2024届高考生物一轮复习第3单元第9课捕获光能的色素和结构及光合作用过程学案

这是一份2024届高考生物一轮复习第3单元第9课捕获光能的色素和结构及光合作用过程学案，共31页。学案主要包含了教材细节命题，技法总结，命题动态等内容，欢迎下载使用。

第9课　捕获光能的色素和结构及光合作用过程
►学业质量水平要求◄
1．通过比较光反应和暗反应的关系与光合作用的元素去向分析，建立生命活动对立统一的观点。(生命观念)
2．通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力。(科学思维)
3．通过“绿叶中色素的提取和分离”实验，培养实验探究能力。(科学探究)

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)
(2)实验步骤。

(3)实验结果。

2．叶绿体中的色素及色素的吸收光谱
(1)叶绿体中的色素主要吸收可见光。
(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，对其他波段的光并非不吸收，只是吸收量较少。
吸收光谱如下：

3．叶绿体的结构与功能
(1)结构模式图：

(2)结构外表：双层膜 内部基质：含有与暗反应有关的酶 基粒：由类囊体堆叠而成，分布有 色素和与光反应有关的酶
(3)功能：进行光合作用的场所。
(4)恩格尔曼的实验：需氧细菌只分布在叶绿体被光束照射的部位，直接证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧。

1．植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。 (×)
2．叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。 (√)
3．光合作用需要的色素和酶分布在叶绿体基粒和基质中。 (×)
4．叶绿体内膜的面积远远大于外膜的面积。 (×)
5．通常，红外光和紫外光可被叶绿体中的色素吸收用于光合作用。 (×)
6．黑暗中生长的植物幼苗叶片呈黄色是由于叶绿素合成受阻。 (√)
7．探究黑藻叶片中光合色素的种类时，可用无水乙醇作提取液。 (√)
8．使用定性滤纸过滤研磨液。 (×)
9．在画出一条滤液细线后紧接着重复画线2～3次。 (×)
【教材细节命题】
1．(必修1 P97“问题探讨”)生产上，用无色(填颜色)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，应该选择红色和蓝紫色(填颜色)的照明灯为蔬菜补充光源。
2．(必修1 P98“探究·实践”)提取叶绿体中的色素，也可用下图所示的方法：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，则①～④依次对应哪种色素及颜色？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)。


1．实验注意事项及原因分析
过程
注意事项
操作目的
提取
色素
选材
选新鲜绿色的叶片
使滤液中色素含量高
实验试剂
研磨时加无水乙醇
溶解色素
加少量SiO2和CaCO3
研磨充分和保护色素
实验
操作
迅速、充分研磨
防止乙醇过度挥发
盛放滤液的试管口加棉塞
防止乙醇挥发和色素氧化
分离
色素
制备
滤纸条
滤纸预先干燥处理
使层析液在滤纸上快速扩散
画滤液
细线
滤液细线要直、细、齐
使分离出的色素带平整不重叠
滤液细线干燥后再画一到两次
使分离出的色素带清晰分明
分离滤
液中色素
滤液细线不触及层析液
防止色素直接溶解到层析液中
2．实验出现异常现象的原因分析
异常现象
原因分析
收集到的滤液绿色过浅
①未加石英砂(二氧化硅)，研磨不充分；
②使用放置数天的叶片，滤液色素(叶绿素)太少；
③一次加入大量的无水乙醇，提取液浓度太低(正确做法：分次加入少量无水乙醇)；
④未加碳酸钙或加入过少，色素分子被破坏
滤纸条色素带重叠
①滤液细线不直；
②滤液细线过粗
滤纸条无色素带
①忘记画滤液细线；
②滤液细线接触到层析液，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
滤纸条只呈现胡萝卜素、叶黄素的色素带
①忘记加碳酸钙导致叶绿素被破坏；
②所用叶片为黄叶
3．恩格尔曼实验方法的巧妙之处
(1)巧选实验材料：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的部位。
(2)巧妙排除干扰因素：没有空气的黑暗环境排除了氧气和光的干扰。
(3)巧妙设计对照实验：
①用极细的光束照射，叶绿体上可分为有光照和无光照的部位，相当于一组对照实验。
②临时装片暴露在光下的实验再一次验证实验结果。
4．影响叶绿素合成的三大因素
(1)光照：影响叶绿素合成的主要因素，一般植物在黑暗中不能合成叶绿素，因而叶片发黄。
(2)温度：可影响与叶绿素合成有关的酶的活性，进而影响叶绿素的合成。
(3)必需元素：叶绿素中含N、Mg等必需元素，缺乏N、Mg将导致叶绿素无法合成，叶片变黄。
5．色素与叶片的颜色


