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生物（苏教版）
高中生物 必修一
第三章
细胞中能量的转换和利用
第2节
光合作用-光能的捕获和转换
一、解开光合作用之谜
（1）1627年比利时科学家海尔蒙特
开始时
柳树的质量 2. 27kg
干土的质量 90kg
+74.43kg
－0.1kg
结论：树木只要有水，就能生长发育。
76.7kg
89.9kg
5a后
实验前后的差值
图A
图B
图D
图C
结论：
植物可以更新污浊的空气。
（2）1771年英国的科学家普利斯特利
甲
乙
结论：绿叶只在光照条件下才能产生气体
（后来人们确定绿叶在阳光下放出的气体是O2）
（3）1779年荷兰的科学家英格豪斯
如何证明植物需要光照才能制造气体 ？
（实验材料：金鱼藻、大烧杯、漏斗、试管等）
黑暗
光照
1785年，在拉瓦锡的努力下人们才发现了空气的组成,人们才明确绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。
1845年，德国科学家梅耶（R.Mayer）根据能量转换和守恒定律明确指出，植物在进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来
碘蒸气处理
见光部分
遮光处理
暗处理
在暗处放置1-2天
光照
光照几个小时
清水漂洗
酒精中脱色处理
水浴加热
（4）1864年德国的植物学家萨克斯采用碘蒸气检测淀粉的产生
①为什么要把绿叶在暗处放置一昼夜？
饥饿处理，消耗叶片中原有的有机物
②酒精脱色的目的？脱色后叶片颜色？
叶片中的色素溶于酒精，叶片脱绿后使实验现象更明显。黄白色
③这个实验得出什么结论？
结论：植物在光下产生了淀粉
（5）19世纪60年代俄国科学家季米里亚捷夫
通过自己设计的光学仪器检测，证明光合作用中利用的光与叶绿素吸收光能有关。
（6）19世纪80年代德国科学家恩格尔曼水绵实验
极 细 光 束
实验一.黑暗中用极细的光束照射
现象一：好氧细菌集中在光束照射到的叶绿体部位
水绵：具有细而长、呈带状且螺旋分布的叶绿体，利于观察。
实验二.均匀光照下
现象二：好氧细菌均匀分布于叶绿体所有部位
结论：叶绿体中含有能吸收红光和蓝紫光的物质，这些物质吸收光使绿叶在光下产生氧气。
实验三.用透过三棱镜的光束照射水绵
现象三：好氧细菌主要分布于红光与蓝紫光照射区域
提出问题：探究光合作用释放的氧气到底来自二氧化碳还是水？
（7）1941年美国的鲁宾（S.Ruben）和卡门利用同位素标记法进行了探究实验。


结论：光合作用释放的氧气全部来自水
他用14C标记的CO2追踪光合作用过程中碳元素的转移途径，发现了CO2被用于合成糖类等有机物的途径，即卡尔文循环。
（8）1948年美国的卡尔文运用同位素标记法的实验
卡尔文循环：14CO2 → 14C3 → (14CH2O)
2.功能:吸收、传递和转化光能
1.分布：叶绿体的类囊体膜上
类胡萝卜素
（含量占3/4）
（含量占1/4）
叶绿素
3.种类
叶黄素
橙黄色
黄色
胡萝卜素
叶绿素b
蓝绿色
黄绿色
叶绿素a
二、叶绿体与光能的捕获光合作用——光能的捕获和转换
【学习目标】
1.说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。
2.活动：提取和分离绿叶中的色素。
【基础知识】
解开光合作用之谜
时间/发现者 内容
1627～1632年海尔蒙特 光合作用需要水
1771普利斯特利 植物可以更新空气
1779年英格豪斯 光合作用产生O2
1845R.梅耶 植物在光合作用时把光能转变成了化学能储存起来
1864年萨克斯 光合作用产生淀粉
1937年希尔 在离体叶绿体的悬液中加入草酸铁，在光照下可以释放出氧气
1941年鲁宾、卡门 用同位素标记法研究了光合作用中氧气的来源：H218O＋CO2―→植物―→18O2，H2O＋C18O2―→植物―→O2，得出光合作用释放的氧全部来自水
19世纪80年代恩格尔曼 光合作用的场所在叶绿体中，叶绿体中含有吸收红光和蓝光的物质，并在光下产生O2
