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2025年高考生物精品教案第三章细胞代谢课时4光合作用与能量转化
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这是一份2025年高考生物精品教案第三章细胞代谢课时4光合作用与能量转化，共34页。
考点1 捕获光能的色素和结构
学生用书P069
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理及方法
（2）实验步骤
（3）实验结果及分析
（4）实验失败的原因分析
2.叶绿体中的色素及叶绿体的结构
（1）叶绿体中的色素
（2）叶绿体的结构
基础自测
1.提取绿叶中色素的溶剂也可用于提取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素。（ × ）
2.研磨绿叶时加入少许CaCO3，能够使研磨充分。（ × ）
3.绿叶中含量越多的色素，在滤纸条上扩散得越快。（ × ）
4.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。（ √ ）
5.没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。 （ × ）
6.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。（ × ）
7.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。（ × ）
8.叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶[2022浙江1月，T8C]。（ × ）
9.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离[2021北京，T13C]。（ × ）
10.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，T3C]。（ √ ）
11.光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 叶绿素（或叶绿素a、叶绿素b） ；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第 一和二 条[2023海南，T16（1）]。
情境应用
1.为什么有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝紫色光的灯管，并且在白天也开灯？为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？
提示 因为光合色素对红光和蓝紫光的吸收最多，补充这两种类型的光，有利于提高蔬菜的产量，而绿色光源发出的是绿光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中提高有机物产量。
2.玉米田里的白化苗长出几片叶子后会死亡，原因是什么？
提示 玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，待种子中储存的营养物质被消耗尽后，无法产生新的有机物，因此玉米白化苗长出几片叶子后会死亡。
3.蒜黄和韭黄都是黄色的，秋后的绿叶会变黄，贫瘠土壤中生长的植物叶片一般也偏黄，影响这些现象形成的因素分别是什么？
提示 韭黄和蒜黄是在无光的环境下培育的，没有光照不合成叶绿素；秋后温度降低，叶绿素合成少，分解多；贫瘠土壤缺Mg等会影响叶绿素的合成，使叶片变黄。
深度思考
1.在进行纸层析时，若采用圆形滤纸，则结果是什么？
提示 在圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
2.叶绿体类囊体膜上的色素都能转化光能吗？
提示 不是。叶绿体类囊体膜上的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，其能够捕获（或转化）光能。
3.恩格尔曼实验一的方法有什么巧妙之处？
提示 ①实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验的准确性。③观测指标设计妙：通过需氧细菌的分布，能够准确地判断出水绵细胞中释放O2的部位。④实验对照设计妙：进行黑暗＋极细光束照射和置于光下的对比实验，从而明确实验结果不同完全是由光照引起的。
从“两个角度”把握色素提取液的选取
学生用书P072
命题点1 色素的提取和分离实验的原理和过程分析
1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（ B ）
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.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素
解析 用有机溶剂提取色素时，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，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的量，但该实验提取和分离色素的方法不能用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。
2.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（ C ）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
D.光吸收差异显著，色素带缺第3条
解析 叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红光照射时光吸收差异不显著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C正确。
命题点2 色素的种类和功能分析
3.[2023全国乙改编]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是（ D ）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.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
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的
解析 叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；波长为640～660 nm的光是红光，叶绿素可吸收红光参与光合作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。
命题变式
[题干拓展型]科学家在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图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是（ C ）
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Mg
C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端
D.土壤缺镁时，植物叶片对420～470 nm波长光的利用量增加
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。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0，即不吸收红光，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率最慢，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；镁是组成叶绿素的重要元素，土壤缺镁时，叶绿素合成减少，植物叶片对420～470 nm波长光的利用量减少，D错误。
命题点3 叶绿体的结构和功能
4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（ D ）
A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积
解析 图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（ A ）
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析 叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光能，但不需要ATP提供能量，D错误。
考点2 光合作用的过程
学生用书P073
1.探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用的概念
3.光合作用的过程
1.真核细胞的光反应
2.原核细胞的光反应
教材补遗（1）[必修1 P104“相关信息”]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“相关信息”]光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
（3）[必修1 P106小字部分]光合作用和化能合成作用的比较：
4.环境因素骤变对光合作用过程的动态影响
借助光合作用过程图解从物质的生成和消耗两个方面综合分析：
提醒C5、NADPH、ATP的变化一致，C3与C5、NADPH、ATP的变化相反；对光合作用有利，（CH2O）合成增加，反之则减少。
1.解答有关光合作用过程的试题，要牢记“二二三四”法则
2.根据化学平衡可知：底物浓度增加、产物浓度减少⇒使化学平衡向正方向移动；反之亦然。
基础自测
1.H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。（ × ）
2.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。（ √ ）
3.叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉。（ × ）
4.光合作用释放的O2中的O来自CO2和H2O。（ × ）
5.光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP中稳定的化学能。（ × ）
6.光合作用过程中，ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。（ × ）
7.在暗反应阶段，CO2不能直接被还原[2021湖南，T7B]。（ √ ）
8.在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是CO2和 C5 。
9.不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是 ATP、NADPH、O2 （答出3点即可）[2022全国甲，T29（1）]。
10.参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与 镁 离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动 ATP和NADPH 两种物质的合成以及 水 的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到 C5 分子上，反应形成的产物被还原为糖类[2021河北，T19（2）]。
情境应用
1.1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在无CO2的条件下给予光照，离体叶绿体可以发生水的光解、产生氧气。希尔实验说明水的光解与糖类等有机物的合成不是同一个化学反应，原因是 希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，缺少合成糖的必需原料——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段 。
2.有关光合作用的两组实验——甲组：连续光照5分钟和黑暗5分钟；乙组：间隔光照（5秒光照、5秒黑暗交替进行），总光照5分钟和黑暗5分钟。10分钟时间内哪一组有机物的合成量多？为什么？
提示 乙组有机物合成量多。因为光照和黑暗交替处理，使光反应产生的ATP和NADPH能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
3.模拟鲁宾和卡门的实验时，能否对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记，为什么？
提示 不能。因为同位素示踪法只能检测同位素的存在，不能检测是哪种同位素，若同一实验中CO2和H2O中的O均被标记，则无法分辨O2中的O到底是来自CO2还是H2O。
学生用书P074
命题点1 光合作用的探究历程分析
1.下列有关实验变量的叙述，错误的是（ A ）
A.用小球藻和CO2验证卡尔文循环的实验中，自变量是CO2中C是否被标记
B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验，因变量是是否产生还原糖
C.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌研究光合作用的实验中，因变量观测指标是需氧细菌的分布情况
D.鲁宾和卡门研究光合作用中O2来源的实验中，自变量是被18O标记的原料
解析 用小球藻和CO2验证卡尔文循环的实验中，自变量是时间，A错误；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验中，需借助斐林试剂检测是否产生了还原糖，即因变量是是否产生还原糖，B正确；恩格尔曼利用水绵和需氧细菌进行实验，通过观察需氧细菌的分布来判断O2产生的部位，最终证明叶绿体是进行光合作用的场所，C正确；鲁宾和卡门用同位素示踪法证明光合作用释放的O2来自水，自变量是被18O标记的原料，D正确。
2.1941年鲁宾和卡门用同位素18O标记水和碳酸氢盐，加入三组小球藻培养液中。在适宜光照下进行实验，结果如表所示。下列叙述错误的是（ C ）
A.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氢盐提供
B.氧气中18O比率不受光合作用反应时间的影响
C.鲁宾和卡门进行该实验的目的是验证光合作用产物中有氧气
D.卡尔文也运用相同的方法用14C标记二氧化碳，研究暗反应中物质的变化
解析 碳酸氢盐能释放二氧化碳，为光合作用提供二氧化碳，A正确；根据表格数据，在45 min、110 min、225 min释放的氧气中18O比率和水中18O起始比率基本一致，说明氧气中18O比率不受光合作用反应时间影响，B正确；鲁宾和卡门进行该实验的目的是探究光合作用中氧气中氧的来源，C错误；卡尔文也运用同位素示踪法用14C标记二氧化碳，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，D正确。
命题点2 光合作用的过程分析
3.[天津高考]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 ）
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有CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2 的固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素
解析 由题干信息“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；该反应体系中有分离得到的类囊体，含有光合色素，D错误。
命题变式
[设问拓展型]题干条件不变，下列说法错误的是（ A ）
A.该反应体系的结构与叶绿体外膜的结构相同
B.该反应体系会消耗CO2和H2O
C.加入的16种物质应该包含ADP、NADP＋等物质
D.可以测定该反应体系的净光合速率
解析 该反应体系是由单层脂质分子包裹形成的，而叶绿体的外膜是双层脂质分子，且含蛋白质，A错误；该反应体系能够连续进行CO2的固定和还原，会消耗CO2和H2O，B正确；该反应体系是人工构建的光合作用反应体系，且在光照条件下进行，故需要加入的物质应包含ADP和NADP＋等物质，C正确；净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，而该半人工光合作用反应体系能够进行光合作用，不能进行呼吸作用，即呼吸速率为0，故该反应体系测定的光合速率即为其净光合速率，D正确。
4.[2021广东]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Rubisc。下列叙述正确的是（ D ）
A.Rubisc存在于细胞质基质中
B.激活Rubisc需要黑暗条件
C.Rubisc催化CO2固定需要ATP
D.Rubisc催化C5和CO2结合
解析 据题意可知，Rubisc是唯一催化CO2固定形成C3的酶，则其存在于叶绿体基质中，A错误；有、无光照均可发生暗反应，因此激活Rubisc不需要黑暗条件，B错误；Rubisc催化CO2的固定不需要消耗ATP，C错误；据题意，Rubisc是催化CO2固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2结合形成C3的酶，D正确。
命题点3 不同条件下光合作用过程中物质含量变化的分析
5.[天津高考]在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（ C ）
A.红光，ATP下降
B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降
D.绿光，C5上升
