新人教版高中生物必修一精讲与精练高分突破考点专题系列5.4 光合作用与能量转化（解析版）

第五章细胞的能量供应和利用

5.4·光合作用与能量转化

1.实验:绿叶中色素的提取和分离实验(1)实验原理

光合色素位于叶绿体中,要提取出来必须破坏细胞，因此需要研磨使色素流出,再溶解于无水乙醉或丙酮之中来提取各种光合色素。研磨时由于细胞破碎,内含的许多酸性物质流出,为避免色素遭到破坏应该加入碳酸钙来调节pH。

溶解于无水乙醇中的各种色素,由于溶解度不同，在滤纸条上的扩散速度.也不同,溶解度高的扩散快;反之，扩散慢，据此将各种色素分离开来。

(2)实验步驟

取5g绿叶，剪碎→加少量CaCO3SiO2,10mL无水乙醇,研磨→过滤→收集。

选取经干燥处理的定性滤纸→将滤纸剪成长6cm,宽1cm的滤纸条-→剪去一端的两角一+在距离剪角一端1cm处用铅笔画一条横线。

用毛细吸管吸取少量滤液，沿铅笔线均匀地画一条细而直的滤液细线。待滤液干燥后，再画1~2次。

向层析缸中倒入3mI.层析液-→将滤纸条有滤液细线的一端朝下，略微倾斜靠着层析缸内壁,轻轻插入层析液-→盖上盖。

结果

(3)注意事项

选取材料时应选择颜色较深的新鲜叶片，色素含量较高。

加入二氧化硅是为了研磨充分,但加入过多会导致实验效果不明显。

加入碳酸钙是为了保护叶绿素。因为叶绿素分子中含有一个镁原子,易被有机酸中的氢取代而成为褐色的去镁叶绿素，而碳酸钙可以中和有机酸,防止发生此现象。

叶绿素极不稳定，易被破坏，因此研磨时要迅速、充分,以保证提取较多的色素。

划线时,要细、直、匀,这样可防止色素带重叠,使色素带均勻分布在一条直线上,重复划线是为了增加细线色素分子含量,增强实验效果。

分离色素时，不要让细线接触层析液是为了防止色素溶解于层析液中,导致色素带不清晰，影响实验效果。

色素的功能

吸收、传递光能: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。绝大多数叶綠素a、全部叶绿素b、叶黄素和类胡萝卜素可以直接吸收并传递光能。

转换光能:少数处于特殊状态的叶绿素a能接受光能，并将其转化成电子能。

色素与叶片颜色的关系

正常绿色:正常叶片的叶绿素和类胡萝卜素的比例约为3:1,且对绿光吸收最少,绿光被反射出来，所以正常叶片总是呈现绿色。

叶色变黄:寒冷时,叶绿素分子易被破坏,类胡萝卜素较稳定，显示出类胡.萝卜素的颜色,叶子变黄。

叶色变红:秋天降温时,植物体为适应寒冷,体内积累了较多的可溶性糖，有利于形成紅色的花青素,而叶绿素因寒冷逐渐降解，叶子呈现红色。

如图是真核细胞中的两种细胞器的结构模式图，下列相关叙述错误的是（）A．①和②的主要成分是蛋白质和磷脂B．分布于③上的叶绿素的合成需要MgC．在甲、乙中，②上蛋白质的种类和数目相同D．④中除了含有相关的酶，还含有少量DNA【答案】C【详解】A、①是线粒体和叶绿体的外膜，②是线粒体和叶绿体的内膜，生物膜的主要成分是蛋白质和磷脂，A正确；B、图中③表示叶绿体的类囊体薄膜，其上的叶绿素的合成需要Mg，B正确；C、线粒体的内膜上有与氧呼吸第三阶段有关的酶，线粒体和叶绿体内膜上蛋白质的种类和数量不同，C错误；D、④表示线粒体和叶绿体的基质，在线粒体基质中含有与有氧呼吸第二阶段有关的酶，叶绿体基质中含有与光合作用暗反应有关的酶，并且两基质中均含有少量DNA，D正确。故选C。下图表示光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法不正确的是（）A．能提供给绿色植物各种生命活动所需能量最多的过程是5B．1、3和4过程产生的[H]都能与氧结合产生水C．2过程完成了从活跃化学能到稳定化学能的转变过程D．某植物细胞内1过程产生的O2若参与到5过程中至少需穿越4层生物膜结构【答案】B【详解】A、能提供给绿色植物各种生命活动所需能量最多的过程是5，有氧呼吸的第三阶段释放出大量能量，A正确；B、1过程产生的[H]用于光合作用暗反应中C3的还原，B错误；C、光合作用的暗反应过程完成了从ATP中活跃的化学能到有机物中稳定化学能的转变过程，C正确；D、某植物细胞内1过程在类囊体薄膜上产生的O2，若参与到5过程中进入线粒体内膜中，至少需穿越4层生物膜结构，D正确。故选B。