考向1| 绿叶中色素的提取和分离
1．在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时，甲、乙、丙、丁四位同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“＋”表示使用，“－”表示未使用)，其余操作均正常，他们所得的实验结果应依次为(　　)
试剂
甲
乙
丙
丁
无水乙醇
－
＋
＋
＋
CaCO3
＋
＋
－
＋
SiO2
＋
＋
＋
－

A．①②③④ B．②④①③
C．④②③① D．③②①④
B　解析：甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇，所以提取液中不会出现色素，色素分离的结果是②；乙同学操作正确，色素分离后得到的色素带有四条，与④情况相符；丙同学由于未加CaCO3，所以叶绿素含量减少，所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄，对应结果①；丁同学由于未加SiO2，导致叶片研磨不充分，最终导致各种色素的含量均减少，对应结果③。故B正确。
考向2| 色素的种类及功能
2．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
D　解析：题图中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，透射光下呈绿色，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。
考向3| 叶绿体的结构和功能
3．(2022·广东茂名月考)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NADPH
C．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
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。
4．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．叶绿体中色素的合成都需要Mg2+和光照
B．H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在基质中
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
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。
考点二　光合作用的原理

1．光合作用原理的部分实验探索
(1)19世纪末，科学界普遍认为在光合作用中，糖是由甲醛分子缩合成的。
(2)1928年，科学家发现甲醛不能通过光合作用转化成糖。
(3)1937年，英国科学家希尔：离体叶绿体在适当条件下发生水的光解，产生氧气。
(4)1941年，美国科学家鲁宾和卡门：研究了光合作用中氧气来源于水。
(5)1954年，美国科学家阿尔农：光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他还发现这一过程总是与水的光解相伴随。
2．光合作用
(1)概念：指绿色植物通过叶绿体，利用光能将CO2和水转化为储存能量的有机物，并且释放氧气的过程。
(2)光合作用的过程
①反应式：CO2＋H2O光能叶绿体(CH2O)＋O2。
②基本过程(据图填空)。

Ⅰ．NADPH；Ⅱ．2C3；Ⅲ．ADP＋Pi；Ⅳ．O2；Ⅴ．(CH2O)。
(3)光反应与暗反应的比较。
项目
光反应
暗反应(碳反应)
场所
类囊体的薄膜上
叶绿体基质
条件
需光
有光无光均可
物质变化
H2O 光能 H＋＋O2＋能量；
NADP＋＋H＋＋能量→NADPH；
ADP＋Pi＋能量 酶 ATP
CO2＋C5 酶 2C3；
2C3NADPH、ATP 酶 (CH2O)＋C5
能量变化
光能→ATP和NADPH中的化学能
ATP和NADPH中的化学能→(CH2O)中的化学能
3．光合作用和化能合成作用的比较
项目
光合作用
化能合成作用
区别
能量来源
光能
无机物氧化释放的能量
代表生物
绿色植物
硝化细菌
相同点
都能将CO2和H2O等无机物合成有机物

1．光反应必须在光照下进行，暗反应必须在黑暗处进行。 (×)
2．H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。 (×)
3．光合作用光反应阶段产生的NADPH可在叶绿体基质中作为还原剂。 (√)
4．没有叶绿体的生物无法进行光合作用。 (×)
5．在真核细胞内，能进行光合作用的色素分布在叶绿体以及液泡中。 (×)
6．光合作用中ATP的移动方向是从叶绿体基质到类囊体薄膜。 (×)
7．14CO2中14C的转移途径是14CO2→14C3→14C5 →14CH2O)。 (×)
8．土壤中的硝化细菌可利用CO2和H2O合成糖类。 (√)
9．CO2的固定实质上是将ATP中的化学能转变为C3中的化学能。 (×)
【教材细节命题】
1．(必修1 P104 正文)美国科学家卡尔文采用了放射性同位素标记技术追踪光合作用过程中CO2中的碳的去向。
2．(必修1 P103“相关信息”)水分解为氧和H＋的同时，被叶绿体夺去两个电子。电子经传递，可用于NADP＋与H＋结合形成NADPH。NADPH的作用是作为暗反应的还原剂；储备部分能量供暗反应利用。
3．(必修1 P103正文)光合作用过程中产生的ATP与细胞呼吸过程中产生的ATP的利用的不同之处在于光反应阶段产生的ATP用于暗反应阶段C3的还原；细胞呼吸过程中产生的ATP可用于除光合作用以外的生命活动。

