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第10讲　光合作用与能量转化
课标 要求 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.教学活动:提取和分离叶绿体色素;探究不同环境因素对光合作用的影响
第1课时　捕获光能的色素、结构与光合作用的原理
考点一　实验:绿叶中色素的提取和分离(实验·探究类)
1.实验原理
2.实验步骤
3.实验结果及分析
4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
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,滤液含色素(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未加碳酸钙或加入的量过少,色素分子被破坏
滤纸条色 素带重叠 ①滤纸条未经干燥处理 ②滤液细线没有达到细、直、齐的要求
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
1.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列说法正确的是　　　　。
A.用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏[2023·江苏卷]
B.某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,研磨时用水补充损失的提取液[2024·广东卷]
C.某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别,将两组滤纸条置于同一烧杯中层析[2024·广东卷]
D.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量[2023·江苏卷]
E.绿叶中色素的提取和分离,以滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄作为观察指标
F.滤液细线应该触及层析液,便于色素的溶解和分离
G.胡萝卜素含量最少,但在层析液中的溶解度最高
H.分离菠菜叶中的色素时,因层析液有挥发性,需在通风好的条件下进行[2025·黑吉辽内蒙古卷]
2.[2024·贵州卷] 为探究不同光照强度对叶色的影响,取紫鸭跖草在不同光照强度下,其他条件相同且适宜,分组栽培,一段时间后获取各组光合色素提取液,用分光光度法(一束单色光通过溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列叙述错误的是 (　)
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
考点二　捕获光能的色素和叶绿体的结构(固本·识记类)
1.捕获光能的色素的种类及吸收光谱
【分析】
(1)一般情况下,叶绿体中的色素只吸收　　　　,而对红外光和紫外光等不吸收。
(2)类胡萝卜素主要吸收　　　　　,几乎不吸收红光。叶绿素a和叶绿素b主要吸收　　　　　　　　。研究表明:在遮光条件下,以蓝紫光为主的散光占比增加。请预测:在适当遮光的条件下叶片(比如同一植物底层叶片)中叶绿素a/叶绿素b　　　　,弱光下的光能吸收能力　　　　,有利于提高植物的捕光能力,是对弱光环境的一种适应。
(3)图中暗带产生的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
[提醒]同等强度的补光,红光或蓝紫光比白光的效果好;如果利用的是自然光,大棚无色透明膜比有色透明膜效果好。
2.叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
(2)结构与功能
3.证明叶绿体是光合作用场所的实验——恩格尔曼实验
(1)实验步骤及现象
①极细光束照射水绵:需氧细菌只集中分布在叶绿体　　　　　　到的部位。
②完全曝光:需氧细菌分布在叶绿体　　　　　的部分。
③用透过三棱镜的光照射水绵临时装片:大量的需氧细菌聚集在　　　　　　　　　　
区域。
(2)实验结论
　　　　　　 　　 　　　　　　　　;
　　　 　　　　　 　　　。 (3)实验分析
分析恩格尔曼实验在选材上的巧妙之处:
_____________________________________________________________________。　
分析恩格尔曼实验在实验设计上的巧妙之处:_________________________________
_____________________________________________________________________。
深挖教材·拓思维
有的植物工厂使用LED灯等人工光源进行生产,其中红色、蓝色、白色的光
源使用率最高,选择这些光源的原因是　　　　　　　　　　　　 　　　　
　 。植物工厂不使用绿色光源的原因是　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。[必修1 P97“问题探讨”]
2.植物本身的颜色是反射出来的光所形成的,海水越深透过的波长越短,判断红藻、褐藻、绿藻在海水中的深浅分布是　　　　　　　　　　　　　　　。原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。[必修1 P101“拓展应用”]
3.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。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　　　　　　　　　　　　　　 　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点即可)。[2024·湖南卷]
1.关于捕获光能的色素和叶绿体的结构,下列说法错误的是　　　　。
A.叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多
B.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中
C.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是叶绿素合成受阻引起的
D.叶绿体内的基粒和类囊体极大地扩展了受光面积
E.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收峰[2023·全国乙卷]
F.恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气和光的干扰
G.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片,证明了叶绿体主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用放氧
2.[2025·河北衡水模拟] 高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境条件下,叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转化,这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现,在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述,错误的是 (　)
A.缺少Mg时,①②的合成都会受到影响
B.①和②分布在叶绿体的类囊体薄膜上
C.植物叶片呈现绿色是由于①②对绿光吸收多
D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
考点三　光合作用过程分析(固本·识记类)
1.重要科学史实回顾分析
重要实验 结论
1937年,希尔(英国)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H2O,没有CO2),在光照下可以释放出氧气(希尔反应) 　 　　　　　　 　　　　　　
1941年,鲁宾、卡门的实验。如下图所示 　 　　　　　　 　　　　　　
20世纪40年代,美国科学家卡尔文等将小球藻装在一个密闭容器中,用经过14C标记的14CO2供小球藻进行光合作用,然后追踪14C的去向 C的转移路径是　　　　　　 　　　　
1954年,美国科学家阿尔农发现,在光照下,叶绿体可以合成ATP。1957年,他发现这一过程总是与水的光解相伴随
[提醒]18O是稳定同位素,14C具有放射性。
2.光合作用过程分析
(1)过程图解
(2)光合作用反应式及元素的转移途径
①H:3H2ONADP3H(C3H2O)。
②C:14CO2 14C3(14CH2O)。
③O:O 18O2;C18O2C3(CO)。
(3)光反应和暗反应过程比较
项目 光反应 暗反应
条件 　　　　、色素、酶 　　　、NADPH、　　　、多种酶
场所 　　　　　　 　　　　　　
物质 变化 ①2H2O 4H++　　　　+4e- ②NADP++H++2e-　　　 ③ADP+Pi+能量ATP ①CO2+C5　 ② ③　　 ADP+Pi+能量 ④NADPH　　　　　
能量 变化 光能→　　　　　　　中的化学能→有机物中稳定的化学能
联系 光反应为暗反应提供　　　　　　　,暗反应为光反应提供　　　　　　　　　。没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反应,有机物无法合成
3.光合作用与化能合成作用的对比
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 CO2和H2O等无机物
产物 　　　　等有机物
能量来源 　　　 某些无机物氧化时 释放的能量
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 　　　　、硫细菌等
深挖教材·拓思维
水分解为氧和H+的同时,被叶绿素夺去两个电子。电子经传递,可用于　　　
　　　　　　　　。[必修1 P103“相关信息”]
光照适宜时,当暗反应速率增大时光反应速率也会增大,原因是　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
命题角度一　探究光合作用过程的部分实验
1.关于探究光合作用过程的部分实验,下列说法正确的是　　　　。
A.希尔反应采用了同位素示踪法证明离体叶绿体在适当条件下发生水的光解
B.希尔在有光照、无CO2的悬浮液中培养离体叶绿体,证明了水的光解与糖的合成相关联
