備戰(zhàn)2025年高考生物精品教案第三章細胞代謝課時4光合作用與能量轉化（Word版附解析）-教案下載-教習網

考點1 捕獲光能的色素和結構
學生用書P069
1.綠葉中色素的提取和分離
（1）實驗原理及方法
（2）實驗步驟
（3）實驗結果及分析
（4）實驗失敗的原因分析
2.葉綠體中的色素及葉綠體的結構
（1）葉綠體中的色素
（2）葉綠體的結構
基礎自測
1.提取綠葉中色素的溶劑也可用于提取紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞中的色素。（ × ）
2.研磨綠葉時加入少許CaCO3，能夠使研磨充分。（ × ）
3.綠葉中含量越多的色素，在濾紙條上擴散得越快。（ × ）
4.葉綠素a和葉綠素b都含有鎂元素。（ √ ）
5.沒有葉綠體，細胞不能進行光合作用。（ × ）
6.光合作用需要的色素和酶分別分布在葉綠體基粒和基質中。（ × ）
7.植物呈現綠色是由于葉綠素能有效地吸收綠光。（ × ）
8.葉綠體內膜上存在與水裂解有關的酶[2022浙江1月，T8C]。（ × ）
9.依據吸收光譜的差異對光合色素進行紙層析分離[2021北京，T13C]。（ × ）
10.紙層析法分離葉綠體色素時，以多種有機溶劑的混合物作為層析液[2021河北，T3C]。（ √ ）
11.光合作用時，火龍果植株能同時吸收紅光和藍光的光合色素是葉綠素（或葉綠素a、葉綠素b）；用紙層析法分離葉綠體色素獲得的4條色素帶中，以濾液細線為基準，按照自下而上的次序，該光合色素的色素帶位于第一和二條[2023海南，T16（1）]。
情境應用
1.為什么有些蔬菜大棚內懸掛發(fā)紅色或藍紫色光的燈管，并且在白天也開燈？為什么不使用發(fā)綠色光的燈管作補充光源？
提示因為光合色素對紅光和藍紫光的吸收最多，補充這兩種類型的光，有利于提高蔬菜的產量，而綠色光源發(fā)出的是綠光，這種波長的光幾乎不能被光合色素吸收，因此無法用于光合作用中提高有機物產量。
2.玉米田里的白化苗長出幾片葉子后會死亡，原因是什么？
提示玉米白化苗中不含葉綠素，不能進行光合作用，待種子中儲存的營養(yǎng)物質被消耗盡后，無法產生新的有機物，因此玉米白化苗長出幾片葉子后會死亡。
3.蒜黃和韭黃都是黃色的，秋后的綠葉會變黃，貧瘠土壤中生長的植物葉片一般也偏黃，影響這些現象形成的因素分別是什么？
提示韭黃和蒜黃是在無光的環(huán)境下培育的，沒有光照不合成葉綠素；秋后溫度降低，葉綠素合成少，分解多；貧瘠土壤缺Mg等會影響葉綠素的合成，使葉片變黃。
深度思考
1.在進行紙層析時，若采用圓形濾紙，則結果是什么？
提示在圓形濾紙上出現4個同心圓，最外面是胡蘿卜素，接下來依次是葉黃素、葉綠素a、葉綠素b。
2.葉綠體類囊體膜上的色素都能轉化光能嗎？
提示不是。葉綠體類囊體膜上的色素分為兩類：一類具有吸收和傳遞光能的作用，包括絕大多數的葉綠素a，以及全部的葉綠素b、胡蘿卜素和葉黃素；另一類是少數處于特殊狀態(tài)的葉綠素a，其能夠捕獲（或轉化）光能。
3.恩格爾曼實驗一的方法有什么巧妙之處？
提示 ①實驗材料選擇妙：用水綿作實驗材料。水綿的葉綠體呈帶狀，便于觀察。②排除干擾的方法妙：沒有空氣的黑暗環(huán)境排除了環(huán)境中光線和O2的影響，從而確保實驗的準確性。③觀測指標設計妙：通過需氧細菌的分布，能夠準確地判斷出水綿細胞中釋放O2的部位。④實驗對照設計妙：進行黑暗＋極細光束照射和置于光下的對比實驗，從而明確實驗結果不同完全是由光照引起的。
從“兩個角度”把握色素提取液的選取
學生用書P072
命題點1 色素的提取和分離實驗的原理和過程分析
1.[2023江蘇改編]下列關于“提取和分離葉綠體色素”實驗敘述合理的是（ B ）
A.用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止類胡蘿卜素被破壞
B.若連續(xù)多次重復畫濾液細線可累積更多的色素，但易出現色素帶重疊
C.該實驗提取和分離色素的方法可用于測定綠葉中各種色素含量
D.研磨時，用體積分數為70％的乙醇溶解色素
解析用有機溶劑提取色素時，加入碳酸鈣是為了防止葉綠素被破壞，A錯誤；連續(xù)多次重復畫濾液細線，雖可累積更多的色素，但會造成濾液細線過寬，易出現色素帶重疊，B正確；該實驗中分離色素的方法是紙層析法，可根據各種色素在濾紙條上呈現的色素帶的寬窄來比較各色素的量，但該實驗提取和分離色素的方法不能用于測定綠葉中各種色素含量，C錯誤；研磨時，應用無水乙醇溶解色素，D錯誤。
2.[2023福州模擬]某研究小組獲得了水稻的葉黃素缺失突變體。將其葉片進行了紅光照射光吸收測定和色素層析條帶分析（從下至上）。則與正常葉片相比，實驗結果是（ C ）
A.光吸收差異顯著，色素帶缺第2條
B.光吸收差異不顯著，色素帶缺第2條
C.光吸收差異不顯著，色素帶缺第3條
D.光吸收差異顯著，色素帶缺第3條
解析葉黃素缺失突變體葉片不能合成葉黃素，葉黃素主要吸收藍紫光，進行紅光照射時光吸收差異不顯著，而層析時缺葉黃素這個條帶，自下而上位于第3條，C正確。
命題點2 色素的種類和功能分析
3.[2023全國乙改編]植物葉片中的色素對植物的生長發(fā)育有重要作用。下列有關葉綠體中色素及其吸收光譜的敘述，錯誤的是（ D ）
A.葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制
B.葉綠素和類胡蘿卜素存在于葉綠體中類囊體的薄膜上
C.用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰
D.葉片在640～660 nm波長光下釋放O2是由類胡蘿卜素參與光合作用引起的
解析葉綠素的吸收光譜可通過測量其對不同波長光的吸收值來繪制，A正確；葉綠體中吸收光能的色素（葉綠素和類胡蘿卜素）分布在類囊體薄膜上，B正確；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，用不同波長的光照射類胡蘿卜素溶液，其吸收光譜在藍紫光區(qū)有吸收峰，C正確；波長為640～660 nm的光是紅光，葉綠素可吸收紅光參與光合作用，類胡蘿卜素不吸收紅光，D錯誤。
命題變式
[題干拓展型]科學家在色素溶液與陽光之間放置一塊三棱鏡，分別讓不同顏色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光譜如圖所示，①②③代表不同色素。下列說法正確的是（ C ）
A.①在紅光區(qū)吸收的光能可轉化為ATP中的化學能
B.②為藍綠色，③為黃綠色，二者均含有Mg
C.紙層析法分離色素時，②處于濾紙條最下端
D.土壤缺鎂時，植物葉片對420～470 nm波長光的利用量增加
解析由圖可知，①是類胡蘿卜素，②是葉綠素b，③是葉綠素a。類胡蘿卜素在紅光區(qū)的吸收值為0，即不吸收紅光，A錯誤；葉綠素b為黃綠色，葉綠素a為藍綠色，二者均含有Mg，B錯誤；葉綠素b在層析液中的溶解度最低，隨層析液在濾紙條上擴散的速率最慢，故紙層析法分離色素時，處于濾紙條最下端的是葉綠素b，C正確；鎂是組成葉綠素的重要元素，土壤缺鎂時，葉綠素合成減少，植物葉片對420～470 nm波長光的利用量減少，D錯誤。
命題點3 葉綠體的結構和功能
4.圖甲為葉綠體結構模式圖，圖乙所示結構是圖甲的部分放大圖。下列有關敘述正確的是（ D ）
A.圖乙所示結構取自圖甲中的①或③
B.與光合作用有關的酶全部分布在圖乙所示結構上
C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.葉綠體以圖甲中③的形式擴大膜面積
解析圖甲表示葉綠體的結構，①是葉綠體內膜，②是葉綠體外膜，③是類囊體，④是葉綠體基質，吸收光能的色素分布在③（類囊體）的薄膜上，圖乙所示結構是類囊體的薄膜，來自③，A、C錯誤。光合作用所需的酶分布在類囊體薄膜上和葉綠體基質中，B錯誤。葉綠體內含有大量基粒，一個基粒由很多類囊體堆疊而成，以此擴大膜面積，D正確。
5.將葉綠體懸浮液置于陽光下，一段時間后發(fā)現有氧氣放出。下列相關說法正確的是（ A ）
A.離體葉綠體在自然光下能將水分解產生氧氣
B.若將葉綠體置于紅光下，則不會有氧氣產生
C.若將葉綠體置于藍紫光下，則不會有氧氣產生
D.水在葉綠體中分解產生氧氣需要ATP提供能量
解析葉綠體是光合作用的場所，在自然光下，葉綠體能進行光合作用將水分解產生氧氣，A正確；葉綠體中的光合色素能吸收紅光和藍紫光，因此會產生氧氣，B、C錯誤；水在葉綠體中分解產生氧氣需要光能，但不需要ATP提供能量，D錯誤。
考點2 光合作用的過程
學生用書P073
1.探索光合作用原理的部分實驗
2.光合作用的概念
3.光合作用的過程
1.真核細胞的光反應
2.原核細胞的光反應
教材補遺（1）[必修1 P104“相關信息”]C3是指三碳化合物——3－磷酸甘油酸，C5是指五碳化合物——核酮糖－1，5－二磷酸（RuBP）。
（2）[必修1 P104“相關信息”]光合作用的產物有一部分是淀粉，還有一部分是蔗糖。蔗糖可以進入篩管，再通過韌皮部運輸到植株各處。
（3）[必修1 P106小字部分]光合作用和化能合成作用的比較：
4.環(huán)境因素驟變對光合作用過程的動態(tài)影響
借助光合作用過程圖解從物質的生成和消耗兩個方面綜合分析：
