第13讲　捕获光能的色素和结构及光合作用的原理-2026版一轮复习

第13讲捕获光能的色素和结构及光合作用的原理课标内容(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：绿叶中色素的提取和分离。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可看作两个实验哦！(1)实验原理(2)实验装置及操作(3)实验结果及分析2.叶绿体中色素的吸收光谱分析我用夸克网盘分享了「与您分享-国家、地方、行业、团体标准」，点击链接即可保存。打开「夸克APP」，无需下载在线播放视频，畅享原画5倍速，支持电视投屏。链接：/s/45a9f612fe59提取码：t9EX联系qq:1328313560我的道客巴巴：/634cd7bd0a3f5a7311db139533c20794

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由图可以看出：①植物叶片呈现绿色的原因是叶片中的色素对绿光的吸收少，绿光被反射出来。②植物幼嫩的茎和果实的细胞以及气孔保卫细胞中也含有吸收光能的色素，而根、叶片表皮等处的细胞中观察不到叶绿体，也不含吸收光能的色素。③植物细胞的液泡中的色素(花青素，为水溶性色素)不参与光合作用。3.叶绿体的结构适于进行光合作用(1)叶绿体的结构模式图(2)叶绿体的功能——进行光合作用的场所(3)叶绿体功能的实验验证(1)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，2D)(×)提示溶解度越高扩散得越快。(2)纸层析法分离叶绿体色素时，以多种有机溶剂的混合物作为层析液。(2021·河北卷，3C)(√)(3)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。(2021·北京卷，13C)(×)提示依据在层析液中的溶解度不同。(4)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。(2019·江苏卷，17A)(×)提示加入CaCO3防止叶绿素被破坏。(5)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，2C)(√)1.分离叶绿体中的色素，也可用如图所示的方法，即在圆心处滴加适量滤液，待干燥后再滴加适量层析液进行层析，结果会出现不同颜色的4个同心圆，请写出①～④依次对应的色素及颜色。①________________，②________________，③________________，④________________。提示①胡萝卜素、橙黄色②叶黄素、黄色③叶绿素a、蓝绿色④叶绿素b、黄绿色eq\x(必修1P97“问题探讨”拓展)2.生产上，用何种颜色的玻璃、塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？阴天时，在功率相同的情况下，应该选择什么颜色的照明灯为蔬菜补充光源？_______________________________________________________________________________________________________________________________________。提示无色，因为日光中各种颜色的光均能通过，作物光合效率高。阴天时，应选择补红光和蓝紫光的照明灯eq\x(必修1P100“思考·讨论”拓展)3.下图是验证叶绿体功能实验中恩格尔曼所做的实验示意图，请分析：恩格尔曼的实验示意图恩格尔曼第二个实验的示意图(1)恩格尔曼实验在实验材料的选取上的巧妙之处是__________________________________________________________________________________________。提示选择水绵和需氧细菌，水绵的叶绿体呈螺旋式带状，便于观察；用需氧细菌可以确定释放氧气多的部位(2)恩格尔曼实验要在没有空气的黑暗环境中进行的原因是____________________________________________________________________。提示排除氧气和极细光束外的其他光的干扰(3)在第二个实验中，大量的需氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域，为什么？_________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示这是因为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，适于需氧细菌在此区域分布4.研究表明，光照会影响韭菜叶绿素的合成，但不会影响类胡萝卜素的合成。