解析 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和NADPH增多，C3的还原加快，短时间内CO2的固定仍以原来的速率进行，导致未被还原的C3减少，A、B错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，短时间内叶绿体内产生的ATP和NADPH减少，C正确；NADPH和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减慢，此时CO2的固定仍以原来的速率消耗C5，则短时间内C5的含量会下降，D错误。
命题变式
[条件改变型]若突然改用光照强度与白光相同的蓝紫光，则短时间内光反应会 增强 ，产生ATP的速率 加快 ，未被还原的C3 减少 。
解析 改用蓝紫光，相当于增加光照强度，导致光反应增强，产生NADPH和ATP的速率加快，C3的还原加快，而CO2的固定速率暂时不变，因此未被还原的C3减少。
6.[山东高考，9分]人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
（1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 模块1和模块2 ，模块3中的甲可与CO2结合，甲为 五碳化合物（或C5） 。
（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将 减少 （填“增加”或“减少”）。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 。
（3）在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量 高于 （填“高于”“低于”或“等于”）植物，原因是 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖类） 。
（4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是 叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，且植物体水分供应不足 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
解析 （1）由题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转化为电能，模块2利用电能电解水生成H＋和O2，并发生能量的转化。该系统中的模块1和模块2相当于执行了叶绿体中光反应的功能。模块3将大气中的CO2转化为糖类，相当于执行了光合作用的暗反应，暗反应中CO2的固定指的是CO2和C5结合生成C3。C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物（C5），乙为三碳化合物（C3）。（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物（C3）的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致C3含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。（3）植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。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，该系统糖类的积累量高于植物。（4）干旱条件下，为了减少水分散失，植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，影响暗反应过程，且植物体内水分供应不足，也会影响光反应过程。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。
7.[7分]为探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料开展了下列实验，其他无关变量保持相同且适宜。请回答下列问题：
（1）光合作用中包含需要光的阶段和 不需要光 的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂遮光，并提供 14CO2 ，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。
（2）分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组 高 ，依据是 B组的光照时间是A组的一半，其光合产物相对含量却是A组的94％ 。
（3）科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP＋时，体系中会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生 H＋和 e－ 。
解析 （1）光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂遮光，并提供14CO2，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。（2）分析表格可知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94％，所以B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组高。（3）科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP＋时，体系中会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H＋和 e－。
情境热点3 光系统与电子传递链、逆境下光合作用的特殊途径
热点1 光系统与电子传递链
光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）。
注：图中虚线表示该生理过程中电子（e－）的传递过程。
（1）光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子（e－），光系统Ⅰ主要介导NADPH的产生。
（2）电子（e－）经过的电子传递链：H2O→光系统Ⅱ→质体醌（PQ）→细胞色素b6f复合体→质体蓝素（PC）→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白（Fd）→NADPH。
（3）电子传递过程是从高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子（H＋）逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入类囊体腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。
（4）类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子梯度来合成ATP。
（1）PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的 类囊体薄膜 上，含有的光合色素主要包括 叶绿素和类胡萝卜素 两大类，这些色素的主要功能有 吸收、传递和转化光能 。
（2）图示过程中，PSⅡ和PSⅠ以串联的方式协同完成电子由 水 （物质）释放、最终传递给 NADP＋ （物质）生成NADPH的过程。
（3）光照的驱动既促使水分解产生H＋，又伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中的H＋转运至 类囊体腔 ，同时还在形成NADPH的过程中 消耗 叶绿体基质中部分H＋，造成类囊体膜内外的H＋产生了浓度差。请结合图示信息分析，类囊体膜内外的H＋浓度差在光合作用中的作用是 为光反应中ATP的合成过程提供能量 。
1.[2023湖北]植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（ C ）
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获
D.PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
解析 据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体中光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。
2.[2021重庆]如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 ）
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
解析 分析图示可知，水光解产生的O2在类囊体腔内，叶绿体和线粒体均有双层膜，因此水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，至少需要穿过5层膜，A错误；在光反应过程中，NADP＋与e－和质子（H＋）结合形成NADPH，B正确；由图可知，光反应产生的ATP可以用于暗反应、色素合成、核酸代谢等消耗能量的反应，C正确；分析可知，光反应产生的电子（e－）通过一系列的有序传递，将光能转化为储存在ATP中的活跃的化学能，D正确。
热点2 逆境下光合作用的特殊途径
情境一 光呼吸的原理和作用
1.原理：O2和CO2竞争Rubisc。在暗反应中，Rubisc能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisc，在光的驱动下将有机物氧化分解，释放CO2。
2.光呼吸对生物体的影响：在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。另外，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义。
情境二：光合作用的C3途径、C4途径和CAM途径
1.C3途径：也称卡尔文循环，整个过程形成从RuBP（C5）与CO2的羧化生成C3，到C5再生的循环，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见的C3植物有小麦、大豆、水稻等。
2.C4途径：在玉米的光合作用中，CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物（C4）中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径叫作C4途径（如图所示）。C4植物比C3植物具有更强的固定CO2（特别是在高温、光照强烈、干旱条件下）的能力。常见的C4植物还有甘蔗、高粱、苋菜等。
说明：PEP为磷酸烯醇式丙酮酸，属于三碳化合物。
3.CAM途径：指生长在干旱及半干旱地区的一些肉质植物（最早发现在景天科植物）所具有的一种光合固定CO2的附加途径。其特点是：CAM植物气孔只在晚上开放，将CO2固定生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧产生CO2，再通过卡尔文循环转变成糖类。这是植物对干旱环境的适应。具有这种途径的植物称为CAM植物，CAM植物两次CO2的固定在时间上是分开的。CAM途径如图所示，常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、仙人掌等。
（1）光呼吸涉及的场所主要有 叶绿体、线粒体 。从能量角度分析，有氧呼吸和光呼吸的主要区别是 光呼吸消耗能量，有氧呼吸分解有机物，产生能量 。
（2）C4植物光反应发生在叶肉细胞的 叶绿体 上，而CO2的固定发生在 叶肉细胞和维管束鞘 细胞中。
（3）从进化的角度看，景天科植物的这种气孔开闭特点的形成是 自然选择 的结果。夜间景天科植物吸收的CO2 不能 （填“能”或“不能”）用于合成葡萄糖，原因是 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH 。
（4）C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径的特殊之处都是先有固定 CO2 的作用，最终还是通过C3途径合成 有机物 。
3.[2023广东四校联考]芦荟是一种经济价值很高的植物，可净化空气。芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是（ A ）
A.夜晚气孔开放，芦荟能进行暗反应产生糖类
B.芦荟液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化
C.芦荟叶片内的CO2经固定会产生两种不同的初产物
D.芦荟可能原产于炎热干旱地区，其气孔在夜晚和白天开放度不同是对炎热干旱环境的适应
解析 芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中，晚上不能进行光反应，无法产生ATP和NADPH，故夜晚芦荟不能进行暗反应，A错误；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中（pH降低），白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来（液泡中pH升高），在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类，因此液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化，B正确；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2经固定形成C3，C正确；白天气孔关闭可防止蒸腾作用失水过多，芦荟气孔在夜晚和白天开放度不同可能是对炎热干旱环境的适应，D正确。
4.[2023湖南，12分]如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc对CO2的Km为450 μml·L－1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC酶对CO2的Km为7 μml·L－1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
（1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 3－磷酸甘油醛 （填具体名称），该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 蔗糖 （填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通过 韧皮部 长距离运输到其他组织器官。
（2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 高于 （填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ①在干旱、高光照强度环境下，水稻关闭大部分气孔，CO2的吸收减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力更大，提高了玉米固定CO2的能力，可以为暗反应提供更多的CO2；②水稻中的Rubisc在CO2吸收减少时，催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有；③玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率 （答出三点即可）。
（3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 ①光合色素含量的限制；②与光合作用有关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机制不同 （答出三点即可）。
解析 （1）卡尔文循环是植物光合作用共有的途径，分析题图可知，水稻的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3－磷酸甘油醛，因此玉米卡尔文循环中第一个光合还原产物也是3－磷酸甘油醛。（2）在干旱、高光照强度环境下，蒸腾作用过强，水稻关闭大部分气孔，导致水稻吸收CO2的量减少，光合作用减弱，而玉米为C4植物，根据题中信息可知，PEPC酶对CO2的Km为7 μml·L－1，Rubisc对CO2的Km为450 μml·L－1，Km越小，酶对底物的亲和力越大，则PEPC酶固定CO2的能力较强，在CO2浓度较低时，能够固定较多的CO2，有利于光合作用的进行；结合（1）中分析可知，玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率；又知水稻中的Rubisc在CO2吸收减少时，可催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有。综上可知，在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。（3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻后，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下，水稻的光合作用强度无明显变化的原因可能是受光合色素含量的限制；受与光合作用有关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机制不同等。
1.[2022湖北]某植物的2种黄叶突变体表型相似，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（ D ）
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
解析 野生型、突变体1、突变体2属于同一物种，两种突变体的出现增加了遗传多样性，未增加物种多样性，A错误；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表可知，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1的少，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存在差异，有可能是不同基因突变所致，也有可能是同一基因突变方向不同所致，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，叶绿素含量较少，叶片呈黄色，D正确。
