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第三单元　
细胞的能量供应和利用
第11课时　捕获光能的色素及光合作用的过程
模块一 分子与细胞
2027高考生物一轮总复习
课程标准 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：提取和分离叶绿体色素。 考情分析 1.捕获光能的色素和结构 2025：山东T13和T21、江苏T21、河北T5、北京T18、甘肃T17、四川T16、浙江6月选考T22；2024：江苏T20、广东T3、甘肃T17、贵州T3、河北T19、北京T12、浙江6月选考T24；2023：全国甲T29、全国乙T2、湖北T8、广东T18、江苏T12、海南T16、辽宁T21
考情分析 2.光合作用的原理 2025：河北T1和T4、黑吉辽蒙T10和T21、安徽T1和T16、重庆T16、四川T16、江苏T21、山东T16和T21、陕晋宁青T17；2024：贵州T1、广东T2、河北T19、山东T21、黑吉辽T21、福建T11；2023：全国甲T29、天津T9、湖北T8、河北T19、江苏T19、湖南T17
目录
考点一　捕获光能的色素和结构
考点二　光合作用的原理
课时作业11
真题演练 感悟高考
考点一　捕获光能的色素和结构
1．绿叶中色素的提取和分离
(1)实验原理
有机溶剂
无水乙醇
溶解度
高
层析液
(2)实验步骤
防止色素被破坏
色素
扩散
(3)实验结果及分析
橙黄色
叶黄素
黄色
叶绿素a
蓝绿色
黄绿色
色素种类
色素含量
溶解度
2．叶绿体中色素的吸收光谱
叶绿素b
叶绿素a
红光和蓝紫光
蓝紫光
藻类和植物的颜色是“反射”的光的颜色。海洋中的藻类有绿藻、褐藻和红藻，这与其吸收的光的波长有关，不同颜色的藻类吸收不同波长的光。
提醒
3．叶绿体的结构适于进行光合作用
椭球形
球形
双层膜
基质
暗反应
类囊体
色素
光合作用
被光束照射到
的部位
所有受光的部位
(1)将小麦色素提取液滴加到滤纸条，然后将色素滴加部位浸入层析液进行层析。(2025·河北卷)(　　)
(2)可用花瓣大量提取叶绿素。(2024·北京卷)(　　)
(3)叶绿体中的色素在层析液中的溶解度越高，随层析液在滤纸上扩散得越慢。(2023·全国乙卷)(　　)
(4)用红色苋菜叶进行实验可得到5条色素带，花青素位于叶绿素a、b之间。(2023·江苏卷)(　　)
×
辨析与表达
×
×
×
(5)叶绿体膜的基本支架是____________；叶绿体中含有许多由类囊体组成的____，扩展了受光面积。(2025·山东卷)
(6)植物叶片中______可吸收红光用于光合作用，________可吸收少量的红光和远红光作为光信号。(2025·甘肃卷)
(7)(必修1 P100～101“思考·讨论”延伸)恩格尔曼的第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，原因是
_______________________________________________________________________________________________________________________。
磷脂双分子层
基粒
叶绿素
光敏色素
水绵叶绿体上的光合色素主要吸收红光和蓝紫光，在此波长光的照射下，叶绿体会释放氧气，因此大量需氧细菌在此区域分布
结合绿叶中色素的提取和分离实验考查科学思维、科学探究
B
考向1
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
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扩散从而影响色素的分离，A正确；提取光合色素应使用新鲜的绿叶，烘干可能会使色素被破坏，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%乙醇替代，D正确。
2．(2024·广东卷)银杏是我国特有的珍稀植物，其叶片变黄后极具观赏价值。某同学用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，下列实验操作正确的是(　　)
A.选择新鲜程度不同的叶片混合研磨
B.研磨时用水补充损失的提取液