请利用色素的提取和分离技术，以暗处生长的韭菜幼苗作为材料，设计实验以验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。实验思路：_______________________________________________________________________________________________________________________________。预期结果：______________________________________________________________________________________________________________________________。提示将部分韭菜幼苗置于光照条件下培养(甲组)，部分置于黑暗条件下培养(乙组)。一段时间后，提取并用纸层析法分离两组韭菜中的色素，比较滤纸条上的色素带甲组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带与乙组滤纸条上的橙黄色和黄色的色素带基本一致；甲组滤纸条上有蓝绿色和黄绿色的色素带，乙组滤纸条上没有蓝绿色和黄绿色的色素带考向1结合色素的提取与分离实验，考查科学探究能力1.(2023·江苏卷，12)下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是()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B.若连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但易出现色素带重叠C.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D.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之间答案B解析提取叶绿体中的色素时，加入碳酸钙是为了防止叶绿素被破坏，A错误；连续多次重复画滤液细线可累积更多的色素，但也会使滤液细线过粗，从而在分离中出现色素带重叠的现象，B正确；该实验只能定性分析色素的种类及溶解度等，无法准确测定滤液中各种色素的含量，C错误；花青素是水溶性色素，不可通过该实验中的有机溶剂提取，D错误。2.(2024·华师一附中期中)如图是某同学用无水乙醇分别提取正常光照和强光照下某种植物等量叶片中的光合色素，然后用层析液进行纸层析得到的结果(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为色素条带)。下列相关叙述正确的是()A.实验研磨操作中若加入的二氧化硅或碳酸钙过少，都会导致色素条带颜色变深B.实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，实验效果更好C.色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会缩短四条色素带间的距离D.与正常光照下相比，该植物强光照下叶片会发黄答案D解析实验研磨操作中若加入的二氧化硅(研磨充分)或碳酸钙(保护叶绿素)过少，都会导致色素条带颜色变浅，A错误；实验中对研磨液过滤时，采用滤纸过滤，会使色素吸附在滤纸上，导致实验失败，B错误；色素分离过程中如果滤液细线触及层析液，会使色素溶解在层析液中，看不到四条色素带，C错误。绿叶中色素的提取与分离实验异常现象分析考向2围绕叶绿体的结构及捕获光能的色素，考查结构与功能观3.(2024·安阳市调研)叶绿体是植物进行光合作用的场所，下列关于叶绿体结构与功能的叙述，正确的是()A.叶绿体中的色素的合成都需要Mg2＋和光照B.H2O在光下分解为NADPH和O2的过程发生在叶绿体基质中C.CO2的固定过程发生在类囊体薄膜上D.光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的答案D解析只有叶绿素的合成才需要Mg2＋和光照，A错误；水的光解是光反应过程，发生在叶绿体类囊体薄膜上，B错误；CO2的固定发生在暗反应过程中，场所为叶绿体基质，C错误；光合作用的产物——淀粉是在叶绿体基质中合成的，D正确。4.(2024·山东临沂联考)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，正确的是()A.图中①和②主要分布在叶绿体的内膜上B.利用纸层析法分离色素时，②应位于滤纸条的最下端C.植物叶片呈现绿色是由于①②主要吸收绿光D.弱光下①的相对含量增高有利于植物对弱光的利用答案D解析图中①(叶绿素b)、②(叶绿素a)主要分布在叶绿体的类囊体薄膜上，A错误；利用纸层析法分离色素时，①(叶绿素b)应位于滤纸条的最下端，B错误；植物叶片呈现绿色是由于①②吸收绿光最少，反射绿光，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。