提醒C5、NADPH、ATP的變化一致，C3與C5、NADPH、ATP的變化相反；對光合作用有利，（CH2O）合成增加，反之則減少。
1.解答有關光合作用過程的試題，要牢記“二二三四”法則
2.根據化學平衡可知：底物濃度增加、產物濃度減少?使化學平衡向正方向移動；反之亦然。
基礎自測
1.H2O在光下分解為H＋和O2的過程發(fā)生在葉綠體基質中。（ × ）
2.光合作用光反應階段產生的NADPH可在葉綠體基質中作為還原劑。（ √ ）
3.葉肉細胞在葉綠體外膜上合成淀粉。（ × ）
4.光合作用釋放的O2中的O來自CO2和H2O。（ × ）
5.光合作用過程中光能轉變?yōu)榛瘜W能，細胞呼吸過程中化學能轉變?yōu)闊崮芎虯TP中穩(wěn)定的化學能。（ × ）
6.光合作用過程中，ADP從類囊體薄膜向葉綠體基質移動。（ × ）
7.在暗反應階段，CO2不能直接被還原[2021湖南，T7B]。（ √ ）
8.在酶催化下直接參與CO2固定的化學物質是CO2和 C5 。
9.不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反應階段的產物是相同的，光反應階段的產物是 ATP、NADPH、O2 （答出3點即可）[2022全國甲，T29（1）]。
10.參與光合作用的很多分子都含有氮。氮與鎂離子參與組成的環(huán)式結構使葉綠素能夠吸收光能，用于驅動 ATP和NADPH 兩種物質的合成以及水的分解；RuBP羧化酶將CO2轉變?yōu)轸然拥?C5 分子上，反應形成的產物被還原為糖類[2021河北，T19（2）]。
情境應用
1.1937年，英國植物學家希爾發(fā)現，在離體葉綠體的懸浮液中加入鐵鹽或其他氧化劑，在無CO2的條件下給予光照，離體葉綠體可以發(fā)生水的光解、產生氧氣。希爾實驗說明水的光解與糖類等有機物的合成不是同一個化學反應，原因是希爾反應是將離體葉綠體置于懸浮液中完成的，懸浮液中有H2O，缺少合成糖的必需原料——CO2，說明水的光解并非必須與糖的合成相關聯，暗示著希爾反應是相對獨立的反應階段。
2.有關光合作用的兩組實驗——甲組：連續(xù)光照5分鐘和黑暗5分鐘；乙組：間隔光照（5秒光照、5秒黑暗交替進行），總光照5分鐘和黑暗5分鐘。10分鐘時間內哪一組有機物的合成量多？為什么？
提示乙組有機物合成量多。因為光照和黑暗交替處理，使光反應產生的ATP和NADPH能夠及時利用與再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。
3.模擬魯賓和卡門的實驗時，能否對同一實驗中的CO2和H2O同時進行標記，為什么？
提示不能。因為同位素示蹤法只能檢測同位素的存在，不能檢測是哪種同位素，若同一實驗中CO2和H2O中的O均被標記，則無法分辨O2中的O到底是來自CO2還是H2O。
學生用書P074
命題點1 光合作用的探究歷程分析
1.下列有關實驗變量的敘述，錯誤的是（ A ）
A.用小球藻和CO2驗證卡爾文循環(huán)的實驗中，自變量是CO2中C是否被標記
B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實驗，因變量是是否產生還原糖
C.恩格爾曼利用水綿和需氧細菌研究光合作用的實驗中，因變量觀測指標是需氧細菌的分布情況
D.魯賓和卡門研究光合作用中O2來源的實驗中，自變量是被18O標記的原料
解析用小球藻和CO2驗證卡爾文循環(huán)的實驗中，自變量是時間，A錯誤；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的專一性實驗中，需借助斐林試劑檢測是否產生了還原糖，即因變量是是否產生還原糖，B正確；恩格爾曼利用水綿和需氧細菌進行實驗，通過觀察需氧細菌的分布來判斷O2產生的部位，最終證明葉綠體是進行光合作用的場所，C正確；魯賓和卡門用同位素示蹤法證明光合作用釋放的O2來自水，自變量是被18O標記的原料，D正確。
2.1941年魯賓和卡門用同位素18O標記水和碳酸氫鹽，加入三組小球藻培養(yǎng)液中。在適宜光照下進行實驗，結果如表所示。下列敘述錯誤的是（ C ）
A.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氫鹽提供
B.氧氣中18O比率不受光合作用反應時間的影響
C.魯賓和卡門進行該實驗的目的是驗證光合作用產物中有氧氣
D.卡爾文也運用相同的方法用14C標記二氧化碳，研究暗反應中物質的變化
解析碳酸氫鹽能釋放二氧化碳，為光合作用提供二氧化碳，A正確；根據表格數據，在45 min、110 min、225 min釋放的氧氣中18O比率和水中18O起始比率基本一致，說明氧氣中18O比率不受光合作用反應時間影響，B正確；魯賓和卡門進行該實驗的目的是探究光合作用中氧氣中氧的來源，C錯誤；卡爾文也運用同位素示蹤法用14C標記二氧化碳，供小球藻進行光合作用，然后追蹤檢測其放射性，最終探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑，D正確。
命題點2 光合作用的過程分析
3.[天津高考]研究人員從菠菜中分離類囊體，將其與16種酶等物質一起用單層脂質分子包裹成油包水液滴，從而構建半人工光合作用反應體系。該反應體系在光照條件下可實現連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸。下列分析正確的是（ A ）
A.產生乙醇酸的場所相當于葉綠體基質
B.該反應體系不斷消耗的物質僅有CO2
C.類囊體產生的ATP和O2參與CO2 的固定與還原
D.與葉綠體相比，該反應體系不含光合色素
解析由題干信息“該反應體系在光照條件下可實現連續(xù)的CO2固定與還原，并不斷產生有機物乙醇酸”，說明乙醇酸是在暗反應中合成的，合成場所相當于葉綠體基質，A正確；該反應體系既能在類囊體上進行光反應，又能利用16種酶等物質進行暗反應，因此該反應體系不斷消耗的物質有CO2、H2O等，B錯誤；類囊體上進行的光反應為暗反應中C3的還原提供了NADPH和ATP，光反應產生的O2不參與暗反應，C錯誤；該反應體系中有分離得到的類囊體，含有光合色素，D錯誤。
命題變式
[設問拓展型]題干條件不變，下列說法錯誤的是（ A ）
A.該反應體系的結構與葉綠體外膜的結構相同
B.該反應體系會消耗CO2和H2O
C.加入的16種物質應該包含ADP、NADP＋等物質
D.可以測定該反應體系的凈光合速率
解析該反應體系是由單層脂質分子包裹形成的，而葉綠體的外膜是雙層脂質分子，且含蛋白質，A錯誤；該反應體系能夠連續(xù)進行CO2的固定和還原，會消耗CO2和H2O，B正確；該反應體系是人工構建的光合作用反應體系，且在光照條件下進行，故需要加入的物質應包含ADP和NADP＋等物質，C正確；凈光合速率＝總光合速率－呼吸速率，而該半人工光合作用反應體系能夠進行光合作用，不能進行呼吸作用，即呼吸速率為0，故該反應體系測定的光合速率即為其凈光合速率，D正確。
4.[2021廣東]在高等植物光合作用的卡爾文循環(huán)中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被稱為Rubisc。下列敘述正確的是（ D ）
A.Rubisc存在于細胞質基質中
B.激活Rubisc需要黑暗條件
C.Rubisc催化CO2固定需要ATP
D.Rubisc催化C5和CO2結合
解析據題意可知，Rubisc是唯一催化CO2固定形成C3的酶，則其存在于葉綠體基質中，A錯誤；有、無光照均可發(fā)生暗反應，因此激活Rubisc不需要黑暗條件，B錯誤；Rubisc催化CO2的固定不需要消耗ATP，C錯誤；據題意，Rubisc是催化CO2固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2結合形成C3的酶，D正確。
命題點3 不同條件下光合作用過程中物質含量變化的分析
5.[天津高考]在適宜反應條件下，用白光照射離體的新鮮葉綠體一段時間后，突然改用光照強度與白光相同的紅光或綠光照射。下列是光源與瞬間發(fā)生變化的物質，組合正確的是（ C ）
A.紅光，ATP下降
B.紅光，未被還原的C3上升
C.綠光，NADPH下降
D.綠光，C5上升
解析葉綠體中的色素主要吸收紅光和藍紫光等可見光，吸收的綠光很少。將白光改為光照強度相同的紅光，光反應增強，葉綠體內產生的ATP和NADPH增多，C3的還原加快，短時間內CO2的固定仍以原來的速率進行，導致未被還原的C3減少，A、B錯誤；將白光改為光照強度相同的綠光，光反應減弱，短時間內葉綠體內產生的ATP和NADPH減少，C正確；NADPH和ATP的減少必然會導致C3還原生成C5減慢，此時CO2的固定仍以原來的速率消耗C5，則短時間內C5的含量會下降，D錯誤。
命題變式
[條件改變型]若突然改用光照強度與白光相同的藍紫光，則短時間內光反應會增強，產生ATP的速率加快，未被還原的C3 減少。
解析改用藍紫光，相當于增加光照強度，導致光反應增強，產生NADPH和ATP的速率加快，C3的還原加快，而CO2的固定速率暫時不變，因此未被還原的C3減少。