C.鲁宾和卡门给植物提供H2O和C18O2,可判断O2是来自H2O
D.卡尔文用14CO2追踪,未探明CO2中的C转化为有机物中C的过程
E.卡尔文用14CO2培养小球藻,一定范围内随光照时间延长,小球藻中含14C物质的种类和含量增多
F.阿尔农实验需给离体的叶绿体光照,并供给ADP、Pi等物质
G.阿尔农发现叶绿体合成ATP的过程总是伴随着水的光解
2.[2025·吉林白城模拟] 1937年,科学家希尔将植物细胞破碎,获得离体叶绿体。他发现即使不提供CO2,只要在光照条件下给离体叶绿体提供足量铁盐溶液(作氧化剂),离体叶绿体虽然不能合成有机物,但能够放出O2。1941年,美国几位科学家制备了少量的含18O的水和含18O的碳酸氢盐,在适宜光照条件下,对3组小球藻进行相应处理,一段时间后检测光合产物氧气中18O的比例,实验结果如图所示。下列叙述错误的是 (　)
A.希尔的实验中,将叶绿体离体可排除呼吸作用对实验的干扰
B.美国几位科学家的实验中碳酸氢盐的作用是为小球藻提供二氧化碳
C.希尔实验的结果说明光合作用释放的氧气中的氧原子仅来自水
D.美国几位科学家的实验证明O2中的氧原子来自水,而不是CO2
命题角度二　光合作用的原理和过程
3.关于光合作用的原理和过程,下列说法正确的是　　　　。
A.水的光解过程不消耗ATP[2025·河北卷]
B.光合作用中,水的光解发生在类囊体薄膜上[2024·江西卷]
C.遮光后叶绿体中光反应和暗反应都立即停止
D.适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH和CO2后,不能完成暗反应过程
E.光合作用的暗反应过程不消耗ATP[2025·河北卷]
F.在暗反应阶段,CO2不能直接被还原[2021·湖南卷]
G.光合作用过程中,ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动
H.遮光后短时间内叶绿体中C5/C3的值会降低
4.[2025·河南漯河模拟] 小麦是世界性的重要粮食作物,淀粉和蔗糖是小麦光合作用的主要终产物。小麦叶肉细胞通过光合作用合成淀粉和蔗糖的过程如图,已知磷酸丙糖转运器在适宜光照条件下活性最高。回答下列问题:
(1)光合作用的光反应发生在　　　　　　上,某些膜蛋白与　　　　　形成的复合体可吸收、传递、转化光能。
(2)小麦叶肉细胞中合成淀粉的场所是　　　　　　,合成蔗糖的场所是　　　　　　。
(3)光合作用的光反应需要的色素包括　　　　　　　　。光反应的产物被利用后产生的磷酸丙糖并非二氧化碳固定后的产物C3,判断依据是　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　。
(4)在CO2供应充足的条件下,若光照强度突然减弱,则短时间内叶肉细胞中C3含量的变化是　　　　。
(5)当光照条件由中午强光照转为下午适宜光照后,磷酸丙糖转运器的转运速率会　　　　,这种变化更有利于　　　　的合成。
经典真题·明考向
1.[2024·湖北卷] 植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗,实验结果如下表所示。下列叙述正确的是 (　)
组别 光照处理 首次开 花时间 茎粗 /mm 花的叶黄 素含量/ (g/kg) 鲜花累计 平均产量/ (kg/hm2)
① 光照8 h/ 黑暗16 h 7月 4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/ 黑暗12 h 7月 18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/ 黑暗8 h 7月 26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
2.[2024·甘肃卷] 类胡萝卜素不仅参与光合作用,还是一些植物激素的合成前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体,其种子大部分为黄色,少部分呈白色,白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定,白色种子为某基因的纯合突变体。在正常光照下(400 μmol·m-2·s-1),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发后转移到正常光和弱光(1 μmol·m-2·s-1)下培养一周,提取并测定叶片叶绿素和类胡萝卜素含量,结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是　　　　　　　,加入少许碳酸钙可以　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高,其原因是　　　　　　　
　　　　　　　　　 　　　。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子,因为　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关,本研究中支持此结论的证据有:①纯合体种子为白色;②　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷,X最可能是　　　　　　　。若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。为检验上述假设,请完成下面的实验设计:
①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在　　　　　　条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。
②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
预期结果:　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　
　　　 　　　。
第1课时　捕获光能的色素、结构与光合作用的原理
考点一
● 必备知识
1.有机溶剂无水乙醇　无水乙醇　溶解度　溶解度高　层析液
2.防止研磨中色素被破坏　使研磨充分　色素　扩散均匀　分离出的色素带平整不重叠　色素附着量　色素溶解在层析液
3.橙黄色　色素种类　色素含量　溶解度
● 典型例题
1.CEGH　[解析] 用有机溶剂提取色素时,加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏,A错误;色素溶于有机溶剂,提取液为无水乙醇,光合色素不溶于水,B错误;该实验中分离色素的方法是纸层析法,可根据色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的相对含量,但该实验不能精确测定绿叶中各种色素的实际含量,D错误;层析分离时,必须确保滤液细线不触及层析液,防止色素溶解在层析液中,F错误。
2.D　[解析] 提取光合色素时加入碳酸钙可以防止色素被破坏,A正确;由于不同色素在层析液中的溶解度不同,因此在滤纸上的扩散速度不同,从而达到分离的效果,这就是纸层析法,B正确;不同光合色素颜色不同,因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异,叶绿素相对含量多时使叶片呈现绿色,而秋季类胡萝卜素相对含量增多使叶片呈黄色,C正确;叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光,所以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量,D错误。
考点二
● 必备知识
1.(1)可见光
(2)蓝紫光　红光和蓝紫光　降低　增强
(3)对应的光被色素吸收
2.(1)光反应　暗反应
(2)外膜　内膜　叶绿体基质　暗反应　类囊体　色素　光反应　光合作用
3.(1)①被光束照射　②所有受光　③红光和蓝紫光
(2)叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧　叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光用于光合作用
(3)①选择水绵和需氧细菌,水绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;用需氧细菌可以确定氧气释放多的部位
②巧妙排除干扰因素:没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰;巧妙设计对照实验:用极细的光束照射,叶绿体上可分为有光照和无光照的部位,相当于一组对照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果
【深挖教材】
1.红色、蓝色光源发出的分别是红光、蓝光,光合色素对红光、蓝光吸收最多,白光是复合光,含有不同波长的光,光合色素能吸收更多的光　绿色光源发出绿色的光,这种波长的光几乎不能被光合色素吸收,因此无法用于光合作用制造有机物
2.红藻最深,褐藻居中,绿藻最浅　红藻吸收蓝紫光和绿光较多,绿藻吸收红光和蓝紫光较多
3.减少　缺钾影响光合产物的运输和转化,叶绿素合成的底物供应不足;缺钾影响叶绿素合成相关酶的活性
● 典型例题
1.AB　[解析] 吸收红光的主要是叶绿素,叶片黄化后,叶绿素含量减少,所以叶绿体对红光的吸收减少,A错误;叶绿体的类囊体薄膜上和叶绿体基质中均分布着光合作用需要的酶,而色素只分布于叶绿体的类囊体薄膜上,B错误。
2.C　[解析] 镁元素是叶绿素的重要组成成分,故缺少Mg时,叶绿素b和叶绿素a(①②)的合成都会受到影响,A正确;①叶绿素b和②叶绿素a分布在叶绿体的类囊体薄膜上,B正确;植物叶片呈现绿色是由于①②对绿光吸收少,绿光大多被反射出来,C错误;在适当遮光条件下,叶绿素a/叶绿素b的值会降低,以适应环境,故弱光下①(叶绿素b)的相对含量增高有利于植物对弱光的利用,D正确。
考点三
● 必备知识
1.离体的叶绿体在适当条件下发生水的光解,产生氧气　光合作用释放的氧气全部来自水　
2.(3)光　ATP　CO2　类囊体薄膜　叶绿体基质　O2　NADPH　2C3　NADPH　ATP　NADP++H++2e-　ATP和NADPH　ATP和NADPH　ADP和Pi、NADP+
3.糖类　光能　硝化细菌
【深挖教材】
1.NADP+与H+结合形成NADPH
2.暗反应速率增大消耗更多的NADPH和ATP,能为光反应提供更多的ADP、Pi、NADP+等
● 典型例题