考点二光合作用的原理1.光合作用的概念及反应式(1)光合作用的概念绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。(2)反应式CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do7(叶绿体))(CH2O)＋O2。2.探索光合作用原理的部分实验(连线)①希尔的实验说明水的光解与糖的合成不是同一个化学反应，原因是水的光解实验是在没有CO2的情况下进行的，没有碳参与反应，而糖的合成需要碳的参与。②鲁宾和卡门的实验以及卡尔文的实验都用到了同位素标记法。③同位素标记法中使用的同位素不都具有放射性，如18O就没有放射性，不能检测其放射性；而14C有放射性，可被追踪检测。3.光合作用的过程(1)图中序号代表的物质①NADPH，②2C3，③ADP＋Pi，④O2，⑤(CH2O)。(2)比较光反应与暗反应4.光合作用和化能合成作用的比较(1)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。(2023·湖北卷，11D)(×)提示光反应中生成NADPH。(2)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。(2021·山东卷，16C)(×)提示植物细胞中H2O2分解也能产生O2。(3)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。(2021·湖南卷，7A)(×)提示可能此时光合作用等于或小于呼吸作用。(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。(2020·天津卷，5C)(×)提示类囊体产生的ATP参与C3的还原；O2释放到叶绿体外，既不参与CO2固定，也不参与C3的还原。(5)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。(2019·海南卷，1D)(√)eq\x(必修1P103“思考·讨论T4”)1.希尔发现，离体叶绿体在无CO2的条件下给予光照，可以释放出O2；阿尔农发现，在光下叶绿体可合成ATP。请尝试用示意图来表示ATP的合成与希尔反应的关系。提示H2Oeq\o(→,\s\up7(光照),\s\do7(叶绿体))O2＋NADPH＋能量ADP＋Pi→ATP2.光照停止后暗反应短时间仍然能够持续，但无法长时间正常进行，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________；CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________。提示暗反应中C3的还原需要光反应提供ATP和NADPH，停止光照使光反应停止，叶绿体中仍有少量ATP和NADPH能使暗反应持续进行一段时间，但是这段时间后，暗反应因缺少ATP和NADPH而无法进行光反应需要暗反应提供的ADP、Pi和NADP＋，CO2不足使暗反应减弱后，光反应在缺少原料的情况下无法正常进行3.给小球藻提供18O2，在小球藻合成的有机物中检测到了18O，其最可能的转化途径是_________________________________________________________________________________________________________________________________。提示有氧呼吸第三阶段18O2与[H]结合生成了Heq\o\al(18,2)O，有氧呼吸第二阶段利用Heq\o\al(18,2)O生成C18O2，C18O2再参与光合作用的暗反应生成含18O的有机物4.光照下卡尔文给小球藻悬浮液通入14CO2，一定时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析。实验发现，仅仅30s的时间，放射性代谢产物多达几十种，缩短时间到7s，发现放射性代谢产物减少到12种。如果要探究CO2转化成的第一个产物是什么，可能的实验思路是______________________________________________________________________________________________________。提示不断缩短光照时间后杀死小球藻，同时提取产物并分析，直到最终提取物中只有一种放射性代谢产物，该物质即为CO2转化成的第一个产物1.光合作用反应式中元素去向分析CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do7(叶绿体))(CH2O)＋O2。