二、叶绿体与光能的捕获
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
(2)实验步骤
提取绿叶中的色素过程
分离绿叶中的色素过程
(3)实验结果
色素种类 色素颜色 色素含量 溶解度 扩散速度
胡萝卜素 橙黄色 最少 最高 最快
叶黄素 黄色 较少 较高 较快
叶绿素a 蓝绿色 最多 较低 较慢
叶绿素b 黄绿色 较多 最低 最慢
(4)实验出现异常现象的原因分析
异常现象 原因分析
收集到的滤液绿色过浅 ①未加二氧化硅，研磨不充分； ②使用放置数天的菠菜叶，滤液色素(叶绿素)太少； ③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)； ④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠 ①滤液细线不直； ②滤液细线过粗
滤纸条无色素带 ①忘记画滤液细线；②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
由图可以看出：
3．叶绿体的结构适于进行光合作用
(1)叶绿体的结构模式图
(2)叶绿体的功能
三、绿色植物光合作用过程
1.光合作用过程图解
项目 光反应 暗反应
场所 叶绿体类囊体膜 叶绿体基质
条件 光、色素、酶 酶、NADPH、ATP等
物质变化 ①2H2OO2＋4H＋＋4e－ ②NADP＋＋H＋＋2e－NADPH ③ADP＋PiATP　　　 ①CO2＋C52C3 ②2C3(CH2O)＋C5
能量变化
联系 光反应为暗反应提供NADPH和ATP，暗反应为光反应提供NADP＋、ADP和Pi。
2.光合作用的概念
3.环境改变时光合作用各物质含量的变化
4.化能合成作用
（1）概念：能够利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量（化学能）来制造有机物的合成作用
（2）实例：硝化细菌、硫细菌、铁细菌等少数种类的细菌
【考点剖析】
考点一： 解开光合作用之谜
例1．历经一个多世纪，经过许多科学家的实验，才逐渐发现光合作用的场所、条件、原料和产物。在下面几个著名实验中，相关叙述不正确的是(　　)
A．英格豪斯的实验证明了植物需要阳光制造气体
B．萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件
C．恩格尔曼的实验定量分析了水绵光合作用生成的氧气量
D．鲁宾和卡门的实验中，用18O分别标记H2O和CO2，证明了光合作用产生的氧气来自H2O而不是CO2
答案　C
解析　恩格尔曼的实验能够证明叶绿体中含有能有效地吸收和利用红光和蓝光的物质，这些物质吸收的光与绿叶在光下产生氧气有关，但不能定量分析光合作用生成的氧气量。
考点二：叶绿体与光能的捕获
例2．下列有关用新鲜菠菜叶进行光合色素提取、分离实验的叙述，正确的是(　　)
A．应该在研磨叶片后立即加入碳酸钙，防止酸破坏叶绿素
B．即使菜叶剪碎不够充分，也可以提取出4种光合色素
C．为获得10 mL提取液，研磨时一次性加入10 mL乙醇研磨效果最好
D．层析完毕后应迅速记录结果，否则叶绿素条带会很快随溶液挥发消失
答案　B
解析　碳酸钙可防止酸破坏叶绿素分子，应在研磨时加入，A错误；即使菜叶剪碎不够充分，但色素并没有减少，也可提取出4种光合色素，B正确；由于研磨时乙醇挥发，故为获得
10 mL提取液，研磨时应分次加入10 mL乙醇效果更好，C错误；叶绿素条带不会随层析液挥发消失，D错误。
考点三：绿色植物光合作用过程
例3．如图表示某生物膜结构及其发生的部分生理过程，下列叙述正确的是(　　)
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中稳定的化学能
C．甲表示色素分子，其中类胡萝卜素主要吸收红光和蓝紫光
D．图示光反应部分过程，水裂解为氧气和H＋的同时还产生电子
答案　D