1.EFG　[解析] 希尔的实验没有采用同位素示踪法,A错误;希尔在离体叶绿体的悬浮液中加入氧化剂,在有光照、有H2O、无CO2条件下培养,释放出了O2,从而证明了光合作用中水的光解并非必须与糖的合成相关联,B错误;鲁宾和卡门用18O分别标记H2O和CO2证明光合作用释放的O2来自H2O,只用H2O和C18O2,没有设置对照组,不能判断O2是来自提供的H2O,有可能来自其他含有16O的物质,C错误;卡尔文用14CO2追踪,探明了光合作用中CO2中的C转化为有机物中C的过程,D错误。
2.C　[解析] 希尔的实验中将叶绿体离体进行实验,可排除呼吸作用对实验的干扰,A正确;美国几位科学家用水和碳酸氢盐进行光合作用的实验,其中碳酸氢盐可为小球藻提供二氧化碳,B正确;希尔的实验说明光合作用释放的氧气中的氧原子不来自二氧化碳,但不能证明仅来自水,C错误;题图中三组实验释放的O2中18O比例与水中18O比例接近,而与碳酸氢盐中18O比例明显不同,可证明光合作用产生的O2来自H2O,而不是CO2,D正确。
3.ABFH　[解析] 光照停止后,由于光反应产生的ATP和NADPH还没有完全消耗尽,所以暗反应并不会立即停止,C错误;暗反应需要光反应提供的ATP和NADPH,在叶绿体基质中存在暗反应所需要的酶,适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加ATP、NADPH、CO2后,可完成暗反应过程,D错误;光合作用的暗反应中C3的还原需要消耗ATP(来自光反应产生的ATP),E错误;光合作用过程中ADP是暗反应的产物,参与光反应,故ADP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜,G错误。
4.(1)类囊体薄膜　光合色素
(2)叶绿体基质　细胞质基质
(3)叶绿素和类胡萝卜素　CO2固定后先形成C3,再经还原生成磷酸丙糖
(4)增多
(5)升高　蔗糖
[解析] (1)光合作用包括光反应和暗反应两个阶段。光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上,膜上蛋白与光合色素形成的复合体能够吸收、传递、转化光能。(2)由题图可知,小麦叶肉细胞中合成淀粉的场所是叶绿体基质,合成蔗糖的场所是细胞质基质。(3)光合作用的光反应需要的色素包括叶绿素和类胡萝卜素。据题图可知,CO2固定后先形成C3,再经还原生成磷酸丙糖,故磷酸丙糖并非二氧化碳固定后的产物C3。(4)若CO2供应不变,而光照强度突然减弱,则光反应产生的NADPH和ATP减少,C3的还原减少,但C3的生成不变,因此短时间内C3的含量会增多。(5)题意显示,磷酸丙糖转运器在适宜光照条件下活性最高,则当光照条件由中午强光照转为下午适宜光照后,磷酸丙糖转运器的转运速率会升高,更利于蔗糖的合成。
经典真题·明考向
1.C　[解析] 由表中数据分析可知,三组中,第①组首次开花时间最早,说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花,但在三组中该组产量最低,A错误;由题干信息可知,植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关,根据表格数据分析,第①组光照处理中的黑暗时长最长,花的叶黄素含量最低,第③组光照处理中的黑暗时长最短,但花的叶黄素含量却不是最高的,说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相关,B错误;由表中信息可知,第②组光照处理下,花的叶黄素含量最高,植物甲的花品质最好,第③组光照处理下,鲜花累计平均产量最高,说明植物甲的花产量最高,综合考虑花的产量和品质,应该选择第②组处理,C正确;由表中数据分析可知,第②组光照处理下,花的叶黄素含量最高,但鲜花累计平均产量却不是最高的,说明植物甲花的产量不是最高的,所以植物甲花的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关,D错误。
2.(1)无水乙醇　防止研磨中色素被破坏
(2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成
(3)正常光照条件下,纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求
(4)与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零)
(5)脱落酸　弱光及其他条件相同且适宜　气孔大小或气孔开度　B组气孔大小小于A组,C、D两组气孔大小基本相同,C、D组气孔大小大于A、B组
[解析] (1)叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色素被破坏。(2)叶绿素的形成需要光照,正常光下更有利于叶绿素的形成,所以野生型植株叶片叶绿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),纯合突变体叶片中叶绿体发育异常、类囊体消失,叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低,分别为0.3和0.1,说明纯合突变体的光合作用极弱,无法满足植株生长对有机物的需求,使得植株难以生长,因此正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子。(4)由图可知:与野生型相比,纯合突变体叶片中类胡萝卜素含量极低(几乎为零),说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素X的合成缺陷。由题干可知,白色种子(纯合突变体)未完全成熟即可在母体上萌发,而脱落酸可抑制种子萌发, 据此可推知:X最可能是脱落酸。若以上推断合理,则干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量。由题图可知,弱光条件下,纯合突变体叶绿素相对含量较高,植株能正常生长。为检验上述假设,补充完善的实验设计如下,①植物培养和处理:取野生型和纯合突变体种子,萌发后在弱光条件下培养一周,然后将野生型植株均分为A、B两组,将突变体植株均分为C、D两组,A、C组为对照,B、D组干旱处理4小时。②测量指标:每组取3~5株植物的叶片,在显微镜下观察、测量并记录各组的气孔大小。③预期结果:本实验为验证性实验,其结论是已知的,即干旱处理能够提高野生型中激素X的含量,但不影响纯合突变体中X的含量,所以预期的结果是B组气孔大小明显小于A组,C、D两组气孔大小基本相同,C、D组气孔大小大于A、B组。(共109张PPT)
第10讲
光合作用与能量转化
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.教学活动:提取和分离叶绿体色素;探究不同环境因素对光合作用的影响
01
第1课时
捕获光能的色素、结构与光合
作用的原理
考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离（实验·探究类）
考点二 捕获光能的色素和叶绿体的结构（固本·识记类）
考点三 光合作用过程分析（固本·识记类）
经典真题·明考向
备用习题
作业手册
答案速查【听】
答案速查【作】
考点一 实验:绿叶中色素的提取和分离
(实验·探究类)
1.实验原理
有机溶剂无水乙醇
无水乙醇
溶解度
溶解度高
层析液
2.实验步骤
防止研磨中色素被破坏
使研磨充分
色素
扩散均匀
分离出的色素带平整不重叠
色素附着量
色素溶解在层析液
3.实验结果及分析
橙黄色
色素种类
色素含量
溶解度
4.绿叶中色素的提取和分离实验异常现象分析
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，滤液含色素(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未加碳酸钙或加入的量过少，色素分子被破坏
异常现象 原因分析
滤纸条色素 带重叠 ①滤纸条未经干燥处理
②滤液细线没有达到细、直、齐的要求
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
（续表）
1.关于“绿叶中色素的提取和分离”实验，下列说法正确的是________。
A.用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止类胡萝卜素被破坏
［2023·江苏卷］
B.某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，研磨时用水补
充损失的提取液［2024·广东卷］
C.某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，将两组滤纸条
置于同一烧杯中层析［2024·广东卷］
D.该实验提取和分离色素的方法可用于测定绿叶中各种色素含量
［2023·江苏卷］
√
E.绿叶中色素的提取和分离，以滤纸条上色素带的颜色、次序和宽窄
作为观察指标
F.滤液细线应该触及层析液，便于色素的溶解和分离
G.胡萝卜素含量最少，但在层析液中的溶解度最高
H.分离菠菜叶中的色素时，因层析液有挥发性，需在通风好的条件下
进行［2025·黑吉辽内蒙古卷］
√
√
√
[解析] 用有机溶剂提取色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破
坏，A错误；色素溶于有机溶剂，提取液为无水乙醇，光合色素不溶
于水，B错误；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据色素在
滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的相对含量，但该实验
不能精确测定绿叶中各种色素的实际含量，D错误；层析分离时，必
须确保滤液细线不触及层析液，防止色素溶解在层析液中， 错误。
2.[2024·贵州卷]为探究不同光照强度对叶色的影响，取紫鸭跖草在不
同光照强度下，其他条件相同且适宜，分组栽培，一段时间后获取各
组光合色素提取液，用分光光度法(一束单色光通过溶液时，溶液的吸
光度与吸光物质的浓度成正比)分别测定每组各种光合色素含量。下列
叙述错误的是( )
A.叶片研磨时加入碳酸钙可防止破坏色素
B.分离提取液中的光合色素可采用纸层析法
C.光合色素相对含量不同可使叶色出现差异
D.测定叶绿素的含量时可使用蓝紫光波段
√
[解析] 提取光合色素时加入碳酸钙可以防止色素被破坏，A正确；
由于不同色素在层析液中的溶解度不同，因此在滤纸上的扩散速度
不同，从而达到分离的效果，这就是纸层析法，B正确；不同光合色
素颜色不同，因此光合色素相对含量不同可使叶色出现差异，叶绿
素相对含量多时使叶片呈现绿色，而秋季类胡萝卜素相对含量增多
使叶片呈黄色，C正确；叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收蓝紫光，所