①H：3H2Oeq\o(→,\s\up7(光反应))NADP3Heq\o(→,\s\up7(暗反应))(C3H2O)②C：14CO2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))14C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(14CH2O)③O：Heq\o\al(18,2)Oeq\o(→,\s\up7(光反应))18O2C18O2eq\o(→,\s\up7(CO2的固定))C3eq\o(→,\s\up7(C3的还原))(CHeq\o\al(18,2)O)2.环境改变时光合作用各物质含量的变化分析(1)“过程法”分析各物质变化当外界条件(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的含量变化起始值C3高于C5(约为其2倍)考向1围绕光合作用的过程，考查科学思维1.(2021·重庆卷，6)下图为类囊体膜蛋白排列和光反应产物形成的示意图。据图分析，下列叙述错误的是()A.水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，最少要穿过4层膜B.NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPHC.产生的ATP可用于暗反应及其他消耗能量的反应D.电子(e－)的有序传递是完成光能转换的重要环节答案A解析O2在叶绿体的类囊体薄膜产生，在线粒体内膜被利用，故叶绿体产生的O2被线粒体利用至少需要穿过叶绿体的3层膜(包括类囊体膜1层膜和叶绿体的内外膜)和线粒体的2层膜，共5层生物膜，A错误；据图分析，NADP＋与e－和H＋结合形成NADPH，B正确；根据图中的信息，光反应产生的ATP可用于暗反应、色素合成和核酸代谢等一些消耗能量的反应，C正确；电子传递释放的能量用于H＋的逆浓度梯度运输，使类囊体腔内维持高浓度的H＋，H＋由类囊体腔顺浓度梯度运输至叶绿体基质，驱动ATP的合成，电子有序传递保证了ATP和NADPH的合成，是完成光能转换的重要环节，D正确。2.(2024·广州市综合测试)羟基乙酸可作为合成多种有机物的原料。研究人员构建了一种非天然的酶催化CO2固定新途径(CETCH循环)，高效地将CO2转化为羟基乙酸，并利用该途径研制出能合成羟基乙酸的人造叶绿体(如图)。下列分析错误的是()A.人造叶绿体内的水既作为多种物质的溶剂，还参与相关代谢B.为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能C.图中的CETCH循环需要NADP＋、ADP和Pi作为直接原料D.若人造叶绿体得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响答案C解析人造叶绿体内的水可以作为多种物质的溶剂，同时水还参与光合作用的相关过程，A正确；为了使人造叶绿体持续地运作，需要源源不断地输入光能，保证光反应的持续进行，B正确；图中的CETCH循环需要利用NADPH、ATP作为直接原料，C错误；人造叶绿体可利用CO2，故若其得到广泛应用，一定程度上可抵消碳排放的影响，D正确。考向2围绕光合作用过程中物质含量的变化分析，考查科学思维3.(2024·湖南长郡中学调研)如图为某植物叶肉细胞光合作用示意图，图中①②③④表示相关物质。现有甲、乙两植株，甲叶色正常，乙为叶色黄化的突变植株，叶绿素含量明显少于甲。将甲、乙植株置于正常光照、温度、CO2浓度等条件相同的环境中，下列相关分析正确的是()A.被色素吸收的光能全部用于③合成ATPB.只有接受ATP释放的能量，C3才可被NADPH还原C.如果突然增加光照强度，则短时间内②含量减少，③的含量增加D.如果突然增加光照强度，甲的叶肉细胞C3减少，乙的叶肉细胞④含量减少答案B解析光合作用过程中色素吸收的光能有两方面的用途，一方面引起水的光解，另一方面参与ATP合成，A错误；在光合作用暗反应阶段，C3的还原只有接受ATP释放的能量才可完成，B正确；图中②表示NADP＋，若突然增加光照强度，光反应增强，则短时间内②含量减少，③为ADP和磷酸，增加光照强度后短时间内③的含量也会减少，C错误；若突然增加光照强度，则甲、乙两植株光合作用光反应均增强，所以C3均减少，图中④(C5)均增加，D错误。4.(2024·安徽名校联考)如图是光合作用过程示意图(字母代表物质)，图中PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高H＋浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，最终将过量的光能转变成热能释放，从而防止强光对植物细胞造成损伤。(1)绿叶中色素分离的原理是_____________________________________________________________________________________________________________，叶绿素a主要吸收________光。(2)图中的A是________，C是________。