1．明确光反应与暗反应的联系

(1)光反应为暗反应提供NADPH、ATP，暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋。
(2)没有光反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。
(3)C3还原消耗的能量不只来自ATP，还可由NADPH提供。
2．光合作用反应式及元素去向分析


3．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含量的变化[起始值C3高于C5(约其2倍)]。


图中各曲线表示的物质名称：
①图1中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。
②图2中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
③图3中曲线甲表示C5、NADPH、ATP，曲线乙表示C3。
④图4中曲线甲表示C3，曲线乙表示C5、NADPH、ATP。

考向1| 光合作用原理的探究历程
1．鲁宾和卡门向小球藻供给含不同比率18O的水和碳酸氢盐，研究光合作用释放氧气的氧原子来源。预测下列各组光合作用释放的氧气中含18O的比率依次为(　　)
组别
第1组
第2组
第3组
水中18O比率/%
0.85
0.20
0.20
碳酸氢盐中18O比率/%
0.61
0.40
0.57
A．100%　0　0
B．0.85%　0.85%　0.85%
C．0.85%　0.20%　0.20%
D．0.61%　0.40%　0.57%
C　解析：光合作用产生的O2来自水，经分析可知，C正确。
2．科学家往小球藻培养液中通入14CO2后，分别给予小球藻不同时间的光照后检测放射性物质的分布情况，结果如表所示。
实验组别
光照时间/s
放射性物质分布
1
2
大量3-磷酸甘油酸(三碳化合物)
2
20
多种磷酸化糖类
3
60
除上述多种磷酸化糖类外，还有氨基酸、有机酸等
根据上述实验结果分析，下列叙述错误的是(　　)
A．本实验利用小球藻研究的是光合作用的暗反应阶段
B．每组实验照光后需对小球藻进行处理使酶失活，才能测定放射性物质分布
C．CO2进入叶绿体后，最初形成的主要物质是多种磷酸化糖类
D．实验结果说明光合作用产生的有机物还包括氨基酸、有机酸等
C　解析：提取表格中的关键词“三碳化合物”“磷酸化糖类”“氨基酸、有机酸等”，据此推测本实验研究的是光合作用的暗反应阶段，A正确；由于某一反应的产物同时是下一个反应的反应物，要想准确测定放射性物质的分布，必须阻断后续的反应，B正确；CO2进入叶绿体后，最初形成的产物应该是三碳化合物，C错误；第3组实验中放射性物质分布在氨基酸、有机酸等物质中，表明光合作用产物中不仅有糖类，还有其他物质，D正确。
考向2| 光合作用的过程
3．(2021·重庆卷)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NADPH
C．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
A　解析：水光解产生O2的场所是叶绿体类囊体膜的内侧，若被有氧呼吸利用，O2需在线粒体内膜上参与反应，则O2从叶绿体类囊体膜穿出，再穿过叶绿体2层膜，然后进入同一细胞中的线粒体，穿过线粒体的2层膜，所以至少要穿过5层膜，A错误；光反应中NADP＋与电子(e－)和质子(H＋)结合形成NADPH，然后在暗反应过程中被消耗，B正确；由图可知，产生的ATP可用于暗反应以及色素合成、核酸代谢等其他消耗能量的反应，C正确；电子(e－)在类囊体薄膜上的有序传递是完成光能转换的重要环节，D正确。
4．下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．绿色植物能利用a物质将光能转换成活跃的化学能
B．e中不储存化学能，所以e只能充当还原剂
C．图中①表示水分的吸收，③表示水的光解
D．图中g物质被14C标记，在C3和(CH2O)中均可检测到放射性
B　解析：a为光合色素，c为ATP，a能吸收、传递、转化光能到c和NADPH中，A正确；e为水光解产生的H＋与NADP＋结合生成的NADPH，也含有活跃的化学能，可参与暗反应中C3的还原，B错误；图中①表示根从土壤中吸收水分，③表示水的光解，C正确；g为CO2，被14C标记的14CO2，经过固定会首先出现在C3中，随后会出现在(CH2O)中，不会出现在C5中，D正确。
【技法总结】巧记光合作用过程的“一、二、三、四”