6.[山東高考，9分]人工光合作用系統(tǒng)可利用太陽能合成糖類，相關裝置及過程如圖所示，其中甲、乙表示物質，模塊3中的反應過程與葉綠體基質內糖類的合成過程相同。
（1）該系統(tǒng)中執(zhí)行相當于葉綠體中光反應功能的模塊是模塊1和模塊2 ，模塊3中的甲可與CO2結合，甲為五碳化合物（或C5）。
（2）若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則短時間內乙的含量將減少（填“增加”或“減少”）。若氣泵停轉時間較長，模塊2中的能量轉換效率也會發(fā)生改變，原因是模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足。
（3）在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于（填“高于”“低于”或“等于”）植物，原因是人工光合作用系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類（或植物呼吸作用消耗糖類）。
（4）干旱條件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少，且植物體水分供應不足。人工光合作用系統(tǒng)由于對環(huán)境中水的依賴程度較低，在沙漠等缺水地區(qū)有廣闊的應用前景。
解析（1）由題圖可知，模塊1利用太陽能發(fā)電裝置將吸收的光能轉化為電能，模塊2利用電能電解水生成H＋和O2，并發(fā)生能量的轉化。該系統(tǒng)中的模塊1和模塊2相當于執(zhí)行了葉綠體中光反應的功能。模塊3將大氣中的CO2轉化為糖類，相當于執(zhí)行了光合作用的暗反應，暗反應中CO2的固定指的是CO2和C5結合生成C3。C3在光反應提供的NADPH和ATP的作用下被還原，隨后經過一系列反應形成糖類和C5，故該系統(tǒng)中模塊3中的甲為五碳化合物（C5），乙為三碳化合物（C3）。（2）若正常運轉過程中氣泵突然停轉，則CO2濃度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物（C3）的還原短時間內仍正常進行，因此短時間內會導致C3含量減少。暗反應為光反應提供ADP、Pi和NADP＋，若該系統(tǒng)氣泵停轉時間較長，則模塊3為模塊2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，從而導致模塊2中的能量轉換效率也會發(fā)生改變。（3）植物中糖類的積累量＝光合作用合成糖類的量－細胞呼吸消耗糖類的量。與植物相比，該系統(tǒng)沒有呼吸作用消耗糖類，所以在與植物光合作用固定的CO2量相等的情況下，該系統(tǒng)糖類的積累量高于植物。（4）干旱條件下，為了減少水分散失，植物葉片氣孔開放程度降低，CO2的吸收量減少，影響暗反應過程，且植物體內水分供應不足，也會影響光反應過程。因此，干旱條件下，很多植物光合作用速率降低。
7.[7分]為探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態(tài)相同的某種植物為材料開展了下列實驗，其他無關變量保持相同且適宜。請回答下列問題：
（1）光合作用中包含需要光的階段和不需要光的階段，為驗證這一觀點，可以對進行光合作用的植物短暫遮光，并提供 14CO2 ，經放射性檢測后發(fā)現植物在短暫黑暗中會利用該物質。
（2）分析表格可知，B組在單位光照時間內生產有機物的量較A組高，依據是 B組的光照時間是A組的一半，其光合產物相對含量卻是A組的94％。
（3）科學家在給離體葉綠體照光時發(fā)現，當向培養(yǎng)體系中提供NADP＋時，體系中會有NADPH產生，說明葉綠體在光下會產生 H＋和 e－。
解析（1）光合作用中包含需要光的階段和不需要光的階段，為驗證這一觀點，可以對進行光合作用的植物短暫遮光，并提供14CO2，經放射性檢測后發(fā)現植物在短暫黑暗中會利用該物質。（2）分析表格可知，B組只用了A組一半的光照時間，其光合產物相對含量卻是A組的94％，所以B組在單位光照時間內生產有機物的量較A組高。（3）科學家在給離體葉綠體照光時發(fā)現，當向培養(yǎng)體系中提供NADP＋時，體系中會有NADPH產生，說明葉綠體在光下會產生H＋和 e－。
情境熱點3 光系統(tǒng)與電子傳遞鏈、逆境下光合作用的特殊途徑
熱點1 光系統(tǒng)與電子傳遞鏈
光系統(tǒng)是由蛋白質和葉綠素等光合色素組成的復合物，具有吸收、傳遞和轉化光能的作用，包括光系統(tǒng)Ⅰ（PSⅠ）和光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）。
注：圖中虛線表示該生理過程中電子（e－）的傳遞過程。
（1）光系統(tǒng)Ⅱ進行水的光解，產生O2、H＋和自由電子（e－），光系統(tǒng)Ⅰ主要介導NADPH的產生。
（2）電子（e－）經過的電子傳遞鏈：H2O→光系統(tǒng)Ⅱ→質體醌（PQ）→細胞色素b6f復合體→質體藍素（PC）→光系統(tǒng)Ⅰ→鐵氧還蛋白（Fd）→NADPH。
（3）電子傳遞過程是從高電勢到低電勢，因此，電子傳遞過程中釋放能量，質體醌利用這部分能量將質子（H＋）逆濃度梯度從葉綠體的基質側泵入類囊體腔側，從而建立了質子濃度（電化學）梯度。
（4）類囊體膜對質子是高度不通透的，因此，類囊體內的高濃度質子只能通過ATP合成酶順濃度梯度流出，而ATP合成酶利用質子梯度來合成ATP。
（1）PSⅠ和PSⅡ鑲嵌在葉綠體的類囊體薄膜上，含有的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩大類，這些色素的主要功能有吸收、傳遞和轉化光能。
（2）圖示過程中，PSⅡ和PSⅠ以串聯的方式協(xié)同完成電子由水（物質）釋放、最終傳遞給 NADP＋（物質）生成NADPH的過程。
（3）光照的驅動既促使水分解產生H＋，又伴隨著電子的傳遞通過PQ將葉綠體基質中的H＋轉運至類囊體腔，同時還在形成NADPH的過程中消耗葉綠體基質中部分H＋，造成類囊體膜內外的H＋產生了濃度差。請結合圖示信息分析，類囊體膜內外的H＋濃度差在光合作用中的作用是為光反應中ATP的合成過程提供能量。
1.[2023湖北]植物光合作用的光反應依賴類囊體膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光復合體，PS Ⅱ光復合體含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究發(fā)現，PS Ⅱ光復合體上的蛋白質LHC Ⅱ，通過與PS Ⅱ結合或分離來增強或減弱對光能的捕獲（如圖所示）。LHC Ⅱ與PS Ⅱ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化。下列敘述錯誤的是（ C ）
A.葉肉細胞內LHC蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光復合體對光能的捕獲增強
B.Mg2＋含量減少會導致PS Ⅱ光復合體對光能的捕獲減弱
C.弱光下LHC Ⅱ與PS Ⅱ結合，不利于對光能的捕獲
D.PS Ⅱ光復合體分解水可以產生H＋、電子和O2
解析據圖可知，在強光下，PSⅡ與LHCⅡ分離，減弱PSⅡ光復合體對光能的捕獲；在弱光下，PSⅡ與LHCⅡ結合，增強PSⅡ光復合體對光能的捕獲。LHCⅡ和PSⅡ的分離依賴LHC蛋白激酶的催化，葉肉細胞內LHC蛋白激酶活性下降，會導致類囊體膜上PSⅡ光復合體與LHCⅡ結合增多，從而使PSⅡ光復合體對光能的捕獲增強，A正確。鎂是合成葉綠素的原料，葉綠素能吸收、傳遞和轉化光能，若Mg2＋含量減少，PSⅡ光復合體中光合色素含量降低，導致PSⅡ光復合體對光能的捕獲減弱，B正確。弱光下PSⅡ光復合體與LHCⅡ結合，有利于對光能的捕獲，C錯誤。類囊體膜上的PSⅡ光復合體含有光合色素，在光反應中，其能吸收光能并分解水產生H＋、電子和O2，D正確。
2.[2021重慶]如圖為類囊體膜蛋白排列和光反應產物形成的示意圖。據圖分析，下列敘述錯誤的是（ A ）
A.水光解產生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿過4層膜
B.NADP＋與電子（e－）和質子（H＋）結合形成NADPH
C.產生的ATP可用于暗反應及其他消耗能量的反應
D.電子（e－）的有序傳遞是完成光能轉換的重要環(huán)節(jié)
解析分析圖示可知，水光解產生的O2在類囊體腔內，葉綠體和線粒體均有雙層膜，因此水光解產生的O2若被有氧呼吸利用，至少需要穿過5層膜，A錯誤；在光反應過程中，NADP＋與e－和質子（H＋）結合形成NADPH，B正確；由圖可知，光反應產生的ATP可以用于暗反應、色素合成、核酸代謝等消耗能量的反應，C正確；分析可知，光反應產生的電子（e－）通過一系列的有序傳遞，將光能轉化為儲存在ATP中的活躍的化學能，D正確。
熱點2 逆境下光合作用的特殊途徑
情境一光呼吸的原理和作用
1.原理：O2和CO2競爭Rubisc。在暗反應中，Rubisc能夠以CO2為底物實現CO2的固定；在光下，當O2濃度高、CO2濃度低時，O2會競爭Rubisc，在光的驅動下將有機物氧化分解，釋放CO2。