(3)若反应Ⅱ中G的浓度突然降低一半，短时间内C5的含量将________。如果追踪反应Ⅱ中相关元素的去向，常用________法。(4)过度光照会激活PSBS，直接抑制________过程，导致电子不能传递给________(填图中字母)，所以过量的光能将不能转变为化学能。答案(1)不同的色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上的扩散速度不同红光和蓝紫(2)O2ATP(3)升高同位素示踪(或“同位素标记”)(4)水的光解D解析据图分析可知，反应Ⅰ表示光反应阶段，反应Ⅱ表示暗反应阶段。在光反应阶段，光合色素吸收的光能一方面将水分解为氧和H＋，氧直接以氧分子的形式释放出去，H＋与氧化型辅酶Ⅱ(NADP＋)结合，形成还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，故A为氧气，D为NADP＋，E为NADPH；另一方面在有关酶的催化作用下，促使ADP与磷酸反应，形成ATP，故B为ADP和Pi，C为ATP。进一步分析反应过程可知，F为(CH2O)，G为CO2。(1)不同的色素在层析液中的溶解度不同，溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，溶解度低的随层析液在滤纸上扩散得慢，据此可将绿叶中色素分离。(3)据图分析可知G为CO2，若CO2浓度突然降低一半，则短时间内CO2的固定速率下降，即C5的消耗速率下降，而C5的生成速率不变，故短时间内C5的含量将升高。(4)PSBS是一种类囊体膜蛋白，它能感应类囊体腔内的高H＋浓度而被激活，激活了的PSBS抑制电子在类囊体膜上的传递，据此推测过度光照会激活PSBS，直接抑制水的光解过程，导致电子不能传递给D，过量的光能将不能转变为化学能。连续光照和间隔光照下有机物合成量的分析1.(2021·广东卷，12)在高等植物光合作用的卡尔文循环中，唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco，下列叙述正确的是()A.Rubisco存在于细胞质基质中B.激活Rubisco需要黑暗条件C.Rubisco催化CO2固定需要ATPD.Rubisco催化C5和CO2结合答案D解析由“唯一催化CO2固定形成C3的酶被称为Rubisco”可知，Rubisco是与暗反应有关的酶，暗反应阶段的化学反应是在叶绿体基质中进行的，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误，D正确；暗反应在有光、无光条件下都可以进行，故激活Rubisco不一定需要黑暗条件，B错误；在暗反应阶段，CO2的固定不消耗NADPH和ATP，C错误。2.(2020·天津卷，5)研究人员从菠菜中分离类囊体，将其与16种酶等物质一起用单层脂质分子包裹成油包水液滴，从而构建半人工光合作用反应体系。该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸。下列分析正确的是()A.产生乙醇酸的场所相当于叶绿体基质B.该反应体系不断消耗的物质仅是CO2C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合作用色素答案A解析题干信息“该反应体系在光照条件下可实现连续的CO2固定与还原，并不断产生有机物乙醇酸”说明，乙醇酸是在暗反应中合成的，合成场所相当于叶绿体基质，A正确；该反应体系既能在类囊体上进行光反应，又能利用16种酶等物质进行暗反应，因此该反应体系不断消耗的物质有CO2、H2O等，B错误；类囊体上进行的光反应为暗反应中C3的还原提供了NADPH和ATP，光反应产生的O2不参与暗反应，C错误；该反应体系中有类囊体，在光照条件下还可实现连续的CO2固定与还原，说明该反应体系中有吸收、传递和转化光能的光合作用色素，D错误。3.(2022·湖北卷，12)某植物的2种黄叶突变体表现型相似，测定各类植株叶片的光合色素含量(单位：μg·g－1)，结果如表。下列有关叙述正确的是()植株类型叶绿素a叶绿素b类胡萝卜素叶绿素/类胡萝卜素野生型12355194194.19突变体1512753701.59突变体2115203790.35A.两种突变体的出现增加了物种多样性B.突变体2比突变体1吸收红光的能力更强C.两种突变体的光合色素含量差异，是由不同基因的突变所致D.叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降可导致突变体的叶片呈黄色答案D解析两种突变体及野生型植株之间并无生殖隔离，仍属同一物种，只能体现遗传多样性，A错误；叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1少，故突变体2比突变体1吸收红光的能力弱，B错误；两种突变体的光合色素含量差异，可能是同一个基因突变方向不同导致的，C错误；野生型的叶绿素与类胡萝卜素的比值为4.19，叶绿素含量较高，叶片呈绿色，突变体的叶绿素与类胡萝卜素的比值大幅下降，叶绿素含量少，不能掩盖类胡萝卜素的颜色，此时叶片呈黄色，D正确。