C.将两组滤纸条置于同一烧杯中层析
D.用过的层析液直接倒入下水道
C
解析：本实验目的是用纸层析法探究银杏绿叶和黄叶的色素差别，应选择新鲜程度不同的叶片分别研磨，A错误；光合色素不溶于水，易溶于有机溶剂，因此研磨时不能用水补充损失的提取液，B错误；由于滤纸条不会相互影响，层析液成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液属于有毒试剂，需倒入废液箱中统一处理，D错误。
实验异常现象分析
方法规律
围绕色素的吸收光谱和叶绿体的结构、功能考查生命观念
C
考向2
3．叶黄素是一种存在于人眼视网膜上的类胡萝卜素，具有抗氧化活性和减少可见光损伤视网膜的功能。下列相关叙述正确的是(　　)
A.叶黄素可减少光损伤视网膜与其主要吸收红光有关
B.绿色植物叶肉细胞中的叶黄素主要成分在液泡中
C.在层析液中，叶黄素的溶解度大于叶绿素的
D.秋季叶片变黄主要与叶片不能合成叶绿素有关
解析：叶黄素是一种类胡萝卜素，主要吸收可见光中的蓝紫光，A错误；液泡中的色素是水溶性的，叶绿体中的光合色素是脂溶性的，主要分布在类囊体膜(光合膜)上，B错误；叶黄素在滤纸条上的扩散速度比叶绿素快，说明叶黄素在层析液中的溶解度大于叶绿素，C正确；秋季叶片变黄主要与叶绿素的分解增多有关，D错误。
4．(2026·黑龙江大庆模拟)叶绿体结构适于进行光合作用，下列有关叶绿体的叙述，错误的是(　　)
A.叶绿体基质中含有暗反应过程所需的多种酶
B.叶绿体内膜折叠形成嵴，增大了光反应面积
C.叶绿体中的色素可以吸收、传递和转化光能
D.叶片呈绿色的原因之一是叶片中光合色素几乎不吸收绿光
B
解析：暗反应的场所是叶绿体基质，因此叶绿体基质中含有该过程所需的多种酶，A正确；叶绿体的类囊体堆叠形成基粒，增大了叶绿体的膜面积，B错误；叶绿体中的色素可以吸收、传递和转化光能，C正确；植物叶片之所以呈现绿色，原因之一是叶片中的叶绿体吸收绿光很少，将绿光反射出来，D正确。
考点二　光合作用的原理
1．探索光合作用原理的部分实验(连线)
答案：
2．光合作用的概念和反应式
光能
有机物
氧气
3．光合作用的过程
(1)光合作用过程模型
(2)光反应与暗反应
类囊体薄膜
叶绿体基质
光
色素
ATP
NADPH
ATP和NADPH
有机物中稳
定的化学能
光反应中的电子传递
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NADP＋与H＋结合形成NADPH。
提醒
(1)叶绿体中的ATP合成酶，可将光能直接转化为ATP中的化学能。(2025·安徽卷)(　　)
(2)幼苗中的水可参与形成NADPH，也可参与形成NADH。(2024·贵州卷)(　　)
(3)种子萌发后的光合作用中，水的光解发生在类囊体薄膜上。(2024·江西卷)(　　)
×
辨析与表达
√
√
(4)(必修1 P103“图514”拓展)光照停止后，短时间内暗反应仍然能够持续，原因是____________________________________________。
光反应产生的ATP和NADPH未被完全消耗完
【情境应用】　下图1为莱茵衣藻(一种真核生物，简称衣藻)在低CO2浓度下碳浓缩机制，图2为衣藻类囊体薄膜上的PSⅠ(光系统Ⅰ)和PSⅡ(光系统Ⅱ)。
【问题探究】　
(1)衣藻光合作用所需的CO2的来源途径有____________________________
___________。PSⅠ和PSⅡ由蛋白质和光合色素组成，光合色素的作用是________________________________。
(2)在衣藻细胞内，CA酶可催化CO2与的可逆转化。与CO2形式相比，在叶绿体基质中以形式富集的优点是______________________
_____________________________________________。
(3)类囊体腔内产生的H＋可穿过ATP合成酶，运输方式是________，H＋参与形成的物质是__________，该物质在暗反应中的作用是____________________。
、环境中的CO2、呼吸
产生的CO2
捕获光能(吸收、传递、转化光能)
CO2容易以自由扩散方式
逃逸，不能以自由扩散方式运输，易于富集
协助扩散
NADPH
作为还原剂和提供能量
