器抽出叶圆片中的气体直至叶圆片沉入水底，然后将等量的叶圆片转至含有不同浓度的NaHCO3溶液中，给予一定的光照，测量每个培养皿中叶圆片上浮至液面所用的平均时间（见图乙），以研究光合作用速率与NaHCO3溶液浓度的关系。下列有关分析正确的是 （　　）
A．在ab段，随着NaHCO3溶液浓度的增加，光合作用速率逐渐减小
B．在bc段，单独增加光照、提高温度或提高CO2浓度，都可以缩短叶圆片上浮的时间
C．因配制的NaHCO3溶液中不含氧气，所以整个实验过程中叶片不能进行细胞呼吸
D．在c点以后，因NaHCO3溶液浓度过高，使叶肉细胞失水而导致代谢水平下降
9．（3分）图甲表示在一定的光照强度下，植物叶肉细胞中CO2、O2的来源和去路，找出图甲在图乙中的位置（　　）
A．AB之间 B．BC之间
C．C点以后 D．B点
10．（3分）叶面积指数是指单位土地面积上植物的总叶面积，叶面积指数越大，叶片交错重叠程度越大。如图表示某研究小组测得的叶面积指数与光合作用和呼吸作用强度的关系。下列叙述错误的是（　　）
A．A点时，光合作用和呼吸作用强度相等
B．应在相同光照强度下测定叶面积指数
C．叶面积指数为5时，对农作物增产最有利
D．叶面积指数一旦超过7，农作物就会减产
11．（3分）某研究小组测定了植物甲和乙在一定的CO2浓度和适宜温度条件下，光合速率随光照强度的变化，结果如图所示。下列叙述正确的是（　　）
A．在光照强度为b时，植物甲的实际光合速率与植物乙的相同
B．在光照强度为b时，若每天光照12小时，则植物乙无法正常生长
C．同等光照强度下植物甲、乙光合速率不同的根本原因是叶肉细胞中叶绿素含量不同
D．将植物甲、乙分别置于黑暗环境中，植物甲单位时间内消耗的有机物更多
12．（3分）如图曲线表示在适宜温度、水分和一定的光照强度下，甲、乙两种植物叶片的CO2净吸收速率与CO2浓度的关系。下列分析正确的是（　　）
A．CO2浓度大于a时，甲才能进行光合作用
B．适当增加光照强度，a点将左移，此时叶肉细胞呼吸速率与光合速率相等
C.CO2浓度为b时，甲、乙总光合作用强度不一定相等
D．甲、乙光合作用强度随CO2浓度的增大而不断增强
13．（3分）下图分别表示两个自变量对光合速率的影响情况。除各图中所示因素外，其他因素均控制在最适范围。下列分析正确的是 （　　）
A．甲图中a点的限制因素可能是叶绿体中色素的含量
B．乙图中c点与d点相比，相同时间内c点叶肉细胞中C3的消耗量多
C．图中M、N、P点的限制因素分别是CO2浓度、温度和光照强度
D．丙图中，随着温度的升高，曲线走势将稳定不变
14．（14分）夏日晴天的中午，高温、低湿常引起植物光合作用速率下降，称为“光合午休”。科研人员以小麦为实验材料，研究了温度和湿度对小麦“光合午休”的影响，实验处理及结果如下表所示。分析回答下列问题：
（1）小麦捕获光能的色素分布在　　　　　　　，具体地说，色素吸收的光能用于光反应中的　　　　　　　，色素含量下降还会间接影响　　　　过程。
（2）根据实验结果可以判断，导致小麦“光合午休”现象出现的最主要因素是　　　　（填“温度”“湿度”或“温度和湿度”）。
（3）比较　　　　组的数据可以看出，温度过高会导致小麦光合速率降低。为进一步确定空气相对湿度为50%时该小麦光合作用的最适温度，设计的实验思路应是　　　　。
（4）与大水漫灌相比，在生产实践中采用喷灌方式不仅节水，而且能有效消除作物的“光合午休”现象，原因是________________________________________________________________________。
15．（11分）影响绿色植物光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度、温度等，内部因素有酶的活性、色素的含量、C5的含量等。请据图分析，回答下列问题：
（1）如果横坐标代表光照强度，其影响光合速率主要是影响光合作用的　　　　阶段，此时内部限制性因素最可能是　　　　。若阴生植物的光合作用曲线为c，则阳生植物的光合作用曲线最可能是　　　　。
（2）如果横坐标代表温度，温度主要通过影响　　　　来影响光合速率。
（3）如果横坐标代表CO2的浓度，其影响光合作用主要是影响　　　　的产生，此时内部限制性因素最可能是　　　　。
（4）若将某植物叶片在25 ℃条件下暗处理1小时，该叶片质量（主要是葡萄糖）减少了2 mg，之后立即光照1小时，经称重，光照后比暗处理前质量增加了5 mg。该叶片光照1小时产生的总光合作用量为　　　　 mg。
易错辨析：密闭环境与自然环境中光合曲线的比较
16．（3分）将一植株放在密闭玻璃罩内，置于室外一昼夜，获得实验结果如图所示。下列有关说法错误的是（　　）
　　
A．图甲中的光合作用开始于C点之前，结束于F点之后
B．到达图乙中的d点时，玻璃罩内的CO2浓度最高
C．图甲中的F点对应图乙中的g点
D．经过这一昼夜之后，植物体的有机物含量会增加

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