解析　图示为叶绿体的类囊体膜，A侧为叶绿体基质，A错误；图示过程为光反应，能量变化是光能转变成ATP和NADPH中活跃的化学能，B错误；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错误。
【真题演练】
1．在下列植物光合作用的研究历程中，均应用了同位素标记法的是（　　）
①鲁宾和卡门的实验证明光合作用释放的氧气来自水
②萨克斯的实验证明光合作用的产物除氧气外还有淀粉
③恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
④卡尔文的实验探明了二氧化碳中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
【答案】C
【解析】光合作用的发现历程：（1）普利斯特利通过实验证明植物能净化空气，萨克斯的实验也可证明光是光合作用的必要条件；（2）梅耶根据能量转换与守恒定律明确指出植物进行光合作用时光能转换为化学能；（3）萨克斯通过实验证明光合作用的产物除了氧气外还有淀粉；（4）恩格尔曼采用水绵、好氧细菌和极细光束进行对照实验，发现光合作用的场所是叶绿体；（5）鲁宾和卡门采用同位素标记法进行实验证明光合作用释放的O2来自水；（6）卡尔文采用同位素标记法探明了CO2的固定过程中碳元素的转移途径。
①鲁宾和卡门用同位素标记法，分别用18O标记水和二氧化碳，证明光合作用所释放的氧气全部来自于水，即2H218O→4[H]+18O2，①正确；
②淀粉遇碘液变蓝是淀粉的特性，萨克斯采用碘蒸气处理叶片的方法，证明了叶片在光下能产生淀粉，没有采用同位素标记法，②错误；
③恩格尔曼的实验通过观察好氧细菌的分布情况，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气，没有采用同位素标记法，③错误；
④卡尔文利用同位素标记法探明CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，即14CO2→14C3→（14CH2O），④正确。
2．如图分别是萨克斯、鲁宾和卡门、恩格尔曼所做的关于光合作用的三个经典实验。下列相关叙述中正确的是(　　)
A．图1中A与C部分对照说明光合作用需要光
B．图2所示实验运用的实验方法是荧光标记法
C．图3所示实验中，好氧细菌分布于光束照射的部位
D．萨克斯的实验证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉
答案　C
解析　图1中B与C部分对照说明光合作用需要光，A错误；图2所示实验运用的实验方法是同位素标记法，B错误；图3所示实验中，光束照射的部位通过光合作用产生了氧气，所以好氧细菌分布于光束照射的部位，C正确；萨克斯的实验只能证明有淀粉生成，但不能证明叶绿体利用光照将CO2转变成了淀粉，D错误。
3．下列对“绿叶中色素的提取和分离”实验原理与结果的分析，正确的是（ ）
A．提取色素时加入碳酸钙是为了研磨充分
B．分离色素时，层析液要没过滤液细线，使色素充分溶解
C．纸层析法分离叶绿体中色素，最宽和最窄的色素带分别是黄绿色、橙黄色
D．滤纸条上距滤液细线最近的色素带中的色素在层析液中溶解度最低
【答案】D
【解析】叶绿体色素的提取和分离实验：
1、提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素。
2、分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。
3、各物质作用：无水乙醇或丙酮：提取色素；层析液：分离色素；二氧化硅：使研磨得充分；碳酸钙：防止研磨中色素被破坏。
4、结果：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（第2宽），色素带的宽窄与色素含量相关。
A、提取色素时加入碳酸钙是为了保护色素，A错误；
B、分离色素时，层析液不要没过滤液细线，防止色素溶解，B错误；
C、纸层析法分离叶绿体中色素，最宽和最窄的色素带分别是叶绿素a、胡萝卜素，C错误；