1．叶绿体中吸收光能的色素分布于（）A．叶绿体的类囊体膜上 B．叶绿体的外膜上C．叶绿体的内膜上 D．叶绿体的基质中【答案】A【详解】叶绿体色素分布于类囊体薄膜上，具有吸收、传递和转化光能的作用。A符合题意。故选A。2．光合作用中形成ATP的部位是（）A．叶绿体外膜 B．叶绿体内膜 C．叶绿体基质 D．类囊体【答案】D【详解】A、叶绿体外膜不是光合作用反应的场所，A错误；B、叶绿体内膜不是光合作用反应的场所，B错误；C、叶绿体基质是光合作用暗反应的场所，消耗光反应产生的ATP，C错误；D、类囊体是光合作用光反应的场所，能产生ATP，D正确。故选D。3．用含有14C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，这种碳原子的转移途径是（）A．二氧化碳→叶绿素→ADPB．二氧化碳→叶绿体→ATPC．二氧化碳→乙醇→糖类D．二氧化碳→三碳化合物→糖类【答案】D【详解】14C的二氧化碳来追踪光合作用中的碳原子，碳原子的转移途径是：二氧化碳首先经过固定形成三碳化合物，然后三碳化合物经过还原形成糖类，即CO2→C3→糖类，D正确。故选D。4．下面列举了一些与温室大棚种植蔬菜有关的生产措施，你认为不合理的是（）A．温室的设计应尽量提高采光效率，尽量减少不必要的热量散失B．施足有机肥可直接为植物提供有机营养，同时可以补充大棚内的CO2C．采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，节约成本D．夜晚适当降低温度可提高作物产量【答案】B【详解】A、温室主要用于冬季蔬菜的生产，设计应尽量提高采光效率，如用透明薄膜，并且尽量减少热量的散失，有利于提高光合作用的温度，A正确；B、有机肥可以被微生物分解产生二氧化碳和矿质元素，可直接为植物提供矿质营养，同时可以补充大棚内的CO2，植物不能吸收有机营养，B错误；C、采用无土栽培技术，可按植物的需求配给营养，营养物质能被植物有效吸收和利用，节约成本，C正确；D、夜晚适当降低温度可以降低夜间呼吸作用消耗的有机物，因此可以提高作物产量，D正确。故选B。5．如图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断下列说法错误的是（）

A．由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500nm波长的光B．用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度C．由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中C3的量增加D．土壤中缺乏镁时，植物对420～470nm波长的光的利用量显著减少【答案】C【详解】A、由图可知，类胡萝卜素主要吸收400nm~500nm波长的光，A正确；B、由图可知，叶绿体中色素吸收450nm波长的光比吸收600nm波长的光要多，因此用450nm波长的光比600nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；C、由图可知，由550nm波长的光转为670nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光变多，光反应产生的ATP和［H]变多，暗反应中C3的还原量增多，则叶绿体中C3的量减少，C错误；D、叶绿素吸收420nm~470nm波长的光较多。当缺镁时，叶绿素的合成受到影响，叶绿素吸收420nm~470nm波长的光变少，则植物对420nm～470nm波长的光的利用量显著减少，D正确。故选C。6．图为某陆生植物体内碳流动示意图。据图分析，下列叙述不正确的是（）