4.(2022·重庆卷，23)科学家发现，光能会被类囊体转化为“某种能量形式”，并用于驱动产生ATP(如图Ⅰ)。为探寻这种能量形式，他们开展了后续实验。图Ⅰ图Ⅱ(1)制备类囊体时，提取液中应含有适宜浓度的蔗糖，以保证其结构完整，原因是______________________________________________；为避免膜蛋白被降解，提取液应保持________(填“低温”或“常温”)。(2)在图Ⅰ实验基础上进行图Ⅱ实验，发现该实验条件下，也能产生ATP。但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)为探究自然条件下类囊体膜内外产生H＋浓度差的原因，对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，结果如图Ⅲ所示，悬液的pH在光照处理时升高，原因是________________________________________________。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，电子的最终来源物质是________。图Ⅲ(4)用菠菜类囊体和人工酶系统组装的人工叶绿体，能在光下生产目标多碳化合物。若要实现黑暗条件下持续生产，需稳定提供的物质有________________。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，若要增产，可采取的有效措施有______________________________________________________________________________________________________________________________(答两点)。答案(1)保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂低温(2)实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差(3)类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高水(4)NADPH、ATP和CO2增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度解析(1)制备类囊体时，其提取液中需要添加适宜浓度的蔗糖，保持类囊体内外的渗透压，避免类囊体破裂，以保证其结构完整。提取液应该保持低温降低蛋白酶的活性，避免膜蛋白被降解。(2)从图Ⅱ实验中可知，在光照条件下，将处于pH＝4的类囊体转移到pH＝8的锥形瓶中，再在遮光的条件下加入ADP和Pi，也产生了ATP，但该实验不能充分证明“某种能量形式”是类囊体膜内外的H＋浓度差，因为实验Ⅱ是在光照条件下对类囊体进行培养，无法证明某种能量是来自于光能还是来自膜内外氢离子浓度差。(3)对无缓冲液的类囊体悬液进行光、暗交替处理，悬液的pH在光照处理时升高，推测可能是类囊体膜外H＋被转移到类囊体膜内，造成溶液pH升高。类囊体膜内外的H＋浓度差是通过光合电子传递和H＋转运形成的，光反应过程中，水的光解伴随着电子的传递，故电子的最终来源物质是水。(4)人工叶绿体能在光下生产目标多碳化合物，若要在黑暗条件下持续生产，则需要提供光反应产生的物质NADPH和ATP，以及暗反应的原料CO2。生产中发现即使增加光照强度，产量也不再增加，说明暗反应已经达到最大速率，增加二氧化碳的浓度和适当提高环境温度增加酶的活性，可有效提高光合效率。限时强化练(时间：30分钟)【对点强化】考点一捕获光能的色素和结构1.(2024·重庆南开中学)下列关于叶绿体的叙述，正确的是()A.叶绿体的外膜、内膜极大地扩展了受光面积B.叶绿体基质中NADP＋能形成NADPHC.类囊体薄膜上的光合色素都可以吸收蓝紫光D.类囊体薄膜中的酶可催化CO2的固定和还原答案C解析叶绿体扩大受光面积的不是外膜和内膜，而是类囊体薄膜，A错误；NADP＋形成NADPH的场所是类囊体薄膜，B错误；类囊体薄膜上的叶绿素和类胡萝卜素都能吸收蓝紫光，C正确；催化CO2的固定和还原的酶存在于叶绿体的基质中，D错误。2.(2024·广东深圳调研)如图是对菠菜叶片叶绿体色素分离的结果示意图。下列相关分析正确的是()A.a的操作目的是方便层析液的吸附B.b选用铅笔细线能够促进色素的层析C.如果c、d带宽减小，一定是忘记添加碳酸钙D.色素f在层析液中的溶解度最大答案D解析图中a的操作即剪去滤纸条的两个角，其目的是防止层析液在滤纸条两边扩散过快，导致得到的色素带不整齐，A错误；b选用铅笔细线能够使滤液细线画得细而直，得到的色素带比较整齐，便于观察，B错误；c、d带对应的色素分别为叶绿素b、叶绿素a，二者带宽减小说明滤液中叶绿素含量减少，原因可能是忘记添加碳酸钙，也可能是材料不新鲜，叶绿素含量少，C错误；色素f是胡萝卜素，在层析液中的溶解度最大，扩散最快，位于滤纸条的最上方，D正确。