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通用版高考生物学一轮复习
课时突破练13　光合作用的色素和原理
必备知识基础练
一、单项选择题
考点1　捕获光能的色素与结构
1.下列关于高等植物叶绿体中色素的叙述错误的是 (　　)
A.叶绿体中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中
B.构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收
C.通常,红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用
D.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻引起的
2.叶绿素a头部和尾部分别具有亲水性和亲脂性。下列相关叙述正确的是(　　)
A.叶绿素a的尾部主要嵌在叶绿体的内膜中
B.镁元素在植物体内主要以叶绿素a等化合物的形式存在
C.常用无水乙醇作层析液分离出绿叶中的叶绿素a
D.叶绿素a呈蓝绿色,合成时需要光照和适宜温度
3.采用新鲜菠菜叶片开展“叶绿体色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是(　　)
A.提取叶绿体色素时可用无水乙醇作为溶剂
B.研磨时加入CaO可以防止叶绿素被氧化破坏
C.研磨时添加石英砂有助于色素提取
D.画滤液细线时应尽量减少样液扩散
考点2　光合作用的原理
4.(2025山东日照模拟)我国科学家设计了一种光敏蛋白,成功模拟了光合系统的部分过程。在光照条件下,光敏蛋白能够将CO2直接还原,使电子传递效率和CO2还原效率明显提高。下列说法正确的是 (　　)
A.自然光合系统中,CO2生成C3的过程需要ATP和NADPH
B.光敏蛋白还原CO2的过程模拟的是自然光合系统中光反应过程
C.光敏蛋白与光合色素功能相似,但不能起到类似NADPH的作用
D.光敏蛋白发挥作用的过程和自然光合系统中暗反应持续进行都离不开光照
5.卡尔文等研究发现,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
6.如图是水稻光合作用基本过程的流程图,下列叙述错误的是(　　)
A.阶段Ⅰ发生在叶绿体的类囊体薄膜上,阶段Ⅱ发生在叶绿体基质中
B.物质1为O2,物质2为NADPH,物质5为CO2
C.突然停止光照,短期内,物质4会增多,物质6会减少
D.突然停止CO2供应,短期内,物质2和物质4均会减少
关键能力提升练
二、不定项选择题
7.(2025山东枣庄一模)英国植物学家罗伯特·希尔1937年发现,在离体叶绿体的悬浮液中(无CO2)加入氧化剂,在光照条件下可以释放O2,现在把这种现象称为希尔反应。下列有关说法正确的是(　　)
A.希尔反应发生的场所是叶绿体基质
B.如果不加入氧化剂,O2不会持续产生
C.希尔反应证明了产生的O2的氧元素全部来源于水
D.希尔反应证明氧气的产生和糖类的合成是相对独立的过程
8.(2025山东德州高三期中)卡尔文与同事利用14C探明了光合作用中的碳固定途径,为了进一步探究14CO2和哪种物质结合生成C3,卡尔文在反应中将14CO2的浓度由1%突然降至0.003%,检测部分物质的含量变化,结果如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.图中的物质B表示C5,物质C表示C3
B.1分子14CO2固定生成的2个C3中,只有1个C3中含有14C
C.根据0 s后物质B含量上升即可判定物质B最先与CO2结合
D.若300 s后停止光照,短时间内C3含量上升而C5含量下降
三、非选择题
9.(2024河北)高原地区蓝光和紫外光较强,常采用覆膜措施辅助林木育苗。为探究不同颜色覆膜对藏川杨幼苗生长的影响,研究者检测了白膜、蓝膜和绿膜对不同光的透过率,以及覆膜后幼苗光合色素的含量,结果如下图、下表所示。