2.光呼吸對生物體的影響：在較強光下，光呼吸加強，使C5氧化分解加強，一部分碳以CO2的形式散失，從而減少了光合產物的形成和積累。另外，光呼吸過程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的損耗。其實光呼吸和卡爾文循環(huán)是一種動態(tài)平衡，適當的光呼吸對植物體有一定積極意義。
情境二：光合作用的C3途徑、C4途徑和CAM途徑
1.C3途徑：也稱卡爾文循環(huán)，整個過程形成從RuBP（C5）與CO2的羧化生成C3，到C5再生的循環(huán)，在葉綠體基質中進行，可合成蔗糖、淀粉等多種有機物。常見的C3植物有小麥、大豆、水稻等。
2.C4途徑：在玉米的光合作用中，CO2中的碳首先轉移到含有四個碳原子的有機物（C4）中，然后才轉移到C3中，科學家將這類植物叫作C4植物，將其固定二氧化碳的途徑叫作C4途徑（如圖所示）。C4植物比C3植物具有更強的固定CO2（特別是在高溫、光照強烈、干旱條件下）的能力。常見的C4植物還有甘蔗、高粱、莧菜等。
說明：PEP為磷酸烯醇式丙酮酸，屬于三碳化合物。
3.CAM途徑：指生長在干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質植物（最早發(fā)現在景天科植物）所具有的一種光合固定CO2的附加途徑。其特點是：CAM植物氣孔只在晚上開放，將CO2固定生成蘋果酸儲存在液泡中，白天氣孔關閉，蘋果酸從液泡中釋放出來，經脫羧產生CO2，再通過卡爾文循環(huán)轉變成糖類。這是植物對干旱環(huán)境的適應。具有這種途徑的植物稱為CAM植物，CAM植物兩次CO2的固定在時間上是分開的。CAM途徑如圖所示，常見的CAM植物有菠蘿、蘆薈、蘭花、仙人掌等。
（1）光呼吸涉及的場所主要有葉綠體、線粒體。從能量角度分析，有氧呼吸和光呼吸的主要區(qū)別是光呼吸消耗能量，有氧呼吸分解有機物，產生能量。
（2）C4植物光反應發(fā)生在葉肉細胞的葉綠體上，而CO2的固定發(fā)生在葉肉細胞和維管束鞘細胞中。
（3）從進化的角度看，景天科植物的這種氣孔開閉特點的形成是自然選擇的結果。夜間景天科植物吸收的CO2 不能（填“能”或“不能”）用于合成葡萄糖，原因是沒有光反應為暗反應提供ATP和NADPH 。
（4）C3途徑是碳同化的基本途徑，C4途徑和CAM途徑的特殊之處都是先有固定 CO2 的作用，最終還是通過C3途徑合成有機物。
3.[2023廣東四校聯考]蘆薈是一種經濟價值很高的植物，可凈化空氣。蘆薈夜晚氣孔開放，通過PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再將其轉變成蘋果酸儲存在液泡中；白天氣孔關閉，蘋果酸從液泡中釋放出來，在相關酶的作用下釋放CO2，CO2進入葉綠體通過卡爾文循環(huán)合成糖類。下列說法錯誤的是（ A ）
A.夜晚氣孔開放，蘆薈能進行暗反應產生糖類
B.蘆薈液泡中的pH會呈現白天升高、夜晚降低的周期性變化
C.蘆薈葉片內的CO2經固定會產生兩種不同的初產物
D.蘆薈可能原產于炎熱干旱地區(qū)，其氣孔在夜晚和白天開放度不同是對炎熱干旱環(huán)境的適應
解析蘆薈夜晚氣孔開放，通過PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再將其轉變成蘋果酸儲存在液泡中，晚上不能進行光反應，無法產生ATP和NADPH，故夜晚蘆薈不能進行暗反應，A錯誤；蘆薈夜晚氣孔開放，通過PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再將其轉變成蘋果酸儲存在液泡中（pH降低），白天氣孔關閉，蘋果酸從液泡中釋放出來（液泡中pH升高），在相關酶的作用下釋放CO2，CO2進入葉綠體通過卡爾文循環(huán)合成糖類，因此液泡中的pH會呈現白天升高、夜晚降低的周期性變化，B正確；蘆薈夜晚氣孔開放，通過PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，白天氣孔關閉，蘋果酸從液泡中釋放出來，在相關酶的作用下釋放CO2，CO2經固定形成C3，C正確；白天氣孔關閉可防止蒸騰作用失水過多，蘆薈氣孔在夜晚和白天開放度不同可能是對炎熱干旱環(huán)境的適應，D正確。
4.[2023湖南，12分]如圖是水稻和玉米的光合作用暗反應示意圖?？栁难h(huán)的Rubisc對CO2的Km為450 μml·L－1（Km越小，酶對底物的親和力越大），該酶既可催化RuBP與CO2反應，進行卡爾文循環(huán)，又可催化RuBP與O2反應，進行光呼吸（綠色植物在光照下消耗O2并釋放CO2的反應）。該酶的酶促反應方向受CO2和O2相對濃度的影響。與水稻相比，玉米葉肉細胞緊密圍繞維管束鞘，其中葉肉細胞葉綠體是水光解的主要場所，維管束鞘細胞的葉綠體主要與ATP生成有關。玉米的暗反應先在葉肉細胞中利用PEPC酶（PEPC酶對CO2的Km為7 μml·L－1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）與CO2反應生成C4，固定產物C4轉運到維管束鞘細胞后釋放CO2，再進行卡爾文循環(huán)?；卮鹣铝袉栴}：
（1）玉米的卡爾文循環(huán)中第一個光合還原產物是 3－磷酸甘油醛（填具體名稱），該產物跨葉綠體膜轉運到細胞質基質合成蔗糖（填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通過韌皮部長距離運輸到其他組織器官。
（2）在干旱、高光照強度環(huán)境下，玉米的光合作用強度高于（填“高于”或“低于”）水稻。從光合作用機制及其調控分析，原因是 ①在干旱、高光照強度環(huán)境下，水稻關閉大部分氣孔，CO2的吸收減少，而玉米的PEPC酶對CO2的親和力更大，提高了玉米固定CO2的能力，可以為暗反應提供更多的CO2；②水稻中的Rubisc在CO2吸收減少時，催化RuBP與O2反應進行光呼吸，從而使水稻暗反應固定的CO2減少，而玉米的光呼吸較弱甚至沒有；③玉米的光合產物能夠及時轉移，從而提高光合速率（答出三點即可）。
（3）某研究將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下水稻的光合作用強度無明顯變化。其原因可能是 ①光合色素含量的限制；②與光合作用有關的酶的含量和活性的限制；③原核生物和真核生物光合作用機制不同（答出三點即可）。
解析（1）卡爾文循環(huán)是植物光合作用共有的途徑，分析題圖可知，水稻的卡爾文循環(huán)中第一個光合還原產物是3－磷酸甘油醛，因此玉米卡爾文循環(huán)中第一個光合還原產物也是3－磷酸甘油醛。（2）在干旱、高光照強度環(huán)境下，蒸騰作用過強，水稻關閉大部分氣孔，導致水稻吸收CO2的量減少，光合作用減弱，而玉米為C4植物，根據題中信息可知，PEPC酶對CO2的Km為7 μml·L－1，Rubisc對CO2的Km為450 μml·L－1，Km越小，酶對底物的親和力越大，則PEPC酶固定CO2的能力較強，在CO2濃度較低時，能夠固定較多的CO2，有利于光合作用的進行；結合（1）中分析可知，玉米的光合產物能夠及時轉移，從而提高光合速率；又知水稻中的Rubisc在CO2吸收減少時，可催化RuBP與O2反應進行光呼吸，從而使水稻暗反應固定的CO2減少，而玉米的光呼吸較弱甚至沒有。綜上可知，在干旱、高光照強度環(huán)境下，玉米的光合作用強度高于水稻。（3）將藍細菌的CO2濃縮機制導入水稻后，水稻葉綠體中CO2濃度大幅提升，其他生理代謝不受影響，但在光飽和條件下，水稻的光合作用強度無明顯變化的原因可能是受光合色素含量的限制；受與光合作用有關的酶的含量和活性的限制以及原核生物和真核生物光合作用機制不同等。
1.[2022湖北]某植物的2種黃葉突變體表型相似，測定各類植株葉片的光合色素含量（單位：μg·g－1），結果如表。下列有關敘述正確的是（ D ）
A.兩種突變體的出現增加了物種多樣性
B.突變體2比突變體1吸收紅光的能力更強
C.兩種突變體的光合色素含量差異，是由不同基因的突變所致
D.葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降可導致突變體的葉片呈黃色
解析野生型、突變體1、突變體2屬于同一物種，兩種突變體的出現增加了遺傳多樣性，未增加物種多樣性，A錯誤；光合色素包括葉綠素和類胡蘿卜素，葉綠素主要吸收紅光和藍紫光，而類胡蘿卜素主要吸收藍紫光，由表可知，突變體2的葉綠素a和葉綠素b的含量比突變體1的少，故突變體2比突變體1吸收紅光的能力弱，B錯誤；兩種突變體的光合色素含量存在差異，有可能是不同基因突變所致，也有可能是同一基因突變方向不同所致，C錯誤；野生型的葉綠素與類胡蘿卜素的比值為4.19，葉綠素含量較高，葉片呈綠色，突變體的葉綠素與類胡蘿卜素的比值大幅下降，葉綠素含量較少，葉片呈黃色，D正確。
2.[2023全國乙，10分]植物的氣孔由葉表皮上兩個具有特定結構的保衛(wèi)細胞構成。保衛(wèi)細胞吸水體積膨大時氣孔打開，反之關閉。保衛(wèi)細胞含有葉綠體，在光下可進行光合作用。已知藍光可作為一種信號促進保衛(wèi)細胞逆濃度梯度吸收K＋。有研究發(fā)現，用飽和紅光（只用紅光照射時，植物達到最大光合速率所需的紅光強度）照射某植物葉片時，氣孔開度可達最大開度的60％左右?；卮鹣铝袉栴}。