2.[2023全国乙，10分]植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60％左右。回答下列问题。
（1）气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 光合作用、呼吸作用 （答出2点即可）等生理过程。
（2）红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放 。
（3）某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照
射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响 。
（4）已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 能 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。
解析 （1）气孔的开闭会影响CO2的吸收（光合作用）、O2的吸收（有氧呼吸）、蒸腾作用等生理过程。（2）气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成，保卫细胞中含有叶绿体，在光下可进行光合作用，在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放。（3）用饱和红光照射某植物叶片时，其光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响。因此气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。（4） 已知某除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片不能进行光合作用，从而不能产生有机物以维持气孔开放，但阳光照射下保卫细胞可逆浓度梯度吸收K＋，使气孔维持一定的开度。
3.[2021天津，10分]Rubisc是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisc的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
（1）蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO2依次以 自由扩散 和 主动运输 方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，从而通过促进 CO2固定 和抑制 O2与C5结合 提高光合效率。
（2）向烟草内转入蓝细菌Rubisc的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的 叶绿体 中观察到羧化体。
（3）研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3－和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应 提高 ，光反应水平应 提高 ，从而提高光合速率。
解析 （1）由图可知，CO2通过细胞膜不需要载体蛋白协助，也不需要消耗能量，故CO2通过细胞膜的方式为自由扩散；CO2通过光合片层膜需要CO2转运蛋白的协助，同时需要消耗能量，故CO2通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，进而促进CO2固定，抑制O2与C5结合，从而提高光合效率。（2）烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，说明蓝细菌Rubisc的编码基因和羧化体外壳蛋白编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达，形成羧化体。（3）转基因烟草的光合速率并未提高，可能是受CO2浓度的限制。若再转入HCO3－和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，则可以提高叶绿体中的CO2浓度，理论上，该转基因植株的暗反应水平应提高，暗反应为光反应提供更多的ADP和NADP＋，光反应水平也应提高，从而提高光合速率。
4.[2021江苏，11分]线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。
（1）叶绿体在 类囊体薄膜 上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是 叶绿素和类胡萝卜素 。
（2）光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3）。为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生 C5 ；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了 12 个CO2分子。
（3）在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的 [H] 中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为 ATP 中的化学能。
（4）为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是取培养10～14 d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率（单位为μmlO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素）。请完成下表。
解析 （2）C3在叶绿体基质中合成，一些C3必须用于再生C5以维持光合作用持续进行，另一部分被运到细胞质基质中，运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。蔗糖是二糖，一分子蔗糖是由两分子六碳糖结合形成的，每运出一分子蔗糖需要固定12个CO2分子。（3）光反应的产物有ATP和NADPH，其中NADPH起还原剂的作用，含有还原能，草酰乙酸/苹果酸穿梭可将还原能输出叶绿体，经线粒体进行呼吸作用转化为ATP中的化学能。（4）设计实验应遵循单一变量原则和对照原则，①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮，即设置寡霉素为单一变量的对照组；②对照组和各实验组均测定多个大麦叶片，可减少叶片差异产生的误差；③叶绿素定量测定、计算光合放氧速率以研究线粒体对光合作用的影响，故称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液进行叶绿素定量测定。
学生用书·练习帮P405
一、选择题
1.[2024贵阳模拟]韭菜在黑暗中生长会变成黄色，称之为韭黄。提取并分离韭黄叶片色素，与正常韭菜叶相比，滤纸条上只有上端两条色素带。下列相关叙述正确的是（ D ）
A.可用无水乙醇进行色素的分离
B.滤纸条上的色素主要吸收红橙光
C.处于滤纸条最上端的色素是叶黄素
D.实验结果说明叶绿素的合成需要光照
解析 提取叶片中的光合色素时，一般使用无水乙醇，分离光合色素时，一般使用层析液，A错误；由题干信息可知，韭黄中不含有叶绿素，滤纸条上的色素是胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，B错误；处于滤纸条最上端的色素是胡萝卜素（小技巧：以绿叶中色素的分离结果为例，滤纸条上由上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b），C错误；分析题干可知，韭黄是在黑暗条件下形成的，而正常情况下（有光照时）会形成绿色的韭菜，实验结果说明叶绿素的合成需要光照，D正确。
2.[2024深圳模拟]以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是（ B ）
A.是正确操作后得到的理想结果
B.可能研磨时未加入CaCO3导致
C.可能研磨时未加入SiO2导致
D.可能提取时加入过量的层析液
解析 图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，绿叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是正确操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被破坏，也可能取的是发黄的叶片，A错误、B正确；研磨时未加入SiO2会导致研磨不充分，各种色素含量均下降，但叶绿素含量应始终高于类胡萝卜素，C错误；提取时加入过量的层析液不会导致类胡萝卜素含量高于叶绿素，D错误。
3.[2023宁波模拟]下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ A ）
A.所有植物细胞中都含有4种光合色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两类
解析 高等植物体内没有叶绿体的细胞就没有光合色素，如根尖细胞，A错误；有些植物的液泡中也含有水溶性色素，但这些色素不参与光合作用，B正确；植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，C、D正确。
4.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（ C ）
A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B.用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D.土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少
解析 由题图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光，A正确；由题图可知，叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多，因此用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；分析题图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光能变多，C错误；叶绿素吸收420～470 nm波长的光较多，缺镁时，叶绿素的合成受到影响，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少，D正确。
5.[2024武汉部分学校调研]叶绿体中紧密垛叠的类囊体称为基粒类囊体，而与基粒相连的非垛叠的结构称为基质类囊体。下列叙述错误的是（ D ）
A.基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统
B.垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用
C.类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率
D.基质类囊体中不含光合色素，是光合作用暗反应进行的场所
解析 基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统，类囊体膜上含有光合色素，光合色素与光能的捕获和利用有关，类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率，因此，垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，暗反应是在叶绿体基质中进行的，A、B、C正确，D错误。
6.[结合前沿科技/2024天津耀华中学模拟]中科院天津工业生物技术研究所科研团队历时六年科研攻关，实现了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，这是基础研究领域的重大突破。技术路径如图所示，图中①～⑥表示相关过程，以下分析错误的是（ C ）
A.与叶肉细胞相比，该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，能积累更多的有机物
B.过程④⑤⑥类似于固定二氧化碳产生糖类的过程
C.该过程实现了“光能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能”的能量转化
D.若该技术能推广应用，将能够缓解粮食短缺，同时能节约耕地
解析 该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，与叶肉细胞相比，该系统能积累更多的有机物，A正确；④⑤⑥过程形成淀粉，类似于固定二氧化碳产生糖类的过程，B正确；该过程实现了“光能→有机物中稳定的化学能”的能量转化，C错误；该研究成果的意义是有助于实现碳中和、缓解人类粮食短缺问题和节约耕地资源，D正确。
7.正在进行光合作用的植物，若突然降低其周围环境中的CO2浓度，则短时间内（ A ）
A.叶绿体中C5/C3的值上升
B.叶绿体中ATP/ADP的值下降
C.NADPH/NADP＋的值下降
D.光反应速率加快
解析 正常条件下进行光合作用的某植物，突然降低其环境中的CO2浓度，此时光照强度不变，光反应速率不变，产生ATP和NADPH的速度也不变，C3的还原速度短时间内不变，C5生成的速度也不变，而CO2浓度下降后，CO2固定为C3的速度减小，则C5的消耗速度减小，C3的生成速度减小，最终导致叶绿体中C5/C3的值上升，故A正确。
二、非选择题
8.[2024浙江大联考，10分]为了探究锌对苹果叶片光合作用及其产物分配的影响。在苹果果实膨大期，用浓度为0、0.1％、0.2％、0.3％和0.4％的ZnSO4溶液分别涂抹叶片，记为A、B、C、D和E组，并在适宜条件下用定量的13CO2进行示踪实验，实验结果如表，回答相关问题：
（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组分别取等量烘干的叶片经剪碎和 研磨 处理，得到足量的色素提取液；再将色素提取液经 红 光照射，测得光的吸收率，进而估测叶绿素含量。
（2）本实验要用透明塑料袋将实验叶片密封，并充入定量的13CO2处理一定时间，经位于叶肉细胞 叶绿体基质 中酶Rubisc的催化，完成CO2的固定，然后经含活跃化学能的ATP和NADPH参与的 吸能 （填“吸能”或“放能”）反应完成C3的还原，最后产生蔗糖运输到果实等部位。
（3）为了测定叶片和果实中的13C光合产物的含量，先称鲜重，用清水和洗涤剂清洗杂质，再先后用1％盐酸和105 ℃处理，该操作的目的是 使酶失去活性 ；然后在70 ℃的烘箱中烘干至 质量不再减少 为止，磨碎后装袋待测。
（4）结合表中数据分析，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有 一方面通过影响叶绿素含量来影响光反应速率；另一方面通过影响Rubisc的活性来影响暗反应速率 。
（5）根据实验结果可得出“叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多”的结论，依据是 与其他组相比，D组处理叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多 。
解析 （1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组可取等量烘干的叶片经剪碎和研磨处理，得到足量的色素提取液；因为叶绿素吸收红光，而类胡萝卜素不能吸收红光，因此再将色素提取液经红光照射，测得光的吸收率，根据光的吸收率可估测叶绿素含量。（2）CO2的固定发生在叶绿体基质，故催化CO2固定的酶Rubisc位于叶绿体基质；ATP和NADPH参与C3的还原过程，C3的还原过程为吸能反应。（3）先后用1％盐酸和105 ℃处理的目的是使酶失去活性，避免进行物质代谢过程。（4）结合表中数据分析可知，随着锌含量的增加，苹果叶片净光合速率先增加后下降，结合其他数据可发现，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有影响叶绿素含量，进而影响光反应速率；影响Rubisc的活性，进而影响暗反应速率。（5）结合表中数据可以看出，与其他组相比，D组苹果叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多，据此可推出叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多。
9.[情境创新/2024安徽六校联考，12分]植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在光合系统PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H＋并释放电子，如图甲。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降。研究发现，某种真核微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略，利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图乙所示。
（1）光合色素吸收的光能经过转换后，可以储存到 NADPH和ATP 中，用于暗反应供能。
（2）由图甲可知，PSⅡ将水分解释放的电子传递给 NADP＋和H＋ ，该物质接收电子后形成NADPH。低氧环境中，生成氢气的代谢过程会使该微藻生长不良，请根据题目信息从光合作用物质转化的角度分析原因：
低氧环境中，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少 。
（3）据图乙分析，光照强度由I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光能转化效率 下降 （填“下降”“不变”或“上升”），理由是 光照强度由I1增加到I2过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，故光能转化效率下降 。