A．叶肉细胞中的卡尔文循环发生在叶绿体基质B．图中Pi转运蛋白有助于细胞内碳流动的稳定进行C．过程①和②需要消耗光反应提供的ATP和［H］D．过程④受阻时，通过②③能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制【答案】C【详解】A、叶肉细胞中的卡尔文循环即碳循环发生在叶绿体基质，A正确；B、由图可知，Pi转运蛋白能将丙糖磷酸运进和运出叶绿体，有助于细胞内碳流动的稳定进行，B正确；C、过程①二氧化碳的固定不需要消耗光反应提供的ATP和[H]，C错误；D、图中④蔗糖输出受阻时，则进入叶绿体的Pi减少，磷酸丙糖大量积累，过多的磷酸丙糖将用于合成淀粉，即②③合成淀粉能缓解C3积累对卡尔文循环的抑制，D正确。故选C。7．下列有关叶绿体和线粒体内部分代谢活动的叙述，正确的是（）A．叶绿体内可以合成葡萄糖，线粒体内可以分解葡萄糖B．叶绿体类囊体上发生水的光解，线粒体基质中水参与柠檬酸循环C．两种细胞器的基质都会发生ATP的合成反应和ATP的水解反应D．两种细胞器都具有较大的膜面积和相同的酶系统，有利于代谢高效的进行【答案】B【详解】A、线粒体内分解丙酮酸，A错误；B、叶绿体类囊体进行光反应进行水的分解，线粒体基质中水参与丙酮酸水解进行柠檬酸循环，B正确；C、叶绿体基质是暗反应的场所，只能进行ATP的水解反应，C错误；D、叶绿体和线粒体反应类型不同的原因是两者的酶系统不同，D错误。故选B。8．如图是纸层析法分离叶绿体中色素得到的色素带，下列说法正确的是（）A．a带呈橙黄色，其在层析液中的溶解度最高B．在提取色素时加碳酸钙的目的是为了保护a，b带中的色素C．c带最宽，其中色素主要吸收红光和蓝绿光D．越幼嫩的叶子，c和d带的宽度越大【答案】A【详解】A、a带是胡萝卜素，呈橙黄色，其在层析液中的溶解度最高，扩散距离最远，A正确；B、在提取色素时加碳酸钙的目的主要是为了保护叶绿素，即c和d带中的色素，B错误；C、c带为叶绿素a，其含量最高，故最宽，其中色素主要吸收红光和蓝紫光，C错误；D、色素带的宽度越大，色素越多，太幼嫩的叶子，c和d带的宽度反而不大，D错误。故选A。9．下图甲、乙、丙、丁表示环境因素对植物光合作用的影响示意图，对图中曲线描述正确的是（）A．若植物长期处于图甲所示环境中，则该植物能正常生长B．从图乙中可看出，在25℃左右时该植物生长最快C．图丙中曲线ab段形成的原因是由于光照强度降低所致D．图丁中b点时，甲、乙两植物的真光合速率相等【答案】B【详解】A、从图甲看出，经过一昼夜后，玻璃罩内CO2浓度升高，说明呼吸作用大于光合作用，因此长期在图甲的环境中，植物无法生长，A错误；B、从图乙看出，25℃左右植物的净光合作用（真正光合作用-呼吸作用）最大，所以生长最快，B正确；C、图丙中ab段是由于外界温度过高，植物关闭气孔，导致吸收的CO2减少导致的，C错误；D、图中b点植物甲和乙的净光合作用相等，但由于不知道二者的呼吸作用大小，所以无法比较两者真正光合作用速率，D错误。故选B。10．图1是某高等植物叶肉细胞部分结构示意图，其中a~h为气体的相对值；图2为光照强度对该叶肉细胞CO2吸收量的影响，下列叙述错误的是（）A．在图2甲时，图1中b、c、d、e的值均为零B．在图2乙时，图1中该叶肉细胞中h=cC．图2中光照强度在丁点及之后，光合速率与呼吸速率相等D．图1中当b、e为零且a、f不为零时，该叶肉细胞呼吸速率大于光合速率【答案】C【详解】A、图2的甲只有呼吸作用，叶绿体不能吸收CO2和释放氧气，只有线粒体吸收氧气和释放CO2，因此图1中只有h、a、f、g，而b、c、d、e的值均为零，A正确；B、图2的乙时，光合作用=呼吸作用，因此线粒体释放的CO2被叶绿体刚好全部吸收，即h=c，B正确；C、图2中光照强度在丁点及之后，光合作用达到饱和，此时光合速率大于呼吸速率，C错误；D、图1中当b、e为零且a、f不为零时，说明线粒体除了吸收叶绿体产生的氧气，还需要从外界吸收氧气，因此叶肉细胞呼吸速率大于光合速率，D正确。故选C。1．下图是小球藻进行光合作用的示意图，图中A和B物质的相对分子质量之比是（）A．1：2 B．4：3 C．8：9 D．9：8【答案】C【详解】根据光反应的过程可以看出，氧气中氧元素的来源于水中的氧原子，所以A物质是16O2，B物质是18O2，所以图中A物质和B物质的相对分子质量之比32：36=8：9，C正确，ABD错误。故选C。2．某研究小组进行了探究环境因素对某植物光合作用影响的实验，实验结果如图所示。下列分析正确的是（）A．图中CO2浓度1大于CO2浓度2，若将CO2浓度改为温度，则此关系也成立B．若e点为正常植物的光饱和点，则缺镁植物的e点会右移C．图中c、d两点相比，d点植物叶肉细胞中C5的含量要高一些D．a点植物叶肉细胞中参与C3还原的NADPH和ATP比c点要多【答案】C【详解】A、图中CO2浓度1大于CO2浓度2，若将CO2浓度改为温度，则此关系不一定成立，随温度的升高，酶活性可能上升也可能下降，A错误；B、若e点为正常植物的光饱和点，缺镁植物的光合速率下降，e点会左移，B错误；C、图中c、d两点相比，d点二氧化碳浓度较低，二氧化碳的固定较慢，植物叶肉细胞中C5相对较高，C正确；D、a点光照强度较低，光反应较慢，植物叶肉细胞中NADPH和ATP比c点要少，D错误。故选C。3．将某种绿色植物的叶片，放在特定的实验装置中。研究在10℃的、20℃的温度条件下，分别置于黑暗和5klx、10klx条件下的光合作用和呼吸作用。结果如下图所示（横坐标为时间，单位：小时），对以上结果分析正确的是（）A．20℃时的呼吸速率是10℃时的4倍B．在10℃、5klx的光照下，每小时光合作用产生的氧气量是3mgC．在5klx光照下，10℃时积累的有机物比20℃时少D．在20℃、10klx光照下，每小时光合作用产生的氧气量是6mg【答案】D【详解】A、从左图可知，氧气的吸收量反映的是呼吸速度，所以呼吸速度在20℃下是10℃下的2倍，A错误；B、该叶片在10℃、5klx的光照下，每小时光合作用释放的氧气量是6÷2=3mg，该条件下每小时呼吸作用消耗氧气量是1÷2=0.5mg，因此每小时光合作用产生的氧气量是3.5mg，B错误；C、由右图纵坐标“氧气的释放量”可代表光合作用有机物的积累量，因此该叶片在5klx光照下，10℃时积累的有机物比20℃时多，C错误；D、该叶片在20℃、10klx光照下，每小时光合作用释放的氧气量是10÷2=5mg，呼吸作用消耗的氧气量为2÷2=1mg，所以每小时光合作用生成氧气的量为5+1=6mg，D正确。