（1）氣孔的開閉會影響植物葉片的蒸騰作用、光合作用、呼吸作用（答出2點即可）等生理過程。
（2）紅光可通過光合作用促進氣孔開放，其原因是在紅光照射下，保衛(wèi)細胞進行光合作用，產生有機物，保衛(wèi)細胞的滲透壓增加，發(fā)生滲透吸水，體積膨大，氣孔開放。
（3）某研究小組發(fā)現在飽和紅光的基礎上補加藍光照
射葉片，氣孔開度可進一步增大，因此他們認為氣孔開度進一步增大的原因是，藍光促進保衛(wèi)細胞逆濃度梯度吸收K＋。請推測該研究小組得出這一結論的依據是飽和紅光照射使葉片的光合速率已達到最大，排除了光合作用產物對氣孔開度進一步增大的影響。
（4）已知某種除草劑能阻斷光合作用的光反應，用該除草劑處理的葉片在陽光照射下氣孔能（填“能”或“不能”）維持一定的開度。
解析（1）氣孔的開閉會影響CO2的吸收（光合作用）、O2的吸收（有氧呼吸）、蒸騰作用等生理過程。（2）氣孔由葉表皮上兩個具有特定結構的保衛(wèi)細胞構成，保衛(wèi)細胞中含有葉綠體，在光下可進行光合作用，在紅光照射下，保衛(wèi)細胞進行光合作用，產生有機物，保衛(wèi)細胞的滲透壓增加，發(fā)生滲透吸水，體積膨大，氣孔開放。（3）用飽和紅光照射某植物葉片時，其光合速率已達到最大，排除了光合作用產物對氣孔開度進一步增大的影響。因此氣孔開度進一步增大的原因是藍光促進保衛(wèi)細胞逆濃度梯度吸收K＋。（4）已知某除草劑能阻斷光合作用的光反應，用該除草劑處理的葉片不能進行光合作用，從而不能產生有機物以維持氣孔開放，但陽光照射下保衛(wèi)細胞可逆濃度梯度吸收K＋，使氣孔維持一定的開度。
3.[2021天津，10分]Rubisc是光合作用過程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2與C5結合，形成C3和C2，導致光合效率下降。CO2與O2競爭性結合Rubisc的同一活性位點，因此提高CO2濃度可以提高光合效率。
（1）藍細菌具有CO2濃縮機制，如圖所示。
注：羧化體具有蛋白質外殼，可限制氣體擴散。
據圖分析，CO2依次以自由擴散和主動運輸方式通過細胞膜和光合片層膜。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisc周圍的CO2濃度，從而通過促進 CO2固定和抑制 O2與C5結合提高光合效率。
（2）向煙草內轉入藍細菌Rubisc的編碼基因和羧化體外殼蛋白的編碼基因。若藍細菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應，應能利用電子顯微鏡在轉基因煙草細胞的葉綠體中觀察到羧化體。
（3）研究發(fā)現，轉基因煙草的光合速率并未提高。若再轉入HCO3－和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發(fā)揮作用，理論上該轉基因植株暗反應水平應提高，光反應水平應提高，從而提高光合速率。
解析（1）由圖可知，CO2通過細胞膜不需要載體蛋白協(xié)助，也不需要消耗能量，故CO2通過細胞膜的方式為自由擴散；CO2通過光合片層膜需要CO2轉運蛋白的協(xié)助，同時需要消耗能量，故CO2通過光合片層膜的方式為主動運輸。藍細菌的CO2濃縮機制可提高羧化體中Rubisc周圍的CO2濃度，進而促進CO2固定，抑制O2與C5結合，從而提高光合效率。（2）煙草細胞進行光合作用的場所是葉綠體，若藍細菌羧化體可在煙草中發(fā)揮作用并參與暗反應，說明藍細菌Rubisc的編碼基因和羧化體外殼蛋白編碼基因可在煙草細胞的葉綠體中正常表達，形成羧化體。（3）轉基因煙草的光合速率并未提高，可能是受CO2濃度的限制。若再轉入HCO3－和CO2轉運蛋白基因并成功表達和發(fā)揮作用，則可以提高葉綠體中的CO2濃度，理論上，該轉基因植株的暗反應水平應提高，暗反應為光反應提供更多的ADP和NADP＋，光反應水平也應提高，從而提高光合速率。
4.[2021江蘇，11分]線粒體對維持旺盛的光合作用至關重要，如圖表示葉肉細胞中部分代謝途徑，虛線框內表示“草酰乙酸/蘋果酸穿梭”。請據圖回答下列問題。
（1）葉綠體在類囊體薄膜上將光能轉變成化學能，參與這一過程的兩類色素是葉綠素和類胡蘿卜素。
（2）光合作用時，CO2與C5結合產生三碳酸，繼而還原成三碳糖（C3）。為維持光合作用持續(xù)進行，部分新合成的C3必須用于再生 C5 ；運到細胞質基質中的C3可合成蔗糖，運出細胞。每運出一分子蔗糖相當于固定了 12 個CO2分子。
（3）在光照過強時，細胞必須耗散掉葉綠體吸收的過多光能，避免細胞損傷。草酰乙酸/蘋果酸穿梭可有效地將光照產生的 [H] 中的還原能輸出葉綠體，并經線粒體轉化為 ATP 中的化學能。
（4）為研究線粒體對光合作用的影響，用寡霉素（電子傳遞鏈抑制劑）處理大麥，實驗方法是取培養(yǎng)10～14 d大麥苗，將其莖浸入添加了不同濃度寡霉素的水中，通過蒸騰作用使藥物進入葉片。光照培養(yǎng)后，測定、計算光合放氧速率（單位為μmlO2·mg－1chl·h－1，chl為葉綠素）。請完成下表。
解析（2）C3在葉綠體基質中合成，一些C3必須用于再生C5以維持光合作用持續(xù)進行，另一部分被運到細胞質基質中，運到細胞質基質中的C3可合成蔗糖，運出細胞。蔗糖是二糖，一分子蔗糖是由兩分子六碳糖結合形成的，每運出一分子蔗糖需要固定12個CO2分子。（3）光反應的產物有ATP和NADPH，其中NADPH起還原劑的作用，含有還原能，草酰乙酸/蘋果酸穿梭可將還原能輸出葉綠體，經線粒體進行呼吸作用轉化為ATP中的化學能。（4）設計實驗應遵循單一變量原則和對照原則，①在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮，即設置寡霉素為單一變量的對照組；②對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片，可減少葉片差異產生的誤差；③葉綠素定量測定、計算光合放氧速率以研究線粒體對光合作用的影響，故稱重葉片，加乙醇研磨，定容，離心，取上清液進行葉綠素定量測定。
學生用書·練習幫P405
一、選擇題
1.[2024貴陽模擬]韭菜在黑暗中生長會變成黃色，稱之為韭黃。提取并分離韭黃葉片色素，與正常韭菜葉相比，濾紙條上只有上端兩條色素帶。下列相關敘述正確的是（ D ）
A.可用無水乙醇進行色素的分離
B.濾紙條上的色素主要吸收紅橙光
C.處于濾紙條最上端的色素是葉黃素
D.實驗結果說明葉綠素的合成需要光照
解析提取葉片中的光合色素時，一般使用無水乙醇，分離光合色素時，一般使用層析液，A錯誤；由題干信息可知，韭黃中不含有葉綠素，濾紙條上的色素是胡蘿卜素和葉黃素，主要吸收藍紫光，B錯誤；處于濾紙條最上端的色素是胡蘿卜素（小技巧：以綠葉中色素的分離結果為例，濾紙條上由上到下依次為胡蘿卜素、葉黃素、葉綠素a、葉綠素b），C錯誤；分析題干可知，韭黃是在黑暗條件下形成的，而正常情況下（有光照時）會形成綠色的韭菜，實驗結果說明葉綠素的合成需要光照，D正確。
2.[2024深圳模擬]以新鮮菠菜葉為材料進行綠葉中色素的提取和分離實驗，某小組得到如圖所示結果。下列關于該結果的分析，正確的是（ B ）
A.是正確操作后得到的理想結果
B.可能研磨時未加入CaCO3導致
C.可能研磨時未加入SiO2導致
D.可能提取時加入過量的層析液
解析圖中濾紙條上距離點樣處由近到遠的條帶分別代表葉綠素b、葉綠素a、葉黃素、胡蘿卜素，綠葉中葉綠素含量高于類胡蘿卜素，圖中顯示類胡蘿卜素含量高于葉綠素，不是正確操作后得到的理想結果，可能是研磨時未加入CaCO3導致葉綠素被破壞，也可能取的是發(fā)黃的葉片，A錯誤、B正確；研磨時未加入SiO2會導致研磨不充分，各種色素含量均下降，但葉綠素含量應始終高于類胡蘿卜素，C錯誤；提取時加入過量的層析液不會導致類胡蘿卜素含量高于葉綠素，D錯誤。
3.[2023寧波模擬]下列關于高等植物細胞內色素的敘述，錯誤的是（ A ）
A.所有植物細胞中都含有4種光合色素
B.有些植物細胞的液泡中也含有色素
C.葉綠素和類胡蘿卜素都可以吸收光能
D.植物細胞內的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素兩類
解析高等植物體內沒有葉綠體的細胞就沒有光合色素，如根尖細胞，A錯誤；有些植物的液泡中也含有水溶性色素，但這些色素不參與光合作用，B正確；植物細胞內的光合色素主要包括葉綠素和類胡蘿卜素，可以吸收光能，C、D正確。
4.如圖表示葉綠體中色素吸收光能的情況。據圖判斷，下列說法錯誤的是（ C ）
A.由圖可知，類胡蘿卜素主要吸收400～500 nm波長的光
B.用450 nm波長的光比600 nm波長的光更有利于提高光合作用強度
C.由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體吸收利用的光能減少
D.土壤中缺乏鎂時，植物對420～470 nm波長的光的利用量明顯減少
