2027年高考一轮生物学总复习（必修1）讲义-3.5+影响光合作用的环境因素及其应用

第4讲捕获光能的色素和结构、光合作用的原理精准研读·备考定位课标要求核心素养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．实验：提取和分离叶绿体色素。1．通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，培养学生的实验探究能力。(科学探究)2．运用结构与功能观，分析叶绿体结构适于进行光合作用的特点；通过分析恩格尔曼实验，归纳总结叶绿体的功能。(生命观念)3．通过分析叶绿体色素吸收光谱在农业生产中的应用，养成关心生产、生活实际的责任意识。(社会责任)4．通过比较光反应与暗反应及它们之间的关系，建立对立统一、结构决定功能的观点。(生命观念)考点一捕获光能的色素和结构知|识|巩|固1．绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理(2)实验步骤①提取色素a．研磨操作图解添加物质作用无水乙醇溶解色素二氧化硅研磨充分碳酸钙保护色素b．过滤：用单层尼龙布过滤。c．收集滤液：试管口加棉塞，防止乙醇挥发和色素氧化。②分离色素主要操作操作要点操作目的制备滤纸条预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散一端剪去两角保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐画滤液细线滤液细线要细、直、匀使各色素扩散的起点相同待滤液干燥后，再画一两次增加色素附着量，使分离出的色素带分明层析加盖防止层析液挥发层析液不能触及滤液细线防止色素溶解在层析液中(3)实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢2．叶绿体中色素的吸收光谱(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。3．叶绿体的结构和功能【总结】恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。教材隐含知识1．(必修1P97问题探讨)生产上，用何种颜色的玻璃或塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？并说明其原因。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？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。2．(必修1P99旁栏思考)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？因为这种波长的光光合色素几乎不吸收，不能用于光合作用中合成有机物。思|维|辨|析易错整合，判断正误。(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。()(2)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。()(3)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。()(4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。()(5)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。()重|难|精|讲1．实验异常现象分析异常现象原因分析色素带颜色较浅(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；(2)一次加入过量的无水乙醇，提取液浓度太低(应分次加入少量无水乙醇，如10mL)；(3)画滤液细线时次数太少滤纸条下面两条色素带较浅(1)未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏；(2)实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)色素带重叠(1)滤液细线不直；(2)滤液细线过粗无色素带(1)忘记画滤液细线；(2)滤液细线接触或浸没于层析液，色素全部溶解到层析液中2．影响叶绿素合成因素的分析精|准|命|题》例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》例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》例3(2024·河北卷)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1.670.71蓝膜2.200.90绿膜1.740.65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。(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________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(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)。考点二光合作用的原理知|识|巩|固1．探究光合作用原理的部分实验[提醒]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。2．光合作用的概念光合作用是指绿色植物通过，利用光能，将转化成储存着能量的有机物，并且释放出的过程。3．光合作用的过程图解4．反应式(1)若有机物为(CH2O)：CO2＋H2O(CH2O)＋O2。(2)若有机物为C6H12O6：6CO2＋12H2OC6H12O6＋6O2＋6H2O。助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四”5．