以不能用蓝紫光波段测定叶绿素含量，D错误。
考点二 捕获光能的色素和叶绿体的结构
(固本·识记类)
1.捕获光能的色素的种类及吸收光谱
【分析】
(1)一般情况下，叶绿体中的色素只吸收
_______,而对红外光和紫外光等不吸收。
可见光
(2)类胡萝卜素主要吸收________,几乎不
吸收红光。叶绿素和叶绿素 主要吸收
______________。研究表明:在遮光条件
下,以蓝紫光为主的散光占比增加。请预
测：在适当遮光的条件下叶片 (比如同一
植物底层叶片)中叶绿素叶绿素 ______，
弱光下的光能吸收能力______,有利于提高
植物的捕光能力, 是对弱光环境的一种适应。
蓝紫光
红光和蓝紫光
降低
增强
(3)图中暗带产生的原因是____________________。
对应的光被色素吸收
［提醒］同等强度的补光,红光或蓝紫光比白光的效果好;如果利用的是
自然光,大棚无色透明膜比有色透明膜效果好。
2.叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图
光反应
暗反应
(2)结构与功能
外膜
内膜
叶绿体基质
暗反应
类囊体
色素
光反应
光合作用
3.证明叶绿体是光合作用场所的实验——恩格尔曼实验
(1)实验步骤及现象
①极细光束照射水绵:需氧细菌只集中分布在叶
绿体____________到的部位。
②完全曝光：需氧细菌分布在叶绿体________
的部分。
③用透过三棱镜的光照射水绵临时装片：大量
的需氧细菌聚集在_______________区域。
被光束照射
所有受光
红光和蓝紫光
(2)实验结论
__________________________________;__________________________
_______________________。
叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
叶绿体中的色素主要吸收红
光和蓝紫光用于光合作用
(3)实验分析
①分析恩格尔曼实验在选材上的巧妙之处：______________________
____________________________________________________________
______。
选择水绵和需氧细菌,水
绵的叶绿体呈螺旋带状,便于观察;用需氧细菌可以确定氧气释放多的
部位
②分析恩格尔曼实验在实验设计上的巧妙之处： _________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
_____________________________________________________ 。
巧妙排除干扰因素:
没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰;巧妙设计对照实验:用极
细的光束照射,叶绿体上可分为有光照和无光照的部位,相当于一组对
照实验;临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果
【深挖教材·拓思维】
1.有的植物工厂使用 灯等人工光源进行生产,其中红色、蓝色、白
色的光源使用率最高，选择这些光源的原因是 ___________________
____________________________________________________________
______________________________________________。植物工厂不使
用绿色光源的原因是__________________________________________
______________________________________________。［必修
“问题探讨”］
绿色光源发出绿色的光,这种波长的光几乎不能
被光合色素吸收,因此无法用于光合作用制造有机物
红色、蓝色光源发出
的分别是红光、蓝光，光合色素对红光、蓝光吸收最多，白光是复合
光，含有不同波长的光，光合色素能吸收更多的光
2.植物本身的颜色是反射出来的光所形成的,海水越深透过的波长越短,
判断红藻、褐藻、绿藻在海水中的深浅分布是____________________
_______。原因是_____________________________________________
_____。［必修 “拓展应用”］
红藻最深,褐藻居中,绿
藻最浅
红藻吸收蓝紫光和绿光较多,绿藻吸收红光和蓝紫光
较多
3.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。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____________
____________________________________________________________
__________________(答出两点即可)。[2024·湖南卷]
减少
缺钾影响光
合产物的运输和转化，叶绿素合成的底物供应不足；缺钾影响叶绿素
合成相关酶的活性
1.关于捕获光能的色素和叶绿体的结构，下列说法错误的是_____。
A.叶片黄化,叶绿体对红光的吸收增多
B.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中
C.黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是叶绿素合成受阻引起的
D.叶绿体内的基粒和类囊体极大地扩展了受光面积
E.用不同波长的光照射类胡萝卜素溶液,其吸收光谱在蓝紫光区有吸收
峰［2023·全国乙卷］
F.恩格尔曼实验中实验材料先放在没有空气的黑暗环境中以排除氧气
和光的干扰
G.恩格尔曼用透过三棱镜的光照射水绵临时装片，证明了叶绿体主要
吸收红光和蓝紫光用于光合作用放氧
√
√
[解析] 吸收红光的主要是叶绿素,叶片黄化后,叶绿素含量减少,所以
叶绿体对红光的吸收减少，A错误;叶绿体的类囊体薄膜上和叶绿体
基质中均分布着光合作用需要的酶,而色素只分布于叶绿体的类囊体
薄膜上，B错误。
2.[2025·河北衡水模拟]高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环境
条件下，叶绿素 和叶绿素 之间可以相互转化，这种转化称为“叶绿素
循环”。研究发现，在适当遮光条件下，叶绿素 叶绿素 的值会降低，
以适应环境。下图是①②两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的
叙述，错误的是( )
A.缺少 时，①②的合成都会受到影响
B.①和②分布在叶绿体的类囊体薄膜上
C.植物叶片呈现绿色是由于①②对绿光吸收多
D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用
√
[解析] 镁元素是叶绿素的重要组成成分，故
缺少时，叶绿素和叶绿素 的合成
都会受到影响，A正确；①叶绿素 和②叶绿
素 分布在叶绿体的类囊体薄膜上，B正确；植物叶片呈现绿色是由于
①②对绿光吸收少，绿光大多被反射出来，C错误；在适当遮光条件
下，叶绿素叶绿素 的值会降低，以适应环境，故弱光下① 叶绿素
的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
【题后归纳】
响叶绿素合成的三大因素
考点三 光合作用过程分析(固本·识记类)
1.重要科学史实回顾分析
重要实验 结论
1937年，希尔(英国)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 ，没有 ,在光照下可以释放出氧气(希尔反应) ___________________
___________________
__________
1941年，鲁宾、卡门的实验。如下图所示 _________________________________________________________________________ ___________________
____________
离体的叶绿体在适当
条件下发生水的光解,
产生氧气
光合作用释放的氧气
全部来自水
重要实验 结论
20世纪40年代,美国科学家卡尔文等将小球藻 装在一个密闭容器中,用经过标记的 供小球藻进行光合作用，然后追踪 的去向 C的转移路径是
_______________
1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可以合成 。 1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随
（续表）
［提醒］是稳定同位素， 具有放射性。
2.光合作用过程分析
(1)过程图解
(2)光合作用反应式及元素的转移途径
① 。
② 。
③; 。
(3)光反应和暗反应过程比较
项目 光反应 暗反应
条件 ____、色素、酶 _____、 、_____、多种
酶
场所 ____________ ____________
光
类囊体薄膜
叶绿体基质
项目 光反应 暗反应
物质 变化 ____ ________ 能量 _____
②______________________________________________________
③_____ 能量
______________
____
（续表）
项目 光反应 暗反应
能量 变化 光能 ______________中的化学能 有机物中稳定的化学能
联系 光反应为暗反应提供______________,暗反应为光反应提供 _________________。没有光反应,暗反应无法进行,没有暗反 应,有机物无法合成
和
和
和、
（续表）
3.光合作用与化能合成作用的对比
项目 光合作用 化能合成作用
条件 光、色素、酶 酶
原料 和 等无机物
产物 ______等有机物
能量来源 ______ 某些无机物氧化时释放的能量
生物种类 绿色植物、蓝细菌等 __________、硫细菌等
糖类
光能
硝化细菌
【深挖教材·拓思维】
1.水分解为氧和 的同时,被叶绿素夺去两个电子。电子经传递,可用
于___________________________。［必修 “相关信息”］
与结合形成
2.光照适宜时,当暗反应速率增大时光反应速率也会增大,原因是______
____________________________________________________________
______________。
暗反应速率增大消耗更多的和,能为光反应提供更多的、、等
命题角度一 探究光合作用过程的部分实验
1.关于探究光合作用过程的部分实验，下列说法正确的是______。
A.希尔反应采用了同位素示踪法证明离体叶绿体在适当条件下发生水的