覆膜处理 叶绿素含量/ (mg·g-1) 类胡萝卜素含量/ (mg·g-1)
白膜 1.67 0.71
蓝膜 2.20 0.90
绿膜 1.74 0.65
回答下列问题。
(1)如上图所示,三种颜色的膜对紫外光、蓝光和绿光的透过率有明显差异,其中　　　光可被位于叶绿体　　　　　　　　　　　上的光合色素高效吸收后用于光反应,进而使暗反应阶段的C3还原转化为　　　和　　　　　。与白膜覆盖相比,蓝膜和绿膜透过的　　　　　　较少,可更好地减弱幼苗受到的辐射。
(2)光合色素溶液的浓度与其光吸收值成正比,选择适当波长的光可对色素含量进行测定。提取光合色素时,可利用　　　　　　作为溶剂。测定叶绿素含量时,应选择红光而不能选择蓝紫光,原因是　 　。
(3)研究表明,覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。根据上述检测结果,其原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出2点即可)。
10.(2024湖南节选)钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等。研究表明,缺钾导致某种植物的气孔导度下降,使CO2通过气孔的阻力增大,还会导致Rubisco的羧化酶(催化CO2的固定反应)活性下降,最终导致净光合速率下降。回答下列问题。
(1)从物质和能量转化角度分析,叶绿体的光合作用即在光能驱动下,水分解产生　　　　　　　;光能转化为电能,再转化为　　　　　　中储存的化学能,用于暗反应的过程。
(2)长期缺钾导致该植物的叶绿素含量　　　　,从叶绿素的合成角度分析,原因是　 　(答出2点即可)。
11.(2023河北)拟南芥发育早期的叶肉细胞中,未成熟叶绿体发育所需ATP须借助其膜上的转运蛋白H由细胞质基质进入。发育到一定阶段,叶肉细胞H基因表达量下降,细胞质基质ATP向成熟叶绿体转运受阻。回答下列问题。
(1)未成熟叶绿体发育所需ATP主要在　　　　　　　　合成,经细胞质基质进入叶绿体。
(2)光照时,叶绿体类囊体膜上的色素捕获光能,将其转化为ATP和　　　　　　　　　　中的化学能,这些化学能经　　　　　　　　　　阶段释放并转化为糖类中的化学能。
(3)研究者通过转基因技术在叶绿体成熟的叶肉细胞中实现H基因过量表达,对转H基因和非转基因叶肉细胞进行黑暗处理,之后检测二者细胞质基质和叶绿体基质中ATP相对浓度,结果如图。相对于非转基因细胞,转基因细胞的细胞质基质ATP浓度明显　　。据此推测,H基因的过量表达造成细胞质基质ATP被　　　　　　(填“叶绿体”或“线粒体”)大量消耗,细胞有氧呼吸强度　　　　。
(4)综合上述分析,叶肉细胞通过下调　　　　　　　　　　　　　　　　阻止细胞质基质ATP进入成熟的叶绿体,从而防止线粒体　　　　　　　　　　　　　　　　,以保证光合产物可转运到其他细胞供能。
参考答案
1.C　叶绿体中的色素不溶于水,能够溶解在有机溶剂无水乙醇中,A项正确;根是植物吸收水和矿质元素的主要器官,构成叶绿素的镁可以由植物的根从土壤中吸收,B项正确;植物进行光合作用只能吸收可见光,不能吸收红外光和紫外光,C项错误;叶绿素的形成需要光,黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由叶绿素合成受阻引起的,D项正确。
2.D　叶绿素a的尾部具有亲脂性,而生物膜的基本支架由磷脂双分子层构成,故叶绿素a的尾部可能嵌在类囊体薄膜中,A项错误;镁元素在细胞中主要以离子的形式存在,B项错误;叶绿素a易溶于有机溶剂,所以可用无水乙醇提取,而不是用无水乙醇作为层析液,C项错误;叶绿素a呈蓝绿色,合成时需要光照和适宜温度,D项正确。