光合作用和化能合成作用的比较[提醒]绿色植物和化能合成细菌及光合细菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。()(2)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。()(3)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。()(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。()(5)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√延|伸|探|究1．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，原因是什么？CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？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。2．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，可能的实验思路是什么？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。重|难|精|讲1．光合作用过程中元素的去向分析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等物质含量变化精|准|命|题考向一考查光合作用的探究历程》例1(2026·福建福州统考)植物学家希尔发现，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。根据光合作用原理推测，加入的铁盐类似于叶绿体中的()A．NADP＋ B．ATPC．H＋ D．CO2》例2(2025·广东肇庆调研)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是()资料推论(1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90%的放射性物质是一种C3①(2)经过5s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖②(3)在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态，含有放射性的糖类不断增加③(4)当停止光照后，C3明显增加，C5明显下降④A．推论①：C3是CO2被还原的第一个产物B．推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖C．推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物D．推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物考向二考查光合作用过程的原理》例3(2023·重庆卷)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”)。考向三考查不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析》例4(2026·辽宁沈阳高三联考)1919年，德国生物化学家甲瓦尔波用黑藻进行闪光实验。在其他条件均相同的前提下，一组连续光照，另一组用闪光照射，中间隔一定暗期，结果发现后者光合作用效率是连续光照下的200%～400%。下列说法正确的是()A．光照条件下，黑藻叶片中合成ATP的场所是叶绿体和线粒体B．停止光照后，CO2的固定和C3的还原不能进行C．闪光条件下暗反应充分，所以光合作用效率高D．光反应和暗反应是两个独立的过程，互不影响》例5(2026·山东济宁高三检测)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，正确的是()A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小真|题|再|现1．(2025·黑吉辽蒙卷)下列关于实验操作和现象的叙述错误的是()A．观察叶绿体的形态和分布，需先用低倍镜找到叶绿体再换用高倍镜B．用斐林试剂检测梨汁中的还原糖时，需要加热后才能呈现砖红色C．将染色后的洋葱根尖置于载玻片上，滴清水并盖上盖玻片即可观察染色体D．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2．(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3．(2024·新课标理综)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是____________________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)光照t时间时，a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是________组，判断依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________(填“升高”“降低”或“不变”)。4．(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(400μmol·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(1μmol·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____________。③预期结果：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。