光解
B.希尔在有光照、无 的悬浮液中培养离体叶绿体，证明了水的光解
与糖的合成相关联
C.鲁宾和卡门给植物提供和，可判断是来自
D.卡尔文用追踪，未探明 中的C转化为有机物中C的过程
E.卡尔文用 培养小球藻，一定范围内随光照时间延长，小球藻中含
物质的种类和含量增多
F.阿尔农实验需给离体的叶绿体光照，并供给、 等物质
G.阿尔农发现叶绿体合成 的过程总是伴随着水的光解
√
√
√
[解析] 希尔的实验没有采用同位素示踪法，A错误;希尔在离体叶绿
体的悬浮液中加入氧化剂，在有光照、有、无 条件下培养，
释放出了 ，从而证明了光合作用中水的光解并非必须与糖的合成
相关联，B错误；鲁宾和卡门用分别标记和 证明光合作用
释放的来自，只用和 ，没有设置对照组，不能判断
是来自提供的，有可能来自其他含有 的物质，C错误；卡
尔文用追踪，探明了光合作用中 中的C转化为有机物中C的
过程，D错误。
2.[2025·吉林白城模拟]1937年，科学家希尔将植
物细胞破碎，获得离体叶绿体。他发现即使不提
供 ，只要在光照条件下给离体叶绿体提供足
量铁盐溶液(作氧化剂)，离体叶绿体虽然不能合
成有机物，但能够放出 。1941年，美国几位科
学家制备了少量的含的水和含 的碳酸氢盐，在适宜光照条件下，
对3组小球藻进行相应处理，一段时间后检测光合产物氧气中 的比
例，实验结果如图所示。下列叙述错误的是( )
A.希尔的实验中，将叶绿体离体可排除呼吸作用对实验的干扰
B.美国几位科学家的实验中碳酸氢盐的作用是为小球藻提供二氧化碳
C.希尔实验的结果说明光合作用释放的氧气中的氧原子仅来自水
D.美国几位科学家的实验证明中的氧原子来自水，而不是
√
[解析] 希尔的实验中将叶绿体离体进行实验，
可排除呼吸作用对实验的干扰，A正确；美国
几位科学家用水和碳酸氢盐进行光合作用的实
验，其中碳酸氢盐可为小球藻提供二氧化碳，
B正确；希尔的实验说明光合作用释放的氧气
中的氧原子不来自二氧化碳，但不能证明仅来自水，C错误；题图中
三组实验释放的中比例与水中 比例接近，而与碳酸氢盐中
比例明显不同，可证明光合作用产生的来自，而不是 ，
D正确。
命题角度二 光合作用的原理和过程
3.关于光合作用的原理和过程，下列说法正确的是_______。
A.水的光解过程不消耗 ［2025·河北卷］
B.光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上［2024·江西卷］
C.遮光后叶绿体中光反应和暗反应都立即停止
D.适宜环境条件下,在离体的叶绿体基质中添加、和 后,
不能完成暗反应过程
E.光合作用的暗反应过程不消耗 ［2025·河北卷］
F.在暗反应阶段， 不能直接被还原［2021·湖南卷］
G.光合作用过程中, 从类囊体薄膜向叶绿体基质移动
H.遮光后短时间内叶绿体中 的值会降低
√
√
√
√
[解析] 光照停止后，由于光反应产生的和 还没有完全消
耗尽，所以暗反应并不会立即停止，C错误；暗反应需要光反应提供
的和 ,在叶绿体基质中存在暗反应所需要的酶,适宜环境条
件下,在离体的叶绿体基质中添加、、 后,可完成暗反
应过程,D错误;光合作用的暗反应中的还原需要消耗
来自光反应产生的，错误;光合作用过程中 是暗反应的产
物,参与光反应,故的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜, 错误。
4.[2025·河南漯河模拟] 小麦是世界性的重要粮食作物，淀粉和蔗糖是
小麦光合作用的主要终产物。小麦叶肉细胞通过光合作用合成淀粉和
蔗糖的过程如图，已知磷酸丙糖转运器在适宜光照条件下活性最高。
回答下列问题：
(1)光合作用的光反应发生在____________上，某些膜蛋白与________
___形成的复合体可吸收、传递、转化光能。
类囊体薄膜
光合色素
[解析] 光合作用包括光反应和暗反应
两个阶段。光反应发生在叶绿体的类
囊体薄膜上，膜上蛋白与光合色素形
成的复合体能够吸收、传递、转化光
能。
(2)小麦叶肉细胞中合成淀粉的场所是____________，合成蔗糖的场所
是____________。
叶绿体基质
细胞质基质
[解析] 由题图可知，小麦叶肉细胞中合成淀粉的场所是叶绿体基质，
合成蔗糖的场所是细胞质基质。
(3)光合作用的光反应需要的色素包括____________________。光反应
的产物被利用后产生的磷酸丙糖并非二氧化碳固定后的产物 ，判断
依据是_________________________________________。
叶绿素和类胡萝卜素
固定后先形成，再经还原生成磷酸丙糖
[解析] 光合作用的光反应需要的色素
包括叶绿素和类胡萝卜素。据题图可
知，固定后先形成 ，再经还原
生成磷酸丙糖，故磷酸丙糖并非二氧
化碳固定后的产物 。
(4)在 供应充足的条件下，若光照强度突然减弱，则短时间内叶肉
细胞中 含量的变化是______。
增多
[解析] 若 供应不变，而光照强度突然减弱，则光反应产生的
和减少，的还原减少，但 的生成不变，因此短时间
内 的含量会增多。
(5)当光照条件由中午强光照转为下午适宜光照后，磷酸丙糖转运器的
转运速率会______，这种变化更有利于______的合成。
升高
蔗糖
[解析] 题意显示，磷酸丙糖转运器在适宜光照条件下活性最高，则
当光照条件由中午强光照转为下午适宜光照后，磷酸丙糖转运器的
转运速率会升高，更利于蔗糖的合成。
【题后归纳】
环境改变时光合作用各物质含量的变化分析
(1)“过程法”分析各物质含量在短时间内的变化
注： 表示增加， 表示减少。
(2)“模型法”表示和 的含量变化
注：的起始值高于 ，约是其2倍。
(3)易错提醒
①以上分析只表示条件改变后短时间内各物质相对含量的变化。若时
间延长,光照强度减弱，光反应减弱，暗反应也一定减弱,总光合强度
也一定减弱； 不足,暗反应减弱，光反应也一定减弱，总光合强度
也一定减弱。
②以上各物质变化中,和含量的变化是相反的,和 含量
变化是一致的。
③具体分析时只有理清、的“来源”与“去路”产生于 的固定,消
耗于的还原;产生于的还原,消耗于的固定 ,才能避开试题陷阱。
经典真题·明考向
1.[2024·湖北卷]植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照
长短密切相关。研究人员用不同光照处理植物甲幼苗，实验结果如下
表所示。下列叙述正确的是( )
组 别 光照处理 首次开 花时间 茎粗/ 花的叶黄素含 量/ 鲜花累计平均产量
/
① 光照 黑 暗 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照 黑暗 7月18日 10.6 4.4 21 800
组 别 光照处理 首次开 花时间 茎粗/ 花的叶黄素含 量/ 鲜花累计平均产量
/
③ 光照 黑暗 7月26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
√
（续表）
[解析] 由表中数据分析可知，三组中，第①组首次开花时间最早，
说明第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，但在三组中该组产量
最低，A错误；由题干信息可知，植物甲的花品质与叶黄素含量呈正
相关，根据表格数据分析，第①组光照处理中的黑暗时长最长，花
的叶黄素含量最低，第③组光照处理中的黑暗时长最短，但花的叶
黄素含量却不是最高的，说明植物甲花的品质与光照处理中的黑暗
时长不是呈负相关，B错误；由表中信息可知，第②组光照处理下，
花的叶黄素含量最高，植物甲的花品质最好，第③组光照处理下，
鲜花累计平均产量最高，说明植物甲的花产量最高，综合考虑花的
产量和品质，应该选择第②组处理，C正确；由表中数据分析可知，
第②组光照处理下，花的叶黄素含量最高，但鲜花累计平均产量却
不是最高的，说明植物甲花的产量不是最高的，所以植物甲花的叶
黄素含量与花的产量不是呈正相关，D错误。
2.[2024·甘肃卷] 类胡萝卜素不仅参与光合作用，还是一些植物激素的合成
前体。研究者发现了某作物的一种胎萌突变体，其种子大部分为黄色，少部
分呈白色，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发。经鉴定，白色种子为某
基因的纯合突变体。在正常光照下 ，纯合突变体叶片
中叶绿体发育异常、类囊体消失。将野生型和纯合突变体种子在黑暗中萌发
后转移到正常光和弱光 下培养一周，提取并测定叶片叶
绿素和类胡萝卜素含量，结果如图所示。回答下列问题。
(1)提取叶片中叶绿素和类胡萝卜素常使用的溶剂是__________，加入
少许碳酸钙可以______________________。
无水乙醇
防止研磨中色素被破坏
[解析] 叶片中的叶绿素和类胡萝卜素都能溶解在有机溶剂无水乙醇
中，所以常使用无水乙醇提取。加入少许碳酸钙可以防止研磨中色
素被破坏。
(2)野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高，其原因是
____________________________________________________。
叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成
[解析] 叶绿素的形成需要光照，正常光下更有利于叶绿素的形成，
所以野生型植株叶片叶绿素含量在正常光下比弱光下高。
(3)正常光照条件下种植纯合突变体将无法获得种子，因为__________
____________________________________________________________
______________________________________________。
正常光照
条件下，纯合突变体叶片中的叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极低，
光合作用极弱，无法满足植株生长对有机物的需求
[解析] 在正常光照下 ，纯合突变体叶片中叶
绿体发育异常、类囊体消失，叶绿素和类胡萝卜素的相对含量都极
低，分别为0.3和 ，说明纯合突变体的光合作用极弱，无法满足植
株生长对有机物的需求，使得植株难以生长，因此正常光照条件下
种植纯合突变体将无法获得种子。
(4)现已知此突变体与类胡萝卜素合成有关，本研究中支持此结论的证
据有：①纯合体种子为白色；②________________________________
_____________________________。
与野生型相比，纯合突变体叶片中
类胡萝卜素含量极低(几乎为零)
[解析] 由图可知：与野生型相比，纯合突变体叶片中类胡萝卜素含
量极低(几乎为零)，说明此突变体与类胡萝卜素合成有关。
(5)纯合突变体中可能存在某种植物激素的合成缺陷， 最可能是