3.B　叶绿体色素能溶解在无水乙醇或丙酮等有机溶剂中,所以可用无水乙醇作为溶剂提取叶绿体色素,A项正确;研磨时加入CaCO3可以防止叶绿素被氧化破坏,B项错误;加入石英砂是为了使研磨更充分,从而使叶绿体中的色素释放出来,C项正确;画滤液细线时应尽量减少样液扩散,防止色素带之间部分重叠,D项正确。
4.D　在自然光合系统中,CO2被固定为C3的过程,即二氧化碳的固定,是暗反应阶段的一部分,这个过程不消耗ATP和NADPH,ATP和NADPH主要是在暗反应的下一个阶段,即在C3的还原过程中被消耗的,A项错误;光敏蛋白在光照条件下能够将CO2直接还原,这实际上模拟的是自然光合系统中光吸收和暗反应阶段过程,B项错误;在光照条件下,光敏蛋白能够将CO2直接还原,说明光敏蛋白与自然光合系统中的光合色素、NADPH和ATP等物质的功能相似,C项错误;依据题干信息“在光照条件下,光敏蛋白能够将CO2直接还原”,同时在黑暗条件下自然光合系统中的暗反应由于缺少光反应产生的 ATP和NADPH无法持续进行,D项正确。
5.B　CO2的固定过程是暗反应的组成部分,在叶绿体的基质中进行,A项正确。RuBP是C5,而PGA是C3,RuBP可以与CO2反应,CO2的固定不消耗ATP,B项错误。C3的还原阶段利用光反应产生的NADPH和ATP并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,RuBP 是二氧化碳的受体,当二氧化碳与 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,使其能持续参与二氧化碳的固定过程,D项正确。
6.D　光合作用过程分为光反应阶段和暗反应阶段,阶段Ⅰ是光反应,发生在叶绿体的类囊体薄膜上,阶段Ⅱ是暗反应,发生在叶绿体基质中,A项正确;根据图示以及光合作用过程可知,图中物质1是O2,物质2是NADPH,物质5是CO2,B项正确;突然停止光照,光反应减弱,产生的ATP和NADPH减少,物质4(C3)的还原减弱,生成的物质6(C5)减少,CO2含量不变,CO2固定过程消耗的物质6(C5)不变,短期内叶绿体中物质4(C3)会增多,物质6(C5)的含量会减少,C项正确;突然停止CO2供应,暗反应减弱,C3的生成量减少,消耗的NADPH减少,因此短期内,物质2(NADPH)会增多,物质4(C3)会减少,D项错误。
7.BD　希尔反应是指离体叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气的化学反应,即光反应,该过程发生在叶绿体的类囊体薄膜上,A项错误;据题干信息可知,希尔反应的发生需要加入氧化剂,故不加入氧化剂,则O2不会持续产生,B项正确;希尔反应并不能证明植物光合作用产生的O2中的氧元素全部来自H2O,因为它也可能来自其他含氧的物质,C项错误;希尔反应的悬浮液中没有CO2,不能合成糖类,说明水光解产生氧气与糖类的合成不是同一个化学反应,二者是相对独立的过程,D项正确。
8.ABD　在CO2浓度突然降低时,C3会减少,C5会增加。从图中可以看出物质B在CO2浓度降低后含量上升,物质C在CO2浓度降低后含量下降,所以物质B表示C5,物质C表示C3,A项正确;CO2固定时,14CO2+C52C3,生成的2个C3分子中只有1个C3含有14C,B项正确;虽然0 s后物质B含量上升,但不能仅根据这一点就判定物质B最先与CO2结合,C项错误;若300 s后停止光照,NADPH和ATP的合成停止,C3的还原受阻,而CO2的固定仍在进行,所以短时间内C3含量上升而C5含量下降,D项正确。
9.答案 (1)蓝　类囊体薄膜　C5　(CH2O)(或“糖类”)　紫外光
(2)无水乙醇　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,选择红光而不选择蓝紫光,可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响