D、各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢，所以滤纸条上距滤液细线最近的色素带中的色素在层析液中溶解度最低，D正确。
4．用层析液分离提取的叶绿体色素，结果如图所示。下列相关叙述正确的是( )
A．②为叶黄素 B．①吸收红橙光
C．③只能转化光能 D．④的含量最多
【答案】A
【解析】提取色素的原理：色素溶于有机溶剂如无水乙醇；分离色素的原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
A、纸层析法分离色素时，滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。故色素带②表示的色素是叶黄素，A正确；
B、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，①是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光，B错误；
C、③是叶绿素a ，具有吸收、传递、转化光能的作用，C错误；
D、色素带最宽的的③叶绿素a，叶绿素a含量最高，D错误。
5．图为新鲜菠菜叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况，以下说法正确的是（ ）
A．提取色素时加入二氧化硅是为了加速研磨，加入碳酸钙是为了防止滤液挥发
B．四种色素都能溶解在层析液中，丁色素的溶解度最小
C．甲、乙、丙和丁分别为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素
D．四种色素中，甲和乙主要吸收红光
【答案】C
【解析】据图可知，甲-乙依次为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素。
A、碳酸钙的作用是防止色素被破坏，石英砂的作用是使研磨更充分，A错误；
B、四种色素都能溶解在层析液中，丁色素扩散距离最远，其溶解度最大，B错误；
C、甲、乙、丙和丁分别为叶绿素b、叶绿素a、叶黄素和胡萝卜素，C正确；
D、四种色素中，甲和乙分别为叶绿素b、叶绿素a，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，D错误。
6．为研究高光强对移栽幼苗光合色素的影响，某同学用乙醇提取叶绿体色素，用石油醚进行纸层析，如图为滤纸层析的结果（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带）。下列叙述错误的是（ ）
A．强光照导致了该植物叶绿素含量降低
B．类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照
C．色素Ⅲ、Ⅳ吸收光谱的吸收峰波长不同
D．画滤液线时，滤液在点样线上连续画3次
【答案】D
【解析】A、根据题图来看：强光照导致了该植物叶绿素含量降低，A正确；
B、强光照和正常光照相比，明显叶绿素含量降低，类胡萝卜素含量增加，可见类胡萝卜素含量增加有利于该植物抵御强光照，B正确；
C、色素Ⅲ是叶绿素a、Ⅳ是叶绿素b，叶绿素a和叶绿素b吸收光谱的吸收峰波长不同，C正确；
D、分离色素时画滤液细线时，重复画线操作应在前一次画线晾干后再进行重复操作，D错误。
7．叶绿素是由谷氨酸分子经过一系列酶的催化作用，在光照条件下合成的。叶绿素a的分子结构如图所示，其头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列分析错误的是（ ）
A．叶绿素a分子与催化其合成的酶共有的元素是C、H、O、N
B．叶绿素a的元素组成说明无机盐能构成复杂的化合物
C．尾部对于叶绿素a分子在细胞膜上的固定起重要作用
D．叶片变黄可能是由于光照不足导致叶绿素合成减少造成的
【答案】C