解析由題圖可知，類胡蘿卜素主要吸收400～500 nm波長的光，A正確；由題圖可知，葉綠體中色素吸收450 nm波長的光比吸收600 nm波長的光要多，因此用450 nm波長的光比600 nm波長的光更有利于提高光合作用強度，B正確；分析題圖可知，由550 nm波長的光轉為670 nm波長的光后，葉綠體中色素吸收的光能變多，C錯誤；葉綠素吸收420～470 nm波長的光較多，缺鎂時，葉綠素的合成受到影響，植物對420～470 nm波長的光的利用量明顯減少，D正確。
5.[2024武漢部分學校調研]葉綠體中緊密垛疊的類囊體稱為基粒類囊體，而與基粒相連的非垛疊的結構稱為基質類囊體。下列敘述錯誤的是（ D ）
A.基粒類囊體膜和基質類囊體膜相互連接形成連續(xù)的膜系統(tǒng)
B.垛疊區(qū)與非垛疊區(qū)的比例會影響葉綠體對光能的捕獲和利用
C.類囊體垛疊形成基粒擴展了受光面積，可提高對光能的利用率
D.基質類囊體中不含光合色素，是光合作用暗反應進行的場所
解析基粒類囊體膜和基質類囊體膜相互連接形成連續(xù)的膜系統(tǒng)，類囊體膜上含有光合色素，光合色素與光能的捕獲和利用有關，類囊體垛疊形成基粒擴展了受光面積，可提高對光能的利用率，因此，垛疊區(qū)與非垛疊區(qū)的比例會影響葉綠體對光能的捕獲和利用，暗反應是在葉綠體基質中進行的，A、B、C正確，D錯誤。
6.[結合前沿科技/2024天津耀華中學模擬]中科院天津工業(yè)生物技術研究所科研團隊歷時六年科研攻關，實現了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，這是基礎研究領域的重大突破。技術路徑如圖所示，圖中①～⑥表示相關過程，以下分析錯誤的是（ C ）
A.與葉肉細胞相比，該系統(tǒng)不進行細胞呼吸消耗糖類，能積累更多的有機物
B.過程④⑤⑥類似于固定二氧化碳產生糖類的過程
C.該過程實現了“光能→活躍的化學能→有機物中穩(wěn)定的化學能”的能量轉化
D.若該技術能推廣應用，將能夠緩解糧食短缺，同時能節(jié)約耕地
解析該系統(tǒng)不進行細胞呼吸消耗糖類，與葉肉細胞相比，該系統(tǒng)能積累更多的有機物，A正確；④⑤⑥過程形成淀粉，類似于固定二氧化碳產生糖類的過程，B正確；該過程實現了“光能→有機物中穩(wěn)定的化學能”的能量轉化，C錯誤；該研究成果的意義是有助于實現碳中和、緩解人類糧食短缺問題和節(jié)約耕地資源，D正確。
7.正在進行光合作用的植物，若突然降低其周圍環(huán)境中的CO2濃度，則短時間內（ A ）
A.葉綠體中C5/C3的值上升
B.葉綠體中ATP/ADP的值下降
C.NADPH/NADP＋的值下降
D.光反應速率加快
解析正常條件下進行光合作用的某植物，突然降低其環(huán)境中的CO2濃度，此時光照強度不變，光反應速率不變，產生ATP和NADPH的速度也不變，C3的還原速度短時間內不變，C5生成的速度也不變，而CO2濃度下降后，CO2固定為C3的速度減小，則C5的消耗速度減小，C3的生成速度減小，最終導致葉綠體中C5/C3的值上升，故A正確。
二、非選擇題
8.[2024浙江大聯考，10分]為了探究鋅對蘋果葉片光合作用及其產物分配的影響。在蘋果果實膨大期，用濃度為0、0.1％、0.2％、0.3％和0.4％的ZnSO4溶液分別涂抹葉片，記為A、B、C、D和E組，并在適宜條件下用定量的13CO2進行示蹤實驗，實驗結果如表，回答相關問題：
（1）為了測定葉片中的葉綠素含量，各組分別取等量烘干的葉片經剪碎和研磨處理，得到足量的色素提取液；再將色素提取液經紅光照射，測得光的吸收率，進而估測葉綠素含量。
（2）本實驗要用透明塑料袋將實驗葉片密封，并充入定量的13CO2處理一定時間，經位于葉肉細胞葉綠體基質中酶Rubisc的催化，完成CO2的固定，然后經含活躍化學能的ATP和NADPH參與的吸能（填“吸能”或“放能”）反應完成C3的還原，最后產生蔗糖運輸到果實等部位。
（3）為了測定葉片和果實中的13C光合產物的含量，先稱鮮重，用清水和洗滌劑清洗雜質，再先后用1％鹽酸和105 ℃處理，該操作的目的是使酶失去活性；然后在70 ℃的烘箱中烘干至質量不再減少為止，磨碎后裝袋待測。
（4）結合表中數據分析，鋅影響蘋果葉片光合作用的主要途徑有一方面通過影響葉綠素含量來影響光反應速率；另一方面通過影響Rubisc的活性來影響暗反應速率。
（5）根據實驗結果可得出“葉片合成的光合產物越多，向果實運輸的也越多”的結論，依據是與其他組相比，D組處理葉片的凈光合速率較高，但葉片中的13C光合產物較少，而果實中的13C光合產物較多。
解析（1）為了測定葉片中的葉綠素含量，各組可取等量烘干的葉片經剪碎和研磨處理，得到足量的色素提取液；因為葉綠素吸收紅光，而類胡蘿卜素不能吸收紅光，因此再將色素提取液經紅光照射，測得光的吸收率，根據光的吸收率可估測葉綠素含量。（2）CO2的固定發(fā)生在葉綠體基質，故催化CO2固定的酶Rubisc位于葉綠體基質；ATP和NADPH參與C3的還原過程，C3的還原過程為吸能反應。（3）先后用1％鹽酸和105 ℃處理的目的是使酶失去活性，避免進行物質代謝過程。（4）結合表中數據分析可知，隨著鋅含量的增加，蘋果葉片凈光合速率先增加后下降，結合其他數據可發(fā)現，鋅影響蘋果葉片光合作用的主要途徑有影響葉綠素含量，進而影響光反應速率；影響Rubisc的活性，進而影響暗反應速率。（5）結合表中數據可以看出，與其他組相比，D組蘋果葉片的凈光合速率較高，但葉片中的13C光合產物較少，而果實中的13C光合產物較多，據此可推出葉片合成的光合產物越多，向果實運輸的也越多。
9.[情境創(chuàng)新/2024安徽六校聯考，12分]植物吸收的光能超過光合作用所能利用的量時，引起光能轉化效率下降的現象稱為光抑制。光抑制主要發(fā)生在光合系統(tǒng)PSⅡ，PSⅡ是由蛋白質和光合色素組成的復合物，能將水分解為O2和H＋并釋放電子，如圖甲。電子積累過多會產生活性氧破壞PSⅡ，使光合速率下降。研究發(fā)現，某種真核微藻在低氧環(huán)境中，其葉綠體內產氫酶活性提高，部分NADPH會參與生成氫氣的代謝過程。中國科學院研究人員提出“非基因方式電子引流”的策略，利用能接收電子的人工電子梭（鐵氰化鉀）有效解除微藻的光抑制現象，實驗結果如圖乙所示。
（1）光合色素吸收的光能經過轉換后，可以儲存到 NADPH和ATP 中，用于暗反應供能。
（2）由圖甲可知，PSⅡ將水分解釋放的電子傳遞給 NADP＋和H＋，該物質接收電子后形成NADPH。低氧環(huán)境中，生成氫氣的代謝過程會使該微藻生長不良，請根據題目信息從光合作用物質轉化的角度分析原因：
低氧環(huán)境中，部分NADPH會參與生成氫氣的代謝過程，參與暗反應的NADPH減少，C3的還原減少，有機物生成量減少。
（3）據圖乙分析，光照強度由I1增加到I2的過程中，對照組微藻的光能轉化效率下降（填“下降”“不變”或“上升”），理由是光照強度由I1增加到I2過程中，對照組微藻的光合放氧速率不變，光合作用利用的光能不變，但由于光照強度增加了，故光能轉化效率下降。
（4）根據實驗結果可知，當光照強度過大時，加入鐵氰化鉀能夠有效解除光抑制，原因是鐵氰化鉀能將光合作用產生的電子及時消耗，使細胞內活性氧水平下降，可降低PSⅡ 受損傷的程度。
解析（1）光合色素分布在類囊體薄膜上，光合色素吸收的光能可儲存到NADPH和ATP中，用于暗反應過程中三碳化合物的還原。（2）光反應中，PSⅡ將水分解釋放的電子傳遞給H＋和NADP＋，該物質接收電子后形成NADPH。該微藻在低氧環(huán)境中，其葉綠體內產氫酶活性提高，部分NADPH會參與生成氫氣的代謝過程，這樣參與暗反應的NADPH減少，C3的還原減少，有機物生成量減少，進而導致該微藻生長不良。（3）由圖可知，光照強度從I1增加到I2的過程中，對照組微藻的光合放氧速率不變，光合作用利用的光能不變，但由于光照強度增加了，因此光能轉化效率下降。（4）由題干信息可知，電子積累過多會產生活性氧破壞PSⅡ，使光合速率下降，而鐵氰化鉀能將光合作用產生的電子及時消耗，使細胞內活性氧水平下降，降低PSⅡ受損傷的程度，因此，當光照強度過大時，加入鐵氰化鉀能夠有效解除光抑制。
一、選擇題
10.[2024宜春模擬]雨生紅球藻是一種淡水藻類，與水綿相同，屬于綠藻類的自養(yǎng)生物。該藻能大量積累蝦青素而呈現紅色。蝦青素是一種強大的抗氧化劑，具有脂溶性，不溶于水。下列有關紅球藻的說法錯誤的是（ A ）
A.紅球藻吸收紅光和藍紫光，但不吸收綠光
B.紅球藻中的葉綠素位于葉綠體的類囊體薄膜上
C.紅球藻中的蝦青素可以用無水乙醇來提取
D.將紅球藻置于海水中可能會發(fā)生質壁分離
解析紅球藻屬于綠藻類自養(yǎng)生物，其細胞中含有葉綠體和光合色素，光合色素位于葉綠體的類囊體薄膜上，其主要吸收紅光和藍紫光，也能吸收少量的綠光，A錯誤、B正確；由題意可知，蝦青素具有脂溶性，能夠溶解在有機溶劑中，可用無水乙醇來提取，C正確；紅球藻為真核生物，生活在淡水中，若將紅球藻置于海水中，由于外界溶液濃度較高，紅球藻細胞可能會失水，發(fā)生質壁分離，D正確。
11.[角度創(chuàng)新/2024重慶八中模擬]羽衣甘藍因其耐寒性和葉色豐富多變的特點，成為冬季重要的觀葉植物。將其葉片色素提取液在濾紙上進行點樣，先后置于層析液和蒸餾水中進行層析，過程及結果如圖所示。已知1、2、3、4、5代表不同類型的色素。下列分析錯誤的是（ C ）