（4）根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是 铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，可降低PSⅡ 受损伤的程度 。
解析 （1）光合色素分布在类囊体薄膜上，光合色素吸收的光能可储存到NADPH和ATP中，用于暗反应过程中三碳化合物的还原。（2）光反应中，PSⅡ将水分解释放的电子传递给H＋和NADP＋，该物质接收电子后形成NADPH。该微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，这样参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少，进而导致该微藻生长不良。（3）由图可知，光照强度从I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，因此光能转化效率下降。（4）由题干信息可知，电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降，而铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，因此，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制。
一、选择题
10.[2024宜春模拟]雨生红球藻是一种淡水藻类，与水绵相同，属于绿藻类的自养生物。该藻能大量积累虾青素而呈现红色。虾青素是一种强大的抗氧化剂，具有脂溶性，不溶于水。下列有关红球藻的说法错误的是（ A ）
A.红球藻吸收红光和蓝紫光，但不吸收绿光
B.红球藻中的叶绿素位于叶绿体的类囊体薄膜上
C.红球藻中的虾青素可以用无水乙醇来提取
D.将红球藻置于海水中可能会发生质壁分离
解析 红球藻属于绿藻类自养生物，其细胞中含有叶绿体和光合色素，光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上，其主要吸收红光和蓝紫光，也能吸收少量的绿光，A错误、B正确；由题意可知，虾青素具有脂溶性，能够溶解在有机溶剂中，可用无水乙醇来提取，C正确；红球藻为真核生物，生活在淡水中，若将红球藻置于海水中，由于外界溶液浓度较高，红球藻细胞可能会失水，发生质壁分离，D正确。
11.[角度创新/2024重庆八中模拟]羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是（ C ）
图1 图2 图3
A.羽衣甘蓝的叶色丰富多变可能与色素在不同的温度、pH下发生变化有关
B.色素1在层析液中的溶解度最大，且在1、2、3、4四种色素中含量最少
C.色素1、2、3、4存在于类囊体上，色素5存在于液泡中，均能转换光能
D.图2和图3实验结果对照，说明色素1～4是脂溶性色素，色素5是水溶性色素
解析 根据题意“羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物”，可知羽衣甘蓝的叶色丰富多变可能与色素在不同的温度、pH下发生变化有关，A正确。据图2可知，色素1距离点样点最远，其随层析液在滤纸上扩散的速度最快，故色素1在层析液中的溶解度最大，色素1是胡萝卜素，它在1、2、3、4四种色素中含量最少，B正确。根据图2可知，色素1、2、3、4可随层析液在滤纸上扩散，是脂溶性的光合色素，位于类囊体上；根据图3可知，色素5可随蒸馏水在滤纸上扩散，是水溶性色素，存在于液泡中。只有光合色素才能转换光能，C错误、D正确。
12.卡尔文为了探明暗反应中碳原子的转移途径，给植物提供14CO2，当反应进行至第5 s时，14C出现在一种 C5和一种C6中，当时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种C3中，下列相关叙述错误的是（ D ）
A.用14C标记CO2的目的是追踪暗反应中的碳原子
B.卡尔文通过控制反应时间来探究碳原子的转移途径
C.若适当延长反应时间，则可能会检测到更多种含14C的化合物
D.该实验研究暗反应，因此应该在黑暗环境中进行
解析 该实验中用14C标记CO2的目的是追踪暗反应中的碳原子，便于根据放射性检测碳原子的转移途径，A正确；卡尔文通过控制反应时间来探究碳原子的转移途径，在不同的时间点检测放射性，能探明碳原子的转移途径，B正确；若适当延长反应时间，则14C可能会转移到更多的中间产物中，C正确；该实验研究暗反应，但暗反应的进行需要光反应提供NADPH、ATP，因此该实验要在光照条件下进行，D错误。
13.为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是（ D ）
A.黑暗的目的是与光照作对照
B.pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境
C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D.类囊体膜两侧的氢离子浓度差是叶绿体中ATP形成的动力
解析 实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；由实验结果可以看出，pH平衡前加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
14.[2024江西部分学校联考]气孔保卫细胞的细胞膜中存在一种特殊的K＋转运蛋白BLINK1，在光信号的诱导下，BLINK1可以促进K＋进入保卫细胞，从而使气孔打开，实现对气孔的调控，过程如图所示。下列分析正确的是（ A ）
A.BLINK1既有运输作用又有催化作用
B.光照越强，K＋进入保卫细胞越多，气孔开度越大
C.气孔打开，短时间内会引起C3还原减少，C3含量增加
D.该调节过程会使气孔关闭，CO2吸收困难，不利于植物生命活动正常进行
解析 由题图可知，BLINK1可以催化ATP形成ADP，同时还可以在光的驱动下将K＋运入细胞内，故BLINK1既有运输作用又有催化作用，A正确；在一定范围内，光照越强，进入保卫细胞的K＋越多，气孔开度越大，超出该范围，光照越强，进入保卫细胞的K＋可能减少，气孔开度可能减小，B错误；气孔打开，短时间内会引起固定的CO2增多，而C3的还原不受影响，故C3含量增加，C错误；该调节过程可以调控气孔的开启与关闭，有利于植物适应不同环境，有利于植物的生命活动正常进行，D错误。
15.[融合新概念/2024湖南师大附中模拟，多选]大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度（CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数）表示。下列说法错误的是（ AD ）
A.植物细胞壁越厚，叶肉导度越大
B.增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制
C.缺水条件下，叶肉限制可能会增大
D.叶肉导度越大，光合速率越小
解析 细胞壁具有全透性，其厚度不影响二氧化碳从气孔到叶绿体的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力变小，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。
16.[2024宣城六校第一次联考]某小组将叶绿体破坏后，将离心得到的类囊体悬浮液和叶绿体基质分别放入4支试管中，给予试管①、②光照，将试管③、④置于黑暗条件下，实验如图所示。下列有关叙述错误的是（ B ）
A.试管①、②对照能说明光反应发生在类囊体上
B.试管③、④对照能说明暗反应的场所是叶绿体基质
C.4支试管中只有试管①能产生氧气
D.若向试管④中加入试管①的悬浮液，通入CO2后有有机物合成
解析 试管①、②的自变量为叶绿体的不同部位，其中试管①中可以发生光反应，试管②中不能发生，故两者对照能说明光反应发生在类囊体上，A正确；试管③、④中均无法进行暗反应，故试管③、④对照不能说明暗反应的场所是叶绿体基质，B错误；4支试管中只有试管①中可以发生光反应产生氧气，C正确；试管①中可进行光反应，产物有NADPH和ATP，若向试管④中加入试管①的悬浮液，通入CO2后可进行暗反应过程，故有有机物合成，D正确。
二、非选择题
17.[2024江西九校联考，12分]大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。CO2浓度为影响植物光合速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisc）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisc所在局部空间的CO2浓度，促进了CO2的固定。请回答：
（1）有一些植物具有如图所示的CO2浓缩机制，在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化HCO3－转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisc附近的CO2浓度，已知PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5）。
①图中所示植物无机碳的固定场所为 维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体 ，产生的苹果酸至少经过 6 层膜才能脱羧释放CO2。
②玉米有类似的CO2浓缩机制，据此可以推测，夏天中午玉米可能 不存在 （填“存在”或“不存在”）“光合午休”现象，原因是 PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2 。
（2）图中所示的物质中，可由光反应提供的是 NADPH和ATP 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 吸能反应 （填“吸能反应”或“放能反应”）。
（3）在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisc的催化作用下经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，该过程会消耗ATP和NADPH。因此为提高农作物的产量需要降低光呼吸。常采用增施有机肥的措施来提高作物产量，理由是 有机肥被微生物（分解者）分解后，使CO2浓度升高，促进Rubisc催化C5与二氧化碳反应，从而降低光呼吸 。光呼吸与有氧呼吸的区别在于 两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行 （答3点）。
解析 （1）①题图所示植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化无机碳HCO3－转化为有机物；在维管束鞘细胞的叶绿体中，Rubisc可催化CO2固定，因此题图所示植物无机碳的固定场所为维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体。苹果酸（Mal）产生于叶肉细胞的叶绿体，在维管束鞘细胞的叶绿体中脱羧释放CO2，Mal需经过叶肉细胞的叶绿体膜（2层）→叶肉细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的叶绿体膜（2层）才能脱羧释放CO2，一共经过6层膜。②在题图所示CO2浓缩机制中，PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2，玉米有类似的CO2浓缩机制，因此，夏天中午玉米能够利用胞间较低浓度的CO2进行光合作用，不存在“光合午休”现象。（2）光反应可为暗反应提供NADPH和ATP。由图可知，由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，因此，该过程属于吸能反应。（3）已知Rubisc也能催化C5与O2结合，C5与O2结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，CO2与O2竞争性结合C5，据此分析，可通过提高CO2浓度减弱光呼吸，以提高光合效率。有机肥被微生物分解后，CO2的浓度升高，光合作用增强，光呼吸减弱，可提高作物的产量，故可采用增施有机肥的措施来提高作物产量。光呼吸和有氧呼吸的区别在于：两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行。
18.[答案开放型/2023汕头二模，10分]某课题组构建了一种非天然的CO2转化循环（CETCH循环），该循环将多种生物的相关酶组合，最终将CO2转化为乙醇酸，提高了CO2固定效率。课题组还利用液滴微流控技术，将该循环与菠菜的叶绿体类囊体结合在一起，构建了人造叶绿体，如图所示。据此回答下列问题：
（1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是 类囊体薄膜（或基粒） ；卡尔文循环包含CO2的固定和 C3的还原 两个基本过程，这与CETCH循环有所不同。
（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要提供的物质是 ATP、NADPH（合理即可） （写出2种即可）。根据题干信息分析，人造叶绿体固定CO2的效率明显高于天然叶绿体，最可能的原因是 与天然叶绿体相比，人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶催化效率高（合理即可） 。
（3）在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人造叶绿体系统中有机物的积累量 高于 （填“高于”“低于”或“等于”）菠菜，原因是 菠菜进行细胞呼吸要消耗有机物 。
（4）有同学认为人造叶绿体具有广阔的应用前景，请举例说明： 吸收CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体，提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等 （答出2点即可）。
解析 （1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是类囊体薄膜。卡尔文循环包括CO2的固定和C3的还原两个基本过程。（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要不断地提供ATP、NADPH等。CETCH循环利用的是多种生物的相关酶组合，人造叶绿体固定CO2的效率比天然叶绿体高，最可能的原因是人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶催化效率高。（3）绿色植物固定的CO2量代表总光合作用量，吸收的CO2量代表净光合作用量。在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人工叶绿体合成的有机物不会通过细胞呼吸被消耗，因而人造叶绿体中有机物的积累量高于菠菜。（4）可用人造叶绿体吸收大气中的CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体，可提高光合作用效率；人造叶绿体可用于开发清洁能源，缓解能源危机；人造叶绿体可用作人造细胞的产能系统等。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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
捕获光能的色素和结构
2023：江苏T12、辽宁T21（1）（2）、海南T16（1）、全国乙T2、全国甲T29、浙江1月T23（1）；
2022：湖北T12、辽宁T22Ⅰ、山东T21（1）、江苏T5A；
2021：天津T6C；
2020：江苏T6、浙江7月T27（2）、山东T3D；
2019：浙江4月T30（2）、江苏T17、海南T9BD
1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构与功能相适应；物质与能量观：通过光合作用过程合成有机物，储存能量。
2.科学思维——分类与比较：比较光反应与暗反应，掌握光合作用的过程；比较光合作用与细胞呼吸，形成知识间的联系
光合作用的过程
2023：天津T9、湖南T17、湖北T8、全国甲T29（2）（3）、全国乙T29、浙江1月T23（2）；
2022：江苏T20（1）、全国甲T29（1）、山东T21（2）（3）；
2021：天津T15、山东T16CD和T21、湖南T18、广东T12、江苏T20、辽宁T22、重庆T6；
2020：北京T19（1）、天津T5、山东T21、江苏T27；
2019：全国ⅠT3、江苏T28
命题分析预测
1.光合作用是高考的必考点，在每年的高考中都占有较大的比重。主要以光合作用相关实验、曲线等形式进行考查，侧重考查色素的组成和功能、色素的提取和分离、光合作用中物质和能量的变化等，还常将光合作用与细胞呼吸的原理相结合，考查二者之间的联系等。
2.预计2025年高考命题仍将借助图、表格等将光合作用与细胞呼吸相结合，使试题实验化，考查考生运用所学知识解决实际问题的能力
异常现象
原因分析
收集到的滤液绿色过浅
①未加[12] 二氧化硅 ，研磨不充分；
②使用放置数天的绿色叶，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[13] 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
滤液细线接触到[14] 层析液 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
时间
结论
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖
1937年
希尔反应：离体叶绿体在适当条件下发生[1] 水的光解 、产生O2 的化学反应
1941年
鲁宾和卡门用同位素示踪法，证明光合作用释放的O2来自[2] 水
1954年、
1957年
（1954年）美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成[3] ATP ，随后（1957年）他发现这一过程总是与水的光解相伴随
20世纪40年代
美国科学家卡尔文用[4] 同位素示踪 的方法，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