(4)把衣藻放在NaHCO3缓冲液中进行实验，如果突然停止光照，短时间内C3和C5如何变化？
试答：C3含量上升，C5含量下降。
分析环境改变时光合作用各物质变化的方法
方法规律
(1)“过程法”分析各物质变化
下图中Ⅰ表示光反应，Ⅱ表示CO2的固定，Ⅲ表示C3的还原。当外界条件(如光照、CO2)突然发生变化时，分析相关物质含量在短时间内的变化：
(2)“模型法”表示C3和C5等物质含量变化
1．(2025·黑吉辽蒙卷)黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi的过程示意图如下。其他条件均适宜，下列叙述正确的是(　　)
A.ATP、ADP和Pi通过NTT时，无须与NTT结
合
B.NTT转运ATP、ADP和Pi的方式为主动运输
C.图中进入叶绿体基质的ATP均由线粒体产生
D.光照充足，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止
结合光合作用的过程考查生命观念、科学思维
D
考向1
解析：NTT作为载体蛋白，运输ATP、ADP和Pi时需要与其结合，A错误。黑暗条件下，叶绿体内膜的载体蛋白NTT顺浓度梯度运输ATP、ADP和Pi，故该运输方式最可能是协助扩散，B错误。黑暗条件下，叶绿体无法进行光反应，自身不能合成ATP，此时进入叶绿体基质的ATP可来自细胞呼吸，但细胞呼吸产生ATP的场所包括细胞质基质(糖酵解)和线粒体(有氧呼吸第二、第三阶段)，C错误。光照充足时，叶绿体类囊体膜上进行光反应合成ATP，需要消耗大量ADP和Pi作为原料。此时叶绿体基质中的ADP和Pi会优先被类囊体膜利用，导致基质中ADP浓度降低。由于NTT顺浓度梯度运输ADP(从叶绿体基质到细胞质基质)，当叶绿体基质中ADP不足时，NTT运出ADP的数量会减少甚至停止，D正确。
2．(2025·江苏卷)科研人员从植物叶绿体中分离类囊体，构建含类囊体的人工细胞，并探究光照等因素对人工细胞功能的影响。请回答下列问题：
(1)细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破______膜，获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体，为保持其活性，需加入____溶液重新悬浮，并保存备用。
叶绿体
解析：(1)类囊体位于叶绿体内，故细胞破碎后，在适宜温度下用低渗溶液处理，涨破叶绿体内、外两层膜，获得类囊体悬液。经离心分离获得类囊体，为保持其活性，保持类囊体的渗透压，需加入等渗溶液重新悬浮，并保存备用。
等渗
(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的________溶液中，混匀后，测定出叶绿素浓度为3 μg/mL，则类囊体的浓度为______ μg/mL。
解析：(2)类囊体浓度用单位体积类囊体悬液中叶绿素的含量表示。由于叶绿素溶解于有机溶剂，故吸取5 μL类囊体悬液溶于995 μL的有机溶剂溶液中，稀释了200倍，混匀后，测定出叶绿素浓度为3 μg/mL，则类囊体的浓度为600 μg/mL。
有机溶剂
600
(3)为检测类囊体活性，实验前需对类囊体进行多次洗涤，目的是消除类囊体悬液中原有光反应产物对后续实验结果的影响，这些产物主要有__________________。
ATP、NADPH
解析：(3)光反应的主要产物有NADPH和ATP。
(4)已知荧光素PY的强弱与pH大小正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，在适宜光照下，荧光强度____(填“变强”“不变”或“变弱”)，说明类囊体膜具有的功能有________________________________。
变弱
解析：(4)已知荧光素PY的强弱与pH大小呈正相关。图示具有光反应活性的人工细胞，类囊体膜上分布着光合色素(如叶绿素)，在适宜光照下，这些色素能够捕捉光能并将其转化为化学能。在类囊体膜上裂解水分子，产生氧气、质子(H＋)和电子，其中氧气释放到胞外，质子被运出类囊体腔，pH降低，荧光强度变弱，说明类囊体膜的功能有使水分子分解产生H＋，转运H＋。
使水分子分解产生H＋；转运H＋
(5)在光反应研究的基础上，利用人工细胞开展类似碳反应生成糖类的实验研究，理论上还需要的物质有______________________________。