5．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题。净光合速率(umol·m－2·s－1)叶绿素含量(mg·g－1)WT24.04.0KO20.33.2OE27.74.6(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖－1，5－二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3－磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3－磷酸甘油酸接受________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为______________________。(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的________、________(填科学方法)。(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①_________________________________________________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________________________________________________________________________。提能训练练案[11]A组一、选择题1．(2026·山东枣庄期末)海洋中的藻类，习惯上依其颜色分为绿藻、褐藻和红藻，它们在海水中的垂直分布大致依次是浅、中、深。关于这种现象的分析错误的是()A．一般情况下，光合作用所利用的光都是可见光B．不同颜色的光在水体中的穿透力不同，这说明光质影响了藻类的垂直分布C．三种海藻的颜色与其吸收的光有关，红藻主要吸收红光和蓝紫光D．不同藻类含有的色素的种类和含量不同2．(2026·贵州黔南期末)下图是某生物兴趣小组用菠菜绿叶进行叶绿体中色素的提取和分离实验，相关分析错误的是()A．提取菠菜绿叶色素时，加入无水乙醇的目的是溶解色素B．研磨菠菜叶片时，需迅速且充分，以保证提取到更多的色素C．离滤液圆斑最近的两条同心色素带中的色素只能吸收红光和蓝紫光D．通常情况下，提取的叶绿素含量比类胡萝卜素高3．(2025·河南省许昌市三模)光合作用是生物界最重要的生命活动之一，下列关于光合作用的说法正确的是()A．由于叶绿素不吸收绿光，所以叶片在白光的照射下呈绿色B．恩格尔曼利用水绵和需氧细菌直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧C．希尔的实验证明光合作用产生的氧气全部来源于水的分解D．正常光合作用的细胞，若突然减弱光照强度，短时间内三碳化合物含量将会下降4．(2025·广东省部分高中学校联考)绿叶海天牛可以进食海藻，并将藻类的叶绿体储存在皮肤细胞中，从而能像植物一样进行光合作用。该动物体将光能转化为化学能的过程中，下列物质参与的可能性最小的是()A．NADP＋ B．NAD＋C．H2O D．ADP5．(2026·广西南宁高三联合调研)在光合作用发现过程中，科学家卡尔文做出了重要贡献。1945年，卡尔文等人在小球藻培养液中通入14CO2，再给予不同的光照时间，然后用甲醇(可杀死小球藻)分别处理并取样，最后根据标记化合物出现情况，确定生成物质的先后次序。下列有关说法，正确的是()A．在卡尔文的实验过程中，不产生氧气，也不消耗氧气B．该实验过程应该在无氧环境中进行，以排除干扰C．若要确定第一个生成的物质，光照时间应延长D．含有14C的物质，主要存在于叶绿体基质中6．(2026·新疆乌鲁木齐开学考试)如图所示为甘蔗一个叶肉细胞内的系列反应过程，下列有关说法正确的是()A．突然停止光照或提高CO2浓度均可使④的含量在短时间内增加B．过程B发生在叶绿体基质中，过程C和过程D均会产生ATPC．过程A中类胡萝卜素吸收的紫外光可为ATP的合成提供能量D．过程A产生的ATP和NADPH可用于B过程中CO2的固定二、非选择题7．(2025·陕西省高三联考)Zn2＋是一种常见的重金属离子。在植物体内，过量的锌会产生毒性，从而影响植物的生长和发育。回答下列问题：(1)Zn是植物生长和发育中必需的________(填“大量”或“微量”)元素。(2)黑麦草是一种重要的牧草和草坪草，广泛用于畜牧业和园艺中。实验人员探究了不同浓度的Zn2＋对黑麦草的影响，结果如图所示。据图分析，不同浓度的Zn2＋对黑麦草的净光合速率的影响是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)有研究表明，缺锌会导致叶绿素减少。实验人员对不同Zn2＋浓度下的黑麦草叶片叶绿素含量进行测定：用________分别提取各组黑麦草叶片中的光合色素，并测定各组提取液在________(填“红光”或“蓝紫光”)下的吸光值。实验结果表明，高浓度的Zn2＋会导致叶绿素含量显著下降，这会导致光反应产生的________减少，使得暗反应速率降低，最终影响光合作用。(4)不同浓度的Zn2＋不仅会直接影响黑麦草的光反应，还会直接影响其暗反应。为探究Zn2＋是否通过气孔来抑制光合作用，实验人员测定了胞间CO2浓度和气孔导度(气孔的开放程度)两项指标(单位：略)，结果如表所示。实验人员认为，高浓度Zn2＋条件下，黑麦草净光合速率下降与气孔因素密切相关。根据图、表信息分析，实验人员作出该判断的依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Zn2＋浓度050080011001400胞间CO2浓度620610605597458气孔导度185192201194106B组一、选择题1．(2026·贵州安顺市高三监测)植物学家希尔发现离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐等氧化剂，在没有CO2时，给予叶绿体光照，就能释放出O2，同时使电子受体(后被证实为NADP＋)还原。