________。若以上推断合理，则干旱处理能够提高野生型中激素 的
含量，但不影响纯合突变体中 的含量。为检验上述假设，请完成下
面的实验设计：
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在________
___________________条件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、
B两组，将突变体植株均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干
旱处理4小时。
脱落酸
弱光及
其他条件相同且适宜
②测量指标：每组取 株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记
录各组的____________________。
③预期结果：________________________________________________
___________________________。
气孔大小或气孔开度
B组气孔大小小于A组，C、D两组气孔大小基本相同，
C、D组气孔大小大于A、B组
[解析] 纯合突变体中可能存在某种植物激素 的合成缺陷。由题干可
知，白色种子(纯合突变体)未完全成熟即可在母体上萌发，而脱落酸
可抑制种子萌发，据此可推知： 最可能是脱落酸。若以上推断合理，
则干旱处理能够提高野生型中激素的含量，但不影响纯合突变体中
的含量。由题图可知，弱光条件下，纯合突变体叶绿素相对含量较高，
植株能正常生长。为检验上述假设，补充完善的实验设计如下，
①植物培养和处理：取野生型和纯合突变体种子，萌发后在弱光条
件下培养一周，然后将野生型植株均分为A、B两组，将突变体植株
均分为C、D两组，A、C组为对照，B、D组干旱处理4小时。②测量
指标：每组取 株植物的叶片，在显微镜下观察、测量并记录各
组的气孔大小。③预期结果：本实验为验证性实验，其结论是已知的，
即干旱处理能够提高野生型中激素的含量，但不影响纯合突变体中
的含量，所以预期的结果是B组气孔大小明显小于A组，C、D两组气
孔大小基本相同，C、D组气孔大小大于A、B组。
备用习题
1.为探究十字花科植物羽衣甘蓝的叶片中所含色素种类，某兴趣小组做了
如下的色素分离实验:将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先置于层
析液中层析分离，再置于蒸馏水中进行层析，过程及结果如下图所示，
图中1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析正确的是( )
A.色素1、2、3、4、5均难溶于水，易溶于
有机溶剂
B.色素1、2、3、4可能分布在叶绿体中，色素5可能存在于液泡中
C.色素1和2主要吸收蓝紫光和红光，色素3、4、5主要吸收蓝紫光
D.色素1在层析液中的溶解度最小，色素4在层析液中溶解度最大
√
[解析] 分析题图可知，1、2、3、4在层析液中
具有不同的溶解度，推测是光合色素，光合色
素易溶于有机溶剂，分布在叶绿体中;根据在蒸馏水中的层析结果可知，色
素5可以溶解在蒸馏水中，推测其可能是存在于植物液泡中的色素，色素5
易溶于水，A错误，B正确。色素1、2、3、4是光合色素，依次是胡萝卜素、
叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，色素1和2即胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝
紫光，色素3和4即叶绿素a和叶绿素b，主要吸收蓝紫光和红光，C错误。根
据层析的结果，色素1距离起点最远，说明色素1在层析液中的溶解度最大，
而色素4距离起点最近，说明色素4在层析液中的溶解度最小，D错误。
2.高等植物的光合作用依赖光合色素。不同环
境条件下，叶绿素a和叶绿素b之间可以相互转
化，这种转化称为“叶绿素循环”。研究发现，
在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b的值会降低，以适应环境。图中
②③是两种叶绿素的吸收光谱。下列关于叶绿素的叙述，错误的是( )
A.在提取绿叶中的色素时，加入CaCO3可以保护②③不被破坏
B.色素①可以吸收少量紫外光进行光合作用
C.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端
D.弱光下②的相对含量升高有利于植物对弱光的利用
√
[解析]在提取绿叶中的色素时，加入CaCO3
可以保护叶绿素不被破坏，即可保护②③，
A正确;紫外光属于不可见光，光合色素不能
吸收利用紫外光，B错误;利用纸层析法分离色素时，从上至下色素分
布依次是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b，因此②叶绿素b应
位于滤纸条的最下端， C正确;在适当遮光条件下，叶绿素a/叶绿素b
的值会降低，以适应环境，即②叶绿素b相对含量升高，所以弱光下
②叶绿素b的相对含量增高有利于植物对弱光的利用，D正确。
3.英国植物学家希尔发现:在光下，若给含叶绿体的叶片提取液(淡绿色)
提供特定的与氢离子结合的氢受体2，6-D(一种墨绿色染料，接受氢离
子并被还原成无色)，在无CO2时进行光照，可观察到提取液由墨绿色
变为淡绿色，并释放出O2;但放在暗处，则试管中的液体仍为墨绿色，
且无O2的释放，如图所示。下列关于该实验的叙述和推论，错误的是
( )
A.该实验证明了光照条件下释放的氧气完全来自于H2O的光解
B.该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性物质
C.若给A组提供14CO2等物质，可能会检测到(14CH2O)的生成
D.该实验无法证明叶绿体是植物细胞合成糖类的场所
√
[解析] 该实验说明了光照条件下释放了氧气，但是不能说明氧气来自
于水的光解，A错误;该实验证明了光照条件下叶绿体内产生了还原性
物质(氢离子)，B正确;CO2是光合作用暗反应的原料，若给A组提供
14CO2等物质，可能会检测到(14CH2O)的生成，C正确;该实验只能证明
叶绿体在光照条件下产生了氧气和氢离子，无法证明叶绿体是植物细
胞合成糖类的场所，D正确。
4.植物甲的花产量、品质(与叶黄素含量呈正相关)与光照长短密切相关。
研究人员用不同光照处理植物甲幼苗，实验结果如下表所示。下列叙
述正确的是( )
组别 光照处理 首次开花时间 茎粗/mm 花的叶黄素 含量/(g/kg) 鲜花累计平均
产量/(kg/hm2)
① 光照8 h/黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500
A.第①组处理有利于诱导植物甲提前开花，且产量最高
B.植物甲花的品质与光照处理中的黑暗时长呈负相关
C.综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理
D.植物甲花的叶黄素含量与花的产量呈正相关
组别 光照处理 首次开花时间 茎粗/mm 花的叶黄素 含量/(g/kg) 鲜花累计平均
产量/(kg/hm2)
① 光照8 h/黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500
√
[解析] 由表中数据分析可知，三组中，第①组首次开花时间最早，说明第
①组处理有利于诱导植物甲提前开花，但在三组中该组产量最低，A错误;
由题干信息可知，植物甲的花品质与叶黄素含量呈正相关，根据表格数据
分析，第①组光照处理中的黑暗时长最长，花的叶黄素含量最低，第③组
光照处理中的黑暗时长最短，但花的叶黄素含量却不 是最高的，说明植物
甲花的品质与光照处理中的黑暗时长不是呈负相关，B错误;
组别 光照处理 首次开花时间 茎粗/mm 花的叶黄素 含量/(g/kg) 鲜花累计平均
产量/(kg/hm2)
① 光照8 h/黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500
由表中信息可知，第②组光照处理下，花的叶黄素含量最高，植物甲的花
品质最好，第③组光照处理下，鲜花累计平均产量最高，说明植物甲的花
产量最高，综合考虑花的产量和品质，应该选择第②组处理，C正确;由表
中数据分析可知，第②组光照处理下，花的叶黄素含量最高，但鲜花累计
平均产量却不是最高的，说明植物甲花的产量不是最高的，所以植物甲花
的叶黄素含量与花的产量不是呈正相关，D错误。
组别 光照处理 首次开花时间 茎粗/mm 花的叶黄素 含量/(g/kg) 鲜花累计平均
产量/(kg/hm2)
① 光照8 h/黑暗16 h 7月4日 9.5 2.3 13 000
② 光照12 h/黑暗12 h 7月18日 10.6 4.4 21 800
③ 光照16 h/黑暗8 h 7月26日 11.5 2.4 22 500
作业手册
题组一 捕获光能的色素与结构
1.[2025·山东卷]“绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”，
下列说法错误的是( )
A.应使用干燥的定性滤纸
B.绿叶需烘干后再提取色素
C.重复画线前需等待滤液细线干燥
D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的 乙醇替代
√
[解析] 光合色素分离实验需要使用干燥的定性滤纸，水分会影响层
析液在滤纸条上的扩散，从而影响色素的分离，A正确；提取色素用
的是新鲜的绿叶，B错误；重复画线前需等待滤液细线干燥，否则会
导致滤液细线变粗，最终导致分离的色素条带不清晰，C正确；提取
光合色素一般用无水乙醇，若没有无水乙醇，可以用加入适量无水
碳酸钠的 的乙醇替代，D正确。
2.[2026·河南信阳联考]对于高等植物来说，叶片是进行光合作用的主
要器官，正常状态多数是绿色的，某些情况下也会出现黄化或白化现
象，下列相关分析错误的是( )
A.黑暗中生长的植物叶片会发黄，说明光是叶绿素形成的重要条件
B.贫瘠土壤生长的绿色植物叶片发黄，可能与镁、氮等元素缺乏有关
C.冬季植物叶片发黄，可能是因为低温提升了类胡萝卜素的合成速率
D.某些绿色植物的部分叶片出现白化现象，可能是基因突变造成的
√
[解析] 叶绿素合成需要光照，黑暗中无法形成叶绿素，叶片因类胡
萝卜素显现而发黄，A正确；是叶绿素的组成元素， 参与叶绿素
和酶的合成，缺乏会导致叶绿素减少，B正确；低温会破坏叶绿素结
构，使其分解加快，叶片因类胡萝卜素颜色显现而发黄，并非提升
了类胡萝卜素的合成速率，C错误；基因突变可能导致叶绿体发育异
常，无法合成叶绿素，出现白化叶片，D正确。
3.如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。据图判断，以下说法错误的是
( )
A.据图分析，在研究叶绿素的过程中，