阶段
Ⅰ.光反应阶段
Ⅱ.暗反应阶段
过程
图解
场所
[9] 类囊体薄膜
[10] 叶绿体基质
阶段
Ⅰ.光反应阶段
Ⅱ.暗反应阶段
条件
[11] 光 、 叶绿体中的色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋等
酶、[12] ATP、 NADPH 等
物质
变化
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的还原：2C3C5＋（CH2O）
能量
变化
联系
①光反应为暗反应提供 ATP和NADPH ；②暗反应为光反应提供 NADP＋、Pi和ADP
项目
光合作用
化能合成作用
不同点
生物类型
绿色植物和光合细菌
硝化细菌等
能量来源
光能
体外物质氧化时释放的化学能
相同点
代谢类型
自养型
物质变化
将无机物（CO2和H2O等）转化为储存能量的有机物
组别
水中18O
比率（％）
碳酸氢盐中
18O比率（％）
反应时间
（min）
释放的氧气中18O
比率（％）
第1组
0.85
0.61
45
0.86
第2组
0.20
0.40
110
0.20
第3组
0.20
0.57
225
0.20
组别
A
B
处理
光照时间为135秒
先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫秒，总时间为135秒
光合产物相对含量
100％
94％
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
实验步骤和目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，再用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
① 在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮
② 减少叶片差异产生的误差
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③ 叶绿素定量测定（或测定叶绿素含量）
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定
组别
叶绿素含量/
（mg·g－1）
Rubisc的活性/
（μml·min－1·g－1）
净光合速率/（μml·m－2·s－1）
叶片中的13C光合产
物/（mg·g－1）
果实中的13C光合
产物/（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
考点1 捕获光能的色素和结构
学生用书P069
1.绿叶中色素的提取和分离
（1）实验原理及方法
（2）实验步骤
（3）实验结果及分析
（4）实验失败的原因分析
2.叶绿体中的色素及叶绿体的结构
（1）叶绿体中的色素
（2）叶绿体的结构
基础自测
1.提取绿叶中色素的溶剂也可用于提取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞中的色素。（ × ）
2.研磨绿叶时加入少许CaCO3，能够使研磨充分。（ × ）
3.绿叶中含量越多的色素，在滤纸条上扩散得越快。（ × ）
4.叶绿素a和叶绿素b都含有镁元素。（ √ ）
5.没有叶绿体，细胞不能进行光合作用。 （ × ）
6.光合作用需要的色素和酶分别分布在叶绿体基粒和基质中。（ × ）
7.植物呈现绿色是由于叶绿素能有效地吸收绿光。（ × ）
8.叶绿体内膜上存在与水裂解有关的酶[2022浙江1月，T8C]。（ × ）
9.依据吸收光谱的差异对光合色素进行纸层析分离[2021北京，T13C]。（ × ）
10.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，T3C]。（ √ ）
11.光合作用时，火龙果植株能同时吸收红光和蓝光的光合色素是 叶绿素（或叶绿素a、叶绿素b） ；用纸层析法分离叶绿体色素获得的4条色素带中，以滤液细线为基准，按照自下而上的次序，该光合色素的色素带位于第 一和二 条[2023海南，T16（1）]。
情境应用
1.为什么有些蔬菜大棚内悬挂发红色或蓝紫色光的灯管，并且在白天也开灯？为什么不使用发绿色光的灯管作补充光源？
提示 因为光合色素对红光和蓝紫光的吸收最多，补充这两种类型的光，有利于提高蔬菜的产量，而绿色光源发出的是绿光，这种波长的光几乎不能被光合色素吸收，因此无法用于光合作用中提高有机物产量。
2.玉米田里的白化苗长出几片叶子后会死亡，原因是什么？
提示 玉米白化苗中不含叶绿素，不能进行光合作用，待种子中储存的营养物质被消耗尽后，无法产生新的有机物，因此玉米白化苗长出几片叶子后会死亡。
3.蒜黄和韭黄都是黄色的，秋后的绿叶会变黄，贫瘠土壤中生长的植物叶片一般也偏黄，影响这些现象形成的因素分别是什么？
提示 韭黄和蒜黄是在无光的环境下培育的，没有光照不合成叶绿素；秋后温度降低，叶绿素合成少，分解多；贫瘠土壤缺Mg等会影响叶绿素的合成，使叶片变黄。
深度思考
1.在进行纸层析时，若采用圆形滤纸，则结果是什么？
提示 在圆形滤纸上出现4个同心圆，最外面是胡萝卜素，接下来依次是叶黄素、叶绿素a、叶绿素b。
2.叶绿体类囊体膜上的色素都能转化光能吗？
提示 不是。叶绿体类囊体膜上的色素分为两类：一类具有吸收和传递光能的作用，包括绝大多数的叶绿素a，以及全部的叶绿素b、胡萝卜素和叶黄素；另一类是少数处于特殊状态的叶绿素a，其能够捕获（或转化）光能。
3.恩格尔曼实验一的方法有什么巧妙之处？
提示 ①实验材料选择妙：用水绵作实验材料。水绵的叶绿体呈带状，便于观察。②排除干扰的方法妙：没有空气的黑暗环境排除了环境中光线和O2的影响，从而确保实验的准确性。③观测指标设计妙：通过需氧细菌的分布，能够准确地判断出水绵细胞中释放O2的部位。④实验对照设计妙：进行黑暗＋极细光束照射和置于光下的对比实验，从而明确实验结果不同完全是由光照引起的。
从“两个角度”把握色素提取液的选取
学生用书P072
命题点1 色素的提取和分离实验的原理和过程分析
1.[2023江苏改编]下列关于“提取和分离叶绿体色素”实验叙述合理的是（ B ）
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.研磨时，用体积分数为70％的乙醇溶解色素
解析 用有机溶剂提取色素时，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，虽可累积更多的色素，但会造成滤液细线过宽，易出现色素带重叠，B正确；该实验中分离色素的方法是纸层析法，可根据各种色素在滤纸条上呈现的色素带的宽窄来比较各色素的量，但该实验提取和分离色素的方法不能用于测定绿叶中各种色素含量，C错误；研磨时，应用无水乙醇溶解色素，D错误。
2.[2023福州模拟]某研究小组获得了水稻的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析（从下至上）。则与正常叶片相比，实验结果是（ C ）
A.光吸收差异显著，色素带缺第2条
B.光吸收差异不显著，色素带缺第2条
C.光吸收差异不显著，色素带缺第3条
D.光吸收差异显著，色素带缺第3条
解析 叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素，叶黄素主要吸收蓝紫光，进行红光照射时光吸收差异不显著，而层析时缺叶黄素这个条带，自下而上位于第3条，C正确。
命题点2 色素的种类和功能分析
3.[2023全国乙改编]植物叶片中的色素对植物的生长发育有重要作用。下列有关叶绿体中色素及其吸收光谱的叙述，错误的是（ D ）
A.叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制
B.叶绿素和类胡萝卜素存在于叶绿体中类囊体的薄膜上
C.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
D.叶片在640～660 nm波长光下释放O2是由类胡萝卜素参与光合作用引起的
解析 叶绿素的吸收光谱可通过测量其对不同波长光的吸收值来绘制，A正确；叶绿体中吸收光能的色素（叶绿素和类胡萝卜素）分布在类囊体薄膜上，B正确；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，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，C正确；波长为640～660 nm的光是红光，叶绿素可吸收红光参与光合作用，类胡萝卜素不吸收红光，D错误。
命题变式
[题干拓展型]科学家在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图所示，①②③代表不同色素。下列说法正确的是（ C ）
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Mg
C.纸层析法分离色素时，②处于滤纸条最下端
D.土壤缺镁时，植物叶片对420～470 nm波长光的利用量增加
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。类胡萝卜素在红光区的吸收值为0，即不吸收红光，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率最慢，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；镁是组成叶绿素的重要元素，土壤缺镁时，叶绿素合成减少，植物叶片对420～470 nm波长光的利用量减少，D错误。
命题点3 叶绿体的结构和功能
4.图甲为叶绿体结构模式图，图乙所示结构是图甲的部分放大图。下列有关叙述正确的是（ D ）
A.图乙所示结构取自图甲中的①或③
B.与光合作用有关的酶全部分布在图乙所示结构上
C.吸收光能的色素分布在①②③的薄膜上
D.叶绿体以图甲中③的形式扩大膜面积
解析 图甲表示叶绿体的结构，①是叶绿体内膜，②是叶绿体外膜，③是类囊体，④是叶绿体基质，吸收光能的色素分布在③（类囊体）的薄膜上，图乙所示结构是类囊体的薄膜，来自③，A、C错误。光合作用所需的酶分布在类囊体薄膜上和叶绿体基质中，B错误。叶绿体内含有大量基粒，一个基粒由很多类囊体堆叠而成，以此扩大膜面积，D正确。
5.将叶绿体悬浮液置于阳光下，一段时间后发现有氧气放出。下列相关说法正确的是（ A ）
A.离体叶绿体在自然光下能将水分解产生氧气
B.若将叶绿体置于红光下，则不会有氧气产生
C.若将叶绿体置于蓝紫光下，则不会有氧气产生
D.水在叶绿体中分解产生氧气需要ATP提供能量
解析 叶绿体是光合作用的场所，在自然光下，叶绿体能进行光合作用将水分解产生氧气，A正确；叶绿体中的光合色素能吸收红光和蓝紫光，因此会产生氧气，B、C错误；水在叶绿体中分解产生氧气需要光能，但不需要ATP提供能量，D错误。
考点2 光合作用的过程
学生用书P073
1.探索光合作用原理的部分实验
2.光合作用的概念
3.光合作用的过程
1.真核细胞的光反应
2.原核细胞的光反应
教材补遗（1）[必修1 P104“相关信息”]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“相关信息”]光合作用的产物有一部分是淀粉，还有一部分是蔗糖。蔗糖可以进入筛管，再通过韧皮部运输到植株各处。
（3）[必修1 P106小字部分]光合作用和化能合成作用的比较：
4.环境因素骤变对光合作用过程的动态影响
借助光合作用过程图解从物质的生成和消耗两个方面综合分析：
提醒C5、NADPH、ATP的变化一致，C3与C5、NADPH、ATP的变化相反；对光合作用有利，（CH2O）合成增加，反之则减少。
1.解答有关光合作用过程的试题，要牢记“二二三四”法则
2.根据化学平衡可知：底物浓度增加、产物浓度减少⇒使化学平衡向正方向移动；反之亦然。
基础自测
1.H2O在光下分解为H＋和O2的过程发生在叶绿体基质中。（ × ）
2.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。（ √ ）
3.叶肉细胞在叶绿体外膜上合成淀粉。（ × ）
4.光合作用释放的O2中的O来自CO2和H2O。（ × ）
5.光合作用过程中光能转变为化学能，细胞呼吸过程中化学能转变为热能和ATP中稳定的化学能。（ × ）
6.光合作用过程中，ADP从类囊体薄膜向叶绿体基质移动。（ × ）
7.在暗反应阶段，CO2不能直接被还原[2021湖南，T7B]。（ √ ）
8.在酶催化下直接参与CO2固定的化学物质是CO2和 C5 。
9.不同植物（如C3植物和C4植物）光合作用光反应阶段的产物是相同的，光反应阶段的产物是 ATP、NADPH、O2 （答出3点即可）[2022全国甲，T29（1）]。
10.参与光合作用的很多分子都含有氮。氮与 镁 离子参与组成的环式结构使叶绿素能够吸收光能，用于驱动 ATP和NADPH 两种物质的合成以及 水 的分解；RuBP羧化酶将CO2转变为羧基加到 C5 分子上，反应形成的产物被还原为糖类[2021河北，T19（2）]。
情境应用
1.1937年，英国植物学家希尔发现，在离体叶绿体的悬浮液中加入铁盐或其他氧化剂，在无CO2的条件下给予光照，离体叶绿体可以发生水的光解、产生氧气。希尔实验说明水的光解与糖类等有机物的合成不是同一个化学反应，原因是 希尔反应是将离体叶绿体置于悬浮液中完成的，悬浮液中有H2O，缺少合成糖的必需原料——CO2，说明水的光解并非必须与糖的合成相关联，暗示着希尔反应是相对独立的反应阶段 。
2.有关光合作用的两组实验——甲组：连续光照5分钟和黑暗5分钟；乙组：间隔光照（5秒光照、5秒黑暗交替进行），总光照5分钟和黑暗5分钟。10分钟时间内哪一组有机物的合成量多？为什么？
提示 乙组有机物合成量多。因为光照和黑暗交替处理，使光反应产生的ATP和NADPH能够及时利用与再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。
3.模拟鲁宾和卡门的实验时，能否对同一实验中的CO2和H2O同时进行标记，为什么？
提示 不能。因为同位素示踪法只能检测同位素的存在，不能检测是哪种同位素，若同一实验中CO2和H2O中的O均被标记，则无法分辨O2中的O到底是来自CO2还是H2O。
学生用书P074
命题点1 光合作用的探究历程分析
1.下列有关实验变量的叙述，错误的是（ A ）
A.用小球藻和CO2验证卡尔文循环的实验中，自变量是CO2中C是否被标记
B.利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验，因变量是是否产生还原糖
C.恩格尔曼利用水绵和需氧细菌研究光合作用的实验中，因变量观测指标是需氧细菌的分布情况
D.鲁宾和卡门研究光合作用中O2来源的实验中，自变量是被18O标记的原料
解析 用小球藻和CO2验证卡尔文循环的实验中，自变量是时间，A错误；利用淀粉酶、蔗糖、淀粉探究酶的专一性实验中，需借助斐林试剂检测是否产生了还原糖，即因变量是是否产生还原糖，B正确；恩格尔曼利用水绵和需氧细菌进行实验，通过观察需氧细菌的分布来判断O2产生的部位，最终证明叶绿体是进行光合作用的场所，C正确；鲁宾和卡门用同位素示踪法证明光合作用释放的O2来自水，自变量是被18O标记的原料，D正确。
2.1941年鲁宾和卡门用同位素18O标记水和碳酸氢盐，加入三组小球藻培养液中。在适宜光照下进行实验，结果如表所示。下列叙述错误的是（ C ）
A.小球藻光合作用所需的二氧化碳可由碳酸氢盐提供
B.氧气中18O比率不受光合作用反应时间的影响
C.鲁宾和卡门进行该实验的目的是验证光合作用产物中有氧气
D.卡尔文也运用相同的方法用14C标记二氧化碳，研究暗反应中物质的变化
解析 碳酸氢盐能释放二氧化碳，为光合作用提供二氧化碳，A正确；根据表格数据，在45 min、110 min、225 min释放的氧气中18O比率和水中18O起始比率基本一致，说明氧气中18O比率不受光合作用反应时间影响，B正确；鲁宾和卡门进行该实验的目的是探究光合作用中氧气中氧的来源，C错误；卡尔文也运用同位素示踪法用14C标记二氧化碳，供小球藻进行光合作用，然后追踪检测其放射性，最终探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径，D正确。
命题点2 光合作用的过程分析
3.[天津高考]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 ）
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有CO2
C.类囊体产生的ATP和O2参与CO2 的固定与还原
D.与叶绿体相比，该反应体系不含光合色素
解析 由题干信息“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；该反应体系中有分离得到的类囊体，含有光合色素，D错误。
命题变式
[设问拓展型]题干条件不变，下列说法错误的是（ A ）
A.该反应体系的结构与叶绿体外膜的结构相同
B.该反应体系会消耗CO2和H2O
C.加入的16种物质应该包含ADP、NADP＋等物质
D.可以测定该反应体系的净光合速率
解析 该反应体系是由单层脂质分子包裹形成的，而叶绿体的外膜是双层脂质分子，且含蛋白质，A错误；该反应体系能够连续进行CO2的固定和还原，会消耗CO2和H2O，B正确；该反应体系是人工构建的光合作用反应体系，且在光照条件下进行，故需要加入的物质应包含ADP和NADP＋等物质，C正确；净光合速率＝总光合速率－呼吸速率，而该半人工光合作用反应体系能够进行光合作用，不能进行呼吸作用，即呼吸速率为0，故该反应体系测定的光合速率即为其净光合速率，D正确。
4.[2021广东]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Rubisc。下列叙述正确的是（ D ）
A.Rubisc存在于细胞质基质中
B.激活Rubisc需要黑暗条件
C.Rubisc催化CO2固定需要ATP
D.Rubisc催化C5和CO2结合
解析 据题意可知，Rubisc是唯一催化CO2固定形成C3的酶，则其存在于叶绿体基质中，A错误；有、无光照均可发生暗反应，因此激活Rubisc不需要黑暗条件，B错误；Rubisc催化CO2的固定不需要消耗ATP，C错误；据题意，Rubisc是催化CO2固定形成C3的酶，即其是催化C5和CO2结合形成C3的酶，D正确。
命题点3 不同条件下光合作用过程中物质含量变化的分析
5.[天津高考]在适宜反应条件下，用白光照射离体的新鲜叶绿体一段时间后，突然改用光照强度与白光相同的红光或绿光照射。下列是光源与瞬间发生变化的物质，组合正确的是（ C ）