解析：(5)要进行暗反应，需要与暗反应相关的酶和CO2、C5。
与暗反应相关的酶和CO2、C5
3．(2026·安徽合肥模拟)磷酸丙糖是光合产物中最先产生的糖，下图为某植物光合作用产物的合成与运输示意图。下列叙述错误的是(　　)
A.突然降低光照强度，短时间内a物质含量下降
B.磷酸丙糖合成淀粉时产生的Pi可用于合成ATP
C.该植物通过光合作用产生淀粉和蔗糖的部位不同
D.蔗糖的运输受阻会导致磷酸丙糖的合成加快
围绕环境条件改变时光合作用过程中的物质变化考查科学思维
D
考向2
解析：a物质为ATP和NADPH，突然降低光照强度，光反应产生ATP和NADPH的速率减慢，短时间内，暗反应消耗ATP和NADPH的速率不变，因此，突然降低光照强度，短时间内a物质(ATP和NADPH)含量下降，A正确；Pi和ADP是合成ATP的原料，磷酸丙糖合成淀粉时产生的Pi可以用于ATP的合成，B正确；从图中可以看出，淀粉是在叶绿体基质(暗反应场所)中合成的，蔗糖是在细胞质基质中由磷酸丙糖转化合成的，所以该植物通过光合作用产生淀粉和蔗糖的部位不同，C正确；蔗糖的运输受阻，会导致细胞质基质中磷酸丙糖积累，会抑制暗反应，使磷酸丙糖的合成减慢，D错误。
4．(2026·江西宜春模拟)如图是小麦植株的叶肉细胞进行光合作用的部分示意图，光系统Ⅰ(PSⅠ)和光系统Ⅱ(PSⅡ)是由蛋白质和光合色素组成的复合物，具有吸收、传递、转化光能的作用。下列叙述正确的是(　　)
A.图中电子的供体和最终受体分别
是H2O和NADPH
B.叶绿体基质中H＋的积累，有利于
ATP的合成
C.CF0－CF1复合物具有催化ATP合成和运输H＋的双重作用
D.若降低环境中CO2的浓度，短时间内ATP的含量会下降
C
解析：图中显示，PSⅡ中的色素吸收光能后，将H2O分解为O2、H＋和电子，产生的电子传递给PSⅠ用于将NADP＋和H＋结合形成NADPH，因此图中电子的供体和最终受体分别是H2O和NADP＋，A错误；由图可知，H＋可从叶绿体基质运输到类囊体腔，建立类囊体膜两侧的H＋浓度差，用于ATP合成，因此类囊体腔中H＋的积累，有利于ATP的合成，B错误；据图可知，ATP的合成是在(CF_(0)-CF_(1))复合物的催化作用下完成的，同时(CF_(0)-CF_(1))复合物还能运输H＋，C正确；若降低环境中CO2的浓度，暗反应减慢，消耗的ATP减少，短时间内ATP的含量会上升，D错误。
真题演练 感悟高考
1．(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
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，叶绿素多使叶片呈现绿色，类胡萝卜素多使叶片呈黄色，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。
2．(2024·河北卷)→(必修1 P99“图5 12”)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，结果如图、表所示。
覆膜处理 叶绿素含量(mg/g) 类胡萝卜素含量(mg/g)
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。
蓝
类囊体薄膜
C5
(CH2O)(或糖类)
紫外光
解析：(1)叶绿体由双层膜包被，内部有许多基粒。每个基粒都由一个个圆饼状的囊状结构堆叠而成，这些囊状结构称为类囊体。吸收光能的4种色素就分布在类囊体的薄膜上。其中叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。这4种色素吸收的光波长有差别，但是都可以用于光合作用。光合色素吸收的光能用于光反应，进而使暗反应阶段的C3还原转化为糖类和C5。据图可知，与白膜覆盖相比，蓝膜和绿膜透过的紫外光较少，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_________________
__________________________________________________________。
无水乙醇