为减少类胡萝卜素的干扰，最好选用
波长的光
B.进入秋季，植物对 波长的光的利用量减少
C.用波长的光比 波长的光更有利于提高光合作用强度
D.由波长的光转为 波长的光后，极短时间内叶绿体中
的量增加
√
[解析] 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，叶绿素
既可以吸收红光，也可以吸收蓝紫光,所以为
了减少类胡萝卜素的干扰,最好选用红光区,A
正确;进入秋季,叶绿素的合成量小于分解量,叶绿素含量明显减少，导致
左右波长的光的利用量显著减少,B正确;图中光合色素在
波长下的光吸收总量明显多于 波长下的光的吸收总量,故
用 波长的光更有利于提高光合作用强度,C正确;由波长的
光转为波长的光后，叶绿素 吸收的光增多,光反应增强,产生的
和增多,的消耗量增加,而 的生成量短时间内不变,所以短
时间内叶绿体中 的量减少,D错误。
4.[2025·湖北武汉一模]将银边天竺葵的叶片分为如下图所示的、 、
、 四个区域,再将叶片置于适宜光照条件下48小时。若要验证光照和
叶绿素是植物进行光合作用合成淀粉的必要条件,可以不需要检测淀粉
含量的区域是(不考虑实验过程中区域间有机物的转移) ( )
A.区 B.区 C.区 D. 区
√
[解析] 验证光照和叶绿素是植物进行光合
作用合成淀粉的必要条件,即光照和叶绿素
同时存在才能合成淀粉，自然状态下光照
叶绿素作为空白对照,即 区。设置实验组时需控制单一变量，去掉
光照作为一组实验组,即区,去掉叶绿素作为一组实验组,即 区,缺少
任意一种条件,光合作用都不能进行,所以不需要再检测 区(无叶绿素
也无光照)的淀粉含量,D符合题意。
5.[2026·四川广安模拟]质体是植物细胞中一类重要的双层膜细胞器，
主要参与光合作用、储存营养物质和合成各种代谢产物等。根据色素
类型的不同，质体分成叶绿体、有色体(主要含有类胡萝卜素)和白色
体(不含色素)。下列叙述错误的是( )
A.可以通过差速离心法分离质体和其他细胞器
B.可以利用无水乙醇提取出叶绿体和有色体中的色素
C.有色体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用
D.推测白色体负责储存营养物质，主要分布在种子中
√
[解析] 差速离心法通过不同离心速度分离细胞器，质体是一类双层膜
细胞器，可用此法分离，A正确；无水乙醇能溶解叶绿素和类胡萝卜
素，故叶绿体和有色体中的色素均可利用无水乙醇提取，B正确；有
色体主要含有类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素)，主要吸收蓝紫光，不
吸收红光，C错误；由题意可知，质体主要参与光合作用、储存营养
物质和合成各种代谢产物等，而白色体不含色素，故推测白色体负责
储存营养物质，主要分布在植物体不见光的部位，如种子中，D正确。
题组二 光合作用的过程
6.[2025·湖北武汉三模]下图是某绿色植物光合
作用的示意图，其中、 表示物质，Ⅰ、Ⅱ表示
反应阶段。下列叙述错误的是( )
A.缺 会影响该植物Ⅰ阶段对光能的吸收、传递和转化
B.在类囊体薄膜上产生的和 可参与叶绿体基质中的Ⅱ阶段
C.若光照强度减弱，则短时间内该植物细胞中 的值变小
D.该植物经光合作用可将光能转变成糖类中稳定的化学能
√
[解析] 缺 会影响叶绿素的合成，进而影响
Ⅰ (光反应)阶段对光能的吸收、传递和转化，
A正确；Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应阶段，
、分别表示和，在类囊体薄膜上产生的和 可
参与叶绿体基质中的 Ⅱ (暗反应)阶段，B正确；若光照强度减弱，则
短时间内和的生成量减少， 的还原减弱，生成不变，
的生成减少，消耗不变，导致 的值变大，C错误；该植物经光合
作用可将光能转变成糖类等有机物中稳定的化学能，D正确。
7.[2025·广东广州模拟]植物光合产物的产生器
官被称作“源”，光合产物卸出和储存的部位被
称作“库”。如图为棉花植株光合产物合成及运
输过程示意图。下列相关说法错误的是( )
A.光合产物主要以蔗糖形式从“源”向“库”运输
B.若摘去棉铃(棉花果实)，叶片中淀粉和蔗糖储存量增加，光合速率
上升
C.叶绿体内转化生成丙糖磷酸过程中需要和 参与
D.叶绿体中的淀粉在夜间被降解有利于白天的光合作用进行，可以提
高光合速率
√
[解析] 根据题意及题图可知，含叶绿体的细
胞是 “源”，生长根、茎及储存淀粉块茎为
“库”，光合产物从“源”通过维管组织向“库”运
输的物质形式主要是蔗糖，A正确；若摘去棉
铃(棉花果实)，叶片中淀粉和蔗糖储存量增加，
化学反应会由于产物的积累而导致变慢，因此光合速率下降，B错误；
叶绿体内 转化生成丙糖磷酸过程属于的还原过程，的还原过程
需要和 参与，C正确；淀粉是光合作用的产物，叶绿体中
的淀粉在夜间被降解减少了叶绿体中光合产物的积累，有利于白天的
光合作用进行，可以提高光合速率，D正确。
8.[2025·山东临沂模拟]硝化细菌包括亚硝酸
细菌和硝酸细菌，前者能将氧化为
释放少量能量，后者能将氧化为
释放少量能量。如图为硝化细菌利用和 氧化释放的能量合成
有机物的过程。下列相关叙述正确的是 ( )
A.硝化细菌属于自养生物，不需要细胞外界的能量输入
B.化能合成作用产生的 能在硝化细菌的线粒体中被利用
C.两种硝化细菌合成的有机物不会被其他生物利用
D.分离土壤中的硝化细菌时，培养基中不需要加入碳源
√
[解析] 硝化细菌利用无机物氧化时释放的
化学能，将二氧化碳转变成葡萄糖，是自
养型生物，其利用的是细胞外界的能量，
错误；硝化细菌是原核生物，没有线粒体，B错误；两种硝化细菌
合成的有机物可以被其他消费者或者分解者利用，C错误；硝化细菌
可利用空气中的二氧化碳，故分离土壤中的硝化细菌时，培养基中不
需要加入碳源，D正确。
9.[2026·福建福州模拟]人工光合作
用系统可利用太阳能合成糖类，相
关装置及过程如下图所示，其中
甲、乙表示物质，模块3中的反应
过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列说法错误的是 ( )
A.该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2
B.模块2中还应添加、和 等物质以便完成能量转换
C.若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内甲的含量将减少
D.在与植物光合作用固定的 量相等的情况下，该系统糖类的积累
量更高
√
[解析] 由题意知模块3中的反应过程与
叶绿体基质内糖类的合成过程相同,由
此判断甲为,乙为 。叶绿体通过光
反应将光能转化成、 中活跃的化学能,据图可知,模块1将光
能转化为电能,模块2将电能转化为活跃的化学能,两个模块加起来相当
于叶绿体中光反应的功能,A正确。模块2中实现电能与 、
中活跃的化学能的转换,合成、需要消耗、 和
等物质，因此模块2中还应添加、和 等物质以便完成能量
转换，B正确。
若正常运转过程中气泵突然停转，大
气中 无法进入模块3，相当于暗反
应中浓度降低， 的固定减少，
甲的消耗减少，而“光反应”速率不变，乙还原为甲 的过程
不变，因此短时间内甲 的含量将增加，C错误。由于该人工光合作
用系统没有呼吸作用消耗糖类，故在与植物光合作用固定的 量相等
的情况下，该系统糖类的积累量高于植物，D正确。
综合应用练
10.[2025·重庆渝中区一模] 植物光合作用过程中存在非环式 和环
式电子传递 (CEF)， 是光合作用中重要的调节过程，指的是光系统
Ⅰ中电子经由、 、细胞色素等电子传递体返回 的
循环电子传递途径。
(1)光合色素是植物进行光合作用的基础，
成熟植物叶肉细胞中含量最多的光合色素
是________，可以用有机溶剂__________
来提取光合色素。
叶绿素
无水乙醇
[解析] 成熟植物叶肉细胞中含量最多的光合色素是叶绿素 ，最少的
是胡萝卜素，光合色素不溶于水，常利用有机溶剂无水乙醇来提取
光合色素。
(2)结合题图分析： 产生于类囊体膜的___
侧，的形成与 浓度梯度有关，由图可
知，光反应中光能最终转化为____________
中的化学能。 合成酶发挥的具体作用是
______________________ (答两点)。
内
、
运输和催化合成
[解析] 据题图可判断水的光解发生在类囊体膜的内侧；光反应中光能
最终转化为和中的化学能。 合成酶发挥的具体作用是
运输和催化 合成。
(3)从产物的角度分析，与相比， 的
特点是___________________________。
不产生、、
[解析] 从产物的角度分析，与 相比，
的特点是不产生、 、 。
(4)一棵马铃薯植株在生长过程中，光合作
用产生的 的量远大于细胞呼吸产生的
的量，原因是_____________________
_____________________________________
[解析] 光合作用产生的 中的能量转移到有机物中，植物体中的
有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量，且释放的能量也
只有部分转移到 中。
____________________________________________________________
__________________ 。
光合作用产生的
中的能量转移到有机物中，植物体中的有
机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量，且释放的能量也只有
部分转移到 中中小学教育资源及组卷应用平台
课时作业(十二)　捕获光能的色素、结构与光合作用的原理 (限时:20分钟)
题组一　捕获光能的色素与结构
1.[2025·山东卷] “绿叶中色素的提取和分离”实验操作中要注意“干燥”,下列说法错误的是 (　)
A.应使用干燥的定性滤纸
B.绿叶需烘干后再提取色素
C.重复画线前需等待滤液细线干燥
D.无水乙醇可用加入适量无水碳酸钠的95%乙醇替代
2.[2026·河南信阳联考] 对于高等植物来说,叶片是进行光合作用的主要器官,正常状态多数是绿色的,某些情况下也会出现黄化或白化现象,下列相关分析错误的是 (　)
A.黑暗中生长的植物叶片会发黄,说明光是叶绿素形成的重要条件
B.贫瘠土壤生长的绿色植物叶片发黄,可能与镁、氮等元素缺乏有关
C.冬季植物叶片发黄,可能是因为低温提升了类胡萝卜素的合成速率
D.某些绿色植物的部分叶片出现白化现象,可能是基因突变造成的
3.如图表示叶绿体中色素的吸收光谱。据图判断,以下说法错误的是 (　)
A.据图分析,在研究叶绿素的过程中,为减少类胡萝卜素的干扰,最好选用600~700 nm波长的光
B.进入秋季,植物对420~470 nm波长的光的利用量减少
C.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