【解析】1、组成生物体的化学元素根据其含量不同分为大量元素和微量元素两大类。（1）大量元素是指含量占生物总重量万分之一以上的元素，包括C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg，其中C、H、O、N为基本元素，C为最基本元素，O是含量最多的元素。（2）微量元素是指含量占生物总重量万分之一以下的元素，包括Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
2、无机盐的主要存在形式是离子，有些无机盐是某些复杂化合物的组成成分；许多无机盐对于维持细胞和生物体的生命活动具有重要作用，有的无机盐还对维持渗透压和酸碱平衡具有重要作用。
A、酶的化学本质是蛋白质或RNA，其化学元素组成都含有CHON，如图叶绿素a分子也含有CHON元素，A正确；
B、如图叶绿素a中含有Mg，Mg属于无机盐，B正确；
C、叶绿素a的尾部具有亲脂性，而生物膜的基本骨架由磷脂双分子层构成，故叶绿素a的尾部有利于固定在类囊体膜上，C错误；
D、叶片变黄可能的原因之一是由于光照不足导致叶绿素合成减少造成的，D正确。
8．下列关于叶绿体与光合作用的叙述，正确的是（　　）
A．有叶绿体的细胞才能进行光合作用
B．叶绿体的类囊体和基质中都含有光合色素
C．叶绿体的类囊体和基质中都含有与光合作用有关的酶
D．类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原
【答案】C
【解析】叶绿体是绿色植物细胞中重要的细胞器，其主要功能是进行光合作用。叶绿体由双层膜、类囊体和基质三部分构成。类囊体是一种扁平的小囊状结构，在类囊体薄膜上，有进行光合作用必需的色素和酶。许多类囊体叠合而成基粒，基粒之间充满着基质，其中含有与光合作用有关的酶。
A、蓝细菌没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，也能进行光合作用，A错误；
B、与光合作用有关的色素分布于叶绿体的类囊体薄膜上，叶绿体基质中没有光合色素，B错误；
C、与光合作用有关的酶分布在叶绿体的类囊体和基质中，C正确；
D、CO2的固定和还原属于暗反应，发生在叶绿体基质中，因此催化CO2的固定和还原的酶存在叶绿体基质中，D错误。
9．光合作用过程包括光反应和暗反应，如图表示光反应与暗反应的关系，据图判断下列叙述不正确的是（ ）
A．光反应为暗反应提供ATP和NADPH（[H]）
B．停止光照，叶绿体中ATP和NADPH（[H]）含量下降
C．叶绿体中，ATP的移动方向是由类囊体到基质
D．植物在暗处可大量合成（CH2O）
【答案】D
【解析】光合作用根据是否需要光，分为光反应阶段和暗反应阶段。光反应阶段：在叶绿体的类囊体膜上进行，主要的物质变化是水的光解产生[H]与氧气，以及ATP的形成；暗反应阶段：在叶绿体的基质中进行，主要的物质变化是CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成糖类等有机物。
A、在光反应过程中，色素吸收光能将水光解产生 [H]与氧气，将光能转化成ATP中活跃的化学能，光反应产生的[H]和ATP用于暗反应过程中还原C3，A正确；
B、停止光照，则叶绿体中光反应产生的ATP和NADPH含量下降，B正确；
C、ATP的产生发生在类囊体薄膜的光反应，移动到叶绿体基质参与暗反应过程，C正确；
D、植物在暗处，由于没有光照，则产生的ATP和NADPH不足，导致暗反应产生的有机物（CH2O）减少，D错误。
10．如图为高等绿色植物光合作用过程图解，以下说法正确的是（　　）
A．A是光合色素，分布在叶绿体内膜和类囊体薄膜上
B．E是ADP，在叶绿体类囊体薄膜上产生
C．D可用于生物体各项生命活动
D．若停止CO2供应，则短时间内C含量上升
【答案】D
【解析】图中A是光合色素，B是光反应的产物之一氧气，F是三碳化合物，E是ADP，C、D分别是还原氢、ATP，G是C5，J是有机物。
A、A能吸收光能，是光合色素，高等绿色植物内光合色素只分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；