故选D。4．在两个相同的密闭透明玻璃室内各放置一盆长势相似的甲、乙两种植物，测量玻璃室内CO2含量，结果如下表（假设实验期间光照、水分和温度等条件恒定不变）。下列有关分析，正确的是（）记录时间（min）051015202530354045甲种植物（mg/L）1501138358504848484848乙种植物（mg/L）150110755030188888A．25min后，甲、乙植物都不能进行光合作用B．30分钟时，乙叶肉细胞中叶绿体产生的氧气量正好被线粒体消耗C．30分钟以后，影响光合作用的主要因素是温度D．上表数据说明，乙植物能利用更低浓度的二氧化碳【答案】D【详解】A、25min后，甲、乙植物光合速率等于呼吸速率，玻璃室内二氧化碳浓度不变，A错误；B、30分钟时，乙叶的光合速率等于呼吸速率，但叶肉细胞的光合速率大于呼吸速率，所以肉细胞中叶绿体产生的氧气量大于被线粒体消耗量，B错误；C、30分钟以后，影响光合作用的主要因素是二氧化碳浓度，C错误；D、根据表中数据，乙植物最终的二氧化碳浓度低于甲植物，说明乙植物比甲植物固定CO2的能力强，D正确。故选D。5．受自然界光合作用的启发，人工光合作用可以通过光伏器件将太阳能转换成电能，再驱动电化学系统将水电解成氧气，同时把CO2还原为含碳能量载体或者具有高附加值的产物（如图所示，甲、乙表示物质）。人工光合作用不仅可以实现CO2的减排，还可以将太阳能转换成方便存储的化学能，是实现人类可持续发展的一个关键技术。下列说法错误的是（）A．该系统中模块3中的甲为五碳化合物，乙为三碳化合物B．与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下比较，该系统中糖类的积累量高于植物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升高D．该系统中的模块1相当于光合作用的光反应，模块2和模块3相当于光合作用的暗反应【答案】D【详解】A、暗反应中CO2的固定为CO2和C5结合生成C3，C3接受光反应产生的ATP释放的能量并被[H]还原，生成糖类和C5，所以模块3中的甲为五碳化合物，乙为三碳化合物，A正确；B、与植物相比，该系统没有呼吸作用消耗糖类，所以在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下比较，该系统糖类的积累量高于植物，B正确；C、若气泵突然停转，CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物的还原仍正常进行，因此短时间内会导致三碳化合物含量减少，而甲五碳化合物含量升高，C正确；D、模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转换为电能，模块2利用电能电解水生成O2，并发生能量转换的过程，因此模块2相当于光合作用的光反应，模块3将大气中的CO2转换为糖类，相当于光合作用的暗反应，D错误。故选D。6．红松和人参均为我国北方地区的植物。如图为两种植物在温度、水分均适宜的条件下，光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）随光照强度变化的曲线图，下列叙述正确的是（）A．若土壤中镁的含量减少，一段时间后人参的a点右移B．光照强度在b点之后，限制红松P/R值增大的主要外界因素是CO2浓度C．光照强度为c时，红松和人参的净光合速率相等D．光照强度为a时，每日光照12小时，一昼夜后人参干重不变，红松干重减少【答案】A【详解】A、对于人参而言，a点光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）为1，对应的光照强度为光补偿点；若土壤中镁的含量减少，人参合成叶绿素增多，达到光补偿点需要的光照强度变大，故一段时间后人参的a点右移，A正确；B、光照强度在b点之后，限制红松（A）P/R值增大的主要外界因素仍然是光照强度，在d点之后，限制其P/R值增大的主要外界因素才是CO2，B错误；C、阴生植物的呼吸速率比阳生植物的呼吸速率更低，光强为c时，二者的P/R值相同，但呼吸速率不一定相同，故红松和人参的净光合速率不一定相同，C错误；D、光照强度为a时，对于人参而言，光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）为1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少；红松的光合作用速率与呼吸速率的比值（P/R）小于1，白天12小时没有积累有机物，晚上进行呼吸作用消耗有机物，一昼夜干重减少，D错误。故选A。7．如图为绿色植物光合作用过程示意图(物质转换用实线表示，能量传递用虚线表示，图中a-g为物质，①-⑥为反应过程)。下列判断错误的是（）A．图中e物质为还原性辅酶ⅡB．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解C．图中a物质主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在c中D．在g物质供应充足时，突然停止光照，C3的含量将迅速下降【答案】D【详解】A、图中e物质为还原性辅酶Ⅱ，即NADPH，A正确；B、图中①表示水分的吸收，③表示水的光解，B正确；C、图中a物质为光合色素，主要吸收红光和蓝紫光，绿色植物能利用它将光能转换成活跃的化学能储存在c（ATP）中，C正确；D、在CO2供应充足时，突然停止光照，光反应产生的ATP和NADPH减少，C3的消耗量减少，C3的生成量不变，故短时间内，C3的含量将迅速上升，D错误。故选D。8．下图为某高等植物有关光照强度与光合作用强度的关系，下列叙述正确的是（）

