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(共27张PPT)
课时规范练15　光合作用原理
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必备知识基础练
考点一　光合作用的原理和过程
1.(2024·福建泉州模拟)欲证明离体的叶绿体可以合成ATP,并与水的光解相伴随。在有光照提供O、ADP、Pi的条件下,还需要提供的实验条件是(　　)
A.有NADPH、无CO2　　
B.有NADP+、无CO2
C.有CO2、NADPH
D.有CO2、NADP+
B
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解析 光反应阶段在叶绿体类囊体薄膜上进行,此过程必须有光、光合色素、与光反应阶段相关的酶,主要反应步骤:①水的光解,水在光下分解成氧气和NADPH(需要NADP+等),②ATP生成,ADP与Pi接受光能合成ATP,即该过程中除ATP外,还有NADPH的生成,故需要向其中提供NADP+,但光反应过程不需要CO2的参与,故无需提供CO2,B项符合题意。
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2.(2024·辽宁朝阳期末)下图为光合作用过程示意图,其中A表示结构,①②③④表示有关物质。下列说法错误的是(　　)
A.②③的产生发生在叶绿体基质中
B.CO2的固定是CO2与④在酶催化下结合的过程
C.(CH2O)中稳定的化学能来自ATP和NADPH
D.A结构中光合色素吸收的光能全部转换成ATP中的化学能
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解析 图中A为类囊体薄膜,在其上进行的反应过程为水的光解产生NADPH和O2,同时合成ATP,NADPH和ATP在叶绿体基质中参与暗反应,生成②NADP+和③ADP+Pi,A项正确;CO2的固定是CO2与④C5在酶催化下结合成两分子C3的过程,B项正确;光合作用的光反应产生的ATP、NADPH均可以为C3的还原提供能量,转化为有机物(CH2O)中稳定的化学能,C项正确;在光反应中,叶绿素所吸收的光能全部转化为不稳定的化学能储存到ATP和NADPH中,D项错误。
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3.(2024·广州综合测试)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固定新途径(CETCH循环),高效地将CO2转化为羟基乙酸,并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是(　　)
A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂,还参与相关代谢
B.为了使人造叶绿体持续地运作,需要源源不断地输入光能
C.图中的CETCH循环需要NADP+、ADP和Pi作为直接原料
D.若人造叶绿体得到广泛应用,一定程度上可抵消碳排放的影响
C
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解析 人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂,同时水还参与光合作用的光反应阶段,A项正确;为了使人造叶绿体持续地运作,需要源源不断地输入光能,保证光反应的持续进行,B项正确;图中的CETCH循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料,C项错误;人造叶绿体可利用CO2,故若其得到广泛应用,一定程度上可抵消碳排放的影响,D项正确。
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4.(2024·山东烟台期末)绿色植物叶肉细胞内的PSBS是一种光保护蛋白,也是一种类囊体膜蛋白,能感应类囊体腔内高H+浓度而被激活,激活的PSBS可抑制电子在类囊体膜上的传递,最终将过量的光能转换成热能释放,以防止强光对叶肉细胞造成损伤。ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H+浓度差。下列说法错误的是(　　)
A.光照过强会导致叶肉细胞类囊体腔内pH下降
B.激活PSBS后,光合作用产生的有机物会减少
C.PSBS的活性受H+浓度、光照强度等因素的影响
D.PSBS功能的发挥有利于类囊体膜上ATP的合成
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解析 光照过强,类囊体膜蛋白PSBS感应类囊体腔内的高H+浓度而被激活,说明光照过强时叶肉细胞类囊体腔内pH下降,A项正确;激活PSBS后,使水的光解受到抑制,光反应阶段生成的NADPH减少,引起暗反应阶段C3的还原减弱,导致光合作用产生的有机物减少,B项正确;光照强度会影响光反应阶段水的光解等过程,H+是水的光解的产物,PSBS能感应类囊体腔内的高H+浓度而被激活,因此PSBS的活性受H+浓度、光照强度等因素的影响,C项正确;ATP合成的能量直接来源于类囊体膜两侧的H+浓度差,PSBS功能的发挥可最终将过量的光能转换成热能释放,以防止强光对叶肉细胞造成损伤,因此PSBS功能的发挥不利于类囊体膜上ATP的合成,D项错误。
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5.(2024·黄石高三期中)光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都是由光合色素和蛋白质构成的复合体,其在光反应中的机制如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.叶绿素和类胡萝卜素都能吸收红光和蓝紫光