B、E是ADP，是暗反应中ATP水解产生的，在叶绿体基质中产生，B错误；
C、D是ATP，是光反应阶段的产物，只用于暗反应，不可用于生物体各项生命活动，C错误；
D、若停止CO2供应，三碳化合物生成减少，其还原减慢，短时间内[H]的消耗也减少，所以C即[H]含量上升，D正确。
【过关检测】
1．如图为水绵细胞（具有带状叶绿体，能进行光合作用）的结构示意图。下列相关叙述正确的是（ ）
A．该细胞的细胞骨架是由纤维素构成的网架结构
B．该细胞内能吸收光能的色素只有叶绿素和藻蓝素
C．该细胞有氧呼吸产生CO2时需线粒体内膜上的酶催化
D．通过电子显微镜可观察到该细胞中颗粒状的核糖体
【答案】D
【解析】恩格尔曼在探究叶绿体的功能时使用了实验材料水绵，它是真核生物，含有带状的叶绿体便于实验现象的观察。
A、水绵为低等植物，该细胞的骨架是由蛋白纤维构成的网架结构，A错误；
B、该细胞内能吸收光能的色素有叶绿素和类胡萝卜素，B错误；
C、水绵细胞呼吸产生CO2的场所是线粒体基质，需要线粒体基质中酶的催化，C错误；
D、通过电子显微镜观察到的颗粒状核糖体属于细胞的亚显微结构，D正确；
2．科学家在研究植物的光合作用时，将载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境中，给予一定的光照条件后观察好氧细菌的分布。下列有关说法错误的是（ ）
A．用细光束照射水绵细胞的任意部位，好氧细菌都一定向光照部位集中
B．将临时装片暴露在光下，好氧细菌将分布在叶绿体所有受光的部位
C．为使实验现象更明显，可使用一定浓度的NaHCO3溶液制作水绵临时装片
D．用透过三棱镜的光照射叶绿体，好氧细菌更多聚集在红光和蓝光区
【答案】C
【解析】绿色植物通过叶绿体利用光能，将二氧化碳和水转化为贮存能量的有机物，并释放出氧气，动力是光照，场所是叶绿体，原料是二氧化碳和水，产物是有机物和氧气。
A、叶绿体是光合作用的场所，水绵在光照下进行光合作用，释放出氧气，这样好氧细菌则向叶绿体部位靠近，可以获得生活需要的氧气，A正确；
B、光合作用氧气的产生需要光照条件，上述临时装片完全暴露在光下，好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位的周围，B正确；
C、本实验是在光照条件下产生氧气，一定浓度的NaHCO3溶液主要是产生二氧化碳，影响暗反应过程，不能使本实验现象更明显，C错误；
D、好氧细菌需要的是氧气，红光和蓝光最有利于光合作用的进行，产生了大量的氧气，从而吸引了大量的好氧细菌，D正确。
3．我国科学家利用CO2人工合成淀粉获得成功。该技术分为三个阶段：阶段Ⅰ由CO2在一定的条件下生成C1（甲醇），C1经过缩合反应依次生成三碳中间体；阶段Ⅱ由GAP（三碳中间体）通过缩合反应生成六碳化合物；阶段Ⅲ由六碳化合物经过生物聚合反应生成淀粉，下列说法错误的是（　　）
A．绿色植物叶肉细胞内类似于阶段Ⅰ的过程发生在叶绿体基质
B．叶肉细胞内类似于阶段Ⅱ的过程发生在类囊体膜上
C．叶肉细胞内类似于阶段Ⅱ的过程需光反应提供NADPH和ATP
D．研究该过程中淀粉的合成途径可以利用14C同位素标记追踪
【答案】B
【解析】光合作用的光反应阶段（场所是叶绿体的类囊体膜上）：水的光解产生H+与氧气，以及ATP和NADPH的形成。光合作用的暗反应阶段（场所是叶绿体的基质中）：CO2被C5固定形成C3，C3在光反应提供的ATP和NADPH的作用下还原生成淀粉等有机物。
A、由题可知，阶段I由CO2在一定的条件下生成三碳中间体，绿色植物叶肉细胞内类似于阶段I的过程是二氧化碳的固定，发生在叶绿体基质，A正确；
BC、阶段II由GAP通过缩合反应生成六碳化合物，叶肉细胞内类似于阶段II的过程是C3的还原，需光反应提供NADPH和ATP，发生在叶绿体基质，B错误、C正确；
D、该过程中淀粉的合成途径与卡尔文循环反应过程相似，可用14C标记二氧化碳，探究二氧化碳中的碳如何转化成有机物中的碳，即探究淀粉的合成途径，D正确。
4．如图为光合作用过程示意图，相关叙述正确的是（　　）