3.(2024·河北保定调研)科学家将色素溶液与阳光之间放置一块三棱镜，分别让不同颜色的光照射色素溶液，得到色素溶液的吸收光谱如下图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是()A.①在红光区吸收的光能可转化为ATP中的化学能B.②为蓝绿色，③为黄绿色，二者均含有Mg2＋C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端D.种植蔬菜大棚时可使用蓝紫色或红色的塑料薄膜答案C解析由图可知，①是类胡萝卜素，②是叶绿素b，③是叶绿素a。类胡萝卜素不吸收红光，A错误；叶绿素b为黄绿色，叶绿素a为蓝绿色，二者均含有Mg＋，B错误；叶绿素b在层析液中的溶解度最低，随层析液在滤纸条上扩散的速度最慢，故纸层析法分离色素时，处于滤纸条最下端的是叶绿素b，C正确；蔬菜大棚使用的塑料薄膜应该是无色透明的，以提高太阳光中的可见光的利用率，D错误。考点二光合作用的原理4.(2024·河北张家口模拟)1941年，美国科学家鲁宾和卡门用同位素示踪的方法，研究了光合作用中产生的氧气的来源，实验部分过程及结果如图所示。下列叙述正确的是()A.18O不具有放射性，是稳定的同位素，可用于示踪物质运行和变化规律B.另一组实验及结果图应为：将Heq\o\al(18,2)O换成H2O，CO2换成C18O2，其余不变C.该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧部分来自水D.实验中小球藻的细胞内含有藻蓝素和叶绿素，没有完整的叶绿体答案A解析另一组实验及结果图应为：将Heq\o\al(18,2)O换成H2O、CO2换成C18O2、18O2换成O2，其余不变，B错误；该实验的预期结论是光合作用产生的O2中的氧全部来自水，C错误；小球藻是真核生物，不同于蓝细菌，具有完整的叶绿体，含有叶绿素和类胡萝卜素，D错误。5.(2023·江苏扬州期初)如图表示绿色植物光合作用中的光反应，字母A、B、C表示物质。下列有关分析，错误的是()A.物质B既能供氢，又能供能B.图中H＋从上侧到下侧的运输方式是主动运输C.图中产生的ATP用于细胞的各项生命活动D.该图是类囊体薄膜部分结构，水的光解使类囊体内腔pH下降答案C解析物质B是NADPH，既能供氢，又能供能，A正确；H＋从上侧到下侧是逆浓度梯度转运，故运输方式是主动运输，B正确；图中产生的ATP只能用于叶绿体内的耗能过程，主要是暗反应，不能用于细胞的各项生命活动，C错误；该图是类囊体薄膜部分结构，水的光解产生H＋释放到类囊体腔内，使类囊体内腔pH下降，D正确。6.(2024·江苏南通调研)科学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液(有水，没有二氧化碳)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，该反应被称为希尔反应。下列相关叙述错误的是()A.希尔反应模拟的是植物光合作用的光反应阶段B.希尔证明光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水C.该反应证明了氧气的产生与糖的合成不是同一反应D.希尔反应在没有CO2的情况下仍可以进行一段时间答案B解析希尔反应是在离体叶绿体的悬浮液(有水，没有二氧化碳)中加入铁盐或其他氧化剂，在光照下可以释放出氧气，其模拟的是光合作用的光反应阶段，铁盐或其他氧化剂相当于光合作用光反应中的NADP＋，A正确；希尔反应说明氧气的产生是因为水的光解，并没有研究氧元素的转移途径，鲁宾和卡门利用同位素示踪法证明光合作用产生的氧气中的氧元素全部来自水，B错误；由题意可知，希尔反应产生氧气的过程并没有CO2的参与，而糖的合成需要原料CO2，所以希尔反应能证明氧气的产生和糖的合成不是同一反应，C正确；CO2参与暗反应，暗反应为光反应中NADPH和ATP的合成提供原料，在没有CO2的情况下希尔反应可以利用叶绿体自身储存的少量原料进行一段时间，D正确。7.如图为叶绿体结构与功能示意图，字母表示叶绿体的结构(A为膜结构)，数字表示有关物质。下列叙述错误的是()A.参与光合作用的色素位于图中的A部分B.③进入叶绿体后，通过固定形成⑤物质C.若突然停止光照，B中④的含量会升高D.用18O标记①，可在②中检测到18O答案B解析③CO2进入叶绿体后，通过固定形成④C3，⑤(CH2O)的形成还需要经过C3的还原，B错误；若突然停止光照，光反应合成的NADPH与ATP减少，参与还原反应的C3减少，B叶绿体基质中④C3的含量会升高，C正确；O2中的O来源于H2O，用18O标记①H2O，可在②O2中检测到18O，D正确。【综合提升】8.