D.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,极短时间内叶绿体中C3的量增加
4.[2025·湖北武汉一模] 将银边天竺葵的叶片分为如下图所示的W、X、Y、Z四个区域,再将叶片置于适宜光照条件下48小时。若要验证光照和叶绿素是植物进行光合作用合成淀粉的必要条件,可以不需要检测淀粉含量的区域是(不考虑实验过程中区域间有机物的转移) (　)
A.W区 B.X区 C.Y区 D.Z区
5.[2026·四川广安模拟] 质体是植物细胞中一类重要的双层膜细胞器,主要参与光合作用、储存营养物质和合成各种代谢产物等。根据色素类型的不同,质体分成叶绿体、有色体(主要含有类胡萝卜素)和白色体(不含色素)。下列叙述错误的是 (　)
A.可以通过差速离心法分离质体和其他细胞器
B.可以利用无水乙醇提取出叶绿体和有色体中的色素
C.有色体主要吸收红光和蓝紫光进行光合作用
D.推测白色体负责储存营养物质,主要分布在种子中
题组二　光合作用的过程
6.[2025·湖北武汉三模] 下图是某绿色植物光合作用的示意图,其中a、b表示物质,Ⅰ、Ⅱ表示反应阶段。下列叙述错误的是 (　)
A.缺Mg会影响该植物Ⅰ阶段对光能的吸收、传递和转化
B.在类囊体薄膜上产生的a和b可参与叶绿体基质中的Ⅱ阶段
C.若光照强度减弱,则短时间内该植物细胞中C3/C5的值变小
D.该植物经光合作用可将光能转变成糖类中稳定的化学能
7.[2025·广东广州模拟] 植物光合产物的产生器官被称作“源”,光合产物卸出和储存的部位被称作“库”。如图为棉花植株光合产物合成及运输过程示意图。下列相关说法错误的是 (　)
A.光合产物主要以蔗糖形式从“源”向“库”运输
B.若摘去棉铃(棉花果实),叶片中淀粉和蔗糖储存量增加,光合速率上升
C.叶绿体内C3转化生成丙糖磷酸过程中需要ATP和NADPH参与
D.叶绿体中的淀粉在夜间被降解有利于白天的光合作用进行,可以提高光合速率
8.[2025·山东临沂模拟] 硝化细菌包括亚硝酸细菌和硝酸细菌,前者能将NH3氧化为HNO2释放少量能量,后者能将HNO2氧化为HNO3释放少量能量。如图为硝化细菌利用NH3和HNO2氧化释放的能量合成有机物的过程。下列相关叙述正确的是 (　)
A.硝化细菌属于自养生物,不需要细胞外界的能量输入
B.化能合成作用产生的O2能在硝化细菌的线粒体中被利用
C.两种硝化细菌合成的有机物不会被其他生物利用
D.分离土壤中的硝化细菌时,培养基中不需要加入碳源
9.[2026·福建福州模拟] 人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类,相关装置及过程如下图所示,其中甲、乙表示物质,模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。下列说法错误的是 (　)
A.该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是模块1和模块2
B.模块2中还应添加ADP、Pi和NADP+等物质以便完成能量转换
C.若正常运转过程中气泵突然停转,则短时间内甲的含量将减少
D.在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量更高
综合应用练
10.[2025·重庆渝中区一模] 植物光合作用过程中存在非环式(LEF)和环式电子传递(CEF),CEF是光合作用中重要的调节过程,指的是光系统 Ⅰ (PS Ⅰ )中电子经由Fd、PQ、细胞色素b6f等电子传递体返回PS Ⅰ 的循环电子传递途径。
(1)光合色素是植物进行光合作用的基础,成熟植物叶肉细胞中含量最多的光合色素是　　　　　　,可以用有机溶剂　　　　　　来提取光合色素。
(2)结合题图分析:O2产生于类囊体膜的　　　侧,ATP的形成与H+浓度梯度有关,由图可知,光反应中光能最终转化为　　　　　　　　中的化学能。ATP合成酶发挥的具体作用是　　　　　　　　　　　　　　(答两点)。
(3)从产物的角度分析,与LEF相比,CEF的特点是　　　　　　　　　　　　　
　 　　　。
(4)一棵马铃薯植株在生长过程中,光合作用产生的ATP的量远大于细胞呼吸产生的ATP的量,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
课时作业(十二)　捕获光能的色素、
结构与光合作用的原理
1.B　[解析] 光合色素分离实验需要使用干燥的定性滤纸,水分会影响层析液在滤纸条上的扩散,从而影响色素的分离,A正确;提取色素用的是新鲜的绿叶,B错误;重复画线前需等待滤液细线干燥,否则会导致滤液细线变粗,最终导致分离的色素条带不清晰,C正确;提取光合色素一般用无水乙醇,若没有无水乙醇,可以用加入适量无水碳酸钠的95%的乙醇替代,D正确。
2.C　[解析] 叶绿素合成需要光照,黑暗中无法形成叶绿素,叶片因类胡萝卜素显现而发黄,A正确;Mg是叶绿素的组成元素,N参与叶绿素和酶的合成,缺乏会导致叶绿素减少,B正确;低温会破坏叶绿素结构,使其分解加快,叶片因类胡萝卜素颜色显现而发黄,并非提升了类胡萝卜素的合成速率,C错误;基因突变可能导致叶绿体发育异常,无法合成叶绿素,出现白化叶片,D正确。
3.D　[解析] 类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素既可以吸收红光,也可以吸收蓝紫光,所以为了减少类胡萝卜素的干扰,最好选用红光区,A正确;进入秋季,叶绿素的合成量小于分解量,叶绿素含量明显减少,导致420~470 nm左右波长的光的利用量显著减少,B正确;图中光合色素在450 nm波长下的光吸收总量明显多于600 nm波长下的光的吸收总量,故用450 nm波长的光更有利于提高光合作用强度,C正确;由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿素a吸收的光增多,光反应增强,产生的NADPH和ATP增多,C3的消耗量增加,而C3的生成量短时间内不变,所以短时间内叶绿体中C3的量减少,D错误。
4.D　[解析] 验证光照和叶绿素是植物进行光合作用合成淀粉的必要条件,即光照和叶绿素同时存在才能合成淀粉,自然状态下光照+叶绿素作为空白对照,即X区。设置实验组时需控制单一变量,去掉光照作为一组实验组,即Y区,去掉叶绿素作为一组实验组,即W区,缺少任意一种条件,光合作用都不能进行,所以不需要再检测Z区(无叶绿素也无光照)的淀粉含量,D符合题意。
5.C　[解析] 差速离心法通过不同离心速度分离细胞器,质体是一类双层膜细胞器,可用此法分离,A正确;无水乙醇能溶解叶绿素和类胡萝卜素,故叶绿体和有色体中的色素均可利用无水乙醇提取,B正确;有色体主要含有类胡萝卜素(胡萝卜素和叶黄素),主要吸收蓝紫光,不吸收红光,C错误;由题意可知,质体主要参与光合作用、储存营养物质和合成各种代谢产物等,而白色体不含色素,故推测白色体负责储存营养物质,主要分布在植物体不见光的部位,如种子中,D正确。
6.C　[解析] 缺Mg会影响叶绿素的合成,进而影响 Ⅰ (光反应)阶段对光能的吸收、传递和转化,A正确;Ⅰ、Ⅱ分别表示光反应和暗反应阶段,a、b分别表示NADPH和ATP,在类囊体薄膜上产生的NADPH和ATP可参与叶绿体基质中的 Ⅱ (暗反应)阶段,B正确;若光照强度减弱,则短时间内 NADPH和 ATP 的生成量减少,C3的还原减弱,生成不变,C5的生成减少,消耗不变,导致C3/C5的值变大,C错误;该植物经光合作用可将光能转变成糖类等有机物中稳定的化学能,D正确。
7.B　[解析] 根据题意及题图可知,含叶绿体的细胞是“源”,生长根、茎及储存淀粉块茎为“库”,光合产物从“源”通过维管组织向“库”运输的物质形式主要是蔗糖,A正确;若摘去棉铃(棉花果实),叶片中淀粉和蔗糖储存量增加,化学反应会由于产物的积累而导致变慢,因此光合速率下降,B错误;叶绿体内C3转化生成丙糖磷酸过程属于C3的还原过程,C3的还原过程需要ATP和NADPH参与,C正确;淀粉是光合作用的产物,叶绿体中的淀粉在夜间被降解减少了叶绿体中光合产物的积累,有利于白天的光合作用进行,可以提高光合速率,D正确。
8.D　[解析] 硝化细菌利用无机物氧化时释放的化学能,将二氧化碳转变成葡萄糖,是自养型生物,其利用的是细胞外界的能量, A错误;硝化细菌是原核生物,没有线粒体,B错误;两种硝化细菌合成的有机物可以被其他消费者或者分解者利用,C错误;硝化细菌可利用空气中的二氧化碳,故分离土壤中的硝化细菌时,培养基中不需要加入碳源,D正确。
9.C　[解析] 由题意知模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同,由此判断甲为C5,乙为C3。叶绿体通过光反应将光能转化成ATP、NADPH中活跃的化学能,据图可知,模块1将光能转化为电能,模块2将电能转化为活跃的化学能,两个模块加起来相当于叶绿体中光反应的功能,A正确。模块2中实现电能与ATP、NADPH中活跃的化学能的转换,合成ATP、NADPH需要消耗ADP、Pi和NADP+等物质,因此模块2中还应添加ADP、Pi和NADP+等物质以便完成能量转换,B正确。若正常运转过程中气泵突然停转,大气中CO2无法进入模块3,相当于暗反应中CO2浓度降低,CO2的固定减少,甲(C5)的消耗减少,而“光反应”速率不变,乙(C3)还原为甲(C5)的过程不变,因此短时间内甲(C5)的含量将增加,C错误。由于该人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类,故在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下,该系统糖类的积累量高于植物,D正确。
10.(1)叶绿素a　无水乙醇
(2)内　ATP、NADPH　运输H+和催化ATP合成
(3)不产生O2、NADPH(H+、e-)
(4)光合作用产生的ATP中的能量转移到有机物中,植物体中的有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量,且释放的能量也只有部分转移到ATP中
[解析] (1)成熟植物叶肉细胞中含量最多的光合色素是叶绿素a,最少的是胡萝卜素,光合色素不溶于水,常利用有机溶剂无水乙醇来提取光合色素。(2)据题图可判断水的光解发生在类囊体膜的内侧;光反应中光能最终转化为ATP和NADPH中的化学能。ATP合成酶发挥的具体作用是运输H+和催化ATP合成。(3)从产物的角度分析,与LEF相比,CEF的特点是不产生O2、NADPH(H+、e-)。(4)光合作用产生的ATP中的能量转移到有机物中,植物体中的有机物只有部分通过细胞呼吸氧化分解释放能量,且释放的能量也只有部分转移到ATP中。

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