希尔实验说明()A．光合作用释放的O2中的氧元素全部来自水B．NADPH的形成发生在叶绿体的类囊体薄膜上C．水的光解与糖的合成不是同一个化学反应D．光反应为暗反应提供了NADPH和ATP2．(2026·湖南阶段练习)海洋藻类能适应绿光和黄光，能够在不同水深的环境中进行有效的光合作用。为分析海洋藻类甲的光合色素种类，下列对光合色素提取和分离的操作，正确的是()A．可选择不同发育期的藻类甲作为材料B．用海水可以直接提取藻类甲的光合色素C．画好一条滤液细线后即可进行层析分离D．需要观察层析液中色素带的数量和颜色3．(2025·云南省拟联考高三期中)叶绿体与线粒体中的部分物质变化如图所示，其中，CO2和O2会竞争酶R，当CO2/O2比值低时，会发生反应②、③，下列叙述错误的是()在叶绿体中：C5＋CO2eq\o(→,\s\up7(酶R))2C3①C5＋O2eq\o(→,\s\up7(酶R))C3＋C2②在线粒体中：2C2＋NAD＋eq\o(→,\s\up7(酶))C3＋CO2＋NADH＋H＋③A．①发生在叶绿体基质中，参与反应的C5可来自C3的还原B．若细胞中CO2/O2比值升高，②的速率会减慢C．③中NADH可作为还原剂参与暗反应，并储存部分能量供暗反应利用D．③中生成的CO2可被叶绿体再次用于光合作用4．(2026·海南海口阶段练习)绿色植物进行光合作用的光反应过程如图所示，其中PSⅠ和PSⅡ是吸收、传递、转化光能的光系统，e－表示电子。下列叙述错误的是()A．PSⅠ和PSⅡ可吸收、传递、转化光能的原因是其中含有光合色素B．图示过程发生在叶绿体中，可进行光合作用的细胞都含有叶绿体C．光反应产生的O2可以被自身细胞或其他细胞在线粒体内膜上利用二、非选择题5．(2026·广西部分学校高三期中联考)萱草是近年来北方园林绿化中广泛应用的一类宿根花卉。科研人员以萱草幼苗为实验材料，研究干旱胁迫对萱草光合生理的影响以及外源茉莉酸甲酯对干旱胁迫下萱草光合生理的缓解效应，研究结果如表所示。回答下列问题：处理净光合速率/(μmol·m－2·s－1)叶绿素类胡萝卜素气孔导度/(mmol·m－2·s－1)胞间CO2浓度/(μmol·mol－1)对照组196.832.550.098250干旱胁迫组12.765.772.210.03211干旱胁迫＋茉莉酸甲酯16.796.212.380.057232干旱胁迫＋茉莉酸甲酯＋茉莉酸甲酯信号转导抑制剂13.555.852.30.043225(1)叶绿素和类胡萝卜素存在于萱草叶片细胞的______________上，为检测各组萱草叶片的叶绿素含量，在提取叶绿素时需要在研钵中加入______________________(答出3种)等试剂。(2)氧气充足时，萱草叶片进行光合作用时所需的CO2来自__________________(填场所)。据表分析各指标的相关性，干旱胁迫下，气孔导度________(填“是”或“不是”)导致光合速率下降的原因之一，理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)请根据实验结果为干旱时萱草的栽培给出一条合理的建议：____________________。6．(2026·黑龙江省哈尔滨市德强高级中学期中)为了确定小豆作为林果行间套种作物的适宜性，实验小组通过田间试验和盆栽试验，测定了全光和弱光(全光的48%)条件下两个小豆品种的光合作用特性，结果如下表所示(光补偿点是指光合作用与呼吸作用达到平衡时的光照强度；气孔导度表示气孔张开的程度)。回答下列问题：品种处理最大净光合速率(μmolCO2·m－2·s－1)光补偿点(μmol·m－2·s－1)叶绿素含量(mg·g－1)气孔导度(molH2O·m－2·s－1)A全光14.9945.92.290.22弱光9.5930.74.360.12B全光16.1643.82.880.16弱光8.8541.73.210.09(1)小豆叶肉细胞中的叶绿素分布在____________上，光反应的能量变化是______________________(用文字和箭头表示)。(2)分离叶绿体中色素常用的方法是________，其中扩散速度最慢的色素主要吸收____________。据表中数据可知，在弱光条件下，两种小豆叶肉细胞中叶绿素的含量均增加，其意义是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)分析表格中数据可知，弱光会降低小豆的最大净光合速率，从暗反应原料的角度分析，主要由________________________引起的，并直接影响暗反应的________过程，从而导致光合速率下降。(4)若弱光条件下品种B小豆的净光合速率为0，则在相同条件下，品种A小豆的干重会________(填“增加”“不变”或“降低”)。第4讲捕获光能的色素和结构、光合作用的原理精准研读·备考定位课标要求核心素养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．实验：提取和分离叶绿体色素。1．通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，培养学生的实验探究能力。(科学探究)2．运用结构与功能观，分析叶绿体结构适于进行光合作用的特点；通过分析恩格尔曼实验，归纳总结叶绿体的功能。(生命观念)3．通过分析叶绿体色素吸收光谱在农业生产中的应用，养成关心生产、生活实际的责任意识。(社会责任)4．通过比较光反应与暗反应及它们之间的关系，建立对立统一、结构决定功能的观点。(生命观念)考点一捕获光能的色素和结构知|识|巩|固1．绿叶中色素的提取和分离(1)实验原理(2)实验步骤①提取色素a．研磨操作图解添加物质作用无水乙醇溶解色素二氧化硅研磨充分碳酸钙保护色素b．过滤：用单层尼龙布过滤。c．收集滤液：试管口加棉塞，防止乙醇挥发和色素氧化。