A.红光，ATP下降
B.红光，未被还原的C3上升
C.绿光，NADPH下降
D.绿光，C5上升
解析 叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光等可见光，吸收的绿光很少。将白光改为光照强度相同的红光，光反应增强，叶绿体内产生的ATP和NADPH增多，C3的还原加快，短时间内CO2的固定仍以原来的速率进行，导致未被还原的C3减少，A、B错误；将白光改为光照强度相同的绿光，光反应减弱，短时间内叶绿体内产生的ATP和NADPH减少，C正确；NADPH和ATP的减少必然会导致C3还原生成C5减慢，此时CO2的固定仍以原来的速率消耗C5，则短时间内C5的含量会下降，D错误。
命题变式
[条件改变型]若突然改用光照强度与白光相同的蓝紫光，则短时间内光反应会 增强 ，产生ATP的速率 加快 ，未被还原的C3 减少 。
解析 改用蓝紫光，相当于增加光照强度，导致光反应增强，产生NADPH和ATP的速率加快，C3的还原加快，而CO2的固定速率暂时不变，因此未被还原的C3减少。
6.[山东高考，9分]人工光合作用系统可利用太阳能合成糖类，相关装置及过程如图所示，其中甲、乙表示物质，模块3中的反应过程与叶绿体基质内糖类的合成过程相同。
（1）该系统中执行相当于叶绿体中光反应功能的模块是 模块1和模块2 ，模块3中的甲可与CO2结合，甲为 五碳化合物（或C5） 。
（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则短时间内乙的含量将 减少 （填“增加”或“减少”）。若气泵停转时间较长，模块2中的能量转换效率也会发生改变，原因是 模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足 。
（3）在与植物光合作用固定的CO2量相等的情况下，该系统糖类的积累量 高于 （填“高于”“低于”或“等于”）植物，原因是 人工光合作用系统没有呼吸作用消耗糖类（或植物呼吸作用消耗糖类） 。
（4）干旱条件下，很多植物光合作用速率降低，主要原因是 叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，且植物体水分供应不足 。人工光合作用系统由于对环境中水的依赖程度较低，在沙漠等缺水地区有广阔的应用前景。
解析 （1）由题图可知，模块1利用太阳能发电装置将吸收的光能转化为电能，模块2利用电能电解水生成H＋和O2，并发生能量的转化。该系统中的模块1和模块2相当于执行了叶绿体中光反应的功能。模块3将大气中的CO2转化为糖类，相当于执行了光合作用的暗反应，暗反应中CO2的固定指的是CO2和C5结合生成C3。C3在光反应提供的NADPH和ATP的作用下被还原，随后经过一系列反应形成糖类和C5，故该系统中模块3中的甲为五碳化合物（C5），乙为三碳化合物（C3）。（2）若正常运转过程中气泵突然停转，则CO2浓度突然降低，CO2的固定受阻，而三碳化合物（C3）的还原短时间内仍正常进行，因此短时间内会导致C3含量减少。暗反应为光反应提供ADP、Pi和NADP＋，若该系统气泵停转时间较长，则模块3为模块2提供的ADP、Pi和NADP＋不足，从而导致模块2中的能量转换效率也会发生改变。（3）植物中糖类的积累量＝光合作用合成糖类的量－细胞呼吸消耗糖类的量。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，该系统糖类的积累量高于植物。（4）干旱条件下，为了减少水分散失，植物叶片气孔开放程度降低，CO2的吸收量减少，影响暗反应过程，且植物体内水分供应不足，也会影响光反应过程。因此，干旱条件下，很多植物光合作用速率降低。
7.[7分]为探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料开展了下列实验，其他无关变量保持相同且适宜。请回答下列问题：
（1）光合作用中包含需要光的阶段和 不需要光 的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂遮光，并提供 14CO2 ，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。
（2）分析表格可知，B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组 高 ，依据是 B组的光照时间是A组的一半，其光合产物相对含量却是A组的94％ 。
（3）科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP＋时，体系中会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生 H＋和 e－ 。
解析 （1）光合作用中包含需要光的阶段和不需要光的阶段，为验证这一观点，可以对进行光合作用的植物短暂遮光，并提供14CO2，经放射性检测后发现植物在短暂黑暗中会利用该物质。（2）分析表格可知，B组只用了A组一半的光照时间，其光合产物相对含量却是A组的94％，所以B组在单位光照时间内生产有机物的量较A组高。（3）科学家在给离体叶绿体照光时发现，当向培养体系中提供NADP＋时，体系中会有NADPH产生，说明叶绿体在光下会产生H＋和 e－。
情境热点3 光系统与电子传递链、逆境下光合作用的特殊途径
热点1 光系统与电子传递链
光系统是由蛋白质和叶绿素等光合色素组成的复合物，具有吸收、传递和转化光能的作用，包括光系统Ⅰ（PSⅠ）和光系统Ⅱ（PSⅡ）。
注：图中虚线表示该生理过程中电子（e－）的传递过程。
（1）光系统Ⅱ进行水的光解，产生O2、H＋和自由电子（e－），光系统Ⅰ主要介导NADPH的产生。
（2）电子（e－）经过的电子传递链：H2O→光系统Ⅱ→质体醌（PQ）→细胞色素b6f复合体→质体蓝素（PC）→光系统Ⅰ→铁氧还蛋白（Fd）→NADPH。
（3）电子传递过程是从高电势到低电势，因此，电子传递过程中释放能量，质体醌利用这部分能量将质子（H＋）逆浓度梯度从叶绿体的基质侧泵入类囊体腔侧，从而建立了质子浓度（电化学）梯度。
（4）类囊体膜对质子是高度不通透的，因此，类囊体内的高浓度质子只能通过ATP合成酶顺浓度梯度流出，而ATP合成酶利用质子梯度来合成ATP。
（1）PSⅠ和PSⅡ镶嵌在叶绿体的 类囊体薄膜 上，含有的光合色素主要包括 叶绿素和类胡萝卜素 两大类，这些色素的主要功能有 吸收、传递和转化光能 。
（2）图示过程中，PSⅡ和PSⅠ以串联的方式协同完成电子由 水 （物质）释放、最终传递给 NADP＋ （物质）生成NADPH的过程。
（3）光照的驱动既促使水分解产生H＋，又伴随着电子的传递通过PQ将叶绿体基质中的H＋转运至 类囊体腔 ，同时还在形成NADPH的过程中 消耗 叶绿体基质中部分H＋，造成类囊体膜内外的H＋产生了浓度差。请结合图示信息分析，类囊体膜内外的H＋浓度差在光合作用中的作用是 为光反应中ATP的合成过程提供能量 。
1.[2023湖北]植物光合作用的光反应依赖类囊体膜上PS Ⅰ和PS Ⅱ光复合体，PS Ⅱ光复合体含有光合色素，能吸收光能，并分解水。研究发现，PS Ⅱ光复合体上的蛋白质LHC Ⅱ，通过与PS Ⅱ结合或分离来增强或减弱对光能的捕获（如图所示）。LHC Ⅱ与PS Ⅱ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化。下列叙述错误的是（ C ）
A.叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，PS Ⅱ光复合体对光能的捕获增强
B.Mg2＋含量减少会导致PS Ⅱ光复合体对光能的捕获减弱
C.弱光下LHC Ⅱ与PS Ⅱ结合，不利于对光能的捕获
D.PS Ⅱ光复合体分解水可以产生H＋、电子和O2
解析 据图可知，在强光下，PSⅡ与LHCⅡ分离，减弱PSⅡ光复合体对光能的捕获；在弱光下，PSⅡ与LHCⅡ结合，增强PSⅡ光复合体对光能的捕获。LHCⅡ和PSⅡ的分离依赖LHC蛋白激酶的催化，叶肉细胞内LHC蛋白激酶活性下降，会导致类囊体膜上PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合增多，从而使PSⅡ光复合体对光能的捕获增强，A正确。镁是合成叶绿素的原料，叶绿素能吸收、传递和转化光能，若Mg2＋含量减少，PSⅡ光复合体中光合色素含量降低，导致PSⅡ光复合体对光能的捕获减弱，B正确。弱光下PSⅡ光复合体与LHCⅡ结合，有利于对光能的捕获，C错误。类囊体膜上的PSⅡ光复合体含有光合色素，在光反应中，其能吸收光能并分解水产生H＋、电子和O2，D正确。
2.[2021重庆]如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 ）
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
解析 分析图示可知，水光解产生的O2在类囊体腔内，叶绿体和线粒体均有双层膜，因此水光解产生的O2若被有氧呼吸利用，至少需要穿过5层膜，A错误；在光反应过程中，NADP＋与e－和质子（H＋）结合形成NADPH，B正确；由图可知，光反应产生的ATP可以用于暗反应、色素合成、核酸代谢等消耗能量的反应，C正确；分析可知，光反应产生的电子（e－）通过一系列的有序传递，将光能转化为储存在ATP中的活跃的化学能，D正确。
热点2 逆境下光合作用的特殊途径
情境一 光呼吸的原理和作用
1.原理：O2和CO2竞争Rubisc。在暗反应中，Rubisc能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisc，在光的驱动下将有机物氧化分解，释放CO2。
2.光呼吸对生物体的影响：在较强光下，光呼吸加强，使C5氧化分解加强，一部分碳以CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。另外，光呼吸过程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。其实光呼吸和卡尔文循环是一种动态平衡，适当的光呼吸对植物体有一定积极意义。
情境二：光合作用的C3途径、C4途径和CAM途径
1.C3途径：也称卡尔文循环，整个过程形成从RuBP（C5）与CO2的羧化生成C3，到C5再生的循环，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。常见的C3植物有小麦、大豆、水稻等。
2.C4途径：在玉米的光合作用中，CO2中的碳首先转移到含有四个碳原子的有机物（C4）中，然后才转移到C3中，科学家将这类植物叫作C4植物，将其固定二氧化碳的途径叫作C4途径（如图所示）。C4植物比C3植物具有更强的固定CO2（特别是在高温、光照强烈、干旱条件下）的能力。常见的C4植物还有甘蔗、高粱、苋菜等。
说明：PEP为磷酸烯醇式丙酮酸，属于三碳化合物。
3.CAM途径：指生长在干旱及半干旱地区的一些肉质植物（最早发现在景天科植物）所具有的一种光合固定CO2的附加途径。其特点是：CAM植物气孔只在晚上开放，将CO2固定生成苹果酸储存在液泡中，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，经脱羧产生CO2，再通过卡尔文循环转变成糖类。这是植物对干旱环境的适应。具有这种途径的植物称为CAM植物，CAM植物两次CO2的固定在时间上是分开的。CAM途径如图所示，常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、仙人掌等。
（1）光呼吸涉及的场所主要有 叶绿体、线粒体 。从能量角度分析，有氧呼吸和光呼吸的主要区别是 光呼吸消耗能量，有氧呼吸分解有机物，产生能量 。
（2）C4植物光反应发生在叶肉细胞的 叶绿体 上，而CO2的固定发生在 叶肉细胞和维管束鞘 细胞中。
（3）从进化的角度看，景天科植物的这种气孔开闭特点的形成是 自然选择 的结果。夜间景天科植物吸收的CO2 不能 （填“能”或“不能”）用于合成葡萄糖，原因是 没有光反应为暗反应提供ATP和NADPH 。
（4）C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径的特殊之处都是先有固定 CO2 的作用，最终还是通过C3途径合成 有机物 。
3.[2023广东四校联考]芦荟是一种经济价值很高的植物，可净化空气。芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中；白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类。下列说法错误的是（ A ）
A.夜晚气孔开放，芦荟能进行暗反应产生糖类
B.芦荟液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化
C.芦荟叶片内的CO2经固定会产生两种不同的初产物
D.芦荟可能原产于炎热干旱地区，其气孔在夜晚和白天开放度不同是对炎热干旱环境的适应
解析 芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中，晚上不能进行光反应，无法产生ATP和NADPH，故夜晚芦荟不能进行暗反应，A错误；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，再将其转变成苹果酸储存在液泡中（pH降低），白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来（液泡中pH升高），在相关酶的作用下释放CO2，CO2进入叶绿体通过卡尔文循环合成糖类，因此液泡中的pH会呈现白天升高、夜晚降低的周期性变化，B正确；芦荟夜晚气孔开放，通过PEP羧化酶固定CO2形成草酰乙酸，白天气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来，在相关酶的作用下释放CO2，CO2经固定形成C3，C正确；白天气孔关闭可防止蒸腾作用失水过多，芦荟气孔在夜晚和白天开放度不同可能是对炎热干旱环境的适应，D正确。
4.[2023湖南，12分]如图是水稻和玉米的光合作用暗反应示意图。卡尔文循环的Rubisc对CO2的Km为450 μml·L－1（Km越小，酶对底物的亲和力越大），该酶既可催化RuBP与CO2反应，进行卡尔文循环，又可催化RuBP与O2反应，进行光呼吸（绿色植物在光照下消耗O2并释放CO2的反应）。该酶的酶促反应方向受CO2和O2相对浓度的影响。与水稻相比，玉米叶肉细胞紧密围绕维管束鞘，其中叶肉细胞叶绿体是水光解的主要场所，维管束鞘细胞的叶绿体主要与ATP生成有关。玉米的暗反应先在叶肉细胞中利用PEPC酶（PEPC酶对CO2的Km为7 μml·L－1）催化磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）与CO2反应生成C4，固定产物C4转运到维管束鞘细胞后释放CO2，再进行卡尔文循环。回答下列问题：
（1）玉米的卡尔文循环中第一个光合还原产物是 3－磷酸甘油醛 （填具体名称），该产物跨叶绿体膜转运到细胞质基质合成 蔗糖 （填“葡萄糖”“蔗糖”或“淀粉”）后，再通过 韧皮部 长距离运输到其他组织器官。
（2）在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度 高于 （填“高于”或“低于”）水稻。从光合作用机制及其调控分析，原因是 ①在干旱、高光照强度环境下，水稻关闭大部分气孔，CO2的吸收减少，而玉米的PEPC酶对CO2的亲和力更大，提高了玉米固定CO2的能力，可以为暗反应提供更多的CO2；②水稻中的Rubisc在CO2吸收减少时，催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有；③玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率 （答出三点即可）。
（3）某研究将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下水稻的光合作用强度无明显变化。其原因可能是 ①光合色素含量的限制；②与光合作用有关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机制不同 （答出三点即可）。
解析 （1）卡尔文循环是植物光合作用共有的途径，分析题图可知，水稻的卡尔文循环中第一个光合还原产物是3－磷酸甘油醛，因此玉米卡尔文循环中第一个光合还原产物也是3－磷酸甘油醛。（2）在干旱、高光照强度环境下，蒸腾作用过强，水稻关闭大部分气孔，导致水稻吸收CO2的量减少，光合作用减弱，而玉米为C4植物，根据题中信息可知，PEPC酶对CO2的Km为7 μml·L－1，Rubisc对CO2的Km为450 μml·L－1，Km越小，酶对底物的亲和力越大，则PEPC酶固定CO2的能力较强，在CO2浓度较低时，能够固定较多的CO2，有利于光合作用的进行；结合（1）中分析可知，玉米的光合产物能够及时转移，从而提高光合速率；又知水稻中的Rubisc在CO2吸收减少时，可催化RuBP与O2反应进行光呼吸，从而使水稻暗反应固定的CO2减少，而玉米的光呼吸较弱甚至没有。综上可知，在干旱、高光照强度环境下，玉米的光合作用强度高于水稻。（3）将蓝细菌的CO2浓缩机制导入水稻后，水稻叶绿体中CO2浓度大幅提升，其他生理代谢不受影响，但在光饱和条件下，水稻的光合作用强度无明显变化的原因可能是受光合色素含量的限制；受与光合作用有关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机制不同等。
1.[2022湖北]某植物的2种黄叶突变体表型相似，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（ D ）
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
解析 野生型、突变体1、突变体2属于同一物种，两种突变体的出现增加了遗传多样性，未增加物种多样性，A错误；光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素，叶绿素主要吸收红光和蓝紫光，而类胡萝卜素主要吸收蓝紫光，由表可知，突变体2的叶绿素a和叶绿素b的含量比突变体1的少，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存在差异，有可能是不同基因突变所致，也有可能是同一基因突变方向不同所致，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，叶绿素含量较少，叶片呈黄色，D正确。