圖1 圖2 圖3
A.羽衣甘藍的葉色豐富多變可能與色素在不同的溫度、pH下發(fā)生變化有關
B.色素1在層析液中的溶解度最大，且在1、2、3、4四種色素中含量最少
C.色素1、2、3、4存在于類囊體上，色素5存在于液泡中，均能轉換光能
D.圖2和圖3實驗結果對照，說明色素1～4是脂溶性色素，色素5是水溶性色素
解析根據題意“羽衣甘藍因其耐寒性和葉色豐富多變的特點，成為冬季重要的觀葉植物”，可知羽衣甘藍的葉色豐富多變可能與色素在不同的溫度、pH下發(fā)生變化有關，A正確。據圖2可知，色素1距離點樣點最遠，其隨層析液在濾紙上擴散的速度最快，故色素1在層析液中的溶解度最大，色素1是胡蘿卜素，它在1、2、3、4四種色素中含量最少，B正確。根據圖2可知，色素1、2、3、4可隨層析液在濾紙上擴散，是脂溶性的光合色素，位于類囊體上；根據圖3可知，色素5可隨蒸餾水在濾紙上擴散，是水溶性色素，存在于液泡中。只有光合色素才能轉換光能，C錯誤、D正確。
12.卡爾文為了探明暗反應中碳原子的轉移途徑，給植物提供14CO2，當反應進行至第5 s時，14C出現在一種 C5和一種C6中，當時間縮短到0.5 s時，14C出現在一種C3中，下列相關敘述錯誤的是（ D ）
A.用14C標記CO2的目的是追蹤暗反應中的碳原子
B.卡爾文通過控制反應時間來探究碳原子的轉移途徑
C.若適當延長反應時間，則可能會檢測到更多種含14C的化合物
D.該實驗研究暗反應，因此應該在黑暗環(huán)境中進行
解析該實驗中用14C標記CO2的目的是追蹤暗反應中的碳原子，便于根據放射性檢測碳原子的轉移途徑，A正確；卡爾文通過控制反應時間來探究碳原子的轉移途徑，在不同的時間點檢測放射性，能探明碳原子的轉移途徑，B正確；若適當延長反應時間，則14C可能會轉移到更多的中間產物中，C正確；該實驗研究暗反應，但暗反應的進行需要光反應提供NADPH、ATP，因此該實驗要在光照條件下進行，D錯誤。
13.為探究葉綠體在光下利用ADP和Pi合成ATP的動力，科學家在黑暗條件下進行了如下實驗，下列有關分析正確的是（ D ）
A.黑暗的目的是與光照作對照
B.pH＝4的緩沖溶液模擬的是葉綠體基質的環(huán)境
C.ADP和Pi形成ATP后進入類囊體腔內
D.類囊體膜兩側的氫離子濃度差是葉綠體中ATP形成的動力
解析實驗在黑暗中進行的目的是避免光照對ATP合成的影響，A錯誤；pH＝4的緩沖溶液模擬的是類囊體腔的環(huán)境，B錯誤；ADP和Pi形成ATP后進入葉綠體基質，C錯誤；由實驗結果可以看出，pH平衡前加入ADP和Pi能夠產生ATP，而平衡后加入ADP和Pi不能產生ATP，說明葉綠體中ATP形成的動力來自類囊體膜兩側的氫離子濃度差，D正確。
14.[2024江西部分學校聯考]氣孔保衛(wèi)細胞的細胞膜中存在一種特殊的K＋轉運蛋白BLINK1，在光信號的誘導下，BLINK1可以促進K＋進入保衛(wèi)細胞，從而使氣孔打開，實現對氣孔的調控，過程如圖所示。下列分析正確的是（ A ）
A.BLINK1既有運輸作用又有催化作用
B.光照越強，K＋進入保衛(wèi)細胞越多，氣孔開度越大
C.氣孔打開，短時間內會引起C3還原減少，C3含量增加
D.該調節(jié)過程會使氣孔關閉，CO2吸收困難，不利于植物生命活動正常進行
解析由題圖可知，BLINK1可以催化ATP形成ADP，同時還可以在光的驅動下將K＋運入細胞內，故BLINK1既有運輸作用又有催化作用，A正確；在一定范圍內，光照越強，進入保衛(wèi)細胞的K＋越多，氣孔開度越大，超出該范圍，光照越強，進入保衛(wèi)細胞的K＋可能減少，氣孔開度可能減小，B錯誤；氣孔打開，短時間內會引起固定的CO2增多，而C3的還原不受影響，故C3含量增加，C錯誤；該調節(jié)過程可以調控氣孔的開啟與關閉，有利于植物適應不同環(huán)境，有利于植物的生命活動正常進行，D錯誤。
15.[融合新概念/2024湖南師大附中模擬，多選]大氣中的CO2需通過植物葉片內部結構最終擴散到葉綠體基質內進行光合作用，葉肉細胞可導致CO2傳遞受阻從而影響植物的光合作用，該現象稱為葉肉限制；葉肉限制的大小可用葉肉導度（CO2從氣孔到葉綠體內的擴散阻力的倒數）表示。下列說法錯誤的是（ AD ）
A.植物細胞壁越厚，葉肉導度越大
B.增加葉肉細胞生物膜的通透性，可以降低葉肉限制
C.缺水條件下，葉肉限制可能會增大
D.葉肉導度越大，光合速率越小
解析細胞壁具有全透性，其厚度不影響二氧化碳從氣孔到葉綠體的擴散，A錯誤；增加葉肉細胞生物膜的通透性，葉肉導度變大，CO2從氣孔到葉綠體內的擴散阻力變小，可以降低葉肉限制，B正確；缺水條件下，氣孔關閉，葉肉細胞導致CO2傳遞受阻增大，葉肉限制可能會增大，C正確；葉肉導度越大，CO2從氣孔到葉綠體內的擴散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D錯誤。
16.[2024宣城六校第一次聯考]某小組將葉綠體破壞后，將離心得到的類囊體懸浮液和葉綠體基質分別放入4支試管中，給予試管①、②光照，將試管③、④置于黑暗條件下，實驗如圖所示。下列有關敘述錯誤的是（ B ）
A.試管①、②對照能說明光反應發(fā)生在類囊體上
B.試管③、④對照能說明暗反應的場所是葉綠體基質
C.4支試管中只有試管①能產生氧氣
D.若向試管④中加入試管①的懸浮液，通入CO2后有有機物合成
解析試管①、②的自變量為葉綠體的不同部位，其中試管①中可以發(fā)生光反應，試管②中不能發(fā)生，故兩者對照能說明光反應發(fā)生在類囊體上，A正確；試管③、④中均無法進行暗反應，故試管③、④對照不能說明暗反應的場所是葉綠體基質，B錯誤；4支試管中只有試管①中可以發(fā)生光反應產生氧氣，C正確；試管①中可進行光反應，產物有NADPH和ATP，若向試管④中加入試管①的懸浮液，通入CO2后可進行暗反應過程，故有有機物合成，D正確。
二、非選擇題
17.[2024江西九校聯考，12分]大約3.5億年前，大氣中O2濃度顯著增加，CO2濃度明顯下降。CO2濃度為影響植物光合速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisc）是一種催化CO2固定的酶，在低濃度CO2條件下，催化效率低。有些植物在進化過程中形成了CO2濃縮機制，極大地提高了Rubisc所在局部空間的CO2濃度，促進了CO2的固定。請回答：
（1）有一些植物具有如圖所示的CO2濃縮機制，在葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化HCO3－轉化為有機物，該有機物經過一系列的變化，最終進入相鄰的維管束鞘細胞釋放CO2，提高了Rubisc附近的CO2濃度，已知PEP與無機碳的結合力遠大于RuBP（C5）。
①圖中所示植物無機碳的固定場所為維管束鞘細胞和葉肉細胞的葉綠體，產生的蘋果酸至少經過 6 層膜才能脫羧釋放CO2。
②玉米有類似的CO2濃縮機制，據此可以推測，夏天中午玉米可能不存在（填“存在”或“不存在”）“光合午休”現象，原因是 PEP與無機碳的結合力遠大于RuBP（C5），能利用胞間較低濃度的CO2 。
（2）圖中所示的物質中，可由光反應提供的是 NADPH和ATP 。圖中由Pyr轉變?yōu)镻EP的過程屬于吸能反應（填“吸能反應”或“放能反應”）。
（3）在光照條件下，葉肉細胞中還會進行光呼吸，O2與CO2競爭性結合RuBP（C5），O2與RuBP在Rubisc的催化作用下經一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸，該過程會消耗ATP和NADPH。因此為提高農作物的產量需要降低光呼吸。常采用增施有機肥的措施來提高作物產量，理由是有機肥被微生物（分解者）分解后，使CO2濃度升高，促進Rubisc催化C5與二氧化碳反應，從而降低光呼吸。光呼吸與有氧呼吸的區(qū)別在于兩者利用氧氣的場所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸釋放能量；光呼吸必須在光下進行，有氧呼吸對光無要求；光呼吸在葉肉細胞中進行，有氧呼吸在多數組織細胞中都能進行（答3點）。
解析（1）①題圖所示植物的葉肉細胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化無機碳HCO3－轉化為有機物；在維管束鞘細胞的葉綠體中，Rubisc可催化CO2固定，因此題圖所示植物無機碳的固定場所為維管束鞘細胞和葉肉細胞的葉綠體。蘋果酸（Mal）產生于葉肉細胞的葉綠體，在維管束鞘細胞的葉綠體中脫羧釋放CO2，Mal需經過葉肉細胞的葉綠體膜（2層）→葉肉細胞的細胞膜（1層）→維管束鞘細胞的細胞膜（1層）→維管束鞘細胞的葉綠體膜（2層）才能脫羧釋放CO2，一共經過6層膜。②在題圖所示CO2濃縮機制中，PEP與無機碳的結合力遠大于RuBP（C5），能利用胞間較低濃度的CO2，玉米有類似的CO2濃縮機制，因此，夏天中午玉米能夠利用胞間較低濃度的CO2進行光合作用，不存在“光合午休”現象。（2）光反應可為暗反應提供NADPH和ATP。由圖可知，由Pyr轉變?yōu)镻EP的過程需要消耗ATP，因此，該過程屬于吸能反應。（3）已知Rubisc也能催化C5與O2結合，C5與O2結合后經一系列反應釋放CO2的過程稱為光呼吸，CO2與O2競爭性結合C5，據此分析，可通過提高CO2濃度減弱光呼吸，以提高光合效率。有機肥被微生物分解后，CO2的濃度升高，光合作用增強，光呼吸減弱，可提高作物的產量，故可采用增施有機肥的措施來提高作物產量。光呼吸和有氧呼吸的區(qū)別在于：兩者利用氧氣的場所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸釋放能量；光呼吸必須在光下進行，有氧呼吸對光無要求；光呼吸在葉肉細胞中進行，有氧呼吸在多數組織細胞中都能進行。