考向3| 条件骤变时叶绿体中各物质含量变化
5．在适宜光照和温度条件下，植物叶绿体内C3和C5的浓度能达到饱和并维持相对稳定，通过改变实验条件可使叶绿体中的C3浓度在短时间内上升。据此分析，改变的实验条件可能是(　　)
A．中断CO2供应 B．突然停止光照
C．降低环境温度 D．减少水分供应
B　解析：光合作用的暗反应包括CO2的固定和C3的还原，C3的还原需要光反应提供NADPH和ATP。若中断CO2的供应，则CO2的固定受阻，而C3的还原仍在进行，将导致C3浓度降低，C5浓度上升，A不符合题意；若突然停止光照，则光反应不能进行，缺乏光反应提供的NADPH和ATP，C3的还原受阻，而CO2的固定仍在进行，将导致C3浓度上升，C5浓度下降，B符合题意；若降低环境温度，则光反应和暗反应都会受到影响，暗反应中CO2的固定和C3的还原都会受影响，总体结果是C3浓度和C5浓度都会下降，C不符合题意；若减少水分供应，则会导致叶片气孔关闭，CO2供应不足，C3浓度降低，C5浓度上升，D不符合题意。
6．(2023·广东茂名模拟)为研究光照与黑暗交替处理对花生叶片叶绿体中的ATP和ADP含量变化的影响。某研究小组测定的实验结果如下图所示。结合图中结果分析，下列叙述错误的是(　　)

A．光照0～5 min，叶肉细胞中发生了ADP与ATP之间的相互转化
B．光照5～20 mim，叶绿体中的ATP含量基本稳定，说明ATP与ADP转化逐渐停止
C．黑暗20～30 min，暗反应继续进行导致叶绿体中ATP和ADP的含量呈相反变化
D．光暗交替处理30 min，光暗条件对叶绿体中ADP与ATP转化过程的影响较大
B　解析：题图中ATP和ADP含量变化曲线显示，在开始光照的0～5 min内，ATP含量迅速上升，而ADP迅速下降，依据二者之间的转化关系可知，叶绿体中发生了ADP＋Pi＋能量 酶 ATP的转化过程，A正确；在有光照的条件下，叶绿体内将持续进行光合作用的光反应和暗反应过程，曲线显示叶绿体中ATP和ADP含量基本稳定，说明ATP与ADP的持续转化已维持在一定的速率下，但叶绿体中的ATP与ADP转化持续进行，并未停止，B错误；在黑暗20～30 min内，叶绿体因无光照，光反应停止，无法持续合成ATP，而暗反应在停止光照的短暂时间内继续进行，会继续消耗ATP，同时产生ADP，从而导致ATP和ADP的含量呈相反变化，C正确；曲线显示在光暗交替处理30 min内，ATP与ADP含量变化较大，这说明光暗条件对叶绿体内ADP与ATP转化过程的影响较大，D正确。

【命题动态】本专题为高频考点，考查的知识点非常多，包括色素的种类与作用、叶绿体色素的提取与分离、光合作用的过程。本专题高考试题多为非选择题，多结合曲线分析进行考查。能力考查点多为模型分析、获取信息、综合运用等，素养考查方面较多体现生命观念中的物质与能量观，科学思维中的归纳与概括、演绎与推理，科学探究中的实验设计与结果分析。

1．(2021·广东卷)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ATP
D．Rubisco催化C5和CO2结合
[思维培养]

D　解析：Rubisco参与植物光合作用过程中的暗反应，暗反应场所是叶绿体基质，故Rubisco存在于叶绿体基质中，A错误；暗反应在有光和无光条件下都可以进行，故参与暗反应的酶Rubisco的激活对光无要求，B错误；Rubisco催化CO2固定不需要ATP，C错误；Rubisco催化CO2的固定，即C5和CO2结合生成C3的过程，D正确。
2．(2022·山东卷)强光条件下，植物吸收的光能若超过光合作用的利用量，过剩的光能可导致植物光合作用强度下降，出现光抑制现象。为探索油菜素内酯(BR)对光抑制的影响机制，将长势相同的苹果幼苗进行分组和处理，如表所示，其中试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成。各组幼苗均在温度适宜、水分充足的条件下用强光照射，实验结果如图所示。
分组
处理
甲
清水
乙
BR
丙
BR＋L