2.[2023全国乙，10分]植物的气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成。保卫细胞吸水体积膨大时气孔打开，反之关闭。保卫细胞含有叶绿体，在光下可进行光合作用。已知蓝光可作为一种信号促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。有研究发现，用饱和红光（只用红光照射时，植物达到最大光合速率所需的红光强度）照射某植物叶片时，气孔开度可达最大开度的60％左右。回答下列问题。
（1）气孔的开闭会影响植物叶片的蒸腾作用、 光合作用、呼吸作用 （答出2点即可）等生理过程。
（2）红光可通过光合作用促进气孔开放，其原因是 在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放 。
（3）某研究小组发现在饱和红光的基础上补加蓝光照
射叶片，气孔开度可进一步增大，因此他们认为气孔开度进一步增大的原因是，蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。请推测该研究小组得出这一结论的依据是 饱和红光照射使叶片的光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响 。
（4）已知某种除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片在阳光照射下气孔 能 （填“能”或“不能”）维持一定的开度。
解析 （1）气孔的开闭会影响CO2的吸收（光合作用）、O2的吸收（有氧呼吸）、蒸腾作用等生理过程。（2）气孔由叶表皮上两个具有特定结构的保卫细胞构成，保卫细胞中含有叶绿体，在光下可进行光合作用，在红光照射下，保卫细胞进行光合作用，产生有机物，保卫细胞的渗透压增加，发生渗透吸水，体积膨大，气孔开放。（3）用饱和红光照射某植物叶片时，其光合速率已达到最大，排除了光合作用产物对气孔开度进一步增大的影响。因此气孔开度进一步增大的原因是蓝光促进保卫细胞逆浓度梯度吸收K＋。（4） 已知某除草剂能阻断光合作用的光反应，用该除草剂处理的叶片不能进行光合作用，从而不能产生有机物以维持气孔开放，但阳光照射下保卫细胞可逆浓度梯度吸收K＋，使气孔维持一定的开度。
3.[2021天津，10分]Rubisc是光合作用过程中催化CO2固定的酶。但其也能催化O2与C5结合，形成C3和C2，导致光合效率下降。CO2与O2竞争性结合Rubisc的同一活性位点，因此提高CO2浓度可以提高光合效率。
（1）蓝细菌具有CO2浓缩机制，如图所示。
注：羧化体具有蛋白质外壳，可限制气体扩散。
据图分析，CO2依次以 自由扩散 和 主动运输 方式通过细胞膜和光合片层膜。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，从而通过促进 CO2固定 和抑制 O2与C5结合 提高光合效率。
（2）向烟草内转入蓝细菌Rubisc的编码基因和羧化体外壳蛋白的编码基因。若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，应能利用电子显微镜在转基因烟草细胞的 叶绿体 中观察到羧化体。
（3）研究发现，转基因烟草的光合速率并未提高。若再转入HCO3－和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，理论上该转基因植株暗反应水平应 提高 ，光反应水平应 提高 ，从而提高光合速率。
解析 （1）由图可知，CO2通过细胞膜不需要载体蛋白协助，也不需要消耗能量，故CO2通过细胞膜的方式为自由扩散；CO2通过光合片层膜需要CO2转运蛋白的协助，同时需要消耗能量，故CO2通过光合片层膜的方式为主动运输。蓝细菌的CO2浓缩机制可提高羧化体中Rubisc周围的CO2浓度，进而促进CO2固定，抑制O2与C5结合，从而提高光合效率。（2）烟草细胞进行光合作用的场所是叶绿体，若蓝细菌羧化体可在烟草中发挥作用并参与暗反应，说明蓝细菌Rubisc的编码基因和羧化体外壳蛋白编码基因可在烟草细胞的叶绿体中正常表达，形成羧化体。（3）转基因烟草的光合速率并未提高，可能是受CO2浓度的限制。若再转入HCO3－和CO2转运蛋白基因并成功表达和发挥作用，则可以提高叶绿体中的CO2浓度，理论上，该转基因植株的暗反应水平应提高，暗反应为光反应提供更多的ADP和NADP＋，光反应水平也应提高，从而提高光合速率。
4.[2021江苏，11分]线粒体对维持旺盛的光合作用至关重要，如图表示叶肉细胞中部分代谢途径，虚线框内表示“草酰乙酸/苹果酸穿梭”。请据图回答下列问题。
（1）叶绿体在 类囊体薄膜 上将光能转变成化学能，参与这一过程的两类色素是 叶绿素和类胡萝卜素 。
（2）光合作用时，CO2与C5结合产生三碳酸，继而还原成三碳糖（C3）。为维持光合作用持续进行，部分新合成的C3必须用于再生 C5 ；运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。每运出一分子蔗糖相当于固定了 12 个CO2分子。
（3）在光照过强时，细胞必须耗散掉叶绿体吸收的过多光能，避免细胞损伤。草酰乙酸/苹果酸穿梭可有效地将光照产生的 [H] 中的还原能输出叶绿体，并经线粒体转化为 ATP 中的化学能。
（4）为研究线粒体对光合作用的影响，用寡霉素（电子传递链抑制剂）处理大麦，实验方法是取培养10～14 d大麦苗，将其茎浸入添加了不同浓度寡霉素的水中，通过蒸腾作用使药物进入叶片。光照培养后，测定、计算光合放氧速率（单位为μmlO2·mg－1chl·h－1，chl为叶绿素）。请完成下表。
解析 （2）C3在叶绿体基质中合成，一些C3必须用于再生C5以维持光合作用持续进行，另一部分被运到细胞质基质中，运到细胞质基质中的C3可合成蔗糖，运出细胞。蔗糖是二糖，一分子蔗糖是由两分子六碳糖结合形成的，每运出一分子蔗糖需要固定12个CO2分子。（3）光反应的产物有ATP和NADPH，其中NADPH起还原剂的作用，含有还原能，草酰乙酸/苹果酸穿梭可将还原能输出叶绿体，经线粒体进行呼吸作用转化为ATP中的化学能。（4）设计实验应遵循单一变量原则和对照原则，①在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮，即设置寡霉素为单一变量的对照组；②对照组和各实验组均测定多个大麦叶片，可减少叶片差异产生的误差；③叶绿素定量测定、计算光合放氧速率以研究线粒体对光合作用的影响，故称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液进行叶绿素定量测定。
学生用书·练习帮P405
一、选择题
1.[2024贵阳模拟]韭菜在黑暗中生长会变成黄色，称之为韭黄。提取并分离韭黄叶片色素，与正常韭菜叶相比，滤纸条上只有上端两条色素带。下列相关叙述正确的是（ D ）
A.可用无水乙醇进行色素的分离
B.滤纸条上的色素主要吸收红橙光
C.处于滤纸条最上端的色素是叶黄素
D.实验结果说明叶绿素的合成需要光照
解析 提取叶片中的光合色素时，一般使用无水乙醇，分离光合色素时，一般使用层析液，A错误；由题干信息可知，韭黄中不含有叶绿素，滤纸条上的色素是胡萝卜素和叶黄素，主要吸收蓝紫光，B错误；处于滤纸条最上端的色素是胡萝卜素（小技巧：以绿叶中色素的分离结果为例，滤纸条上由上到下依次为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b），C错误；分析题干可知，韭黄是在黑暗条件下形成的，而正常情况下（有光照时）会形成绿色的韭菜，实验结果说明叶绿素的合成需要光照，D正确。
2.[2024深圳模拟]以新鲜菠菜叶为材料进行绿叶中色素的提取和分离实验，某小组得到如图所示结果。下列关于该结果的分析，正确的是（ B ）
A.是正确操作后得到的理想结果
B.可能研磨时未加入CaCO3导致
C.可能研磨时未加入SiO2导致
D.可能提取时加入过量的层析液
解析 图中滤纸条上距离点样处由近到远的条带分别代表叶绿素b、叶绿素a、叶黄素、胡萝卜素，绿叶中叶绿素含量高于类胡萝卜素，图中显示类胡萝卜素含量高于叶绿素，不是正确操作后得到的理想结果，可能是研磨时未加入CaCO3导致叶绿素被破坏，也可能取的是发黄的叶片，A错误、B正确；研磨时未加入SiO2会导致研磨不充分，各种色素含量均下降，但叶绿素含量应始终高于类胡萝卜素，C错误；提取时加入过量的层析液不会导致类胡萝卜素含量高于叶绿素，D错误。
3.[2023宁波模拟]下列关于高等植物细胞内色素的叙述，错误的是（ A ）
A.所有植物细胞中都含有4种光合色素
B.有些植物细胞的液泡中也含有色素
C.叶绿素和类胡萝卜素都可以吸收光能
D.植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两类
解析 高等植物体内没有叶绿体的细胞就没有光合色素，如根尖细胞，A错误；有些植物的液泡中也含有水溶性色素，但这些色素不参与光合作用，B正确；植物细胞内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素，可以吸收光能，C、D正确。
4.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（ C ）
A.由图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
B.用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
C.由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体吸收利用的光能减少
D.土壤中缺乏镁时，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少
解析 由题图可知，类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光，A正确；由题图可知，叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多，因此用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度，B正确；分析题图可知，由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后，叶绿体中色素吸收的光能变多，C错误；叶绿素吸收420～470 nm波长的光较多，缺镁时，叶绿素的合成受到影响，植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少，D正确。
5.[2024武汉部分学校调研]叶绿体中紧密垛叠的类囊体称为基粒类囊体，而与基粒相连的非垛叠的结构称为基质类囊体。下列叙述错误的是（ D ）
A.基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统
B.垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用
C.类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率
D.基质类囊体中不含光合色素，是光合作用暗反应进行的场所
解析 基粒类囊体膜和基质类囊体膜相互连接形成连续的膜系统，类囊体膜上含有光合色素，光合色素与光能的捕获和利用有关，类囊体垛叠形成基粒扩展了受光面积，可提高对光能的利用率，因此，垛叠区与非垛叠区的比例会影响叶绿体对光能的捕获和利用，暗反应是在叶绿体基质中进行的，A、B、C正确，D错误。
6.[结合前沿科技/2024天津耀华中学模拟]中科院天津工业生物技术研究所科研团队历时六年科研攻关，实现了世界上第一次二氧化碳到淀粉的人工合成，这是基础研究领域的重大突破。技术路径如图所示，图中①～⑥表示相关过程，以下分析错误的是（ C ）
A.与叶肉细胞相比，该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，能积累更多的有机物
B.过程④⑤⑥类似于固定二氧化碳产生糖类的过程
C.该过程实现了“光能→活跃的化学能→有机物中稳定的化学能”的能量转化
D.若该技术能推广应用，将能够缓解粮食短缺，同时能节约耕地
解析 该系统不进行细胞呼吸消耗糖类，与叶肉细胞相比，该系统能积累更多的有机物，A正确；④⑤⑥过程形成淀粉，类似于固定二氧化碳产生糖类的过程，B正确；该过程实现了“光能→有机物中稳定的化学能”的能量转化，C错误；该研究成果的意义是有助于实现碳中和、缓解人类粮食短缺问题和节约耕地资源，D正确。
7.正在进行光合作用的植物，若突然降低其周围环境中的CO2浓度，则短时间内（ A ）
A.叶绿体中C5/C3的值上升
B.叶绿体中ATP/ADP的值下降
C.NADPH/NADP＋的值下降
D.光反应速率加快
解析 正常条件下进行光合作用的某植物，突然降低其环境中的CO2浓度，此时光照强度不变，光反应速率不变，产生ATP和NADPH的速度也不变，C3的还原速度短时间内不变，C5生成的速度也不变，而CO2浓度下降后，CO2固定为C3的速度减小，则C5的消耗速度减小，C3的生成速度减小，最终导致叶绿体中C5/C3的值上升，故A正确。
二、非选择题
8.[2024浙江大联考，10分]为了探究锌对苹果叶片光合作用及其产物分配的影响。在苹果果实膨大期，用浓度为0、0.1％、0.2％、0.3％和0.4％的ZnSO4溶液分别涂抹叶片，记为A、B、C、D和E组，并在适宜条件下用定量的13CO2进行示踪实验，实验结果如表，回答相关问题：
（1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组分别取等量烘干的叶片经剪碎和 研磨 处理，得到足量的色素提取液；再将色素提取液经 红 光照射，测得光的吸收率，进而估测叶绿素含量。
（2）本实验要用透明塑料袋将实验叶片密封，并充入定量的13CO2处理一定时间，经位于叶肉细胞 叶绿体基质 中酶Rubisc的催化，完成CO2的固定，然后经含活跃化学能的ATP和NADPH参与的 吸能 （填“吸能”或“放能”）反应完成C3的还原，最后产生蔗糖运输到果实等部位。
（3）为了测定叶片和果实中的13C光合产物的含量，先称鲜重，用清水和洗涤剂清洗杂质，再先后用1％盐酸和105 ℃处理，该操作的目的是 使酶失去活性 ；然后在70 ℃的烘箱中烘干至 质量不再减少 为止，磨碎后装袋待测。
（4）结合表中数据分析，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有 一方面通过影响叶绿素含量来影响光反应速率；另一方面通过影响Rubisc的活性来影响暗反应速率 。
（5）根据实验结果可得出“叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多”的结论，依据是 与其他组相比，D组处理叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多 。
解析 （1）为了测定叶片中的叶绿素含量，各组可取等量烘干的叶片经剪碎和研磨处理，得到足量的色素提取液；因为叶绿素吸收红光，而类胡萝卜素不能吸收红光，因此再将色素提取液经红光照射，测得光的吸收率，根据光的吸收率可估测叶绿素含量。（2）CO2的固定发生在叶绿体基质，故催化CO2固定的酶Rubisc位于叶绿体基质；ATP和NADPH参与C3的还原过程，C3的还原过程为吸能反应。（3）先后用1％盐酸和105 ℃处理的目的是使酶失去活性，避免进行物质代谢过程。（4）结合表中数据分析可知，随着锌含量的增加，苹果叶片净光合速率先增加后下降，结合其他数据可发现，锌影响苹果叶片光合作用的主要途径有影响叶绿素含量，进而影响光反应速率；影响Rubisc的活性，进而影响暗反应速率。（5）结合表中数据可以看出，与其他组相比，D组苹果叶片的净光合速率较高，但叶片中的13C光合产物较少，而果实中的13C光合产物较多，据此可推出叶片合成的光合产物越多，向果实运输的也越多。
9.[情境创新/2024安徽六校联考，12分]植物吸收的光能超过光合作用所能利用的量时，引起光能转化效率下降的现象称为光抑制。光抑制主要发生在光合系统PSⅡ，PSⅡ是由蛋白质和光合色素组成的复合物，能将水分解为O2和H＋并释放电子，如图甲。电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降。研究发现，某种真核微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程。中国科学院研究人员提出“非基因方式电子引流”的策略，利用能接收电子的人工电子梭（铁氰化钾）有效解除微藻的光抑制现象，实验结果如图乙所示。
（1）光合色素吸收的光能经过转换后，可以储存到 NADPH和ATP 中，用于暗反应供能。
（2）由图甲可知，PSⅡ将水分解释放的电子传递给 NADP＋和H＋ ，该物质接收电子后形成NADPH。低氧环境中，生成氢气的代谢过程会使该微藻生长不良，请根据题目信息从光合作用物质转化的角度分析原因：
低氧环境中，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少 。
（3）据图乙分析，光照强度由I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光能转化效率 下降 （填“下降”“不变”或“上升”），理由是 光照强度由I1增加到I2过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，故光能转化效率下降 。
（4）根据实验结果可知，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制，原因是 铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，可降低PSⅡ 受损伤的程度 。
解析 （1）光合色素分布在类囊体薄膜上，光合色素吸收的光能可储存到NADPH和ATP中，用于暗反应过程中三碳化合物的还原。（2）光反应中，PSⅡ将水分解释放的电子传递给H＋和NADP＋，该物质接收电子后形成NADPH。该微藻在低氧环境中，其叶绿体内产氢酶活性提高，部分NADPH会参与生成氢气的代谢过程，这样参与暗反应的NADPH减少，C3的还原减少，有机物生成量减少，进而导致该微藻生长不良。（3）由图可知，光照强度从I1增加到I2的过程中，对照组微藻的光合放氧速率不变，光合作用利用的光能不变，但由于光照强度增加了，因此光能转化效率下降。（4）由题干信息可知，电子积累过多会产生活性氧破坏PSⅡ，使光合速率下降，而铁氰化钾能将光合作用产生的电子及时消耗，使细胞内活性氧水平下降，降低PSⅡ受损伤的程度，因此，当光照强度过大时，加入铁氰化钾能够有效解除光抑制。