B.水的光解发生在类囊体薄膜上,需要酶的参与
C.植物缺镁对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ都有影响
D.光能先转变成电能再转变成ATP和NADPH中活跃的化学能
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解析 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,A项错误。
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6.(2024·武汉高三联考)如图为光合作用暗反应的产物磷酸丙糖的代谢途径,其中磷酸丙糖转移蛋白(TPT)的活性是限制光合速率大小的重要因素。已知CO2充足时,TPT活性降低;磷酸丙糖与Pi通过TPT的运输严格按1∶1的比例进行转运。据图分析,下列有关叙述正确的是(　　)
A.叶肉细胞的光合产物主要是以淀粉形式运出细胞的
B.暗反应中磷酸丙糖的合成需要消耗光反应产生的ATP
C.若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则利于蔗糖的合成
D.农业生产上可以通过增加CO2来提高作物中淀粉和蔗糖的含量
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答案 B　
解析 由题图可知,叶肉细胞的光合产物主要是以蔗糖形式运出细胞的,A项错误;若磷酸丙糖的合成速率超过Pi转运进叶绿体的速率,则有利于淀粉的合成,C项错误;由于CO2充足时,TPT活性降低,导致磷酸丙糖运出叶绿体合成蔗糖的过程受到影响,所以增加CO2能提高作物中淀粉的含量,但蔗糖的含量会下降,D项错误。
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考点二　环境条件改变与光合产物含量变化分析
7.(2024·湖北三模)卡尔文等科学家研究发现,当植物所处环境由光照转为黑暗时,RuBP(C5)含量急剧下降,PGA(C3)含量迅速上升;当骤然降低CO2浓度时,PGA含量迅速下降,而RuBP含量上升。下列叙述错误的是(　　)
A.CO2的固定过程在叶绿体的基质中进行
B.RuBP可以与CO2反应并消耗ATP
C.C3的还原阶段消耗NADPH并合成蔗糖或淀粉等有机物
D.叶绿体中RuBP含量不多,因为RuBP消耗后会再生
B
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解析 CO2的固定过程在叶绿体的基质中进行,A项正确;根据题干可以判断,RuBP是C5,而PGA是C3,RuBP可以与CO2反应但是不消耗ATP,B项错误;C3的还原阶段利用光反应产生的NADPH和ATP合成蔗糖或淀粉等有机物,C项正确;在光合作用的卡尔文循环中,当CO2与RuBP结合后,经过一系列反应,RuBP被消耗,但同时,在一系列酶促反应下,会不断地再生出新的RuBP,使其能持续参与CO2的固定过程,D项正确。
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8.为研究光照与黑暗交替处理对花生叶片叶绿体中的ATP和ADP含量变化的影响。某研究小组测定的实验结果如图所示。结合图中结果分析,下列叙述错误的是(　　)
A.光照0~5 min,叶肉细胞中发生了ADP与ATP之间的相互转化
B.光照5~20 min,叶绿体中的ATP含量基本稳定,说明ATP与ADP转化逐渐停止
C.黑暗20~30 min,暗反应继续进行导致叶绿体中ATP和ADP的含量呈相反变化
D.光暗交替处理30 min,光暗条件对叶绿体中ADP与ATP转化过程的影响较大
B
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解析 图中ATP和ADP含量变化曲线显示,在开始光照的0~5 min内,ATP含量迅速上升,而ADP含量迅速下降,依据二者之间的转化关系可知,叶绿体中发生了ADP+Pi+能量 ATP的转化过程,A项正确;在有光照的条件下,叶绿体内将持续进行光合作用的光反应和暗反应过程,叶绿体类囊体膜捕获光能后利用ADP和Pi为原料持续合成ATP,合成的ATP也会持续供给暗反应中C3的还原过程,曲线显示叶绿体中ATP含量基本稳定,说明ATP与ADP的持续转化已维持在一定的速率下,而叶绿体中的ATP与ADP转化持续进行,并未停止,B项错误;在黑暗20~30 min内,叶绿体因无光照,光反应停止,无法持续合成ATP,而暗反应在停止光照的短暂时间内继续进行,会继续消耗ATP,同时产生ADP,从而导致了ATP和ADP的含量呈相反变化,C项正确;曲线显示在光暗交替处理30 min内,ATP与ADP含量变化较大,这说明光暗条件主要对叶绿体内ADP与ATP转化过程的影响较大,D项正确。
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关键能力提升练
9.(2024·武汉高三期中)如图为真核细胞中两种传递电子并产生ATP的生物膜结构示意图。据图分析,下列有关叙述正确的是(　　)
A.图甲为叶绿体内膜,图乙为线粒体内膜
B.两种膜产生ATP的能量直接来源均为H+的跨膜运输
C.自养需氧型生物的细胞中都既有图甲结构又有图乙结构
D.图甲中NADPH为电子最终受体,图乙中O2为电子最终受体
B