②分离色素主要操作操作要点操作目的制备滤纸条预先干燥处理使层析液在滤纸上快速扩散一端剪去两角保证色素在滤纸条上扩散均匀、整齐画滤液细线滤液细线要细、直、匀使各色素扩散的起点相同待滤液干燥后，再画一两次增加色素附着量，使分离出的色素带分明层析加盖防止层析液挥发层析液不能触及滤液细线防止色素溶解在层析液中(3)实验结果色素种类色素颜色色素含量溶解度扩散速度胡萝卜素橙黄色最少最高最快叶黄素黄色较少较高较快叶绿素a蓝绿色最多较低较慢叶绿素b黄绿色较多最低最慢2．叶绿体中色素的吸收光谱(1)分布：叶绿体类囊体薄膜上。(2)功能：吸收、传递(四种色素)和转换光能(只有少量叶绿素a)。①叶绿体中的色素只吸收可见光，而对红外光和紫外光等不吸收。②叶绿素对红光和蓝紫光的吸收量大，类胡萝卜素对蓝紫光的吸收量大。3．叶绿体的结构和功能【总结】恩格尔曼实验设计的4点巧妙之处(1)实验材料选得妙：实验材料选择水绵和需氧细菌。水绵的叶绿体呈螺旋带状，便于观察；利用需氧细菌可确定释放氧气多的部位。(2)排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境，排除了空气中氧气和光的干扰。(3)观测指标设计得妙：用极细的光束点状投射，叶绿体上可分为获得光照多和光照少的部位，相当于一组对照实验。(4)实验对照设计得妙：进行黑暗(局部光照)和曝光对照实验，明确实验结果完全是由光照引起的。教材隐含知识1．(必修1P97问题探讨)生产上，用何种颜色的玻璃或塑料薄膜做温室大棚的顶棚产量高？并说明其原因。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？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。2．(必修1P99旁栏思考)植物工厂里为什么不用发绿光的光源？因为这种波长的光光合色素几乎不吸收，不能用于光合作用中合成有机物。思|维|辨|析易错整合，判断正误。(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。()(2)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。()(3)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。()(4)依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离。()(5)提取光合色素的实验中，研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素。()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×重|难|精|讲1．实验异常现象分析异常现象原因分析色素带颜色较浅(1)未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；(2)一次加入过量的无水乙醇，提取液浓度太低(应分次加入少量无水乙醇，如10mL)；(3)画滤液细线时次数太少滤纸条下面两条色素带较浅(1)未加碳酸钙或加入过少，叶绿素被破坏；(2)实验材料中叶绿素的含量较少(如泛黄的叶片)色素带重叠(1)滤液细线不直；(2)滤液细线过粗无色素带(1)忘记画滤液细线；(2)滤液细线接触或浸没于层析液，色素全部溶解到层析液中2．影响叶绿素合成因素的分析精|准|命|题》例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答案：D解析：提取光合色素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，因此在滤纸条上的扩散速度不同，从而达到分离的效果，这是纸层析法，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，而秋季类胡萝卜素增多使叶片呈黄色，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。》例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答案：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，选择新鲜程度不同的叶片分开研磨，A错误；色素溶于有机溶剂，提取色素用有机溶剂，如无水乙醇，光合色素不溶于水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，层析液的成分相同，两组滤纸条可以置于同一个烧杯中层析，C正确；用过的层析液含有石油醚、丙酮和苯，不能直接倒入下水道，D错误。》例3(2024·河北卷)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1.670.71蓝膜2.200.90绿膜1.740.65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。(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________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(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)。答案：(1)蓝类囊体薄膜C5糖类紫外光(2)无水乙醇叶绿素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，选择红光可排除类胡萝卜素的干扰(3)覆盖蓝膜紫外光透过率低，蓝光透过率高，降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用解析：(1)吸收光能的4种色素分布在叶绿体类囊体的薄膜上。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。