A．结构A中发生能量转化的场所是类囊体基质
B．光合作用的能量变化是：光能——ATP和NADPH中的化学能——糖类中的化学能
C．结构B中C5转化成C3过程中消耗ATP中的化学能
D．如果突然增加CO2供应，短时间内C5的含量将会增加
【答案】B
【解析】光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生场所在叶绿体的类囊体薄膜上，色素吸收、传递和转换光能，并将一部分光能用于水的光解生成[H]和氧气，另一部分光能用于合成ATP，暗反应发生场所是叶绿体基质中，首先发生二氧化碳的固定，即二氧化碳和五碳化合物结合形成两分子的三碳化合物，三碳化合物利用光反应产生的[H]和ATP被还原。
A、据图可知，图中结构A表示类囊体，类囊体是光合作用光反应阶段的场所，其物质变化和能量转化均发生在类囊体薄膜上，A错误；
B、光合作用的能量变化是：光反应阶段将光能转化为ATP和NADPH中的化学能，暗反应阶段将ATP和NADPH中的化学能转化为有机物中稳定的化学能，B正确；
C、C5转化成C3过程表示二氧化碳的固定，该过程不需要消耗ATP，ATP可用于暗反应过程中C3的还原，C错误；
D、如果突然增加CO2供应，将促进二氧化碳的固定，产物C5增多，但C3的还原几乎不受影响，则短时间内C5的含量将会减少，D错误。
5．下列有关叶绿体结构和功能的叙述，正确的是（　　）
A．探究植物叶绿体中色素的种类实验利用了同位素标记法
B．叶绿体的类囊体膜上的磷脂分子参与了吸收、传递光能
C．叶绿体的类囊体膜上能发生NAD+转换为NADH的过程
D．叶绿体内CO2中C元素的转移途径是CO2→C3→（CH2O）
【答案】D
【解析】光合作用的过程及场所：光反应发生在类囊体薄膜中，主要包括水的光解和ATP的合成两个过程；暗反应发生在叶绿体基质中，主要包括CO2的固定和C3的还原两个过程。
A、探究植物叶绿体中色素的种类实验没有利用同位素标记法，A错误；
B、叶绿体的类囊体膜上的光合色素参与了吸收、传递光能，B错误；
C、叶绿体的类囊体膜上能发生NADP+转换为NADPH的过程，C错误；
D、叶绿体内CO2中C元素的转移途径是CO2→C3→（CH2O），D正确。
6．某人做叶绿体中色素分离实验时，使用的是圆形滤纸，装置如下图。实验结束时在圆形滤纸上形成四个同心色素圆环，则最内圈所呈颜色为（ ）
A．橙黄色 B．黄色 C．蓝绿色 D．黄绿色
【答案】D
【解析】叶绿体色素的提取和分离实验：①提取色素原理：色素能溶解在酒精或丙酮等有机溶剂中，所以可用无水酒精等提取色素。②分离色素原理：各色素随层析液在滤纸上扩散速度不同，从而分离色素。溶解度大，扩散速度快；溶解度小，扩散速度慢。③滤纸条从上到下依次是：胡萝卜素（橙黄色）、叶黄素（黄色）、叶绿素a（蓝绿色）、叶绿素b（黄绿色）。
色素分离原理是叶绿体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，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢。因为叶绿素b的溶解度最小，在滤纸上扩散的最慢，所以位于最内圈，而叶绿素b呈黄绿色，D正确，ABC错误。
7．科研人员探究补充蓝光对平谷大桃叶片色素含量的影响，结果如下表。下列分析不正确的是（　　）
叶绿素a（mg/g） 叶绿素b（mg/g） 叶绿素a＋b（mg/g）
实验组 2.6 0.9 3.5
对照组 2.3 0.7 3.0
A．用乙醇或丙酮提取叶绿素，层析液分离叶绿素
B．蓝光处理使叶绿素a、b含量都增加
C．秋冬季节，叶片变黄过程中吸收明显减少的光是红橙光和蓝紫光
D．蓝光处理使叶绿素a/b的比值增加
【答案】D
【解析】
根据题干和表格分析，探究补充蓝光对平谷大桃叶片色素含量的影响，则实验组为补充蓝光，对照组为自然光，表格中显示实验组叶绿素a和叶绿素b含量都增加。
A、光合色素溶于有机溶剂，所以可用乙醇或丙酮等有机溶剂提取光合色素，不同色素在层析液中溶解度不同，所以在滤纸上的扩散速度不同，因此可以用层析液分离叶绿素，A正确；