(1)光可以被苹果幼苗叶片中的色素吸收，分离苹果幼苗叶肉细胞中的色素时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素主要吸收的光的颜色是________。
(2)强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，但氧气的产生速率继续增加。苹果幼苗光合作用暗反应速率不再增加，可能的原因有________________________、________________________(答出2种原因即可)；氧气的产生速率继续增加的原因是__________________________________
____________________。
(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光抑制________(填“增强”或“减弱”)；乙组与丙组相比，说明BR可能通过________________________发挥作用。
解析：(1)苹果幼苗叶肉细胞中的色素有叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，其中胡萝卜素在层析液中溶解度最大，故色素分离时，随层析液在滤纸上扩散速度最快的色素是胡萝卜素，主要吸收蓝紫光。(2)影响光合作用的外界因素有光照强度、CO2浓度、温度等；内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。强光照射后短时间内，苹果幼苗光合作用暗反应达到一定速率后不再增加，可能的原因有五碳化合物供应不足、CO2供应不足；氧气的产生速率继续增加的原因是强光照射后短时间内，光反应速率加快，水光解产生的氧气速率加快。(3)据图分析，与甲组相比，乙组加入BR后光合作用强度较高，说明加入BR后光抑制减弱；乙组用BR处理，丙组用BR和试剂L处理，与乙组相比，丙组光合作用强度较低，由于试剂L可抑制光反应关键蛋白的合成，说明BR可能通过促进光反应关键蛋白的合成发挥作用。
答案：(1)蓝紫色　(2)五碳化合物供应不足　CO2供应不足　强光照射后短时间内，光反应速率加快，水光解产生的氧气速率加快　(3)减弱　促进光反应关键蛋白的合成

1．(生活、学习和实践情境)我国北方地区冬季种植温室大棚蔬菜时，每到晴朗的中午，农民都要将塑料大棚开一道缝，以利于温室通风，农民将其叫作开风口。下列关于开风口的说法中不正确的是(　　)
A．开风口可以使大棚内的空气流通，能提高大棚内CO2的浓度
B．开风口是为了增加大棚内的O2含量，以促进蔬菜的有氧呼吸
C．开风口增加了温室内的光照强度，有利于光合作用的进行
D．开风口能够降低棚内的空气湿度，有利于蔬菜对水分的吸收
B　解析：开风口增加大棚内的空气流通，能提高大棚内CO2的浓度，利于提高光合作用效率，A正确；促进蔬菜的有氧呼吸会减少蔬菜的有机物积累量，所以开风口不是为了促进蔬菜的有氧呼吸，B错误；开风口减少了塑料对光照的遮挡，增加了温室内的光照强度，有利于光合作用的进行，C正确；开风口可以降低大棚内的湿度，使得植物生活于适宜的环境中，利于植物吸收水分和运输矿质元素，D正确。
2．(生命科学史情境)下列关于光合作用探究历程中相关实验的描述，错误的是(　　)
A．饥饿处理后，天竺葵叶片曝光部位可向遮光部位运输小分子有机物
B．受到均匀光照时，好氧细菌分布在水绵带状叶绿体所有受光照部位
C．改变水中H218O所占的比例，小球藻释放的氧气中18O2所占的比例也随之变化
D．供给小球藻14CO2，叶绿体内含14C的三碳化合物会不断积累
D　解析：饥饿处理后，天竺葵叶片曝光部位合成的小分子有机物如葡萄糖可向遮光部位运输，A正确；叶绿体是光合作用产生氧气的场所，受到均匀光照时，在水绵带状叶绿体周围有氧气释放，所有受光照部位都有好氧细菌分布，B正确；光合作用释放的氧气来自水的光解，改变水中H218O所占的比例，小球藻释放的氧气中18O2所占的比例也随之改变，C正确；在暗反应过程中CO2与C5反应生成C3，C3进一步转化为糖类和C5，叶绿体内C3和C5保持动态平衡，所以供给小球藻14CO2，叶绿体内含14C的三碳化合物不会不断积累，D错误。
课时质量评价(九)
(建议用时：40分钟)
一、选择题：每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求。
1．(2022·湖北卷)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
1 235
519
419
4.19
突变体1
512
75
370
1.59
突变体2
115
20
379
0.36
A．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
D　解析：两种突变体之间并无生殖隔离，仍属于同一物种，故两种突变体的出现体现了遗传多样性，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低，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，类胡萝卜素含量相对较高，此时叶片呈黄色，D正确。
2．下列有关“绿叶中色素的提取和分离”实验的叙述，正确的是(　　)
A．提取色素时加入SiO2的目的是防止研磨中色素被破坏
B．画滤液细线时要等上一次滤液线干燥后再进行画线
C．研磨时一次性加入足量无水乙醇的提取效果最好
D．分离色素时，滤液细线浸入层析液中会导致色素带变浅
B　解析：提取色素时需要加入一些特定试剂，加入SiO2的目的是使研磨更充分，加入CaCO3的目的是防止色素被破坏，A错误；重复画滤液细线时要等上一次滤液线干燥后再进行画线，B正确；研磨时无水乙醇应分次少量加入，C错误；分离色素时，滤液细线浸入层析液中会导致色素溶解在层析液中，最终滤纸上会得不到色素带，D错误。
3．下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。下列叙述不正确的是(　　)