光合色素吸收的光能用于光反应阶段ATP和NADPH的生成，进而促进暗反应C3的还原阶段，一些接受能量并被还原的C3，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的C3，经过一系列变化，又形成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)绿叶中的色素能够溶解在有机溶剂无水乙醇中，因此，可用无水乙醇提取绿叶中的色素。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，为了排除类胡萝卜素的干扰，测定叶绿素含量时，应选择红光而不能选择蓝紫光。(3)据图可知，与覆盖其他色的膜相比，覆盖蓝膜的紫外光透过率低，蓝光透过率高，在降低紫外光对幼苗的辐射的同时不影响其光合作用；据表中数据分析，与覆盖白膜和绿膜相比，覆盖蓝膜叶绿素和类胡萝卜素含量都更高，有利于幼苗进行光合作用。考点二光合作用的原理知|识|巩|固1．探究光合作用原理的部分实验[提醒]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。2．光合作用的概念光合作用是指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。3．光合作用的过程图解4．反应式(1)若有机物为(CH2O)：CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))(CH2O)＋O2。(2)若有机物为C6H12O6：6CO2＋12H2Oeq\o(→,\s\up7(光能),\s\do5(叶绿体))C6H12O6＋6O2＋6H2O。助学巧记：光合作用过程的“一、二、三、四”5．光合作用和化能合成作用的比较[提醒]绿色植物和化能合成细菌及光合细菌为自养生物，人、动物、真菌以及大多数细菌属于异养生物。思|维|辨|析易错整合，判断正误。(1)高温使作物叶绿素降解，光反应生成的NADH和ATP减少。()(2)植物细胞产生的O2只能来自光合作用。()(3)弱光条件下植物没有O2的释放，说明未进行光合作用。()(4)类囊体产生的ATP和O2参与CO2固定与还原。()(5)蓝细菌(蓝藻)没有叶绿体也能进行光合作用。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√延|伸|探|究1．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，原因是什么？CO2不足暗反应减弱后光反应也无法正常进行，原因是什么？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。2．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，可能的实验思路是什么？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。重|难|精|讲1．光合作用过程中元素的去向分析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等物质含量变化精|准|命|题考向一考查光合作用的探究历程》例1(2026·福建福州统考)植物学家希尔发现，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。根据光合作用原理推测，加入的铁盐类似于叶绿体中的()A．NADP＋ B．ATPC．H＋ D．CO2答案：A解析：希尔反应为离体叶绿体在适当(铁盐或其他氧化剂、光照)条件下发生水的光解产生氧气的化学反应，铁盐或其他氧化剂相当于光合作用光反应阶段中的NADP＋，A正确；ATP是光合作用光反应阶段的产物，B错误；H＋是光合作用光反应阶段水分子光解的产物，C错误；CO2是光合作用暗反应阶段的反应物，D错误。》例2(2025·广东肇庆调研)卡尔文给小球藻提供14CO2和适宜的光照，研究光合作用暗反应过程中C的转移路径。某同学根据卡尔文的实验资料，提出了一些推论，下列推论不合理的是()资料推论(1)将光照时间逐渐缩短至几分之一秒，发现90%的放射性物质是一种C3①(2)经过5s光照后，检测到含有放射性的C5和葡萄糖②(3)在适宜光照和CO2充足的条件下，C3和C5的含量很快达到稳定状态，含有放射性的糖类不断增加③(4)当停止光照后，C3明显增加，C5明显下降④A．推论①：C3是CO2被还原的第一个产物B．推论②：C3进一步反应生成C5和葡萄糖C．推论③：C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物D．推论④：C3转化为C5需要依赖光反应的产物答案：A解析：根据将光照时间缩短至几分之一秒的结果可知，C3是CO2被固定的第一个产物，A符合题意；结合(1)(2)可知，C3进一步反应生成C5和葡萄糖，B不符合题意；根据C3的含量维持稳定而含放射性的糖类不断增加可知，C3是暗反应的中间产物，糖类是终产物，C不符合题意；根据光照停止后，C3明显增加，C5明显下降可知，光照与C3和C5的转化有关，且C3转化为C5需要依赖光反应的产物，D不符合题意。考向二考查光合作用过程的原理》例3(2023·重庆卷)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：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光合作用的光反应阶段在类囊体薄膜上进行，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，在RuBP羧化酶的作用下CO2与C5(一种五碳化合物)结合生成C3，所以RuBP羧化酶催化的底物是CO2和C5。②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根据题干可知在遮阴情况下突变体水稻产量明显低于野生型，因此据表中数据推测这种结果的内因是突变体自身叶绿素含量太低，外因则是光照强度太低。②水稻叶肉细胞的光合产物有淀粉和蔗糖，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根据表中结果可知，在同等光合速率下突变体水稻所需要的光照更强，因此突变体水稻的光补偿点较野生型高。