(3)高原地区紫外光强烈,覆盖蓝膜后,紫外光透过率较低,可降低紫外光对藏川杨幼苗的伤害;覆盖蓝膜后,蓝光的透过率高,用于光合作用的光多,藏川杨幼苗的光合速率大;覆盖蓝膜后,幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率(答出两点即可)
解析 (1)三种不同颜色的光中,能被叶绿体中色素高效吸收的是蓝光,叶绿体中的色素位于类囊体薄膜上;暗反应中C3还原转化为C5和(CH2O)。紫外光会对幼苗产生辐射,由题图可知,蓝膜和绿膜对紫外光的透过率均低于白膜,可更好地减弱幼苗受到的辐射。(2)提取叶绿体中的色素时,可用无水乙醇作为溶剂。通过光吸收值测定叶绿素含量时,选择红光而不选择蓝紫光的原因是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,选择红光可以避免类胡萝卜素对实验结果的影响。(3)由题图可知,覆盖蓝膜后,紫外光的透过率低,可降低紫外光对藏川杨幼苗的伤害,蓝光的透过率高,用于光合作用的光多,藏川杨幼苗的光合速率大;由题表可知,覆盖蓝膜后,幼苗叶绿素和类胡萝卜素的含量最高,可以提高藏川杨幼苗对光能的利用率。
10.答案 (1)O2和H+　ATP和NADPH
(2)降低　缺钾会使叶绿素合成相关酶的活性降低;缺钾会影响细胞的渗透调节能力,进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收,使叶绿素合成减少
解析 (1)光反应过程中水的光解会产生O2和H+,H+再和NADP+结合产生NADPH。该过程中光能转化为电能,电能再转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。(2)由“钾是植物生长发育的必需元素,主要生理功能包括参与酶活性调节、渗透调节以及促进光合产物的运输和转化等”可知,长期缺钾导致该植物的叶绿素含量降低,其原因是钾参与酶活性的调节,缺钾会降低叶绿素合成相关酶的活性;钾参与渗透调节,缺钾会影响细胞的渗透压,进而影响细胞对Mg、N等元素的吸收,而Mg和N是合成叶绿素的必需元素。
11.答案 (1)线粒体(或“线粒体内膜”)　(2)NADPH(或“还原型辅酶Ⅱ”)　暗反应(或“卡尔文循环”)　(3)降低　叶绿体　升高　(4)H基因表达(或“H蛋白数量”)　过多消耗光合产物(或“有氧呼吸增强”)
解析 (1)由题干可知,拟南芥幼苗叶肉细胞的叶绿体仍在发育时,消耗的ATP主要来自自身线粒体。线粒体通过有氧呼吸为细胞提供生命活动所需的大约95%的能量。线粒体中能够大量合成ATP的化学反应在线粒体内膜上进行。(2)在植物光合作用的光反应阶段,光能被光合色素捕获后,转化为储存在ATP和NADPH中的化学能。在暗反应阶段ATP和NADPH中的化学能再进一步转化固定到糖类等有机物中。(3)由图可知,叶绿体成熟的非转基因叶肉细胞中H基因表达下调,细胞质基质ATP浓度远高于叶绿体基质。H基因过表达后,细胞质基质中ATP含量下降,且叶绿体基质中ATP含量未显著升高,表明叶绿体消耗了从细胞质基质中转入的ATP。推测,H基因过表达后,大量的ATP转运至叶绿体中被消耗,细胞需代偿性提高线粒体呼吸强度,以补充细胞质基质中的ATP。(4)由题分析可知,ATP由细胞质基质向叶绿体转运过程中,H转运蛋白的数量是限制运输速率的一个主要因素。叶绿体成熟的叶肉细胞中H基因的表达下调,H转运蛋白的数量减少,进而ATP向叶绿体的流入被有效阻止,细胞质基质ATP可保持正常生理水平,从而避免了线粒体呼吸作用的额外增强、过多消耗光合产物,保证光合产物能被转运到其他细胞供能。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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