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中检测到较高放射性
B　解析：结构A为叶绿体类囊体薄膜，参与光合作用的色素位于图中的A部分，A正确；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还原的过程，B错误；若突然停止光照，光反应合成的NADPH与ATP减少，被还原的C3减少，则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中检测到较高放射性，D正确。
4．(2022·湖南永州二模)中国科学院天津工业生物技术研究所研究员采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计、构建了11步反应的非自然固碳与淀粉合成途径，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。该途径使用了从自然界动物、植物、微生物等31种不同物种分离出来的62种生物酶催化剂。下列叙述错误的是(　　)
A．构成淀粉的元素只有C、H、O三种
B．该技术使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能
C．该技术能高效地合成淀粉，主要原因是科学家设计合成了全新的更加高效的酶
D．该技术的机制可能包括利用催化剂将二氧化碳通过一系列的化学反应转化为六碳化合物，再将六碳化合物连接成淀粉
C　解析：淀粉属于多糖，其元素组成只有C、H、O三种，A正确；根据题干“在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成”可知，该技术使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，B正确；据题干信息“该途径使用了从自然界动物、植物、微生物等31种不同物种分离出来的62种生物酶催化剂”可知，该技术中的酶来自自然界中不同生物，C错误；因为该技术首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成，联系光合作用的暗反应过程，推测该技术的机制可能包括利用催化剂将二氧化碳通过一系列的化学反应转化为六碳化合物，再将六碳化合物连接成淀粉，D正确。
5．(2022·广东佛山一模)光照条件下，叶肉细胞中O2与CO2竞争性结合C5，O2与C5结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸。在光呼吸中，可以明显地减弱光合作用，降低作物产量，没有ATP或NADPH的生成，是一个消耗能量的过程。光呼吸是植物在长期进化过程中，为了适应环境变化、提高抗逆性而形成的一条代谢途径，具有重要的生理意义。下列说法错误的是(　　)
A．光呼吸中C5与O2结合的反应发生在叶绿体的基质中
B．正常进行光合作用的水稻，突然停止光照，叶片CO2释放量先增加后降低
C．光呼吸会消耗有机物，适当抑制光呼吸可以增加作物产量
D．光合作用的产物淀粉和蔗糖都可以进入筛管，通过韧皮部运输到植株各处
D　解析：C5是暗反应阶段的反应物和产物，暗反应发生在叶绿体基质中，故C5与O2的结合发生在叶绿体基质中，A正确；光照停止，光反应阶段为暗反应阶段提供的ATP和NADPH减少，暗反应速率减慢，消耗的C5减少，C5和O2结合增加，导致CO2释放量增多，CO2又与O2竞争性结合C5，使光呼吸速率减慢，从而使CO2释放量降低，B正确；光呼吸会消耗有机物，降低作物产量，适当抑制光呼吸可以增加作物产量，C正确；光合作用的产物有淀粉和蔗糖，蔗糖可进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处，D错误。
6．1941年，鲁宾和卡门为了研究光合作用产生的氧气是否来自水，设计了如图甲的装置，得到了图乙所示的氧气中18O百分比的三个实验结果。下列叙述正确的是(　　)

A．该实验的自变量为18O标记的反应物类型
B．该装置加 NaHCO3溶液的目的是保持溶液pH的稳定
C．实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的气体，阀门2要保持关闭
D．科学家可根据在水与氧气中18O的百分比的一致性得出“氧气来自水”的结论
C　解析：该实验的自变量为18O标记的H2O的百分比，A错误；该装置加 NaHCO3溶液的目的是给小球藻的光合作用提供CO2，B错误；实验中阀门1必须打开用于收集试管中产生的氧气，阀门2要保持关闭，C正确；可根据在水与氧气中18O的百分比和水与氧气中16O的百分比的一致性得出“氧气来自水”的结论，D错误。
7．用14CO2“饲喂”叶肉细胞，让叶肉细胞在光下进行光合作用。一段时间后，关闭光源将叶肉细胞置于黑暗环境中，含放射性的C3浓度的变化情况如图所示，下列相关叙述错误的是(　　)