考向三考查不同条件下光合作用过程中物质含量的变化分析》例4(2026·辽宁沈阳高三联考)1919年，德国生物化学家甲瓦尔波用黑藻进行闪光实验。在其他条件均相同的前提下，一组连续光照，另一组用闪光照射，中间隔一定暗期，结果发现后者光合作用效率是连续光照下的200%～400%。下列说法正确的是()A．光照条件下，黑藻叶片中合成ATP的场所是叶绿体和线粒体B．停止光照后，CO2的固定和C3的还原不能进行C．闪光条件下暗反应充分，所以光合作用效率高D．光反应和暗反应是两个独立的过程，互不影响答案：C解析：光照条件下，黑藻叶片中合成ATP的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体，A错误；停止光照后，光反应产物ATP和NADPH在叶绿体中有积累，故CO2的固定和C3的还原仍能进行一段时间，B错误；闪光条件下因为有黑暗期，所以暗反应更充分，消耗更多的光反应产物ATP和NADPH，同时，暗反应为光反应提供的NADP＋、ADP和Pi也更多，因此闪光条件下，光合作用效率高，C正确，D错误。连续光照和间隔光照下的有机物合成量分析(1)光反应为暗反应提供的NADPH和ATP在叶绿体基质中有少量的积累，在光反应停止时，暗反应仍可持续进行一段时间，有机物还能继续合成。(2)在总光照时间、总黑暗时间均相同的条件下，光照和黑暗间隔处理比一直连续光照处理有机物积累量要多。》例5(2026·山东济宁高三检测)光合作用通过密切关联的两大阶段——光反应和暗反应实现。下列对于改变反应条件而引起的变化的说法，正确的是()A．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值减小B．突然中断CO2供应，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大C．突然将红光改变为绿光，会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值减小D．突然将绿光改变为红光，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值减小答案：B解析：突然中断CO2供应，导致CO2的固定速率降低，叶绿体基质中C5含量增加、C3含量减少，C3还原消耗的ATP减小，因此会暂时引起叶绿体基质中C5/C3的值增大，ATP/ADP的值也增大，A错误，B正确；突然将红光改变为绿光后，光能利用率降低，ATP和NADPH含量减少，进而使C3含量增加、C5含量减少，因此会暂时引起叶绿体基质中C3/C5的值增大，C错误；突然将绿光改变为红光后，吸收的光能增多，ATP的含量增加，会暂时引起叶绿体基质中ATP/ADP的值增大，D错误。判断C3、C5等物质含量变化的分析思路叶绿体内相关物质含量变化可通过对物质的来路和去路是否平衡进行分析：(1)来路eq\o(,\s\up7(动态平衡))去路，则物质含量相对稳定。(2)来路不变，去路增加，或来路减少，去路不变，则物质含量减少。(3)来路不变，去路减少，或来路增加，去路不变，则物质含量增加。真|题|再|现1．(2025·黑吉辽蒙卷)下列关于实验操作和现象的叙述错误的是()A．观察叶绿体的形态和分布，需先用低倍镜找到叶绿体再换用高倍镜B．用斐林试剂检测梨汁中的还原糖时，需要加热后才能呈现砖红色C．将染色后的洋葱根尖置于载玻片上，滴清水并盖上盖玻片即可观察染色体D．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答案：C解析：观察叶绿体时，先用低倍镜找到细胞中的叶绿体，再换高倍镜观察形态和分布，操作正确，A正确；还原糖与斐林试剂在水浴加热(50～65℃)条件下，反应生成砖红色沉淀，B正确；观察染色体需经过压片处理：染色后(如龙胆紫)将根尖置于载玻片，加清水，用镊子轻捣使细胞分散，盖上盖玻片后用拇指垂直轻压盖玻片(或用铅笔橡皮头轻敲)，使细胞分离成单层。否则细胞重叠，染色体无法清晰观察，C错误；层析液(如石油醚、丙酮等)易挥发且可能有毒，实验需在通风良好的环境中进行(如通风橱)，D正确。2．(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%乙醇替代答案：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，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。3．(2024·新课标理综)某同学将一种高等植物幼苗分为4组(a、b、c、d)，分别置于密闭装置中照光培养，a、b、c、d组的光照强度依次增大，实验过程中温度保持恒定。一段时间(t)后测定装置内O2浓度，结果如图所示，其中M为初始O2浓度，c、d组O2浓度相同。回答下列问题。(1)太阳光中的可见光由不同颜色的光组成，其中高等植物光合作用利用的光主要是____________________，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)光照t时间时，a组CO2浓度________(填“大于”“小于”或“等于”)b组。(3)若延长光照时间c、d组O2浓度不再增加，则光照t时间时a、b、c中光合速率最大的是________组，判断依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)光照t时间后，将d组密闭装置打开，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会________(填“升高”“降低”或“不变”)。