18.[答案開放型/2023汕頭二模，10分]某課題組構建了一種非天然的CO2轉化循環(huán)（CETCH循環(huán)），該循環(huán)將多種生物的相關酶組合，最終將CO2轉化為乙醇酸，提高了CO2固定效率。課題組還利用液滴微流控技術，將該循環(huán)與菠菜的葉綠體類囊體結合在一起，構建了人造葉綠體，如圖所示。據此回答下列問題：
（1）在該人造葉綠體中，光反應進行的場所是類囊體薄膜（或基粒）；卡爾文循環(huán)包含CO2的固定和 C3的還原兩個基本過程，這與CETCH循環(huán)有所不同。
（2）CETCH循環(huán)正常進行時，除需要相關酶的組合催化和相應底物外，還需要提供的物質是 ATP、NADPH（合理即可）（寫出2種即可）。根據題干信息分析，人造葉綠體固定CO2的效率明顯高于天然葉綠體，最可能的原因是與天然葉綠體相比，人造葉綠體CETCH循環(huán)中催化CO2固定的酶催化效率高（合理即可）。
（3）在光合作用固定的CO2量相等的情況下，該人造葉綠體系統(tǒng)中有機物的積累量高于（填“高于”“低于”或“等于”）菠菜，原因是菠菜進行細胞呼吸要消耗有機物。
（4）有同學認為人造葉綠體具有廣闊的應用前景，請舉例說明：吸收CO2，緩解溫室效應；將人造葉綠體整合進生物體，提高光合作用效率；開發(fā)清潔能源，緩解能源危機；將人造葉綠體用作人造細胞的產能系統(tǒng)等（答出2點即可）。
解析（1）在該人造葉綠體中，光反應進行的場所是類囊體薄膜。卡爾文循環(huán)包括CO2的固定和C3的還原兩個基本過程。（2）CETCH循環(huán)正常進行時，除需要相關酶的組合催化和相應底物外，還需要不斷地提供ATP、NADPH等。CETCH循環(huán)利用的是多種生物的相關酶組合，人造葉綠體固定CO2的效率比天然葉綠體高，最可能的原因是人造葉綠體CETCH循環(huán)中催化CO2固定的酶催化效率高。（3）綠色植物固定的CO2量代表總光合作用量，吸收的CO2量代表凈光合作用量。在光合作用固定的CO2量相等的情況下，該人工葉綠體合成的有機物不會通過細胞呼吸被消耗，因而人造葉綠體中有機物的積累量高于菠菜。（4）可用人造葉綠體吸收大氣中的CO2，緩解溫室效應；將人造葉綠體整合進生物體，可提高光合作用效率；人造葉綠體可用于開發(fā)清潔能源，緩解能源危機；人造葉綠體可用作人造細胞的產能系統(tǒng)等。課標要求
核心考點
五年考情
核心素養(yǎng)對接
1.說明植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變?yōu)樘桥c氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能；
2.實驗：提取和分離葉綠體色素
捕獲光能的色素和結構
2023：江蘇T12、遼寧T21（1）（2）、海南T16（1）、全國乙T2、全國甲T29、浙江1月T23（1）；
2022：湖北T12、遼寧T22Ⅰ、山東T21（1）、江蘇T5A；
2021：天津T6C；
2020：江蘇T6、浙江7月T27（2）、山東T3D；
2019：浙江4月T30（2）、江蘇T17、海南T9BD
1.生命觀念——結構與功能觀：葉綠體的結構與功能相適應；物質與能量觀：通過光合作用過程合成有機物，儲存能量。
2.科學思維——分類與比較：比較光反應與暗反應，掌握光合作用的過程；比較光合作用與細胞呼吸，形成知識間的聯系
光合作用的過程
2023：天津T9、湖南T17、湖北T8、全國甲T29（2）（3）、全國乙T29、浙江1月T23（2）；
2022：江蘇T20（1）、全國甲T29（1）、山東T21（2）（3）；
2021：天津T15、山東T16CD和T21、湖南T18、廣東T12、江蘇T20、遼寧T22、重慶T6；
2020：北京T19（1）、天津T5、山東T21、江蘇T27；
2019：全國ⅠT3、江蘇T28
命題分析預測
1.光合作用是高考的必考點，在每年的高考中都占有較大的比重。主要以光合作用相關實驗、曲線等形式進行考查，側重考查色素的組成和功能、色素的提取和分離、光合作用中物質和能量的變化等，還常將光合作用與細胞呼吸的原理相結合，考查二者之間的聯系等。
2.預計2025年高考命題仍將借助圖、表格等將光合作用與細胞呼吸相結合，使試題實驗化，考查考生運用所學知識解決實際問題的能力
異常現象
原因分析
收集到的濾液綠色過淺
①未加[12] 二氧化硅，研磨不充分；
②使用放置數天的綠色葉，濾液色素（葉綠素）太少；
③一次加入大量的無水乙醇，提取液濃度太低（正確做法：分次加入少量無水乙醇）；
④未加[13] 碳酸鈣或加入過少，色素分子被破壞
濾紙條色素帶重疊
①濾液細線不直；
②濾液細線過粗
濾紙條無色素帶
濾液細線接觸到[14] 層析液，且時間較長，色素全部溶解到層析液中
時間
結論
1928年
科學家發(fā)現甲醛對植物有毒害作用，而且甲醛不能通過光合作用轉化為糖
1937年
希爾反應：離體葉綠體在適當條件下發(fā)生[1] 水的光解、產生O2 的化學反應
1941年
魯賓和卡門用同位素示蹤法，證明光合作用釋放的O2來自[2] 水
1954年、
1957年
（1954年）美國科學家阿爾農發(fā)現，在光照下，葉綠體可合成[3] ATP ，隨后（1957年）他發(fā)現這一過程總是與水的光解相伴隨
20世紀40年代
美國科學家卡爾文用[4] 同位素示蹤的方法，探明了CO2中的碳在光合作用中轉化成有機物中碳的途徑
階段
Ⅰ.光反應階段
Ⅱ.暗反應階段
過程
圖解
場所
[9] 類囊體薄膜
[10] 葉綠體基質
階段
Ⅰ.光反應階段
Ⅱ.暗反應階段
條件
[11] 光、葉綠體中的色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋等
酶、[12] ATP、 NADPH 等
物質
變化
①水的光解：H2OH＋＋O2；
②NADPH的合成：NADP＋＋H＋＋2e－NADPH；
③ATP的合成：ADP＋PiATP
①CO2的固定：CO2＋C52C3；
②C3的還原：2C3C5＋（CH2O）
能量
變化
聯系
①光反應為暗反應提供 ATP和NADPH ；②暗反應為光反應提供 NADP＋、Pi和ADP
項目
光合作用
化能合成作用
不同點
生物類型
綠色植物和光合細菌
硝化細菌等
能量來源
光能
體外物質氧化時釋放的化學能
相同點
代謝類型
自養(yǎng)型
物質變化
將無機物（CO2和H2O等）轉化為儲存能量的有機物
組別
水中18O
比率（％）
碳酸氫鹽中
18O比率（％）
反應時間
（min）
釋放的氧氣中18O
比率（％）
第1組
0.85
0.61
45
0.86
第2組
0.20
0.40
110
0.20
第3組
0.20
0.57
225
0.20
組別
A
B
處理
光照時間為135秒
先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗時間各為3.75毫秒，總時間為135秒
光合產物相對含量
100％
94％
植株類型
葉綠素a
葉綠素b
類胡蘿卜素
葉綠素/類胡蘿卜素
野生型
1 235
519
419
4.19
突變體1
512
75
370
1.59
突變體2
115
20
379
0.36
實驗步驟和目的
簡要操作過程
配制不同濃度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素難溶于水，需先溶于丙酮，配制高濃度母液，再用丙酮稀釋成不同藥物濃度，用于加入水中
設置寡霉素為單一變量的對照組
① 在水中加入相同體積不含寡霉素的丙酮
② 減少葉片差異產生的誤差
對照組和各實驗組均測定多個大麥葉片
光合放氧測定
用氧電極測定葉片放氧
③ 葉綠素定量測定（或測定葉綠素含量）
稱重葉片，加乙醇研磨，定容，離心，取上清液測定
組別
葉綠素含量/
（mg·g－1）
Rubisc的活性/
（μml·min－1·g－1）
凈光合速率/（μml·m－2·s－1）
葉片中的13C光合產
物/（mg·g－1）
果實中的13C光合
產物/（mg·g－1）
A
1.59
7.33
12.18
42.4
3.4
B
1.87
7.62
13.15
36.5
4.8
C
1.93
8.31
14.58
33.2
5.3
D
2.02
8.55
15.87
30.3
6.2
E
1.85
8.12
14.02
34.6
4.9

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