解析：(2)无水乙醇可作为提取光合色素的试剂。类胡萝卜素和叶绿素都能吸收蓝紫光，而叶绿素还能吸收红光，因此测定叶绿素含量时应选择红光，以避免类胡萝卜素对实验的干扰。
叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，选择红光可以避免类胡萝卜素对实验的干扰
(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____________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (答出两点即可)。
蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜，有利于藏川杨幼苗进行光合作用；蓝膜覆盖下叶绿素含量和类胡萝卜素的含量均高于白膜和绿膜，藏川杨幼苗光合速率较大；蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜，减弱了对幼苗的伤害
解析：(3)分析表格，蓝膜覆盖下藏川杨幼苗的叶绿素含量和类胡萝卜素含量均高于白膜和绿膜，光合色素含量高，吸收的光能较多，藏川杨幼苗的光合速率较大。分析柱形图，蓝膜覆盖下蓝光透过率高于白膜和绿膜，有利于植物进行光合作用；蓝膜覆盖下紫外光的透过率低于白膜和绿膜，减弱了对幼苗的伤害，有利于幼苗生长。故覆盖蓝膜更有利于藏川杨幼苗在高原环境的生长。
教材情境再发掘
森林中阳生植物多居上层，林下几乎都是散射光(主要为蓝紫光)，适合阴生植物生存。
(1)阴生植物的叶绿体比阳生植物的大且颜色深，其生理学意义是______________________________。
(2)研究发现，阴生植物中叶绿素b/a的值大于阳生植物，推测可能的原因是______________________________________________________________
____。
提高对光能的吸收以适应弱光环境
叶绿素b吸收蓝紫光多于叶绿素a，阴生植物吸收的散射光主要是蓝紫光
3.(2024·江苏卷)科研人员对蓝细菌的光合放氧、呼吸耗氧和叶绿素a含量等进行了系列研究。图1是蓝细菌光合作用部分过程示意图，图2是温度对蓝细菌光合放氧和呼吸耗氧影响的曲线图。请回答下列问题：
选择透过性
(1)图1中H＋从类囊体薄膜内侧到外侧只能通过ATP合成酶，而O2能自由通过类囊体薄膜，说明类囊体薄膜具有的特性是__________。暗反应中C3在______________________的作用下转变为(CH2O)，此过程发生的区域位于蓝细菌的__________中。
ATP、NADPH和酶
细胞质基质
解析：(1)类囊体薄膜允许某些物质通过，而限制另一些物质通过，这体现了类囊体薄膜具有选择透过性。暗反应中，C3在光反应产生的ATP和NADPH以及酶的作用下，被还原为糖类等有机物，蓝细菌是原核生物，此过程发生在蓝细菌的细胞质基质中。
(2)图2中蓝细菌光合放氧的曲线是__(填“甲”或“乙”)；据图判断，总光合速率最高时对应的温度是_________ (填“20 ℃”“25 ℃”或“30 ℃”)，理由为_______________________________
__________________。
乙
30℃
30℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸速率之和最高
解析：(2)光合作用产生氧气，而呼吸作用消耗氧气。一般来说，光合作用在一定温度范围内随温度升高而增强，产生的氧气增多；呼吸作用在一定温度范围内随温度升高而增强，消耗的氧气增多。但通常光合作用产生氧气的量大于呼吸作用消耗氧气的量，这样蓝细菌才能积累有机物，正常生长，所以图2中蓝细菌光合放氧的曲线是乙。乙代表放氧速率，表示净光合速率，甲代表耗氧速率，表示呼吸速率，总光合速率＝净光合速率＋呼吸速率。据图分析，与20 ℃、25 ℃相比，30 ℃时蓝细菌光合放氧速率和呼吸耗氧速率之和最高，总光合速率最高。
实验目的 简要操作步骤
测定样液蓝细菌数量 按一定浓度梯度稀释样液，分别用血细胞计数板计数，取样前需①____
浓缩蓝细菌 ②____________________________
③__________ 将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮