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解析 图甲中利用光能分解水,为光合作用的光反应阶段,所以图甲为叶绿体中的类囊体薄膜,图乙中利用NADH生成水和ATP,应为有氧呼吸第三阶段,所以图乙为线粒体内膜,自养需氧型生物,如硝化细菌为原核生物,不存在图甲结构和图乙结构,A、C两项错误;由图可知,这两种膜结构上的ATP合成酶在合成ATP时,都需要利用膜两侧的H+跨膜运输,即H+的梯度势能转移到ATP中,B项正确;图甲中的NADP+接受电子变成NADPH,NADP+为电子最终受体,图乙中O2接受电子变成水,O2为电子最终受体,D项错误。
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10.(2024·湖南长沙模拟)当同时给予植物红光和远红光照射时,光合作用的效率大于分开给光的效率,这一现象称为双光增益效应,如图1所示;出现这一现象的原因是光合作用过程中存在两个串联的光系统,即光系统Ⅰ和光系统Ⅱ,其作用机理如图2所示。下列相关说法正确的是(　　)
图1
图2
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A.光系统Ⅰ位于叶绿体类囊体薄膜上,光系统Ⅱ位于叶绿体基质中
B.双光增益是通过提高单位时间内光合色素对光能的吸收量来实现的
C.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ通过电子传递链串联起来,最终提高了光能的利用率
D.光系统Ⅰ和光系统Ⅱ产生的氧化剂都可以氧化水,从而生成氧气
答案 C　
解析 绿色植物进行光反应的场所是叶绿体的类囊体薄膜,故两个光系统均位于类囊体薄膜上,A项错误;单位时间内光合色素对光能的吸收量取决于光照强度、光合色素的量等,由图可知,双光增益现象得益于PSⅡ和PSⅠ之间形成电子传递链,相互促进,最终提高了光能的利用率,B项错误,C项正确;由图可知,只有光系统Ⅱ可以氧化水,D项错误。
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11.(2025·北京联考)图a~c表示3种生物膜结构及其所发生的部分生理过程,下列说法不正确的是(　　)
图a
图b
图c
A.图a生理过程为有氧呼吸第三阶段
B.图b体现了细胞膜信息交流功能
C.图c所示结构为叶绿体内膜
D.图a和c中ATP合成的动力为H+浓度梯度
C
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解析 图a所示的膜上发生了H+与氧气生成水的反应,该反应为有氧呼吸的第三阶段,A项正确;据图b可知,该膜一侧有糖蛋白,说明该膜为细胞膜,有糖蛋白一侧为细胞外。细胞外有多种分子,只有与膜蛋白能相互识别的信息分子才能结合膜蛋白,体现了细胞膜信息交流功能,B项正确;据图c可知,该膜上发生了水的光解,若该膜是叶绿体的结构,则为叶绿体的类囊体膜,C项错误;据图a、c可知,催化ATP合成的酶同时也是顺浓度运输H+的载体,所以两图中ATP合成的动力均为H+浓度梯度,D项正确。
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12.(12分)(2025·八省联考内蒙古卷)为提高温室反季种植番茄的产量,探究相同光照强度下不同红光与蓝光的比例及光周期(24 h中光/暗时长比例)对光合作用等生理过程的影响,结果如下图。回答下列问题。
图1
图2
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(1)光合色素吸收、传递光能,在类囊体薄膜上经过一系列转化和电子传递,将能量储存在　　、　　　　中。这两种物质在　　　　　　(填场所)中发挥作用。
(2)实验发现1∶0.8组的光合速率最高,结合图1结果和色素对光的吸收光谱,分析可能的原因是 　　 　　　 　　　　　 　和
　　　　　　 　　　　　 　。
ATP
NADPH
叶绿体基质
1∶0.8条件下,叶绿素含量最高　
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　
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(3)在类囊体薄膜上,光合色素需要与相关蛋白质组成捕光色素蛋白复合体来行使功能。结合图2分析,在适宜的光周期下,细胞中感受光周期的光敏色素吸收　　　　　光后,将信号传入　　　　,增加　　　　　　　　基因的表达,提高叶绿体对光的捕获能力。
(4)在北方某地,冬季日照时长约为10 h。利用上述实验结果,给出对温室种植番茄进行补光增产的关键措施:_________________________________
　　　　　 　　　　　 　 　　　　　 　　　　　 　　。
红
细胞核
调控叶绿素合成　
调整光质红光与蓝光为1∶0.8,以提升叶绿素含量,从而提高光合速率,达到增产的目的
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解析 (1)光合色素吸收、传递光能,在类囊体薄膜上经过一系列转化和电子传递,即光反应的过程,将能量储存在ATP和NADPH中,这两种物质在暗反应过程中还原C3,该反应发生在叶绿体基质中。
(2)由图1可知,各光质比例下,叶绿素含量相差较大,但类胡萝卜素含量相差不大,且在红光与蓝光比例为1∶0.8条件下,叶绿素含量最高,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,所以该条件下光合速率最高。
(3)由图2可知,在适宜的光周期下,叶绿素含量显著提升,说明光敏色素吸收红光后,将信号传入细胞核,增加调控叶绿素合成的基因的表达,提高叶绿素含量,从而提高叶绿体对光的捕获能力。
(4)由图2可知,光照时长在8~12 h时,叶绿素含量相对较低,此时可通过调整光质红光与蓝光为1∶0.8,以提升叶绿素含量,从而提高光合速率,达到增产的目的。

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