(2024·湖北天门模拟)我国科学家模拟植物光合作用，设计了一条利用二氧化碳合成淀粉的人工路线，流程如图所示。下列相关分析正确的是()A.①②过程与光反应的过程完全相同，③④过程与暗反应过程完全相同B.该过程与植物光合作用的本质都是将光能转化成化学能储藏于有机物中C.该过程与光合作用合成淀粉都是在常温常压下进行的较温和的反应D.步骤①需要催化剂，②③④既不需要催化剂也不需要消耗能量答案B解析分析题图①②过程模拟暗反应中二氧化碳的固定，③④过程模拟暗反应中C3的还原；植物光合作用的本质是利用光能将无机物二氧化碳和水转化为有机物，同时将光能转化为有机物中的化学能，图示过程也将二氧化碳和水转化为淀粉，同时储存能量，二者的本质是相同的；由图可知，①过程是利用催化剂在一定条件下进行的化学反应，反应过程较剧烈，②③④是在酶的催化下完成的，反应较温和；分析图示可知，图中②③④需要在酶的催化下进行，由小分子聚合成大分子的反应，为吸能反应，需要消耗能量。9.(2024·江西南昌质检)如图表示某植物叶片暗反应中C3和C5微摩尔浓度的变化趋势，该植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度或者降低CO2浓度中的某一项。下列分析正确的是()A.图中物质甲转变成乙需要消耗光反应提供的ATPB.图中Ⅱ阶段所改变的环境条件是降低了光照强度C.Ⅱ阶段甲上升是因为叶绿体中NADPH和ATP的积累D.Ⅱ阶段光合速率最大时所需光照强度比Ⅰ阶段低答案D解析因为暗反应中1molC5和1molCO2可生成2molC3，所以在适宜条件下，叶肉细胞内C3是C5的2倍，因此图中甲是C5，乙是C3。图中物质甲与CO2结合形成乙，该过程只需要酶的催化，不需要消耗ATP，A错误；植物在Ⅰ阶段处于适宜环境条件下，如果Ⅱ阶段改变的环境条件是降低光照强度，那么C3含量增加，C5含量减少，与题图不符合，而如果改变的条件是降低CO2浓度，那么C3含量减少，C5含量增加，与题图符合，所以本题改变的条件是降低CO2浓度，B错误；CO2浓度降低，由于CO2供应量减少，C5消耗减少，而C3还原正常，所以C5(甲)含量会上升，C错误；低CO2浓度下的光饱和点也低，D正确。10.(2023·重庆卷，19)水稻是我国重要的粮食作物，光合能力是影响水稻产量的重要因素。(1)通常发现，叶绿素含量与植物的光合速率呈正相关。但研究发现，叶绿素含量降低的某一突变体水稻，在强光照条件下，其光合速率反而明显高于野生型。为探究其原因，有研究者对野生型和突变体的部分生理指标做检测，结果如下表所示：光反应暗反应光能转化效率类囊体薄膜电子传递效率RuBP羧化酶含量Vmax野生型0.49180.14.6129.5突变体0.66199.57.5164.5注：RuBP羧化酶：催化CO2固定的酶；Vmax：RuBP羧化酶催化的最大速率。①类囊体薄膜电子传递的最终产物是________，RuBP羧化酶催化的底物是CO2和________。②据表分析，突变体水稻光合速率高于野生型的原因是__________________。(2)研究人员进一步测定了田间光照和遮阴条件下两种水稻的产量，结果如下表：田间光照产量田间遮阴产量野生型6.936.20突变体7.353.68①在田间遮阴条件下，突变体水稻产量却明显低于野生型，造成这个结果的内因是________________，外因是________________。②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和________，两者可以相互转化，后者是光合产物的主要运输形式，在开花结实期主要运往籽粒。③根据以上结果，推测两种水稻的光补偿点(光合速率和呼吸速率相等时的光照强度)，突变体水稻较野生型________(填“高”“低”或“相等”)。答案(1)①NADPHC5(核酮糖—1，5－二磷酸，RuBP)②突变体的光反应与暗反应速率都较野生型快(2)①突变体叶绿素含量太低光照强度太低②蔗糖③高解析(1)①根据分析可知，光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上反应。这个阶段电子传递的最终产物是NADPH。RuBP羧化酶是催化CO2固定的酶，根据分析可知这个阶段是暗反应阶段(CO2的固定)，在这个反应中CO2，在CO2固定酶的作用下与C5(一种五碳化合物)结合，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②根据分析可知，表中的类囊体薄膜电子传递速率代表了光反应速率，电子传递速率越高，则光反应速率越快；RuBP羧化酶含量高低与暗反应速率有关，RuBP羧化酶含量越高，暗反应速率越快。由表可知突变体的光反应和暗反应速率都比野生型快，所以突变体水稻的光合速率高于野生型。(2)①根据光合作用的分析可知，只要影响到原料、能量的供应都是影响光合作用的因素，比如CO2的浓度、叶片气孔的开闭情况、光照强度等；叶绿体是光合作用的场