答案：(1)红光和蓝紫光光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜素，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(2)大于(3)b再延长光照时长，c和d组的氧气浓度不再增加，说明此时受CO2浓度的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，a、c两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率相等且都等于呼吸速率，而b组由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率(4)升高解析：(1)光合色素可分为叶绿素和类胡萝卜两大类，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。(2)植物会进行光合作用和呼吸作用，光合作用消耗CO2产生O2，呼吸作用消耗O2产生CO2。分析图可知，光照t时间时，a组中的O2浓度少于b组，说明b组产生的O2更多，光合速率更大，消耗的CO2更多，即a组CO2浓度大于b组。(3)再延长光照时长，c和d组的氧气浓度不再增加，说明此时受CO2浓度的影响，光合速率等于呼吸速率，由于温度保持恒定，所以a、b、c三组的呼吸速率都是一样的，a、c两组的光合速率都等于呼吸速率，说明a、c两组的光合速率相等且都等于呼吸速率，而b组的由于光照较弱，消耗的CO2较少，所以t时光合速率仍然大于呼吸速率。(4)光照t时间后，c、d组O2浓度相同，即c、d组光合速率不再变化，此时限制d组光合速率的因素是CO2浓度。将d组密闭装置打开，会增加CO2浓度，并以c组光照强度继续照光，其幼苗光合速率会升高。4．(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(400μmol·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(1μmol·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____________。③预期结果：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(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)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，无论是正常光还是弱光条件下，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适宜且相同气孔开度或气孔大小B组气孔开度小于A组，C、D组气孔开度基本相同，且大于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中，所以常使用无水乙醇提取色素。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，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，不论是正常光还是弱光条件下，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，白色种子未完全成熟即可在母体上萌发，脱落酸具有抑制种子萌发的作用，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。为检验上述假设，该实验的自变量是植株的种类和是否干旱处理，又因为脱落酸能促进气孔关闭，因此因变量是气孔开度或气孔大小。实验过程中对植株的生长有影响的无关变量应控制相同且适宜。据此，依据实验设计遵循的对照原则和单一变量原则和题干中给出的不完善的实验设计可推知，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，萌发后在弱光及其他条件适宜且相同的条件下培养一周，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开度或气孔大小，取其平均值。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组气孔开度小于A组，C、D组气孔开度基本相同，且大于A、B组。5．(2024·安徽卷)为探究基因OsNAC对光合作用的影响，研究人员在相同条件下种植某品种水稻的野生型(WT)、OsNAC敲除突变体(KO)及OsNAC过量表达株(OE)，测定了灌浆期旗叶(位于植株最顶端)净光合速率和叶绿素含量，结果见下表。回答下列问题。净光合速率(umol·m－2·s－1)叶绿素含量(mg·g－1)WT24.04.0KO20.33.2OE27.74.6(1)旗叶从外界吸收1分子CO2与核酮糖－1，5－二磷酸结合，在特定酶作用下形成2分子3－磷酸甘油酸；在有关酶的作用下，3－磷酸甘油酸接受________________释放的能量并被还原，随后在叶绿体基质中转化为______________________。(2)与WT相比，实验组KO与OE的设置分别采用了自变量控制中的________、________(填科学方法)。(3)据表可知，OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率________。为进一步探究该基因的功能，研究人员测定了旗叶中编码蔗糖转运蛋白基因的相对表达量、蔗糖含量及单株产量，结果如图。结合图表，分析OsNAC过量表达会使旗叶净光合速率发生相应变化的原因：①_________________________________________________________________________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________________________________________________________________________。答案：(1)ATP和NADPH核酮糖－1,5－二磷酸和糖类等(2)减法原理加法原理(3)增大与WT组相比，OE组叶绿素含量较高，增加了对光能的吸收、传递和转换，光反应增强，促进旗叶光合作用