A．ab段植物只进行呼吸作用，b点以后开始合成有机物B．bc段影响光合作用强度的主要因素是温度C．c点以后增加光照光合作用强度也不再增加D．若因缺Mg影响叶绿素合成，则b点将向左移动【答案】C【详解】A、ab段植物呼吸作用强于光合作用，但不是只有呼吸作用，b点以后开始积累有机物，A错误；B、bc段影响光合作用强度的主要因素是光照强度，B错误；C、c点为光饱和点，c点以后增加光照光合作用强度也不再增加，C正确；D、若因缺Mg影响叶绿素合成，则需要更强的光照下，光合作用才能与呼吸作用相等，达到补偿点，即b点将向右移动，D错误。故选C。夏季晴朗的白天，某植物叶片光合作用强度的变化曲线如图所示，据图回答下列问题。9．曲线AB段表明随光照增强____________________。10．对于C点光合作用强度减弱的解释是：由于中午__________过高，________作用过大，叶片的气孔关闭，光合作用原料之一的________供应大量减少，以至______反应阶段植物体内的五碳化合物不能与之结合，使______________形成大为减少。11．DE段光合作用强度下降的原因是______________，以至光合作用________反应产生的__________减少，因而影响________反应的进行。【答案】9．光合作用增强10．温度蒸腾CO2暗三碳化合物11．光照逐渐减弱