④______________ 用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放
建立相关曲线 用分光光度计测定叶绿素a含量，计算
(3)在一定条件下，测定样液中蓝细菌密度和叶绿素a含量，建立叶绿素a含量与蓝细菌密度的相关曲线，用于估算水体中蓝细菌密度。请完成表格：
摇匀
将稀释样液离心，取下层沉淀物
提取叶绿素
防止叶绿素降解
解析：(3)第一步：测定样液蓝细菌数量时，取样前需摇匀，以保证计数的准确性。第二步：浓缩蓝细菌，将稀释样液离心，取下层沉淀物。第三步：将浓缩的蓝细菌用一定量的乙醇重新悬浮，是为了提取叶绿素。第四步：用锡箔纸包裹装有悬浮液的试管，避光存放，以防止叶绿素降解。第五步：用分光光度计测定叶绿素a含量，计算，建立相关曲线。
课时作业11
一、选择题(每小题3分，共21分)
1．(2025·黑龙江大庆模拟)一个半世纪的漫长岁月里，许多科学家进行了大量的实验，才探明了光合作用的本质。在下面几个著名实验中，相关叙述错误的是(　　)
A.希尔实验中，铁盐的作用是作为氧化剂
B.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
C.鲁宾和卡门用同位素18O同时标记H2O和CO2确定了光合作用中O2来源于水
D.阿尔农发现，光合作用中叶绿体可合成ATP，此过程总是与水的光解相伴随
C
解析：希尔实验中，在离体叶绿体悬浮液中加入铁盐，在光照下可以释放出O2，铁盐的作用是作为氧化剂，A正确；恩格尔曼的实验通过观察需氧细菌的分布情况，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧，B正确；鲁宾和卡门用同位素18O分别标记CO2和H2O中的O，根据质量比较，证明光合作用释放的O2来自水，C错误；1954年，美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成ATP，1957年，又发现这一过程总是与水的光解相伴随，D正确。
2．(2025·河北廊坊模拟)某同学以新鲜的空心菜叶为材料，制得色素提取液。取一张圆形滤纸片，在其中央穿一根棉线，用吸管取色素提取液滴在圆形滤纸片正中央，在一培养皿中加入层析液，将滤纸片上连接的棉线的另一端浸在层析液中，一段时间后得到色素的层析结果如图所示。下列叙述正确的是(　　)
A.叶片中的色素能溶于无水乙醇，故能得到色素
提取液
B.可用吸管在滤纸片中央连续重复多次滴入提取液
C.将含有色素提取液的圆形滤纸片浸在层析液中分离效果更好
D.层析结果最外圈和最内圈的条带对应的色素都能吸收红光和蓝紫光
A
解析：叶片中的色素能溶于多种有机溶剂，如无水乙醇，故能得到色素提取液，A正确；不能连续重复多次滴入提取液，应每次滴入后吹干，方可继续滴入，B错误；若将含有色素提取液的圆形滤纸片浸在层析液中，则滤纸片上的色素会溶于层析液，导致不会出现分离的条带，实验效果更差，C错误；层析结果最外圈条带对应胡萝卜素，最内圈条带对应叶绿素b，胡萝卜素不吸收红光，D错误。
3．(2026·河北沧州模拟)如图为光合作用过程示意图，其中甲、乙表示不同反应阶段，A～J代表不同的物质。下列有关叙述正确的是(　　)
A.图示过程均发生在叶绿体中
B.图中A的分解反应属于吸能反应
C.图中能还原C3的物质是C或E
D.若H供应减少，则短时间内I含量减少
B
解析：除植物外，有些自养生物如蓝细菌也能进行光合作用，但其没有叶绿体，A错误；图中A(水)的分解需要光能驱动，属于吸能反应，B正确；图中还原C3的物质是C，即NADPH，C错误；若H(CO2)供应减少，则C5固定CO2生成的C3减少，短时间内C3被还原生成C5的速率不变，故I(C5)含量增加，D错误。
4．(2026·河北张家口模拟)嗜热蓝细菌具备独特的CO2富集机制，该机制的作用模式及部分代谢路径如图所示，羧酶体是由蛋白质外壳包裹的微区室。下列叙述错误的是(　　)
A.推测CO2通过嗜热蓝细菌细胞膜
的方式只有主动运输
B.嗜热蓝细菌内碳酸酐酶在高温环
境下活性会较高，但并不参与卡尔
文循环
C.羧酶体的生理作用是有利于高效固定CO2
D.过程②需要消耗ATP和NADPH，而过程①不需要
A