一、选择题
10.[2024宜春模拟]雨生红球藻是一种淡水藻类，与水绵相同，属于绿藻类的自养生物。该藻能大量积累虾青素而呈现红色。虾青素是一种强大的抗氧化剂，具有脂溶性，不溶于水。下列有关红球藻的说法错误的是（ A ）
A.红球藻吸收红光和蓝紫光，但不吸收绿光
B.红球藻中的叶绿素位于叶绿体的类囊体薄膜上
C.红球藻中的虾青素可以用无水乙醇来提取
D.将红球藻置于海水中可能会发生质壁分离
解析 红球藻属于绿藻类自养生物，其细胞中含有叶绿体和光合色素，光合色素位于叶绿体的类囊体薄膜上，其主要吸收红光和蓝紫光，也能吸收少量的绿光，A错误、B正确；由题意可知，虾青素具有脂溶性，能够溶解在有机溶剂中，可用无水乙醇来提取，C正确；红球藻为真核生物，生活在淡水中，若将红球藻置于海水中，由于外界溶液浓度较高，红球藻细胞可能会失水，发生质壁分离，D正确。
11.[角度创新/2024重庆八中模拟]羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物。将其叶片色素提取液在滤纸上进行点样，先后置于层析液和蒸馏水中进行层析，过程及结果如图所示。已知1、2、3、4、5代表不同类型的色素。下列分析错误的是（ C ）
图1 图2 图3
A.羽衣甘蓝的叶色丰富多变可能与色素在不同的温度、pH下发生变化有关
B.色素1在层析液中的溶解度最大，且在1、2、3、4四种色素中含量最少
C.色素1、2、3、4存在于类囊体上，色素5存在于液泡中，均能转换光能
D.图2和图3实验结果对照，说明色素1～4是脂溶性色素，色素5是水溶性色素
解析 根据题意“羽衣甘蓝因其耐寒性和叶色丰富多变的特点，成为冬季重要的观叶植物”，可知羽衣甘蓝的叶色丰富多变可能与色素在不同的温度、pH下发生变化有关，A正确。据图2可知，色素1距离点样点最远，其随层析液在滤纸上扩散的速度最快，故色素1在层析液中的溶解度最大，色素1是胡萝卜素，它在1、2、3、4四种色素中含量最少，B正确。根据图2可知，色素1、2、3、4可随层析液在滤纸上扩散，是脂溶性的光合色素，位于类囊体上；根据图3可知，色素5可随蒸馏水在滤纸上扩散，是水溶性色素，存在于液泡中。只有光合色素才能转换光能，C错误、D正确。
12.卡尔文为了探明暗反应中碳原子的转移途径，给植物提供14CO2，当反应进行至第5 s时，14C出现在一种 C5和一种C6中，当时间缩短到0.5 s时，14C出现在一种C3中，下列相关叙述错误的是（ D ）
A.用14C标记CO2的目的是追踪暗反应中的碳原子
B.卡尔文通过控制反应时间来探究碳原子的转移途径
C.若适当延长反应时间，则可能会检测到更多种含14C的化合物
D.该实验研究暗反应，因此应该在黑暗环境中进行
解析 该实验中用14C标记CO2的目的是追踪暗反应中的碳原子，便于根据放射性检测碳原子的转移途径，A正确；卡尔文通过控制反应时间来探究碳原子的转移途径，在不同的时间点检测放射性，能探明碳原子的转移途径，B正确；若适当延长反应时间，则14C可能会转移到更多的中间产物中，C正确；该实验研究暗反应，但暗反应的进行需要光反应提供NADPH、ATP，因此该实验要在光照条件下进行，D错误。
13.为探究叶绿体在光下利用ADP和Pi合成ATP的动力，科学家在黑暗条件下进行了如下实验，下列有关分析正确的是（ D ）
A.黑暗的目的是与光照作对照
B.pH＝4的缓冲溶液模拟的是叶绿体基质的环境
C.ADP和Pi形成ATP后进入类囊体腔内
D.类囊体膜两侧的氢离子浓度差是叶绿体中ATP形成的动力
解析 实验在黑暗中进行的目的是避免光照对ATP合成的影响，A错误；pH＝4的缓冲溶液模拟的是类囊体腔的环境，B错误；ADP和Pi形成ATP后进入叶绿体基质，C错误；由实验结果可以看出，pH平衡前加入ADP和Pi能够产生ATP，而平衡后加入ADP和Pi不能产生ATP，说明叶绿体中ATP形成的动力来自类囊体膜两侧的氢离子浓度差，D正确。
14.[2024江西部分学校联考]气孔保卫细胞的细胞膜中存在一种特殊的K＋转运蛋白BLINK1，在光信号的诱导下，BLINK1可以促进K＋进入保卫细胞，从而使气孔打开，实现对气孔的调控，过程如图所示。下列分析正确的是（ A ）
A.BLINK1既有运输作用又有催化作用
B.光照越强，K＋进入保卫细胞越多，气孔开度越大
C.气孔打开，短时间内会引起C3还原减少，C3含量增加
D.该调节过程会使气孔关闭，CO2吸收困难，不利于植物生命活动正常进行
解析 由题图可知，BLINK1可以催化ATP形成ADP，同时还可以在光的驱动下将K＋运入细胞内，故BLINK1既有运输作用又有催化作用，A正确；在一定范围内，光照越强，进入保卫细胞的K＋越多，气孔开度越大，超出该范围，光照越强，进入保卫细胞的K＋可能减少，气孔开度可能减小，B错误；气孔打开，短时间内会引起固定的CO2增多，而C3的还原不受影响，故C3含量增加，C错误；该调节过程可以调控气孔的开启与关闭，有利于植物适应不同环境，有利于植物的生命活动正常进行，D错误。
15.[融合新概念/2024湖南师大附中模拟，多选]大气中的CO2需通过植物叶片内部结构最终扩散到叶绿体基质内进行光合作用，叶肉细胞可导致CO2传递受阻从而影响植物的光合作用，该现象称为叶肉限制；叶肉限制的大小可用叶肉导度（CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力的倒数）表示。下列说法错误的是（ AD ）
A.植物细胞壁越厚，叶肉导度越大
B.增加叶肉细胞生物膜的通透性，可以降低叶肉限制
C.缺水条件下，叶肉限制可能会增大
D.叶肉导度越大，光合速率越小
解析 细胞壁具有全透性，其厚度不影响二氧化碳从气孔到叶绿体的扩散，A错误；增加叶肉细胞生物膜的通透性，叶肉导度变大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力变小，可以降低叶肉限制，B正确；缺水条件下，气孔关闭，叶肉细胞导致CO2传递受阻增大，叶肉限制可能会增大，C正确；叶肉导度越大，CO2从气孔到叶绿体内的扩散阻力越小，CO2吸收量越大，光合速率越大，D错误。
16.[2024宣城六校第一次联考]某小组将叶绿体破坏后，将离心得到的类囊体悬浮液和叶绿体基质分别放入4支试管中，给予试管①、②光照，将试管③、④置于黑暗条件下，实验如图所示。下列有关叙述错误的是（ B ）
A.试管①、②对照能说明光反应发生在类囊体上
B.试管③、④对照能说明暗反应的场所是叶绿体基质
C.4支试管中只有试管①能产生氧气
D.若向试管④中加入试管①的悬浮液，通入CO2后有有机物合成
解析 试管①、②的自变量为叶绿体的不同部位，其中试管①中可以发生光反应，试管②中不能发生，故两者对照能说明光反应发生在类囊体上，A正确；试管③、④中均无法进行暗反应，故试管③、④对照不能说明暗反应的场所是叶绿体基质，B错误；4支试管中只有试管①中可以发生光反应产生氧气，C正确；试管①中可进行光反应，产物有NADPH和ATP，若向试管④中加入试管①的悬浮液，通入CO2后可进行暗反应过程，故有有机物合成，D正确。
二、非选择题
17.[2024江西九校联考，12分]大约3.5亿年前，大气中O2浓度显著增加，CO2浓度明显下降。CO2浓度为影响植物光合速率的重要因素。核酮糖二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisc）是一种催化CO2固定的酶，在低浓度CO2条件下，催化效率低。有些植物在进化过程中形成了CO2浓缩机制，极大地提高了Rubisc所在局部空间的CO2浓度，促进了CO2的固定。请回答：
（1）有一些植物具有如图所示的CO2浓缩机制，在叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化HCO3－转化为有机物，该有机物经过一系列的变化，最终进入相邻的维管束鞘细胞释放CO2，提高了Rubisc附近的CO2浓度，已知PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5）。
①图中所示植物无机碳的固定场所为 维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体 ，产生的苹果酸至少经过 6 层膜才能脱羧释放CO2。
②玉米有类似的CO2浓缩机制，据此可以推测，夏天中午玉米可能 不存在 （填“存在”或“不存在”）“光合午休”现象，原因是 PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2 。
（2）图中所示的物质中，可由光反应提供的是 NADPH和ATP 。图中由Pyr转变为PEP的过程属于 吸能反应 （填“吸能反应”或“放能反应”）。
（3）在光照条件下，叶肉细胞中还会进行光呼吸，O2与CO2竞争性结合RuBP（C5），O2与RuBP在Rubisc的催化作用下经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，该过程会消耗ATP和NADPH。因此为提高农作物的产量需要降低光呼吸。常采用增施有机肥的措施来提高作物产量，理由是 有机肥被微生物（分解者）分解后，使CO2浓度升高，促进Rubisc催化C5与二氧化碳反应，从而降低光呼吸 。光呼吸与有氧呼吸的区别在于 两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行 （答3点）。
解析 （1）①题图所示植物的叶肉细胞中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）可催化无机碳HCO3－转化为有机物；在维管束鞘细胞的叶绿体中，Rubisc可催化CO2固定，因此题图所示植物无机碳的固定场所为维管束鞘细胞和叶肉细胞的叶绿体。苹果酸（Mal）产生于叶肉细胞的叶绿体，在维管束鞘细胞的叶绿体中脱羧释放CO2，Mal需经过叶肉细胞的叶绿体膜（2层）→叶肉细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的细胞膜（1层）→维管束鞘细胞的叶绿体膜（2层）才能脱羧释放CO2，一共经过6层膜。②在题图所示CO2浓缩机制中，PEP与无机碳的结合力远大于RuBP（C5），能利用胞间较低浓度的CO2，玉米有类似的CO2浓缩机制，因此，夏天中午玉米能够利用胞间较低浓度的CO2进行光合作用，不存在“光合午休”现象。（2）光反应可为暗反应提供NADPH和ATP。由图可知，由Pyr转变为PEP的过程需要消耗ATP，因此，该过程属于吸能反应。（3）已知Rubisc也能催化C5与O2结合，C5与O2结合后经一系列反应释放CO2的过程称为光呼吸，CO2与O2竞争性结合C5，据此分析，可通过提高CO2浓度减弱光呼吸，以提高光合效率。有机肥被微生物分解后，CO2的浓度升高，光合作用增强，光呼吸减弱，可提高作物的产量，故可采用增施有机肥的措施来提高作物产量。光呼吸和有氧呼吸的区别在于：两者利用氧气的场所不同；光呼吸消耗能量，有氧呼吸释放能量；光呼吸必须在光下进行，有氧呼吸对光无要求；光呼吸在叶肉细胞中进行，有氧呼吸在多数组织细胞中都能进行。
18.[答案开放型/2023汕头二模，10分]某课题组构建了一种非天然的CO2转化循环（CETCH循环），该循环将多种生物的相关酶组合，最终将CO2转化为乙醇酸，提高了CO2固定效率。课题组还利用液滴微流控技术，将该循环与菠菜的叶绿体类囊体结合在一起，构建了人造叶绿体，如图所示。据此回答下列问题：
（1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是 类囊体薄膜（或基粒） ；卡尔文循环包含CO2的固定和 C3的还原 两个基本过程，这与CETCH循环有所不同。
（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要提供的物质是 ATP、NADPH（合理即可） （写出2种即可）。根据题干信息分析，人造叶绿体固定CO2的效率明显高于天然叶绿体，最可能的原因是 与天然叶绿体相比，人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶催化效率高（合理即可） 。
（3）在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人造叶绿体系统中有机物的积累量 高于 （填“高于”“低于”或“等于”）菠菜，原因是 菠菜进行细胞呼吸要消耗有机物 。
（4）有同学认为人造叶绿体具有广阔的应用前景，请举例说明： 吸收CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体，提高光合作用效率；开发清洁能源，缓解能源危机；将人造叶绿体用作人造细胞的产能系统等 （答出2点即可）。
解析 （1）在该人造叶绿体中，光反应进行的场所是类囊体薄膜。卡尔文循环包括CO2的固定和C3的还原两个基本过程。（2）CETCH循环正常进行时，除需要相关酶的组合催化和相应底物外，还需要不断地提供ATP、NADPH等。CETCH循环利用的是多种生物的相关酶组合，人造叶绿体固定CO2的效率比天然叶绿体高，最可能的原因是人造叶绿体CETCH循环中催化CO2固定的酶催化效率高。（3）绿色植物固定的CO2量代表总光合作用量，吸收的CO2量代表净光合作用量。在光合作用固定的CO2量相等的情况下，该人工叶绿体合成的有机物不会通过细胞呼吸被消耗，因而人造叶绿体中有机物的积累量高于菠菜。（4）可用人造叶绿体吸收大气中的CO2，缓解温室效应；将人造叶绿体整合进生物体，可提高光合作用效率；人造叶绿体可用于开发清洁能源，缓解能源危机；人造叶绿体可用作人造细胞的产能系统等。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
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
捕获光能的色素和结构
2023：江苏T12、辽宁T21（1）（2）、海南T16（1）、全国乙T2、全国甲T29、浙江1月T23（1）；
2022：湖北T12、辽宁T22Ⅰ、山东T21（1）、江苏T5A；
2021：天津T6C；
2020：江苏T6、浙江7月T27（2）、山东T3D；
2019：浙江4月T30（2）、江苏T17、海南T9BD
1.生命观念——结构与功能观：叶绿体的结构与功能相适应；物质与能量观：通过光合作用过程合成有机物，储存能量。
2.科学思维——分类与比较：比较光反应与暗反应，掌握光合作用的过程；比较光合作用与细胞呼吸，形成知识间的联系
光合作用的过程
2023：天津T9、湖南T17、湖北T8、全国甲T29（2）（3）、全国乙T29、浙江1月T23（2）；
2022：江苏T20（1）、全国甲T29（1）、山东T21（2）（3）；
2021：天津T15、山东T16CD和T21、湖南T18、广东T12、江苏T20、辽宁T22、重庆T6；
2020：北京T19（1）、天津T5、山东T21、江苏T27；
2019：全国ⅠT3、江苏T28
命题分析预测
1.光合作用是高考的必考点，在每年的高考中都占有较大的比重。主要以光合作用相关实验、曲线等形式进行考查，侧重考查色素的组成和功能、色素的提取和分离、光合作用中物质和能量的变化等，还常将光合作用与细胞呼吸的原理相结合，考查二者之间的联系等。
2.预计2025年高考命题仍将借助图、表格等将光合作用与细胞呼吸相结合，使试题实验化，考查考生运用所学知识解决实际问题的能力
异常现象
原因分析
收集到的滤液绿色过浅
①未加[12] 二氧化硅 ，研磨不充分；
②使用放置数天的绿色叶，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[13] 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
滤液细线接触到[14] 层析液 ，且时间较长，色素全部溶解到层析液中
时间
结论
1928年
科学家发现甲醛对植物有毒害作用，而且甲醛不能通过光合作用转化为糖
1937年
希尔反应：离体叶绿体在适当条件下发生[1] 水的光解 、产生O2 的化学反应
1941年
鲁宾和卡门用同位素示踪法，证明光合作用释放的O2来自[2] 水
1954年、
1957年
（1954年）美国科学家阿尔农发现，在光照下，叶绿体可合成[3] ATP ，随后（1957年）他发现这一过程总是与水的光解相伴随
20世纪40年代
美国科学家卡尔文用[4] 同位素示踪 的方法，探明了CO2中的碳在光合作用中转化成有机物中碳的途径
阶段
Ⅰ.光反应阶段
Ⅱ.暗反应阶段
过程
图解
场所
[9] 类囊体薄膜
[10] 叶绿体基质
阶段
Ⅰ.光反应阶段
Ⅱ.暗反应阶段
条件
[11] 光 、 叶绿体中的色素、酶、水、ADP、Pi、NADP＋等
酶、[12] ATP、 NADPH 等
物质
变化
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的还原：2C3C5＋（CH2O）
能量
变化
联系
①光反应为暗反应提供 ATP和NADPH ；②暗反应为光反应提供 NADP＋、Pi和ADP
项目
光合作用
化能合成作用
不同点
生物类型
绿色植物和光合细菌
硝化细菌等
能量来源
光能
体外物质氧化时释放的化学能
相同点
代谢类型
自养型
物质变化
将无机物（CO2和H2O等）转化为储存能量的有机物
组别
水中18O
比率（％）
碳酸氢盐中
18O比率（％）
反应时间
（min）
释放的氧气中18O
比率（％）
第1组
0.85
0.61
45
0.86
第2组
0.20
0.40
110
0.20
第3组
0.20
0.57
225
0.20
组别
A
B
处理
光照时间为135秒
先光照后黑暗，光暗交替，每次光照和黑暗时间各为3.75毫秒，总时间为135秒
光合产物相对含量
100％
94％
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
实验步骤和目的
简要操作过程
配制不同浓度的寡霉素丙酮溶液
寡霉素难溶于水，需先溶于丙酮，配制高浓度母液，再用丙酮稀释成不同药物浓度，用于加入水中
设置寡霉素为单一变量的对照组
① 在水中加入相同体积不含寡霉素的丙酮
② 减少叶片差异产生的误差
对照组和各实验组均测定多个大麦叶片
光合放氧测定
用氧电极测定叶片放氧
③ 叶绿素定量测定（或测定叶绿素含量）
称重叶片，加乙醇研磨，定容，离心，取上清液测定
组别
叶绿素含量/
（mg·g－1）
Rubisc的活性/
（μml·min－1·g－1）
净光合速率/（μml·m－2·s－1）
叶片中的13C光合产
物/（mg·g－1）
果实中的13C光合
产物/（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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