A．叶肉细胞利用14CO2的场所是叶绿体基质
B．若a点时突然停止供应CO2，则叶肉细胞中C5浓度将会上升，C3浓度将会下降
C．ab段含放射性的C3浓度不变的原因是 14CO2 消耗殆尽
D．b点后曲线上升是因为黑暗条件下，叶绿体基粒不能继续产生NADPH和ATP
C　解析：叶肉细胞中固定CO2的场所是叶绿体基质，A正确。若a点时突然停止供应CO2，CO2的固定减弱，消耗的C5减少，还原生成的C5暂不变，叶肉细胞中C5浓度将会上升；CO2的固定减弱，生成的C3减少，还原消耗的C3暂不变，C3浓度将会降低，B正确。ab段含放射性的C3浓度相对稳定的原因是14C3的生成和14C3的消耗也相对稳定，C错误。黑暗条件下叶肉细胞不能进行光反应，不能为暗反应提供NADPH和ATP等物质，导致C3还原受阻，其含量上升，D正确。
8．自然条件下植物所处的光环境非常复杂，其中强光和弱光都是植物经常遭遇的环境光照强度。将黄瓜盆栽苗分为3个组处理：T1组为持续5 h强光，然后持续5 h弱光；T2组是强光和弱光每3 min更替1次，总时间为10 h；T3为完全弱光处理10 h。处理结束后测量了幼苗干重、叶绿素含量及叶绿素a/b的值等指标，结果如图所示。有关分析正确的是(　　)

A．T2组较T1组幼苗干重偏低是由于光照强度减弱所致
B．T2组处理后导致了叶绿素a含量降低较叶绿素b更加明显
C．T3组叶绿素含量增加但幼苗干重下降与CO2供应不足有关
D．光照能量相同时，稳定光照比更替频繁光照更有利于幼苗的生长
D　解析：T2组和T1组的自变量是强光和弱光更替的频率，而不是光照强度，A错误；T2组叶绿素a/b的值最大，所以叶绿素b含量降低较叶绿素a更加明显，B错误；T3组是一直在弱光条件下处理，所以其幼苗干重下降主要与光照强度降低有关，C错误；比较T1和T2组实验结果可知，稳定的光照有利于幼苗的生长，D正确。
9．蓝细菌在光合作用中以H2O作为供氢体，而光合细菌则以H2S作为供氢体进行光合作用。下列叙述错误的是(　　)
A．二者的光合色素均分布在类囊体的薄膜上
B．二者的拟核中均含有一个环状的DNA分子
C．二者均在核糖体上合成光合作用所需的酶
D．蓝细菌进行光合作用产生O2，但光合细菌不产生O2
A　解析：蓝细菌和光合细菌都属于原核生物，无叶绿体，故无类囊体薄膜，A错误；二者都是原核生物，有拟核，拟核中分布的是环状的DNA，B正确；二者都有核糖体，光合作用所需的酶都是在核糖体上合成的，C正确；蓝细菌进行光合作用产生O2，但光合细菌以H2S作为供氢体进行光合作用，无法产生O2，D正确。
二、非选择题
10．(2023·广东惠州模拟)为了适应高温干旱的环境，有些植物的气孔在夜间开放，白天关闭，以一种特殊的方式固定CO2使光合作用效率最大化。下图为菠萝叶肉细胞内的部分代谢示意图，请据图回答下列问题：