解析：CO2通过嗜热蓝细菌细胞膜的方式除了图中所示的主动运输(消耗能量)外，可能还存在自由扩散，A错误；嗜热蓝细菌内碳酸酐酶在高温环境下活性会较高，能催化CO2转化为，但未参与卡尔文循环，B正确；在羧酶体内，大量会转化为CO2，加快与C5反应进一步完成CO2的固定，C正确；过程②是C3的还原，需要光反应产生的ATP和NADPH，而过程①是CO2的固定，不需要ATP和NADPH，D正确。
5. (2026·辽宁辽阳模拟)某植物叶片光合作用的暗反应阶段如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.植物光合作用的产物有O2、蔗糖和淀粉等物质
B.暗反应所固定的CO2可来自线粒体以及外界环境
C.光照强度由强变弱时，短时间内C5的含量会增多
D.若降低光照强度，则为暗反应提供的NADPH减少
C
解析：光合作用包括光反应和暗反应，光反应的产物有O2，暗反应的产物是蔗糖和淀粉等物质，A正确；线粒体是有氧呼吸的主要场所，能产生CO2，因此暗反应所固定的CO2可来自线粒体以及外界环境，B正确；光照强度由强变弱时，光反应产生的ATP和NADPH减少，C3还原形成C5的速率减小，但短时间内，CO2与C5结合形成C3的速率不变，即C5的来源减少，去路不变，因此短时间内C5的含量会减少，C错误；若降低光照强度，光反应减弱，光反应产物ATP和NADPH减少，为暗反应提供的NADPH减少，D正确。
6．(2026·T8联考)气孔是高等植物光合作用吸收CO2、蒸腾作用散失水分以及呼吸作用吸收O2的重要通道。长时间高温胁迫会使植物叶片气孔数量减少，相关调控的分子机理如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.PIF4蛋白通过抑制SPCH蛋白合成使气孔数量减少
B.SPCH蛋白可能与PIF4基因的起始密码子结合抑制其转录
C.气孔数量减少有利于植物适应长期高温环境的胁迫
D.白天参与植物暗反应的CO2只有部分来自气孔吸收
B
解析：如题图所示，PIF4基因表达的PIF4蛋白通过抑制SPCH蛋白的合成，使气孔数量减少，A正确；SPCH蛋白可能与PIF4基因的启动子结合抑制其转录，起始密码子位于mRNA上，B错误；气孔数量减少，蒸腾作用散失的水分减少，有利于植物适应长期高温环境的胁迫，C正确；白天光照下参与植物暗反应的CO2部分来自气孔从外界吸收，部分来自自身细胞呼吸作用产生的CO2，D正确。
7．(2026·安徽合肥模拟)为探究磷酸对光合作用的影响，科研人员向菠菜叶绿体悬浮液中加入磷酸(Pi)，照光并通入14CO2，数分钟后取样，分离叶绿体并测定14C标记化合物的相对含量，结果如表所示(注：TP和PGA为暗反应中的三碳化合物)。关于此实验，判断错误的是(　　)
C
加入Pi的浓度(mmol/L) 14C标记化合物的相对含量 TP/PGA
0 10 0.8
1 60 5.5
A.科研人员分离叶绿体所用缓冲液应为叶绿体基质的等渗溶液
B.悬浮液加入磷酸可以增加碳的固定量，提高TP/PGA的值
C.悬浮液中加入磷酸可抑制PGA运出叶绿体，从而抑制CO2固定
D.若延长光照时间，会在C5化合物和培养液内的有机物中检出14C
解析：科研人员分离叶绿体所用缓冲液应为叶绿体基质的等渗溶液，这样可以保证叶绿体的正常形态，有利于实验的进行，A正确；结合实验数据可推测，悬浮液加入磷酸可以增加碳的固定量，提高TP/PGA的值，B正确；悬浮液中加入磷酸可促进PGA运出叶绿体，进而促进光合作用，提高CO2固定的速率，C错误；若延长光照时间，光合作用持续进行，因而会在C5化合物和培养液内的有机物中检出14C，D正确。
二、非选择题(共29分)
8．(14分)(2023·全国甲卷)某同学将从菠菜叶中分离到的叶绿体悬浮于缓冲液中，给该叶绿体悬浮液照光后有糖产生。回答下列问题：
(1)叶片是分离制备叶绿体的常用材料，若要将叶肉细胞中的叶绿体与线粒体等其他细胞器分离，可以采用的方法是__________(答出1种即可)。叶绿体中光合色素分布在__________上，其中类胡萝卜素主要吸收______(填“蓝紫光”“红光”或“绿光”)。
差速离心法
解析：(1)植物细胞器的分离方法可用差速离心法，叶绿体中的光合色素分布在类囊体薄膜上，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。
类囊体薄膜
蓝紫光