B、根据表格分析，实验组中叶绿素a和叶绿素b含量都增加，B正确；
C、秋冬季节，叶片变黄是由于叶绿素被分解，而叶绿素主要吸收红橙光和蓝紫光，所以该过程中收明显减少的光是红橙光和蓝紫光，C正确；
D、蓝光处理使叶绿素a/b的比值由2.3/0.7变为2.6/0.9，该值变小，D错误。
8．硝化细菌进行化能合成作用时需要氧化的无机物、合成有机物需要的能量分别是（ ）
A．铵盐、化学能 B．NH3、化学能
C．NH3、光能 D．二氧化碳、光能
【答案】B
【解析】在自然界中，除了光合作用，还有另外一种制造有机物的方式。少数种类的细菌，细胞内没有叶绿素，不能进行光合作用，但是却能利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量来制造有机物。例如，生活在土壤中的硝化细菌，能将土壤中的氨（NH3）氧化成亚硝酸（HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸（HNO3)。这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类。这些糖类就可以供硝化细菌维持自身的生命活动。
ABCD、硝化细菌能将土壤中的氨（NH3）氧化成亚硝酸（HNO2)，进而将亚硝酸氧化成硝酸（HNO3)，这两个化学反应中释放出的化学能，就被硝化细菌用来将CO2和H2O合成糖类，ACD错误，B正确。
9．细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所，以下生理活动不在其中完成的是（　　）
A．蓝藻细胞利用CO2合成有机物 B．葡萄糖在酶的催化下分解成丙酮酸
C．水绵光合作用中CO2的固定 D．硝化细菌进行化能合成作用
【答案】C
【解析】细胞质基质是活细胞进行新陈代谢的主要场所；细胞核是生物遗传特性和细胞代谢活动的控制中心；原核细胞与真核细胞相比，最大的区别是原核细胞没有被核膜包被的成形的细胞核（没有核膜、核仁和染色体）；原核生物没有复杂的细胞器，只有核糖体一种细胞器。
A、蓝藻细胞为原核生物，不含叶绿体，在细胞质基质中利用CO2合成有机物，A不符合题意；
B、葡萄糖在酶的催化下生成丙酮酸发生在细胞质基质中，B不符合题意；
C、光合作用中CO2的固定发生在叶绿体基质中，C符合题意；
D、硝化细菌为原核生物，进行化能合成作用发生在细胞质基质中，D不符合题意。
10．图是某生物兴趣小组同学将一植物放在密闭的玻璃罩内，置于晴朗的夏季室外进行培养，假定玻璃罩内植物的生理状态与自然环境中相同．用红外线测量仪测得该玻璃罩内CO2浓度与一天24小时的时间变化曲线，据图下列有关说法错误的是（ ）
A．D点和H点可表示该植物光合速率等于呼吸速率
B．H点CO2浓度最低，说明此时植物积累有机物最多
C．从0时开始计算，经过24小时，植物体内的有机物量有所增加
D．FG段CO2浓度下降不明显，是因为中午温度过高使酶活性降低
【答案】D
【解析】影响玻璃罩内的二氧化碳浓度的因素有光合作用强度和呼吸作用强度，而罩内二氧化碳浓度取决于二者的相对浓度。图中A点时只进行呼吸作用，D点是光合作用的光补偿点，此时光合作用和呼吸作用速率相等，AD段，植物的呼吸作用大于光合作用，H点呼吸作用等于光合作用，H点以后呼吸作用大于光合作用。
A、玻璃罩内CO2浓度的变化情况与光合作用和呼吸作用相关，D、H两点表示光合速率等于呼吸速率，A正确；
B、H点CO2浓度最低，说明这时玻璃罩内CO2被吸收得最多，植物积累有机物最多，B正确；
C、由于玻璃罩内I点CO2浓度低于A点CO2浓度，从0时开始计算，经过24小时，玻璃罩内CO2含量减少，说明植物的光合作用消耗的CO2大于呼吸作用释放的CO2，故植物体内的有机物量有所增加，C正确；
D、FG段CO2 浓度下降不明显，是因为温度过高，引起叶片气孔部分关闭，光合速率下降，不是由于温度过高使酶活性降低，D错误。

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