(1)干燥条件下，菠萝叶肉细胞白天能产生CO2的具体部位是___________________________________________________________________。
(2)如上图所示，PEP、OAA、RuBP、PGA、C为菠萝叶肉细胞内的部分代谢物质，能固定CO2的有________________，推测进入线粒体的C可能是________。
(3)请结合图中CO2的变化途径分析，在长期干旱条件下该植物仍能在白天正常进行光合作用的机制是________________________________________________
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)若将一株菠萝置于密闭装置内进行遮光处理，用CO2传感器测定装置中CO2的变化速率，并以此作为测定该植物的呼吸速率的指标，这种做法是否合理，______。原因是______________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：(1)白天产生CO2的途径有两条：一条是苹果酸脱羧产生CO2，一条是由线粒体中的丙酮酸分解产生，因此具体产生部位是细胞质基质和线粒体基质。(2)参与CO2固定的有细胞质基质和叶绿体两个结构。在细胞质基质中，CO2与PEP结合生成OAA；在叶绿体中，CO2与RuBP生成PGA，所以能参与CO2固定的物质有PEP和RuBP。物质C能进入线粒体中被氧化分解，可能是丙酮酸。(3)夜晚吸收的CO2经过一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭时，一方面苹果酸从液泡运出并通过分解提供CO2；另一方面丙酮酸氧化分解提供CO2，以保证光合作用的正常进行。(4)将菠萝置于密闭装置内进行遮光处理，虽然不能进行光合作用，但菠萝呼吸作用产生CO2的同时也吸收CO2用于合成苹果酸，所以容器内CO2的变化速率不能作为测定该植物呼吸速率的指标。
答案：(1)细胞质基质、线粒体基质　(2)PEP、RuBP　丙酮酸　(3)夜晚吸收的CO2经过一系列反应转化为苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭时，一方面苹果酸从液泡运出并通过分解提供CO2；另一方面丙酮酸氧化分解提供CO2，以保证光合作用的正常进行　(4)不合理　菠萝在遮光条件下进行呼吸作用产生CO2的同时也吸收CO2用于合成苹果酸。所以容器内CO2的变化速率不能作为测定该植物呼吸速率的指标
11．(2021·湖南卷)图a为叶绿体的结构示意图，图b为叶绿体中某种生物膜的部分结构及光反应过程的简化示意图。回答下列问题：


(1)图b表示图a中的________结构，膜上发生的光反应过程将水分解成O2、H＋和e－，光能转化成电能，最终转化为________和ATP中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中电子传递速率会________(填“加快”或“减慢”)。
(2)为研究叶绿体的完整性与光反应的关系，研究人员用物理、化学方法制备了4种结构完整性不同的叶绿体，在离体条件下进行实验，用Fecy或DCIP替代NADP＋为电子受体，以相对放氧量表示光反应速率，实验结果如表所示。
实验项目
叶绿体类型
叶绿体A：双层膜结构完整
叶绿体B：双层膜局部受损，类囊体略有损伤
叶绿体C：双层膜瓦解，类囊体松散但未断裂
叶绿体D：所有膜结构解体破裂成颗粒或片段
实验一：以Fecy为电子受体时的放氧量(相对值)
100
167.0
425.1
281.3
实验二：以DCIP为电子受体时的放氧量(相对值)
100
106.7
471.1
109.6
注：Fecy具有亲水性，DCIP具有亲脂性。
据此分析：
①叶绿体A和叶绿体B的实验结果表明，叶绿体双层膜对以________(填“Fecy”或“DCIP”)为电子受体的光反应有明显阻碍作用，得出该结论的推理过程是_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
②该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C，表明在无双层膜阻碍、类囊体又松散的条件下，更有利于____________________，从而提高光反应速率。
③以DCIP为电子受体进行实验，发现叶绿体A、B、C和D的ATP产生效率的相对值分别为1、0.66、0.58和0.41。结合图b对实验结果进行解释：_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
解析：图a表示叶绿体的结构，图b中有水的光解和ATP的生成，表示光合作用的光反应过程。(1)光反应发生在叶绿体的类囊体薄膜上，即图b表示图a的类囊体膜。在光反应过程中，色素吸收的光能最终转化为ATP和NADPH中活跃的化学能。若CO2浓度降低，暗反应速率减慢，叶绿体中电子受体NADP＋减少，则图b中的电子去路受阻，电子传递速率会减慢。(2)①比较叶绿体A和叶绿体B的实验结果，实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时；实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异，说明叶绿体的双层膜对以Fecy为电子受体的光反应有明显阻碍作用。②在无双层膜阻碍、类囊体松散的条件下，更有利于类囊体上的色素吸收光能，从而提高光反应速率，所以该实验中，光反应速率最高的是叶绿体C。③根据图b可知，ATP的合成依赖于氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低。
答案：(1)类囊体　NADPH　减慢　(2)①Fecy　实验一中叶绿体B双层膜局部受损时，以Fecy为电子受体的放氧量明显大于双层膜完整时，实验二中叶绿体B双层膜局部受损时，以DCIP为电子受体的放氧量与双层膜完整时无明显差异
②类囊体上的色素吸收光能　③ATP的合成依赖于氢离子顺浓度梯度通过类囊体薄膜上的ATP合成酶，叶绿体A、B、C、D类囊体薄膜的受损程度依次增大，因此ATP的产生效率逐渐降低