(2)将叶绿体的内膜和外膜破坏后，加入缓冲液形成悬浮液，发现黑暗条件下叶绿体悬浮液中不能产生糖，原因是
__________________________________________________________。
解析：(2)黑暗条件下无光，光反应不能进行，无法为暗反应(还原三碳化合物)提供原料ATP和NADPH，暗反应无法进行，故不能生成糖。
黑暗条件下不能产生还原三碳化合物所需要的ATP和NADPH
(3)叶片进行光合作用时，叶绿体中会产生淀粉。请设计实验证明叶绿体中有淀粉存在，简要写出实验思路和预期结果：__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
解析：(3)要验证叶绿体中有光合作用产物淀粉，需要将叶绿体提取出来并检测其中淀粉。实验设计思路及结果详见答案。
实验思路：将照光和黑暗处理的叶绿体悬浮液离心得到叶绿体，分别记为A组和B组，之后将得到的叶绿体进行脱色处理，向经脱色处理的叶绿体滴加碘液，观察颜色变化。预期结果：A组叶绿体变蓝色，B组叶绿体不变蓝色
9．(15分)(2026·江西九师联盟模拟)C4植物是一类通过C4光合途径高效固定二氧化碳的植物，其过程如图1所示，维管束鞘细胞含有叶绿体(无基粒)，Rubisco为核酮糖 1，5 二磷酸羧化酶，RuBP为C5。图2为光呼吸过程相关物质的变化，在光照条件下，叶绿体中的C5会根据CO2和O2浓度比值分别与CO2或O2反应。回答下列问题：
(1)C4途径中维管束鞘细胞不能进行光合作用的光反应阶段，原因是_____________________________________________________；C3接受__________________释放的能量，并被__________还原。与C3植物相比，C4植物能适应低CO2浓度环境，从酶的特性角度分析，原因是_______________________________________________________________________________________。
维管束鞘细胞的叶绿体无基粒，不含叶绿素(光合色素)
ATP和NADPH
NADPH
PEP羧化酶对CO2的亲和力强，能在低浓度CO2条件下有效催化CO2的固定
解析：(1)光反应需要类囊体薄膜(基粒)上的光合色素吸收光能等，C4途径中维管束鞘细胞的叶绿体无基粒，不含叶绿素(光合色素)，所以不能进行光反应阶段。C3接受ATP和NADPH释放的能量，并被NADPH还原。与C3植物相比，C4植物叶肉细胞中PEP羧化酶对CO2的亲和力强(或PEP羧化酶能高效固定低浓度的CO2)，能在低浓度CO2条件下有效催化CO2的固定，所以能适应低CO2浓度环境。
(2)光呼吸过程中，当CO2和O2浓度比值____(填“大于”“等于”或“小于”)1时，C5会更易与O2结合。C5与O2反应会消耗能量。请简要说明在强光照、高温且干旱的环境下，光呼吸对植物可能具有的保护作用是______________________________________________________________。
小于
光呼吸可消耗光反应产生的过多能量，避免光合器官因能量过剩而受损
解析：(2)当CO2和O2浓度比值小于1时，C5会更易与O2结合。在强光照、高温且干旱的环境下，植物气孔关闭，CO2进入减少，光呼吸可消耗光反应产生的过多ATP和NADPH，避免光合器官因能量过剩而受损。
(3)与C3植物相比，C4植物减少光呼吸损耗可达50%以上，请根据图1和图2分析原因：_____________________________________________________
____________________________________________________。
C4植物能浓缩大量CO2，使维管束鞘细胞中CO2和O2浓度比值增大，进而促进Rubisco催化更多的C5与CO2发生反应
解析：(3)C4植物叶肉细胞中PEP羧化酶对CO2的亲和力强，能将低浓度的CO2固定并转运到维管束鞘细胞中，使维管束鞘细胞内CO2浓度提高，CO2和O2浓度比值较大，进而促进Rubisco催化更多的C5与CO2发生反应，减少光呼吸损耗。
本课结束
模块一 分子与细胞

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